JP4004112B2 - Carbon black, carbon black dispersion liquid and production method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はカーボンブラックの水性分散液に関するものであり、詳しくは疎水性であるカーボンブラック粒子を水性媒体へ分散する為に親水性官能基を有するフェノール化合物を付加してなるカーボンブラックの水性分散液、及びその製造方法に関する。本発明により得られるカーボンブラック水性分散液はインクジェットプリンティングを始めとする種々の記録用水性インクとして有用である。
【0002】
【従来の技術】
インクジェットプリンターは安価な印刷機としてオフィス、家庭に広く普及しているが、近年の印字品位高度化への要求に伴い使用するインクへの要求特性もより厳しいものになりつつある。特に使用量の多い黒インクに関しては高い光学濃度を維持すると同時に、安定した印字の為に低い溶液粘度と表面張力が必要になる。また、サーマルジェットプリンティングの際はインクは280℃付近又はそれ以上の温度で加熱される為、熱安定性の低い色剤や樹脂、溶媒を用いた場合には熱分解物が印字不良やノズル閉塞の原因となる。
【0003】
高い光学濃度を有し、熱安定性に優れた黒の色剤としてはカーボンブラックが最適であると考えられる。しかしながら、カーボンブラック粒子は疎水性の凝集体であり水系媒体への分散は通常困難である。カーボンブラックを水分散させる手法として各種分散剤を用いる方法や親水性モノマーをグラフト重合する方法、親水性官能基を有する有機化合物を表面に付加する方法、表面を直接酸化処理する方法等が考案されている。
【0004】
分散剤を用いるカーボンブラックの水性媒体への分散方法としては、特公平1−283044号公報、特公平2−230271号公報、特開平8−41394号公報、特開平8−113741号公報等に水溶性のビニル系ポリマーを分散剤に用いる方法が記載されている。これらの方法では分散剤が高粘度のポリマーである為にインクの吐出性が悪くなり易く、また分散剤が熱劣化する恐れがある。
【0005】
カーボンブラック表面に親水性モノマーをグラフト重合する方法としては、特公平1−4936号公報、特開平4−234467号公報、特開平6−128517号公報等にビニル系モノマー或いはエポキシ化合物を用いてグラフト重合する方法が記載されている。これらの方法では副生する未グラフト重合体の除去が困難であり、製品の組成を一定に保ち難い事が問題になる。
【0006】
親水性官能基を有する有機化合物をカーボンブラック表面に付加する方法としては、USP5,571,311にジアゾカップリング反応を用いてスルファニル酸やアントラニル酸を付加する方法が記載されている。ジアゾニウム塩は分解を受け易く、ロスや副反応が多い。また、ジアゾ化反応は暴走・爆発の危険性があり、大量に取り扱う際には好ましくない。
【0007】
カーボンブラック表面を直接酸化処理する方法としては特開平8−3498号公報に次亜塩素酸塩を用いて酸化する方法が記載されている。この方法では、カーボンブラック自体の疎水性が失われ、印字の耐水性低下や滲みの発生が問題になる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、上述した従来技術における問題点が解決され、カーボンブラックの黒度、耐熱性、耐水性といった優れた特性を維持しながら、水性媒体への分散性を著しく向上させる方法について鋭意検討した。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者らが上記課題に鑑みて鋭意検討を重ねた結果、高濃度、高品位の印字を可能にするインクジェットプリンティング用インクを提供しうる、優れた特性を有するカーボンブラック分散液を得ることに成功し、本発明に到達した。すなわち本発明は親水性官能基を有するフェノール化合物が付加されたカーボンブラック、及びこれを含有するカーボンブラック分散液並びにこれらの製造方法に存する。
【0010】
カーボンブラック表面との親和性に優れたフェノール化合物であって、しかも水性媒体への分散性を改良しうる親水性官能基を有するフェノール化合物が表面に付加されたカーボンブラック、及びこれを含有するカーボンブラックの水性分散液は、優れた特性を有するインクジェットプリンティング用インクを提供しうるものであり、これらは水系溶媒中でカーボンブラック及び該フェノール化合物をラジカル開始剤を用いて反応させることにより得ることができることを本発明者らは見いだしたのである。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用することのできるカーボンブラックには特に制限は無く、通常入手可能なファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック等を用いる事ができる。予め各種の方法で酸化処理したものでもよい。
【0012】
本発明でカーボンブラックに付加するフェノール化合物は、親水性官能基を有するフェノール化合物である。ここでフェノール化合物とはC65OHに、各種の官能基が付加している化合物、及びそのような化合物のOHの部分が塩になっているものをいう。官能基の位置及び数は制限されないが、少なくとも1個以上の親水性官能基を有するものとする。
【0013】
親水性官能基の種類は特に限定されないが、例えばスルホン酸基、カルボキシル基あるいはこれらの塩が特に好ましい。
親水性官能基を有するフェノール化合物としては、具体的には、例えば2−ヒドロキシ安息香酸、3−ヒドロキシ安息香酸、4−ヒドロキシ安息香酸、2−ヒドロキシベンゼンスルホン酸、3−ヒドロキシベンゼンスルホン酸、4−ヒドロキシベンゼンスルホン酸、2−アミノフェノール、3−アミノフェノール、4−アミノフェノール、2−ニトロフェノール、3−ニトロフェノール、4−ニトロフェノール、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、2−ヒドロキシ−1−ナフトエ酸、6−ヒドロキシ−2−ナフタレンスルホン酸、4−ヒドロキシ−1−ナフタレンスルホン酸等が挙げられる。この中でカーボンブラックとの反応性及び分散性の面からヒドロキシ安息香酸類、及びヒドロキシベンゼンスルホン酸類が好ましい。
【0014】
本発明のカーボンブラック、あるいはカーボンブラック分散液を製造するには、上記のカーボンブラックとフェノール化合物とを水系溶媒中で反応させればよい。
反応は、ラジカル開始剤と共に加熱、光照射、あるいは還元剤を用いてラジカル反応を開始させればよい。
【0015】
加熱の程度は、50℃以上、好ましくは70℃以上とすれば充分である。
還元剤としては、FeCl2、FeBr等の低酸化状態遷移金属、テトラメチルエチレンジアミン等のアミンが挙げられる。
これにより、カーボンブラックの表面で、フェノール化合物とカーボンブラックとの反応が起こることを本発明者らは見いだしたのである。
【0016】
ラジカル開始剤としては、水溶性の過酸化物が好適である。
例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩類、過燐酸塩、過硼酸塩、過酸化水素水、過酢酸及びその塩、過酸化ベンゾイル、アルカリ金属過酸化物等が挙げられる。この中で反応が制御し易い過硫酸塩類及び過燐酸塩類を用いる事が好ましい。用いるラジカル開始剤の量は使用するカーボンブラックとフェノール化合物の量に依存し、これらを合わせた重量の0.1〜5倍量の酸化物を用いるのが適当である。しかし、この量を超えて開始剤を用いても差し支えない。
【0017】
なお、フェノール化合物とカーボンブラックとの配合割合は特に限定されず、好ましくはカーボンブラック100重量部に対してフェノール化合物20〜300重量部、特に好ましくは50〜100重量部である。
カーボンブラックに付加させる割合も特に限定されないが、好ましくはフェノール化合物が付加したカーボンブラックに対して2〜50重量%、特に好ましくは4〜15重量%程度フェノール化合物が付加したものとすることにより、充分効果を発揮する。
【0018】
本発明の製造方法においては上述の反応を、水系溶媒中で行う。ここで水系溶媒とは、水、あるいは水と水溶性の有機溶媒との混合物をいい、通常水を用いればよいが、使用するフェノール化合物が溶解しない場合等、水溶性の有機溶媒を適宜混合して用いることができる。例えば、メタノール、エタノール等のアルコール類、エチレングリコール、グリセリン、低分子量ポリエチレングリコール等の脂肪族ポリオール、アセトニトリル等のニトリル類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド類、N−メチルピロリドン等のラクタム類、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホン、スルホラン等の含硫黄溶媒、ヘキサメチルホスホリックトリアミド等の含燐溶媒等が挙げられる。
【0019】
上述の方法で得られたカーボンブラックの水性分散液は、そのままインクジェット用インク等の黒色インク組成物として用いることもできるが、未反応のフェノール化合物類や過剰の塩類を除く為に分離・洗浄することが好ましい。分離方法としては濾過、遠心分離等の方法が用いられる。濾材としては0.1μm程度のメンブランフィルターが分離ロスが少なく便利である。洗浄には通常脱塩水を用いるが、残存するフェノール類等の有機化合物を除去し易い様に水溶性の有機溶剤を適宜混合する事もできる。またpHを調整するする為に、各種塩類を溶解して用いても良い。
【0020】
カーボンブラックの再凝集を抑制する為には、分散液のpHは3〜10の範囲にある事が好ましい。強酸、或いは強塩基の液性の場合には、カーボンブラック表面の負電荷が水素イオンや金属陽イオンによって中和され、電荷反発による分散安定性が阻害されるためである。特に好ましくはpH7〜10で、分散安定性が非常に優れている。
【0021】
pH調節剤としては燐酸1水素塩、燐酸2水素塩、炭酸水素塩、炭酸塩、水酸化物等を挙げられるが、これらのアルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩、アンモニウム塩等を用いる事ができる。この中でも好ましいのは燐酸1水素2アンモニウム、燐酸2水素1カリウム等の燐酸塩類及び炭酸塩類であり、カーボンブラックの再凝集を起こし難い。
【0022】
こうして得られたフェノール化合物が付加されたカーボンブラックを水系媒体に微分散させるのには通常用いられるミル分散機、超音波照射等の手段を用いればよい。ミル分散機としては粒径1mm以下のガラスビーズを用いたビーズミルが好適である。高品位のインクジェット印字を実現する為には、体積平均粒径で0.2μm、最大粒径で1μm以下にまで分散させる事が好ましい。更に好ましくは体積平均粒径で0.1μm、最大粒径で0.5μm程度まで分散する。なお、ここで体積平均粒径及び最大粒径は、動的光散乱法により測定した値である。
【0023】
また、吐出性が安定したインクジェット印字実現の為にはインクの溶液粘度を低く、また表面張力を高く保つ必要がある。溶液粘度は1〜3mPa・s、表面張力は50mN/m以上にする事が好ましい。更に好ましくは溶液粘度を1〜2mPa・s、表面張力を60mN/m以上に調製する。
なおインクジェット用インク組成物として用いる場合には、分散液中のカーボンブラックの固形分濃度は好ましくは20wt%以下、特に好ましくは5〜10wt%とする。
【0024】
こうして得られた黒色インク組成物は、インクジェット印刷用のインクとして適している他、水性インクとして他の多くの目的に用いる事ができる。筆記具用インク、印刷用インク、転写用インク等を挙げる事ができる。
[実施例]
以下に、実施例により本発明を具体的に説明する。
【0025】
本発明におけるカーボンブラック分散液中に分散しているカーボンブラックの体積平均粒径及び最大粒径は動的光散乱法により、「MICROTRAC−UPA150」(MODEL9230)を用いて23℃にて測定を行った。凝集体の有無は光学顕微鏡(島津製作所製)を用いて400倍に拡大観察して確認した。溶液粘度はTOKI産業製「RE−80L」を用いて25℃、50rpmにて測定した。表面張力は協和界面科学製「CBVP−A13」を用いて室温にて測定した。pHは東亜電波工業「HM−20」を用いて室温にて測定した。
【0026】
反応途中でのフェノール化合物の残存量は島図製作所製の液体クロマトグラフ「LC−9A」を用いたLC分析により測定した。カラムには三菱化学(株)製「MCIgelODS1HU」(4.6φ×150L)を用い、溶離液は10vol%アセトニトリル水溶液に緩衝剤として0.05M濃度の燐酸2水素カリウムを溶解して流量1ml/分で用いた。検出器は島津製作所製の「SPD−10A」を用い、波長250nmの吸光度を測定した。得られたフェノール化合物で処理されたカーボンブラックの熱安定性及び有機成分の付加量は、SEIKO電子製「SSC−5000」を用いて100〜1000℃のTG/DTAを測定することにより行った。
【0027】
印字評価にはNEC(株)製サーマルジェットプリンター「PICTY200」(PR−101/J200)を用い、インクカートリッジ「HP51629A」のインクを詰め替えて使用した。印字用紙にはコピー用中性紙及びゼロックス「4024」紙を用いた。印字濃度は「Macbeth濃度計RD914」を用いて測定した。
【0028】
(実施例1)
撹拌翼と冷却管を備えた200ml丸底フラスコ中にカーボンブラックを2g(三菱化学(株)製「MA7」、酸性官能基0.13meq/g、BET比表面積137m2/g、DBP吸油量65ml/100g)と4−ヒドロキシ安息香酸1g(7mmol)に過硫酸カリウム5g(18mmol)を加え、50vol%含水メタノール溶媒100ml中で600rpmにて撹拌しながら90℃のオイルバスに浸漬して加熱し5時間還流を行った。反応終了後に0.1μmのメンブランフィルターを用いて固形分を濾別し、150mlの脱塩水で2回洗浄してから100mlのメタノールで1回洗浄した。最初の濾液をLC分析した所、4−ヒドロキシ安息香酸は80%が消失していた。これにより仕込んだ安息香酸の80%が上記の固形分中に含有されていることがわかる。
【0029】
上記の固形分を減圧乾燥機にて50mmHg減圧下100℃で2時間乾燥させた所、黒色粉体2.2g得た。TG/DTAを測定した所、100〜1000℃での重量減少は約9wt%であり、急激な重量や熱の変化は見られなかった。以上から、有機化合物である4−ヒドロキシ安息香酸が固形分中に残存しており、しかも単にカーボンブラックとの混合物として存在しているのではなく、カーボンブラックに化学的に結合していることがわかる。
【0030】
(実施例2)
実施例1と同様の操作で、カーボンブラックをデグッサ(株)「FW200」(酸性官能基1.4meq/g、BET比表面積550m2/g、DBP吸油量154ml/100g)に替えて10時間還流して反応を行った。洗浄は、pHを調整する為に1N水酸化ナトリウム水溶液150mlで洗浄してから、脱塩水、メタノールで洗浄した。最初の濾液をLC分析した所、4−ヒドロキシ安息香酸は77%が消失していた。減圧乾燥後、黒色粉体2.2gを得た。
【0031】
(実施例3)
フェノール化合物として4−ヒドロキシ安息香酸に変えて4−フェノールスルホン酸1g(6mmol)を用いた以外は実施例1と同様にして反応を行った。濾液をLC分析した所、4−フェノールスルホン酸は82%消失していた。洗浄は、pHを調整する為に1N水酸化ナトリウム水溶液150mlで洗浄してから、脱塩水、メタノールで洗浄した。減圧乾燥後、黒色粉体2.2gを得た。
【0032】
(比較例1)
実施例1においてカーボンブラックを用いずに反応を行った。反応終了後、濾液をLC分析した所、4−ヒドロキシ安息香酸は68%消失し、その内約60%は2量体を生成していた。
【0033】
(実施例4)
実施例1で得られたフェノール化合物が付加されたカーボンブラック0.3gを20mlガラス容器に秤取り、エチレングリコール0.4g、グリセリン0.35g、脱塩水3.95g及び0.8φガラスビーズを7.2gを加えて密栓した。振盪機にて350spmで30分振盪した後、超音波洗浄機(ブランソン1210)を用いて40kHzの超音波を2時間照射した。5Cの定性濾紙にてガラスビーズを除去した後、光学顕微鏡で400倍に拡大観察したが凝集塊は見られなかった。粒径分布を測定した所、体積平均粒径(mv)0.147μm、マイクロトラックでカウントされた最大粒子径は0.48μmであった。25℃での溶液粘度は1.75mPa・s、表面張力は67.4mN/m、pHは6.4であった。
【0034】
(実施例5)
実施例2で黒色粉体として得られたフェノール化合物が付加されたカーボンブラックを用いた以外は実施例4と同様の操作により、分散を行った。粒径分布はmv0.044μm、最大粒径0.20μm、pH9.0であった。
【0035】
(実施例6)
実施例3で黒色粉体として得られたフェノール化合物が付加されたカーボンブラックを用いた以外は実施例4と同様の操作により、分散を行った。粒径分布はmv0.134μm、最大粒径0.58μm、pH8.5であった。
【0036】
(実施例7)
エチレングリコールとグリセリンに代えてN−メチルピロリドン0.75gを用いて分散した以外は、実施例4と同様の操作を行った。粒径分布はmv0.146μm、最大粒径0.41μm、溶液粘度1.42mPa・s、表面張力は56.4mN/m、pH4.8であった。
【0037】
(実施例8〜11)
実施例4〜7で得られたカーボンブラック分散液をインクジェットプリンターで印字して、文字の掠れや滲み、ベタ塗り部分の濃淡やムラ、スジの有無を確認した。結果を表−1にまとめた。
【0038】
【表1】
表−1 表面処理カーボンブラックの分散結果と印字評価

Figure 0004004112
【0039】
【表2】
表−1 表面処理カーボンブラックの分散結果と印字評価(続き)
Figure 0004004112
註)略号:4−HBA =4−ヒドロキシ安息香酸
4−PSA =4−フェノールスルホン酸
EG =エチレングリコール
NMP =N−メチル−2−ピロリドン
【0040】
【発明の効果】
本発明により、インクジェット用インク組成物として有用なカーボンブラック水性分散液を得ることができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an aqueous dispersion of carbon black, and more specifically, an aqueous dispersion of carbon black formed by adding a phenol compound having a hydrophilic functional group in order to disperse hydrophobic carbon black particles in an aqueous medium. And a manufacturing method thereof. The carbon black aqueous dispersion obtained by the present invention is useful as various recording water-based inks including ink jet printing.
[0002]
[Prior art]
Ink jet printers are widely used in offices and homes as inexpensive printing machines, but with the recent demand for higher printing quality, the required characteristics of ink to be used are becoming more severe. Particularly for black inks that are used in large quantities, low solution viscosity and surface tension are required for stable printing while maintaining high optical density. Also, during thermal jet printing, the ink is heated at a temperature of about 280 ° C or higher, so when using a colorant, resin, or solvent with low thermal stability, the thermal decomposition products may cause defective printing or nozzle clogging. Cause.
[0003]
Carbon black is considered to be optimal as a black colorant having a high optical density and excellent thermal stability. However, carbon black particles are hydrophobic aggregates and are usually difficult to disperse in an aqueous medium. As a method of dispersing carbon black in water, a method using various dispersants, a method of graft polymerization of a hydrophilic monomer, a method of adding an organic compound having a hydrophilic functional group to the surface, a method of directly oxidizing the surface, etc. have been devised. ing.
[0004]
As a method for dispersing carbon black in an aqueous medium using a dispersant, there are water-soluble methods described in JP-B-1-28304, JP-B-2-230271, JP-A-8-41394, JP-A-8-113741, and the like. Describes a method of using a functional vinyl polymer as a dispersant. In these methods, since the dispersant is a high-viscosity polymer, the ink ejection properties are likely to deteriorate, and the dispersant may be thermally deteriorated.
[0005]
As a method for graft polymerization of a hydrophilic monomer on the surface of carbon black, grafting using a vinyl monomer or an epoxy compound in JP-B-1-4936, JP-A-4-234467, JP-A-6-128517, etc. A method of polymerizing is described. In these methods, it is difficult to remove the ungrafted polymer as a by-product, and it is difficult to keep the composition of the product constant.
[0006]
As a method of adding an organic compound having a hydrophilic functional group to the surface of carbon black, USP 5,571,311 describes a method of adding sulfanilic acid or anthranilic acid using a diazo coupling reaction. Diazonium salts are susceptible to decomposition and have many losses and side reactions. Further, the diazotization reaction has a risk of runaway / explosion and is not preferable when handling a large amount.
[0007]
As a method for directly oxidizing the surface of carbon black, JP-A-8-3498 discloses a method for oxidizing using hypochlorite. In this method, the hydrophobicity of the carbon black itself is lost, and there is a problem in that the water resistance of the printing is reduced and bleeding occurs.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The inventors of the present invention have solved the above-mentioned problems in the prior art, and have earnestly devised a method for significantly improving the dispersibility in an aqueous medium while maintaining the excellent characteristics of carbon black such as blackness, heat resistance and water resistance. investigated.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies by the present inventors in view of the above problems, it is possible to provide a carbon black dispersion liquid having excellent characteristics that can provide an ink for inkjet printing that enables high-density and high-quality printing. Successfully achieved the present invention. That is, the present invention resides in a carbon black to which a phenol compound having a hydrophilic functional group is added, a carbon black dispersion containing the carbon black, and a production method thereof.
[0010]
Carbon black having excellent affinity with the surface of carbon black and having a phenolic compound having a hydrophilic functional group capable of improving dispersibility in an aqueous medium added to the surface, and carbon containing the same Black aqueous dispersions can provide inks for inkjet printing having excellent characteristics, and these can be obtained by reacting carbon black and the phenol compound with a radical initiator in an aqueous solvent. The present inventors have found that this can be done.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
Carbon black that can be used in the present invention is not particularly limited, and furnace black, channel black, lamp black, and the like that are usually available can be used. Those previously oxidized by various methods may be used.
[0012]
The phenol compound added to carbon black in the present invention is a phenol compound having a hydrophilic functional group. Here, the phenol compound means a compound in which various functional groups are added to C 6 H 5 OH, and a compound in which the OH portion of such a compound is a salt. The position and number of functional groups are not limited, but have at least one hydrophilic functional group.
[0013]
The kind of the hydrophilic functional group is not particularly limited, but for example, a sulfonic acid group, a carboxyl group, or a salt thereof is particularly preferable.
Specific examples of the phenol compound having a hydrophilic functional group include 2-hydroxybenzoic acid, 3-hydroxybenzoic acid, 4-hydroxybenzoic acid, 2-hydroxybenzenesulfonic acid, 3-hydroxybenzenesulfonic acid, 4 -Hydroxybenzenesulfonic acid, 2-aminophenol, 3-aminophenol, 4-aminophenol, 2-nitrophenol, 3-nitrophenol, 4-nitrophenol, catechol, resorcinol, hydroquinone, 3-hydroxy-2-naphthoic acid 2-hydroxy-1-naphthoic acid, 6-hydroxy-2-naphthalenesulfonic acid, 4-hydroxy-1-naphthalenesulfonic acid and the like. Of these, hydroxybenzoic acids and hydroxybenzenesulfonic acids are preferred from the viewpoint of reactivity with carbon black and dispersibility.
[0014]
In order to produce the carbon black or the carbon black dispersion of the present invention, the above carbon black and a phenol compound may be reacted in an aqueous solvent.
The reaction may be initiated by using a radical initiator together with heating, light irradiation, or a reducing agent.
[0015]
The degree of heating is 50 ° C or higher, preferably 70 ° C or higher.
Examples of the reducing agent include low oxidation state transition metals such as FeCl 2 and FeBr, and amines such as tetramethylethylenediamine.
As a result, the present inventors have found that a reaction between the phenol compound and carbon black occurs on the surface of carbon black.
[0016]
As the radical initiator, a water-soluble peroxide is suitable.
For example, persulfates such as potassium persulfate, sodium persulfate, ammonium persulfate, perphosphate, perborate, hydrogen peroxide, peracetic acid and its salts, benzoyl peroxide, alkali metal peroxide, etc. . Among these, it is preferable to use persulfates and perphosphates whose reaction is easily controlled. The amount of radical initiator used depends on the amounts of carbon black and phenolic compound used, and it is appropriate to use an oxide in an amount of 0.1 to 5 times the combined weight. However, the initiator may be used in excess of this amount.
[0017]
In addition, the mixture ratio of a phenol compound and carbon black is not specifically limited, Preferably it is 20-300 weight part of phenol compounds with respect to 100 weight part of carbon black, Most preferably, it is 50-100 weight part.
The ratio to be added to the carbon black is not particularly limited, but preferably 2 to 50% by weight, particularly preferably about 4 to 15% by weight of the phenol compound is added to the carbon black to which the phenol compound is added. Fully effective.
[0018]
In the production method of the present invention, the above reaction is carried out in an aqueous solvent. As used herein, the aqueous solvent refers to water or a mixture of water and a water-soluble organic solvent. Usually, water may be used, but a water-soluble organic solvent is appropriately mixed when the phenol compound to be used does not dissolve. Can be used. For example, alcohols such as methanol and ethanol, aliphatic polyols such as ethylene glycol, glycerin and low molecular weight polyethylene glycol, nitriles such as acetonitrile, amides such as N, N-dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide, N -Lactams such as methylpyrrolidone, sulfur-containing solvents such as dimethyl sulfoxide, dimethyl sulfone and sulfolane, and phosphorus-containing solvents such as hexamethylphosphoric triamide.
[0019]
The aqueous dispersion of carbon black obtained by the above method can be used as it is as a black ink composition such as an inkjet ink, but is separated and washed to remove unreacted phenolic compounds and excess salts. It is preferable. As the separation method, methods such as filtration and centrifugation are used. As the filter medium, a membrane filter of about 0.1 μm is convenient with little separation loss. Although demineralized water is usually used for washing, a water-soluble organic solvent can be mixed as appropriate so that the remaining organic compounds such as phenols can be easily removed. In order to adjust pH, various salts may be dissolved and used.
[0020]
In order to suppress reaggregation of carbon black, the pH of the dispersion is preferably in the range of 3-10. This is because in the case of a strong acid or strong base liquid, the negative charge on the surface of the carbon black is neutralized by hydrogen ions or metal cations and the dispersion stability due to charge repulsion is inhibited. Particularly preferably, the pH is 7 to 10, and the dispersion stability is very excellent.
[0021]
Examples of pH regulators include monohydrogen phosphate, dihydrogen phosphate, hydrogen carbonate, carbonate, hydroxide, and the like, and alkali metal salts, alkaline earth metal salts, ammonium salts, and the like may be used. it can. Among these, phosphates and carbonates such as 1 ammonium dihydrogen phosphate and 1 potassium dihydrogen phosphate are preferable, and reaggregation of carbon black hardly occurs.
[0022]
In order to finely disperse the carbon black added with the phenol compound thus obtained in an aqueous medium, a commonly used means such as a mill disperser or ultrasonic irradiation may be used. As the mill disperser, a bead mill using glass beads having a particle size of 1 mm or less is suitable. In order to realize high-quality ink jet printing, it is preferable to disperse to a volume average particle size of 0.2 μm and a maximum particle size of 1 μm or less. More preferably, it is dispersed to a volume average particle size of 0.1 μm and a maximum particle size of about 0.5 μm. Here, the volume average particle size and the maximum particle size are values measured by a dynamic light scattering method.
[0023]
In order to realize ink jet printing with stable ejection properties, it is necessary to keep the ink solution viscosity low and the surface tension high. The solution viscosity is preferably 1 to 3 mPa · s, and the surface tension is preferably 50 mN / m or more. More preferably, the solution viscosity is adjusted to 1 to 2 mPa · s, and the surface tension is adjusted to 60 mN / m or more.
When used as an inkjet ink composition, the solid content concentration of carbon black in the dispersion is preferably 20 wt% or less, particularly preferably 5 to 10 wt%.
[0024]
The black ink composition thus obtained is suitable as an ink for ink jet printing and can be used for many other purposes as an aqueous ink. Examples include writing instrument ink, printing ink, and transfer ink.
[Example]
Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples.
[0025]
The volume average particle size and the maximum particle size of carbon black dispersed in the carbon black dispersion in the present invention are measured at 23 ° C. using “MICROTRAC-UPA150” (MODEL 9230) by a dynamic light scattering method. It was. The presence or absence of aggregates was confirmed by magnifying and observing 400 times using an optical microscope (manufactured by Shimadzu Corporation). The solution viscosity was measured at 25 ° C. and 50 rpm using “RE-80L” manufactured by TOKI Sangyo. The surface tension was measured at room temperature using “CBVP-A13” manufactured by Kyowa Interface Science. The pH was measured at room temperature using Toa Denpa Kogyo "HM-20".
[0026]
The residual amount of the phenol compound during the reaction was measured by LC analysis using a liquid chromatograph “LC-9A” manufactured by Shimadzu Corporation. “MCIgel ODS1HU” (4.6φ × 150 L) manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation was used for the column, and the eluent was dissolved in 10 vol% acetonitrile aqueous solution as a buffer with 0.05M potassium dihydrogen phosphate as a buffer, and the flow rate was 1 ml / min. Used in. The detector used was “SPD-10A” manufactured by Shimadzu Corporation, and the absorbance at a wavelength of 250 nm was measured. The thermal stability of the carbon black treated with the obtained phenol compound and the addition amount of the organic component were measured by measuring TG / DTA at 100 to 1000 ° C. using “SSC-5000” manufactured by SEIKO ELECTRONICS.
[0027]
For printing evaluation, a thermal jet printer “PICTY200” (PR-101 / J200) manufactured by NEC Corporation was used, and the ink of the ink cartridge “HP51629A” was refilled. As printing paper, neutral paper for copying and Xerox “4024” paper were used. The print density was measured using a “Macbeth densitometer RD914”.
[0028]
Example 1
2 g of carbon black ("MA7" manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), acidic functional group 0.13 meq / g, BET specific surface area 137 m 2 / g, DBP oil absorption 65 ml in a 200 ml round bottom flask equipped with a stirring blade and a cooling tube / 100 g) and 1 g (7 mmol) of 4-hydroxybenzoic acid, 5 g (18 mmol) of potassium persulfate are added, and the mixture is immersed in an oil bath at 90 ° C. while stirring at 600 rpm in 100 ml of 50 vol% aqueous methanol solvent, and heated. Reflux for a period of time. After completion of the reaction, the solid content was filtered off using a 0.1 μm membrane filter, washed twice with 150 ml of demineralized water, and then washed once with 100 ml of methanol. When the first filtrate was analyzed by LC, 80% of 4-hydroxybenzoic acid had disappeared. Thereby, it turns out that 80% of the prepared benzoic acid is contained in said solid content.
[0029]
The solid content was dried at 100 ° C. under reduced pressure of 50 mmHg for 2 hours with a vacuum dryer to obtain 2.2 g of black powder. When TG / DTA was measured, the weight loss at 100 to 1000 ° C. was about 9 wt%, and no sudden weight or heat change was observed. From the above, it can be seen that 4-hydroxybenzoic acid, an organic compound, remains in the solid content and is not simply present as a mixture with carbon black but is chemically bonded to carbon black. Recognize.
[0030]
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, carbon black was refluxed for 10 hours instead of Degussa “FW200” (acid functional group 1.4 meq / g, BET specific surface area 550 m 2 / g, DBP oil absorption 154 ml / 100 g). And reacted. In order to adjust the pH, washing was performed with 150 ml of 1N aqueous sodium hydroxide solution, and then with demineralized water and methanol. LC analysis of the first filtrate revealed that 77% of 4-hydroxybenzoic acid had disappeared. After drying under reduced pressure, 2.2 g of black powder was obtained.
[0031]
(Example 3)
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1, except that 1 g (6 mmol) of 4-phenolsulfonic acid was used instead of 4-hydroxybenzoic acid as the phenol compound. LC analysis of the filtrate revealed that 82% of 4-phenolsulfonic acid had disappeared. In order to adjust the pH, washing was performed with 150 ml of 1N aqueous sodium hydroxide solution, and then with demineralized water and methanol. After drying under reduced pressure, 2.2 g of black powder was obtained.
[0032]
(Comparative Example 1)
In Example 1, the reaction was carried out without using carbon black. After completion of the reaction, the filtrate was subjected to LC analysis. As a result, 68% of 4-hydroxybenzoic acid disappeared, and about 60% of the filtrate produced a dimer.
[0033]
(Example 4)
0.3 g of carbon black added with the phenol compound obtained in Example 1 was weighed in a 20 ml glass container, and 0.4 g of ethylene glycol, 0.35 g of glycerin, 3.95 g of demineralized water, and 7 glass beads of 0.8φ were used. .2 g was added and sealed. After shaking for 30 minutes at 350 spm with a shaker, ultrasonic waves of 40 kHz were irradiated for 2 hours using an ultrasonic cleaner (Branson 1210). After removing the glass beads with a 5C qualitative filter paper, the glass beads were magnified 400 times with an optical microscope, but no agglomerates were observed. When the particle size distribution was measured, the volume average particle size (mv) was 0.147 μm, and the maximum particle size counted by Microtrac was 0.48 μm. The solution viscosity at 25 ° C. was 1.75 mPa · s, the surface tension was 67.4 mN / m, and the pH was 6.4.
[0034]
(Example 5)
Dispersion was carried out in the same manner as in Example 4 except that carbon black added with the phenol compound obtained as black powder in Example 2 was used. The particle size distribution was mv 0.044 μm, maximum particle size 0.20 μm, and pH 9.0.
[0035]
(Example 6)
Dispersion was carried out in the same manner as in Example 4 except that carbon black added with the phenol compound obtained as black powder in Example 3 was used. The particle size distribution was mv 0.134 μm, the maximum particle size 0.58 μm, and pH 8.5.
[0036]
(Example 7)
The same operation as in Example 4 was performed except that 0.75 g of N-methylpyrrolidone was used instead of ethylene glycol and glycerin. The particle size distribution was mv 0.146 μm, the maximum particle size was 0.41 μm, the solution viscosity was 1.42 mPa · s, the surface tension was 56.4 mN / m, and the pH was 4.8.
[0037]
(Examples 8 to 11)
The carbon black dispersions obtained in Examples 4 to 7 were printed with an ink jet printer, and the presence or absence of blurring or bleeding of characters, shading or unevenness of solid coating portions, and streaks were confirmed. The results are summarized in Table 1.
[0038]
[Table 1]
Table 1 Dispersion results and print evaluation of surface-treated carbon black
Figure 0004004112
[0039]
[Table 2]
Table 1 Dispersion results and print evaluation of surface-treated carbon black (continued)
Figure 0004004112
I) Abbreviation: 4-HBA = 4-hydroxybenzoic acid 4-PSA = 4-phenolsulfonic acid EG = ethylene glycol NMP = N-methyl-2-pyrrolidone
【The invention's effect】
According to the present invention, an aqueous carbon black dispersion useful as an inkjet ink composition can be obtained.

Claims (12)

親水性官能基を有するフェノール化合物が付加されてなるカーボンブラック。Carbon black to which a phenol compound having a hydrophilic functional group is added. フェノール化合物の親水性官能基がスルホン酸基、カルボキシル基及びこれらの塩のうちの1種以上である請求項1記載のカーボンブラック。The carbon black according to claim 1, wherein the hydrophilic functional group of the phenol compound is at least one of a sulfonic acid group, a carboxyl group, and a salt thereof. カーボンブラック、親水性官能基を有するフェノール化合物及びラジカル開始剤を水系溶媒中で反応させることを特徴とするフェノール化合物が付加されたカーボンブラックの製造方法。A method for producing carbon black to which a phenol compound is added, comprising reacting carbon black, a phenol compound having a hydrophilic functional group, and a radical initiator in an aqueous solvent. 親水性官能基を有するフェノール化合物が付加されたカーボンブラックを含有することを特徴とするカーボンブラック分散液。A carbon black dispersion comprising carbon black to which a phenol compound having a hydrophilic functional group is added. カーボンブラック、親水性官能基を有するフェノール化合物及びラジカル開始剤を水系溶媒中で反応させることを特徴とするカーボンブラック分散液の製造方法。A method for producing a carbon black dispersion, comprising reacting carbon black, a phenol compound having a hydrophilic functional group, and a radical initiator in an aqueous solvent. フェノール化合物の有する親水性官能基がスルホン酸基及び/又はその塩である請求項4に記載のカーボンブラック分散液。The carbon black dispersion according to claim 4, wherein the hydrophilic functional group of the phenol compound is a sulfonic acid group and / or a salt thereof. フェノール化合物の有する親水性官能基がカルボキシル基及び/又はその塩である請求項4又は6に記載のカーボンブラック分散液。The carbon black dispersion according to claim 4 or 6, wherein the hydrophilic functional group of the phenol compound is a carboxyl group and / or a salt thereof. ラジカル開始剤が過硫酸塩、過燐酸塩、有機過酸化物及び過酸化水素のうち1種以上である請求項5に記載のカーボンブラック分散液の製造方法。The method for producing a carbon black dispersion according to claim 5, wherein the radical initiator is at least one of persulfate, perphosphate, organic peroxide and hydrogen peroxide. 水系溶媒中にカーボンブラックが最大粒径が1μm以下、体積平均粒径が0.2μm以下に分散していることを特徴とする請求項4、6又は7に記載のカーボンブラック分散液。The carbon black dispersion according to claim 4, 6 or 7, wherein carbon black is dispersed in an aqueous solvent so that the maximum particle size is 1 µm or less and the volume average particle size is 0.2 µm or less. カーボンブラックの固形分濃度が20wt%以下であり、pH3〜10の範囲にある請求項4、6、7又は9に記載のカーボンブラック分散液。The carbon black dispersion according to claim 4, 6, 7 or 9, wherein the solid content concentration of the carbon black is 20 wt% or less and is in a range of pH 3 to 10. 親水性官能基を有するフェノール化合物が付加されたカーボンブラックを含有するインク組成物。An ink composition comprising carbon black to which a phenol compound having a hydrophilic functional group is added. 親水性官能基を有するフェノール化合物が付加されたカーボンブラックを含有するインクジェット用インク組成物。An ink-jet ink composition comprising carbon black to which a phenol compound having a hydrophilic functional group is added.
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