JP4561052B2 - Kneaded product for aqueous carbon black dispersion and method for producing aqueous carbon black dispersion and ink composition using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水性カーボンブラック分散液用混練物およびこれを用いた水性カーボンブラック分散液とインク組成物の製造方法に関し、特にインクジェット記録用に適したものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、水を主成分とする液媒体中に顔料を分散した水性顔料分散液が提案されこれを希釈してインク組成物が製造されている。
水性顔料分散液を製造するにあたっては、顔料、水、有機溶剤、樹脂、アルカリ剤を混合し、分散機を用いて顔料の分散処理を行うのが一般的である。その結果、粒子状の顔料が樹脂にて被覆された複数の樹脂被覆粒子が水溶性溶剤中に分散した水性顔料分散液が得られる。
【0003】
一方、水性顔料分散液を使用してインクジェット記録用のインク組成物を製造すると、従来の染料を用いたものと比べて耐光性、耐水性などが格段にすぐれたものが得られる。
なお、インクジェット記録用のインク組成物においては、インクジェットから吐出されるときの安定性(吐出安定性)、長期保存安定性などが、他の用途に比較して厳しく要求されている。すなわち、できるだけ粒子径の揃った微細な顔料粒子が、樹脂に被覆された状態で、液媒体中に長期にわたって安定に分散している必要がある。そして、これらの要求を満足するためには、水性顔料分散液の段階で、良好な分散安定性と、長期保存可能な分散安定性を有することが必要とされる。
【0004】
そこで、最近では、水性顔料分散液について、インクジェット記録用に適した組成や顔料の分散方法などについて種々検討が行われはじめている。
例えば、水溶性樹脂とアルカリ成分を水に溶解した水溶液を作成し、これに顔料を加えて充分撹拌した後、さらに分散効率の高い高速のサンドミルなどを用いて分散させて水性顔料分散液を得る方法が提案されている。
また,顔料とポリマー分散剤を2−ロールミリング装置によって分散体を得た後に水性キャリアー媒体中に分散し顔料分散液を得る調整方法が開示されていて、実施例には、顔料とポリマー分散剤の分散体に、中和剤である水酸化カリウムと水とを混合し顔料分散液を得る製造方法が記載されている。(例えば、特許文献1参照。)。
【0005】
【特許文献1】
特開平6−157954号公報(第2 3頁、実施例1)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら,前記製造方法では2−ロールミリング装置であらかじめ混練することで未混練のものよりは顔料の微細化が進み水性キャリアー媒体中への分散性の向上が図れるが,顔料とポリマー分散剤の分散体を水性キャリアー媒体中へ分散させる際に生じる顔料凝集体を完全に防止できない問題があった。
また、この方法においては、分散時間が長時間にわたり、製造効率が低いという問題があった。また、この様にして得られた水性顔料分散液においても、分散安定性は未だ不充分であった。
なお、サンドミルを用いて水性顔料分散液を製造する工程は、通常顔料等の固形分比率の小さい低粘度の被分散液を用いて行われる。そのため、顔料に強力なシェアがかかりにくく、顔料の粗大粒子を粉砕するのに多くの時間がかかる。
また、この様にして得られた水性顔料分散液には、分散後にも相当量の粒径1μm以上の粗大粒子が含まれている。そして、このままではインクジェットの吐出安定性が確保できないので、さらに遠心分離、濾過などによってこの粗大粒子を除去する工程が必要であり、さらなる製造効率の低下と収率の低下という問題があった。
【0007】
本発明は前記事情に鑑てなされたもので、黒色の顔料であるカーボンブラックが安定に分散し(分散安定性が良好で)、それが長期保存においても維持される、長期保存安定性が良好な水性カーボンブラック分散液とインク組成物を得ることができる技術を提供することを課題とする。
また、分散時間などの製造に要する時間が短く、製造効率が高い水性カーボンブラック分散液とインク組成物の製造方法を提供することを課題とする。
また、収率の高い水性カーボンブラック分散液とインク組成物の製造方法を提供することを課題とする。
特に吐出特性に優れたインクジェット記録用のインク組成物を得ることができる技術を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決し、分散安定性の良好な水性カーボンブラック分散液を作製するためには、樹脂、カーボンブラックを含む混合物にさらに塩基性化合物を配合し、高粘度で混練して混練物を作製してから、これを用いて水性カーボンブラック分散液もしくはインク組成物を製造する方法が好適であることを見いだした。
すなわち本発明者らは前記課題を解決するために、アニオン性基を有する樹脂、カーボンブラック、及び塩基性化合物を含む混合物を混練し、固体もしくは半固体状の水性カーボンブラック分散液用混練物を製造することを特徴とする水性カーボンブラック分散液用混練物の製造方法を提供する。
また本発明者らは上記の水性カーボンブラック分散液用混練物の製造方法によって、該水性カーボンブラック分散液用混練物を製造する工程と、該混練物を水を主成分とする溶液に分散させて水性カーボンブラック分散液を製造する工程とを有する水性カーボンブラック分散液の製造方法を提供する。
なお、本明細書においては、水性カーボンブラック分散液用混練物の製造工程において、混練前のものを混合物、混練中あるいは混練後のものを混練物とする。
またさらに本発明者らは、前記水性カーボンブラック分散液を製造する工程と、該水性カーボンブラック分散液を水溶性溶剤で希釈してインク組成物を得る工程を有するインク組成物の製造方法を提供する。
【0009】
【発明の実施の形態】
アニオン性基を有する樹脂、カーボンブラックを塩基性化合物存在下で混練することにより、樹脂のアニオン性基が中和される。そのため、塩基性化合物が存在しない場合と比較すると、該樹脂の分散性、溶解性が向上し、また、樹脂は部分溶解もしくは膨潤状態となってカーボンブラックと混練され、このときカーボンブラック表面への樹脂吸着が進行し、該塩基性化合物の存在によって混練物は高粘度の粘土状混練物となる。
さらにまた本発明者らは、前記水性カーボンブラック分散液用混練物の製造方法において、混練中に前記混合物の質量が実質的に変化しない様に混練を行うことが混練時におけるカーボンブラックの分散性を高める上で好ましいことを見いだした。
なお、混練工程を、例えば二本ロールや三本ロールのような開放系の混練機を用いて行うと、混練時の温度上昇で混練物中の水、もしくは水溶性有機溶剤が蒸発するため、混練物の固形分比率の上昇が著しい。このため混練初期に塩基性化合物を添加して、樹脂のアニオン性基を中和しその分散性もしくは溶解性を向上させた効果が減殺される。
さらにこのようなロール練肉機の様な開放系による混練を行ったときは、確かにカーボンブラックはロール間でシェアを受けて細かく粉砕されるものの、上述の様に混練終了時に固形分比率が著しく上昇するため混練物表面が乾いた状態となる。このためこれに続く分散工程で、水性カーボンブラック分散液を作製するとき、さらに該混練物に水、もしくは水溶性有機溶媒を添加して、固形チップの粉砕、溶解とカーボンブラックの分散を行わなければならない。従ってロール練肉に続く分散工程に負担がかかり、分散時間が長時間化したり、またたとえ長時間の分散を行ったとしても粗大粒子が残存する可能性がある。
【0010】
これに対して、混合物の質量が実質的に変化しない様に混練を行うと、混練物の粘度の上昇や固形分比率の増加等の問題を生じずに、水性カーボンブラック分散液用混練物を得ることができる。
さらに前記水性カーボンブラック分散液用混練物の製造方法においては、撹拌槽と撹拌羽根を有する混練機を用いて混練することが好ましい。このような混練機においては上述の様なロール練肉機と異なり、攪拌槽を密閉することが可能であって、混練中の水もしくは水溶性有機溶剤の蒸発を防ぎ、混練中に混合物の質量が実質的に変化しないようにすることができる。
このため該混練物の固形分比率が上昇しすぎることがなく、分散工程に移るために添加した希釈用の水溶性溶剤中に容易に混合分散し、効率的に分散液を作製することができる。
さらに前記混練機がプラネタリーミキサーであることが好ましい。プラネタリーミキサーは、互いに自転と公転を行う2軸の攪拌羽根を使用して、攪拌槽中の混練物を攪拌、混練する構造を有しており、攪拌槽中に攪拌羽根の到達しないデッドスペースが少ない。また羽根の形状が肉厚で高負荷をかけることができるが、一方では攪拌羽根を攪拌槽中で回す通常の攪拌機の様に使用することもできる。このため高負荷領域から低負荷領域まで、処理対象にできる被混練物の幅が広く、混練終了後の混練物に、そのまま水、もしくは水溶性有機溶剤の一方あるいは両方を添加し、希釈、攪拌、分散する操作の全てを、プラネタリーミキサーから混練物を取り出さずに、該同じミキサーの中で行うことができる。
【0011】
なお、前記水性カーボンブラック分散液用混練物を用いて、これに水溶性溶剤に分散させて水性カーボンブラック分散液を作製するときは、メディアを用いた分散機で分散させることが好ましい。このような分散機を用いることにより、カーボンブラックの粉砕による小粒径化と該カーボンブラック表面への樹脂吸着とを同時に進行させることができる。
【0012】
水性カーボンブラック分散液において、カーボンブラックの分散状態は、カーボンブラックの粒径、カーボンブラックが樹脂に被覆された樹脂被覆粒子の粒径、カーボンブラックと樹脂との比率や、樹脂や水溶性溶剤の組成などに影響される。そして、微細なカーボンブラックの粒子の表面が樹脂によって薄く均一に被覆された微細な樹脂被覆粒子が、水溶性溶剤中に安定に分散し、かつその分散状態が長期保存後も維持されていることが、インクジェット記録用のインク組成物において、吐出安定性などの効果を得るために、好ましい。
なお本発明において水溶性溶剤もしくは水性媒体とは、水、もしくは水中に水と容易に混ざり合う水溶性有機溶剤を含んだ溶剤を示すものとする。
また半固体状とは常温で高粘稠な粘土状の状態を示すものとする。
【0013】
以下、本発明について、水性カーボンブラック分散液用混練物の製造方法、水性カーボンブラック分散液の製造方法、インク組成物の製造方法について、順に例を挙げて詳細に説明する
【0014】
(1)水性カーボンブラック分散液用混練物の製造方法
水性カーボンブラック分散液用混練物の製造においては、少なくとも
▲1▼アニオン性基を有する樹脂、
▲2▼カーボンブラック、
▲3▼塩基性化合物、
を含む仕込みの混合物を混練し、固体もしくは半固体状の水性カーボンブラック分散液用混練物を製造することを特徴とする。
なお、▲1▼樹脂と▲2▼カーボンブラックとを合わせた固形分比率は、得られる水性カーボンブラック分散液用混練物中、50〜70質量%が好ましい。固形分比率が50質量%未満では混合物の粘度が低下するため、混練が十分に行われず、カーボンブラックの解砕させるためのシェアが 十分発生せず不十分となるため好ましくない。そして、固形分比率をこのように高めることによって混練中の混練物の粘度を適度に高く保ち、混練中の混練機から混練物にかかるシェアを大きくして、混練物中のカーボンブラックの粉砕とカーボンブラックの樹脂による被覆を同時に進行させることができる。固形分比率が70質量%を超えると、例え加温して樹脂を充分に軟化させたとしても混練が困難になる。また、水性カーボンブラック分散液製造時に水溶性溶剤に溶解、分散させることが困難となったり、水溶性溶剤による低粘度化が困難となるおそれがある。
【0015】
以下、それぞれの構成について詳細に説明する。
▲1▼アニオン性基を有する樹脂
アニオン性基を有する樹脂は、少なくとも1種以上のアニオン性基を有するモノマーを含むモノマーを重合させたものであり、該アニオン性基を含むモノマーは親水性基として機能する。なお重合に用いられる他のモノマー中には、疎水性基を有する疎水性モノマーが含有されていることが好ましい。アニオン性基を有する樹脂としては、アニオン性基からなる親水性基を有するモノマー成分と、疎水性基を有するモノマー成分が共存している樹脂を用いることが好ましい。
このような樹脂としては、スチレン系樹脂、アクリル酸系樹脂、マレイン酸系樹脂、ポリビニール酢酸系樹脂、ポリビニールスルフォン酸系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリビニールアルコール系樹脂、ポリピロリドン樹脂、セルロース系樹脂などを例示することができる。
前記樹脂に用いる疎水基を有する疎水性モノマーとしては、
メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸アルキルエステル; フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート,フェニルエチル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸アリルエステル; スルホエチル(メタ)アクリレート、スルホプロピル(メタ)アクリレートなどのスルホン酸基含有(メタ)アクリル酸エステル; ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートなどの水酸基含有の(メタ)アクリル酸エステル; スチレン、αメチルスチレン、ビニルトルエンなどのスチレン系モノマー; アクリロニトニル;アクリルアミド;酢酸ビニル;塩化ビニル;ビニルピロリドン;ビニルアルコール;エチレン;などを例示することができる。
中でもスチレン系モノマー、さらにはスチレンモノマーが好ましい。
これらは1種または2種以上併用して用いることができる。
なお、(メタ)アクリレートとは、アクリレート及び/またはメタアクリレートを示し、(メタ)アクリル酸とはアクリル酸及び/またはメタアクリル酸を示す。
アニオン性基を有するモノマーとしては、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基などを有するモノマーを例示することができる。特に分散安定性、長期保存安定性の点から、カルボキシル基を含むモノマーが好ましく、例えば(メタ)アクリル酸、無水マレイン酸などが挙げられる。
本発明においては、分散安定性、長期保存安定性の点から、特に(メタ)アクリル酸に由来する構造を有している(メタ)アクリル酸系モノマーを用いると好ましい。
【0016】
さらに、分散安定性、長期保存安定性の点から、アニオン性基を有する樹脂は疎水性モノマー成分であるスチレンモノマー成分と アニオン性基を有するモノマー成分とを含有するからなる共重合体樹脂であることが好ましい。
なお、このとき、アニオン性基を有するモノマーは親水性モノマーであると好ましい。
【0017】
スチレンモノマー成分とアニオン性基を有するモノマー成分からなる共重合体樹脂においては、分散安定性、長期保存安定性の点から、スチレンモノマー成分が50質量%以上、さらに好ましくは60質量%以上、最も好ましくは70質量%以上で、さらに好ましくは95質量%以下含まれていると好ましい。
共重合体樹脂中のスチレンモノマー成分の含量を50質量%以上とすることにより、共重合樹脂の疎水性が増加し、水系においてはより強固にカーボンブラックへの樹脂被覆が行われる。その結果、水性カーボンブラック分散液を経て作製されたインク組成物をインクジェットに用いたときに、樹脂被覆粒子が加熱されても、その粒径が安定であり、粒径安定性が向上する。そして、吐出安定性が向上し、かつ高い印字濃度が得られる。さらに被記録媒体上の塗膜の耐久性向上にも効果的である。なお、95質量%をこえると分散に寄与するアニオン性基を有するモノマー成分の含有量が低下し、水系での分散安定性、長期保存安定性が低下するおそれがある。
本発明においてはスチレンモノマー成分と共重合するアニオン性基を有するモノマー成分として、ラジカル重合性の不飽和二重結合を有する不飽和脂肪族カルボン酸を用いたものが好ましく、さらにスチレンモノマー、アクリル酸、およびメタクリル酸の3種のモノマーを含むモノマー成分を共重合させた樹脂であることが好ましい。
なお本発明において、単にモノマーという場合には、重合前のモノマーを指し、モノマー成分という場合には、樹脂中に含まれるモノマー由来の構造を示すものとする。
【0018】
また、長期的な保存安定性の点から、樹脂の酸価は60〜300mgKOH/g、好ましくは100〜180mgKOH/g、さらに好ましくは120〜170mgKOH/gの範囲とされる。なお酸価とは、樹脂1gを中和するに必要な水酸化カリウム(KOH)のミリグラム(mg)数であり、mgKOH/gにて示す量である。
酸価が60より小さいと、親水性が小さくなり、カーボンブラックの分散安定性が低下するおそれがある。一方、酸価が300より大きいと、カーボンブラックの凝集が発生し易くなり、またインク組成物を用いた印字品の耐水性が低下するおそれがある。
【0019】
なお、アニオン性基を有する樹脂の質量平均分子量は3000〜50000、さらに好ましくは4000〜40000、さらに好ましくは5000〜30000、最も好ましくは5000〜20000とされる。3000以上とされる理由は、低分子量である程初期的な分散性が優れているが、長期的な保存安定性が低下する傾向があるためである。なお、50000をこえると水性カーボンブラック分散液の粘度が高くなるだけでなく、樹脂の分散性、溶解性などが低下する傾向にある。
上記の好ましい範囲の重量平均分子量を有する樹脂を用いることにより、水溶性溶剤中のカーボンブラックの安定性と被記録媒体上に形成された塗膜の耐久性を両立させることができる。
【0020】
また、樹脂のガラス転移点は90℃以上、好ましくは100℃以上、実質的には150℃以下とされる。
ガラス転移点が90℃以上であると、インク組成物によって形成された画像の耐久性が向上し、また、インク組成物の熱安定性が向上する。このため該水性顔料分散液から作製されたインクジェット記録用水性インク組成物をサーマルジェットタイプのインクジェット記録用に用いても、加熱によって吐出不良を起こすような特性変化を生じず、好ましい。なお、樹脂のガラス転移点は分子量などの変更によって調整することができる。
【0021】
▲2▼カーボンブラック
カーボンブラックは、公知のものを特に制限なく使用することができる。例えばファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、ランプブラックなどが挙げられる。
カーボンブラックのpHはpH2〜8のものに対して制限なく使用することができる。
特に本発明の製造方法において、特開平3−97770及び特開平3−134073に記載されているように、従来の製法では十分な分散性が得られない酸性カーボンブラックを用いた水性カーボンブラック分散液の製造に特に有用である。 混練時に塩基性化合物を添加することにより、分散樹脂中の疎水性基を有する部分が効率的にカーボンブラック表面に吸着することがその原因のひとつとして考えることができる。
前記カーボンブラックは、混合物中に40〜60%配合されることが好ましい。
一般に水性カーボンブラック分散液を希釈して、一定カーボンブラック濃度のインク組成物を得るため、水性カーボンブラック分散液中の濃度を極力上げて生産することは、より多くのインク組成物を製造できることから生産効率上有利となる。しかし、カーボンブラック濃度を上げることは、水性カーボンブラック分散液の保存安定性が悪化するため、実質的にはカーボンブラックの分散安定性、水性カーボンブラック分散液用混練物等の安定性確保の点から、60質量%以下、好ましくは40〜50質量%とされる。
さらにカーボンブラックと樹脂(Resin)の質量比率に関しては、樹脂はカーボンブラック表面を安定に被覆するのに必要な量、存在していれば十分であり、それをこえる樹脂の含有はむしろ好ましくない。樹脂が過剰量存在すると、水性カーボンブラック分散液やインク組成物を作製したときに、カーボンブラックに吸着しない遊離の樹脂が増加するため、特にインクジェット記録用インク組成物として使用したときに該樹脂がインクノズルに固着してインク吐出不良の原因となりやすく、特にサーマルジェットプリンターにおいてはこの吐出不良の問題が発生する危険性が高い。
そのため、本発明の水性カーボンブラック分散液用混練物の製造において、前記水性カーボンブラック分散液用混練物中の樹脂/カーボンブラックの質量比率は2/10〜10/10であることが好ましく、2/10〜4/10であることがさらに好ましい。
水性カーボンブラック分散液用混練物においては、カーボンブラックの表面を一様に被覆できる量の樹脂が含有されていることが必要とされる。このため、カーボンブラックの配合比率が多すぎるとカーボンブラックが樹脂によって充分に被覆されず、分散安定性、長期保存安定性が低下するおそれがある。しかしながら、この必要量を超える過剰の樹脂が多量に含有されていると、カーボンブラックの表面に付着せずに、水もしくは水溶性有機溶剤中へ粒子状態や溶解状態で存在する樹脂が増加することにより、粘度上昇の原因となり好ましくない。
【0022】
▲3▼塩基性化合物
アニオン性基を有する樹脂と塩基性化合物とを混合することにより、前記アニオン性基が中和された水性カーボンブラック分散液用混練物が得られる。その結果、水性カーボンブラック分散液用混練物と水との親和性が向上し、水性カーボンブラック分散液の製造時に、水性カーボンブラック分散液用混練物が水中に速やかに分散し、製造効率が向上する。また、水性カーボンブラック分散液中の樹脂被覆カーボンブラック粒子の分散状態がより安定となり、分散安定性、長期保存安定性も向上する。
また、塩基性化合物を配合すると、塩基性化合物とアニオン性基を有する樹脂との相互作用によって、カーボンブラックが樹脂に充分に被覆されやすい状態で混練することができる。そのため、混練中にカーボンブラックが微粉砕され、粗大粒子が減少しやすくなり、後の工程で粗大粒子を除去する工程を省略でき、収率が向上するという効果も得られる。
【0023】
塩基性化合物としては、無機系塩基性化合物、有機系塩基性化合物のいずれも用いることができる。アルカリ強度を調整し易い点において、無機系塩基性化合物がより好ましい。
有機系塩基性化合物としてはアミンなどが挙げられる。例えばメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミンなどの一般的なアミンを例示することができる。アミンの場合は一般に液体状であるので、そのままの形態で用いることができる。
無機系塩基性化合物としては、カリウム、ナトリウムなどのアルカリ金属の水酸化物、水酸化アンモニウム;カリウム、ナトリウムなどのアルカリ金属の炭酸塩、カルシム、バリウムなどのアルカリ土類金属の炭酸塩;などを例示することができる。
中でも、アニオン性基を含む樹脂の中和によって該樹脂の分散性を高めるに効果的であるため、強アルカリのものが好ましく、具体的には、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属の水酸化物が好ましい。
なお、無機系塩基性化合物は混合性向上の点などから、通常、20〜50質量%濃度程度の水溶液の形態で用いられる。
【0024】
塩基性化合物の配合量は、前記アニオン性基を有する樹脂の中和率が20%以上となる量の塩基性化合物を用いることが好ましく、実質的には、長期保存時に分散安定性があり、ゲル化しないためにも、200%以下が好ましく、80%〜120%が特に好ましい。好ましい範囲に設定することにより、水溶性溶剤中の分散速度の向上、分散安定性、長期保存安定性がより改善される。
さらに塩基性化合物は、混練する前に、混合物に配合する他の配合成分とともに一括混合して混合物としておくことが好ましい。
例えば混合物は、予めアニオン性基を含む樹脂と水と塩基性化合物を混合して樹脂水溶液を作製しておき、これをカーボンブラック等の他の配合成分に添加するなどして、複数段階に分けて混合し、製造することもできるが、塩基性化合物と他の配合成分を一括配合して混練用の混合物を作製するほうが、該樹脂のカーボンブラックの表面への吸着が効率的に進行する点で好ましい。
なお、ここで中和率とは、下記の式によって計算される値である。
中和率(%)=((塩基性化合物の質量(g)×56×1000)/(樹脂酸価×塩基性化合物の当量×樹脂量(g)))×100
中和率(%)が100%以上とは、樹脂が有する酸価を中和するのに理論上必要な塩基以上の過剰な塩基が使用されることを意味する。
【0025】
▲4▼水溶性有機溶剤
水性カーボンブラック分散液用混練物を製造するにあたっては、ある程度の溶剤存在下で混練することが好ましい。溶剤が存在しないと充分に混練することができなかったり、カーボンブラックの表面が濡れないため、樹脂による被覆が不充分となるおそれがある。
そこで、水性カーボンブラック分散液用混練物に水溶性有機溶剤を配合すると、この水溶性有機溶剤にて前記樹脂を溶解、一部溶解若しくは膨潤させることにより、カーボンブラックの粒子の表面に樹脂の均一な被膜を形成することができる。その結果、水性カーボンブラック分散液とインク組成物において分散安定性をさらに向上させることができる。
なお、塩基性化合物の水溶液を用いたり、塩基性化合物がアミンの様に液体状の場合には、これらが上記の溶剤の役割を果たすため、水溶性有機溶剤を敢えて添加する必要がない場合もある。
【0026】
水溶性有機溶剤としては、公知のものを特に制限なく使用することができる。
例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールテトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのグリコール類;
ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、およびこれらと同族のジオールなどのジオール類;
ラウリン酸プロピレングリコールなどのグリコールエステル;
エチレングリコールモノブチルエーテル、カルビトールなどのジエチレングリコールエーテル類;
ジエチレングリコールモノエチル、ジエチレングリコールモノブチル、ジエチレングリコールモノヘキシル、プロピレングリコールエーテル、ジプロピレングリコールエーテル、およびトリエチレングリコールエーテルを含むセロソルブなどのモノグリコールエーテル類;
メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、ブチルアルコール、ペンチルアルコール、およびこれらと同族のアルコールなどのアルコール類;
あるいは、スルホラン、エステル、ケトン、γ−ブチロラクトンなどのラクトン類、N−(2−ヒドロキシエチル)ピロリドンなどのラクタム類、グリセリンおよびその誘導体など、水溶性有機溶剤として知られる他の各種の溶剤などを挙げることができる。
これらの水溶性有機溶剤は1種または2種以上混合して用いることができる。
水溶性有機溶剤の選択は、使用する樹脂によって決まるが、ある程度の溶解性を持つものが好ましく、樹脂の溶解性によりその添加量が調整される。
【0027】
水溶性有機溶剤は、水性カーボンブラック分散液やインク組成物において、乾燥防止剤としての役割も果たすため、高沸点、低揮発性で、高表面張力の多価アルコール類が好ましく、特にジエチレングリコール、トリエチレングリコール等のグリコール類が好ましい。グリコール類は一般的にインク組成物に含まれている場合が多く、最終製品中に残留しても問題がない。
【0028】
なお、水溶性有機溶剤は、使用する樹脂によっても異なるが、通常は仕込みの混合物中に10〜50質量%、好ましくは20〜40質量%配合される。その添加量は、樹脂量の1/2〜5倍程度であり、好ましくは樹脂量の1〜4倍程度である。水溶性有機溶剤の量が樹脂量の1/2未満では樹脂を溶解、部分溶解、または膨潤させることができず、カーボンブラックの分散安定性が低下するおそれがある。また5倍を超えると混練用混合物粘度が低下し、十分な混練が行えないため、カーボンブラックの分散性が低下し、インク組成物において、吐出不良等の画質低下を生じさせるおそれがある。なお、上述の様に、塩基性化合物などに由来して溶剤の役割を果たすものが他に配合されている場合には、これを考慮して水溶性有機溶剤の配合量を決定すると好ましい。
また、水溶性有機溶剤はカーボンブラックに対して、質量比で1/5倍以上、好ましくは 1/3〜1倍配合すると好ましい。これにより、樹脂が常に半溶解もしくは膨潤状態となりつつ混練工程が進行し、カーボンブラック表面への樹脂被覆が良好に行われる。1/5倍未満では、混練初期にカーボンブラックの表面を充分に濡らすことができなかったり、樹脂を溶解、部分溶解、または膨潤させることができず、その効果を充分に得ることができないおそれがある。
【0029】
▲5▼混練方法
本発明においては、水溶性溶剤に直接カーボンブラックを分散させるのではなく、まず、カーボンブラックを樹脂などとともに混練した後に水溶性溶剤に分散する。よってこの混練時にカーボンブラックが微粉砕されるため、粗大粒子を減少させることができる。
なお、このとき、上述の様に塩基性化合物を添加するため、塩基性化合物とアニオン性基を有する樹脂との相互作用によっても粗大粒子は著しく減少する。
そのため、この粗大粒子を除去する工程を省略することができ、製造効率が向上するとともに収率を向上させることができる。
【0030】
本発明においては、混練中に水や水溶性有機溶剤などが蒸発しない様に、混合物(混練物)の質量が実質的に変化しない様に混練すると好ましい。そのため、混練開始から終了までの間、混合物中に、常に一定量の溶剤が存在し、混練初期にカーボンブラックの表面を濡らした溶剤が、当該溶剤によって好ましくは溶解、膨潤あるいは部分溶解した樹脂に置き換えられ、カーボンブラックの樹脂による被覆がスムーズに進行し、当該カーボンブラックが充分に被覆される。その結果、水性カーボンブラック分散液やインク組成物の分散安定性、長期保存安定性が著しく向上する。
さらに混練終了後においても溶剤が混練開始時とほぼ同量残っており、混練後の混合物の溶解、分散を極めて短時間に進行させることができる。
【0031】
そして、このためには、閉鎖系で混練する混練機が好しく、撹拌槽と、一軸あるいは多軸の撹拌羽根を備えた混練機を用いると好ましい。撹拌羽根の数は特に限定しないが、高い混練作用を得るためには二つ以上の攪拌羽根のものが好ましい。
この様な構成の混練機を用いると、水性カーボンブラック分散液用混練物を製造した後、これを同一撹拌槽中で直接水溶性溶剤で希釈し分散させて、水性カーボンブラック分散液を製造することができる。
なお、実質的に質量が変化しないとは、好ましくは混練前の混合物の仕込み量に対して混練中あるいは混練後の混練物の重さが好ましくは90質量%以上の範囲で維持されていることとする。
【0032】
この様な装置としてはヘンシェルミキサー、加圧ニーダー、バンバリーミキサー、プラネタリーミキサーなどが例示され、特にプラネタリーミキサーなどが好適である。本発明においては、好ましくはカーボンブラック濃度と、カーボンブラックと樹脂からなる固形分濃度が高い状態で混練を行うため、混練物の混練状態に依存して混練物の粘度が広い範囲で変化するが、プラネタリーミキサーは特に低粘度から高粘度まで広範囲に対応することができるためである。
【0033】
図1〜図3はプラネタリーミキサーの構成の一例を示したものである。図中符号1は撹拌槽であって、この中空円筒形の撹拌槽1は上下に略二分割されている撹拌槽1の上方部材2の上面の内側には図2に拡大図で示した様に、枠型ブレードからなる撹拌羽根4、5が回転自在に設けられている。
そして、撹拌時には上方部材2と下方部材3とが一体化し、閉鎖系となる。撹拌槽1の上方部材2の内側には図2に拡大図で示した様に、枠型ブレードからなる撹拌羽根4、5が一つのローター6に保持されている。ローター6が回転(公転)すると、撹拌羽根4、5は同一方向に回転(自転)する。そして、図3に示した様に、ローターの公転運動とともに2本の撹拌羽根4、5がそれぞれ自転運動する、いわゆる遊星運動(プラネタリー運動)しながら撹拌槽1内部に装填された混練対象物の混練が行われる。なお図3に示したのは撹拌槽1の公転1回転における2本の撹拌羽根4、5の先端の軌跡である。
【0034】
プラネタリーミキサーにおいては、この様な撹拌羽根4、5のプラネタリー運動により、撹拌羽根4、5相互間、および撹拌羽根4、5と撹拌槽1内面との間で強力な剪断力が作用し、高度の撹拌、混練、分散作用が得られる。
【0035】
なお、プラネタリーミキサーなどの閉鎖系の混練機を用いて混練すると、時間とともに消費電流が徐々に増加し、30分以内に極大値に達した後、徐々に減少する。
すなわち、混合物を所定の温度(樹脂の種類などにもよるが、例えば40〜70℃)に加温しつつ、混ぜ合わせていると、樹脂が粘ちょうとなり、カーボンブラックと混合されることにより、撹拌羽根4、5の回転に大きな負荷がかかる。このとき、撹拌羽根4、5相互間およびこれら撹拌羽根4、5と撹拌槽1との間において、材料に大きな剪断力が印加され、カーボンブラックの微粉砕が効率的に行われるとともに、カーボンブラックは材料中に、充分に分散、混合され、樹脂にて被覆される。そして、特にプラネタリーミキサーの様に閉鎖系の混練機を用いると、効果的な混練が行われるため30分以内に樹脂、カーボンブラック、水溶性有機溶剤がほぼ完全に混ざり合い、撹拌羽根4、5にかかる負荷が小さくなる。そのため、消費電流が徐々に減少する。
【0036】
この様に本発明において、プラネタリーミキサーなどの閉鎖系の混練機を用いて混合を行うと、混練時間と混練機(プラネタリーミキサー)の消費電力との関係のグラフにおいて、1つ以上の消費電力の極大値が得られるという特徴が見られる。
【0037】
この様に閉鎖系で混練すると、仕込みの混合物の質量に対して混練中に混練物の質量が実質的に変化せず、仕込みと同様の組成を備えた水性カーボンブラック分散液用混練物を得ることができ、製造安定性が向上する。
また、混練初期からカーボンブラック濃度、固形分濃度が高い状態で混練するため、混練によって加えられる剪断力によってカーボンブラックが解砕され、未分散の粗大粒子が減少する。その結果、後の工程で粗大粒子を除去する必要がなく、収率が良好となる。
なお、水溶性有機溶剤を除去する場合には、混練後に加熱、乾燥して除去することすることもできる。
【0038】
(2)水性カーボンブラック分散液の製造方法
水性カーボンブラック分散液用混練物は、通常半固体状あるいは固体状の堅練品である。そこで、この水性カーボンブラック分散液用混練物を分散させて水性カーボンブラック分散液を製造する。なお、水性カーボンブラック分散液用混練物中のカーボンブラックは水性カーボンブラック分散液用混練物の製造時に既に解砕されているので、水性カーボンブラック分散液を得るための分散時間が短く、製造効率が向上する。
また、本発明の水性カーボンブラック分散液用混練物は、アニオン性基を有する樹脂と塩基性化合物との相互作用により、水に対する溶解性、分散性が良好なので速やかに溶解、分散する。この様に水に速やかに分散、溶解し、これが安定に保持されることが、本発明の水性カーボンブラック分散液用混練物の大きな特徴である。
【0039】
本発明において、水溶性溶剤とは、水、あるいは水と容易に混ざり合う水溶性有機溶剤を含むものとする。ここで用いる水溶性有機溶剤としては、例えばエタノール、イソプロピルアルコールなどの低級アルコール;エチレングリコールヘキシルエーテル、ジエチレングリコールブチルエーテルなどのアルキルアルコールのエチレンオキシド付加物やプロピレングリコールプロピルエーテルなどのアルキルアルコールのプロピレンオキシド付加物などが挙げられる。
【0040】
分散機は、公知のものを用いることができ、例えば、メディアを用いたものでは、超音波ホモジナイザードベイントシェーカー、ボールミル、アトライター、バスケットミル、サンドミル、サンドグラインダー、ダイノーミル、ディスパーマット、SCミル、スパイクミル、アジテーターミルなどを挙げられる。またメディアを用いないものとしては、超音波ホモジナイザー、ナノマイザー、デゾルバー、ディスパー、高速インペラー分散機などがあげられるが、これらの中でもメディアを用いた分散機は分散能力が高いため好ましい。なお分散後に必要に応じて水溶性溶剤で濃度調整を行っても良い。
また、必要に応じて水性カーボンブラック分散液調整時に、さらにアルカリ剤など各種公知の添加剤を配合することができ、アルカリ剤を添加すると分散安定性などが向上し好ましい。
なお、用いる分散機などの種類によっては、分散機で分散(本分散)を行う前に、必要に応じて水性カーボンブラック分散液用混練物に水溶性溶剤を添加し、混合、希釈して、前記分散機で処理するのに適した粘度に調整すると好ましい(以下、この粘度調整されたものを粘度調整物と呼ぶ場合がある)。
例えばサンドミルを用いる時には、固形分濃度で10〜40質量%となる様に希釈し、十〜数百mPa・sの粘度に調整した後にサンドミルを駆動させて分散を行うと好ましい。
本発明においては、例えば上述の撹拌槽と撹拌羽根を備えた混練機で混練を行って混練物を得た後、この撹拌槽内の混練物に水溶性溶剤を添加し、混合することにより、粘度調整を行うことができる。したがって、混練物の製造から粘度調整までをひとつの装置で連続的に行うことができ、製造効率を向上させることができる。なお、粘度調整物は、例えば必要に応じて撹拌槽から取り出して、上記分散機による分散を行って水性カーボンブラック分散液とする。
なお、撹拌槽内で所定の粘度まで調整した後、さらに撹拌槽から取り出して、水溶性溶剤と混合して粘度調整を行って粘度調整物とし、これをさらに水溶性溶剤にて分散させて水性カーボンブラック分散液とすることもできる。
【0041】
(3)インク組成物の製造方法
インク組成物は、上述の様にして得られた水性カーボンブラック分散液をさらに水溶性溶剤にて希釈して製造することができる。インク組成物中に含有されるカーボンブラック濃度は2〜10質量%程度が好ましい。
【0042】
水性カーボンブラック分散液を希釈する水溶性溶剤には水溶性有機溶剤が配合されていると、インク組成物において、乾燥防止、粘度調整、濃度調整に寄与するため、好ましい。水溶性有機溶剤としては、上述の水性カーボンブラック分散液用混練物を分散するために用いるものと同様のものを例示することができる。
【0043】
また、記録媒体への浸透性を示す水溶性有機溶剤が配合されていると、インク組成物に浸透性を付与することができ、好ましい。インク組成物において、浸透性は、記録媒体へのインク組成物(カーボンブラック)の侵透性や記録媒体上でのドット径の調整を行うために必要な特性である。
浸透性を示す水溶性有機溶剤としては、例えばエタノール、イソプロピルアルコールなどの低級アルコール;エチレングリコールヘキシルエーテル、ジエチレングリコールブチルエーテルなどのアルキルアルコールのエチレンオキシド付加物;プロピレングリコールプロピルエーテルなどのアルキルアルコールのプロピレンオキシド付加物などが挙げられる。
【0044】
インク組成物には、水溶性溶剤と水性カーボンブラック分散液用混練物の他に、例えば公知の添加剤などを配合することができる。
配合可能なものとしては、例えばアルカリ剤、pH調整剤、界面活性剤、防腐剤、キレート剤、可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、紫外線硬化性樹脂などを例示することができる。
本発明においては、例えば水性カーボンブラック分散液、水溶性溶剤、必要に応じて各種添加剤を加えて均一に撹拌することにより、インク組成物を製造することができる
【0045】
このインク組成物は、インクジェット記録用のインクとして好適に用いることができる。適用するインクジェットの方式は特に限定するものではないが、連続噴射型(荷電制御型、スプレー型など)、オンデマンド型(ピエゾ方式、サーマル方式、静電吸引方式など)などの公知のものを例示することができる。
そして、このインク組成物は、これら各種のインクジェット方式に適用した場合に、極めて安定したインク吐出が可能となる。
【0046】
【実施例】
以下、本発明を実施例を示して詳しく説明する。
なお、特に断りがない限り「部」は「質量部」、「%」は「質量%」である。
以下に本実施例において用いたカーボンブラックとその特性の一覧をあげる。
また、本実施例において用いた樹脂A〜Cは以下の通りのものである。
【0047】
使用カーボンブラック特性一覧
【表1】
【0048】
使用樹脂
樹脂A:モノマー組成比において、スチレン/メタアクリル酸/アクリル酸=77/13/10(質量比)であり、質量平均分子量12000、酸価148mgKOH/g、ガラス転移点107℃である樹脂。
樹脂B:モノマー組成比でスチレン/メタアクリル酸/アクリル酸=77/13/10(質量比)とし、分子量が質量平均分子量で7500、酸価151mgKOH/g、ガラス転移点107℃である樹脂。
【0049】
(実施例1)
下記組成の混合物を、容量50LのプラネタリーミキサーPLM−V−50V(株式会社井上製作所製)に仕込み、ジャケットを加温し、内容物温度が60℃になるまで低速(自転回転数:21r.p.m.,公転回転数:14r.p.m.)で混練を行い、内容物温度が60℃に達した後、高速(自転回転数:35r.p.m.,公転回転数:24r.p.m.)に切替、混練を継続した。
樹脂B 1500g
カーボンブラック(三菱化学製#45L) 5000g
DEG 3800g
34質量%水酸化カリウム水溶液 666g
【0050】
高速への切替時のプラネタリーミキサー電流値は5Aであった。その後、混練を継続し、プラネタリーミキサーの最大電流値が15Aを示した。最大電流値を示してから30分間、混練を継続した後、プラネタリーミキサーの電流値は8Aであった。この様にして得た撹拌槽内の混練物に、イオン交換水を200g加えて混練を継続し、均一に混合されたことを確認して、さらに200gのイオン交換水を加え、同様に均一になるまで混合した。以下同様にして、イオン交換水を200gづつ加えた。この操作で総量1000gのイオン交換水を加えながら約2時間混練した。
【0051】
ついで、混練を継続しながら、イオン交換水を加える量を500g/回にし、上記と同様に均一に混合されたことを確認しながら総量5000gのイオン交換水を加えた。
イオン交換水の添加が終了した後、プラネタリーミキサーから混練物を取り出した。この混練物の固形分濃度は、39.4重量%であった。さらに取り出した混練物10kgに、ジエチレングリコール3757g、イオン交換水2380gを分散撹拌機で撹拌しながら30分間で少量づつ添加し、粘度調整物を得た。
この粘度調整物を、ビーズミル(浅田鉄工製ナノミルNM−G2L)にて下記条件で分散を実施し、水性カーボンブラック分散液C1を得た。
【0052】
・・分散条件
分散機 ナノミルNM−G2L(浅田鉄工製)
ビーズ φ0.3mmジルコニアビーズ
ビーズ充填量 85%
冷却水温度 10℃
回転数 2660r.p.m.
(ディスク周速:12.5m/sec)
送液量 200g/min.
【0053】
なお、分散は上記条件で、4回分散機を通す(4パス)ことで行った。
水性カーボンブラック分散液C1は、固形分濃度24.5質量%、カーボンブラック濃度18.4質量%であった。
【0054】
(比較例1)
実施例1で34質量%水酸化カリウム水溶液の替わりに、純水を440gとして、実施例1と同様に容量50LのプラネタリーミキサーPLM−V−50V(株式会社井上製作所製)に仕込み、ジャケットを加温し、内容物温度が60℃になるまで低速(自転回転数:21r.p.m.,公転回転数:14r.p.m.)で混練を行い、内容物温度が60℃に達した後、高速(自転回転数:35r.p.m.,公転回転数:24r.p.m.)に切替、混練を継続した。
【0055】
高速への切替時のプラネタリーミキサー電流値は5Aであった。その後、混練を継続したがプラネタリーミキサーの電流値は5〜6Aであり最大電流値を示すことが無く30分間、混練を継続した。このときの内容物は、塊状とはならず、粉体状であった。この様にして得た撹拌槽内の混練物に、イオン交換水を250g加えて混練を継続し、均一に混合されたことを確認して、さらに250gのイオン交換水を加え、同様に均一になるまで混合した。以下同様にして、イオン交換水を250gづつ加え、この操作で総量1000gのイオン交換水を加えながら約2時間混練した。
混練を継続しながら、イオン交換水を加える量を500g/回にし、上記と同様に均一に混合されたことを確認しながらさらに総量5000gのイオン交換水を実施例1とほぼ同じ時間をかけて加えた。
イオン交換水の添加が終了した後、プラネタリーミキサーから内容物を取り出した。内容物は、樹脂、カーボンブラックともに未分散状態で、粒子形状が認められた。また、この内容物の固形分を測定したところ、39.0質量%であった。
【0056】
取り出した内容物10.00kgに、ジエチレングリコール6000g、イオン交換水2527g、34質量%水酸化カリウム水溶液398.8gを分散撹拌機で撹拌しながら30分間で少量づつ添加して、分散させ分散液を得た。
この分散液を、ビーズミル(浅田鉄工製ナノミルNM−G2L)にて実施例1と同一条件で分散の実施を試みたが、1パス目で、分散機への送液圧力が上がり、送液量を低下させても送液圧力が適正圧力まで下げられず本分散できなかった。
また、分散攪拌機で攪拌した分散液を1昼夜放置したところ、容器底部にかなりの量の沈降物が発生していた。
【0057】
(実施例2)
実施例1で、カーボンブラックを三菱化学製#45Lの替わりに三菱化学製#960にすることで、実施例1と全く同様にして分散し、水性カーボンブラック分散液C2を得た。
【0058】
(比較例2)
実施例2で、34質量%水酸化カリウム水溶液の替わりに、純水を440gとして、実施例2と同様に容量50LのプラネタリーミキサーPLM−V−50V(株式会社井上製作所製)に仕込み、ジャケットを加温し、内容物温度が60℃になるまで低速(自転回転数:21r.p.m.,公転回転数:14r.p.m.)で混練を行い、内容物温度が60℃に達した後、高速(自転回転数:35r.p.m.,公転回転数:24r.p.m.)に切替、混練を継続した。
【0059】
高速への切替時のプラネタリーミキサー電流値は5Aであった。その後、混練を継続したがプラネタリーミキサーの電流値は5〜6Aであり最大電流値を示すことが無く30分間、混練を継続した。このときの内容物は、塊状とはならず、粉体状であった。この様にして得た撹拌槽内の混練物に、ジエチレングリコール(DEG)を250g加えて混練を継続し、均一に混合されたことを確認して、さらに250gのDEGを加え、同様に均一になるまで混合した。以下同様にして、DEGを250gづつ加え、この操作で総量1000gのDEGを加えながら約2時間混練した。このときのプラネタリーミキサー電流値はやや増加し、8Aを示した。
混練を継続しながら、DEGを加える量を500g/回にし上記と同様に均一に混合されたことを確認しながらさらに総量5000gのDEGを実施例2とほぼ同じ時間をかけて加えた。
DEGの添加が終了した後、プラネタリーミキサーから内容物を取り出した。内容物は、樹脂、カーボンブラックともに未分散状態で、粒子形状が認められた。また、この内容物の固形分を測定したところ、38.9質量%であった。
【0060】
取り出した内容物10.00kgに、ジエチレングリコール120g、イオン交換水5828g、34質量%水酸化カリウム水溶液398gを分散撹拌機で撹拌しながら30分間で少量づつ添加して、分散させ分散液を得た。
この分散液を、ビーズミル(浅田鉄工製ナノミルNM−G2L)にて実施例2と同一条件で分散の実施を試みたが、1パス目で、分散機への送液圧力が上がり、送液量を40g/min.まで低下させて分散実施した。2パス目以降は、通常の200g/min.で分散実施し、水性カーボンブラック分散液D2を得た。
【0061】
(実施例3)
実施例1で、カーボンブラックを三菱化学製#45Lの替わりに三菱化学製#970にし、樹脂Bの替わりに樹脂Aにすることで、実施例1と全く同様にして分散し、水性カーボンブラック分散液C3を得た。ただし、樹脂酸化に対応する34%水酸化カリウム水溶液の添加量653gにした。
【0062】
(比較例3)
実施例3で、34質量%水酸化カリウム水溶液の替わりに、純水を431gとして、比較例2と同様の処方でプラネタリーミキサーでの混練を実施し、比較例2と同様にして分散攪拌機で固形分調整を実施し分散液を得た。ここで、34質量%水酸化カリウム水溶液の添加量は、391gとした。
この分散液を、ビーズミル(浅田鉄工製ナノミルNM−G2L)にて実施例3と同一条件で分散の実施を試みたが、1パス目で、分散機への送液圧力が上がり、送液量を50g/min.まで低下させて分散実施した。2パス目以降は、通常の200g/min.で分散実施し、水性カーボンブラック分散液D3を得た。
【0063】
以上、実施例と比較例において作製した水性カーボンブラック分散液についてその概要を以下にまとめる。
【表2】
【0064】
(水性カーボンブラック分散液の評価)
上述の様にして得られた実施例、比較例の水性カーボンブラック分散液について、それぞれカーボンブラック濃度が14.5質量%になるように、イオン交換水を加えて濃度調整を行った。
カーボンブラック濃度を調整した水性カーボンブラック分散液について、マイクロトラックUPA粒度分析計(Leeds & Northrup社製)で粒径測定を実施した。その際、粒径測定サンプルは粒径測定可能な濃度となるように、イオン交換水で適宜希釈した。
また、調整した水性カーボンブラック分散液をスライドグラス上に極少量採取し、スライドグラス上の分散液滴に空気を巻き込まないようにカバーグラスを乗せ、分散液膜厚を一定にした状態で、200倍の倍率で透過光による顕微鏡観察を行い、粗大粒子の観察を行った。
【0065】
結果を表3に示した。
【表3】
表3
【0066】
分散判定は以下の基準によった。
(分散判定方法)
○ 顕微鏡観察において1〜5μmの粗大粒子が5個未満、視野に観測される。
× 顕微鏡観察において1〜5μmの粗大粒子が5個以上又は5μm以上の粗大粒子が、視野に観測される。
×× 分散不可。
分散液の粒径、顕微鏡観察結果より、本発明に係る実施例による方法は、従来法である、カーボンブラックと樹脂に塩基性化合物を添加しないで混練した後ビーズミルで分散する比較例の方法と比較して、顕著に粒径も細かくすることができ、粗大粒子についてはその残存量を飛躍的に少なくすることができることが判った。
【0067】
(分散安定性(保存安定性)の評価)
実施例、比較例の水性カーボンブラック分散液について、分散液の評価と同様に、それぞれカーボンブラック濃度が14.5%になるようにイオン交換水を加えて調整を行った。
カーボンブラック濃度の調整を行った分散液について、スクリュー管等のガラス容器に密栓し、60℃の恒温器で1週間の加熱試験を行い、加熱試験前後の粒径変化及び沈殿の有無等の分散液状態を目視で観察することにより、分散安定性の評価を実施した。
【0068】
結果を表4に示した。
【表4】
(表4)
【0069】
本願発明の実施例である実施例1〜3の分散液から作製した評価サンプルはいずれも、加熱テスト後の変化率(%)が5%以下と小さく、分散安定性に優れていることがわかる。一方、本願発明外である比較例2及び3から作製した評価サンプルは、10%以上の変化率(%)を示した。
【0070】
(インク組成物の調整)
得られた分散液C1、C2、C3、D2及びD3を下記配合にて調整し、カーボンブラック濃度4.8〜5.0質量%のインク組成物CI1、CI2、CI3、DI2及びDI3を得た。
分散液 26.3部
DEG 5.0部
サンニックスGP−600 5.0部
(三洋化成製)
イオン交換水 63.7部
【0071】
(印字試験)
得られたインク組成物を、ENCAD社製NOVAJET PROに搭載し、印字試験を実施した。
具体的には、A4の印字用紙(ユポインクジェット専用紙)4枚に、ベタ印字と細線印字を行い、インクの吐出状態を確認した。
【0072】
結果を表5に示した。
【表5】
表5
【0073】
吐出状態の判定は以下の基準によった。
吐出特性評価方法
○ 印字用紙4枚に対するベタ印字と細線印字のすべてが良好。
× 比較的初期から、ベタ印字または細線印字に不良が発生する。
×× 初期より、ベタ印字または細線印字に不良が発生する。
本願発明の実施例である実施例1、2及び3で得られた水性カーボンブラック分散液から作製したインク組成物は、吐出特性に優れている。一方、比較例で得られた水性カーボンブラック分散液から作製したインク組成物は、カスレ、ヌケ、印字不能が発生した。
【0074】
【発明の効果】
カーボンブラックが安定に分散し、かつその分散状態が長期保存においても維持される水性カーボンブラック分散液と、該分散液からなるインク組成物を得ることができた。
また、分散時間などの製造に要する時間が短く、製造効率が高い水性カーボンブラック分散液と、該分散液からなるインク組成物の製造方法、また収率の高い水性カーボンブラック分散液と、該分散液からなるインク組成物の製造方法を提供することができ、特に吐出性に優れたインクジェット記録用のインク組成物を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】 プラネタリーミキサーの構成の一例を示した斜視図。
【図2】 プラネタリーミキサーの一部拡大図。
【図3】 プラネタリーミキサーにおける撹拌羽根の軌跡を示した説明図。
【符号の説明】
1・・・・・撹拌槽
2・・・・・撹拌槽の上部
3・・・・・撹拌槽の下部
4・・・・・撹拌羽根
5・・・・・撹拌羽根
6・・・・・ローター[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a kneaded product for an aqueous carbon black dispersion and a method for producing an aqueous carbon black dispersion and an ink composition using the same, and is particularly suitable for inkjet recording.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an aqueous pigment dispersion in which a pigment is dispersed in a liquid medium containing water as a main component has been proposed, and an ink composition has been produced by diluting the aqueous pigment dispersion.
In producing an aqueous pigment dispersion, it is common to mix a pigment, water, an organic solvent, a resin, and an alkaline agent, and perform a pigment dispersion treatment using a disperser. As a result, an aqueous pigment dispersion is obtained in which a plurality of resin-coated particles in which a particulate pigment is coated with a resin are dispersed in a water-soluble solvent.
[0003]
On the other hand, when an ink composition for ink-jet recording is produced using an aqueous pigment dispersion, a product having significantly improved light resistance, water resistance and the like can be obtained as compared with those using a conventional dye.
In addition, in an ink composition for ink jet recording, stability (ejection stability) when ejected from ink jet, long-term storage stability, and the like are strictly required compared to other applications. That is, it is necessary that fine pigment particles having as uniform a particle diameter as possible be stably dispersed in a liquid medium for a long period of time while being coated with a resin. In order to satisfy these requirements, it is necessary to have good dispersion stability and dispersion stability that can be stored for a long period of time at the stage of the aqueous pigment dispersion.
[0004]
Thus, recently, various studies have been conducted on aqueous pigment dispersions with regard to compositions suitable for inkjet recording, pigment dispersion methods, and the like.
For example, an aqueous solution in which a water-soluble resin and an alkali component are dissolved in water is prepared, the pigment is added to the solution, and the mixture is sufficiently stirred, and then dispersed using a high-speed sand mill having a high dispersion efficiency to obtain an aqueous pigment dispersion. A method has been proposed.
Also disclosed is an adjustment method for obtaining a pigment dispersion by dispersing a pigment and a polymer dispersant in an aqueous carrier medium after obtaining a dispersion with a 2-roll milling apparatus. In the Examples, the pigment and the polymer dispersant are disclosed. Is described in which a dispersion of potassium hydroxide as a neutralizing agent and water are mixed to obtain a pigment dispersion. (For example, refer to Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 6-155794 (page 23, Example 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above production method, it is possible to improve the dispersibility in the aqueous carrier medium by preliminarily kneading with a 2-roll milling device, thereby improving the dispersibility in the aqueous carrier medium. There has been a problem that pigment aggregates generated when the body is dispersed in an aqueous carrier medium cannot be completely prevented.
Further, this method has a problem that the dispersion time is long and the production efficiency is low. Also, the aqueous pigment dispersion thus obtained still has insufficient dispersion stability.
The step of producing an aqueous pigment dispersion using a sand mill is usually performed using a low-viscosity dispersion liquid having a small solid content ratio such as a pigment. Therefore, it is difficult to apply a strong share to the pigment, and it takes a lot of time to grind the coarse particles of the pigment.
The aqueous pigment dispersion thus obtained contains a considerable amount of coarse particles having a particle diameter of 1 μm or more even after dispersion. In addition, since the ejection stability of the ink jet cannot be ensured as it is, a process for removing the coarse particles by centrifugation, filtration or the like is further required, and there is a problem that the production efficiency further decreases and the yield decreases.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and carbon black, which is a black pigment, is stably dispersed (good dispersion stability), and is maintained even in long-term storage, and long-term storage stability is good. It is an object of the present invention to provide a technique capable of obtaining an aqueous carbon black dispersion and an ink composition.
Another object of the present invention is to provide a method for producing an aqueous carbon black dispersion and an ink composition having a short production time such as dispersion time and high production efficiency.
It is another object of the present invention to provide a high yield aqueous carbon black dispersion and a method for producing an ink composition.
In particular, it is an object to provide a technique capable of obtaining an ink composition for ink jet recording excellent in ejection characteristics.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems and to produce an aqueous carbon black dispersion having good dispersion stability, the present inventors further blend a basic compound into a mixture containing a resin and carbon black, and knead the mixture with high viscosity. It was found that a method for producing a water-based carbon black dispersion or ink composition using the kneaded product after preparing the kneaded product was suitable.
That is, in order to solve the above-mentioned problems, the inventors kneaded a mixture containing a resin having an anionic group, carbon black, and a basic compound, and obtained a kneaded product for a solid or semi-solid aqueous carbon black dispersion. Provided is a method for producing a kneaded product for an aqueous carbon black dispersion, characterized by being produced.
In addition, the inventors of the present invention described the above method for producing a kneaded product for aqueous carbon black dispersion, a step of producing the kneaded product for aqueous carbon black dispersion, and dispersing the kneaded product in a solution containing water as a main component. And a method for producing an aqueous carbon black dispersion.
In the present specification, in the production process of the kneaded product for the aqueous carbon black dispersion, the product before kneading is the mixture, and the product during or after kneading is the kneaded product.
Furthermore, the present inventors provide a method for producing an ink composition, comprising the steps of producing the aqueous carbon black dispersion and a step of diluting the aqueous carbon black dispersion with a water-soluble solvent to obtain an ink composition. To do.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The anionic group of the resin is neutralized by kneading the resin having an anionic group, carbon black, in the presence of a basic compound. Therefore, compared with the case where no basic compound is present, the dispersibility and solubility of the resin are improved, and the resin is partially dissolved or swollen to be kneaded with carbon black. Resin adsorption proceeds, and the kneaded product becomes a highly viscous clay kneaded product due to the presence of the basic compound.
Furthermore, the inventors of the present invention provide a method for producing a kneaded product for an aqueous carbon black dispersion, wherein the kneading is performed so that the mass of the mixture does not substantially change during kneading. I found it preferable to improve
When the kneading step is performed using an open kneader such as a two roll or three roll, water in the kneaded product or a water-soluble organic solvent evaporates due to a temperature rise during kneading, The increase in the solid content ratio of the kneaded product is remarkable. Therefore, the effect of adding a basic compound at the initial stage of kneading to neutralize the anionic group of the resin and improve its dispersibility or solubility is diminished.
Furthermore, when kneading by an open system such as a roll kneader, carbon black is certainly crushed by receiving a share between rolls, but as described above, the solid content ratio is at the end of kneading. Since it rises remarkably, the surface of the kneaded material is in a dry state. Therefore, when preparing an aqueous carbon black dispersion in the subsequent dispersion step, water or a water-soluble organic solvent must be further added to the kneaded product to pulverize and dissolve the solid chip and disperse the carbon black. I must. Therefore, a burden is imposed on the dispersion process following the rolled meat, and the dispersion time may be prolonged, and even if dispersion is performed for a long time, coarse particles may remain.
[0010]
On the other hand, when kneading so that the mass of the mixture does not substantially change, the kneaded product for aqueous carbon black dispersion liquid is produced without causing problems such as an increase in the viscosity of the kneaded product and an increase in the solid content ratio. Obtainable.
Further, in the method for producing a kneaded product for aqueous carbon black dispersion, it is preferable to knead using a kneader having a stirring tank and stirring blades. In such a kneader, unlike the roll kneader as described above, it is possible to seal the stirring tank, prevent evaporation of water or water-soluble organic solvent during kneading, and the mass of the mixture during kneading Can be substantially unchanged.
For this reason, the solid content ratio of the kneaded product does not increase excessively, and can be easily mixed and dispersed in a diluting water-soluble solvent added to move to the dispersion step, thereby efficiently producing a dispersion. .
Further, the kneader is preferably a planetary mixer. The planetary mixer has a structure in which the kneaded material in the stirring vessel is stirred and kneaded using biaxial stirring blades that rotate and revolve with each other, and the dead space where the stirring blades do not reach in the stirring vessel Less is. Moreover, although the shape of a blade | wing is thick and can apply high load, on the other hand, it can also be used like the normal stirrer which rotates a stirring blade in a stirring tank. For this reason, there is a wide range of materials to be kneaded from the high load region to the low load region, and one or both of water and a water-soluble organic solvent are added to the kneaded material after the kneading and diluted, stirred. All the dispersing operations can be performed in the same mixer without removing the kneaded material from the planetary mixer.
[0011]
When the aqueous carbon black dispersion kneaded material is dispersed in a water-soluble solvent to prepare an aqueous carbon black dispersion, it is preferably dispersed with a disperser using media. By using such a disperser, it is possible to simultaneously reduce the particle size by pulverizing carbon black and adsorb the resin on the surface of the carbon black.
[0012]
In an aqueous carbon black dispersion, the dispersion state of carbon black is the particle size of carbon black, the particle size of resin-coated particles in which carbon black is coated with resin, the ratio of carbon black to resin, the resin and water-soluble solvent. It is influenced by the composition. The fine resin-coated particles in which the surface of the fine carbon black particles are thinly and uniformly coated with the resin are stably dispersed in the water-soluble solvent, and the dispersed state is maintained even after long-term storage. However, it is preferable to obtain effects such as ejection stability in the ink composition for inkjet recording.
In the present invention, the water-soluble solvent or the aqueous medium means water or a solvent containing a water-soluble organic solvent that easily mixes with water.
The semi-solid state indicates a highly viscous clay state at room temperature.
[0013]
Hereinafter, the method for producing a kneaded product for an aqueous carbon black dispersion, the method for producing an aqueous carbon black dispersion, and the method for producing an ink composition will be described in detail with examples in order.
[0014]
(1) Manufacturing method of kneaded material for aqueous carbon black dispersion
In the production of the kneaded product for the aqueous carbon black dispersion, at least
(1) a resin having an anionic group,
▲ 2 ▼ carbon black,
(3) Basic compound,
And knead | mixing the preparation mixture containing the solid or semi-solid aqueous carbon black dispersion liquid.
The solid content ratio of (1) resin and (2) carbon black is preferably 50 to 70% by mass in the obtained kneaded product for aqueous carbon black dispersion. If the solid content ratio is less than 50% by mass, the viscosity of the mixture is lowered, so that the kneading is not sufficiently performed, and the share for pulverizing the carbon black is not sufficiently generated, which is not preferable. And by increasing the solid content ratio in this way, the viscosity of the kneaded product during kneading is kept moderately high, the share applied to the kneaded product from the kneader during kneading is increased, and the carbon black in the kneaded product is crushed. The coating of carbon black with the resin can proceed simultaneously. When the solid content ratio exceeds 70% by mass, kneading becomes difficult even if the resin is sufficiently softened by heating. Also, it may be difficult to dissolve and disperse in a water-soluble solvent during the production of an aqueous carbon black dispersion, or it may be difficult to lower the viscosity with a water-soluble solvent.
[0015]
Hereinafter, each configuration will be described in detail.
(1) Resin having an anionic group
The resin having an anionic group is obtained by polymerizing a monomer containing a monomer having at least one kind of anionic group, and the monomer containing an anionic group functions as a hydrophilic group. In addition, it is preferable that the other monomer used for superposition | polymerization contains the hydrophobic monomer which has a hydrophobic group. As the resin having an anionic group, it is preferable to use a resin in which a monomer component having a hydrophilic group composed of an anionic group and a monomer component having a hydrophobic group coexist.
Such resins include styrene resins, acrylic resins, maleic resins, polyvinyl acetate resins, polyvinyl sulfonate resins, polyester resins, polyurethane resins, polyamide resins, polyvinyl alcohol resins. Examples thereof include resins, polypyrrolidone resins, and cellulose resins.
As a hydrophobic monomer having a hydrophobic group used in the resin,
(Meth) acrylic acid alkyl esters such as methyl (meth) acrylate and ethyl (meth) acrylate; (meth) acrylic acid allyl esters such as phenyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate and phenylethyl (meth) acrylate; sulfoethyl Sulphonic acid group-containing (meth) acrylic acid esters such as (meth) acrylate and sulfopropyl (meth) acrylate; Hydroxyl (meth) acrylic acid esters such as hydroxyethyl (meth) acrylate and hydroxypropyl (meth) acrylate; styrene And styrene monomers such as α-methylstyrene and vinyltoluene; acrylonitrile, acrylamide, vinyl acetate, vinyl chloride, vinylpyrrolidone, vinyl alcohol, ethylene, and the like. wear.
Of these, styrene monomers, and more preferably styrene monomers are preferred.
These can be used alone or in combination of two or more.
In addition, (meth) acrylate shows an acrylate and / or methacrylate, (meth) acrylic acid shows acrylic acid and / or methacrylic acid.
Examples of the monomer having an anionic group include monomers having a carboxyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, and the like. In particular, from the viewpoint of dispersion stability and long-term storage stability, a monomer containing a carboxyl group is preferable, and examples thereof include (meth) acrylic acid and maleic anhydride.
In the present invention, from the viewpoint of dispersion stability and long-term storage stability, it is particularly preferable to use a (meth) acrylic acid monomer having a structure derived from (meth) acrylic acid.
[0016]
Furthermore, from the viewpoint of dispersion stability and long-term storage stability, the resin having an anionic group is a copolymer resin comprising a styrene monomer component which is a hydrophobic monomer component and a monomer component having an anionic group. It is preferable.
At this time, the monomer having an anionic group is preferably a hydrophilic monomer.
[0017]
In a copolymer resin comprising a styrene monomer component and a monomer component having an anionic group, the styrene monomer component is 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, most preferably from the viewpoint of dispersion stability and long-term storage stability. It is preferably 70% by mass or more, more preferably 95% by mass or less.
By setting the content of the styrene monomer component in the copolymer resin to 50% by mass or more, the hydrophobicity of the copolymer resin is increased, and in an aqueous system, the resin coating onto carbon black is more firmly performed. As a result, when the ink composition prepared through the aqueous carbon black dispersion is used for inkjet, even if the resin-coated particles are heated, the particle size is stable, and the particle size stability is improved. In addition, the ejection stability is improved and a high print density is obtained. Further, it is effective for improving the durability of the coating film on the recording medium. In addition, when it exceeds 95 mass%, content of the monomer component which has an anionic group which contributes to dispersion | distribution will fall, and there exists a possibility that the dispersion stability in an aqueous system and long-term storage stability may fall.
In the present invention, the monomer component having an anionic group that is copolymerized with the styrene monomer component is preferably one using an unsaturated aliphatic carboxylic acid having a radical polymerizable unsaturated double bond, and further a styrene monomer, acrylic acid. And a resin obtained by copolymerizing a monomer component containing three types of monomers of methacrylic acid.
In the present invention, the term “monomer” refers to a monomer before polymerization, and the term “monomer component” refers to a structure derived from a monomer contained in a resin.
[0018]
From the viewpoint of long-term storage stability, the acid value of the resin is in the range of 60 to 300 mgKOH / g, preferably 100 to 180 mgKOH / g, more preferably 120 to 170 mgKOH / g. The acid value is the number of milligrams (mg) of potassium hydroxide (KOH) necessary to neutralize 1 g of resin, and is an amount expressed in mgKOH / g.
If the acid value is less than 60, the hydrophilicity becomes small and the dispersion stability of carbon black may be lowered. On the other hand, if the acid value is greater than 300, the carbon black is likely to aggregate, and the water resistance of the printed product using the ink composition may be reduced.
[0019]
The mass average molecular weight of the resin having an anionic group is 3000 to 50000, more preferably 4000 to 40000, still more preferably 5000 to 30000, and most preferably 5000 to 20000. The reason why the molecular weight is 3000 or more is that the lower the molecular weight, the better the initial dispersibility, but the long-term storage stability tends to decrease. In addition, when it exceeds 50000, not only the viscosity of the aqueous carbon black dispersion increases, but also the dispersibility and solubility of the resin tend to decrease.
By using a resin having a weight average molecular weight in the above preferred range, both the stability of carbon black in the water-soluble solvent and the durability of the coating film formed on the recording medium can be achieved.
[0020]
The glass transition point of the resin is 90 ° C. or higher, preferably 100 ° C. or higher, substantially 150 ° C. or lower.
When the glass transition point is 90 ° C. or higher, durability of an image formed by the ink composition is improved, and thermal stability of the ink composition is improved. For this reason, even if the water-based ink composition for ink-jet recording prepared from the water-based pigment dispersion is used for thermal jet type ink-jet recording, it does not cause a characteristic change that causes ejection failure by heating, which is preferable. The glass transition point of the resin can be adjusted by changing the molecular weight.
[0021]
▲ 2 ▼ Carbon black
Carbon black can be used without particular limitation. Examples thereof include furnace black, channel black, acetylene black, and lamp black.
Carbon black having a pH of 2 to 8 can be used without limitation.
In particular, in the production method of the present invention, as described in JP-A-3-97770 and JP-A-3-134703, an aqueous carbon black dispersion using acidic carbon black, which cannot obtain sufficient dispersibility by a conventional process. It is particularly useful in the production of One of the causes can be considered that by adding a basic compound at the time of kneading, a portion having a hydrophobic group in the dispersion resin is efficiently adsorbed on the carbon black surface.
The carbon black is preferably blended by 40 to 60% in the mixture.
In general, in order to obtain an ink composition having a constant carbon black concentration by diluting the aqueous carbon black dispersion, it is possible to produce more ink compositions by increasing the concentration in the aqueous carbon black dispersion as much as possible. This is advantageous in terms of production efficiency. However, increasing the carbon black concentration deteriorates the storage stability of the aqueous carbon black dispersion, so that the dispersion stability of the carbon black and the stability of the kneaded material for the aqueous carbon black dispersion are substantially secured. To 60% by mass or less, preferably 40 to 50% by mass.
Furthermore, regarding the mass ratio of carbon black and resin (Resin), it is sufficient that the resin is present in an amount necessary to stably coat the carbon black surface, and it is rather undesirable to contain a resin exceeding that. When an excessive amount of resin is present, free resin that does not adsorb to carbon black increases when an aqueous carbon black dispersion or ink composition is prepared. Therefore, when the resin is used as an ink composition for inkjet recording, Adhering to the ink nozzles tends to cause ink discharge failure, and particularly in a thermal jet printer, there is a high risk of occurrence of this discharge failure problem.
Therefore, in the production of the aqueous carbon black dispersion kneaded product of the present invention, the mass ratio of resin / carbon black in the aqueous carbon black dispersion kneaded product is preferably 2/10 to 10/10. More preferably, it is / 10 to 4/10.
The kneaded product for aqueous carbon black dispersion needs to contain an amount of resin that can uniformly coat the surface of carbon black. For this reason, when there are too many compounding ratios of carbon black, carbon black is not fully coat | covered with resin, and there exists a possibility that dispersion stability and long-term storage stability may fall. However, if an excessive amount of resin exceeding this required amount is contained, the resin present in a particle state or dissolved state in water or a water-soluble organic solvent increases without adhering to the surface of carbon black. This is not preferable because it causes an increase in viscosity.
[0022]
(3) Basic compounds
By mixing a resin having an anionic group and a basic compound, a kneaded product for an aqueous carbon black dispersion in which the anionic group is neutralized is obtained. As a result, the affinity between the aqueous carbon black dispersion kneaded product and water is improved, and when the aqueous carbon black dispersion is produced, the aqueous carbon black dispersion kneaded material is quickly dispersed in water, improving the production efficiency. To do. Further, the dispersion state of the resin-coated carbon black particles in the aqueous carbon black dispersion becomes more stable, and the dispersion stability and long-term storage stability are also improved.
In addition, when a basic compound is blended, the carbon black can be kneaded in a state in which the resin is sufficiently covered with the resin by the interaction between the basic compound and the resin having an anionic group. Therefore, carbon black is finely pulverized during the kneading, and the coarse particles are likely to be reduced. The step of removing the coarse particles in the subsequent step can be omitted, and the yield can be improved.
[0023]
As the basic compound, any of an inorganic basic compound and an organic basic compound can be used. In terms of easy adjustment of alkali strength, inorganic basic compounds are more preferable.
Examples of the organic basic compound include amines. For example, common amines such as methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine and triethylamine can be exemplified. In the case of amine, since it is generally liquid, it can be used as it is.
Examples of inorganic basic compounds include alkali metal hydroxides such as potassium and sodium, ammonium hydroxide; alkaline metal carbonates such as potassium and sodium, alkaline earth metal carbonates such as calcium and barium; It can be illustrated.
Among them, a strong alkali is preferable because it is effective for enhancing the dispersibility of the resin by neutralizing the resin containing an anionic group. Specifically, an alkali metal such as potassium hydroxide or sodium hydroxide is preferable. Hydroxides are preferred.
The inorganic basic compound is usually used in the form of an aqueous solution having a concentration of about 20 to 50% by mass from the viewpoint of improving the mixing property.
[0024]
The basic compound is preferably used in such an amount that the neutralization rate of the resin having an anionic group is 20% or more, and substantially has dispersion stability during long-term storage. In order not to gel, it is preferably 200% or less, particularly preferably 80% to 120%. By setting to a preferable range, the improvement of the dispersion speed, dispersion stability, and long-term storage stability in the water-soluble solvent are further improved.
Furthermore, before kneading, the basic compound is preferably mixed together with other blending components to be blended into the mixture to prepare a mixture.
For example, the mixture is divided into a plurality of stages by previously preparing a resin aqueous solution by mixing a resin containing an anionic group, water and a basic compound, and adding this to other compounding components such as carbon black. However, it is more efficient to produce a mixture for kneading by mixing a basic compound and other compounding ingredients at once, so that the adsorption of the resin to the surface of carbon black proceeds more efficiently. Is preferable.
Here, the neutralization rate is a value calculated by the following formula.
Neutralization rate (%) = ((mass of basic compound (g) × 56 × 1000) / (resin acid value × basic compound equivalent × resin amount (g))) × 100
A neutralization rate (%) of 100% or more means that an excess base that is theoretically necessary to neutralize the acid value of the resin is used.
[0025]
(4) Water-soluble organic solvent
In producing a kneaded product for an aqueous carbon black dispersion, it is preferable to knead in the presence of a certain amount of solvent. If the solvent is not present, it cannot be sufficiently kneaded or the surface of the carbon black is not wetted, so that the resin coating may be insufficient.
Therefore, when a water-soluble organic solvent is blended in the kneaded product for aqueous carbon black dispersion, the resin is dissolved, partially dissolved, or swollen with the water-soluble organic solvent, so that the resin is uniformly applied to the surface of the carbon black particles. Can be formed. As a result, the dispersion stability can be further improved in the aqueous carbon black dispersion and the ink composition.
In addition, when an aqueous solution of a basic compound is used, or when the basic compound is in a liquid state like an amine, these serve as the above-mentioned solvent, so there is no need to add a water-soluble organic solvent. is there.
[0026]
As the water-soluble organic solvent, known ones can be used without particular limitation.
For example, glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol tetraethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol;
Diols such as butanediol, pentanediol, hexanediol, and diols of the same family;
Glycol esters such as propylene glycol laurate;
Diethylene glycol ethers such as ethylene glycol monobutyl ether and carbitol;
Monoglycol ethers such as cellosolve including diethylene glycol monoethyl, diethylene glycol monobutyl, diethylene glycol monohexyl, propylene glycol ether, dipropylene glycol ether, and triethylene glycol ether;
Alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, butyl alcohol, pentyl alcohol, and alcohols homologous thereto;
Or, various other solvents known as water-soluble organic solvents such as sulfolane, esters, ketones, lactones such as γ-butyrolactone, lactams such as N- (2-hydroxyethyl) pyrrolidone, glycerin and derivatives thereof, etc. Can be mentioned.
These water-soluble organic solvents can be used alone or in combination.
The selection of the water-soluble organic solvent is determined depending on the resin to be used, but a solvent having a certain degree of solubility is preferable, and the addition amount is adjusted depending on the solubility of the resin.
[0027]
The water-soluble organic solvent also serves as an anti-drying agent in the aqueous carbon black dispersion and the ink composition. Therefore, high boiling point, low volatility, and high surface tension polyhydric alcohols are preferable. Glycols such as ethylene glycol are preferred. In general, glycols are often contained in ink compositions, and there is no problem even if they remain in the final product.
[0028]
In addition, although a water-soluble organic solvent changes also with resin to be used, it is normally 10-50 mass% in a mixture of preparation, Preferably 20-40 mass% is mix | blended. The addition amount is about 1/2 to 5 times the resin amount, and preferably about 1 to 4 times the resin amount. If the amount of the water-soluble organic solvent is less than ½ of the resin amount, the resin cannot be dissolved, partially dissolved, or swollen, and the dispersion stability of carbon black may be lowered. On the other hand, if it exceeds 5 times, the viscosity of the mixture for kneading is lowered and sufficient kneading cannot be performed, so that the dispersibility of carbon black is lowered, and there is a risk of causing image quality deterioration such as ejection failure in the ink composition. In addition, as mentioned above, when what is derived from a basic compound etc. and plays the role of a solvent is mix | blended, it is preferable to determine the compounding quantity of a water-soluble organic solvent in consideration of this.
Further, the water-soluble organic solvent is preferably added to the carbon black in a mass ratio of 1/5 or more, preferably 1/3 to 1 times. Thereby, the kneading process proceeds while the resin is always in a semi-dissolved or swollen state, and the resin coating on the carbon black surface is performed well. If it is less than 1/5 times, the surface of carbon black cannot be sufficiently wet at the initial stage of kneading, or the resin cannot be dissolved, partially dissolved, or swollen, and the effect may not be sufficiently obtained. is there.
[0029]
(5) Kneading method
In the present invention, carbon black is not directly dispersed in a water-soluble solvent, but first, carbon black is kneaded with a resin and then dispersed in the water-soluble solvent. Therefore, since carbon black is finely pulverized during the kneading, coarse particles can be reduced.
At this time, since the basic compound is added as described above, the coarse particles are remarkably reduced by the interaction between the basic compound and the resin having an anionic group.
Therefore, the step of removing the coarse particles can be omitted, and the production efficiency can be improved and the yield can be improved.
[0030]
In the present invention, it is preferable to knead so that the mass of the mixture (kneaded material) does not substantially change so that water, water-soluble organic solvent, and the like do not evaporate during kneading. Therefore, there is always a certain amount of solvent in the mixture from the start to the end of kneading, and the solvent that wets the surface of carbon black at the beginning of kneading is preferably dissolved, swollen or partially dissolved by the solvent. As a result, the coating of the carbon black with the resin proceeds smoothly and the carbon black is sufficiently coated. As a result, the dispersion stability and long-term storage stability of the aqueous carbon black dispersion or ink composition are significantly improved.
Further, even after the completion of the kneading, almost the same amount of the solvent remains as at the start of the kneading, and the dissolution and dispersion of the mixture after the kneading can proceed in a very short time.
[0031]
For this purpose, a kneader for kneading in a closed system is preferred, and a kneader equipped with a stirring tank and a uniaxial or multiaxial stirring blade is preferably used. The number of stirring blades is not particularly limited, but two or more stirring blades are preferable in order to obtain a high kneading action.
When a kneader having such a structure is used, a kneaded product for an aqueous carbon black dispersion is produced and then diluted and dispersed directly with a water-soluble solvent in the same stirring tank to produce an aqueous carbon black dispersion. be able to.
The fact that the mass does not change substantially means that the weight of the kneaded material during kneading or after kneading is preferably maintained in the range of 90% by mass or more with respect to the charged amount of the mixture before kneading. And
[0032]
Examples of such an apparatus include a Henschel mixer, a pressure kneader, a Banbury mixer, a planetary mixer, and the like, and a planetary mixer is particularly suitable. In the present invention, kneading is preferably performed in a state where the carbon black concentration and the solid content concentration of carbon black and resin are high, so that the viscosity of the kneaded material varies in a wide range depending on the kneaded state of the kneaded material. This is because the planetary mixer can cope with a wide range from a low viscosity to a high viscosity.
[0033]
1 to 3 show an example of the configuration of a planetary mixer. In the figure,
And at the time of stirring, the
[0034]
In the planetary mixer, a powerful shearing force acts between the
[0035]
In addition, when kneading using a closed kneader such as a planetary mixer, the current consumption gradually increases with time, reaches a maximum value within 30 minutes, and then gradually decreases.
That is, when the mixture is heated while being heated to a predetermined temperature (for example, 40 to 70 ° C. depending on the type of resin), the resin becomes viscous and mixed with carbon black. A large load is applied to the rotation of the
[0036]
Thus, in the present invention, when mixing is performed using a closed kneader such as a planetary mixer, one or more consumptions are shown in the graph of the relationship between the kneading time and the power consumption of the kneader (planetary mixer). The characteristic that the maximum value of electric power is obtained is seen.
[0037]
When kneaded in such a closed system, the mass of the kneaded material does not substantially change during kneading with respect to the mass of the charged mixture, and a kneaded product for aqueous carbon black dispersion having the same composition as the charged is obtained. Manufacturing stability is improved.
Further, since the kneading is performed in a state where the carbon black concentration and the solid content concentration are high from the beginning of the kneading, the carbon black is crushed by the shearing force applied by the kneading, and undispersed coarse particles are reduced. As a result, it is not necessary to remove coarse particles in a later step, and the yield is improved.
In addition, when removing a water-soluble organic solvent, it can also be removed by heating and drying after kneading.
[0038]
(2) Method for producing aqueous carbon black dispersion
The kneaded product for aqueous carbon black dispersion is usually a semi-solid or solid kneaded product. Therefore, this aqueous carbon black dispersion kneaded product is dispersed to produce an aqueous carbon black dispersion. Since the carbon black in the aqueous carbon black dispersion kneaded product has already been crushed when the aqueous carbon black dispersion kneaded product is produced, the dispersion time for obtaining the aqueous carbon black dispersion solution is short, and the production efficiency Will improve.
Further, the kneaded product for aqueous carbon black dispersion of the present invention dissolves and disperses quickly because of its good solubility and dispersibility in water due to the interaction between the resin having an anionic group and the basic compound. Thus, it is a major characteristic of the kneaded product for aqueous carbon black dispersion of the present invention that it is quickly dispersed and dissolved in water and is stably maintained.
[0039]
In the present invention, the water-soluble solvent includes water or a water-soluble organic solvent that easily mixes with water. Examples of the water-soluble organic solvent used here include lower alcohols such as ethanol and isopropyl alcohol; ethylene oxide adducts of alkyl alcohols such as ethylene glycol hexyl ether and diethylene glycol butyl ether; and propylene oxide adducts of alkyl alcohols such as propylene glycol propyl ether. Is mentioned.
[0040]
As the disperser, a known one can be used. For example, in the case of using a medium, an ultrasonic homogenized vane shaker, a ball mill, an attritor, a basket mill, a sand mill, a sand grinder, a dyno mill, a disperse mat, an SC mill, Examples include spike mills and agitator mills. Examples of those that do not use media include ultrasonic homogenizers, nanomizers, resolvers, dispersers, and high-speed impeller dispersers. Among these, dispersers that use media are preferable because of their high dispersibility. The concentration may be adjusted with a water-soluble solvent as necessary after dispersion.
In addition, various known additives such as an alkaline agent can be further blended when adjusting the aqueous carbon black dispersion as required, and the addition of an alkaline agent is preferable because the dispersion stability is improved.
Depending on the type of disperser used, before performing dispersion (main dispersion) with the disperser, a water-soluble solvent is added to the kneaded product for aqueous carbon black dispersion, if necessary, mixed, diluted, It is preferable to adjust to a viscosity suitable for processing with the disperser (hereinafter, the viscosity-adjusted product may be referred to as a viscosity-adjusted product).
For example, when using a sand mill, it is preferable to carry out dispersion by driving the sand mill after diluting to a solid content concentration of 10 to 40 mass% and adjusting the viscosity to 10 to several hundred mPa · s.
In the present invention, for example, after kneading with a kneader equipped with the above-described stirring tank and stirring blade to obtain a kneaded product, by adding a water-soluble solvent to the kneaded product in this stirring tank, and mixing, Viscosity adjustment can be performed. Therefore, the production from the kneaded product to the viscosity adjustment can be continuously performed with one apparatus, and the production efficiency can be improved. The viscosity-adjusted product is taken out of the agitation tank as necessary, for example, and dispersed by the disperser to obtain an aqueous carbon black dispersion.
In addition, after adjusting to a predetermined viscosity in the stirring tank, it is further taken out from the stirring tank and mixed with a water-soluble solvent to adjust the viscosity to obtain a viscosity-adjusted product, which is further dispersed in the water-soluble solvent to form an aqueous solution. A carbon black dispersion can also be obtained.
[0041]
(3) Method for producing ink composition
The ink composition can be produced by further diluting the aqueous carbon black dispersion obtained as described above with a water-soluble solvent. The concentration of carbon black contained in the ink composition is preferably about 2 to 10% by mass.
[0042]
When the water-soluble solvent for diluting the aqueous carbon black dispersion contains a water-soluble organic solvent, it is preferable in the ink composition because it contributes to prevention of drying, viscosity adjustment, and concentration adjustment. Examples of the water-soluble organic solvent are the same as those used for dispersing the above-mentioned kneaded product for aqueous carbon black dispersion.
[0043]
In addition, it is preferable that a water-soluble organic solvent exhibiting permeability to the recording medium is blended to impart permeability to the ink composition. In the ink composition, the permeability is a characteristic necessary for adjusting the penetrability of the ink composition (carbon black) into the recording medium and the dot diameter on the recording medium.
Examples of water-soluble organic solvents exhibiting permeability include lower alcohols such as ethanol and isopropyl alcohol; ethylene oxide adducts of alkyl alcohols such as ethylene glycol hexyl ether and diethylene glycol butyl ether; propylene oxide adducts of alkyl alcohols such as propylene glycol propyl ether Etc.
[0044]
In addition to the water-soluble solvent and the aqueous carbon black dispersion kneaded product, for example, known additives can be blended in the ink composition.
As what can be mix | blended, an alkali agent, a pH adjuster, surfactant, antiseptic | preservative, a chelating agent, a plasticizer, antioxidant, a ultraviolet absorber, an ultraviolet curable resin etc. can be illustrated, for example.
In the present invention, an ink composition can be produced by, for example, adding an aqueous carbon black dispersion, a water-soluble solvent, and various additives as necessary and stirring uniformly.
[0045]
This ink composition can be suitably used as an ink for inkjet recording. The inkjet method to be applied is not particularly limited, but examples of known ones such as a continuous ejection type (charge control type, spray type, etc.), an on-demand type (piezo type, thermal type, electrostatic suction type, etc.) are illustrated. can do.
And when this ink composition is applied to these various ink jet systems, it becomes possible to discharge ink very stably.
[0046]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
Unless otherwise specified, “part” means “part by mass” and “%” means “mass%”.
The following is a list of carbon blacks used in this example and their characteristics.
Moreover, resin AC used in the present Example is as follows.
[0047]
List of carbon black characteristics used
[Table 1]
[0048]
Resin used
Resin A: Resin having a monomer composition ratio of styrene / methacrylic acid / acrylic acid = 77/13/10 (mass ratio), a mass average molecular weight of 12000, an acid value of 148 mgKOH / g, and a glass transition point of 107 ° C.
Resin B: Resin having a monomer composition ratio of styrene / methacrylic acid / acrylic acid = 77/13/10 (mass ratio), a molecular weight of 7500 in terms of mass average molecular weight, an acid value of 151 mgKOH / g, and a glass transition point of 107 ° C.
[0049]
Example 1
A mixture having the following composition was charged into a planetary mixer PLM-V-50V (manufactured by Inoue Mfg. Co., Ltd.) having a capacity of 50 L, the jacket was heated, and low speed (rotational speed: 21 r. k. k., revolution speed: 14 rpm, after the temperature of the contents has reached 60 ° C., high speed (autorotation speed: 35 rpm, revolution speed: 24 r) P.m.) and kneading was continued.
Resin B 1500g
Carbon black (Mitsubishi Chemical # 45L) 5000g
DEG 3800g
34 mass% potassium hydroxide aqueous solution 666 g
[0050]
The planetary mixer current value at the time of switching to high speed was 5A. Thereafter, the kneading was continued, and the maximum current value of the planetary mixer was 15A. After continuing the kneading for 30 minutes after showing the maximum current value, the current value of the planetary mixer was 8A. 200 g of ion-exchanged water was added to the kneaded material in the stirring tank thus obtained, and kneading was continued. After confirming that the mixture was uniformly mixed, 200 g of ion-exchanged water was further added, Mix until. Thereafter, 200 g of ion-exchanged water was added in the same manner. By this operation, the mixture was kneaded for about 2 hours while adding a total amount of 1000 g of ion-exchanged water.
[0051]
Next, while continuing kneading, the amount of ion-exchanged water added was 500 g / time, and a total amount of 5000 g of ion-exchanged water was added while confirming uniform mixing as described above.
After the addition of ion exchange water was completed, the kneaded product was taken out from the planetary mixer. The kneaded product had a solid content concentration of 39.4% by weight. Further, 3757 g of diethylene glycol and 2380 g of ion-exchanged water were added to 10 kg of the kneaded product taken out in small portions over 30 minutes while stirring with a dispersion stirrer to obtain a viscosity-adjusted product.
The viscosity-adjusted product was dispersed with a bead mill (Nanomill NM-G2L manufactured by Asada Tekko Co., Ltd.) under the following conditions to obtain an aqueous carbon black dispersion C1.
[0052]
..Distribution conditions
Disperser Nanomill NM-G2L (manufactured by Asada Tekko)
Beads φ0.3mm zirconia beads
Bead filling 85%
Cooling water temperature 10 ℃
Rotational speed 2660r. p. m.
(Disk peripheral speed: 12.5 m / sec)
Feed rate 200 g / min.
[0053]
In addition, dispersion | distribution was performed by passing a
The aqueous carbon black dispersion C1 had a solid content concentration of 24.5% by mass and a carbon black concentration of 18.4% by mass.
[0054]
(Comparative Example 1)
In Example 1, instead of the 34 mass% potassium hydroxide aqueous solution, 440 g of pure water was used, and similarly to Example 1, a 50 L capacity planetary mixer PLM-V-50V (manufactured by Inoue Seisakusho Co., Ltd.) was charged. Kneading at low speed (rotation speed: 21 rpm), revolution speed: 14 rpm, until the contents temperature reaches 60 ° C., and the contents temperature reaches 60 ° C. After that, the speed was changed to a high speed (rotational speed: 35 rpm, revolution speed: 24 rpm) and kneading was continued.
[0055]
The planetary mixer current value at the time of switching to high speed was 5A. Thereafter, the kneading was continued, but the current value of the planetary mixer was 5 to 6 A, and the kneading was continued for 30 minutes without showing the maximum current value. The content at this time was not a lump but a powder. To the kneaded material in the stirring tank thus obtained, 250 g of ion exchange water was added and kneading was continued. After confirming that the mixture was uniformly mixed, 250 g of ion exchange water was further added, Mix until. Thereafter, 250 g of ion exchange water was added in the same manner, and kneaded for about 2 hours while adding a total amount of 1000 g of ion exchange water.
While continuing kneading, the amount of ion-exchanged water added was 500 g / time, and a total amount of 5000 g of ion-exchanged water was added over the same amount of time as in Example 1 while confirming uniform mixing as described above. added.
After the addition of ion exchange water was completed, the contents were taken out of the planetary mixer. The contents of both the resin and carbon black were undispersed, and the particle shape was recognized. Moreover, it was 39.0 mass% when solid content of this content was measured.
[0056]
6000 g of diethylene glycol, 2527 g of ion-exchanged water, and 398.8 g of 34 mass% potassium hydroxide aqueous solution are added in small portions in 30 minutes while stirring with a dispersion stirrer to 10.00 kg of the taken out contents to obtain a dispersion liquid. It was.
The dispersion was attempted to be dispersed in a bead mill (Nanomill NM-G2L manufactured by Asada Tekko Co., Ltd.) under the same conditions as in Example 1, but in the first pass, the liquid feed pressure to the disperser increased, and the liquid feed amount Even if the pressure was lowered, the liquid feeding pressure could not be lowered to an appropriate pressure, and this dispersion could not be achieved.
In addition, when the dispersion stirred with a dispersion stirrer was left for one day, a considerable amount of sediment was generated at the bottom of the container.
[0057]
(Example 2)
In Example 1, carbon black was changed to Mitsubishi Chemical # 960 instead of Mitsubishi Chemical # 45L, and dispersed in exactly the same manner as in Example 1 to obtain an aqueous carbon black dispersion C2.
[0058]
(Comparative Example 2)
In Example 2, instead of the 34 mass% potassium hydroxide aqueous solution, 440 g of pure water was used and charged into a 50 L capacity planetary mixer PLM-V-50V (manufactured by Inoue Seisakusho Co., Ltd.) in the same manner as in Example 2. And kneaded at a low speed (rotational speed: 21 rpm), revolution speed: 14 rpm, until the content temperature reaches 60 ° C., and the content temperature reaches 60 ° C. Then, the speed was changed to a high speed (rotational speed: 35 rpm, revolution speed: 24 rpm) and kneading was continued.
[0059]
The planetary mixer current value at the time of switching to high speed was 5A. Thereafter, the kneading was continued, but the current value of the planetary mixer was 5 to 6 A, and the kneading was continued for 30 minutes without showing the maximum current value. The content at this time was not a lump but a powder. 250 g of diethylene glycol (DEG) was added to the kneaded material in the stirring tank thus obtained, and kneading was continued. After confirming that the mixture was uniformly mixed, 250 g of DEG was further added to make the mixture uniform. Until mixed. Thereafter, 250 g of DEG was added in the same manner, and kneaded for about 2 hours while adding a total amount of 1000 g of DEG by this operation. At this time, the planetary mixer current value slightly increased to 8A.
While the kneading was continued, the amount of DEG added was 500 g / time, and a total amount of 5000 g of DEG was added over the same period of time as in Example 2 while confirming uniform mixing as described above.
After the addition of DEG was completed, the contents were removed from the planetary mixer. The contents of both the resin and carbon black were undispersed, and the particle shape was recognized. Moreover, it was 38.9 mass% when solid content of this content was measured.
[0060]
120 g of diethylene glycol, 5828 g of ion-exchanged water, and 398 g of 34 mass% potassium hydroxide aqueous solution were added little by little over 30 minutes while stirring with a dispersion stirrer to 10.00 kg of the taken out contents to obtain a dispersion.
The dispersion was tried to be dispersed in a bead mill (Nanomill NM-G2L manufactured by Asada Tekko Co., Ltd.) under the same conditions as in Example 2. However, in the first pass, the liquid feed pressure to the disperser increased, and the liquid feed amount 40 g / min. The dispersion was carried out at a reduced pressure. After the second pass, the normal 200 g / min. To obtain an aqueous carbon black dispersion D2.
[0061]
(Example 3)
In Example 1, carbon black was changed to Mitsubishi Chemical # 970 instead of Mitsubishi Chemical # 45L, and resin A was used instead of Resin B. A liquid C3 was obtained. However, the amount added was 653 g of a 34% aqueous potassium hydroxide solution corresponding to resin oxidation.
[0062]
(Comparative Example 3)
In Example 3, instead of the 34 mass% potassium hydroxide aqueous solution, 431 g of pure water was used, and kneading was carried out using a planetary mixer with the same formulation as in Comparative Example 2, and using a dispersion stirrer in the same manner as in Comparative Example 2. Solid content adjustment was performed and the dispersion liquid was obtained. Here, the addition amount of the 34 mass% potassium hydroxide aqueous solution was 391 g.
The dispersion was attempted to be dispersed in a bead mill (Nanomill NM-G2L manufactured by Asada Tekko Co., Ltd.) under the same conditions as in Example 3. 50 g / min. The dispersion was carried out at a reduced pressure. After the second pass, the normal 200 g / min. To obtain an aqueous carbon black dispersion D3.
[0063]
The summary of the aqueous carbon black dispersions produced in the examples and comparative examples is summarized below.
[Table 2]
[0064]
(Evaluation of aqueous carbon black dispersion)
The aqueous carbon black dispersions of Examples and Comparative Examples obtained as described above were subjected to concentration adjustment by adding ion-exchanged water so that the carbon black concentration was 14.5% by mass.
With respect to the aqueous carbon black dispersion liquid in which the carbon black concentration was adjusted, the particle diameter was measured with a Microtrac UPA particle size analyzer (manufactured by Lees & Northrup). At that time, the particle size measurement sample was appropriately diluted with ion-exchanged water so that the particle size could be measured.
In addition, a very small amount of the adjusted aqueous carbon black dispersion was collected on a slide glass, and a cover glass was placed so that air was not caught in the dispersion droplets on the slide glass, and the dispersion liquid film thickness was kept constant. Microscopic observation with transmitted light was performed at double magnification, and coarse particles were observed.
[0065]
The results are shown in Table 3.
[Table 3]
Table 3
[0066]
The determination of variance was based on the following criteria.
(Distribution judgment method)
○ Less than 5 coarse particles of 1 to 5 μm are observed in the visual field in the microscopic observation.
X In the microscopic observation, 5 or more coarse particles of 1 to 5 μm or coarse particles of 5 μm or more are observed in the visual field.
×× Not dispersible.
From the particle size of the dispersion and the results of microscopic observation, the method according to the example according to the present invention is a conventional method, which is a method of a comparative example in which carbon black and a resin are kneaded without adding a basic compound and then dispersed in a bead mill. In comparison, it was found that the particle size can be remarkably reduced, and the remaining amount of coarse particles can be remarkably reduced.
[0067]
(Evaluation of dispersion stability (storage stability))
The aqueous carbon black dispersions of Examples and Comparative Examples were adjusted by adding ion-exchanged water so that the carbon black concentration was 14.5%, respectively, in the same manner as the evaluation of the dispersion.
The dispersion with the carbon black concentration adjusted is sealed in a glass container such as a screw tube, and subjected to a heating test for one week in a 60 ° C incubator. The dispersion stability was evaluated by visually observing the liquid state.
[0068]
The results are shown in Table 4.
[Table 4]
(Table 4)
[0069]
It can be seen that all of the evaluation samples prepared from the dispersions of Examples 1 to 3, which are examples of the present invention, have a small change rate (%) of 5% or less after the heating test and are excellent in dispersion stability. . On the other hand, the evaluation sample produced from Comparative Examples 2 and 3 outside the present invention showed a change rate (%) of 10% or more.
[0070]
(Adjustment of ink composition)
The obtained dispersions C1, C2, C3, D2 and D3 were adjusted by the following composition to obtain ink compositions CI1, CI2, CI3, DI2 and DI3 having a carbon black concentration of 4.8 to 5.0% by mass. .
Dispersion 26.3 parts
DEG 5.0 parts
Sanix GP-600 5.0 parts
(Manufactured by Sanyo Chemical)
Ion exchange water 63.7 parts
[0071]
(Print test)
The obtained ink composition was mounted on NOVAJET PRO manufactured by ENCAD, and a printing test was performed.
Specifically, solid printing and thin line printing were performed on four A4 printing papers (Yupo inkjet dedicated paper), and the ink ejection state was confirmed.
[0072]
The results are shown in Table 5.
[Table 5]
Table 5
[0073]
The determination of the discharge state was based on the following criteria.
Discharge characteristic evaluation method
○ Solid printing and fine line printing on all four printing papers are good.
× From a relatively early stage, defects in solid printing or fine line printing occur.
Xx From the beginning, there is a defect in solid printing or fine line printing.
Ink compositions prepared from the aqueous carbon black dispersions obtained in Examples 1, 2, and 3 which are examples of the present invention are excellent in ejection characteristics. On the other hand, the ink composition prepared from the aqueous carbon black dispersion obtained in the comparative example was dull, missing or incapable of printing.
[0074]
【The invention's effect】
An aqueous carbon black dispersion in which carbon black is stably dispersed and the dispersion state is maintained even during long-term storage, and an ink composition comprising the dispersion can be obtained.
Also, an aqueous carbon black dispersion having a short production time such as dispersion time and high production efficiency, a method for producing an ink composition comprising the dispersion, an aqueous carbon black dispersion having a high yield, and the dispersion A method for producing an ink composition comprising a liquid could be provided, and an ink composition for ink jet recording that was particularly excellent in ejectability could be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of the configuration of a planetary mixer.
FIG. 2 is a partially enlarged view of a planetary mixer.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the trajectory of a stirring blade in a planetary mixer.
[Explanation of symbols]
1 ... Stirring tank
2 ... Upper part of stirring tank
3 ... Lower part of stirring tank
4 ... Stirring blade
5 ... Stirring blade
6 ... Rotor
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