JP5126757B2 - Water-based ink - Google Patents

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本発明は、インクジェットプリンター用をはじめとする各種用途に好適なカーボンブラック顔料を含む水性インキに関する。 The present invention relates to a water-based ink containing a carbon black pigment suitable for various uses including those for inkjet printers.

カーボンブラックは疎水性で水に対する濡れ性が低いために水中に高濃度で安定に分散させることは極めて困難である。これはカーボンブラック表面に存在する水分子との親和性が高い官能基が極めて少ないことに起因する。したがって、黒色顔料としてカーボンブラックを水中に分散させた水性黒色インキなどに使用する場合にはカーボンブラックの表面性状を改質して水分散性能の向上を図る必要がある。   Since carbon black is hydrophobic and has low wettability with water, it is extremely difficult to stably disperse it in water at a high concentration. This is because there are very few functional groups having high affinity with water molecules present on the surface of carbon black. Accordingly, when used as an aqueous black ink in which carbon black is dispersed in water as a black pigment, it is necessary to improve the water dispersibility by modifying the surface properties of the carbon black.

カーボンブラックを酸化処理して表面に親水性の官能基を形成することによりカーボンブラックの水中への分散性能を改良することは古くから知られており、例えば、特許文献1にはカーボンブラックを次亜ハロゲン酸塩の水溶液で酸化処理する方法が、また、特許文献2にはカーボンブラックを低温酸素プラズマによって酸化処理する方法が開示されている。   It has long been known to improve the dispersion performance of carbon black in water by oxidizing the carbon black to form hydrophilic functional groups on the surface. A method of oxidizing with an aqueous solution of halite is disclosed, and Patent Document 2 discloses a method of oxidizing carbon black with low-temperature oxygen plasma.

また、軽い酸化処理を施したカーボンブラックにカップリング剤あるいは界面活性剤などを用いて水への分散性の向上を図る水性インキの製造方法(例えば特許文献3)も知られているが、温度変化および経時的変化による界面活性剤などの酸化や分解による変質から分散性能を長期間、安定に維持することは困難である。   Also known is a method for producing a water-based ink (for example, Patent Document 3) for improving dispersibility in water by using a coupling agent or a surfactant, etc., on a lightly oxidized carbon black. It is difficult to stably maintain the dispersion performance for a long period of time due to the deterioration due to oxidation and decomposition of the surfactant and the like due to change and change over time.

水分散性に優れたカーボンブラックは水性黒色インキ用顔料として有用されており、筆記具をはじめ、近年ではインクジェットプリンター用の記録液として注目されている。例えば、特許文献4には水性媒体、ポリオキシエチレンスチリルフェニルエーテル及び一次粒子径が20〜40nm、DBP吸油量が40〜120ml/100g、pHが7.0以上であるカーボンブラックを含有することを特徴とするインクジェット用記録液が提案されている。これは分散剤としてポリオキシエチレンスチリルフェニルエーテルを用いることにより記録液の保存安定性の向上を図るものである。   Carbon black excellent in water dispersibility is useful as a pigment for water-based black ink, and has recently attracted attention as a recording liquid for ink jet printers including writing instruments. For example, Patent Document 4 contains an aqueous medium, polyoxyethylene styryl phenyl ether, and carbon black having a primary particle size of 20 to 40 nm, a DBP oil absorption of 40 to 120 ml / 100 g, and a pH of 7.0 or more. A characteristic inkjet recording liquid has been proposed. This is intended to improve the storage stability of the recording liquid by using polyoxyethylene styryl phenyl ether as a dispersant.

また、特許文献5には水とカーボンブラックとを含有する水性顔料インキにおいて、該カーボンブラックが1.5mmol/g以上の表面活性水素含有量を有する水性顔料インキ、及び、水とカーボンブラックとを含有する水性顔料インキの製造方法において、(a)酸性カーボンブラックを得る工程と、(b) 前記酸性カーボンブラックを水中で次亜ハロゲン酸塩で更に酸化する工程とを、包含する水性顔料インキの製造方法が、特許文献6には吸油量100ml/100g以下のカーボンブラックを水性媒体中に微分散する工程;及び次亜ハロゲン酸塩を用いて該カーボンブラックを酸化する工程;を包含する水性顔料インキの製造方法が開示されている。   Patent Document 5 discloses an aqueous pigment ink containing water and carbon black, wherein the carbon black has a surface active hydrogen content of 1.5 mmol / g or more, and water and carbon black. In the method for producing an aqueous pigment ink containing, an aqueous pigment ink comprising: (a) a step of obtaining acidic carbon black; and (b) a step of further oxidizing the acidic carbon black with hypohalite in water. Patent Document 6 discloses an aqueous pigment comprising a step of finely dispersing carbon black having an oil absorption of 100 ml / 100 g or less in an aqueous medium; and a step of oxidizing the carbon black using hypohalite. An ink manufacturing method is disclosed.

本出願人は,カーボンブラックの水分散性はカーボンブラック粒子表面と水分子との接触界面に存在する親水性の官能基量が大きな機能を果たすことに着目して、水分散性能の良否を的確に判断する新たな指標としてカーボンブラック単位表面積当たりに存在する親水性の水素含有官能基量、すなわち、酸化処理により改質されたカーボンブラックであって、表面に存在する水素含有官能基のうちカルボキシル基とヒドロキシル基の総和量が、単位表面積当たり3μeq/m2 以上であることを特徴とする易水分散性カーボンブラック(特許文献7)を開発した。 The present applicant has paid attention to the fact that the water dispersibility of carbon black is based on the fact that the amount of hydrophilic functional groups present at the contact interface between the carbon black particle surface and water molecules performs a large function, and the quality of the water dispersibility is accurately determined. As a new indicator for determining the amount of hydrophilic hydrogen-containing functional groups present per unit surface area of carbon black, that is, carbon black modified by oxidation treatment, among the hydrogen-containing functional groups present on the surface, carboxyl An easily water dispersible carbon black (Patent Document 7) was developed, characterized in that the total amount of groups and hydroxyl groups is 3 μeq / m 2 or more per unit surface area.

また、本出願人は、水中への易分散性や分散安定性などの分散性能はカーボンブラック粒子の凝集形態と密接な関係があることを見出し、窒素吸着比表面積(N2SA)が80m2 /g以上、DBP吸油量が70ml/100g以下のカーボンブラックを酸化処理したカーボンブラックであって、アグリゲートのストークスモード径Dst(nm)とアグロメレートの平均粒径Dupa (nm)との比Dupa /Dstの値が1.5〜2.0の特性を備える易水分散性カーボンブラック(特許文献8)を提案した。 Further, the present applicant has found that dispersibility such as easy dispersibility in water and dispersion stability is closely related to the aggregate form of the carbon black particles, and the nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) is 80 m 2. / G to carbon black having a DBP oil absorption of 70 ml / 100 g or less, and a ratio of the Stokes mode diameter Dst (nm) of the aggregate to the average particle diameter Dupa (nm) of the agglomerate Dupa / An easily water dispersible carbon black (Patent Document 8) having a characteristic of a Dst value of 1.5 to 2.0 was proposed.

更に、本出願人はカーボンブラック粒子表面の細孔部の面積は水中における分散性にはあまり関与しないため、細孔面積を除いた外部比表面積が測定されるCTAB比表面積に着目して研究を行い、酸化処理するカーボンブラックとしてCTAB比表面積とDBP吸収量が、CTAB×DBP<185…1)、5<DBP/CTAB<12…2)の関係を満たすカーボンブラックを対象とするカーボンブラック水性分散体(特許文献9)を開発、提案した。   Further, since the area of the pores on the surface of the carbon black particles does not significantly affect the dispersibility in water, the applicant of the present application focuses on the CTAB specific surface area in which the external specific surface area excluding the pore area is measured. Aqueous carbon black dispersion for carbon black which satisfies the relationship of CTAB specific surface area and DBP absorption amount CTAB × DBP <185... 1), 5 <DBP / CTAB <12. A body (Patent Document 9) was developed and proposed.

特開昭48−018186号公報JP-A-48-018186 特開昭57−159856号公報JP-A-57-159856 特開平04−189877号公報Japanese Patent Laid-Open No. 04-189877 特開平03−097770号公報Japanese Patent Laid-Open No. 03-097770 特開平08−003498号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-003498 特開平08−319444号公報JP 08-319444 A 特開平11−148027号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-148027 特開平11−148026号公報JP-A-11-148026 特開2003−183541号公報JP 2003-183541 A

本発明者らは、引き続く研究において、カーボンブラックを液相酸化してカーボンブラック表面に生成したカルボキシル基に、N−ビニル−2−ピロリドンがカチオン重合してポリビニルピロリドンがグラフト結合したカーボンブラックは、水への分散性能がより改善され、しかも印字メディアへの付着性が良好な顔料となることを見出した。   In the subsequent research, the carbon black in which N-vinyl-2-pyrrolidone is cationically polymerized and polyvinylpyrrolidone is graft-bonded to a carboxyl group generated on the surface of the carbon black by liquid phase oxidation of carbon black, It has been found that the water dispersibility is further improved and the pigment has good adhesion to the printing medium.

すなわち、本発明は、この知見に基づいて開発されたもので、その目的は優れた水分散性能を有するとともに印字メディアへの付着性が高く、インクジェットプリンター用をはじめとする各種用途に好適な、保存安定性、印字濃度の改善されたカーボンブラック顔料を含む水性インキを提供することにある。 That is, the present invention has been developed based on this knowledge, the purpose of which is excellent in water dispersion performance and high adhesion to print media , suitable for various applications including inkjet printers , An object of the present invention is to provide a water-based ink containing a carbon black pigment having improved storage stability and printing density.

上記の目的を達成するための本発明の水性インキは、カーボンブラックを液相酸化して生成したカーボンブラック粒子表面のカルボキシル基を基点として、N−ビニル−2−ピロリドン(以下、NVPと記す)がカチオン重合することによりポリビニルピロリドン(以下、PVPと記す)がグラフト結合されてなり、前記N−ビニル−2−ピロリドン同士が結合したホモポリマーが分離精製されてなるカーボンブラック顔料を含むことを構成上の特徴とする。 The water-based ink of the present invention for achieving the above object is based on N-vinyl-2-pyrrolidone (hereinafter referred to as NVP) based on the carboxyl group on the surface of carbon black particles produced by liquid phase oxidation of carbon black. There polyvinylpyrrolidone (hereinafter referred to as PVP) by cationic polymerization Ri is Na are grafted, said homopolymer N- vinyl-2-pyrrolidone together bound comprises carbon black pigment formed by separation and purification This is a structural feature.

本発明の水性インキは、カーボンブラックを液相酸化して生成したカーボンブラック粒子表面のカルボキシル基を基点として、NVPがカチオン重合することによりPVPがグラフト結合されたカーボンブラック顔料を含むものであり、このカーボンブラック顔料は水分散性能に優れるとともに印字メディアへの付着性が向上する。したがって、このカーボンブラック顔料を水中に分散させた水分散体等の水性インキは、保存安定性および印字濃度が著しく優れており、インクジェットプリンター用をはじめとする各種用途に極めて有用である。 Aqueous-in key of the present invention, a carbon black as a base point a carboxyl group of the carbon black particle surface which is generated by liquid phase oxidation, which contains carbon black pigment PVP is grafted by NVP to cationic polymerization The carbon black pigment has excellent water dispersion performance and improves adhesion to the printing medium. Accordingly, water- based inks such as water dispersions in which the carbon black pigment is dispersed in water are remarkably excellent in storage stability and printing density, and are extremely useful for various applications including those for inkjet printers.

カーボンブラックの酸化処理は、カーボンブラックを均一に酸化するために湿式法による液相酸化が適用され、酸化剤としては過硫酸塩、過硼酸塩、過炭酸塩などが好適に用いられる。なお、塩としてはアンモニウム塩やアルカリ金属塩などが例示される。   In the oxidation treatment of carbon black, liquid phase oxidation by a wet method is applied in order to uniformly oxidize carbon black, and persulfate, perborate, percarbonate, etc. are preferably used as the oxidizing agent. Examples of the salt include ammonium salts and alkali metal salts.

液相酸化は酸化剤水溶液中にカーボンブラックを入れて加熱、攪拌することにより行われ、酸化処理によりカーボンブラック表面に、−COOH基や−OH基の官能基が形成される。酸化処理の程度は酸化剤水溶液の濃度、カーボンブラックの添加量、処理温度、攪拌速度、処理時間などを適宜な条件に設定することにより制御される。   Liquid phase oxidation is performed by putting carbon black in an aqueous oxidizing agent solution and heating and stirring, and a functional group such as —COOH group or —OH group is formed on the surface of carbon black by oxidation treatment. The degree of the oxidation treatment is controlled by setting the concentration of the oxidizer aqueous solution, the amount of carbon black added, the treatment temperature, the stirring speed, the treatment time, and the like under appropriate conditions.

酸化反応が終了したカーボンブラックスラリーは、スラリー中の還元塩を限外濾過膜、RO膜、電気透析膜などで脱塩除去する。脱塩は、例えばカーボンブラックスラリー中のカーボンブラック固形分濃度が3wt%の場合、200μS/cm以下の電気伝導度になるまで行うことが好ましい。   After the oxidation reaction, the carbon black slurry is desalted and removed by using an ultrafiltration membrane, an RO membrane, an electrodialysis membrane, or the like. For example, when the carbon black solid content concentration in the carbon black slurry is 3 wt%, the desalting is preferably performed until the electric conductivity becomes 200 μS / cm or less.

脱塩したカーボンブラックスラリーは、乾燥機で水分を蒸発除去して乾燥し、乾燥したカーボンブラックはジェットミル、カッターミキサー、ボールミルなどの粉砕機で粉砕する。粉砕は、例えば目開き300μmの篩を通過する量が90wt%以上となるように行うことが好ましい。   The desalted carbon black slurry is dried by removing moisture by a dryer, and the dried carbon black is pulverized by a pulverizer such as a jet mill, a cutter mixer, or a ball mill. The pulverization is preferably performed so that, for example, the amount passing through a sieve having an opening of 300 μm is 90 wt% or more.

粉砕処理されたカーボンブラックをNVP溶液中に添加し、加熱、攪拌することにより下記(1)式に示す反応式にしたがって、カーボンブラック表面のカルボキシル基とNVPがカチオン重合し、PVPがグラフト結合する。この場合、NVPとカーボンブラック(CB)の混合量比は、NVPの重量(g)がCBの重量(g)×CBのDBP吸収量(cm3 /100g)×0.01×3倍以上に設定される。NVPの重量比が3倍未満であると、攪拌が困難となり均一に反応させることが困難となるためである。 By adding the pulverized carbon black to the NVP solution, heating and stirring, the carboxyl group on the carbon black surface and NVP are cationically polymerized according to the reaction formula shown in the following formula (1), and PVP is graft-bonded. . In this case, the mixing amount ratio of NVP and carbon black (CB) is such that the weight (g) of NVP is CB weight (g) × CB DB absorption (cm 3/100 g) × 0.01 × 3 times or more. Is set. This is because when the weight ratio of NVP is less than 3 times, stirring becomes difficult and it is difficult to react uniformly.

Figure 0005126757
Figure 0005126757

反応は、好ましくは200rpm以上の攪拌速度で、30〜100℃に加熱することにより行う。加熱温度が30℃未満ではNVPとカーボンブラック表面のカルボキシル基との反応が充分に進行せず、反応が未達になる。逆に、100℃を越えるとカルボキシル基との反応よりもモノマー同士の反応が活発化してホモポリマーの生成が多くなり、水分散性能が損なわれる。 The reaction is preferably performed by heating to 30 to 100 ° C. at a stirring speed of 200 rpm or more. When the heating temperature is less than 30 ° C., the reaction between NVP and the carboxyl group on the carbon black surface does not proceed sufficiently, and the reaction is not achieved. Conversely, if it exceeds 100 ° C. and the reaction is activated monomers to each other than the reaction with the carboxyl group increases the production of homopolymer, the water dispersibility is Ru impaired.

この反応時に未反応のカルボキシル基を中和させるために、アルカリ金属水酸化物(水酸化ナトリウム、水酸化カリウム)あるいはアンモニア、有機系アミン(例えば水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム)などを添加して中和する。
例えば、水酸化ナトリウムを用いた場合は下記(2)式に示すように、未反応のカルボキシル基をナトリウム塩に転化する。中和後、アルカリを安定化させるために熱処理(95〜100℃)を施す。
In order to neutralize unreacted carboxyl groups during this reaction, alkali metal hydroxide (sodium hydroxide, potassium hydroxide) or ammonia, organic amines (for example, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide), etc. Add to neutralize.
For example, when sodium hydroxide is used, an unreacted carboxyl group is converted to a sodium salt as shown in the following formula (2). After neutralization, heat treatment (95 to 100 ° C.) is performed to stabilize the alkali.

Figure 0005126757
Figure 0005126757

NVPでカチオン重合及びアルカリで中和したカーボンブラック分散液は、逆浸透膜、限外濾過膜、ルーズROなどの分離膜で、カーボンブラックと結合できず、モノマー同士が結合したホモポリマーを分離精製する。この際のカーボンブラック分散溶液の残塩濃度は、カーボンブラック含有濃度を20wt%として、5mS/cm未満となるまで分離精製することが望ましい。次いで、カーボンブラック分散スラリーを乾燥機で水分を蒸発除去して乾燥し、得られたカーボンブラックは粉砕されて、本発明の水性インキ用のカーボンブラック顔料が製造される。   The carbon black dispersion neutralized with NVP with cationic polymerization and alkali is separated and purified by reverse osmosis membranes, ultrafiltration membranes, loose RO and other separation membranes. To do. In this case, it is desirable to separate and purify the residual salt concentration of the carbon black dispersion solution until the concentration of carbon black is 20 wt% and is less than 5 mS / cm. Next, the carbon black dispersion slurry is dried by evaporating and removing moisture with a dryer, and the resulting carbon black is pulverized to produce the carbon black pigment for aqueous ink of the present invention.

このようにして、液相酸化によりカーボンブラック表面に形成したカルボキシル基を基点として、カルボキシル基の全てあるいは一部にNVPをカチオン重合させ、さらにグラフト未反応であったカルボキシル基をアルカリで中和することによりカーボンブラック表面にPVPがグラフト結合したカーボンブラック顔料を含む本発明の水性インキは、水分散性能が著しく向上する。 In this way, NVP is cationically polymerized on all or a part of the carboxyl groups based on the carboxyl groups formed on the carbon black surface by liquid phase oxidation, and the carboxyl groups that have not been grafted are neutralized with an alkali. aqueous ink of the present invention, including mosquitoes over carbon black pigment PVP is grafted to the carbon black surface by the water dispersion performance is remarkably improved.

すなわち、上記カーボンブラック顔料を水中に分散させた分散体は、分散性能が向上して分散安定性が高く、また、分散体中においてカーボンブラックの再凝集も生じ難い。したがって、水性インキとして水分散性、保存安定性、濾過性、吐出安定性、粘性などが著しく改善され、更に、カーボンブラック表面に結合したポリマーが紙繊維組織などの印字メディアへのアンカー効果を果たすので、印字濃度の改善、向上が図られる。 That is, the carbon black pigment dispersion obtained by dispersing in water, the dispersion performance is high dispersion stability is improved, also, hardly occurs even reaggregation of the carbon black in the dispersion. Therefore, water dispersibility, storage stability, filterability, ejection stability, viscosity, etc. are remarkably improved as a water-based ink, and the polymer bonded to the carbon black surface serves as an anchor for printing media such as paper fiber structures. Therefore, the print density can be improved and improved.

以下、本発明の実施例を比較例と対比して具体的に説明する。   Examples of the present invention will be specifically described below in comparison with comparative examples.

実施例
カーボンブラックとして東海カーボン(株)製シースト9H(商品名)を用い、該カーボンブラック150gを濃度2.0Nの過硫酸ナトリウム水溶液3000mlに添加して60℃の温度で、攪拌速度300rpmで攪拌しながら、10時間処理して、液相酸化した。酸化処理後のカーボンブラック分散液を、限外濾過膜(旭化成(株)製AHP−1010、分画分子量50000)で分散液中に残存する塩を分離精製するとともにカーボンブラック濃度を10wt%に濃縮処理した。濃縮後の分散液の電気伝導度は0.6mS/cmであった。その後、分散液を乾燥機により水を蒸発除去して、乾燥したカーボンブラックを得、次いで、カッターミキサーで粉砕して目開き300μmの篩を全通するカーボンブラック粉末を製造した。このようにして液相酸化したカーボンブラックのカルボキシ
ル基は5.2μmol/m2 であった。
Example As a carbon black, Tokai Carbon Co., Ltd. Seast 9H (trade name) was used. 150 g of the carbon black was added to 3000 ml of a 2.0 N sodium persulfate aqueous solution and stirred at a temperature of 60 ° C. and a stirring speed of 300 rpm. While processing for 10 hours, liquid phase oxidation was performed. After the oxidation treatment, the carbon black dispersion is separated and purified by using an ultrafiltration membrane (AHP-1010 manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., molecular weight cut off 50000), and the carbon black concentration is concentrated to 10 wt%. Processed. The electric conductivity of the dispersion after concentration was 0.6 mS / cm. Thereafter, water was removed by evaporation of the dispersion using a dryer to obtain dried carbon black, which was then pulverized by a cutter mixer to produce a carbon black powder that passed through a sieve having an opening of 300 μm. The carboxyl group of the carbon black thus liquid-phase oxidized was 5.2 μmol / m 2 .

なお、カルボキシル基は下記の方法で測定した。
0.976Nの炭酸水素ナトリウム水溶液50ml中にカーボンブラック約2〜5gを入れ、6時間程振とうした後、カーボンブラックを濾過分離し、濾液の滴定試験を行ってカーボンブラック表面に形成されたカルボキシル基量を測定した。このカルボキシル基量をカーボンブラック試料の窒素吸着比表面積で除して、単位表面積当たりのカルボキシル基量(μmol/m2 )を求めた。
The carboxyl group was measured by the following method.
About 2-5 g of carbon black was put in 50 ml of 0.976N sodium hydrogen carbonate aqueous solution, shaken for about 6 hours, carbon black was separated by filtration, and the titration test of the filtrate was performed to determine the carboxyl formed on the carbon black surface. The basis weight was measured. The carboxyl group amount was divided by the nitrogen adsorption specific surface area of the carbon black sample to determine the carboxyl group amount (μmol / m 2 ) per unit surface area.

日本触媒(株)製NVP300g中に、上記酸化カーボンブラック粉末100gを添加し、40℃の温度、200rpmの攪拌速度で5時間反応させた。反応後、反応液のpHを測定したところ、3.2であった。そこで、0.5mol/dm3 の水酸化ナトリウム水溶液を添加して中和し、95℃に加熱した。その後、グラフト処理時に発生したホモポリマー、余分なアルカリイオンを除去するため、限外濾過膜(ダイセン・メンブラン・システムズ(株)FUS1582、分画分子量150000)で精製、濃縮して、カーボンブラック分散濃度を20wt%に調整した。 100 g of the oxidized carbon black powder was added to 300 g of NVP manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., and reacted at a temperature of 40 ° C. and a stirring speed of 200 rpm for 5 hours. After the reaction, the pH of the reaction solution was measured and found to be 3.2. Therefore, a 0.5 mol / dm 3 sodium hydroxide aqueous solution was added to neutralize and heated to 95 ° C. After that, in order to remove the homopolymer and excess alkali ions generated during the grafting process, it was purified and concentrated with an ultrafiltration membrane (Daisen Membrane Systems Co., Ltd. FUS1582, fractional molecular weight 150,000) to obtain a carbon black dispersion Was adjusted to 20 wt%.

比較例
実施例と同一の方法によりカーボンブラックを液相酸化したカーボンブラック分散液を濾過して、濾別した酸化カーボンブラックを水酸化ナトリウム溶液で中和した。中和後の酸化カーボンブラック分散液を限外濾過膜(旭化成(株)製AHP−1010、分画分子量50000)で分散液中に残存する塩を分離精製、濃縮してカーボンブラック分散濃度を20wt%に調整した。
Comparative Example A carbon black dispersion obtained by liquid-phase oxidation of carbon black was filtered by the same method as in Examples, and the filtered carbon black was neutralized with a sodium hydroxide solution. The neutralized oxidized carbon black dispersion is separated and purified by an ultrafiltration membrane (AHP-1010 manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd., molecular weight cut off 50000), and concentrated to obtain a carbon black dispersion concentration of 20 wt. % Adjusted.

これらのカーボンブラック水分散液について、下記の方法で水分散性能、インキ性能などを測定し、得られた結果を表1に示した。   With respect to these carbon black aqueous dispersions, water dispersion performance, ink performance, and the like were measured by the following methods, and the obtained results are shown in Table 1.

(1)加温安定性;
サンプルを密閉容器に入れ、保温器中で70℃の温度に保持して、1週間毎の粘度を測定した。なお、粘度は回転振動式粘度計(山一電機(株)製、VM−100A−L)により測定した。
(1) Heating stability;
The sample was put in a sealed container and kept at a temperature of 70 ° C. in an incubator, and the viscosity was measured every week. The viscosity was measured with a rotational vibration viscometer (manufactured by Yamaichi Electronics Co., Ltd., VM-100A-L).

(2)粒子凝集体の粒子径;
加温安定性試験を行った各サンプルについて、ヘテロダインレーザードップラー方式粒度分布測定装置(マイクロトラック社製UPAmodel 9340)を用いて分散液にレーザー光を照射して、散乱光の周波数変調度合いから分散液中の粒子凝集体(アグロメレート)の粒子径を測定する。測定した粒子径から、その累積度数分布曲線を作成し、50%累積度数の値を平均粒子径Dupa50%(nm)、99%累積度数の値を最大粒子径Dupa99%(nm)とした。
(2) Particle size of particle aggregates;
For each sample subjected to the heating stability test, the dispersion was irradiated with laser light using a heterodyne laser Doppler particle size distribution analyzer (UPAmodel 9340 manufactured by Microtrack), and the dispersion was determined from the degree of frequency modulation of the scattered light. The particle diameter of the particle aggregate (agglomerate) inside is measured. The cumulative frequency distribution curve was created from the measured particle size, the 50% cumulative frequency value being the average particle size Dupa 50% (nm), and the 99% cumulative frequency value being the maximum particle size Dupa 99% (nm).

(3)pH;
加温安定性試験を行った各サンプルについて、JIS Z8802により測定した。
(3) pH;
About each sample which performed the heating stability test, it measured by JISZ8802.

(4)電気伝導度;
加温安定性試験を行った各サンプルについて、JIS K0131により測定した。
(4) electric conductivity;
About each sample which performed the heating stability test, it measured by JISK0131.

(5)表面張力;
加温安定性試験を行った各サンプルについて、ASTM D1590により測定した。
(5) surface tension;
Each sample subjected to the heating stability test was measured according to ASTM D1590.

(6)濾過性;
サンプル200g を90φのNo.2濾紙および膜孔径3μm、0.8μm、0.65μm、0.45μmの各メンブランフィルターを用いて、2666.4Paの減圧下で濾過試験を行い、通過量を測定した。
(6) Filterability;
A sample 200 g was added to 90φ No. A filtration test was conducted under reduced pressure of 2666.4 Pa using 2 filter papers and membrane filters having membrane pore diameters of 3 μm, 0.8 μm, 0.65 μm, and 0.45 μm, and the passing amount was measured.

(7)印字濃度;
サンプルをカーボンブラック濃度4wt%に希釈し、XEROX4024用紙に#6バーコータにより印字して、マクベス濃度計(コルモーゲン社製RD−927)を用いて光学濃度を測定した。
(7) Print density;
The sample was diluted to a carbon black concentration of 4 wt%, printed on XEROX 4024 paper with a # 6 bar coater, and the optical density was measured using a Macbeth densitometer (RD-927 manufactured by Colmogen).

(8)付着性試験;
カーボンブラック濃度を4wt%に希釈した水分散液を写真画質の紙に#6のバーコータを使用して印字し、印字後、室温で24時間乾燥し、学振型耐摩耗試験機にて金布#3を用いて加重250gで加圧処理し、処理後、印字面をマクベス濃度計で光学濃度を測定した。この値が印字濃度に近い値を示すものほど、付着性が良好である。
(8) Adhesion test;
An aqueous dispersion with a carbon black concentration diluted to 4 wt% is printed on photographic-quality paper using a # 6 bar coater. After printing, it is dried at room temperature for 24 hours, and then gold cloth is used with a Gakushin type abrasion resistance tester. Using # 3, pressurization was performed at a weight of 250 g. After the treatment, the printed surface was measured for optical density with a Macbeth densitometer. The closer this value is to the print density, the better the adhesion.

Figure 0005126757
Figure 0005126757

実施例と比較例では、保存安定性、濾過性、表面張力、黒色度などはほぼ同等である。
しかし、グラフトしたことが効果を招き、実施例では印字濃度(OD値)と付着性試験(OD値)との差は僅かであったが、グラフト処理をしない比較例では著しくOD値が低下した。
In Examples and Comparative Examples, the storage stability, filterability, surface tension, blackness, etc. are almost the same.
However, the grafting had an effect, and the difference between the printing density (OD value) and the adhesion test (OD value) was slight in the examples, but the OD value was remarkably lowered in the comparative example without grafting. .

本発明によれば、優れた水分散性能を有するとともに印字メディアへの付着性が高く、インクジェットプリンター用をはじめとする各種用途に極めて有用な、保存安定性、印字濃度の改善された水性インキを提供することができる。 According to the present invention, high adhesion to the print medium which has excellent water dispersion properties, very useful in various applications including ink jet printers, storage stability, an improved water-based ink print density Can be provided.

Claims (1)

カーボンブラックを液相酸化して生成したカーボンブラック粒子表面のカルボキシル基を基点として、N−ビニル−2−ピロリドンがカチオン重合することによりポリビニルピロリドンがグラフト結合されてなり、前記N−ビニル−2−ピロリドン同士が結合したホモポリマーが分離精製されてなるカーボンブラック顔料を含むことを特徴とする水性インキ。 Carbon black as a base point a carboxyl group of the carbon black particle surface which is generated by liquid phase oxidation, Ri Na N- vinyl-2-pyrrolidone is polyvinyl pyrrolidone grafted by cationic polymerization, wherein the N- vinyl-2- A water-based ink comprising a carbon black pigment obtained by separating and purifying a homopolymer in which pyrrolidones are bonded to each other .
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