JPH09309710A - 非導電性炭素質粉体及びその製造方法 - Google Patents

非導電性炭素質粉体及びその製造方法

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JPH09309710A JP8150483A JP15048396A JPH09309710A JP H09309710 A JPH09309710 A JP H09309710A JP 8150483 A JP8150483 A JP 8150483A JP 15048396 A JP15048396 A JP 15048396A JP H09309710 A JPH09309710 A JP H09309710A
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    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 塗膜に絶縁性を付与することが可能な黒色塗
料に用いることができる炭素質黒色顔料を提供するこ
と。 【解決手段】 炭素質粉体の表面の少なくとも一部が、
炭素質粉体に対し親和性を有する有機高分子化合物、及
び該有機高分子化合物に対して親和性を有する絶縁化物
の少なくとも1種で被覆されていることを特徴とする非
導電性炭素質粉体、及びその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は非導電性炭素質粉体
に関し、更に詳しくは高い遮光性、黒色度及び非導電性
が要求される用途において使用される非導電性炭素質粉
体であって、プリント基板の着色、ブラウン管のシャド
ウマスク、液晶表示装置用カラーフィルターのブラック
マトリックス等に非導電性黒色層を与えることができる
非導電性炭素質粉体に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ブラウン管のシャドウマスク、液
晶表示装置用カラーフィルターのブラックマトリックス
等の製造に際しては、非導電性黒色塗膜を与える塗料が
求められてきた。従来、これらの塗料に使用される黒色
顔料としては、酸化鉄系黒色顔料或いは黄色、赤色及び
青色等の有機顔料を配合してなる黒色顔料が使用されて
きた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の顔料を用いて形成される塗膜では黒色隠蔽度が不十分
であることや、材料自体が高価であるという欠点を有し
ている。カーボンブラック等の炭素質粉体は黒色度が優
れ、安価であることから上記の如き用途の塗料の顔料と
して広く使用されてきたが、炭素質粉体には本来導電性
があり、非導電性が要求される場合には適しておらず、
非導電性が要求される用途に使用する場合には、塗料中
の炭素質粉体の含量を極端に低くしなければならないと
いう問題を有していた。
【0004】これらの問題に対し、本発明者らは、既に
に炭素質粉体に静電的吸引力により絶縁化物を直接吸着
させる、或いは結合剤を用いて炭素質粉体の表面の一部
に絶縁化物を固定する方法を提案しているが、直接静電
的吸引力で絶縁化物を付着させる場合は、絶縁化物が炭
素質粉体から剥がれやすく、塗料中に炭素質粉体に付着
していない絶縁化物が多く存在し、これらの付着してい
ない絶縁化物が、塗膜にした場合に膜の均一性や遮光性
を低下させる原因となる。又、結合剤を用いた場合、炭
素質粉体に付着していない絶縁化物の量を抑えることが
できるが、炭素質粉体、或いは絶縁化物に結合剤を導入
する操作は、一般に複雑で、充分な絶縁化効果を持つ結
合剤の結合活性は高く、空気中の水分で結合活性が失活
するため、品質の安定した非導電性炭素質粉体を大量に
作製する際には問題がある。
【0005】更に、絶縁化物として使用される微粒子の
粒子径は、炭素質粉体の遮光性を損なわないためには充
分に小さくする必要があるが、微粒子の粒子径を小さく
すると、その凝集力が強くなり、凝集構造を破壊するこ
とが困難となるため、絶縁化物は微粒子の集合体として
炭素質粉体に吸着し、結果としてその遮光性を低下させ
ることとなる。
【0006】従って本発明の目的は、炭素質粉体表面と
絶縁化物の両者に対し、強い親和性を有する有機高分子
化合物を用いることで、炭素質粉体の少なくとも一部に
絶縁化物を選択的に吸着及び被覆する操作を簡便に行う
ことができ、且つ絶縁化物の剥離や凝集も起こりにくく
することで、炭素質材料の導電性を排除し、塗膜に絶縁
性を付与することが可能な黒色塗料に用いることができ
る非導電性炭素質粉体を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的は以下の本発明
によって達成される。即ち、本発明は、炭素質粉体の表
面の少なくとも一部が、炭素質粉体に対し親和性を有す
る有機高分子化合物、及び該有機高分子化合物に対して
親和性を有する絶縁化物の少なくとも1種で被覆されて
いることを特徴とする非導電性炭素質粉体、及びその製
造方法である。
【0008】炭素質粉体の表面の少なくとも一部を、前
記の如き炭素質粉体に対し親和性を有する有機高分子化
合物、及び該有機高分子化合物に対し親和性を有する絶
縁化物で被覆することによって、炭素質粉体の導電性を
排除し、塗膜に絶縁性を付与することが可能な黒色塗料
に用いることができる非導電性炭素質粉体を提供するこ
とができる。
【0009】本発明では、炭素質粉体の有する固有の導
電性及び塗膜中の炭素質粉体の連鎖による塗膜の導電性
を、炭素質粉体の少なくとも表面の一部を絶縁化物で被
覆することによって、炭素質粉体相互の連鎖を遮断して
導電性を無くし、これらの非導電性炭素質粉体を塗料に
使用することによって、形成される塗膜の絶縁化を図る
ことができる。又、この時、炭素質粉体表面の少なくと
も一部を、炭素質粉体に対し親和性を有する有機高分子
化合物で覆い、更に該有機高分子化合物に対し親和性を
有する絶縁化物で覆うことで、膜の均一性や遮光性を損
なわず、塗膜を得る操作も簡便に行うことができる。
【0010】
【発明の実施の形態】次に好ましい実施の形態を挙げて
本発明を更に詳しく説明する。本発明でいう非導電性炭
素質粉体とは、炭素質粉体の表面の少なくとも一部が、
炭素質粉体に対して親和性を有する有機高分子化合物、
及び該有機高分子化合物に対して親和性を有する絶縁化
物によって被覆された炭素質粉体である。
【0011】本発明で使用する炭素質粉体としては、例
えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ファ
ーネスブラック等のカーボンブラックや、天然又は人造
の黒鉛等があり、その他のカーボンホイスカー、カーボ
ンファイバーやグラファイトファイバー、カーボンナノ
チューブ等の短繊維等を挙げることができ、これらの炭
素質粉体は単独で使用することができる他、2種以上を
組み合わせて使用することもできる。
【0012】上記炭素質粉体の表面を被覆する炭素質粉
体に対し親和性を有する有機高分子化合物としては、酸
性表面の炭素質粉体に対しては塩基性の有機高分子化合
物が好ましく使用され、又、塩基性表面の炭素質粉体に
対しては酸性の有機高分子化合物が良く吸着されるため
に好ましく使用されるが、その高分子構造は特に限定さ
れず、炭素質粉体への親和性が良好なカルボキシル基や
アセトキシル基等のカルボン酸エステル基、メトキシ基
やエトキシ基等のエーテル基、ホルミル基やアセチル基
等のアシル基、フェニル基やベンジル基等の脂環式及び
芳香族炭化水素基、更にアセトキル基やメルカプト基、
アミノ基、アミド基、エポキシ基等、O、S、Nを含む
官能基を有する有機高分子化合物を使用することができ
る。
【0013】本発明で使用される有機高分子化合物は、
炭素質粉体表面に選択的に吸着されることで、絶縁化物
によって効率の良い絶縁化が行えるが、有機高分子化合
物中に特に水酸基やカルボキシル基、アミド基等の水素
結合形成基を有する場合には、これらの基と炭素質粉体
表面に存在する極性基との結合が形成され、結果として
炭素質粉体表面に有機高分子化合物が選択的に吸着され
ることになる。
【0014】炭素質粉体表面は、有機高分子化合物合成
時に発生する各種ラジカル捕捉能を有するため、有機高
分子化合物をラジカル重合により合成する溶液中に、炭
素質粉体を混合させておくことで、成長するポリマー鎖
が炭素質粉体表面に選択的に吸着される。炭素質粉体表
面のラジカル捕捉能を利用した有機高分子化合物の選択
的な吸着は、有機高分子化合物がビニル基やアクリロイ
ル基等のラジカル重合発生基を有している場合でも同様
に起こり得る。
【0015】又、有機高分子化合物が、N−アルキルア
ミノベンゾフェノン等のアミノベンゾフェノン類やN−
アルキルカプロラクタム等のラクタム類からの、いわゆ
るイミニウムイオンを生成する官能基を有する場合に
は、炭素質粉体の種類や極性基の有無を問わず、その表
面に対し著しい親和性を有するため、極性基の少ない炭
素質粉体を用いる場合や、より選択的な有機高分子化合
物の吸着が必要な場合は特に好ましく用いられる。
【0016】本発明で使用される有機高分子化合物は、
炭素質粉体表面に対すると同様に、絶縁化物に対しても
親和性を持つことが本発明の目的達成上で必須となる。
本発明で使用される絶縁化物は、その大半が表面に酸化
物層を有しており、この酸化物層が大気中の水分を水素
結合により絶縁化物表面に取り込むことから、絶縁化物
を選択的に取り込むためには、有機高分子化合物は、先
の炭素質粉体に選択的に吸着する場合と同様に、水酸基
やアミド基、カルボキシル基等の水素結合形成基を有す
ることが好ましい。
【0017】更に、炭素質粉体に対して、種類の有無を
問わず、その表面に対し著しい親和性を有するアミノベ
ンゾフェノン類やラクタム類等のイミニウムイオン生成
基を有する有機高分子化合物は、本発明で使用される絶
縁化物に対しても良好な親和性を有するため、表面の酸
化物層が少ない絶縁化物を用いる場合等は特に好ましく
使用される。
【0018】上記炭素質粉体を被覆する絶縁化物として
は、金属化合物の加水分解物、部分加水分解物、無機化
合物粒子、及びそれらの混合物から選択された少なくと
も1種の無機粒子である。これらの無機粒子のうちで、
加水分解物又は部分加水分解物としては、無機金属塩、
有機酸塩、有機金属化合物、有機金属錯体、及びそれら
の誘導体の1種又は2種以上を組み合わせて加水分解又
は部分加水分解した無機粒子を使用することができる。
これらの無機粒子は、炭素質粉体表面に有機高分子化合
物を介して吸着し、その場で殆ど凝集することなく絶縁
化物として析出するため、炭素質粉体の少なくとも一部
を絶縁化物で被覆することができる。
【0019】これらの加水分解物又は部分加水分解物か
ら得られる絶縁化物は、その大きさが数μm以下のいわ
ゆる超微粒子である場合が殆どであって、炭素質粉体の
表面に析出した場合も、その遮光性を全く損なわずに絶
縁性のみを炭素質粉体に付与することが可能となる。上
記炭素質粉体の表面を被覆する絶縁化物のうち、無機化
合物粒子としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸
化鉄及び二酸化ケイ素等の金属酸化物、及び窒化ケイ
素、窒化アルミニウム等の金属窒化物、及びフッ化マグ
ネシウム等の金属フッ化物、及び炭化アルミニウム等の
金属炭化物等の非導電性の微粒子の1種又は2種以上を
組み合わせて使用することができる。
【0020】又、黒色塗膜を形成する塗料組成物に合せ
て、これらの無機化合物粒子の表面を改質し、その表面
に親水性又は新油性を持たせることもできる。これらの
無機化合物粒子は、非導電性であれば特に限定されない
が、安価で取扱が容易であり、又、有機高分子化合物と
の親和性に優れ、且つ人体に対しても無害な二酸化ケイ
素微粒子が好ましい。これらの無機化合物粒子はその大
きさを任意に選択することが可能なので、炭素質粉体が
複雑な形状を持ち、その一部を加水分解物、及び部分加
水分解物からの絶縁化物で被覆しただけでは、炭素質粉
体同士の連鎖を防げない場合には特に好ましく用いるこ
とができる。
【0021】本発明においては、上記絶縁化物として前
記加水分解物又は部分加水分解物と無機化合物微粒子と
を組み合わせて用いることも可能である。この組合せを
用いて本発明の非導電性炭素質粉体を製造した場合、絶
縁化物のうちの加水分解物又は部分加水分解物は、それ
自身が炭素質粉体表面に有機高分子化合物を介して析出
すると同時に、炭素質粉体表面に吸着した無機化合物粒
子と無機物膜を形成して炭素質粉体表面を被覆すること
も可能となる。又、本発明で使用する絶縁化物は、炭素
質粉体を含む塗料中における炭素質粉体の微小化及び粒
子径の均一安定化等の分散安定化剤としての効果も有す
る。
【0022】本発明の非導電性炭素質粉体の実現のため
には、予め炭素質粉体に対して親和性を有する上記有機
高分子化合物を炭素質粉体の少なくとも一部に吸着させ
た後、絶縁化物を添加及び吸着させて非導電性炭素質粉
体とする場合と、炭素質粉体を分散させた溶剤中で炭素
質粉体に対して親和性を有する有機高分子化合物を合成
し、その表面の少なくとも一部に吸着させた後、絶縁化
物を添加及び吸着させて非導電性炭素質粉体とする場合
が挙げられ、必要に応じて両者を選択することができ
る。
【0023】本発明の非導電性炭素質粉体の製造は、炭
素質粉体の表面に対して親和性を有する有機高分子化合
物を使用することで、結合剤の結合活性を保持するため
に大気中の水分との接触を極力避ける等の複雑な操作を
要した従来法に比べ、同等の特性を容易に実現すること
が可能となる。
【0024】以上の本発明において炭素質粉体の表面を
被覆するために使用する有機高分子化合物、及び該有機
高分子化合物に対して親和性を有する絶縁化物の使用量
は、被覆されるべき炭素質粉体の表面積にもよるが、一
般的には炭素質粉体100重量部当たり有機高分子化合
物が約0.1〜200重量部、好ましくは約10〜10
0重量部であり、絶縁化物が約0.1〜300重量部、
好ましくは約10〜200重量部である。有機高分子化
合物及び絶縁化物の使用量が多すぎると、炭素質粉体の
優れた遮光性が損われ、一方、使用量が少なすぎると炭
素質粉体の絶縁性が低下する。
【0025】
【実施例】次に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に
具体的に説明する。尚、例中、「部」は重量部を意味す
る。体積抵抗値は、炭素質粉体をエポキシ樹脂に対して
50重量%分散させ、この分散ペーストをITO成膜済
みガラス基板板上に塗布し、150℃で90分間乾燥
後、厚さ方向の抵抗値を測定して求めた。 実施例1 (1)炭素質粉体分散液 MCF#970(三菱化学(株)製、カーボンブラック顔料) 5部 エタノール 95部 からなる混合物を撹拌混合し、炭素質粉体分散液を得
た。
【0026】 (2)有機高分子化合物による被覆 上記(1)の炭素質粉体分散液 96部 両末端をε−カプロラクトンで封止したポリアクリル酸 4部 (分子量1万) からなる混合物を25℃で3時間撹拌し、カーボンブラ
ック表面への有機高分子化合物の吸着処理を行った。 (3)絶縁化物による被覆 上記(2)の炭素質粉体分散液 87部 テトラエトキシシラン 10部 0.001N塩酸水溶液 3部 からなる混合物を25℃で10時間撹拌し、炭素質粉体
表面へ有機高分子化合物を介してテトラエトキシシラン
の加水分解物による被覆処理を行った。以上得られた加
水分解物被覆炭素質粉体を濾過及び洗浄して未反応物を
除去した後、充分乾燥し、粉砕して本発明の非導電性炭
素質粉体を得た。
【0027】実施例2 (1)炭素質粉体分散液 MCF#970(三菱化学(株)製、カーボンブラック顔料) 5部 エタノール 95部 からなる混合物を撹拌混合し、炭素質粉体分散液を得
た。 (2)有機高分子化合物による被覆 上記(1)の炭素質粉体分散液 95部 2−メチル2−オキサゾリン 3部 アクリル酸 2部 からなる混合物を25℃で8時間撹拌し、カーボンブラ
ック表面への有機高分子化合物の吸着処理を行った。
【0028】 (3)絶縁化物による被覆 上記(2)の炭素質粉体分散液 87部 テトラエトキシシラン 10部 0.001N塩酸水溶液 3部 からなる混合物を25℃で10時間撹拌し、炭素質粉体
表面へ有機高分子化合物を介してテトラエトキシシラン
の加水分解物による被覆処理を行った。以上得られた加
水分解物被覆炭素質粉体を濾過及び洗浄して未反応物を
除去した後、充分乾燥し、粉砕して本発明の非導電性炭
素質粉体を得た。
【0029】比較例1 実施例1で有機高分子化合物による被覆処理を行わず、
炭素質粉体分散液87重量部にテトラエトキシシラン1
0重量部と0.001N塩酸水溶液3重量部を加え、2
5℃で10時間撹拌した後、実施例1と同様の操作で炭
素質粉体を取出した。 (体積抵抗値の測定例)MCF#970単独、各実施例
及び比較例における炭素質粉体の体積抵抗値を表1に示
す。
【0030】
【表1】 比較例において作製した炭素質粉体は、有機高分子化合
物による被覆が行われておらず、絶縁化物を炭素質粉体
表面に吸着させることが不十分である。
【0031】
【発明の効果】以上の如き本発明によれば、炭素質粉体
の表面の少なくとも一部を前記の如き炭素質粉体に対し
親和性を有する有機高分子化合物、及び該有機高分子化
合物に対し親和性を有する絶縁化物で被覆することによ
って、炭素質粉体の導電性を排除し、塗膜に絶縁性を付
与することが可能な黒色塗料に用いることができる非導
電性炭素質粉体を提供することができる。
【0032】本発明では、炭素質粉体の有する固有の導
電性及び塗膜中の炭素質粉体の連鎖による塗膜の導電性
を、炭素質粉体の少なくとも表面の一部を絶縁化物で被
覆することによって、炭素質粉体相互の連鎖を遮断して
導電性を無くし、これらの非導電性炭素質粉体を塗料に
使用することによって、形成される塗膜の絶縁化を図る
ことができる。又、この時、炭素質粉体表面の少なくと
も一部を炭素質粉体に対し親和性を有する有機高分子化
合物で覆い、更に該有機高分子化合物に対し親和性を有
する絶縁化物で覆うことで、膜の均一性や遮光性を損な
わず、塗膜を得る操作も簡便に行うことができる。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素質粉体の表面の少なくとも一部が、
    炭素質粉体に対し親和性を有する有機高分子化合物、及
    び該有機高分子化合物に対して親和性を有する絶縁化物
    の少なくとも1種で被覆されていることを特徴とする非
    導電性炭素質粉体。
  2. 【請求項2】 炭素質粉体が、黒鉛、カーボンブラック
    及び短繊維カーボンファイバーから選択された少なくと
    も1種である請求項1に記載の非導電性炭素質粉体。
  3. 【請求項3】 有機高分子化合物が、水素結合形成基を
    有する請求項1に記載の非導電性炭素質粉体。
  4. 【請求項4】 有機高分子化合物が、イミニウムイオン
    生成基を有する請求項1に記載の非導電性炭素質粉体。
  5. 【請求項5】 有機高分子化合物が、ラジカル発生基を
    有する請求項1に記載の非導電性炭素質粉体。
  6. 【請求項6】 絶縁化物が、金属化合物の加水分解物、
    部分加水分解物、無機化合物粒子、及びそれらの混合物
    から選択された少なくとも1種の無機粒子である請求項
    1に記載の非導電性炭素質粉体。
  7. 【請求項7】 金属化合物の加水分解物又は部分加水分
    解物が、無機金属塩、有機酸塩、有機金属化合物、有機
    金属錯体及びそれらの誘導体の少なくとも1種の加水分
    解物又は部分加水分解物である請求項6に記載の非導電
    性炭素質粉体。
  8. 【請求項8】 無機化合物粒子が、絶縁性微粒子の少な
    くとも1種からなる請求項6に記載の非導電性炭素質粉
    体。
  9. 【請求項9】 絶縁化物の少なくとも一部が、前記有機
    高分子化合物に取り込まれている請求項1に記載の非導
    電性炭素質粉体。
  10. 【請求項10】 炭素質粉体の少なくとも表面の一部に
    おいて、予め炭素質粉体に対し親和性を有する有機高分
    子化合物を合成し、該炭素質粉体の表面の少なくとも一
    部に、該有機高分子化合物の少なくとも一部を吸着させ
    た後、該有機高分子化合物に対し親和性を有する絶縁化
    物を吸着させることを特徴とする非導電性炭素質粉体の
    製造方法。
  11. 【請求項11】 溶剤中で行う請求項10に記載の非導
    電性炭素質粉体の製造方法。
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