KR100463354B1 - 개질탄소생성물및양친매성이온함유조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 a) 양친매성 이온, 및 b) 1종 이상의 유기기가 결합된 탄소를 포함하는 개질 탄소 생성물을 포함하는 조성물이 개시되어 있다. 유기기는 양친매성 이온에 반대되는 전하를 갖는다. 또한, 본 발명은 상기 조성물이 혼입된, 수성 및 비수성 잉크 및 코팅 조성물이 개시되어 있다. 또한, 상기 조성물이 혼입된 잉크 젯용 잉크 조성물이 기재되어 있다.

Description

개질 탄소 생성물 및 양친매성 이온 함유 조성물 {Modified Carbon Products and Amphiphilic Ions Containing Compositions}
본 발명은 개질 탄소 생성물, 그로부터 제조된 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
습윤성 또는 분산 안정성을 개선하기 위하여 표면의 산 또는 염기 성질을 사용하는 개념은 신규한 것은 아니다. 무극성 환경/용매에서 이온성 또는 극성 물질의 습윤성 또는 분산 안정성을 개선하기 위하여 많은 경우에 이온성 계면활성제를 사용하여왔다. 이러한 방법의 주된 한계점은 많은 고체들이, 비교적 간단한 화합물을 사용하여 안정성을 부여하거나 또는 습윤성을 개선하기에 충분한 수의 극성기를 표면 상에 갖고 있지 않다는 것이다. 고선명 코팅 용도에 사용되는, 높은 표면적을 갖는 카본 블랙의 경우에, 특정 배합물에서는 그 표면을 처리하기에 충분하도록 거의 동일한 중량의 중합체가 요구된다.
표면과 흡착제간의 산/염기 작용이 약한 경우에, 이 작용은 극성 용매에 의해 쉽게 극복된다. 작용 강도가 증가될 수 있다면, 표면/흡착제 복합체의 안정성도 증가할 것이다.
통상적으로 카본 블랙은 그의 표면 상에 매우 낮은 수준의 이온 관능기만을 갖는다. 표면 상의 이온기의 수가 증가되는 경우에, 표면 상의 잠재적 결합 부위의 수도 증가하게 된다. 이러한 방법으로 탄소 표면과 적절히 하전된 흡착제와의 작용 효율성은 증가될 수 있다.
<발명의 요약>
본 발명은 양친매성(amphiphilic) 이온, 및 1종 이상의 유기기가 결합된 탄소를 포함하는 개질 탄소 생성물을 포함하는 조성물에 관한 것이다. 개질 탄소 생성물은 양친매성 이온에 반대되는 전하를 갖는다. 또한, 본 발명은 상기 조성물 및 캐리어 또는 액체 비히클을 포함하는 현탁액에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기된 조성물을 포함하는 코팅 및 잉크 조성물에 관한 것이다. 탄소는 결정형이거나 또는 무정형일 수 있다. 그 예로는 흑연, 카본 블랙, 유리질 탄소, 탄소 섬유, 및 활성탄 또는 활성탄소를 포함하나, 이에 한정되지는 않는다. 미분된 형태의 것이 바람직하고, 서로 다른 탄소의 혼합물을 사용할 수도 있다.
본 발명의 조성물은 양친매성 이온 및 개질 탄소 생성물을 포함한다. 개질 탄소 생성물은 하나 이상의 유기기가 결합된 탄소를 포함한다. 개질 탄소 생성물은 양친매성 이온에 반대되는 전하를 갖는다.
더욱 자세하게 설명하면, 양친매성 이온은 친수성의 극성 "헤드" 및 소수성의 유기적 "테일"을 갖는 분자이다. 본 발명의 양친매성 이온은 양친매성 양이온 또는 음이온일 수 있다.
양친매성 양이온의 예로는 지방산 아민, 아미노알코올의 에스테르, 알킬아민, 아민 관능기를 함유하는 중합체, 아닐린 및 그의 유도체, 아미노산의 지방산 알코올 에스테르, 디알킬 숙시네이트 에스테르로 N-알킬화된 폴리아민, 헤테로시클릭 아민, 지방산 아민 유래의 구아니딘, 알킬아민 유래의 구아니딘, 아릴아민 유래의 구아니딘, 지방산 아민 유래의 아미딘, 지방산 유래의 아미딘, 알킬아민 유래의 아미딘, 또는 아릴아민 유래의 아미딘에 산을 첨가함으로써 형성될 수 있는 암모늄 이온이 포함되나, 이에 한정되지 않는다.
양친매성 양이온의 더욱 구체적이고 바람직한 예에는 아미노디올의 에스테르, 아미노트리올의 에스테르, 폴리에틸렌이민, 폴리비닐피리딘, 폴리비닐이미다졸, 하나 이상의 아미노-관능성 단량체 (비닐 이미다졸 또는 비닐 피리딘 포함)를 함유하는 혼합 중합체, 아스파르트산의 지방산 알코올 에스테르, 글루탐산의 지방산 알코올 에스테르, 피리딘 유도체, 이미다졸 또는 이미다졸린에 산을 첨가하여 형성될 수 있는 암모늄 이온이 포함되나, 이에 한정되지는 않는다. 본 명세서에서 사용되는 에스테르에는 디에스테르 또는 트리에스테르가 포함된다. 바람직하게는 암모늄 이온의 pKa는 탄소 상의 양자화된 형태의 이온기의 pKa보다 더 크다.
앞서 설명한 것 처럼, 양친매성 이온은 또한 양친매성 음이온일 수 있다. 이러한 양친매성 음이온의 예로는 알킬벤젠 술포네이트, 알킬 술포네이트, 알킬술페이트, 사르코신, 술포숙시네이트, 알코올 에톡실레이트 술페이트, 알코올 에톡실레이트 술포네이트, 알킬 포스페이트, 알킬에톡시화 포스페이트, 에톡시화 알킬페놀 술페이트, 지방산 카르복실레이트, 타우레이트, 이세티오네이트, 지방족 카르복실레이트, 또는 산 기를 함유하는 중합체 유래의 이온이 포함되나, 이에 한정되지는 않는다.
양친매성 음이온의 구체적이고 바람직한 공급원의 예에는 소듐 도데실벤젠 술포네이트, 소듐 도데실술페이트, 에어로졸 OT, 올레산 염, 리시놀레산 염, 미리스트산 염, 카프로산 염, 소듐 비스(2-에틸헥실)술포숙시네이트, 술폰화 폴리스티렌 또는 아크릴산 또는 메타크릴산 또는 그의 염의 단독- 또는 공중합체가 포함되나, 이에 한정되지는 않는다.
표 1에 본 발명의 조성물에 사용될 수 있는 양친매성 이온의 공급원으로서 유용한 바람직한 화합물의 목록이 제공된다.
화합물 목록
양친매성 양이온
단순 아민 구아니딘
스테아릴아민도데실아민디메틸도데실아민디옥틸아민 스테아릴 구아니딘올레일 구아니딘디톨릴구아니딘에어로졸 C-61
지방산 아민 및 유도체
소야알킬아민올실아민리시놀아민디메틸올레일아민N-올레일디아미노프로판N-탈로우 디프로필렌트리아민 코카알킬아민디메틸코카알킬아민에토멘 S/12노르폭스 IM-38
말레이트화 트리아민 (폴리아민)
N-(디올레일숙시닐)디프로필렌트리아민N,N',N"-트리스(디올레일숙시닐)디프로필렌트리아민N,N'-비스'(디올레일숙시닐)-N"-(디-(메틸 트리프로필렌 글리콜)숙시닐)디프로필렌트리아민
아미노산 유래 아닐린
디미리스틸 글루타메이트디올레일 글루타메이트디-(PEG-350 모노메틸 에테르)글루타메이트디-(PEG-750 모노메틸 에테르)글루타메이트디미리스틸 아스파테이트디-(비스(2'-메톡시에틸)카프라미드-6-일)글루타메이트디-(2'-에틸헥실카프라미드-6-일)글루타메이트디-(2'-메톡시에틸카프라미드-6-일)글루타메이트 아닐린4-도데실아닐린
피리딘 유래
4-(1-부틸)페닐 피리딘부틸 니코티네이트 4-t-부틸 피리딘
4급 유도체
트리메틸소야알킬암모늄 클로라이드트리메틸세틸암모늄 클로라이드트리메틸도데실암모늄 클로라이드1-도데실피리디늄 클로라이드테트라페닐포스포늄 클로라이드인크로소프트 CFI-75인크로소프트 O-90에토쿼드 O/12
화합물 목록
아미노알콜 에스테르
디에탄올아민 디올레이트디에탄올아민 디미리세이트N-메틸디에탄올아민 디올레이트N-메틸디에탄올아민 디미리스테이트2-아미노-2-메틸-1,3-프로판디올 디올레이트2-아미노-2-메틸-1,3-프로판디올 디미리스테이트트리스-(히드록시메틸)-아미노메탄 트리올레이트트리스-(히드록시메틸)아미노메탄 트리미리스테이트
중합체
디메틸아미노에틸 메타크릴레이트와 메틸 메타크릴레이트의 공중합체폴리(프로필렌글리콜)비스(2-아미노프로필에테르) 폴리에틸렌이민폴리비닐피리딘폴리비닐이미다졸
양친매성 음이온
도데실벤젠 술폰산, Na 염도데실술페이트, Na 염리시놀레산, Na 염에어로졸 OT 말로윗 4540소듐라우레트 술페이트미리스트산 나트륨염소듐 올레이트올레일 사르코신아바넬 S-150아디놀 OT16
에토멘 및 에토쿼드는 일리노이주 시카고에 소재하는 아크조 케미칼사 제품이고; 노르폭스는 캘리포니아주 베르논에 소재하는 노르만 팩스 앤 코. 사 제품이며; 에어로졸은 뉴저지주 웨스트 패터슨에 소재하는 사이텍 인더스트리 제품이고; 인크로소프트는 뉴저지주 파시패니에 소재하는 크로다사 제품이며; 텍사폰 엔25는 독일 뒤셀도르프에 소재하는 헨켈 KGaA/Cospha 제품이고; 아바넬은 일리노이주 귀니에 소재하는 PPG 인더스트리/스페티 케미칼사 제품이고; 아디놀은 영국 노쓰 험버사이드에 소재하는 크로다 케미컬 엘티디. 제품이고; 마르로윗은 독일 말에 소재하는 Hhls AG 제품이다.
일반적으로, 지방산 아민, 아미노 알코올의 에스테르 등과 같은 상기 설명된 여러 화합물들이 카르복실산, 무기산, 알킬 술폰산 또는 아릴 술폰산과 같은 산과 반응하여 상기 설명된 암모늄 이온이 형성된다.
4급 암모늄 염은 또한 양친매성 양이온의 공급원으로 사용될 수 있다. 그 예에는 상대 이온이 할로겐화물, 술포네이트, 술페이트 등인, 지방산 알킬 트리메틸 암모늄, 알킬 트리메틸 암모늄 또는 1-알킬 피리디늄 염이 포함되나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 테트라페닐포스포늄 클로라이드와 같은 포스포늄 염이 양친매성 이온의 공급원으로 사용될 수 있다.
적합한 양친매성 이온의 또 다른 예는 아민 함유 중합체 유래의 암모늄 이온 함유 중합체이다. 아민 함유 중합체는 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 또는 아크릴레이트 또는 비닐피리딘 또는 비닐이미다졸과 같은 아민 함유 단량체와 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 스티렌 등과 같은 다른 단량체의 공중합체일 수 있다. 상기 중합체는 또한 아민 함유 단량체 및 둘 또는 셋의 다른 단량체의 혼합물을 함유하는 삼원 또는 사원 중합체일 수 있다. 이러한 중합체는 라디칼 (에멀션, 현탁액 또는 용액) 중합 또는 음이온성 중합반응과 같은 임의의 방법으로 제조될 수 있다.
본 발명의 조성물에 존재하는 양친매성 이온의 양과 관련하여, 첨가되는 양친매성 이온의 양은 일반적으로 탄소 표면의 대전된 기의 적어도 일부를 중화시키기에 충분해야한다. 탄소 표면상의 대전된 기의 약 75 %이상을 중화시키는 것이 바람직하다. 중화하는동안 응집이 일어날 수도 일어나지 않을 수도 있다.
일반적으로, 상기 양친매성 화합물은 상업적으로 시판되거나 또는 본 분야의 숙련자에 의하여 통상적으로 제조될 수 있다.
본 발명의 조성물의 두 번째 성분으로, 탄소는 결정형 또는 무정형일 수 있다. 그 예에는 흑연, 카본 블랙, 탄소 섬유, 유리 탄소, 활성탄, 활성 탄소, 및 이들의 혼합물이 포함되나, 이들로 제한되는 것은 아니다. 미분된 형태의 것이 바람직하며, 또한 상이한 탄소의 혼합물을 사용할 수도 있다. 개질 탄소 생성물은 바람직하게는 탄소를 액체 반응매질에서 디아조늄 염과 반응시켜 하나 이상의 유기기를 탄소 표면에 결합시킴으로써 제조될 수 있다. 디아조늄 염은 탄소에 결합될 유기기를 함유할 수 있다. 디아조늄 염은 하나 이상의 디아조늄 기를 함유하는 유기 화합물이다. 바람직한 반응 매질에는 물, 물을 함유하는 임의의 매질 및 알코올을 함유하는 임의의 매질이 포함된다. 물이 가장 바람직한 매질이다. 탄소가 카본 블랙인 경우에 개질 탄소 생성물의 예 및 그의 바람직한 여러 제조 방법은 발명의 명칭이 "카본 블랙과 디아조늄 염의 반응, 그 결과 생성된 카본 블랙 산물 및 그 용도"인 1994년 12월 5일 출원된 미국 특허 출원 번호 제08/356,660호, 및 그 부분 계속 출원인 1995년 12월 14일 출원된 특허 출원 번호 08/572,525호에 설명되어 있으며, 이들 모두가 본 명세서에 참고문헌으로 인용된다. 탄소가 카본 블랙이 아닌 개질 탄소 생성물의 예 및 그의 바람직한 여러 제조 방법은 발명의 명칭이 "탄소 물질과 디아조늄 염의 반응 및 그 결과 생성된 탄소 생성물"인 미국 특허 제5,554,739호에 설명되어 있으며, 본 명세서에 참고문헌으로 인용된다.
상기 개질 탄소 생성물의 바람직한 제조에서, 디아조늄 염은 탄소와 반응할 정도로 충분히 안정하면 된다. 따라서, 상기 반응은, 불안정하여 분해될 것으로 생각되는 것을 제외한 몇몇 디아조늄 염을 사용하여 수행될 수 있다. 몇몇 분해 과정은 탄소 및 디아조늄 염 사이의 반응과 경쟁하여 탄소에 결합된 유기 기의 총 수를 감소시킬 수 있다. 더욱이, 상기 반응은 많은 디아조늄 염이 분해될 수도 있는 승온하에서 수행될 수 있다. 승온은 또한 반응 매질에서 디아조늄 염의 용해도를 이롭게 증가시켜서, 공정 과정에서의 취급능을 개선시킬 수 있다. 그러나, 승온은 다른 분해 과정에 따른 디아조늄 염의 약간의 손실을 초래할 수 있다. 디아조늄 염은 그 반응계 내에서 제조될 수 있다. 개질 탄소 생성물이 부산물 또는 결합되지 않은 염을 함유하지 않는 것이 바람직하다.
바람직한 제조 방법에서, 카본 블랙은 희석되어 쉽게 교반되는 액상 슬러리로서 존재하는 경우에, 또는 카본 블랙 펠릿 형성을 위한 적당량의 물의 존재하에 디아조늄 염과 반응할 수 있다. 원하는 경우, 통상의 펠릿화 기술을 사용하여 카본 블랙 펠릿을 형성할 수 있다. 다른 탄소도 디아조늄 염과 유사하게 반응할 수 있다. 또한, 카본 블랙 이외의 탄소를 사용한 개질 탄소 생성물을 잉크 젯용 잉크로 사용하는 경우에, 바람직하게는 잉크 및 코팅에서의 원치않는 침전을 방지하기 위해, 탄소는 디아조늄 염과 반응하기 전에 바람직한 방법으로 미세한 입도로 분쇄되야 한다.
탄소에 결합된 유기기에 있어서, 유기기는 바람직하게는 1종 이상의 방향족기 또는 1종 이상의 C1-C12 알킬기를 포함하며, 1종 이상의 이온기, 1종 이상의 이온화기, 또는 이온기 및 이온화기의 혼합물을 추가로 포함한다. 바람직하게는, 방향족기 또는 C1-C12 알킬기는 탄소에 직접 결합한다.
탄소에 결합할 수 있는 바람직한 유기기의 하나의 군으로는 관능기로서 이온기 또는 이온화기로 치환된 유기기이다. 이온화기는 사용하는 매질 중에서 이온기를 형성할 수 있는 기이다. 이온기는 음이온기 또는 양이온기일 수 있으며, 이온화기는 음이온 또는 양이온을 형성할 수 있다.
음이온을 형성하는 이온화 관능기에는 산 기 또는 산 기의 염이 있다. 따라서, 유기기는 유기산으로부터 유래된 기를 포함한다. 바람직하게는, 유기기가 음이온을 형성하는 이온화기를 함유하는 경우에 이러한 유기기는 a) 방향족기 또는 C1-C12 알킬기 및 b) 11 미만의 pKa를 갖는 1종 이상의 산 기, 또는 11 미만의 pKa를 갖는 1종 이상의 산 기의 염, 또는 11 미만의 pKa를 갖는 1종 이상의 산 기와 11 미만의 pKa를 갖는 1종 이상의 산 기의 염의 혼합물을 포함한다. 산 기의 pKa는 산성 치환체만이 아닌 전체로서의 유기기의 pKa를 지칭한다. 보다 바람직하게는, pKa는 10 미만이고, 가장 바람직하게는 9 미만이다. 바람직하게는, 유기기의 방향족기 또는 알킬기는 탄소에 직접 결합한다. 방향족기는, 추가로 예를 들어 알킬기로 치환되거나 또는 비치환될 수 있다. C1-C12 알킬기는 분지쇄 또는 비분지된 것일 수 있으며, 에틸이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 유기기는 페닐 또는 나프틸기이고, 산 기는 술폰산기, 술핀산기, 포스포산기, 또는 카르복실산기이다. 그 예로는 -COOH, -SO3H 및 -PO3H2, -SO2NH2, -SO 2NHCOR, 및 그의 염, 예를 들어 -COONa, -COOK, -COO-NR4 +, -SO3Na, -HPO3Na, -SO 3 -NR4 +, 및 -PO3Na2, (여기서, R은 알킬 또는 페닐기임)이 있다. 특히 바람직한 이온화 치환체는 -COOH 및 -SO3H 및 그의 나트륨염 및 칼륨염이다.
가장 바람직하게는, 유기기는 치환된 또는 비치환된 술포페닐기, 또는 그의 염; 치환된 또는 비치환된 (폴리술포)페닐기, 또는 그의 염; 치환된 또는 비치환된 술포나프틸기, 또는 그의 염; 또는 치환된 또는 비치환된 (폴리술포)나프틸기, 또는 그의 염이다. 바람직한 치환 술포페닐기는 히드록시술포페닐기 또는 그의 염이다.
음이온을 형성하는 이온화 관능기를 갖는 유기기는 구체적으로 p-술포페닐, 4-히드록시-3-술포페닐, 및 2-술포에틸이다.
아민은 양이온기를 형성하는 이온화 관능기의 예이고, 음이온을 형성하는 이온화기에 대해 상기 논의한 바와 동일한 유기기에 결합할 수 있다. 예를 들어, 아민은 산성 매질에서 양성자가 첨가되어 암모늄기를 형성할 수 있다. 바람직하게는, 아민 치환체를 갖는 유기기는 5 미만의 pKb를 갖는다. 4급 암모늄기 (NR3 +) 및 4급 포스포늄기 (-PR3 +)도 양이온기의 예이고, 음이온을 형성하는 이온화기에 대해 상기 논의한 바와 동일한 유기기에 결합할 수 있다. 바람직하게는, 유기기는 방향족기 (예를 들어, 페닐 또는 나프틸기), 및 4급 암모늄 또는 4급 포스포늄기를 포함한다. 방향족기는 바람직하게는 탄소에 직접 결합한다. 4급의 고리형 아민, 및 4급의 방향족 아민도 유기기로서 사용될 수 있다. 따라서, N-치환 피리디늄 화합물, 예를 들어 N-메틸-피리딜을 이러한 유기기로 사용될 수 있다. 유기기의 예에는 3-C5H4N(C2H5)+, C6H4NC 5H5 +, C6H4COCH2N(CH3) 3 +, C6H4COCH2(NC5H5)+ , 3-C5H4N(CH3)+, 및 C6H4CH2N(CH3)3 +이 포함되나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이온기 또는 이온화기로 치환된 결합 유기기를 갖는 개질 탄소 생성물의 잇점은 개질 탄소 생성물이 상응하는 비처리 탄소에 비해 수분산성이 향상될 수 있다는 것이다. 일반적으로, 개질 탄소 생성물의 수분산성은 이온화기를 갖는 탄소에 결합된 유기기의 수 또는 특정 유기기에 결합된 이온화기의 수에 따라 증가한다. 따라서, 개질 탄소 생성물에 결합된 이온화기의 수가 증가하면 그의 수분산성이 증가되고, 목적하는 수준으로 수분산성을 조절할 수 있게 한다. 탄소에 결합된 유기기로서 아민을 함유하는 개질 탄소 생성물의 수분산성이 수성 비히클을 산성화시킴으로써 증가될 수 있음을 알 수 있다.
수분산성 개질 탄소 생성물을 제조하는 경우, 이온기 또는 이온화기가 반응 매질에서 이온화되는 것이 바람직하다. 생성된 분산액 또는 슬러리를 그대로 사용하거나 사용 전에 희석할 수 있다. 별법으로는, 개질 탄소 생성물을 통상의 카본 블랙에서 사용되는 기술에 의해 건조시킬 수 있다. 이러한 기술에는 오븐 및 회전 가마에서의 건조가 있으나, 이것만으로 한정되는 것은 아니다. 그러나, 과도한 건조는 수분산성도의 손실을 가져올 수 있다. 개질 탄소 생성물이 목적하는 것만큼 쉽게 수성 비히클 중에서 분산되지 않는 경우에는, 개질 탄소 생성물을 밀링 또는 분쇄와 같은 통상적으로 공지된 기술을 사용하여 분산시킬 수 있다. 본 발명의 목적에 있어서는, 개질 탄소 생성물은 전하를 갖는다. 바람직하게는, 전하는 탄소에 결합된 유기기에 의해 생성된다. 상기에서 설명한 바와 같이, 개질 탄소 생성물이 음이온성인 경우에는, 양친매성 화합물은 양이온성일 것이다. 마찬가지로, 개질 탄소 생성물이 양이온성인 경우에는, 양친매성 화합물은 음이온성일 것이다.
바람직하게는, 아릴기 또는 C1-C12 알킬기는 탄소 물질에 직접 결합하여 개질 탄소 생성물을 형성하고, 아릴기는 1종 이상의 이온기 또는 이온화기를 추가로 함유한다. 음이온성 탄소를 형성하는 바람직한 기의 예로는 -SO3H, -COOH, -PO3H2 , -B(OH)2, -OSO3H, -OPO3H2, 및 그의 염이 포함되나, 이에 한정되는 것은 아니다. 양이온성 탄소 생성물을 형성하는 또 다른 예로는 탄소 물질에 결합된 C6H4NC5 H5 +, 3-(1-메틸피리디늄), 및 C6H4N(CH3)3 +기가 포함된다.
본 발명의 조성물이 충분히 소수성인 경우에, 이온기를 갖는 탄소의 수분산액에 양친매성 이온을 첨가하면 탄소가 응집된다. 이어서, 이 물질을 여과와 같은 방법에 의해 쉽게 분리할 수 있다. 이러한 유형의 몇몇 조성물이 유기 용매, 예를 들어 크실렌, 헵탄, 메틸아밀 케톤, 부틸 아세테이트, 벤질 알코올, 부탄올, 염화 메탄, 아세톤 등에서 쉽게 분산될 수 있음을 발견하였다. 몇몇 경우에서, 본 발명의 탄소 생성물은 유기 용매로 추출할 수 있다.
본 발명의 조성물을 제조하는 바람직한 방법으로는 개질 탄소 생성물을 수분산액에 용해시켜서 양친매성 이온과 혼합시키는 방법이 있다. 예를 들어, 음이온으로 관능화된 카본 블랙의 수분산액을, 아민 함유 화합물 및 1 당량 이상의 산과 혼합할 수 있거나; 4급 암모늄염과 혼합할 수 있거나; 아민 함유 중합체 및 1당량 이상의 산과 혼합할 수 있다. 이어서, 본 발명의 조성물을 형성하는 생성 혼합물을 분리 (예를 들어, 여과 또는 증발)할 수 있다.
별법으로는, 개질 탄소 생성물의 수분산액을 그의 유리산으로 아민 함유 양친매성 화합물과 혼합할 수 있다. 이렇게하여, 개질 탄소 생성물은 아민에 양성자를 제공하여 각각의 두 성분으로부터 이온이 형성된다. 유리 염기를 함유하는 개질 탄소 생성물과 산성 양친매성 화합물의 경우에도 이 상보적 상황이 유용할 것이다.
음이온기가 결합된 개질 탄소 생성물을 수용액 중에서 양친매성 양이온과 함께, 연속 작동하는 핀 혼합기에 첨가할 수 있다. 이로써 재료들은 혼합된다. 이러한 공정으로 본 발명의 조성물을 형성한다. 생성된 물질을 건조시키거나 바로 사용할 수 있다.
본 발명의 조성물은 적당한 캐리어 또는 액상 비히클과 함께 현탁액을 형성할 수 있다. 이러한 캐리어 및 액상 비히클은 당 업계의 숙련자들에게 공지되어 있다.
본 발명의 조성물 및 현탁액을 다양한 배합물, 예를 들어 잉크, 코팅, 및 잉크 젯용 잉크에 혼합할 수 있으며, 이러한 배합물은 수성 또는 비수성일 수 있다. 일반적으로는, 잉크, 코팅, 잉크 젯용 잉크 및 플라스틱에 사용되는 조성물의 양은 안료로서 통상적인 카본 블랙이 사용되는 경우와 거의 동일할 것이다.
상기된 바와 같이, 본 발명은 조성물은 비수성 잉크 배합물에서 유용하다. 따라서, 본 발명은 용매 및 본 발명의 조성물을 포함하는 개선된 잉크 배합물을 제공한다. 다른 공지된 잉크 첨가제도 잉크 배합물에 혼입될 수 있다. 또한, 개질되지 않은 탄소와 본 발명의 조성물의 혼합물을 포함하는 잉크 배합물을 사용하는것도 본 발명의 영역에 포함된다.
일반적으로, 잉크는 착색제 또는 안료, 그리고 점도 및 건조를 조절하기 위한 용매를 포함한다. 또한, 잉크는 프린팅하는 동안의 캐리어로서 및(또는) 프린팅되는 정도, 건조 등을 개선하기 위한 첨가제로서 작용하는 비히클 또는 바니시를 임의로 포함할 수 있다. 잉크의 특성, 제조 및 사용에 대한 일반적인 내용은 문헌[The Printing Manual, 5th Ed. R.H. Leach 등, Eds (Chapman & Hall, 1993)]을 참고한다.
본 발명의 조성물은 표준 방법을 사용하여 예비분산액 또는 고체로서 잉크 배합물에 혼입될 수 있다. 본 발명의 조성물을 사용하는 것은 배합물의 점도를 감소시킴으로써 상당한 잇점 및 비용 절감을 제공할 수 있다. 이는 또한 배합물에 탄소 생성물을 많이 사용할 수 있도록 한다. 또한, 밀링 시간도 감소될 수 있다. 또한, 본 발명의 조성물은 분출성(jetness), 청색 색조 및 광택을 개선시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 조성물은 페인트 또는 마감제와 같은 비수성 코팅 조성물에도 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시양태는 적절한 용매 및 본 발명의 조성물을 포함하는 코팅 조성물이다. 수지와 같은 다른 통상의 코팅 첨가제는 비수성 코팅 조성물에 혼입될 수 있다.
비수성 코팅 배합물은 최종 용도의 조건 및 요건에 따라 광범위하게 변화된다. 일반적으로 코팅계는 탄소 30 중량% 이하를 포함한다. 수지 함량은 거의 100%이하로 광범위하게 변화될 수 있다. 그 예로는 아크릴계, 알키드계, 우레탄계, 에폭시계, 셀룰로오즈계 등이 포함된다. 용매 함량은 0 내지 80% 내로 변화될 수 있다. 그 예에는 방향족 탄화수소, 지방족 탄화수소, 알코올, 다가알코올, 케톤, 에스테르 등이 포함된다. 2개의 다른 일반적 부류의 첨가제는 충전제 및 개질제이다. 충전제의 예로는 다른 착색 안료, 점토, 활석, 실리카 및 카보네이트가 있다. 충전제는 최종 용도 요구 조건에 따라 60%까지 첨가될 수 있다. 개질제의 예로는 유동성 보조제, 균염제 및 살생물제가 있고, 일반적으로 5% 미만으로 첨가된다. 본 발명의 조성물은 표준 방법을 사용하여 예비분산액 또는 고체로서 비수성 코팅 조성물에 혼입될 수 있다.
본 발명의 개질 탄소 생성물을 함유하는 조성물을 혼입하기 위한 비수성 매질의 예에는 멜라민-아크릴계 수지, 멜라민-알키드 수지, 우레탄 경화성 알키드 수지, 우레탄 경화성 아크릴계 수지 등이 포함되나, 이에 한정되지는 않는다. 또한, 본 발명의 조성물은 수성 에멀젼 페인트에 사용될 수 있다. 이러한 유형의 페인트에서, 안료를 함유하는 비수성부가 존재하고, 여기서 비수성부는 수성 페인트에 분산된다. 따라서, 본 발명의 조성물은 수성 에멀젼 페인트로 분산될 비수성부의 일부로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 조성물은 수성 잉크 및 코팅 배합물에서 유용하다. 수성물에는 물, 및 다른 수혼화성 또는 수분산성 물질, 예를 들어 알코올의 혼합물이 포함된다. 따라서, 본 발명은 물 및 본 발명의 조성물을 포함하는 수성 잉크 조성물을 제공한다. 다른 공지된 수성 잉크 첨가제들도 수성 잉크 배합물에 혼입될 수 있다. 잉크는 상기된 4개의 기본 성분으로 구성될 수 있다. 또한, 다양한 수성 잉크 조성물은 예를 들어, 미국 특허 제2883736호, 제3607813호, 제4104833호, 제4308061호, 제4770706호 및 제5026755호에 개시되어 있고, 이들은 모두 본 명세서에 참고문헌으로 인용되어 있다.
본 발명의 조성물은 표준 기술을 사용하여 예비분산액 또는 고체로서 수성 잉크 배합물에 혼입될 수 있다.
플렉소 인쇄 잉크는 수성 잉크 조성물의 대표적인 일군이다. 플렉소 인쇄 잉크에는 일반적으로 착색제, 결합제 및 용매가 포함된다. 본 발명의 조성물은 플렉소 인쇄 잉크 착색제로서 유용할 수 있다. 본 발명의 조성물은 신규 수성 잉크에 사용될 수 있다. 예를 들어 신규 수성 잉크 조성물은 물, 본 발명의 조성물, 수지 및 소포제 또는 계면활성제와 같은 통상의 첨가제를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 조성물은 페인트 또는 마감제와 같은 수성 잉크 조성물에 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시양태는 물, 수지 및 본 발명의 조성물을 포함하는 개선된 수성 코팅 조성물이다. 다른 공지된 수성 코팅 첨가제도 수성 코팅 조성물에 혼입될 수있다. 예를 들어 본 명세서에 참고문헌으로 인용된, 문헌[McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology, 5th Ed., McGraw Hill, 1982] 및 미국 특허 제5051464호, 제5319044호, 제5204404호, 제5051464호, 제4692481호, 제5356973호, 제5314945호, 제5266406호 및 제5266361호를 참조한다.
본 발명의 조성물은 표준 방법을 사용하여 예비분산액 또는 고체로서 수성 코팅 조성물에 혼입될 수 있다.
이 잉크 또는 코팅을 다양한 용도로 사용할 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 수성 잉크 및 코팅에서, 본 발명의 조성물은 잉크 또는 코팅의 20 중량% 이하의 양으로 존재한다. 또한, 개질되지 않은 탄소와 본 발명의 조성물의 혼합물을 포함하는 수성 또는 비수성 잉크 또는 코팅 배합물을 사용하는 것도 본 발명의 영역 내에 포함된다. 하기된 바와 같은 통상의 첨가제를 분산액에 가하여서 수성 잉크 또는 코팅의 특성을 더욱 개선시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 조성물은 잉크 배합물이 용매, 물 또는 수성 에멀젼을 기재로하는 잉크 젯용 잉크에 사용될 수 있다.
적절한 비히클 및 안정하게 분산된 본 발명의 조성물을 안료로서 함유하는 비수성 또는 수성 에멀젼 잉크 젯용 잉크의 배합물은 상기 탄소 생성물이 사용되는 경우에 최소한의 성분 및 공정 단계로 수행될 수 있다. 이러한 잉크는 당업계에 공지된 잉크 젯 프린터에 사용될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 잉크 젯용 잉크에서, 본 발명의 조성물은 잉크 젯용 잉크의 20 중량% 이하의 양으로 존재한다. 또한, 개질되지 않은 탄소와 본 발명의 조성물의 혼합물을 함유하는 잉크 젯용 잉크 배합물을 사용하는 것이 본 발명의 영역 내에 포함된다. 당업자에게 공지된 첨가제 및(또는) 결합제는 분산액에 첨가되어서 잉크 젯용 잉크의 특성을 추가로 개선시킬 수 있다.
또한, 잉크 젯용 잉크는 특정 염료를 혼입하여 색상 균형을 개질하고 광학 밀도를 조절할 수 있다. 적절한 염료는 당업자에게 공지되어 있을 것이다.
또한, 본 발명의 조성물을 사용하여 잉크 젯용 잉크를 제조하는데 있어서, 필터들의 크기를 감소시키면서 잉크를 순서적으로 여과함으로써 더욱 바람직한 미세한 생성물을 얻을 수 있다. 예를 들어, 3.0 미크론 필터로 먼저 여과한 후, 필요하다면, 1.0 미크론 필터로 여과한다. 또한, 잉크 젯용 잉크에서 개질 탄소 생성물의 크기는 바람직하게는 약 2 미크론 이하이다. 더욱 바람직하게는 본 발명의 조성물은 1 미크론 이하이다.
하기 실시예는 청구된 본 발명을 한정하려는 것이 아니라, 예시하고자 하는 것이다.
BET 질소 표면적은 ASTM D-4820를 사용하여 얻었다. CTAB 면적은 ASTM D-3760을 사용하여 측정하였다. DBPA 자료는 ASTM D-2414를 사용하여 얻었다. 잉크 및 코팅 필름의 광학 특성은 10등급의 헌터 랩 스캔 6000 (D65 CIELAB 컬러 스페이스 인스트루먼트)을 사용하여 L*a*b값을 측정하고, 광학 밀도는 맥베스 RD918 밀도기를 사용하여 측정하고, 광택도는 BYK 가드너 모델 4527 광택측정기를 사용하여 측정하였다.
질소 및 외부 표면적(t-면적)은 하기 시료 제제 및 ASTM D-3037에서 기재된 측정 방법에 따라 측정하였다. 이러한 측정을 위하여, 질소 흡착 등온을 0.55 상대압까지 확장시킨다. 상대압은 포화압력(Po, 질소가 응축되는 압력)으로 나눠진 압력(P)이다. 흡착층의 두께 (t, Å)을 하기 식을 사용하여 계산하였다.
t=0.88(P/Po)2+6.45(P/Po)+2.98
흡착된 질소의 부피(V)를 t1에 대해 플롯하고, 직선을 3.9 내지 6.2 Å의 t 값에 대한 자료점을 통해 보정하였다. t-면적은 하기식과 같이 상기 직선의 기울기로부터 얻었다.
t-면적, m2/g=15.47×기울기
카본 블랙 생성물의 황 함량은 각 시료의 속슬렛 세척 후 연소 분석에 의해 측정하였다. 결합된 밀리몰의 황을 미반응된 카본 블랙의 분석으로부터 차이를 측정하여 결정하였다.
<실시예 1>
디미리스틸 글루타메이트의 제조
본 절차는 문헌 [P.Berndt 등, J. Amer. Chem. Soc., 1995, 117, 9515]에 개시된 사항으로부터 채택하였다. 톨루엔(75 mL) 중의 미리스틸 알코올(21.43 g), L-글루탐산 (7.36 g) 및 p-톨루엔 술폰산 일수화물(10.77 g)의 혼합물을 질소하에서 환류하였다. 바레트(Barrett) 증류 수액기 중의 증류액으로부터 물을 분리하였다. 물이 이론적 양(2.8 g)으로 수집될 때, 가열을 중단하고 진공하의 회전 증발기에서 톨루엔을 제거하였다. 생성물을 고화시켜 회백색 괴(塊)(38.13 g)를 얻었다.
이 물질을 아세톤(100 mL)으로부터 재결정화하여 디미리스틸 글루타메이트를 그의 p-톨루엔술포네이트 염(총 수율: 77%)으로 얻었다.
<실시예 2>
2-아미노-2-메틸-1,3-프로판디올 디올레이트의 제조
톨루엔(75 mL) 중의 2-아미노-2-메틸-1,3-프로판디올(5.26 g), 올레산(33.4 mL) 및 p-톨루엔 술폰산 일수화물(11.0 g)의 혼합물을 질소하에서 환류하였다. 바레트 증류 수액기 중의 증류액으로부터 물을 분리하였다. 물이 이론적 양(3.3 g)으로 수집될 때, 가열을 중단하고 진공하의 회전 증발기에서 톨루엔을 제거하였다. 생성물은 농황색 유상물이었다.
이 물질을 염화메틸렌(250 mL)에 용해하고 1N NaOH 용액(3 x 75 mL), 이어서 탈이온수(3 x 75 mL) 및 NaCl 포화 용액(2 x 50 mL)으로 세척하여 유리 염기로 전환시켰다. 용액을 Na2SO4 상에서 건조하고, 여과하고, 증발시켜 담황색 유상물(88%)을 얻었다.
<실시예 3>
디올레일 말레이트의 제조
말레산 무수물(88.25 g), 올레일 알코올(483.28 g), p-톨루엔 술폰산 일수화물(8.56 g), 및 톨루엔(650 mL)의 혼합물을 질소하에서 환류하였다. 바레트 증류 수액기 중의 증류액으로부터 물을 분리하였다. 물이 이론적 양(17 g)으로 수집될 때, 가열을 중단하고 진공하의 회전 증발기에서 톨루엔을 제거하였다. 생성물은 갈색 유상물(532 g)이었고, 더 정제하지 않은 채 실시예 4에서 사용하였다.
<실시예 4>
N-(디올레일 숙시닐)디프로필렌디아민의 제조
수냉각기, 자기 교반기 및 부가 깔대기를 구비한 3-넥 1 ℓ용량의 둥근 바닥 플라스크 내의 이소프로판올(150 mL)에 N-(3-아미노프로필)-1,3-프로판 디아민(19.68 g)을 용해하였다. 이소프로판올(150 mL) 중의 디올레일 말레이트(92.55 g, 실시예 3)의 용액을 부가 깔대기로 장입하였다. 디아민 용액을 가열 환류하고 디올레일 말레이트 용액을 7 시간 동안 부가하였다. 박막 크로마토그래피(실리카겔 플레이트, 1% NH4OH와 함께 7:3 에탄올/에틸 아세테이트)에 의한 혼합물의 분석 결과 출발 물질이 완전히 소모된 것으로 나타났다. 용매를 진공하의 회전 증발기에서 제거하여 오렌지색 유상물인 생성물(113 g)을 얻었다.
<실시예 5>
N,N-비스(2'-메톡시에틸)-6-히드록시헥산아미드의 제조
비스(2-메톡시에틸)아민(11.85 g) 및 톨루엔(100 mL)의 혼합물을 질소하에서 65 ℃로 승온하였다. 톨루엔(35 mL) 중의 엡실론-카프로락톤(9.23 g)의 용액을 수분동안 부가하였다. 박막 크로마토그래피(실리카 겔 플레이트, 4:1 에탄올/NH4OH)에 의해 모든 카프로락톤이 소모된 것으로 확인될 때까지 혼합물을 이 온도에서 교반하였다. 20 시간 후, 비스(2-메톡시에틸)아민(3.1 g) 첨가분을 부가하고 계속 가열하였다. 약 36 시간 후, 모든 카프로락톤이 소모되었다. 용매를 진공하의 회전 증발기에서 제거하여 생성물을 유상물인 생성물(21.7 g)을 얻었다.
90% 에탄올(135 mL) 중의 조생성물 용액을 DOWEX 50WX4-200 이온 교환 수지 층에 통과시켜 생성물을 정제하였다. 에탄올 첨가분(100 mL)으로 수지를 용출하였다. 합한 용출액을 진공 농축하여 황색 유상물인 목적하는 생성물(총 수율: 59 %)을 얻었다.
DOWEX는 다우 케미칼사(Dow Chemical Co., 미시간주 미드랜드 소재)의 상표이다.
<실시예 6>
디(N,N-비스(2'-메톡시에틸)-카프라미드-6-일)글루타메이트의 제조
톨루엔(30 mL) 중의 N,N-비스(2'-메톡시에틸)-6-히드록시헥산아미드(10.0 g, 실시예 5), L-글루탐산(2.97 g) 및 p-톨루엔술폰산 일수화물(4.03 g)의 혼합물을 질소하에서 환류하였다. 바레트 증류 수액기 중의 증류액으로부터 물을 분리하였다. 물을 이론적 양(1.1 g)으로 수집하고, 가열을 중단하고 진공하의 회전 증발기에서 톨루엔을 제거하였다. 생성물은 갈색 유상물인 p-톨루엔술포네이트 염(15.51 g)이었다.
<실시예 7>
핀 펠렛화기(Pin Pelletizer)를 사용한 카본 블랙 생성물의 제조
질소 표면적이 58 m2/g 이고 DBPA가 46 mL/100인 카본 블랙 400 g 및 술파닐산 32 g을 20.32 cm(8 인치)의 핀 펠렛화기로 장입하였다. 펠렛화기를 150 rpm에서 1 분 동안 작동시켰다. 탈이온수(132 mL) 및 아질산나트륨(12.75 g)을 부가하고 펠렛화기를 2 분 동안 250 rpm으로 작동시켰다. 펠렛화기를 중단시키고 샤프트(shaft) 및 핀들을 닦아내고, 이어서 펠렛화기를 1100 rpm에서 2분 동안 더 작동시켰다. 동일계에서 4-술포벤젠디아조늄 히드록시드 분자내 염이 생성되었고, 이 염이 카본 블랙과 반응하였다. 생성물을 펠렛화기에서 제거하고 70-100 ℃의 오븐에서 건조하였다. 생성물은 p-C6H4SO3Na 기가 결합되어 있다. 속슬렛(Soxhlet) 추출된 시료에 대한 황 함량 분석 결과는 이 생성물이 '0.162 밀리당량/결합된 술포네이트 기 g'을 가짐을 나타내었다.
<실시예 8>
카본 블랙 생성물의 제조
본 절차는 연속 작동 조건하에서의 카본 블랙 생성물의 제조에 관한 것이다. 시간당 술파닐산 25부 및 시간당 수용액인 아질산나트륨 10부와 함께, CTAB 표면적이 350 m2/g 이고 DBPA가 120 mL/100 g인 카본 블랙을 시간 당 100 g의 양으로, 연속 작동 핀 혼합기로 장입하였다. 얻어진 물질을 건조하여 결합된 p-C6H4SO3 Na 기를 갖는 카본 블랙 생성물을 얻었다. 속슬렛 추출된 시료에 대한 황 함량 분석 결과는 이 생성물이 '0.95 밀리당량/결합된 술포네이트 기 g'을 가짐을 나타내었다.
<실시예 9>
N-(4-아미노페닐)피리디늄 아질산염의 제조
메탄올 150 mL 중의 N-(4-아미노페닐)피리디늄 클로라이드 34.1 g의 용액에 아질산은(25.4 g)을 부가하고, 혼합물을 1 시간 동안 가열 환류하고 실온으로 냉각하였다. 혼합물을 여과하고 메탄올을 진공하에서 제거하여 N-(4-아미노페닐)피리디늄 아질산염을 얻었다.
<실시예 10>
카본 블랙 생성물의 제조
핀 혼합기에서, N-(4-아미노페닐)피리디늄 아질산염 35.8 g 및 CTAB 표면적이 108 m2/g 이고 DBPA가 116 mL/100 g인 카본 블랙 300 g을 혼합하였다. 혼합하면서, 물 200 g, 물 50 g 중의 진한 질산 14.7 g의 용액 및 물 50 g을 순차적으로 부가하였다. 3.5 분 동안 더 계속 혼합하였다. 얻어진 물질은 결합된 C6H4N(C5 H5)+ 기를 갖는 카본 블랙 생성물 및 고상물을53.3% 함유하는 물의 혼합물이었다. 이 물질의 시료를 건조하고, 밤새 에탄올로 속슬렛 추출한 결과, 미처리된 탄소가 질소 0.01 %를 갖는 것에 비해 이 물질의 시료는 질소 0.91 %를 함유하였다. 즉, 건조된 생성물은 결합된 C6H4N(C5H5)+NO3 - 기 0.32 mmol/g을 가졌다.
비건조 물질 9.38 g을 물과 혼합하여 고상물 5 g을 갖는 분산액(50 g)을 제조하였다. 나트륨 비스(2-에틸헥실) 술포숙시네이트(1.22 g)을 부가하였다. 2-헵타논(450 mL) 및 물(400 g)을 부가하고, 혼합물을 진탕하였다. 염화나트륨을 부가하여 현탁액에 화학 변화를 일으키고, 분리 깔대기에서 수용액층을 제거하였다. 수용액층은 실질적으로 카본 블랙이 없었다. 헵타논 층 내의 카본 블랙 생성물은 UPA 평균 입경이 0.15였다. 325 메쉬 스크린을 통해 헵타논 층을 여과하고, 세척액이 무색이 될 때까지 스크린 상의 물질을 추가의 헵타논으로 세척하였다. 스크린을 건조한 결과 스크린 상의 잔류물은 사용된 총 카본 블랙 생성물의 1.5 %에 해당하였다.
MIRCOTRAC 초미세 입자 분석기(플로리다주 세인트 피터스버그 소재의 Leeds & Northrup Co. 제품)를 사용하여 평균 입경 및 최대 입경을 측정하였다. 이를 위해서 분산액으로 2-헵타논을 사용하고, 입자 밀도가 1.86 g/cm3인 불투명, 비구형 입자를 사용하였다. (MICROTRAC은 Leeds & Northrup Co.의 등록 상표이다.)
<실시예 11>
카본 블랙 생성물의 응집/용매 분산
0.26 밀리당량 SO3 -/g을 함유하는 실시예 7의 카본 블랙 생성물 또는 0.95 밀리당량 SO3 -/g을 함유하는 실시예 8의 카본 블랙 생성물을 약 10 mL의 탈이온수에 분산시켰다. 아세트산 1 mL 중의 하기 표에 수록된 화합물 1 몰 당량의 용액을 교반 및(또는) 진탕하면서 분산액에 부가하였다. 약 5분 후, 응집의 확인를 위해 분산액을 검사하였다. 분산액이 응집되도록 하는 물질을 하기 표에 나타낸다. 이어서, 유기 용매 및 탈이온수의 혼합물에 분산액 약 1 mL를 부가하고 충분히 진탕하여 이들 물질에 대한 용매 분산성을 시험하였다. 결과를 하기 표에 나타낸다. 시험되지 않은 조건을 "-"로 나타낸다.
화합물 응집 부틸 아세테이트 크실렌 2-헵타논 벤질 알코올 헵탄 Magie 47 유상물
스테아릴아민a ○ ○* ○* - - - -
헥사데실아민a ○ ○ X X X X ○*
올레일아민a ○ ○ ○ ○ ○* ○* ○*
디톨릴구아니딘b ○ X X - - X -
실시예 4a ○ ○ ○ - - ○ -
실시예 1a ○ ○* ○ ○* ○* ○ ○
실시예 6b ○ ○ - - - - -
도데실아닐린b ○ X X - - X -
부틸 니코티네이트b X X X - - - -
세틸트리메틸 암모늄 브로마이드b ○ - X X X - -
실시예 2a ○ ○* ○ - - ○* -
a : 실시예 7의 카본 블랙 생성물을 사용함b : 실시예 8의 카본 블랙 생성물을 사용함* : 탄소가 용매상에서 약하게 응집되었음을 나타냄
<실시예 12>
카본 블랙 생성물의 응집/용매 분산
0.32 mequiv/g의 4급 암모늄기로 관능화된 실시예 10의 카본 블랙 생성물을 약 10㎖의 탈이온수에 분산시켰다. 탈이온수 1㎖ 중 하기 표에 나타낸 화합물 1몰 당량의 용액을 교반하고(하거나) 진탕하면서 상기 분산액에 첨가하였다. 약 5분 후, 분산액을 응집의 흔적에 대해 검사하였다. 분산액을 응집시킨 물질을 하기 표에 표시하였다. 이어서, 이들 물질을 약 1㎖의 분산액을 유기 용매와 탈이온수의 혼합물에 첨가한 후 격렬하게 진탕시킴으로써 용매 분산성에 대해 시험하였다. 결과를 하기 표에 나타냈다.
양친매성 화합물 응집? 크실렌 벤질 알코올 2-헵타논
나트륨 도데실술페이트 있음 없음 있음* 없음
나트륨 도데실벤젠 술포네이트 있음 없음 있음* 없음
나트륨 올리에이트 있음 없음 없음 없음
나트륨 비스(2-에틸헥실) 술포숙시네이트 있음 없음 있음 있음
*는 카본이 용매상 중에 약하게 응집된 것을 나타낸다.
<실시예 13>
카본 블랙 생성물의 양친매성염의 제조
탈이온수(2250㎖) 중 실시예 7의 카본 블랙 생성물(250g)의 분산액을 제조하였다. 잘 교반한 상기 분산액에 아세트산(250㎖) 중 올레일아민(18.7g)의 용액을 첨가하였다. 혼합물은 즉시 점조해지고 거품이 생겼다. 1 내지 2시간 후, 제품을 실시예 11에 기재된 바와 같이 응집과 용매 분산성에 대해 검사하였다. 블랙을 용매(부틸 아세테이트)에 분산시켰고, 이는 완전한 처리를 의미한다. 슬러리를 부크너(Buchner) 깔때기로 여과하고, 50% 에탄올과 탈이온수로 세척하였다. 생성물을 35 내지 45℃의 오븐 내에서 일정 중량으로 건조시켰다.
<실시예 14>
카본 블랙 생성물의 다른 양친매성염의 제조
하기 표에 나타낸 양의 시약의 이용하여 실시예 13의 방법에 따라 수행하엿다.
실시예# 카본 블랙 생성물의 양(g)/실시예# mmol SO3 -/g 아민의 양(g) /실시예# 아세트산의 양 (㎖) 물의 양 (㎖)
14a 100/7 0.26 20.0/1 100 900
14b 100/7 0.26 16.43/2 100 1,000
14c 40/7 0.26 2.51/(헥사데실아민) 40 360
14d 50/7 0.17 2.06/4 50 500
14e 12.7/8 0.95 12.7/6 15 135
14f 50/7 0.26 3.7/아르미인 SD* 50 450
14g 200/8 0.26 58.3/올릴아민 200 1,700
*아르미인(Armeen) SD는 액조 케미칼스 인크(Akzo Chemicals Inc., 일리노이주 시카고)로부터 구입한 소이알킬아민이다.
<실시예 15>
광택 잉크에서 양친매성 양이온을 갖는 카본 생성물의 사용
실시예 13 및 14f의 카본 블랙 생성물을 3 롤 밀(roll mill) 상에 제조된 표준 열경화 광택 잉크 배합물에서 평가하였다. 이들의 성능을 처리하지 않은 표준 카본 블랙 (표면적이 58㎡/g이고, DBPA가 46㎖/100g임)과 비교하였다.
카본 블랙 시료를 웨어링(Waring) 혼합기 중에서 약 30초 동안 연마하여 펠렛 구조를 분쇄한 다음, 카본 블랙 15g를 연마 마스터배취(masterbatch) 35g와 손으로 혼합하여 3 롤 밀에서의 연마를 준비하였다. 실시예 13 및 14f의 카본 블랙 생성물의 시료 크기는 카본에 가해진 처리제의 양의 중량을 보정하였다 (각각 16.3 및 16.8g). 마스터배취는 LV-3427XL(열경화 연마 비히클, 로터 인터내셔날(Lawter International, 일리노이주 노쓰브룩)) 9부:매지에솔(MAGIESOL) 47 오일 1부로 이루어진다. 이 혼합물 50g을 21℃(70℉)에서 작동하는 켄트(Kent) 3 롤 밀링 상에서 연마하였다. 시료를 동량의 연마 마스터배치와 혼합함으로써 감소시킨 다음, NIPRI 프로덕션(NIPRI production) 연마측정계 G-2에 적용하여 연마물을 평가하였다. 표준품은 대개 밀을 통해 4회 통과시킨다. 연마 게이지 판독치가 20 미크론을 초과하는 경우 추가로 통과시킨다. 분쇄된 재료를 동량의 분쇄용 마스터배치 (LV3427XL 3부:LV6025 (열경화 젤 비히클, 로터 인터내셔날) 12부:매지에솔 47 오일 5부)와 혼합하고, 3 롤 밀을 통해 1회 통과시킴으로써 완성된 잉크를 생산하였다.
매지에솔(MAGIESOL)은 매기 브라더스(Magie Brothers, 일리노이주 프랭클린 파크)로부터 구입가능한 오일에 대한 등록상표이다.
결과 잉크의 연마 데이터의 분말도 및 점도 측정치를 하기 표에 나타냈다. 연마 데이터 표에서의 값은 G-2 연마 게이지로 측정하여 미크론으로 나타냈고, 10 스크래치/5 스크래치/5 디펙트(defect) 입자가 게이지 상에서 검출되는 수준을 나타낸다. 스틸 바아 라레이(Laray) 점도는 TMI 95-15-00 라레이 점도계 (테스팅 머신즈, 인크.(Testing Machines, Inc.))를 사용하여 25℃에서 ASTM 방법 D4040-91에 따라 측정하였다.
실시예#의 카본 생성물 표준품 13 14f 13**
연마 게이지
1 밀 통과 22/9/50+ hangback 0/0/26 0/0/22
2 밀 통과 0/0/32 0/0/22 0/0/19 0/0/22
3 밀 통과 0/0/21 0/0/20 0/0/16 0/0/18
4 밀 통과 0/0/20 0/0/18 0/0/16 0/0/18
라레이 점도 데이터
점도 (2500 s-1에서 포이즈) 62.7 48.4 51.0 50.9
항복가 (2.5 s-1에서 dyne/㎝) 654 355 350 354
**이 시료는 11,000rpm에서 30분 동안 디스페르마트(Dispermat) CV (게츠만 게엠베하(Getzman GmbH, 독일))에서 연마 비히클을 사용하여 예비시험하였다.
양친매성 처리된 카본 블랙 생성물은 비개질된 표준품의 분산 속도보다 상당히 증가된 분산 속도를 나타낸다. 라레이 점도 측정치는 이들 시료에 대한 감소된 점도와 수득값을 보여준다.
카본 블랙 생성물 13 및 14f와 표준 카본 블랙으로 제조된 잉크에 대한 광학 특성을 RNA-52 인쇄능 시험기(리서치 노쓰 아메리카, 인크.(Research North America, Inc.))를 사용하여 제조한 프린트로부터 측정하여 하기 표에 나타냈다. 1.0 및 2.0 미크론 필름 두께에 대한 값은 일정 범위의 필름 두께에 걸쳐 만든 프린트로부터의 데이터를 선형회귀법에 의해 계산하였다. 헌터 랩 스캔(Hunter Lab Scan) 6000 (10°D65 CIE LAB 칼라 스페이스 기구, 헌터 어소시에이츠(Hunter Assocs., 버지니아주 페어팩스))를 사용하여 L*, a* 및 b* 값을 측정하였다. 광학 밀도는 맥베쓰(MacBeth) RD918 밀도계를 사용하여 측정하였다. 광택은 BYK 가드너(Gardner) 모델 4527 광택계로 측정하였다.
1 미크론 필름 두께에 대한 데이터
실시예# 광학 밀도 L* a* b* 광택 (60°)
표준품 1.32 26.48 1.37 4.18 50.0
13 1.37 24.74 1.54 4.49 51.5
14f 1.36 23.62 1.49 4.18 49.5
13** 1.39 23.29 1.49 4.41 50.8
2 미크론 필름 두께에 대한 데이터
실시예# 광학 밀도 L* a* b* 광택 (60°)
표준품 2.18 4.16 0.83 1.02 56.9
13 2.06 6.26 0.97 1.76 57.2
14f 2.07 6.15 1.07 1.40 56.4
13** 2.07 6.51 0.69 1.28 57.9
**이 시료는 11,000rpm에서 30분 동안 디스페르마트 CV (게츠만 게엠베하, 독 일)에서 연마 비히클을 사용하여 예비시험하였다.
상기 결과는 양친매성 처리된 카본 블랙 생성물으로 제조된 잉크 필름의 광학 특성이 표준품의 광학 특성과 유사한 품질을 갖는 것을 나타낸다.
<실시예 16>
광택 잉크에서 양친매성 양이온을 갖는 카본 생성물의 사용
실시예 14a에서 제조한 카본 생성물을 사용하여 실시예 15의 절차를 반복하였다. 카본 블랙 생성물 14a에 대한 시료 크기는 카본에 가해진 처리제의 양의 중량을 보정하였다 (18g).
실시예#의 카본 생성물 표준품 14a
연마 게이지
1 밀 통과 12/0/50+ 0/0/32
2 밀 통과 0/0/27 0/0/19
3 밀 통과 0/0/22 0/0/18
4 밀 통과 0/0/20 0/0/16
라레이 점도 데이터
점도 (2500 s-1에서 포이즈) 53.2 48.1
항복가 (2.5 s-1에서 dyne/㎝) 350 364
양친매성 시험된 카본 블랙 생성물은 비개질된 표준품의 분산 속도보다 상당히 증가된 분산 속도를 나타낸다. 라레이 점도 측정치는 이들 시료에 대한 감소된 점도를 보여준다.
카본 블랙 생성물 14a와 표준 카본 블랙으로 제조된 잉크에 대한 광학 특성을 실시예 15에서와 같이 측정하여 하기 표에 나타냈다.
1 미크론 필름 두께에 대한 데이터
실시예#의 카본 광학 밀도 L* a* b* 광택 (60°)
표준품 1.43 24.33 1.39 3.94 48.8
14a 1.42 22.75 1.76 5.02 50.3
2 미크론 필름 두께에 대한 데이터
실시예#의 카본 광학 밀도 L* a* b* 광택 (60°)
표준품 2.24 3.79 0.50 0.30 56.2
14a 2.12 6.28 1.12 1.43 54.4
상기 결과는 이들 양친매성 처리된 카본 블랙 생성물으로부터 제조된 잉크 필름의 광학 특성이 표준품의 광한 특성과 유사한 품질을 갖는 것을 나타낸다.
<실시예 16-1>
광택 잉크에서 양친매성 양이온을 갖는 탄소 생성물의 사용
실시예 14b 및 14d에서 제조된 탄소 생성물을 사용하여 실시예 15의 과정을 반복하였다.
실시예 #로부터의탄소 생성물 표준 14b 14d
분쇄 게이지
1 밀 통과 15/10/50+ 분리 분리
2 밀 통과 11/9/48 0/0/24 8/0/50
3 밀 통과 8/6/38 0/0/20 0/0/30
4 밀 통과 0/0/20 0/0/25
5 밀 통과 0/0/35
라레이 점도 데이터
점도(2500 s-1에서 포이즈) 45.2 35.2 37.3
항복가(2.5 s-1에서 다인/cm) 403 317 234
실시예 14b의 양친매성 물질로 처리된 카본 블랙 생성물은 비개질된 표준의 것 이상으로 상당히 증가된 분산율을 갖는 것으로 입증되었다. 실시예 14d에서는 분산되는 것이 약간 더 어렵다.
카본 블랙 생성물 14b, 14d 및 표준 카본 블랙으로부터 제조된 잉크들의 광학 특성을 실시예 15에서와 같이 측정하고, 하기 표에 나타낸다.
1 마이크론 필름 두께에 대한 데이터
실시예 #로부터의 탄소 광학 밀도 L* a* b* 광택 (60°)
표준 1.26 27.62 1.48 4.52 45.2
14b 1.45 21.38 1.80 5.02 45.4
14d 1.43 22.43 1.80 5.10 41.9
2 마이크론 필름 두께에 대한 데이터
실시예 #로부터의 탄소 광학 밀도 L* a* b* 광택 (60°)
표준 2.06 6.80 0.93 1.30 55.1
14b 2.04 7.84 0.72 1.15 42.2
14d 2.11 5.57 0.69 0.39 42.6
이들 결과는 이들 양친매성 물질로 처리된 카본 블랙 생성물로부터 제조된 잉크 필름의 광학 특성이 등량의 시료에서 표준의 것과 유사한 품질일 수 있다는 것을 나타낸다.
<실시예 16-2>
광택 잉크에서 양친매성 양이온을 갖는 탄소 생성물의 사용
실시예 14c에서 제조된 탄소 생성물을 사용하여 실시예 15의 과정을 반복하였다. 실시예 14c의 카본 블랙 생성물의 시료 크기는 탄소에 가해진 처리제 양의 중량을 보정하였다 (16.6 g).
실시예 #로부터의탄소 생성물 표준 14c
분쇄 게이지
1 밀 패스 10/7/47 0/0/26
2 밀 패스 6/4/34 0/0/20
3 밀 패스 0/0/25 0/0/18
4 밀 패스 0/0/21 0/0/18
라레이 점도 데이터
점도(2500 s-1에서 포이즈) 44.1 38.8
항복가(2.5 s-1에서 다인/cm) 460 371
실시예 14c의 양친매성 물질로 처리된 카본 블랙은 비개질된 표준의 것 보다 상당히 증가된 분산율 및 낮은 라레이 점도를 갖는 것으로 입증되었다.
카본 블랙 생성물 14c 및 표준 카본 블랙으로 제조된 잉크들의 광학 특성을 실시예 15에서와 같이 측정하고 하기 표에 나타낸다.
1 마이크론 필름 두께에 대한 데이터
실시예 #로부터의 탄소 광학 밀도 L* a* b* 광택 (60°)
표준 1.34 24.84 1.52 4.57 44.7
14c 1.36 23.54 1.78 4.92 47.0
2 마이크론 필름 두께에 대한 데이터
실시예 #로부터의 탄소 광학 밀도 L* a* b* 광택 (60°)
표준 2.04 6.71 0.99 1.46 50.7
14c 2.15 4.85 0.64 0.26 51.8
이들 결과는 실시예 14c의 양친매성 물질로 처리된 카본 블랙 생성물로부터 제조된 잉크 필름의 광학 특성이 표준의 것 보다 약간 더 농후하고, 잘 분사되며 광택이 난다는 것을 나타낸다.
<실시예 17>
우레탄 경화 아크릴 조성물에서 양친매성 양이온으로 처리된 카본 블랙 생성물의 사용
이 실시예는 아크릴 에나멜 조성물에서 카본 블랙 생성물의 사용을 예시한다. 실시예 14e, 14g 및 8의 카본 블랙 생성물을 하기 조성으로 사용하였다. 카본 블랙 생성물을 도료 진탕기의 소형 스틸 밀 (2 ℓ/16" 높이 x 2 3/32" 직경)로 연마시켰다. 각 밀에 3/16" 크롬 스틸 볼 200 g, 탄소 생성물 2.19 g, 및 DMR-499 아크릴 혼합 에나멜 (PPG Finishes, Strongsville, OH)과 크실렌의 80/20 혼합물로 구성된 분쇄 비히클 19.9 g을 충전시켰다. 이 혼합물을 50분 동안 연마시켰다. 시료를 헤그만 (Hegman) 게이지로 평가하였다. 최종 조성물을, DMR-499 23.3 g, 크실렌 17.3 g 및 DXR-80 우레탄 경화제 (PPG Finishes, Strongsville, OH) 1.4 g을 밀에 첨가하고 15분 동안 진탕시켜 제조하였다. 실드 레나타 (Lenata) 챠트로 완성된 조성물의 3 밀(mil) 축소가 이루어졌다. 필름을 30분 동안 공기 건조시킨 다음, 60 ℃(140。F)에서 30분 동안 베이킹하였다. 광학 특성을 실시예 15에 기재된 바와 같이 측정하였다.
표준은 임의 부가적인 처리없이 CTAB 표면적이 350 m2/g이고 DBPA가 120 ㎖/100 g인 카본 블랙이었다. 실시예 14e의 카본 블랙 생성물의 시료 크기는 부분적으로 탄소에 가해진 처리량에 대해 부분적으로 중량을 보정하였고 (2.83 g), 14g에 대한 시료 크기는 완전히 중량을 보정하였다 (3.24 g). 광학 특성 및 헤그만 분쇄는 하기 표에 나타낸다. 헤그만 값은 5 '모래' 입자가 모여있는 헤그만 게이지로 측정하였다.
실시예 #로부터의 탄소 광학 밀도 L* a* b* 광택 (60°) 50분에헤그만 연마
표준 2.83 1.23 0.08 0.05 52.3 4.0
14e 3.01 0.75 0.064 -0.46 91.2 5.5
14g 2.96 0.93 0.26 0.09 85.1 5.3
8 2.79 1.41 0.17 -0.03 92.5 6.2
이들 결과는 상기 조성물에 실시예 14e의 생성물을 사용하면 비개질 카본 블랙 또는 실시예 8의 탄소 전구체에 의해 제조된 것 보다 더 농후하고 잘 분사되며 청색인 코팅을 생성함을 나타낸다. 실시예 14g의 생성물은 표준 보다 더 농후하고 잘 분사되었다.
<실시예 18a-18n>
양친매성 양이온계 중합체를 사용한 카본 블랙 생성물의 처리
이들 실시예의 카본 블랙 생성물은 하기 과정을 사용하여 제조하였다.
아민 함유 중합체를 유제 중합으로 제조하였다. 환류 냉각기, 첨가 깔대기, 가스 주입관, 교반기 및 온도계가 있는 고온조가 장착된 1 리터 둥근 바닥 플라스크에 물 264.34 g 및 탄산나트륨 0.089 g을 첨가하였다. 플라스크를 약 70 ℃로 가열하고 1시간 동안 질소를 살포하였다. 질소 살포를 일소로 변화시키고, 10 % 소듐 도데실벤젠 술포네이트 수용액 15.0 g을 첨가하였다. 이어서, 플라스크를 85 ℃로 가열하였다. 이 온도에서 10 % (6.0 ㎖)의 개시제 용액 (물 57.3 g 중에 암모늄 퍼술페이트 0.20 g을 용해시켜 제조함)을 첨가한 다음, 10 % (35.0 g)의 유화 단량체 혼합물 (메틸 메타크릴레이트 (MMA) 196.6 g, 2-(디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트 (DMAEMA) 3.4 g, n-도데실메르캅탄 1.0 g 및 10 % 소듐 도데실벤젠 술페이트 수용액 5.0 g을 물 118.0 g에 격렬하게 교반하면서 첨가하였다. 일단 유화되면, 이 혼합물을 계속 교반하여 양호한 유탁 상태를 유지시켰다. 물 4.7 ㎖의 헹굼액을 각 첨가시 사용하였다. 반응물을 85 ℃에서 1시간 동안 교반하였고, 그 동안 중합체 형성을 나타내는 색상 변화를 관찰하였다. 이 시간 후, 나머지는 유화 단량체 혼합물을 추가로 3시간에 걸쳐 반응 플라스크에 서서히 적가하였다. 또한, 이 시간 동안, 나머지의 개시제 용액을 15분 마다 4 ㎖ 씩 반응 플라스크에 첨가하였다. 단량체 및 개시제 첨가가 완결될 때, 각 플라스크를 물 4.7 ㎖로 헹구고, 이들 헹굼액을 반응 플라스크에 첨가하였다. 온도를 첨가 동안 85 ℃에서 유지하였다. 이어서, 반응물을 실온으로 냉각시키고 밤새 교반시켰다.
오버헤드 교반기가 장착된 1 리터 비이커 중의 물 400 ㎖에 무수 카본 블랙 3.70 g을 첨가하여 실시예 8의 카본 블랙 생성물의 분산액을 제조하였다. 이것을 실온에서 10분 동안 교반하였다. 이 분산액에 빙초산 0.214 g, 이어서 상기 제조한 메틸 메타크릴레이트(MMA) 및 2-(디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트(DMAEMA)의 98.3/1.7 공중합체 33.3 g을 함유하는 라텍스 131.2 g을 첨가하였다. 혼합물을 실온에서 2시간 동안 교반하였다. 오버헤드 교반기 및 가열판이 장착된 2 리터 비이커에서 물 400 ㎖ 중의 마그네슘 아세테이트 4수화물 11.4 g의 용액을 70 ℃로 가열하고, 여기에 카본 블랙/중합체 혼합물을 첨가하였다. 이것을 상기 온도에서 20분 동안 가열하고, 여과하여 생성된 카본 블랙 생성물을 75 ℃의 진공 오븐에서 일정 중량으로 건조시켰다.
하기 카본 블랙 생성물을 이 과정에 따라 제조하였다. 여기서, CB-1은 실시예 8의 카본 블랙 생성물이고, CB-2는 실시예 8의 카본 블랙 생성물로 제조된 카본 블랙이다.
실시예 18 카본 블랙 카본 블랙의 건조 중량 (g) 라텍스내 중합체의 중량 중합체 아세트산의 중량 (g)
a CB-1 1.85 33.3 P(MMA/DMAEMA) (98.3/1.7) 0.214
b CB-1 3.70 33.3 P(MMA/DMAEMA) (98.3/1.7) 0.214
c CB-1 11.10 33.3 P(MMA/DMAEMA) (98.3/1.7) 0.214
d CB-1 18.50 33.3 P(MMA/DMAEMA) (98.3/1.7) 0.214
e CB-1 29.60 33.3 P(MMA/DMAEMA) (98.3/1.7) 0.214
f CB-2 4.43 40.0 PMMA 0
g CB-2 4.43 40.0 PMMA 0.252
h CB-1 4.43 40.0 PMMA 0
i CB-1 4.43 40.0 PMMA 0.252
j CB-2 4.43 40.0 P(MMA/DMAEMA) (98.3/1.7) 0
k CB-2 4.43 40.0 P(MMA/DMAEMA) (98.3/1.7) 0.252
l CB-1 4.43 40.0 P(MMA/DMAEMA) (98.3/1.7) 0
m CB-1 4.43 40.0 P(MMA/DMAEMA) (98.3/1.7) 0.252
n CB-1 22.4 200 P(MMA/DMAEMA) (98.3/1.7) 1.28
<실시예 19a-19h>
유기 용매중의 카본 블랙 생성물의 분산성 입증
각각의 카본 블랙 생성물을 손으로 분쇄하여 적절하게 미분된 분말을 얻었다. 시편을 칭량한 후, 카본 블랙 생성물을 속슬레 (Soxhlet) 추출기에 위치시켜 24 시간 이상 동온 염화메틸렌으로 추출하였다. 모든 남아있는 시편 (잔류물)을 일정한 중량으로 건조시켰다. 염화메틸렌 용액을 회전식 증발기상에서 진공하에 증발시키고, 유기 가용성 물질 (추출물)의 중량을 기록하였다.
상기 과정 후, 실시예 18a-18e의 카본 블랙 생성물에 대해 하기 표 의 결과를 얻었다. 카본 블랙 생성물 이외에, 대조용 시편을 동일한 방법에 의해 분석하였다. 본 실시예에서, 중합체 1은 P(MMA/DMAEMA) (98.3/1.7)이고, CB-2는 그로부터 실시예 8의 카본 블랙 생성물을 제조한 카본 블랙 생성물이었다.
실시예 19 시편 용매로 추출하기 이전의 시편 용매로 추출한 후
카본 블랙 (중량%) 중합체(중량%) 잔류물(중량%) 추출물(중량%)
a 중합체 1 0 100 7.8 92.2
b 실시예 8의 카본 블랙 생성물 100 0 96.8 3.2
c CB-2 100 0 100 0
d 실시예 18a의 카본 블랙 생성물 5.3 94.7 5.4 94.6
e 실시예 18b의 카본 블랙 생성물 10.0 90.0 1.7 98.3
f 실시예 18c의 카본 블랙 생성물 25.0 75.0 38.7 61.3
g 실시예 18d의 카본 블랙 생성물 35.7 64.3 56.8 43.2
h 실시예 18c의 카본 블랙 생성물 47.1 52.9 65.5 34.5
이들 실시예들은 중합체상의 친양매성 기의 양이 카본 블랙 (실시예 19a)상의 반대되는 전하를 갖는 기들의 양과 같은 경우, 추출물 수준이 높았음을 입증한다. 이 양 보다 많을 경우, 추출물 수준은 감소하였다. 이것은 유기 용매에 분산될 수 있는 카본 블랙 생성물의 제조 방법을 입증한다.
<실시예 20a-20ℓ>
유기 용매중의 카본 블랙 생성물의 분산성 입증
실시예 19에 기재된 방법에 따라 수행한 후, 실시예 18f-18n의 카본 블랙 생성물에 대해 하기 표 의 결과를 얻었다. 카본 블랙 생성물 이외에, 대조용 시편을 동일한 방법에 의해 분석하였다. 본 실시예에서, 중합체 2는 P(MMA/DMAEMA) (98.3/1.7)이고, 중합체 3은 PMMA이고, CB-2는 그로부터 실시예 8의 카본 블랙 생성물을 제조한 카본 블랙이었다.
실시예 20 시편 용매로 추출하기 이전의 시편 용매로 추출한 후
카본 블랙 (중량%) 중합체(중량%) 잔류물(중량%) 추출물(중량%)
a 중합체 2 0 100 0 100
b 중합체 3 0 100 0 100
c 실시예 8의 카본 블랙 생성물 100 0 96.8 3.2
d CB-2 100 0 100 0
e 실시예 18f의 카본 블랙 생성물 10 90 13.6 86.4
f 실시예 18g의 카본 블랙 생성물 10 90 12.6 87.4
g 실시예 18h의 카본 블랙 생성물 10 90 5.5 94.5
h 실시예 18i의 카본 블랙 생성물 10 90 6.5 93.5
i 실시예 18j의 카본 블랙 생성물 10 90 11.2 88.8
j 실시예 18k의 카본 블랙 생성물 10 90 12.7 87.3
k 실시예 18ℓ의 카본 블랙 생성물 10 90 5.7 94.3
ℓ 실시예 18m의 카본 블랙 생성물 10 90 0.5 99.5
이들 실시예들은 친양매성 중합체 및 반대되는 전하를 갖는 카본 블랙 모두가 같은 양으로 존재하는 경우, 유기 용매에서의 개선된 분산성이 관찰된다는 것을 입증한다 (실시예 20ℓ). 이들 실시예들은 또한 중합체가 친양매성이 아닌 경우 (아민이 전혀 존재하지 않는 실시예 20g 및 실시예 20h, 및 산이 전혀 존재하지 않는 실시예 20k에서와 같음) 또는 카본 블랙이 반대되는 전하를 갖지 않는 경우 (실시예 20e, 20f, 20i 및 20j), 이러한 효과를 나타내지 않음을 입증한다. 이것은 유기 용매에 분산될 수 있는 카본 블랙 생성물의 제조 방법을 입증한다.
<실시예 21>
유기 용매중의 카본 블랙 생성물의 분산성 입증
실시예 19에 기재된 방법에 따라 수행한 후, 실시예 18n의 카본 블랙 생성물에 대한 결과를 하기 표 와 같이 얻었다. 카본 블랙 생성물 이외에, 대조용 시편들을 동일한 방법에 의해 분석하였다. 본 실시예에서, 중합체 2는 P(MMA/DMAEMA)(98.3/1.7)이고, CB-2는 그로부터 실시예 8의 카본 블랙 생성물을 제조한 카본 블랙이다.
실시예 20 시편 용매로 추출하기 이전의 시편 용매로 추출한 후
카본 블랙 (중량%) 중합체(중량%) 잔류물(중량%) 추출물(중량%)
a 중합체 2 0 100 0 100
c 실시예 8의 카본 블랙 생성물 100 0 96.8 3.2
d CB-2 100 0 100 0
21 실시예 18n의 카본 블랙 생성물 10 90 0 100
본 실시예는 본 발명의 방법이 또한 대규모에서도 효과적임을 입증한다.
<실시예 22>
부틸 니코티네이트의 성능
실시예 8의 생성물의 시편 1 g을 부틸 니코티네이트를 사용하여 실시예 11에 따라 처리하였다. 이 물질은 응집되지 않았다. UPA 입자 크기 분석에 의하면, 이 물질은 평균 입자 직경이 0.155 마이크론으로 매우 양호하게 분산되었다. 이 용액 약 2 mL를 복사지 한 장에 도포시켜 3 ㎜ 버드 도포기를 사용하여 끌어내렸다. 끌어내려진 복사지를 10-15 분 동안 공기 건조시키고, 광학 밀도는 1.30으로 측정되었다. 이어서, 끌어내려진 종이를 흑색 안료가 흘러나오는 것이 더이상 관찰되지 않을 때까지 탈이온수의 스트림으로 헹구었다. 이것을 건조시키고, 물로 헹구어진 영역의 광학 밀도는 1.29로 측정되었다. 그 결과, 광학 밀도 99%가 유지되었다. 단지 실시예 8의 생성물 하나에 대한 결과는 세척하지 않은 부분 및 세척한 부분이 각각 1.31 및 1.18이었다. 이 경우, 광학 밀도가 단지 90%로 유지되었다.
이들 결과는 양이온 친양매성 물질을 실시예 8의 카본 블랙 생성물과 같은 카본 블랙 생성물의 분산액에 첨가하는 것이 혼합물의 용액 거동에 변화를 주지 않았음에도 불구하고 카본 블랙 생성물의 특성에 영향을 줄 수 있다는 것을 나타낸다.
본 발명의 다른 실시양태는 당업계의 숙련자들에게는 본 명세서에 개시된 본 발명의 내용 및 실시를 고려할 때 당업계의 숙련자들에게 명백할 것이다. 명세서 및 실시예는 예시적인 것이며, 본 발명의 진정한 범위 및 정신은 하기 청구항에 의한 것이다.

Claims (27)

  1. a) 양친매성 이온 및
    b) 상기 양친매성 이온에 반대되는 전하를 갖는 1종 이상의 유기기가 결합된 탄소를 포함하는 개질 탄소 생성물
    을 포함하는 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 양친매성 이온이 양이온인 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 양친매성 이온이 지방산 아민, 아미노알코올의 에스테르, 알킬아민, 아민 관능기를 함유하는 중합체, 아닐린 및 그의 유도체, 아미노산의 지방 알코올 에스테르, 디알킬 숙시네이트 에스테르로 N-알킬화된 폴리아민, 헤테로시클릭 아민, 지방성 아민 유래의 구아니딘, 알킬아민 유래의 구아니딘, 아릴아민 유래의 구아니딘, 지방성 아민 유래의 아미딘, 지방산 유래의 아미딘, 알킬아민 유래의 아미딘, 또는 아릴아민 유래의 아미딘에 산을 첨가함으로써 형성되는 암모늄 이온인 조성물.
  4. 제2항에 있어서, 상기 양친매성 이온이 아미노디올의 에스테르, 아미노트리올의 에스테르, 폴리에틸렌이민, 폴리비닐이미다졸, 비닐피리딘의 단일 중합체 또는 공중합체, 폴리비닐이미다졸, 1종 이상의 아미노-관능성 단량체를 함유하는 혼합 중합체, 아스파르트산의 지방 알코올 에스테르, 글루탐산의 지방 알코올 에스테르, 피리딘 유도체, 이미다졸 또는 이미다졸린에 산을 첨가하여 형성된 암모늄 이온인 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 양친매성 이온이 글루탐산의 지방 알코올 에스테르에 산을 첨가함으로써 형성된 암모늄 이온인 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 양친매성 이온이 디메틸아미노에틸메타크릴레이트 및 메틸메타크릴레이트의 공중합체에 산을 첨가함으로써 형성된 암모늄 이온인 조성물.
  7. 제4항에 있어서, 상기 양친매성 이온이 디(미리스틸)글루타메이트에 산을 가함으로써 형성된 암모늄 이온인 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 양친매성 이온이 음이온인 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 양친매성 이온이 알킬 술포네이트, 알킬벤젠 술포네이트, 알킬술페이트, 사르코신, 술포숙시네이트, 알코올 에톡실레이트 술페이트, 알코올 에톡실레이트 술포네이트, 알킬 포스페이트, 알킬에톡시화 포스페이트, 에톡시화 알킬페놀 술페이트, 지방성 카르복실레이트, 타우레이트, 이세티오네이트, 지방족 카르복실산의 염, 또는 산 기를 함유하는 중합체 유래의 이온인 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 상기 양친매성 이온이 소듐 도데실벤젠 술포네이트, 소듐 도데실술페이트, 에어로졸 OT, 올레산 염, 리시놀레산 염, 미리스트산 염, 카프로산 염, 술폰화 폴리스티렌, 소듐 비스(2-에틸헥실)술포숙시네이트, 또는 아크릴산 또는 메타크릴산 또는 그의 염의 단일 중합체 또는 공중합체로부터 유래된 것인 조성물.
  11. 제10항에 있어서, 상기 양친매성 이온이 소듐 비스(2-에틸헥실)술포숙시네이트로부터 유래된 것인 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 상기 탄소가 카본 블랙, 흑연, 유리질 탄소, 탄소 섬유, 미분된 탄소, 활성탄, 또는 그의 혼합물인 조성물.
  13. 제12항에 있어서, 상기 탄소가 카본 블랙인 조성물.
  14. 제1항에 있어서, 상기 유기기가
    a) 1종 이상의 방향족기 또는 1종 이상의 C1-C12 알킬기, 및
    b) 1종 이상의 이온기, 1종 이상의 이온화성기, 또는 이온기 및 이온화성기의 혼합물을 포함하며,
    이때, 유기기 중의 1종 이상의 방향족기가 탄소에 직접 결합되고, 유기기 중의 1종 이상의 C1-C12알킬기가 탄소에 직접 결합되는 조성물.
  15. 제1항에 있어서, 유기기는 카르복실레이트, 술포네이트, 또는 4급 암모늄 이온을 포함하는 조성물.
  16. 제1항에 있어서, 유기기가 C6H4SO3 - 또는 C6H4 CO2 -인 조성물.
  17. 제1항에 있어서, 유기기가 p-C6H4SO3 -인 조성물.
  18. 제1항에 있어서, 유기기가 C6H4CO2 -인 조성물.
  19. 제1항에 있어서, 유기기가 C6H4NC5H5 + 또는 C6 H4N(CH3)3 +인 조성물.
  20. 수성 비히클 및 제1항의 조성물을 포함하는 수성 잉크 조성물.
  21. 수성 비히클 및 제1항의 조성물을 포함하는 코팅 조성물.
  22. 비수성 비히클 및 제1항의 조성물을 포함하는 비수성 잉크 조성물.
  23. 비수성 비히클 및 제1항의 조성물을 포함하는 비수성 코팅 조성물.
  24. 비히클 및 제1항의 조성물을 포함하는 잉크 젯용 비수성 잉크 조성물.
  25. 용매, 물 및 제1항의 조성물을 포함하는 잉크 젯용 수성 에멀젼 잉크 조성물.
  26. 제25항에 있어서, 추가로 계면활성제를 포함하는 잉크 젯용 수성 에멀젼 잉크 조성물.
  27. 제1항의 조성물 및 캐리어 또는 액체 비히클을 포함하는 현탁액.
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