KR20040019369A - 표면 변형된 카본 블랙 - Google Patents

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KR20040019369A
KR20040019369A KR10-2004-7001180A KR20047001180A KR20040019369A KR 20040019369 A KR20040019369 A KR 20040019369A KR 20047001180 A KR20047001180 A KR 20047001180A KR 20040019369 A KR20040019369 A KR 20040019369A
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렉스마크 인터내셔널, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 표면 변형된 카본 블랙과 그 제조 방법을 제공한다. 표면 변형된 카본 블랙은 자체 분산 또는 산화된 카본을 유기 산할로겐화물 매개체를 통해 입체 유도 화합물과 반응함으로써 제조된다. 입체 유도 화합물은 잉크 조성물의 유기 성분들에 실질적으로 용해 가능하고 유기 산할로겐화물과 빠르게 반응한다. 정전 및 입체 안정성이 표면 변형된 카본 블랙에 의해 제공된다. 표면 변형된 카본 블랙은 수용액에 용해 가능하고 잉크젯 프린트헤드 내에서 잘 응고되지 않는 성질을 나타낸다.

Description

표면 변형된 카본 블랙{SURFACE MODIFIED CARBON BLACK}
잉크젯 기록은 많은 상용 제품들에서 사용되는 편리한 인쇄 방법이다. 이것의 유익한 특성들로는 소형, 고속, 저비용, 및 다양한 기판으로의 적응성을 들 수 있다. 잉크젯 기록 시스템이 가지는 흔한 문제점은 이상적인 인쇄 특성을 가지는 잉크 조성물의 제제와 관련된다. 잉크 조성물에는 염료(dyes)가 흔히 사용되지만, 염료는 색이 바래지는 경향이 있고 인쇄 품질에 역효과를 미치는 물 정착성(water fastness)이 약한 경향이 있다. 따라서, 잉크의 신속한 정착 및 물 정착성을 개선하기 위해 안료(pigment)가 잉크 조성물에 사용된다. 잉크 제제에 사용된 안료중에서, 카본 블랙이 가장 흔하게 사용되는 안료들 중 하나이다. 불행하게도, 카본 블랙은 수용액에 쉽게 용해되지 않는다.
카본 블랙의 직접적인 산화 작용은 수용성 조성물에서 자체 분산 카본 블랙을 제공하는 카본 블랙의 표면 상에 카르복시(COOH)기를 생성한다. 이러한 카본 블랙은 증가된 정전 안정성(electrostatic stability)을 나타낸다. 하지만, 정전 안정성은 잉크 조성물의 다른 특성들에 민감하다. 특히, 정전 안정성은 pH와 전해질농도에 매우 민감하다. 따라서, 자체 분산 카본 블랙은, 특히 잉크젯 프린터 시스템의 노즐 내에서 응고되는 경향이 있다. 또한, 이러한 자체 분산 카본 블랙은 습윤제(humactant)와 결합제(binder)와 같은 잉크 조성물의 다른 성분들과 쉽게 용해되지 않는다.
카본 블랙의 용해도를 개선하면서 분산제의 필요성을 감소시키는 것이 많은 연구의 초점이 되어 왔다. 예컨대, Belmont 등에게 특허 허여된 US5,630,868호와 Belmont에게 특허 허여된 US5,672,198호에는 카본 블랙의 표면에 수용성 작용기들을 첨부하기 위한 디아조늄염(diaxonium salt)의 사용을 기술하고 있다. 하지만, 작용기들은 매우 특정한 디아조화 반응의 사용에 의해서만 첨부될 수 있다. 이러한 반응을 행하기 위해 요구되는, 방향족 아민 말단의(terminated) 친수성 중합체들이 통상 상업적으로 이용 가능하지 않기 때문에, 이러한 반응 메카니즘에 의해 카본 블랙에 첨부될 수 있는 작용기의 타입에 대해서 제한이 있다. 따라서, 이러한 친수성 화합물을 형성하기 위해 별개의 반응을 필요로 하고, 이로 인해 이러한 기술에 의해 변형된 카본 블랙의 제조 비용이 상승하게 된다.
물에 쉽게 녹을 수 있으면서도 유기 성분을 함유하는 잉크 제제 내의 개선된 안정성을 제공하는, 표면이 변형된 카본 블랙에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명은 잉크 제제(formulation), 특히 잉크젯 프린터에 사용하기 위한 개선된 카본 블랙과, 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 잉크 조성물에 있어서 향상된 안정성을 가지는 표면이 변형된 카본 블랙의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 카본 블랙의 표면 상에 산할로겐화물기(acid halide groups)를 생성하기 위해, 자체 분산 또는 산화된 카본블랙이 티오닐 할로겐화물과 반응한다. 그 다음, 산할로겐화물 변형된 카본 블랙은, 잉크 조성물의 유기 성분들에 쉽게 용해될 수 있고 산할로겐화물기와 빠르게 반응하는 입체 유도 화합물(steric inducing compound)과 반응한다.
본 발명의 장점은 표면 변형된 카본 블랙이 정전 및 입체 안정성 모두를 나타낸다는 점이다. 이러한 정전 및 입체 안정성은 다양한 pH 레벨들과 전해질 농도들에 대해 유지된다. 표면 변형된 카본 블랙의 또 다른 장점은 물과 잉크 조성물의 유기 성분들에서 자체 분산적이라는 점이다. 또 다른 장점은 표면 변형된 카본 블랙은, 잉크젯 프린트헤드 내에서 열이 가해지는 동안 잉크의 수용성 성분들이 증발할 때 응고되는 것이 억제된다는 점이다.
본 발명의 중요한 장점은 표면 변형된 카본 블랙으로 제조된 전형적인 잉크 제제에 의해 나타나는 아이들 시간(idle time)이 상당히 증가한다는 점이다. 이론상 고려에 의해 한정되기를 바라지 않으면서 프린트헤드의 노즐들 근처의 잉크로부터 물이 증발할 때, 프린트헤드에서의 잉크 조성물의 특성들이 변한다고 여겨진다. 잉크젯 프린터에 사용된 잉크 제제는 물; 자체 분산 안료; 및 습윤제, 결합제, 침투제, 유기 용매 등과 같은 유기 성분들의 혼합물이다. 물이 잉크로부터 증발할 때, 잉크 제제에서의 유기 성분들의 백분율은 증가하여 잉크는 친수성이 약하게 된다. 잉크가 친수성이 약하게 되면, 친수성이 강한 자체 분산 염료는 벌크(bulk) 수용성 상(phase)으로 되돌아가게 된다(pulled back). 잉크의 단기 확실성(short term reliability)를 측정하기 위해 아이들 시간이 사용된다. "아이들 시간"이란 프린트헤드가 지연되거나 방향이 잘못된 잉크 방울을 발생시키기 바로 전의 노즐발사들 사이의 시간을 의미한다. 종래에는(historically), 자체 분산 카본 블랙들은 잉크젯 프린터에서 좋지 않은 아이들 시간들을 나타낸다. 본 발명은 입자들이 잉크 제제의 수용성 성분들뿐만 아니라 유기 성분들내에서 실질적으로 분산된 채로 유지되도록, 안료 입자들의 표면을 변형시킴으로써 잉크 제제의 아이들 시간을 크게 개선시킨다.
본 발명의 표면 변형된 카본 블랙은 카본 블랙의 표면에 입체 유도기들을 추가시키는 것을 수반한다. 입체 기들이 추가되는 카본 블랙은 산화된 카본 블랙인 것이 바람직하다. 산화된 카본 블랙의 제조 방법들은 잘 알려져 있고, 수용성 매체에서 카본 블랙이 차아염소산 나트륨(sodium hypochlorite)과 반응하는 것을 포함한다. 산화된 카본 블랙을 제공하기 위한 차아염소산 나트륨 중량비의 범위는 카본 블랙 1중량부 당 차아염소산염 약 0.4 내지 약 5.25 중량부의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. Parker에게 특허 허여된 특허 공보 US3,347,632호는 산화된 카본 블랙의 바람직한 제조 방법을 기술하고 있고, 여기에 완전히 제시된 것처럼, 본 개시 사항은 참조문헌으로서 본 발명에 병합되어 있다. 산화된 카본 블랙을 제조하기 위해 특히 바람직한 카본 블랙은 MONARCH 880이라는 상표로 메사추세츠 소재 Billerica의 Cabot사로부터 입수 가능한 중성 카본 블랙이다.
카본 블랙과 차아염소산염 나트륨 사이의 반응 결과, 카본 블랙의 표면은 카르복실, 히드록실, 및/또는 카르보닐기들을 함유한다. 카본 블랙 표면상의 카르복실기들은 입체 유도 화합물들과 반응하기 위한 장소(site)들을 제공한다. 본 발명에 의한 반응용의 산화된 카본 블랙은 카본 블랙 1g 당 산성수가 약 0.5 내지 약 1.5 밀리당량의 COOH의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
반응의 제 1 단계로서, 산화된 카본 블랙은 카본 블랙의 표면상에 유기 산할로겐화물기들을 제공하기 위해 일정량의 티오닐 할로겐화물과 반응한다. 이러한 티오닐 할로겐화물의 할로겐화물기들은 염화물, 브롬화물, 요오드화물 또는 플루오르화물기일 수 있다. 티오닐 할로겐화물들 중, 티오닐 염화물은 카본 블랙의 표면상에 유기 산 염화물기들을 제공하는 바람직한 티오닐 할로겐화물이다. 카본 블랙과 반응하는 티오닐 할로겐화물의 양은 카본 블랙 상의 COOH기 1개 당 약 1 내지 약 20몰 당량 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 카본 블랙 상의 COOH기 1개 당 약 10몰 당량인 것이 가장 바람직하다. 카본 블랙 상의 모든 산기들이 티오닐 할로겐화물과 반응하는 것이 바람직하고, 따라서 반응용 용매로 또한 작용할 수 있는 티오닐 할로겐화물의 초과 사용이 바람직하다.
카르복실 변형된 카본 블랙과 티오닐 할로겐화물 사이의 반응은 용매의 존재하에 이루어지는 것이 바람직하다. 바람직한 용매는 불활성 유기 용매이다. 특히 바람직한 용매로는 메틸렌 염화물, 테트라하이드로퓨란, 크실렌, 클로로포름, 1,4-다이옥산, 톨루엔, 및 기타 비양성자성(aprotic) 용매들이지만 이들에 한정되지는 않는다.
반응물 첨가의 순서는, 한정적이지는 않지만, 바람직한 순서는 용매에 티오닐 할로겐화물을 첨가하는 것을 포함한다. 그 후, 이 용매는 산화된 카본 블랙을 담고 있는 반응 용기에 추가된다.
반응은 불활성 기체 환경 하에서 행해지는 것이 바람직하다. 이러한 반응을 행하기 위한 특히 바람직한 불활성 기체 환경은 질소 기체 환경이다. 반응하는 동안, 반응 덩어리(mass)의 온도는 약 30℃ 내지 약 55℃의 범위에서 제어되는 것이 바람직하다. 사용되는 용매에 따라, 환류(reflux)가 발생할 수 있다. 반응 시간은 반응 덩어리가 휘저어지는 약 4 내지 약 8시간 내에 있다.
산화된 카본 블랙이 티오닐 할로겐화물과 반응한 후, 그 결과 생성된 표면 상에 산할로겐화물기들을 가지는 카본 블랙은 반응 혼합물로부터 격리된다. 반응 생성물은 약 0℃ 내지 약 5℃ 사이로 냉각되는 것이 바람직하다. 냉각 후, 생성물은 진공 상태에서 여과되고, 그 다음 건조한 용매로 세척된다. 대안적인 정화법에서는, 산할로겐화물 변형된 카본 블랙을 제공하기 위해 표면상에 산할로겐화물기를 함유하는 카본 블랙을 만들어내도록, 반응 생성물이 진공 증류된다.
그 다음, 산할로겐화물 변형된 카본 블랙은 입체 유도 화합물의 미리 결정된 양과 반응한다. 카본 블랙과 반응한 입체 유도 화합물의 양은 산할로겐화물 변형된 카본 블랙 1밀리당량 당 약 0.2 내지 약 0.9 밀리당량의 범위에 있는 것이 바람직하다. 입체 유도 화합물의 바람직한 종류(class)는 2 내지 6개의 탄소 원자들을 가지는 알킬렌기와 1 내지 6개의 탄소 원자들을 가지는 알킬기를 포함하는 모노알콕시 말단의 폴리알킬렌 글리콜 화합물을 포함한다. 대표적인 모노알콕시 말단의 폴리알킬렌 글리콜 화합물로는, 한정적이지는 않지만, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 트리에틸렌글리콜 모노에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노프로필 에테르, 디에틸렌글리콜 모노프로필 에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르 등과 그것들의 혼합물을 포함한다.
다른 모노 말단의 글리콜 반응물들은 산할로겐화물 변형 카본 블랙과 반응하여, 카본 블랙의 물 분산성에 악 영향을 끼치지 않으면서, 카본 블랙의 산성수를 낮출 수 있다. 그러한 글리콜 반응물들은 중량 평균 분자량이 약 100 내지 약 1000의 범위 내에 있고, 한정되지는 않지만, 메톡시폴리에틸렌 글리콜, 폴리(에틸렌 글리콜)테트라히드로 푸르푸릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 또는 폴리프로필렌 옥사이드 노닐 페닐 에테르 및 페닐 에테르와 노닐 페닐 에테르의 치환된 유도체들을 포함한다.
또한 모노-아민 말단의 화합물들은, 그것들이 잉크 조성물의 유기 성분들에 용해될 수 있고 유기 산할로겐화물과 반응한다는 전제하에 입체 유도 화합물로서 사용될 수 있다. 그러한 화합물들에는, 한정적이지는 않지만, 중량 평균 분자량이 약 500 내지 약 2500의 범위 내에 있는 알콕시 말단의 제파민(Jeffamine) 폴리알킬렌 글리콜들, 메톡시 말단의 제파민 폴리에틸렌 글리콜, 메톡시 말단의 제파민 폴리프로필렌 글리콜 및 메톡시 말단의 제파민 폴리에틸렌 글리콜/폴리프로필렌 글리콜 코폴리머가 포함된다. 제파민 화합물들은 "폴리에테르 아민"으로도 부르는 폴리에테르 줄기(backbone)의 말단(terminus)에 부착된 1차 아미노기들을 함유한다. 폴리에테르 줄기는 프로필렌 산화물(PO), 에틸렌 산화물(EO)이나 혼합된 EO/PO에 기초하고 있다. 그러한 아민 말단의 화합물들은 1차 아민 또는 2차 아민일 수 있다.
카본 블랙 상에서 산할로겐화물기들과 반응하고 잉크 조성물의 유기 성분들에 용해될 수 있는 다른 화합물들은, 한정적이지는 않지만, 2-히드록시에틸피롤리돈, 2-히드록시에틸모르폴린, 및 2-히드록시에틸-옥사졸리돈 등과 같은 모노-히드록시 함유 화합물들을 포함한다.
카본 블랙 상의 산할로겐화물기들과 입체 유도 화합물 사이의 반응은, 일정한 양의 불활성 용매의 존재시 바람직하게 행해진다. 바람직한 용매는 유기 용매이다. 특히 바람직한 용매들은, 한정적이지는 않지만, 메틸렌 염화물, 테트라하이드로퓨란, 크실렌, 클로로포름, 1,4-다이옥산, 톨루엔, 및 기타 비양성자성(aprotic) 용매들을 포함한다.
또한, 반응 덩어리는 히드로할릭(hydrohalic) 산의 부산물 반응을 억제하는 약한 염기(base)를 포함한다. 바람직한 염기는 아민으로, 가장 바람직한 것은 3차 아민이다. 특히 바람직한 3차 아민은 트리에틸아민이다. 반응 덩어리에서의 3차 아민의 바람직한 양은 반응 덩어리에서의 유기 산할로겐화물의 밀리당량에 대해 당량의 범위를 가지는 것이 바람직하다. 부산물 반응을 억제하는 또 다른 유용한 아민은 피리딘을 포함한다.
반응물의 첨가 순서는 제한되지 않지만, 바람직한 순서는 산할로겐화물 변형된 카본 블랙을 담고 있는 반응 용기에 유기 용매를 첨가하는 것으로 이루어진다. 그 후, 3차 아민과 입체 유도 화합물이 유기 용매을 가진 용액에 있는 반응 덩어리에 한방울씩(dropwise) 첨가된다.
반응물을 첨가하는 동안, 반응 혼합물은 약 0℃ 내지 약 5℃의 온도 범위로 유지되는 것이 바람직하다. 또한, 혼합물은 반응되는 시간 동안에 약 10 내지 약24시간 동안 교반되고 실온, 바람직하게는 약 18℃ 내지 약 24℃ 사이로 따뜻하게 되도록 하는 것이 바람직하다. 반응이 실질적으로 종료되면, 그 결과 혼합물은 용매가 제거되도록 처리된다. 바람직한 처리는 진공 증류이다. 대안적인 처리법으로는 오븐에서 혼합물을 건조시키는 것이 포함된다. 약 60℃ 내지 약 80℃의 오븐 온도가 약 30 내지 약 90분의 건조 시간과 함께 바람직하다.
일단 정화되면, 혼합물은 물로 세척되고 염기성 수용액에서 재분산된다. 염기성 용액은 금속 또는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 및 전이 금속으로 이루어지는 군에서 선택되는 금속을 가진 수산화 암모늄으로 이루어지는 것이 바람직하다. 특히 바람직한 염기성 용액은 20% 수산화칼륨 용액이다. 약 7.0 내지 약 8.5 범위의 미리 결정된 pH를 달성하기 위해 충분한 양의 염기성 용액이 생성물에 추가된다. 염기성 용액과 카본 블랙 생성물은, 잔류 유리산(free acid) 및/또는 생성물로부터의 할로겐화물 이온들을 모두 제거하고 미리 결정된 pH를 얻기 위해, 약 10 내지 약 60분간 혼합되는 것이 바람직하다.
전술한 과정에 의해 제조된 표면 변형된 카본 블랙은 카본 블랙 1g 당 산성수가 약 0.1 내지 약 0.7 밀리당량의 COOH인 것이 바람직하다. 또한 표면 변형된 카본 블랙은 약 100 내지 약 200㎚의 평균 입자 크기를 가지는 것이 바람직하다.
하기의 예들은 예시의 목적으로 주어진 것으로, 결코 본 발명을 한정하는 것이 아니다.
예 1
카본 블랙은 그 표면상에 카본 블랙 1g 당 0.95밀리당량의 COOH를 가지는 자체 분산 카본 블랙 40g을 30g의 티오닐 염화물과 100㎖의 건조한 메틸렌 염화물과 함께 응축기, 교반기, 및 질소 제거 라인을 갖춘 3개의 목(neck) 플라스크(flask)에서 혼합하여 변형되었다. 이러한 혼합물은 교반되고 가열되어 7시간 동안 환류된 후, 약 0°내지 약 5℃의 온도로 냉각되었다. 그 결과 카본 블랙 생성물은 진공 상태에서 여과되고, 건조한 메틸렌 염화물로 세척되어 밀봉된 플라스크에 저장되었다.
약 350의 중량 평균 분자량을 가지는 메톡시 폴리에틸렌 글리콜(12g)이 제 2의 3개의 목 플라스크에 추가되었다. 건조한 메틸렌 염화물(100㎖)과 3.6g의 트리에틸아민이 플라스크의 글리콜에 첨가되었고 이 혼합물은 얼음 욕조(ice bath)에서 5℃까지 냉각되었다. 제 1 반응으로부터의 카본 블랙 생성물은 질소하의 제 2 플라스크에서의 혼합물에 천천히 추가되었고, 혼합물을 교반하여 5℃의 온도로 유지하였다. 모든 카본 블랙 생성물이 추가되었을 때, 혼합물은 5℃로 밤새도록 교반되었다. 그 다음, 혼합물은 약 60°내지 약 80℃의 온도에서 1시간 동안 오븐 건조되고, 건조된 생성물은 500㎖의 탈이온수로 세척되었다. 최종 생성물은 7.5의 pH값을 얻기 위해 수산화 칼륨에서 재용해되었다. 일단, pH 7.5가 얻어지면, 혼합물은 TISSUMIZER라는 상표로 Ohio소재 Mason의 Tekmar Dohrmann사에서 공급하는 고속 혼합기와 같은 고속 혼합기로 1시간동안 교반되었다. 생성물의 입자 크기는 148㎚였다. 생성물을 추가로 정화하기 위해 초여과(ultrafiltration)가 사용되었다. 생성물은 적정되었고 카본 블랙 1g 당 0.115밀리당량의 COOH를 함유하였다.
예 2
카본 블랙은 그 표면상에 카본 블랙 1g 당 약 0.95밀리당량의 COOH를 가지는 자체 분산 카본 블랙 40g을 10몰 당량의 티오닐 염화물과 150㎖의 톨루엔과 함께 응축기, 교반기, 및 질소 제거 라인을 갖춘 3개의 목 플라스크에서 혼합하여 변형되었다. 이러한 혼합물은 교반되고 50℃까지 가열되어 질소 환경하에서 5시간 동안 반응되도록 하였다. 그 결과 카본 블랙 생성물은 용매와 반응하지 않은 티오닐 염화물을 제거하기 위해, 50℃에서 100㎜ Hg 진공 하에 진공 증류되었다. 표면 산 염화물기들을 가지는 카본 생성물은 얼음 욕조에서 약 0°내지 약 5℃의 온도 범위로 냉각되었다.
찬 메틸렌 염화물(100㎖)이 상기 플라스크에 추가되었고, 그 다음 Utah 소재 솔트 레이트시의 Huntsman사의 제파민 STJ506(MW 1000)의 24밀리당량(24g)과 메틸렌 염화물 20㎖에서의 3.3g의 트리에틸아민이 상기 플라스크에 한방울씩 추가되었다. 이 반응 혼합물은 실온에서 밤새도록 교반되었다. 플라스크가 담고 있는 반응 생성물은 용매를 제거하기 위해 진공 하에서 증류된 다음, 트리에틸아민히드로클로릭산염을 제거하기 위해 물로 세척되었다. 최종 생성물은 pH 8.0을 얻기 위해 20%의 KOH에서, 재분산되었다.
예 3
하기 표 1에는 자체 분산 카본 블랙과, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르로부터 유도된 입체 유도기들을 함유하도록, 화학적으로 변형된 자체 분산 카본 블랙을 가진 잉크 제제들이 마련되었다. 표 1의 샘플들(1, 2 및 5)은 표시된 양의 자체 분산 카본 블랙과 Beach 등에게 특허 허여된 미국 특허 US5,714,538호에 따라제조된 3량체(terpolymer)에 분산된 카본 블랙을 함유하였다. 상기 제제들의 모든 다른 성분들은, 샘플들(2, 4)이 ACRYJET 3666 결합제의 양이 증가하고, 탈이온수의 양이 감소된 점을 제외하고는 실질적으로 동일하다.
각 샘플들(5, 6 및 7)은 3개의 잉크 카트리지에서 사용되었고 아이들 시간을 결정하기 위해 이들 카트리지들로 이미지들이 인쇄되었다. 프린터 동작 관점에서 보면, 아이들 시간이 긴 것이 바람직하다. 잉크 제제에 대한 아이들 시간은 인쇄 매체 상의 시각 0에서의 잉크 카트리지로부터 모든 노즐들에 대한 첫번째 인쇄 기준 방울들에 의해 결정되었다. 그 다음, 카트리지는 기준 방울들 부근에서 시험 방울(drop)을 인쇄하기 위해 동일한 노즐들을 재차 발사하기 전 시간의 특정 간헐적 기간 동안에 아이들링하도록 허용되었다. 아이들 시간은 노즐 발사들 사이에서 점진적으로 증가되었다. 종이 위에 시험 방울의 위치는 기준 방울들과 비교되었다. 시험 방울이 지연되거나 기준 방울들에 대해서 방향이 잘못되는 노즐 발사들 사이의 시간이 주목되어 아이들 시간으로 명시된다.
성분 샘플 1 샘플 2 샘플 3 샘플 4 샘플 5 샘플 6 샘플 7
SDCB1 2.5 2.5 … … 2.5 … …
ESDCB2 … … 2.5 2.5 … 2.5 2.5
분산된 카본 블랙3(3량체중 20중량% 고형물) 3 3 3 3 … … …
분산된 카본 블랙3(3량체중 16.67중량% 고형물) … … … … 3 3 3
2-피롤리돈 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5
1,2-헥산디올 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2
헥실 카르비톨 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
ACRYJET 3666(23.8중량% 수지 고형물) 2.1 6.3 2.1 6.3 2.1 2.1 2.1
폴리에틸렌 글리콘(MW 400) 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5 7.5
탈이온수 75.8 71.6 75.8 71.6 75.8 75.8 75.8
합계 100 100 100 100 100 100 100
입자 크기 110 123 161 173 126 200 180
광학 밀도 1.28 1.26 1.11 1.14 1.29 1.29 1.28
아이들 시간(초) 6 2 36 36 10 〉30 〉30
건조 시간(초) 9.7 8.8 8.8 8.4 … … …
1 : 자기-분산(Self-dispersing) 카본 블랙
2 : 예 1에 의해 제조된 에스테르화된, 자체 분산 카본 블랙
3 : Beach 등에게 특허 허여된 특허 출원 US5,714,538호에 의한 메타크릴산, 스테아릴 메타크릴레이트, 및 디메틸실록산을 중합반응시켜 제조된 아크릴 3량체에 분산된 카본 블랙
표 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의해 변형된 자기-분산 카본 블랙을 함유하는 잉크 제제(3, 4, 6 및 7)는 변형되지 않은 자기-분산 카본 블랙을 함유하는 잉크 제제보다 실질적으로 더 긴 아이들 시간을 나타낸다. 본 발명의 잉크 제제를 사용하는 아이들 시간은 일반적으로 30초 및 그 이상의 범위에 있지만, 샘플들(1, 2 및 5)에 의해서는 2 내지 12초의 아이들 시간들이 나타났다.
전술한 상세한 설명으로부터 본 발명의 실시예에서 수정 및/또는 변형들이 이루어질 수 있다는 점이 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명백하리라고예상된다. 따라서, 전술한 것들은 명백히 바람직한 실시예들의 단지 예시적인 것으로 그것에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 본래의 취지와 범위는 첨부된 청구범위들 의해 결정되는 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명은, 물에 쉽게 녹을 수 있고 유기 성분을 함유하는 잉크 제제 내의 개선된 안정성을 제공하는, 표면이 변형된 카본 블랙을 함유하는 잉크의 제조에 이용가능하다.

Claims (19)

  1. 표면이 변형된 카본 블랙의 제조 방법으로서,
    카본 블랙의 표면 상에 산할로겐화물기를 제조하기에 충분한 조건들 하에서 표면 카르복실기를 함유하는 카본 블랙에 티오닐 할로겐화물을 반응시키는 단계와
    표면 변형된 카본 블랙을 제공하기 위해 표면 상에 산할로겐화물기를 함유하는 카본 블랙에 입체 유도 화합물을 반응시키는 단계를 포함하는, 표면 변형된 카본 블랙의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 티오닐 할로겐화물과 반응한 상기 카본 블랙은 카본 블랙 1g 당 약 0.5 내지 약 1.5 밀리당량(miliequivalents) COOH의 산성수(acid number)를 가지는, 표면 변형된 카본 블랙의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 티오닐 할로겐화물은 티오닐 염화물을 포함하는, 표면 변형된 카본 블랙의 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 카본 블랙은 용매 존재시 티오닐 할로겐화물과 반응하는, 표면 변형된 카본 블랙의 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 용매는 메틸렌 염화물을 포함하는, 표면 변형된 카본블랙의 제조 방법.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 용매는 톨루엔을 포함하는, 표면 변형된 카본 블랙의 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 입체 유도 화합물은 모노알콕시 말단의 폴리알킬렌 글리콜 화합물인, 표면 변형된 카본 블랙의 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 입체 유도 화합물은 2 내지 6개의 탄소 원자들을 함유하는 알킬렌기와 1 내지 6개의 탄소 원자들을 함유하는 알콕시기를 포함하는, 표면 변형된 카본 블랙의 제조 방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 입체 유도 화합물은 중량 평균 분자량이 약 100 내지 약 1000인 글리콜 화합물을 포함하는, 표면 변형된 카본 블랙의 제조 방법.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 입체 유도 화합물은 메톡시폴리에틸렌 글리콜과 폴리(에킬렌 글리콜) 테트라히드로푸르푸릴 에테르를 포함하는 글리콜 화합물을 포함하는, 표면 변형된 카본 블랙의 제조 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 입체 유도 화합물은 모노-아민 말단의 화합물인, 표면 변형된 카본 블랙의 제조 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 모노-아민 말단의 화합물은 제파민(Jeffamine) 유도체를 포함하는, 표면 변형된 카본 블랙의 제조 방법.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 입체 유도 화합물은 2-히드록시에틸피롤리디논, 2-히드로에틸모르폴린, 및 2-히드록시에틸옥사졸리돈과 같은 화합물을 함유하는 모노-히드록시를 포함하는, 표면 변형된 카본 블랙의 제조 방법.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 표면 변형된 카본 블랙은 카본 블랙 1g 당 약 0.1 내지 약 0.7 밀리당량 COOH의 산성수를 가지는, 표면 변형된 카본 블랙의 제조 방법.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 표면 변형된 카본 블랙은 평균 입자 크기가 약 80 내지 약 200㎚인, 표면 변형된 카본 블랙의 제조 방법.
  16. 제 1항에 의한 방법으로 제조된 표면 변형된 카본 블랙.
  17. 잉크젯 프린터 잉크 제제에 사용하기 위한 표면 변형된 카본 블랙으로서, 상기 카본 블랙은, 입체 유도기가 부착된 표면을 가지고, 카본 블랙 1g 당 약 0.1 내지 약 0.7 밀리당량 COOH의 산성수를 가지는, 표면 변형된 카본 블랙.
  18. 제 13항에 있어서, 상기 평균 입자 크기는 약 80 내지 약 200㎚인, 표면 변형된 카본 블랙.
  19. 제 13항에 있어서, 상기 입체 유도기는 모노알콕시 말단의 폴리알킬렌 글리콜, 모노아민 말단의 폴리알킬렌 글리콜 화합물, 2-히드록시에틸피롤리디논, 2-히드로에틸모르폴린, 및 2-히드록시에틸옥사졸리돈으로 이루어지는 군으로부터 선택된 입체 유도 화합물로부터 유도되는, 표면 변형된 카본 블랙.
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