KR20090096364A - 나노크기의 벤즈이미다졸론 안료 입자 - Google Patents

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Abstract

나노규모의 안료 입자 조성물은 유기 벤즈이미다졸론 안료 및 입체적으로 부피가 큰(bulky) 안정화제 화합물을 포함하고, 여기서 상기 벤즈이미다졸론 안료는 입체적으로 부피가 큰 안정화제 화합물과 비공유 결합으로 결합되고; 결합된 안정화제가 존재함으로써 입자 성장과 응집의 정도가 제한되어 나노규모 크기의 안료 입자가 생성된다.
나노크기의 벤즈이미다졸 안료 입자, 안정화제 화합물, 나노 착색제, 잉크, 토너.

Description

나노크기의 벤즈이미다졸론 안료 입자{Nanosized particles of benzimidazolone pigments}
본 발명은 일반적으로 나노크기의 벤즈이미다졸론 안료 입자 조성물, 및 이러한 조성물의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 입체적으로 부피가 큰 안정화제 화합물과 결합된 벤즈이미다졸론 분자를 포함하는 나노크기의 안료 입자 조성물, 및 이러한 조성물의 제조방법에 관한 것이다. 이러한 입자는 예를 들면 잉크, 토너 등과 같은 이러한 조성물을 위한 나노 착색제로서 유용하다.
일반적으로 인쇄용 잉크는 의도된 시장 분야에서 요구되는 엄격한 성능 요건과 필요한 특성에 따라서 제조된다. 특정 잉크는 오피스 인쇄용이든 대량 출력 인쇄용이든 응력 조건하에서 견고하고 영속적인 화상을 제공할 것이 요구된다. 전형적인 구조의 압전 잉크젯 인쇄 장치에서는 기판(화상 수용 부재 또는 중간 전사 부재)이 잉크 분사 헤드에 대해 4 내지 6회 회전(점진적 이동)하는 동안 적합한 색상의 잉크를 분사하여 화상을 만든다(즉, 각각의 회전 중간에 기판에 대한 인쇄 헤드 의 작은 병진이 존재한다). 이 방식은 인쇄 헤드의 구조를 단순화하며, 작은 이동은 양호한 액적 정합(droplet registration)을 보장한다. 분사 작동 온도에서, 인쇄 장치로부터 액상 잉크 액적이 분출되고 상기 잉크 액적은 직접 또는 가열된 중간 전사 벨트 또는 드럼을 통해 기록 기판의 표면에 접촉될 때 신속하게 응고되어 소정 패턴의 응고된 잉크 액적을 형성한다.
안료는, 예를 들면 페인트, 플라스틱 및 잉크젯 인쇄용 잉크를 포함한 잉크와 같은 각종 용도에 유용한 불용성 착색제 유형이다. 반면, 염료는 쉽게 용해될 수 있는 착색제로 전형적으로는 잉크젯 인쇄용 잉크와 같은 용도에 선택되는 착색제이다. 염료는 또한 통상의 안료에 비해서 잉크에 대해 광범위한 색 영역을 갖는 우수하고 선명한 색 품질을 제공한다. 그러나, 염료는 잉크 비히클에 분자적으로 용해되기 때문에 종종 원치 않는 상호작용을 일으켜서 불량한 잉크 성능을 초래하기 쉬운데, 예를 들면 빛에 의한 광-산화를 일으켜서 불량한 광 견뢰도를 초래하고, 염료가 잉크로부터 종이 또는 다른 기판으로 확산되어 불량한 화상 품질이 초래되고 인쇄가 종이 뒤에 비쳐 보이게 되며, 염료가 화상과 접촉하는 또 다른 용매 속으로 용해되어 불량한 물/용매 견뢰도를 초래한다. 특정한 상황에서, 안료는 불용성이고 잉크 매트릭스 내에 분자적으로 용해될 수 없으며 대부분의 경우 착색제 확산 또는 색 열화를 일으키지 않기 때문에 잉크젯 인쇄용 잉크를 위한 착색제로서의 대체 잠재력을 갖는다. 안료는 또한 염료보다 훨씬 더 저렴하고 모든 인쇄용 잉크에 사용하기 위한 매력적인 착색제이다.
안료를 잉크젯 잉크에 사용함에 있어 중요한 문제는, 이들의 큰 입자 크기와 넓은 입자 크기 분포로, 이 두 문제는 잉크 분사의 신뢰성에 관한 결정적인 문제를 일으킬 수 있다(즉, 잉크 노즐이 쉽게 막힌다). 안료는 단일 결정 나노입자 형태로는 거의 얻어지지 않고 종종 넓은 응집체 크기 분포를 갖는 미크론 크기의 커다란 결정 응집체로서 얻어진다. 안료 응집체의 색 특성은 응집체 크기와 결정 형태에 따라서 크게 달라질 수 있다. 따라서, 예를 들면 잉크 및 토너에서 광범위하게 사용될 수 있는 이상적인 착색제는 염료와 안료 둘 모두의 최상의 특성, 즉 1) 우수한 색체적 특성(넓은 색 영역, 명도, 색조, 선명한 색상), 2) 색 안정성 및 영속성(열, 빛, 화학물질 및 공기 중에서 안정한 색), 3) 최소 또는 전무(全無)의 착색제 이동, 4) 가공가능한 착색제(매트릭스 내에서 분산 및 안정화되기 쉬움), 및 5) 저렴한 재료 비용을 갖는 착색제이다. 이와 같이, 본 발명의 양태에 의해 충족되는, 크기가 큰 통상의 안료 입자와 관련한 문제를 최소화하거나 해결하기 위한 보다 작은 나노크기의 안료 입자가 요구된다. 또한, 이러한 개선된 나노크기 안료 입자의 제조방법과 착색제 재료로서의 사용 방법도 요구된다. 본 발명의 나노크기 안료 입자는 예를 들면 페인트, 코팅 및 잉크(예: 잉크젯 인쇄용 잉크)에 유용하고 플라스틱, 광전자 화상형성 요소, 사진 요소 및 화장품 등과 같이 안료가 사용될 수 있는 다른 조성물에 유용하다.
하기 문헌들은 배경 정보를 제공한다:
URL 주소: http://aiche.confex.com/aiche/s06/preliminaryprogram/abstract 40072.htm에서 입수할 수 있는 "New Synthetic Method of Organic Pigment Nano Particle by Micro Reactor System"(Hideki Maeta 외)에는 마이크로 반응기를 사용 한 유기 안료 나노 입자의 새로운 합성 방법이 기재되어 있다. 알칼리 수성 유기 용매에 용해된 유기 안료의 유동 용액을 마이크로 채널 내에서 침전 매질과 혼합한다. 두 종류의 마이크로 반응기를 사용하여 채널의 막힘 없이 이러한 빌드업(build-up) 공정을 효과적으로 수행할 수 있다. 투명한 분산액은 매우 안정하며 좁은 크기 분포를 갖는데, 이러한 특징은 통상의 분쇄 방법(분해 공정)에 의해서는 실현되기 어렵다. 이들 결과는 마이크로 반응기 시스템에 대한 상기 공정의 효율성을 입증한다.
미국 특허 출원 공개 제2005/0109240호에는 알칼리성 또는 산성 수성 매질에 용해된 유기 안료 용액을 채널을 통해 유동시켜서 층류(laminar flow)를 제공하고 층류 과정에서 용액의 pH를 변화시키는 단계를 포함하는, 유기 안료 미립자의 제조방법이 기재되어 있다.
국제 공개공보 제WO 2006/132443 A1호에는 2종 이상의 용액(이들 중 적어도 하나는 유기 안료가 용해되어 있는 유기 안료 용액이다)을 마이크로 채널을 통해 비-층상 상태로 유동시킴으로써 유기 안료 미립자를 제조하는 방법이 설명되어 있다. 이에 따라서, 단위 시간당 용액의 접촉 면적은 증가될 수 있고 확산 혼합의 길이는 짧아질 수 있어서 용액의 순간적인 혼합이 가능해질 수 있다. 그 결과, 나노미터 규모의 단분산 유기 안료 미립자가 안정한 방식으로 제조될 수 있다.
"Effect of Side-Chain Substituents on Self-Assembly of Perylene Diimide Molecules: Morphology Control", J. Am. Chem. Soc., 제128권, 제7390~98쪽(2006)(K. Balakrishnan 외)에는 페릴렌 디이미드 분자 위의 관능화된 공유 결합 지방족 측쇄 치환체를 사용하여 분자의 자가-어셈블리를 조절하고 재료의 전자적 특성에 영향을 미치는 뚜렷한 나노입자 형태(나노벨트 내지 나노스피어)를 생성하는 방법이 설명되어 있다. 연구된 측쇄 치환체는 선형 도데실 쇄, 및 긴 분지형 노닐데실 쇄이며 후자의 치환체는 더 치밀한 구형의 나노입자를 생성한다.
상기된 각각의 적합한 성분들과 방법들은 본 발명의 여러 양태에서 본 발명을 위해 선택될 수 있고, 상기 언급된 모든 문헌들은 본 명세서에 참조로서 전체를 인용한다.
본 발명은 나노규모의 벤즈이미다졸론 안료 입자 조성물과 이러한 조성물의 제조방법을 제공함으로써 상술된 요구 및 다른 요구들을 충족시킨다.
한 양태에서, 본 발명은
벤즈이미다졸론 안료 및
벤즈이미다졸론 안료와 비공유 결합으로 결합된 입체적으로 부피가 큰 안정화제 화합물(여기서, 결합된 안정화제가 존재함으로써 입자 성장과 응집의 정도가 제한되어 나노규모 크기의 안료 입자가 생성된다)
을 포함하는 나노규모의 안료 입자 조성물을 제공한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은,
벤즈이미다졸론 안료에 1종 이상의 유기 안료 전구체를 제공하는 단계,
벤즈이미다졸론 안료와 비공유 결합으로 결합하는 입체적으로 부피가 큰 안정화제 화합물의 용액 또는 현탁액을 제공하는 단계 및
화학적 반응을 수행하여 벤즈이미다졸론 안료 조성물을 형성함으로써 안료 전구체가 벤즈이미다졸론 안료 내로 혼입되고 벤즈이미다졸론 안료 위의 하나 이상의 관능성 잔기가 상기 안정화제와 비공유 결합으로 결합되어 입자 성장과 응집의 정도를 제한하고 나노규모의 안료 입자를 생성하는 단계를 포함하는, 나노규모의 벤즈이미다졸론 안료 입자의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 양태들은 나노규모의 벤즈이미다졸론 안료 입자 조성물 및 이러한 나노규모의 벤즈이미다졸론 안료 입자 조성물의 제조방법을 제공한다. 나노규모 안료 입자 조성물은 일반적으로 입체적으로 부피가 큰 안정화제 화합물의 관능성 그룹과 비공유 결합으로 결합된 하나 이상의 관능성 잔기를 포함하는 유기 벤즈이미다졸론 안료를 포함한다. 입체적으로 부피가 큰 결합된 안정화제의 존재는 입자 성장과 응집의 정도를 제한하여 나노규모의 입자를 제공한다.
본 발명의 나노크기의 벤즈이미다졸론 안료 입자는 잉크, 토너 등과 같은 조성물을 위한 나노 착색제로서 유용하다.
본 발명에서 벤즈이미다졸론 안료는 일반적으로 디아조 전구체인 치환된 방향족 아민과 벤즈이미다졸론 관능성 잔기를 함유한 커플링제로부터 유래된 아조-벤즈이미다졸론 종류의 유기 안료이다. 아조-벤즈이미다졸론 안료는 주로 커플링 성분의 화학적 조성에 따라 황색에서 적색 내지 갈색빛 적색 범위의 색조를 갖는 색상을 제공하는 것으로 알려져 있다.
본 발명의 아조-벤즈이미다졸론 안료의 구조는 화학식 1로 표시될 수 있으며 하나의 아조 그룹(N=N)에 함께 연결된 디아조 성분 그룹(GDC로 나타냄)과 친핵성 커 플링 성분 그룹(GCC로 나타냄)으로 구성된다.
Figure 112009013903009-PAT00001
디아조 그룹과 커플링 그룹 중 어느 하나 또는 둘 모두는 그들의 구조 내에 화학식 2의 벤즈이미다졸론 관능성 잔기를 함유할 수 있다.
Figure 112009013903009-PAT00002
상기 화학식 2에서,
Rx, Ry 및 Rz 치환체는 대부분 전형적으로 수소 및 할로겐이나, 6개 미만의 탄소원자를 갖는 작은 지방족 그룹, 10개 미만의 탄소원자를 갖는 작은 아렌 또는 헤테로사이클릭 아렌 그룹, 또는 알데하이드, 케톤, 에스테르, 산, 무수물, 우레탄, 우레아, 티올 에스테르, 티오에스테르, 크산테이트, 이소시아네이트, 티오시아네이트와 같은 카보닐 화합물의 유도체, 또는 이들 치환체의 임의의 배합물도 포함할 수 있다.
디아조 그룹(GDC)은 각종 치환된 아닐린 또는 나프틸아민 화합물로부터 유래될 수 있고 다수의 가능한 구조를 가질 수 있으나 본 발명의 안료 조성물은 하기 DC1 내지 DC5의 디아조 그룹 조성물을 포함한다:
Figure 112009013903009-PAT00003
상기 화학식에서,
별표(*)는 안료 전구체 구조물 내의 아미노 그룹(-NH2)에의 결합점, 및 안료 구조물 내의 아조 관능성 그룹(-N=N-)에의 결합점을 나타내고,
R1 내지 R7은 독립적으로 H, CH3, CO2H, CO2CH3, CO2(CH2)nCH3(여기서, n은 0 내지 5이다), CONH2, (CO)RaRb[여기서, Ra 및 Rb는 독립적으로 H, C6H5, (CH2)nCH3(여기서, n은 0 내지 12이다) 또는 (CH2)nN(CH3)2(여기서, n은 1 내지 5이다)일 수 있다], OCH3, OCH2CH2OH, NO2, SO3H, Cl, Br, I, F, 또는 하기 화학식일 수 있다:
Figure 112009013903009-PAT00004
DC2 및 DC3에서, R'는 H, (CH2)nCH3, 또는 C6H5를 나타내고, n은 1 내지 약 6의 수를 나타낸다. 일부의 경우, 디아조 그룹 전구체는 예를 들면 DC5의 구조에서와 같이 화학식 2의 벤즈이미다졸론 관능성 잔기를 갖는 치환된 아닐린 화합물일 수 있다.
커플링 성분 그룹(Gcc)은 대부분 전형적으로 벤즈이미다졸론 관능성 그룹(화학식 2)을 함유하고, 일반적으로 5-아미노벤즈이미다졸론의 아미드로 이루어진다. 아조-벤즈이미다졸론 안료의 제조시 커플링제 성분으로 사용되는 아미드로는 5-아미노벤즈이미다졸론의 아세토아세타미드(CC1로 나타냄) 및 5-아미노벤즈이미다졸론의 3-하이드록시-2-나프타미드(CC2로 나타냄)의 두 가지의 일반적 종류가 존재한다:
CC1:
Figure 112009013903009-PAT00005
CC2:
Figure 112009013903009-PAT00006
상기 화학식에서,
별표(*)는 안료 구조물 내의 아조 관능성 그룹(-N=N-)에의 결합점을 나타내고,
R6, R7, R8, R9, 및 R10은 독립적으로 H, Br, Cl, I, F 또는 CH3이다.
이들 안료를 위한 커플링 성분의 구조는 안료에 의해 생성되는 색의 범위를 결정짓는 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 화학식 CC1을 갖는 커플링 성분을 사용하여 제조한 아조-벤즈이미다졸론 안료는 황색 내지 주황색의 색조를 나타내는 반면, 화학식 CC2를 갖는 커플링 성분을 사용하면 적색 내지 갈색(또는 적갈색)의 색조를 나타낼 것이다.
황색 또는 적색 또는 갈색의 색조를 나타내는 다수의 아조계 착색제의 경우와 마찬가지로, 아조-벤즈이미다졸론 안료의 구조는 아조 그룹의 N 원자와 커플링 성분 그룹 Gcc 위의 가까운 헤테로원자 치환체의 H 원자 사이에 강한 분자내 수소 결합의 존재로 인해 하나 이상의 토오토머 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 화학식 3으로 표시된 피그먼트 레드(Pigment Red) 208(색 지수 번호 12514)의 조성물은 "아조" 토오토머(3a)와 "하이드라존" 토오토머(3b) 둘 모두에서 해시드(hashed) 결합선을 갖는 광범위한 분자내 수소 결합을 나타낸다. 화학식 1의 구조도 이러한 두 가지의 토오토머 구조 형태를 나타내는 것으로 이해된다.
피그먼트 레드 208(색 지수 번호 12514)
Figure 112009013903009-PAT00007
분자내 수소 결합의 존재 이외에도, 아조-벤즈이미다졸론 안료는 강한 분자간 수소 결합으로 인해 일차원의 연장된 망상 구조를 형성할 수 있는 것으로도 알려져 있다. 이러한 안료의 X-선 회절 패턴에서 그 증거가 발견되는데, 넓은 분자간 간격은 안료 분자쌍이 (분자간 H 결합을 통해서) 함께 강하게 결합하여 일차원 띠의 미세구조를 형성한다는 것을 암시한다(참조: K. Hunger, E.F. Paulus, D. Weber; Farbe + Lack; (1982), 88, 453, E.F. Paulus; Kristallogr. (1982), 160, 235). 화학식 4는 피그먼트 레드 208에 대한 분자간 수소 결합으로 이루어진 일차원 망상 구조를 보여준다:
Figure 112009013903009-PAT00008
추가로, 이러한 강한 분자내 및 분자간 수소 결합의 존재는 아조-벤즈이미다졸론 안료의 높은 열 안정성, 높은 광 견뢰도, 높은 색 이동 저항성 및 높은 용매 견뢰도와 같은 향상된 성능 특성을 제공한다. 분자간 수소 결합의 핵심 구조 요소이면서 상기한 향상된 견고성을 제공하는 데 도움을 주는 이러한 안료 내의 관능성 잔기는, 화학식 2로 표시된 벤즈이미다졸론 그룹이다. 이 잔기가 단일점 및 이중점 수소 결합에 쉽게 참여하는 경향이 있다면, 동일하거나 상이한 관능성 잔기를 갖는 또 다른 화합물이 분자간 수소 결합을 통해서 아조-벤즈이미다졸론 안료와 비공유 결합으로 결합할 수 있고 따라서 이러한 안료에 대한 높은 결합 친화성을 가질 것이다. 이러한 화합물은 본 명세서에서 "안정화제"로 불리우는 화합물의 그룹에 포함되며, 안료 입자의 표면 장력을 감소시키고 2개 이상의 안료 입자 또는 구 조물 사이의 인력을 무력화하여 안료의 화학적 및 물리적 구조를 안정화시키는 기능을 한다. 높은 안료 친화력을 갖는 관능성 잔기(이하 "안료-친화적" 관능성 잔기라 부른다) 이외에, 이들 안정화제 화합물은 장쇄 알킬 탄화수소 그룹 또는 알킬-아릴 탄화수소 그룹(여기서, 알킬 그룹은 선형, 사이클릭 또는 분지형 구조일 수 있고, 총 6개 이상의 탄소를 갖는다)과 같은 하나 이상의 소수성 그룹도 가질 수 있다. 이러한 안정화제 내의 추가의 소수성 그룹의 존재는 (1) 안료를 표적 비히클 또는 매트릭스 내에 더 잘 분산되도록 상용화시키는 기능과, (2) 안료 입자 둘레에 입체적으로 부피가 큰 층을 제공하여 다른 안료 입자 또는 분자가 접근하지 못하도록 함으로써 비억제적 응집 및 궁극적으로는 입자 성장을 방지 또는 제한하는 기능을 가질 수 있다. 안료와 비공유 결합으로 결합하는 안료-친화적 관능성 그룹과, 다른 안료 입자에 표면 장벽(surface barrier)을 제공하는 입체적으로 부피가 큰 하나 이상의 탄화수소 그룹을 둘 다 갖는 이러한 화합물을 "입체 안정화제"라고 부르며, 안정화를 필요로 하는 통상의 안료와 기타 입자(예: 페인트 내의 라텍스 입자, 스크래치 방지 코팅 내의 금속 산화물 나노입자 등)의 표면 특성을 변화시키기 위해 여러 방식으로 사용되고 있다.
"벤즈이미다졸론 안료의 전구체"에서 사용된 "전구체"라는 용어는 (벤즈이미다졸론 안료와 같은) 화합물의 전체 합성에서 진보된 중간체인 임의의 화학 물질일 수 있다. 여러 양태에서, 아조-벤즈이미다졸론 안료의 전구체는 임의로 착색된 화합물일 수 있거나, 아닐 수 있다. 아조-벤즈이미다졸론 안료와 전구체가 공통의 구조적 잔기 또는 특성을 갖는 양태에서는, 안료와 안료 전구체 각각에 대해 같은 설명을 반복하지 않고 편리하게 "벤즈이미다졸론 안료/안료 전구체"의 용어를 사용한다.
여러 양태에서 벤즈이미다졸론 안료/전구체는 선택된 안정화제 화합물과 함께 벤즈이미다졸론 단위 또는 분자 1개당 1개 이상의 수소 결합을 형성할 수 있다. 예를 들면, 여러 양태에서 벤즈이미다졸론 안료/전구체는 선택된 안정화제 화합물과 함께 벤즈이미다졸론 1개당 1개, 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 수소 결합을 형성할 수 있다. 이와 같이, 예를 들어 화학식 2의 벤즈이미다졸론 관능성 잔기에서, -NH 그룹의 수소 원자 및/또는 카보닐(C=O) 그룹의 산소 원자는 선택된 안정화제 화합물 위에 위치하는 상보적 산소, 질소 및/또는 수소 원자와 함께 수소 결합을 형성할 수 있다. 이와 동일한 방식으로, 벤즈이미다졸론 단위 내의 -NH 그룹의 2개의 수소 원자는 안정화제 위에 존재하는 상보적 산소 또는 질소 원자와 함께 2개의 분리된 수소 결합을 형성할 수 있다. 물론, 다른 조합도 가능하며 이들도 본 발명에 포함된다.
안정화제는 안료 합성 중에 착색제 분자들의 자가-어셈블리를 제한하고/하거나 일차 안료 입자의 응집을 제한하여 주로 나노크기의 안료 입자를 생성하는 기능을 갖는 임의의 화합물일 수 있다. 안정화제 화합물은 안료 입자 크기를 조절하는 안정화제의 기능을 달성하기 위해 충분한 입체적 부피(stric bulk)를 제공하는 탄화수소 잔기를 가져야 한다. 여러 양태에서 탄화수소 잔기는 주로 지방족이나, 다른 양태에서는 방향족 그룹도 포함할 수 있고, 일반적으로 6개 이상의 탄소원자, 예를 들면 12개 이상 또는 16개 이상의 탄소원자 및 약 100개 이하의 탄소를 함유 하고, 탄소의 실제 수는 이들 범위를 벗어날 수 있다. 탄화수소 잔기는 선형, 사이클릭 또는 분지형일 수 있고, 여러 양태에서 바람직하게는 분지형이며, 사이클로알킬 환 또는 방향족 환과 같은 사이클릭 잔기를 함유하거나 함유하지 않을 수 있다. 지방족 분지형는 각각의 분지 내에 2개 이상의 탄소, 예를 들면 6개 이상의 탄소 및 약 100개 이하의 탄소를 갖는 긴 분지형이다.
"입체적 부피"라는 용어는 비공유 결합으로 결합하게 되는 안료 또는 안료 전구체의 크기에 대한 비교에 기초하는 상대적 용어이다. 여러 양태에서, "입체적 부피"는 안료/전구체 표면에 수소가 결합된 안정화제 화합물의 탄화수소 잔기가 안료/전구체 표면에 대한 다른 화학적 존재들(예: 착색제 분자, 일차 안료 입자 또는 작은 안료 응집체)의 접근 또는 결합을 효과적으로 방지하는 삼차원의 공간적 부피를 차지할 때의 상황을 의미한다. 따라서, 안정화제는 다수의 안정화제 분자가 안료/안료 전구체와 함께 (예컨대 수소 결합, 반 데르 발스 힘(van der Waals forces), 방향족 파이-파이 상호작용 등에 의해) 비공유 결합으로 결합할 때 안정화제 분자가 일차 안료 입자에 대한 표면 장벽 성분으로 작용하여 안료 입자의 성장을 제한하고 나노크기의 안료 입자만을 제공하도록 충분히 큰 탄화수소 잔기를 가져야 한다. 예를 들면, 벤즈이미다졸론 안료인 피그먼트 레드 175와 피그먼트 옐로우 151에 대하여, 안료의 자가-어셈블리 또는 응집을 제한하고 주로 나노크기의 안료 입자를 제공할 수 있는 적합한 "입체적 부피"를 갖는 안정화제는 다음과 같은 구조를 갖는 것으로 생각된다:
Figure 112009013903009-PAT00009
적합한 안정화제 화합물은 안료/안료 전구체와의 수소 결합에 이용될 수 있는 헤테로원자를 갖는 친수성 또는 극성의 관능성 그룹과, 6개 이상 및 50개 이하의 탄소를 갖고 주로 지방족(또는 완전 포화) 그룹이나 일부 에틸렌성 불포화 그룹 및/또는 아릴 그룹을 포함할 수 있는 비극성 또는 소수성의 입체적으로 부피가 큰 그룹을 갖는 화합물들이다. 적합한 안정화제 화합물의 종류로는 피리딘, 피페리딘, 피페라진, 모르폴린 및 피롤의 모노- 및 디-카복실산, 모노- 및 디-에스테르, 및 모노- 및 디-일차 아미드 유도체; 일치환된 피리딘, 피페라진, 피페리딘, 모르폴린, 피롤, 이미다졸, 티아졸 및 이들의 양이온성 염(여기서, 치환체는 장쇄 또는 분지형 지방족 탄화수소이다); 폴리(비닐 피롤리돈) 및 폴리(비닐 피롤리돈)과 α-올레핀 또는 다른 에틸렌성 불포화 단량체 화합물의 공중합체, 예를 들면 폴리(비닐 피롤리돈-그래프트-1-헥사데칸) 및 폴리(비닐 피롤리돈-코-에이코센) 등; 폴리(비닐 이미다졸) 및 폴리(비닐 이미다졸)과 α-올레핀 또는 다른 에틸렌성 불포화 단량체 화합물의 공중합체; 폴리(비닐 피리딘) 및 폴리(비닐 피리딘)과 α-올레핀 또는 스티렌, 또는 다른 에틸렌성 불포화 단량체 화합물의 공중합체; 게르베(Guerbet) 종류의 일차 아미드 및 아미딘을 포함하는 장쇄 또는 분지형 지방족 일차 아미드 및 아미딘; 장쇄 지방족 및/또는 분지형 알데하이드 및 케톤의 세미카바자이드 및 하이드라존; 일치환된 우레아 및 N-알킬-N-메틸 우레아(여기서, 치환체는 장쇄 또는 분지형 지방족 탄화수소이다); 일치환된 구아니딘 및 구아니디늄 염(여기서, 치환체는 장쇄 또는 분지형 지방족 탄화수소이다); 2-알킬- 및 2,3-디알킬 석신이미드와 같은 일치환 및 이치환된 석신이미드, 및 일치환 및 이치환된 석신산 또는 이들의 에스테르(여기서, 하나 이상의 알킬 치환체는 6 내지 50개의 탄소원자를 갖는 장쇄 또는 분지형 지방족 탄화수소로 이루어진다); 이들의 혼합물 등이 포함된다.
이러한 적합한 안정화제 화합물의 대표적인 예로는 다음과 같은 화합물들이 포함되나 이들에 제한되지는 않는다:
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추가의 양태에서, 입체적으로 부피가 큰 안정화제 화합물 이외에, 상술된 것과 다른 구조를 갖는 기타의 안정화제 화합물을 사용하여 안료 입자 응집을 방지 또는 제한하는 표면 활성제(또는 계면활성제)로 작용하게 할 수 있다. 이러한 표면활성제의 대표적인 예로는 제한 없이 아비에트산, 데하이드로아비에트산, 피마르산, 로진 비누(예: 로진 산의 나트륨염), 로진의 수소화 유도체, 및 글리세롤 또는 펜타에리트리톨 또는 다른 분지형 알코올로부터 만들어진 이들의 알킬 에스테르 유도체와 같은 로진 천연 생성물, 2-에틸헥산올, 라우릴 알코올 및 스테아릴 알코올 및 알코올 에톡실레이트와 같은 장쇄 또는 분지형 탄화수소 알코올을 포함하는 비이온성 계면활성제; 폴리(아크릴산), 폴리(메틸 메타크릴레이트)와 같은 아크릴계 중합체, 폴리(스티렌 소디오-설포네이트) 및 폴리(스티렌)-코-폴리(알킬 (메트)아크릴레이트)와 같은 스티렌계 공중합체, 1-헥사데센, 1-옥타데센, 1-에이코센, 1-트리아콘텐 등과 같은 α-올레핀의 공중합체, 4-비닐 피리딘, 비닐-이미다졸 및 비닐 피롤리디논의 공중합체, 폴리에스테르 공중합체, 폴리아미드 공중합체, 폴리(비닐부티랄)-코-(비닐 알코올)-코-(비닐 아세테이트)와 같은 아세탈 및 아세테이트의 공중합체가 포함된다.
전구체/안료와 안정화제 사이에서 일어날 수 있는 비공유 화학 결합의 종류는 예를 들면 반 데르 발스 힘, 이온 또는 배위 결합, 수소 결합, 및/또는 방향족 파이-겹침 결합(pi-stacking bonding)이다. 여러 양태에서, 비공유 결합은 주로 수소 결합과 반 데르 발스 힘이지만, 안정화제 화합물과 전구체/안료 사이의 추가적 또는 대체적 비공유 결합 유형으로서 방향족 파이-겹침 결합을 포함할 수 있다.
전형적으로 d50으로 표시되는 "평균" 안료 입자 크기는 입자 크기 분포의 50번째 백분위수에서의 중간 입자 크기값으로 정의되며, 여기서 50%의 분포내 입자는 d50 입자 크기값보다 크고 나머지 50%의 분포내 입자는 d50값보다 작다. 평균 입자 크기는 동적 광 산란과 같은 입자 크기 추정을 위한 광 산란 기술을 사용하는 방법으로 측정할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "입자 직경"이라는 용어는 (침상형 입자의 경우에) 투과 전자 현미경(TEM)으로 생성한 입자의 화상으로부터 얻어지는 최장 치수에서의 안료 입자의 길이를 의미한다. "나노크기", "나노규모", "나노" 또는 "나노크기 안료 입자"라는 용어는 약 150㎚ 미만, 예를 들면 약 1㎚ 내지 약 100㎚, 또는 약 10㎚ 내지 약 80㎚의 평균 입자 크기, d50 또는 평균 입자 직경을 의미한다. 기하 표준 편차는 전형적으로 모집단의 중간값에 관한 주어진 특성(예: 입자 크기)의 모집단 분산을 추정하는 무차원 수이며, 로그 변환된 값의 표준 편차의 지수 값으로부터 얻어진다. 하나의 수 집합 {A1, A2,..., An}의 기하 평균(또는 중간값)을 μg라고 하면, 기하 표준 편차는 다음과 같이 산출된다:
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상술된 바와 같은 벤즈이미다졸론 안료의 나노크기 입자의 제조방법은 하나 이상의 반응 단계를 포함하는 방법이다. 디아조화 반응은 모노아조 레이크 안료의 합성을 위한 핵심 반응 단계이며, 이 반응에서는 적합하게 치환된 방향족 아민을 먼저 아질산 HNO2(아질산나트륨을 염산과 같은 묽은 양성자성 산 용액과 함께 동일 반응계 내에서 혼합하여 제조한다) 또는 니트로실 황산(NSA)(시판중이거나 아질산나트륨을 진한 황산과 함께 혼합하여 제조할 수 있다)과 같은 효과적인 디아조화 시약으로 처리하는 단계를 포함하는 표준 공정을 사용하여 디아조늄염으로 직접 또는 간접적으로 전환시킨다. 디아조화 공정은 디아조늄염을 안정하게 유지시키기 위하여 전형적으로는 저온에서 수행하지만, 일부의 경우 실온에서 수행할 수도 있다. 생성된 반응 혼합물은 주로 산성 매질 내에 용해되거나 미세 현탁된 고체로서 디아조늄염을 포함할 것이다.
벤즈이미다졸론 커플링 성분을 주로 유기 용매(예: 이소-프로판올, 테트라하이드로푸란, 메탄올, N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드 등)와 같은 다른 액체를 임의로 함유할 수 있는 물에 용해 또는 현탁시켜서 제2 용액 또는 현탁액을 제조한다. 제2 용액은 벤즈이미다졸론 커플러(coupler) 성분이 수용액 또는 미립자 현탁액을 형성하게 하고 디아조늄염 용액과의 반응을 보조하기 위해 산 또는 염기 및 완충액도 함유한다. 적합한 산, 염기 및 완충액으로는 예를 들면 수산화나트륨, 수산화칼륨, 아세트산 및 아세트산나트륨이 포함된다. 제2 용액은 임의의 표면활성제를 추가로 함유하며, 상기한 바와 같은 입체적으로 부피가 큰 안정화제 화합물을 포함한다. 이 제2 혼합물을 더 큰 용기에 넣어서 디아조늄염 용액과의 목적하는 커플링 반응을 수행한다.
추가의 양태에서, 벤즈이미다졸론 커플링 성분은 이미 만들어진 상태로 제공되거나, 지시된 제2 용액으로 형성되기 전에 적합한 전구체 재료로부터 제조될 수 있다. 적합한 전구체 재료로부터 벤즈이미다졸론 커플러 성분을 제조할 때 적합한 전구체 재료는 적합한 반응에 의해 목적하는 벤즈이미다졸론 커플러 성분을 제공하는 임의의 재료일 수 있다. 예를 들면, 출발 재료로서 화학식
Figure 112009013903009-PAT00015
의 5-아미노-벤즈이미다졸론으로부터 다수의 벤즈이미다졸론 커플러 성분이 제조될 수 있다. 5-아미노-벤즈이미다졸론을 적합한 재료와 반응시켜서 벤즈이미다졸론 커플러 성분을 제공할 수 있다.
이어서, 용해 또는 현탁된 디아조늄염을 함유한 제1 반응 혼합물을 목적하는 벤즈이미다졸론 커플러 성분의 제2 용액 또는 현탁액에 첨가하고, 상기 혼합물의 온도를 약 10℃ 내지 약 75℃ 범위가 되게 하여 수성 슬러리 내에 침전물로서 현탁된 고상의 착색제 재료를 생성하는데, 이것은 나노크기 입자로 형성된 목적하는 벤즈이미다졸론 안료 생성물이다. 벤즈이미다졸론 안료 나노입자의 최종 입자 크기, 모양 및 분포에 영향을 미칠 수 있는 다수의 화학적 및 물리적 공정 인자들로는, 출발 반응물의 화학량론, 표면활성제 및 안정화제 화합물의 선택 및 부하, 액체 매질 중의 화학적 성분의 농도, 액체 매질의 pH, 온도, 반응물 첨가 순서 및 비율, 교반 속도, 입자의 가열, 단리 및 세척과 같은 반응후 처리, 및 건조 조건이 포함된다.
여러 양태에서, 안료 나노입자의 슬러리는 추가의 가열과 같은 임의의 추가적 처리 또는 가공을 가하지 않고 대신에 진공 여과 또는 원심 분리 공정에 의해서 즉시 단리한다. 안료 입자 표면에 단단히 결합 또는 결합되지 않은 과잉의 염 또 는 첨가제를 제거하기 위하여 탈이온수를 사용하여 안료 고체를 충분히 세척할 수 있다. 안료 고체를 높은 진공하에 동결 건조 또는 진공-오븐 건조에 의해 건조한다. 얻어진 안료는 주로 나노크기의 일차 입자 및 느슨하게 응집된 고품질의 입자 응집체로 이루어지며 TEM(투과 전자 현미경)으로 측정시 약 20㎚ 내지 약 200㎚, 및 주로 약 50㎚ 내지 약 125㎚의 직경을 갖는 일차 안료 입자 및 소 응집체로 나타난다. (여기서, 평균 입자 크기 d50 및 입자 크기 분포는 브라운(Brownian) 운동을 통해 액체 분산액 내에서 사선회전(gyrating) 및 이동하는 비구형 안료 입자의 수력학적 반경을 운동 입자로부터 산란된 간접광의 강도를 측정함으로써 추정하는 광학 측정 기술인 동적 광 산란에 의해 측정한다는 사실에 주의해야 한다. 따라서, DLS(동적 광 산란) 기술에 의해 얻은 d50 입자 크기는 TEM 화상형성에 의해 관찰된 실제의 입자 직경보다 항상 더 큰 수이다.
보다 작은 입자 크기를 갖는 피그먼트 옐로우 151 및 피그먼트 레드 175와 같은 벤즈이미다졸론 안료의 안료 입자는 사용되는 농도 및 공정 조건에 따라서 입체적으로 부피가 큰 안정화제를 사용하지 않고 표면활성제(예: 로진형 표면활성제)만을 사용하여 상기 방법으로 제조될 수도 있으나, 안료 생성물은 주로 나노크기의 입자를 나타내지 않고 또한 규칙적인 형태도 나타내지 않을 것이다. 입체적으로 부피가 큰 안정화제 화합물을 사용하지 않는 경우, 상술된 방법은 전형적으로 200 내지 700㎚의 평균 입자 직경과 넓은 입자 분포 및 (길이:폭) 종횡비를 갖는 보다 큰 막대형의 입자 응집체를 생성하며, 이러한 입자는 코팅 매트릭스 내에 습윤 및/ 또는 분산시키기가 어렵고 일반적으로 불량한 색체적 특성을 제공한다. 여러 양태에서, 입체적으로 부피가 큰 적합한 안정화제 화합물과 임의의 적합한 표면활성제(예: 로진계 계면활성제 또는 알코올 에톡실레이트) 소량을 함께 사용하고 상술된 합성 방법을 이용하면 나노미터 규모의 직경과 좁은 입자 크기 분포 및 낮은 종횡비를 갖는 가장 작은 미세 안료 입자가 얻어질 것이다. 이들 화합물의 다양한 배합과 함께, 반응물의 화학량론, 농도, 첨가 비율, 온도, 교반 속도, 반응 시간 및 반응후 생성물 회수 공정과 같은 공정 인자들을 변화시키면 나노규모의 크기(약 1 내지 약 100㎚) 내지 중간규모의 크기(약 100 내지 약 500㎚) 또는 그 이상의 조정가능한 평균 입자 크기(d50)를 갖는 안료 입자를 형성할 수 있다.
이 공정의 이점으로는 상변화, 겔계 및 방사선 경화 잉크, 고체 및 비극성 액체 잉크, 용매계 잉크 및 수성 잉크 및 잉크 분산액을 포함하는 토너 및 잉크 및 코팅과 같은 벤즈이미다졸론 안료의 의도된 최종 사용 용도를 위해 입자 크기 및 조성을 조정할 수 있다는 점이 포함된다. 압전 잉크젯 인쇄에서의 최종 사용 용도에 대해 나노크기 입자는 신뢰성 있는 잉크젯 인쇄를 보장하고 안료 입자 응집으로 인한 분사구의 막힘을 방지하는 데 유리하다. 추가로, 나노크기 안료 입자는 인쇄된 화상에서 향상된 색 특성을 제공하는 데 유리하다.
여러 양태에서, 벤즈이미다졸론 안료에 대해 얻어진 나노크기 안료 입자는 동적 광 산란법 또는 TEM 화상에 의해 측정시 약 10㎚ 내지 약 250㎚, 예를 들면 약 25㎚ 내지 약 175㎚, 또는 약 50㎚ 내지 약 150㎚ 범위의 평균 입자 크기, d50 또는 평균 입자 직경을 가질 수 있다. 나노크기 안료 입자의 형상은 막대형, 판형, 침상형, 프리즘형 또는 실질적 구형을 포함하는 다수의 형태 중 하나 이상을 가질 수 있고, 나노크기 안료 입자의 종횡비는 1:1 내지 약 10:1, 예를 들면 1:1 내지 5:1 범위일 수 있으나 실제 계량은 이들 범위로부터 벗어날 수 있다.
형성된 나노규모 안료 입자 조성물은 예를 들면 통상의 펜, 마커 등에 사용되는 잉크를 포함하는 액상(수성 또는 비수성) 잉크 비히클, 액상 잉크젯 잉크 조성물, 고상 또는 상변화 잉크 조성물 등과 같은 각종 조성물에서 착색제로 사용될 수 있다. 예컨대, 착색된 나노입자는 약 60 내지 약 130℃의 용융 온도를 갖는 "저에너지" 고상 잉크, 용매계 액상 잉크 또는 알콕실화 단량체를 포함하는 방사선 경화성(예: UV 경화성) 액상 잉크, 및 심지어 수성 잉크를 포함하는 다양한 잉크 비히클로 제형화될 수 있다.
잉크 조성물 이외에, 나노규모의 벤즈이미다졸론 안료 입자 조성물은 조성물에 특정한 색의 제공이 요구되는 다른 여러 가지 응용 분야에 사용될 수 있다. 예를 들면, 조성물은 그의 응용 분야에 따라서 페인트, 수지, 렌즈, 필터, 인쇄용 잉크 등을 위한 착색제로서 통상의 안료와 동일한 방식으로 사용될 수도 있다. 단지 예로서, 여러 양태의 조성물은 다른 임의의 첨가제와 함께 중합체 입자와 나노규모 안료 입자를 포함하는 토너 조성물에 사용될 수 있고, 이것은 토너 입자로 형성되며 임의로 유동 보조제, 전하 조절제, 전하 향상제, 충전제 입자, 방사선-경화성 제제 또는 입자, 표면 이형제 등과 같은 내부 또는 외부 첨가제로 처리된다. 본 발명의 토너 조성물은 토너 수지 입자, 나노규모 안료 입자 및 다른 착색제 및 다 른 임의의 첨가제를 압출 용융 배합한 후 기계적 분쇄 및 분류하는 단계를 포함하는 다수의 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 다른 방법으로는 분무 건조, 용융 분산, 압출 가공, 분산 중합 및 현탁 중합과 같은 당업계에 잘 알려진 방법이 포함된다. 추가로, 토너 조성물은 미국 특허 제5,290,654호, 미국 특허 제5,278,020호, 미국 특허 제5,308,734호, 미국 특허 제5,370,963호, 미국 특허 제5,344,738호, 미국 특허 제5,403,693호, 미국 특허 제5,418,108호, 미국 특허 제5,364,729호, 및 미국 특허 제5,346,797호에 설명된 바와 같은 유화/응집/유착 공정에 의해 제조될 수 있다. 토너 입자를 다시 캐리어 입자와 혼합하여 현상제 조성물을 형성할 수 있다. 토너 및 현상제 조성물은 각종 전자사진 인쇄 장치에 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시에 사용될 수 있는 다양한 조성물 및 조건을 예시하는 실시예를 기재한다. 모든 비율은 달리 언급이 없는 한 중량을 기준으로 한다. 그러나 본 발명은 다양한 종류의 조성물을 사용하여 실시될 수 있고 아래에 지적된 바와 같이 상기 설명에 따른 다수의 상이한 용도를 가질 수 있음이 명백해질 것이다.
피그먼트 옐로우 151의 합성(입체적 안정화제 무사용, 계면활성제 무사용)
250㎖들이 환저 플라스크에 안트라닐산(6.0g, 제조원: Sigma-Aldrich, 미국 위스콘신주 밀워키 소재), 탈이온수(80㎖) 및 5M HCl 수용액(20㎖)을 채운다. 혼합물을 모든 고체가 용해될 때까지 실온에서 교반한 후 0℃로 냉각시킨다. 아질산 나트륨(3.2g)의 용액을 탈이온수(8㎖)에 용해시킨 후 혼합물의 내부 온도 범위가 0 내지 5℃로 유지되는 속도로 안트라닐산의 용액에 적가한다. 디아조화가 완결되면, 용액을 0.5시간 동안 더 교반한다. 커플링 반응 전에, 묽은 우레아 수용액의 분취량을 사용하여 임의의 과량의 아질산염 이온을 분해시킨다. 500㎖ 용기에 탈이온수(100㎖) 및 수산화나트륨(5.5g)을 채우고 교반하여 용해시킨 후 이 용액에 5-(아세토아세트아미도)-2-벤즈이미다졸론(10.5g, 제조원: TCI America, 미국 오리건주 포트랜드 소재)을 모든 고체가 용해될 때까지 격렬하게 교반하면서 첨가함으로써 결합 성분을 위한 제2 혼합물을 제조한다. 이어서, 빙초산(15㎖), 5M NaOH 용액(30㎖) 및 탈이온수(200㎖)를 함유하는 별도의 용액을 격렬하게 교반하면서 커플링 성분의 알칼리 용액에 적가하고, 이후 커플링 성분은 입자의 백색 현탁액으로서 침전되고 혼합물은 약산성이다. 커플링 반응을 위하여, 냉각된 디아조화 혼합물을 격렬하게 교반하면서 커플링 성분의 현탁액에 서서히 적가하여 적색을 띤 황색의 안료 슬러리를 생성한다. 슬러리를 실온에서 2시간 더 교반한 후 안료를 진공 여과하여 단리하고 탈이온수로 여러 번(250㎖씩 3회) 세척한 후 동결 건조시킨다. 적색을 띤 황색의 안료 과립을 수득하고 TEM 화상을 분석한 결과 높은 종횡비와 200 내지 500㎚의 입자 직경 범위를 갖는 막대형 입자의 커다란 응집체가 관찰된다.
피그먼트 옐로우 151의 합성(2-에틸헥산올 계면활성제 존재)
250㎖들이 환저 플라스크에 안트라닐산(3.0g, 제조원: Sigma-Aldrich, 미국 위스콘신주 밀워키), 탈이온수(40㎖) 및 5M HCl 수용액(10㎖)을 채운다. 혼합물을 모든 고체가 용해될 때까지 실온에서 교반한 후 0℃로 냉각시킨다. 아질산나트륨(1.6g)의 용액을 탈이온수(5㎖)에 용해시킨 후 혼합물의 내부 온도 범위가 0 내지 5℃로 유지되는 속도로 안트라닐산의 용액에 적가한다. 디아조화가 완결되면, 용액을 0.5시간 동안 더 교반한다. 커플링 반응 전에, 묽은 우레아 수용액의 분취량을 사용하여 임의의 과량의 아질산염 이온을 분해시킨다. 250㎖ 용기에 탈이온수(40㎖) 및 수산화나트륨(2.8g)을 채우고 교반하여 용해시킨 후 이 용액에 5-(아세토아세트아미도)-2-벤즈이미다졸론(5.25g, 제조원: TCI America, 미국 오리건주 포트랜드 소재)을 격렬하게 교반하면서 첨가하고 계면활성제로서 2-에틸헥산올(4㎖, 제조원: Sigma-Aldrich, 미국 위스콘신주 밀워키 소재)을 모든 고체가 용해될 때까지 교반하면서 첨가함으로써 결합 성분을 위한 제2 혼합물을 제조한다. 이어서, 빙초산(7.5㎖), 5M NaOH 용액(15㎖) 및 탈이온수(80㎖)를 함유하는 별도의 용액을 격렬하게 교반하면서 커플링 성분의 알칼리 용액에 적가하고, 이후 커플링 성분은 입자의 백색 현탁액으로서 침전되고 혼합물은 약산성이다. 냉각된 디아조화 혼합물을 격렬하게 교반하면서 커플링 성분의 현탁액에 서서히 적가하여 짙은 황색의 안료 고체 슬러리를 생성하고, 이것을 실온에서 2시간 더 교반하고, 이후 안료는 더 밝은 황색을 띤다. 안료 고체를 진공 여과하여 모으고 탈이온수로 3회(각각 200㎖), 메탄올(50㎖)로 세척한 후 마지막으로 탈이온수(50㎖)로 세척하고, 최종적으로 동결 건조시킨다. 담황색의 안료 과립을 수득하고 TEM 화상을 분석한 결과 약 75㎚ 내지 약 250㎚의 입자 직경 범위를 갖는 보다 작은 막대형 입자의 응집체 가 관찰된다.
피그먼트 옐로우 151의 나노크기 입자의 합성(입체적 안정화제로서 스테아릴 아미드 사용)
250㎖들이 환저 플라스크에 안트라닐산(3.0g, 제조원: Sigma-Aldrich, 미국 위스콘신주 밀워키 소재), 탈이온수(40㎖) 및 5M HCl 수용액(10㎖)을 채운다. 혼합물을 모든 고체가 용해될 때까지 실온에서 교반한 후 0℃로 냉각시킨다. 아질산나트륨(1.6g)의 용액을 탈이온수(5㎖)에 용해시킨 후 혼합물의 내부 온도가 0 내지 5℃로 유지되는 속도로 안트라닐산의 용액에 적가한다. 디아조화가 완결되면, 용액을 0.5시간 동안 더 교반한다. 커플링 반응 전에, 묽은 우레아 수용액의 분취량을 사용하여 임의의 과량의 아질산염 이온을 분해시킨다. 250㎖ 용기에 탈이온수(30㎖) 및 수산화나트륨(2.8g)을 채우고 교반하여 용해시킨 후 이 용액에 5-(아세토아세트아미도)-2-벤즈이미다졸론(5.25g, 제조원: TCI America, 미국 오리건주 포트랜드 소재)을 격렬하게 교반하면서 첨가한다. 테트라하이드로푸란(20㎖)에 용해된 스테아르아미드(1.6g, 제조원: Sigma-Aldrich, 미국 위스콘신주 밀워키)의 가온된 용액을 혼합물에 첨가한다. 이어서, 빙초산(7.5㎖), 5M NaOH 용액(15㎖) 및 탈이온수(80㎖)를 함유하는 별도의 용액을 격렬하게 교반하면서 커플링 성분의 알칼리 용액에 적가하고, 이후 커플링 성분은 백색 입자의 현탁액으로서 침전되고 약산성이다. 냉각된 디아조화 혼합물을 격렬하게 교반하면서 커플링 성분의 현탁액에 서서히 적가하여 짙은 황색의 안료 고체 슬러리를 생성하고, 이것을 실온에서 2 시간 더 교반하고, 이후 안료는 더 밝은 황색을 띤다. 안료 고체를 작은 기공 크기(800㎚ 이하)를 갖는 직물 막(membrane cloth)을 통해 진공-여과하여 모으고 탈이온수로 3회(각각 200㎖), 이어서 메탄올(50㎖)로 세척한 후 마지막으로 탈이온수(50㎖)로 세척하고, 최종적으로 동결 건조시킨다. 담황색의 안료 과립을 수득하고 TEM 화상을 분석한 결과 낮은 종횡비와 약 40㎚ 내지 약 150㎚의 입자 직경(대부분의 입자는 약 100㎚ 미만의 장직경을 갖는다)을 갖는 작은 막대형 입자의 응집체가 관찰된다.

Claims (4)

  1. 벤즈이미다졸론 안료 및
    벤즈이미다졸론 안료와 비공유 결합으로 결합된 입체적으로 부피가 큰(bulky) 안정화제 화합물(여기서, 결합된 안정화제가 존재함으로써 입자 성장과 응집의 정도가 제한되어 나노규모 크기의 안료 입자가 생성된다)
    을 포함하는 나노크기의 안료 입자 조성물.
  2. 벤즈이미다졸론 안료에 1종 이상의 유기 안료 전구체를 제공하는 단계,
    1종의 안료 전구체 위의 벤즈이미다졸론 잔기와 비공유 결합으로 결합하는 입체적으로 부피가 큰 안정화제 화합물의 용액 또는 현탁액을 제공하는 단계 및
    화학적 커플링 반응을 수행하여 벤즈이미다졸론 안료 조성물을 형성함으로써 안료 전구체가 벤즈이미다졸론 안료 내로 혼입되고 벤즈이미다졸론 안료 위의 하나 이상의 관능성 잔기가 상기 입체적 안정화제와 비공유 결합으로 결합되어 입자 성장과 응집의 정도를 제한하고 나노규모 크기의 안료 입자를 생성하는 단계를 포함하는, 나노크기의 벤즈이미다졸론 안료 입자의 제조방법.
  3. 캐리어 및
    제1항에 따른 나노크기의 안료 입자 조성물을 포함하는 착색제
    를 포함하는, 잉크 조성물.
  4. 결합제 수지 및
    제1항에 따른 나노크기의 안료 입자 조성물을 포함하는 착색제
    를 포함하는, 토너 조성물.
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