JP2000248194A - Aqueous dispersion of carbon black - Google Patents
Aqueous dispersion of carbon blackInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】優れた分散性及び分散安定性を有するカーボン
ブラック水性分散体を提供する。
【解決手段】カーボンブラック、水性媒体及び下記一般
式(1)で表される分散剤を含有することを特徴とする
カーボンブラック水性分散体。
一般式(1)
【化1】
〔式中、R1 、R2 はそれぞれ水素原子または炭素数1
〜4のアルキル基を表し(R1 、R2 は一体となって環
を形成してもよい。)、Mは水素原子、アルカリ金属原
子、アンモニウムまたはアミンを表し、m、nは0〜3
の整数を表し、1≦m+n≦3である。〕(57) Abstract: Provided is an aqueous carbon black dispersion having excellent dispersibility and dispersion stability. An aqueous carbon black dispersion comprising carbon black, an aqueous medium, and a dispersant represented by the following general formula (1). General formula (1) [Wherein, R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom or a carbon atom 1
Represents an alkyl group of 1 to 4 (R 1 and R 2 may form a ring together), M represents a hydrogen atom, an alkali metal atom, ammonium or an amine, and m and n represent 0 to 3
And 1 ≦ m + n ≦ 3. ]
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はカーボンブラックの水性
分散体に関する。The present invention relates to an aqueous dispersion of carbon black.
【0002】[0002]
【従来の技術】カーボンブラックは、着色顔料や遮光材
料として印刷インキ、塗料、プラスチック形成材料など
幅広い分野で使用されている。従来、これらの用途にお
いてはカーボンブラックを有機媒体に分散して使用する
ことが一般的であったが、最近では環境問題や人体への
影響という観点から水性化への転換が急速に進行しつつ
ある。しかしながら、カーボンブラックの多くは本来親
油性であり、水性ビヒクルに対する顔料分散性などの適
性が大幅に劣るため、通常の分散方法では満足な分散体
は得られない。そこで、従来より各種の添加剤、例えば
界面活性剤などの分散剤や水性顔料分散樹脂を用いてカ
ーボンブラックの表面を修飾し、水中分散性を付与させ
るといった方法が検討されてきた。しかし、カーボンブ
ラック粒子表面の修飾が不十分である場合には粒子同士
が容易に再凝集し分散安定性が損なわれる、また、分散
剤と分散樹脂との相溶性が悪い場合にはインキや塗料の
性能低下を招くといった問題があった。その上、用途に
合わせて分散樹脂を変更すればそれに伴い分散剤を選択
しなければならず、汎用性に欠けるといった問題もあっ
た。2. Description of the Related Art Carbon black is used in a wide range of fields such as printing inks, paints, and plastic forming materials as coloring pigments and light-shielding materials. Conventionally, in these applications, carbon black was generally used by dispersing it in an organic medium. Recently, however, the conversion to water-based has been rapidly progressing from the viewpoint of environmental problems and impact on the human body. is there. However, many carbon blacks are inherently lipophilic, and their suitability such as pigment dispersibility in an aqueous vehicle is significantly inferior. Therefore, a satisfactory dispersion cannot be obtained by a usual dispersion method. Therefore, conventionally, a method of modifying the surface of carbon black with various additives, for example, a dispersant such as a surfactant or an aqueous pigment-dispersed resin to impart dispersibility in water has been studied. However, when the surface of the carbon black particles is insufficiently modified, the particles easily re-aggregate and the dispersion stability is impaired, and when the compatibility between the dispersant and the dispersing resin is poor, inks and paints are used. However, there is a problem that the performance is deteriorated. In addition, if the dispersing resin is changed according to the application, a dispersing agent must be selected accordingly, and there is a problem that versatility is lacking.
【0003】一方、カーボンブラックに水中分散性を付
与するための種々の試みがなされ、その一つとしてカー
ボンブラックの酸化処理による親水化処理がある。酸化
処理方法としてはオゾン処理、プラズマ処理などの気相
酸化法と硝酸や過酸化水素水、過塩素酸ソーダなどを用
いる液相酸化法が考案されている。一般的な酸化処理条
件を比較すると気相酸化より液相酸化の方が効果が高
く、液相酸化の中でも、硝酸の方が過酸化水素水と比較
し表面酸性度の増加の程度が大きく、親水性をより一層
向上させることが知られている。しかし、液相酸化は処
理後の精製が困難という欠点を持つ。特に硝酸酸化で得
られたカーボンブラックについては変異原性の問題が指
摘されている。一方、気相酸化は、精製工程を必要とし
ない利点があるが、先述の通り酸性度が低いために十分
な親水性が得られないという欠点を持つ。[0003] On the other hand, various attempts have been made to impart dispersibility in water to carbon black, and one of them is a hydrophilic treatment by oxidizing carbon black. As the oxidation treatment method, a gas phase oxidation method such as ozone treatment and plasma treatment, and a liquid phase oxidation method using nitric acid, hydrogen peroxide solution, sodium perchlorate, and the like have been devised. Comparing general oxidation treatment conditions, liquid-phase oxidation is more effective than gas-phase oxidation, and among liquid-phase oxidations, nitric acid has a greater degree of increase in surface acidity than hydrogen peroxide solution, It is known that the hydrophilicity is further improved. However, liquid phase oxidation has the disadvantage that purification after treatment is difficult. In particular, the problem of mutagenicity has been pointed out for carbon black obtained by nitric acid oxidation. On the other hand, gas phase oxidation has the advantage of not requiring a purification step, but has the drawback that sufficient hydrophilicity cannot be obtained due to low acidity as described above.
【0004】その他の方法として、フッ素ガスを用いた
親水化処理法が考案されているが、保存中の性能安定性
に問題を有している。[0004] As another method, a hydrophilization treatment method using fluorine gas has been devised, but has a problem in performance stability during storage.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、これら欠点
のない優れた分散性及び分散安定性を有するカーボンブ
ラック水性分散体を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an aqueous dispersion of carbon black which does not have these disadvantages and has excellent dispersibility and dispersion stability.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、カー
ボンブラック、水性媒体及び下記一般式(1)で表され
る分散剤を含有することを特徴とするカーボンブラック
水性分散体である。 一般式(1)That is, the present invention is an aqueous carbon black dispersion comprising a carbon black, an aqueous medium and a dispersant represented by the following general formula (1). General formula (1)
【0007】[0007]
【化2】 Embedded image
【0008】〔式中、R1 、R2 はそれぞれ水素原子ま
たは炭素数1〜4のアルキル基を表し(R1 、R2 は一
体となって環を形成してもよい。)、Mは水素原子、ア
ルカリ金属原子、アンモニウムまたはアミンを表し、
m、nは0〜3の整数を表し、1≦m+n≦3であ
る。〕 さらに本発明は、カーボンブラックの全表面官能基量が
0.2ミリ当量/g以上であることを特徴とする上記の
カーボンブラック水性分散体である。[In the formula, R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms (R 1 and R 2 may be combined to form a ring), and M is Represents a hydrogen atom, an alkali metal atom, ammonium or an amine,
m and n represent an integer of 0 to 3, and 1 ≦ m + n ≦ 3. Further, the present invention is the aqueous carbon black dispersion described above, wherein the total surface functional group content of the carbon black is 0.2 meq / g or more.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】以下本発明について詳細に説明す
る。本発明に用いるカーボンブラックとしては、特に種
類や製造履歴に制約されることはなく、市販のオイルフ
ァーネスブラック、ガスファーネスブラック、サーマル
ブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラックな
ど各種のものを用いることができる。また、通常行われ
ているオゾン処理、プラズマ処理、液相酸化処理された
カーボンブラックも使用できる。さて、カーボンブラッ
クは、その製造過程において、粒子表面にカルボキシル
基(−COOH)、フェノール性水酸基(−OH)、キ
ノン基(>C=O)といった表面官能基が一般に生成さ
れる。これらの官能基の定量は、カルボキシル基(−C
OOH)およびフェノール性水酸基(−OH)について
は滴定法によって、また、キノン基(>C=O)につい
ては水素化硼素ナトリウムの水素吸収法によってそれぞ
れ求めることができる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail. The carbon black used in the present invention is not particularly limited by the type and production history, and various types such as commercially available oil furnace black, gas furnace black, thermal black, acetylene black, and channel black can be used. In addition, carbon black subjected to ordinary ozone treatment, plasma treatment, and liquid phase oxidation treatment can also be used. Now, in the process of producing carbon black, surface functional groups such as a carboxyl group (—COOH), a phenolic hydroxyl group (—OH), and a quinone group (> C = O) are generally generated on the particle surface. The quantification of these functional groups is based on the carboxyl group (-C
OOH) and phenolic hydroxyl group (-OH) can be determined by a titration method, and quinone group (> C = O) can be determined by a hydrogen absorption method of sodium borohydride.
【0010】本発明に用いるカーボンブラックにおける
上記の表面官能基の全量、すなわち、全表面官能基量は
0.2〜8.0ミリ当量/gが好ましく、1.0〜6.
0ミリ当量/gが特に好ましい。全表面官能基量が0.
2ミリ当量/gより少ないと、分散剤の吸着あるいは反
応点が少ないために十分な分散効果を得ることができな
い。一方、全表面官能基量が8.0ミリ当量/gより多
いカーボンブラックを用いた場合は、分散効果に顕著な
効果が表れにくい。また、全表面官能基量に占める各官
能基の比率については特に制限はないが、カルボキシル
基の含有量の多い方が好ましい。The total amount of the above-mentioned surface functional groups in the carbon black used in the present invention, that is, the total amount of the surface functional groups is preferably from 0.2 to 8.0 meq / g, more preferably from 1.0 to 6.0.
0 meq / g is particularly preferred. The total surface functional group content is 0.
If the amount is less than 2 meq / g, a sufficient dispersing effect cannot be obtained because the adsorption of the dispersant or the number of reaction sites is small. On the other hand, when carbon black having a total surface functional group content of more than 8.0 meq / g is used, a remarkable effect on the dispersing effect is hardly exhibited. Further, the ratio of each functional group to the total surface functional group amount is not particularly limited, but it is preferable that the content of the carboxyl group is large.
【0011】本発明に用いるカーボンブラックの粒径
は、通常のインキや塗料に用いるカーボンブラックの粒
径範囲と同様に0.01〜10μmが好ましく、0.0
1〜0.5μmが特に好ましい。ただし、ここで言う粒
径とは電子顕微鏡などで測定された平均一次粒子径を示
し、この物性値は一般にカーボンブラックの物理的特性
を表すのに用いられている。本発明における分散剤は一
般式(1)で表され、分子中、α−ナフトールスルホン
酸(塩)の水酸基に対してペリ位にアミノ基が置換した
α−ナフトール-モノ〜トリ-スルホン酸(塩)である。
一般式(1)The particle size of the carbon black used in the present invention is preferably 0.01 to 10 μm, as in the range of the particle size of the carbon black used for ordinary inks and coatings.
1 to 0.5 μm is particularly preferred. However, the particle size referred to here indicates an average primary particle size measured by an electron microscope or the like, and the physical property values are generally used to represent physical properties of carbon black. The dispersant according to the present invention is represented by the general formula (1), in which α-naphthol-mono to tri-sulfonic acid (α-naphthol-mono to tri-sulfonic acid in which the amino group is substituted at the peri-position to the hydroxyl group of α-naphtholsulfonic acid (salt) Salt).
General formula (1)
【0012】[0012]
【化3】 Embedded image
【0013】〔式中、R1 、R2 はそれぞれ水素原子ま
たは炭素数1〜4のアルキル基を表し(R1 、R2 は一
体となって環を形成してもよい。)、Mは水素原子、ア
ルカリ金属原子、アンモニウムまたはアミンを表し、
m、nは0〜3の整数を表し、1≦m+n≦3であ
る。〕 一般式(1)で表される分散剤が有するアミノ基として
は、1級アミノ基(−NH2 )およびメチルアミノ基、
エチルアミノ基、ブチルアミノ基などの2級アミノ基、
ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジブチルアミノ
基、ピペリジノ基などの3級アミノ基を例示できる。こ
れらのアミノ基は、カーボンブラックの表面官能基のう
ち酸性を示すカルボキシル基(−COOH)およびフェ
ノール性水酸基(−OH)に対して酸−塩基相互作用に
よって吸着し、特に1級アミノ基(−NH2 )について
は、酸−塩基相互作用のみならず、キノン基(>C=
O)とのアゾメチン結合(>C=N−)形成によって大
きな分散効果が得られると考えられる。[Wherein, R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms (R 1 and R 2 may form a ring together), and M is Represents a hydrogen atom, an alkali metal atom, ammonium or an amine,
m and n represent an integer of 0 to 3, and 1 ≦ m + n ≦ 3. The amino group of the dispersant represented by the general formula (1) includes a primary amino group (—NH 2 ), a methylamino group,
Secondary amino groups such as ethylamino group and butylamino group,
Examples include tertiary amino groups such as dimethylamino, diethylamino, dibutylamino, and piperidino. These amino groups are adsorbed to the carboxyl group (—COOH) and the phenolic hydroxyl group (—OH), which are acidic among the surface functional groups of carbon black, by an acid-base interaction. For NH 2 ), not only acid-base interaction but also quinone group (> C =
It is considered that a large dispersion effect can be obtained by forming an azomethine bond (> C = N-) with O).
【0014】一般式(1)で表される分散剤が有するス
ルホン酸(塩)基とは、式中のMが水素の場合はスルホ
ン酸を表し、Mがアルカリ金属、アンモニウムまたはア
ミンの場合はスルホン酸塩を表す。一般式(1)中のM
が水素原子、すなわちスルホン酸の場合、分散剤に含ま
れるアミノ基と相互作用し、分散剤同士が分子間会合を
起こしてカーボンブラックの表面官能基へのアミノ基の
吸着または反応が阻害され、十分な分散効果が得られな
い場合がある。このような場合、分散工程前または工程
中に、スルホン酸をアルカリ金属、アンモニアまたはア
ミンによって中和して用いることにより目的とするカー
ボンブラック水性分散体を得ることができる。一般式
(1)におけるスルホン酸(塩)基はアニオン性であり
カーボンブラックに親水性を付与している。The sulfonic acid (salt) group contained in the dispersant represented by the general formula (1) is a sulfonic acid when M is hydrogen, and a sulfonic acid when M is an alkali metal, ammonium or amine. Represents a sulfonate. M in the general formula (1)
Is a hydrogen atom, that is, sulfonic acid, interacts with the amino group contained in the dispersant, the dispersant causes intermolecular association, thereby inhibiting the adsorption or reaction of the amino group to the surface functional group of carbon black, In some cases, a sufficient dispersion effect cannot be obtained. In such a case, the target aqueous carbon black dispersion can be obtained by neutralizing the sulfonic acid with an alkali metal, ammonia or an amine before or during the dispersion step. The sulfonic acid (salt) group in the general formula (1) is anionic and imparts hydrophilicity to carbon black.
【0015】本発明で用いる分散剤の具体例としては、
1−アミノ−8−ヒドロキシナフタレン−2、4−ジス
ルホン酸、1−アミノ−8−ヒドロキシナフタレン−
3、6−ジスルホン酸、1−アミノ−8−ヒドロキシナ
フタレン−4−スルホン酸、またはこれらのアルカリ金
属塩、アンモニウム塩、アミン塩などを挙げることがで
きる。また、これらの分散剤は単独あるいは2種類以上
混合して用いてもよい。本発明における分散剤の添加量
は、カーボンブラック1gに対して0.01〜10mモ
ルが好ましく、0.1〜5mモルが特に好ましい。添加
量が0.01mモルより少ない場合は、カーボンブラッ
ク粒子表面への分散剤の吸着量あるいは反応量が少ない
ために満足な分散効果が得られない。一方、添加量が1
0mモルより多いと、顕著な分散効果が表れにくい。Specific examples of the dispersant used in the present invention include:
1-amino-8-hydroxynaphthalene-2,4-disulfonic acid, 1-amino-8-hydroxynaphthalene-
Examples thereof include 3,6-disulfonic acid, 1-amino-8-hydroxynaphthalene-4-sulfonic acid, and alkali metal salts, ammonium salts, and amine salts thereof. These dispersants may be used alone or in combination of two or more. The amount of the dispersant added in the invention is preferably 0.01 to 10 mmol, particularly preferably 0.1 to 5 mmol, per 1 g of carbon black. If the amount is less than 0.01 mmol, a satisfactory dispersing effect cannot be obtained because the amount of the dispersant adsorbed or reacted on the surface of the carbon black particles is small. On the other hand, if the addition amount is 1
If the amount is more than 0 mmol, a remarkable dispersing effect is difficult to appear.
【0016】本発明に用いる水性媒体としては、各種の
水性溶剤や樹脂を含む媒体を用いることができる。ここ
で水性媒体とは、水または水と相溶する有機溶剤の混合
液を表す。係る有機溶剤としては、例えば、メチルアル
コール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールな
どの低級アルコール類、N,N-ジメチルホルムアミド、
ジメチルアセトアミドなどのアミド類、アセトン、ジア
セトンアルコールなどのケトン類、テトラヒドロフラ
ン、ジオキサンなどのエーテル類、N−メチル−2−ピ
ロリドンなどを挙げることができるがこれに限定される
ものではない。また、これらの水性溶媒は単独あるいは
2種類以上混合して用いてもよい。As the aqueous medium used in the present invention, media containing various aqueous solvents and resins can be used. Here, the aqueous medium refers to water or a mixed solution of an organic solvent compatible with water. Such organic solvents include, for example, lower alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, and isopropyl alcohol, N, N-dimethylformamide,
Examples thereof include, but are not limited to, amides such as dimethylacetamide, ketones such as acetone and diacetone alcohol, ethers such as tetrahydrofuran and dioxane, and N-methyl-2-pyrrolidone. These aqueous solvents may be used alone or in combination of two or more.
【0017】また樹脂としては、通常の水性塗料用に用
いられるアクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリオキシアル
キレン樹脂、ビニル系樹脂、エポキシ樹脂、アミノ樹
脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルブチラール
樹脂、スチレン系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリエステル
樹脂などの水溶性または水分散性の樹脂を挙げることが
でき、これらを単独あるいは2種類上混合して用いるこ
とができる。これらの樹脂は水溶液型、エマルション型
などその形態に特に制限はない。また、分散性または分
散安定性の向上を目的として界面活性剤などの分散剤、
消泡剤や防腐剤などの各種添加剤を用いてもよい。Examples of the resin include acrylic resins, urethane resins, polyoxyalkylene resins, vinyl resins, epoxy resins, amino resins, polyvinyl acetal resins, polyvinyl butyral resins, styrene resins, and phenoxy resins commonly used for water-based paints. Water-soluble or water-dispersible resins such as resins and polyester resins can be mentioned, and these can be used alone or as a mixture of two or more. These resins are not particularly limited in form such as an aqueous solution type and an emulsion type. Further, a dispersant such as a surfactant for the purpose of improving dispersibility or dispersion stability,
Various additives such as an antifoaming agent and a preservative may be used.
【0018】本発明のカーボンブラック水性分散体は、
カーボンブラックと一般式(1)で表される分散剤およ
び水性媒体とを混合撹拌することによって得られる。混
合撹拌の方法に特に制限はないが、分散剤を含む水性媒
体中、粉砕機または分散機を用いてせん断応力またはメ
ディアによる衝撃力によりカーボンブラックを微分散さ
せるのが好ましい。係る粉砕機または分散機としては、
せん断応力によりカーボンブラック粒子を微分散させる
3本ロールミルや2本ロールミル、ガラスビーズやジル
コニアビーズなどのメディアの衝撃力によりカーボンブ
ラック粒子を微分散させるボールミル、アトライター、
サンドミル、コボールミル、バスケットミル、振動ミ
ル、ペイントコンディショナーなどや、せん断応力、キ
ャビテーション、衝突力、ポテンシャルコアなどを発生
させるような回転羽根によって微分散させるディスパ
ー、ホモジナイザー、クレアミックス(エム・テクニッ
ク株式会社登録商標)などや、カーボンブラック粒子同
士またはカーボンブラック粒子とビヒクルや分散機壁面
の衝突力やせん断力によって微分散させるニーダー、エ
クストルーダー、ジェットミルなどや、超音波により微
分散させる超音波分散機などを挙げることができる。ま
た、カーボンブラックと分散剤および水性媒体とを混合
撹拌する行程中またはその前後に加熱処理を行っても良
い。加熱処理温度に特に限定はないが、40℃〜100
℃であることが好ましい。The aqueous carbon black dispersion of the present invention comprises:
It is obtained by mixing and stirring carbon black, a dispersant represented by the general formula (1), and an aqueous medium. The method of mixing and stirring is not particularly limited, but it is preferable to finely disperse carbon black in an aqueous medium containing a dispersant by using a pulverizer or a disperser by shearing stress or impact force of the medium. As such a crusher or disperser,
A three-roll mill or two-roll mill for finely dispersing carbon black particles by shear stress, a ball mill, an attritor for finely dispersing carbon black particles by impact force of media such as glass beads and zirconia beads,
Disperser, homogenizer, CLEARMIX (registered by M Technic Co., Ltd.) Trademark), kneaders, extruders, jet mills, etc., which disperse finely by the collision force or shear force between carbon black particles or between carbon black particles and the vehicle or disperser, and ultrasonic dispersers, which disperse finely by ultrasonic waves Can be mentioned. Heat treatment may be performed during or before and after the step of mixing and stirring the carbon black, the dispersant, and the aqueous medium. The temperature of the heat treatment is not particularly limited.
C. is preferred.
【0019】本発明のカーボンブラック水性分散体は、
分散剤のアミノ基がカーボンブラック粒子表面の官能基
へ酸−塩基的な相互作用により吸着する。特に1級アミ
ノ基(−NH2 )については、酸−塩基相互作用以外に
キノン基(>C=O)とアゾメチン結合(>C=N−)
を形成する。いずれの場合も、分散剤のスルホン酸
(塩)基部分がカーボンブラック粒子表面に配位するこ
とによって水性媒体への分散性が向上するものと考えら
れる。本発明における分散剤の作用機構は次のように推
定する。分散剤のアミノ基はカーボンブラック粒子表面
の官能基と造塩するか、またはアゾメチン結合を形成す
る。また、分散剤のスルホン酸(塩)基部分は水性媒体
への分散性に寄与する。水酸基は下記一般式(2)およ
び(3)に表したようにアミノ基の窒素原子と水素結合
することにより、カーボンブラックと表面処理剤の造塩
体またはアゾメチン結合とを熱力学的に安定化させるこ
とによりカーボンブラックと分散剤とを強固に結合させ
る機能を持つと考えられる。The aqueous carbon black dispersion of the present invention comprises:
The amino group of the dispersant adsorbs to the functional group on the surface of the carbon black particle by an acid-base interaction. In particular, regarding the primary amino group (—NH 2 ), in addition to the acid-base interaction, a quinone group (> C = O) and an azomethine bond (> C = N—)
To form In any case, it is considered that the dispersibility in the aqueous medium is improved by the coordination of the sulfonic acid (salt) group portion of the dispersant on the surface of the carbon black particles. The mechanism of action of the dispersant in the present invention is estimated as follows. The amino group of the dispersant forms a salt with a functional group on the surface of the carbon black particles or forms an azomethine bond. The sulfonic acid (salt) group portion of the dispersant contributes to dispersibility in an aqueous medium. As shown in the following general formulas (2) and (3), the hydroxyl group forms a hydrogen bond with the nitrogen atom of the amino group to thermodynamically stabilize the carbon black and the salt-forming product of the surface treating agent or the azomethine bond. This is considered to have a function of firmly binding the carbon black and the dispersant.
【0020】一般式(2)General formula (2)
【0021】[0021]
【化4】 Embedded image
【0022】〔式中、R1 、R2、M、m、nは前記と
同じ意味を表す。〕 一般式(3)Wherein R 1 , R 2 , M, m and n have the same meaning as described above. General formula (3)
【0023】[0023]
【化5】 Embedded image
【0024】〔式中、M、m、nは前記と同じ意味を表
す。〕 すなわち、本発明における分散剤の分子構造上の最も重
要な点は、ナフタレン環のペリ位にアミノ基と水酸基と
が置換していることである。それによって分散剤がカー
ボンブラック粒子表面に強固に吸着または化学結合する
ことができると考えられる。それゆえ、α−ナフトール
の水酸基のペリ位にアミノ基が置換したα−ナフトール
-モノ〜トリ-スルホン酸(塩)類であることに優れた分
散効果の要因があるのであって、ナフタレン環上のそれ
以外の位置にたとえ他の置換基があっても水酸基中水素
原子による六員環構造形成の範疇を越えるものではな
い。すなわち、その六員環上の水素結合力を電子論的に
多少強めることはあるが、本質的な点ではなく、同一線
上に包含されるものである。[Wherein, M, m and n represent the same meaning as described above. That is, the most important point in the molecular structure of the dispersant in the present invention is that an amino group and a hydroxyl group are substituted at the peri-position of the naphthalene ring. Thereby, it is considered that the dispersant can be strongly adsorbed or chemically bonded to the carbon black particle surface. Therefore, α-naphthol in which an amino group is substituted at the peri position of the hydroxyl group of α-naphthol
-Mono- to tri-sulfonic acids (salts) have an excellent dispersing effect, even if there are other substituents at other positions on the naphthalene ring. It does not go beyond the category of forming a six-membered ring structure. That is, although the hydrogen bonding force on the six-membered ring may be somewhat enhanced electronically, this is not an essential point and is included on the same line.
【0025】以上述べた作用機構により、本発明のカー
ボンブラック水性分散体は、優れた分散安定性を有し、
高漆黒性、高光沢、高濃度な塗布膜を得ることができ
る。なお、本発明のカーボンブラック水性分散体は、印
刷インキ、塗料、化粧品、筆記用インキ、トナー、電子
写真用材料、インクジェットなどの記録材料、プラスチ
ックなどの着色剤など広範囲の分野に利用可能である。By the action mechanism described above, the aqueous carbon black dispersion of the present invention has excellent dispersion stability,
A highly jet-black, high-gloss, high-density coating film can be obtained. The aqueous carbon black dispersion of the present invention can be used in a wide range of fields such as printing inks, paints, cosmetics, writing inks, toners, electrophotographic materials, recording materials such as ink jets, and colorants such as plastics. .
【0026】[0026]
【実施例】本発明を実施例を用いて説明する。例中、
「部」「%」は、それぞれ「重量部」「重量%」であ
る。実施例で用いたカーボンブラックの各表面官能基量
は、下記の方法により測定し、それらを合計し全表面官
能基量を求めた。その結果を表1に示した。 (1)カルボキシル基(−COOH)量の測定 乾燥カーボンブラック1gを1mg単位で秤量し、0.
1規定の炭酸水素ナトリウム水溶液50ml中で4時間
振盪して反応させた後、濾過し、濾液の上澄み液20m
lを採取して0.01規定の塩酸水溶液で滴定する。カ
ルボキシル基量は、カーボンブラック1g中のミリ当量
(meq./g)として下式に従って求めた。 カルボキシル基量=(50/20×0.01×( 滴定量−空滴定
量) )/カーボンブラック試料重量 (2)水酸基(−OH)量の測定 乾燥カーボンブラック1gを1mg単位で秤量し、0.
1規定の水酸化ナトリウム水溶液50ml中で4時間振
盪して反応させた後、濾過し、濾液の上澄み液20ml
を採取して0.01規定の塩酸水溶液で滴定する。これ
より、水酸基量とカルボキシル基量の合計量を、カーボ
ンブラック1g中のミリ当量(meq./g)として下
式に従って求めた。 ( カルボキシル基+水酸基) 量=(50/20×0.01×( 滴
定量−空滴定量) )/カーボンブラック試料重量 この合計量から先に求めたカルボキシル基量を差し引い
て、水酸基量を求めた。 (3)キノン基(>C=O)量 乾燥カーボンブラック3gを1mg単位で秤量し、水素
化ホウ素ナトリウム100mgを0.1規定の水酸化ナ
トリウム水溶液に溶解したもの50ml中で2時間反応
させた後、6規定の硫酸水溶液を加えた時に発生する水
素ガス量を測定する。空試験も行い発生する水素ガス量
を求める。キノン基量は、カーボンブラック1g中のミ
リ当量(meq./g)として下式に従って求めた。キ
ノン基量=反応した水素化ホウ素ナトリウム量/カーボ
ンブラック試料重量DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described with reference to embodiments. In the example,
“Parts” and “%” are “parts by weight” and “% by weight”, respectively. The amount of each surface functional group of the carbon black used in the examples was measured by the following method, and they were summed to obtain the total amount of surface functional groups. The results are shown in Table 1. (1) Measurement of Carboxyl Group (—COOH) Amount 1 g of dry carbon black was weighed in units of 1 mg, and 0.1 g was measured.
The reaction was carried out by shaking for 4 hours in 50 ml of a 1N aqueous sodium hydrogen carbonate solution, followed by filtration, and the supernatant of the filtrate was 20 m
1 is collected and titrated with a 0.01 N hydrochloric acid aqueous solution. The amount of carboxyl group was determined as a milliequivalent (meq./g) in 1 g of carbon black according to the following formula. Carboxyl group amount = (50/20 × 0.01 × (titration−empty titration)) / carbon black sample weight (2) Measurement of hydroxyl group (—OH) amount
The reaction was carried out by shaking for 4 hours in 50 ml of a 1N aqueous sodium hydroxide solution, followed by filtration, and 20 ml of the supernatant of the filtrate.
And titrated with a 0.01 N aqueous hydrochloric acid solution. From this, the total amount of the hydroxyl group amount and the carboxyl group amount was determined as the milliequivalent (meq./g) in 1 g of carbon black according to the following equation. (Carboxyl group + hydroxyl group) amount = (50/20 × 0.01 × (titration-empty titration)) / carbon black sample weight The amount of carboxyl groups previously determined was subtracted from the total amount to determine the amount of hydroxyl groups. (3) Quinone group (> C = O) amount 3 g of dry carbon black was weighed in 1 mg unit, and 100 mg of sodium borohydride dissolved in 0.1N aqueous sodium hydroxide solution was reacted for 2 hours in 50 ml. Thereafter, the amount of hydrogen gas generated when a 6N aqueous sulfuric acid solution is added is measured. A blank test is also performed to determine the amount of hydrogen gas generated. The quinone group content was determined as the milliequivalent (meq./g) in 1 g of carbon black according to the following formula. Quinone group content = reacted sodium borohydride content / carbon black sample weight
【0027】[0027]
【表1】 [Table 1]
【0028】また、実施例により得られたカーボンブラ
ック水性分散体の評価については下記の方法で行った。
分散体の粘度は超音波型粘度計(VM−1A−L 山一
電機株式会社製)で測定した。粒度分布はレーザー粒径
解析装置(MICROTRAC UPA 日機装株式会
社製)で測定し、平均粒径を求めた。また、50℃にお
いて1週間経時させた時の分散体中の沈降物の状態を調
べ、○×△で評価した。○は沈殿物無し。△は若干の沈
殿物有り。×は多量の沈殿物があることを表す。評価結
果は表2に示した。The carbon black aqueous dispersions obtained in the examples were evaluated by the following methods.
The viscosity of the dispersion was measured with an ultrasonic viscometer (VM-1A-L, manufactured by Yamaichi Electric Co., Ltd.). The particle size distribution was measured with a laser particle size analyzer (MICROTRAC UPA, manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) to determine the average particle size. Further, the state of the sediment in the dispersion when the dispersion was aged at 50 ° C. for one week was examined and evaluated by ○ × △. ○ indicates no precipitate. △ indicates slight precipitation. X indicates that there is a large amount of precipitate. The evaluation results are shown in Table 2.
【0029】実施例1 カーボンブラックA 20.0部、1−アミノ−8−ヒ
ドロキシナフタレン−4−スルホン酸アンモニウム塩
6.0部、精製水74.0部からなる組成物にジルコニ
アビーズを加え、ペイントシェーカー(レッドデビル社
製)で90分分散し、70℃で2時間加熱処理してカー
ボンブラック水性分散体を得た。 実施例2 カーボンブラックA 20.0部、1−アミノ−8−ヒ
ドロキシナフタレン−3、6−ジスルホン酸ジナトリウ
ム塩4.0部、精製水76.0部からなる組成物にジル
コニアビーズを加え、ペイントシェーカー(レッドデビ
ル社製)で90分分散し、カーボンブラック水性分散体
を得た。Example 1 Zirconia beads were added to a composition comprising 20.0 parts of carbon black A, 6.0 parts of ammonium 1-amino-8-hydroxynaphthalene-4-sulfonate, and 74.0 parts of purified water. The mixture was dispersed for 90 minutes using a paint shaker (manufactured by Red Devil Co.) and heat-treated at 70 ° C. for 2 hours to obtain an aqueous carbon black dispersion. Example 2 Zirconia beads were added to a composition consisting of 20.0 parts of carbon black A, 4.0 parts of 1-amino-8-hydroxynaphthalene-3, 6-disulfonate disodium salt and 76.0 parts of purified water, The mixture was dispersed for 90 minutes using a paint shaker (manufactured by Red Devil Co.) to obtain an aqueous carbon black dispersion.
【0030】実施例3 カーボンブラックA 20.0部、1−アミノ−8−ヒ
ドロキシナフタレン−2、4−ジスルホン酸ジナトリウ
ム塩4.0部、精製水76.0部からなる組成物にジル
コニアビーズを加え、ペイントシェーカー(レッドデビ
ル社製)で90分分散し、50℃で4時間加熱処理して
カーボンブラック水性分散体を得た。 実施例4 カーボンブラックB 20.0部、1−アミノ−8−ヒ
ドロキシナフタレン−4−スルホン酸カリウム塩6.5
部、精製水94.4部からなる組成物にジルコニアビー
ズを加え、ペイントシェーカーで90分分散し、カーボ
ンブラック水性分散体を得た。EXAMPLE 3 Zirconia beads were added to a composition comprising 20.0 parts of carbon black A, 4.0 parts of 1-amino-8-hydroxynaphthalene-2,4-disulfonate disodium salt and 76.0 parts of purified water. Was added, and the mixture was dispersed in a paint shaker (manufactured by Red Devil Co.) for 90 minutes, and heat-treated at 50 ° C. for 4 hours to obtain an aqueous carbon black dispersion. Example 4 20.0 parts of carbon black B, 1-amino-8-hydroxynaphthalene-4-sulfonic acid potassium salt 6.5
Zirconia beads were added to a composition composed of 94.4 parts of purified water and 94.4 parts of purified water, and dispersed with a paint shaker for 90 minutes to obtain an aqueous carbon black dispersion.
【0031】実施例5 カーボンブラックC 20.0部、1−アミノ−8−ヒ
ドロキシナフタレン−4−スルホン酸アンモニウム塩
5.6部、精製水74.4部からなる組成物にジルコニ
アビーズを加え、ペイントシェーカーで90分分散し、
50℃で4時間加熱処理してカーボンブラック水性分散
体を得た。 比較例1 カーボンブラックA 20.0部、精製水80.0部か
らなる組成物にジルコニアビーズを加え、ペイントシェ
ーカーで90分分散し、カーボンブラック水性分散体を
得た。Example 5 Zirconia beads were added to a composition comprising 20.0 parts of carbon black C, 5.6 parts of ammonium 1-amino-8-hydroxynaphthalene-4-sulfonate, and 74.4 parts of purified water. Disperse with a paint shaker for 90 minutes,
Heat treatment was performed at 50 ° C. for 4 hours to obtain an aqueous carbon black dispersion. Comparative Example 1 Zirconia beads were added to a composition consisting of 20.0 parts of carbon black A and 80.0 parts of purified water, and dispersed with a paint shaker for 90 minutes to obtain an aqueous carbon black dispersion.
【0032】比較例2 カーボンブラックB 20.0部、精製水80.0部か
らなる組成物にジルコニアビーズを加え、ペイントシェ
ーカーで90分分散し、カーボンブラック水性分散体を
得た。 比較例3 カーボンブラックC 20.0部、精製水80.0部か
らなる組成物にジルコニアビーズを加え、ペイントシェ
ーカーで90分分散し、カーボンブラック水性分散体を
得た。Comparative Example 2 Zirconia beads were added to a composition consisting of 20.0 parts of carbon black B and 80.0 parts of purified water, and dispersed with a paint shaker for 90 minutes to obtain an aqueous carbon black dispersion. Comparative Example 3 Zirconia beads were added to a composition consisting of 20.0 parts of carbon black C and 80.0 parts of purified water, and dispersed with a paint shaker for 90 minutes to obtain an aqueous carbon black dispersion.
【0033】実施例1、2と比較例1を比べると、本発
明の分散剤を用いている実施例の方がカーボンブラック
の分散性および分散安定性が著しく向上していることが
わかる。実施例3、4と比較例2、あるいは実施例5と
比較例3を比べても同様の効果が確認できる。Comparing Examples 1 and 2 with Comparative Example 1, it can be seen that Examples using the dispersant of the present invention have significantly improved dispersibility and dispersion stability of carbon black. Similar effects can be confirmed by comparing Examples 3 and 4 with Comparative Example 2, or comparing Example 5 with Comparative Example 3.
【0034】[0034]
【表2】 [Table 2]
【0035】[0035]
【発明の効果】本発明のカーボンブラック水性分散体
は、カーボンブラック粒子表面の官能基へ分散剤中のア
ミノ基が吸着あるいは化学結合し、さらに分散剤中の水
酸基の作用でカーボンブラックと分散剤の造塩体または
アゾメチン結合が熱力学的に安定化されることによって
カーボンブラックと分散剤とが強固に結合し、しかも、
スルホン酸(塩)基部分がカーボンブラック粒子表面に
配位することで水性媒体への優れた分散性を得ることが
できた。According to the aqueous carbon black dispersion of the present invention, the amino group in the dispersant is adsorbed or chemically bonded to the functional group on the surface of the carbon black particles, and the carbon black and the dispersant are further acted on by the action of the hydroxyl group in the dispersant. The carbon black and the dispersant are firmly bonded by thermodynamically stabilizing the salt form or azomethine bond of
The coordination of the sulfonic acid (salt) group portion on the surface of the carbon black particles could provide excellent dispersibility in an aqueous medium.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4J002 BC001 BE061 BF001 BG001 BG021 CC131 CD001 CF001 CH001 CH071 CK021 DA036 EV237 EV257 FD016 HA06 HA07 4J037 AA02 CB04 CB07 CB08 CB16 CB17 CB19 CB21 CC00 DD05 DD23 DD24 DD30 EE28 EE43 FF15 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page F-term (reference) 4J002 BC001 BE061 BF001 BG001 BG021 CC131 CD001 CF001 CH001 CH071 CK021 DA036 EV237 EV257 FD016 HA06 HA07 4J037 AA02 CB04 CB07 CB08 CB16 CB17 CB19 CB21 CC00 DD05 EE28 DD24 DD30
Claims (2)
般式(1)で表される分散剤を含有することを特徴とす
るカーボンブラック水性分散体。 一般式(1) 【化1】 〔式中、R1 、R2 はそれぞれ水素原子または炭素数1
〜4のアルキル基を表し(R1 、R2 は一体となって環
を形成してもよい。)、Mは水素原子、アルカリ金属原
子、アンモニウムまたはアミンを表し、m、nは0〜3
の整数を表し、1≦m+n≦3である。〕1. An aqueous carbon black dispersion comprising: carbon black; an aqueous medium; and a dispersant represented by the following general formula (1). General formula (1) [Wherein, R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom or a carbon atom 1
Represents an alkyl group of 1 to 4 (R 1 and R 2 may form a ring together), M represents a hydrogen atom, an alkali metal atom, ammonium or an amine, and m and n represent 0 to 3
And 1 ≦ m + n ≦ 3. ]
0.2ミリ当量/g以上であることを特徴とする請求項
1記載のカーボンブラック水性分散体。2. The aqueous dispersion of carbon black according to claim 1, wherein the total surface functional group content of the carbon black is 0.2 meq / g or more.
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- 1999-03-01 JP JP11052091A patent/JP2000248194A/en active Pending
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