JP4046785B2

JP4046785B2 - 非導電性炭素質粉体及びその製造方法

Info

Publication number: JP4046785B2
Application number: JP15048396A
Authority: JP
Inventors: 俊夫吉原
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1996-05-23
Filing date: 1996-05-23
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2016-05-23
Also published as: JPH09309710A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非導電性炭素質粉体に関し、更に詳しくは高い遮光性、黒色度及び非導電性が要求される用途において使用される非導電性炭素質粉体であって、プリント基板の着色、ブラウン管のシャドウマスク、液晶表示装置用カラーフィルターのブラックマトリックス等に非導電性黒色層を与えることができる非導電性炭素質粉体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ブラウン管のシャドウマスク、液晶表示装置用カラーフィルターのブラックマトリックス等の製造に際しては、非導電性黒色塗膜を与える塗料が求められてきた。従来、これらの塗料に使用される黒色顔料としては、酸化鉄系黒色顔料或いは黄色、赤色及び青色等の有機顔料を配合してなる黒色顔料が使用されてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの顔料を用いて形成される塗膜では黒色隠蔽度が不十分であることや、材料自体が高価であるという欠点を有している。
カーボンブラック等の炭素質粉体は黒色度が優れ、安価であることから上記の如き用途の塗料の顔料として広く使用されてきたが、炭素質粉体には本来導電性があり、非導電性が要求される場合には適しておらず、非導電性が要求される用途に使用する場合には、塗料中の炭素質粉体の含量を極端に低くしなければならないという問題を有していた。
【０００４】
これらの問題に対し、本発明者らは、既にに炭素質粉体に静電的吸引力により絶縁化物を直接吸着させる、或いは結合剤を用いて炭素質粉体の表面の一部に絶縁化物を固定する方法を提案しているが、直接静電的吸引力で絶縁化物を付着させる場合は、絶縁化物が炭素質粉体から剥がれやすく、塗料中に炭素質粉体に付着していない絶縁化物が多く存在し、これらの付着していない絶縁化物が、塗膜にした場合に膜の均一性や遮光性を低下させる原因となる。又、結合剤を用いた場合、炭素質粉体に付着していない絶縁化物の量を抑えることができるが、炭素質粉体、或いは絶縁化物に結合剤を導入する操作は、一般に複雑で、充分な絶縁化効果を持つ結合剤の結合活性は高く、空気中の水分で結合活性が失活するため、品質の安定した非導電性炭素質粉体を大量に作製する際には問題がある。
【０００５】
更に、絶縁化物として使用される微粒子の粒子径は、炭素質粉体の遮光性を損なわないためには充分に小さくする必要があるが、微粒子の粒子径を小さくすると、その凝集力が強くなり、凝集構造を破壊することが困難となるため、絶縁化物は微粒子の集合体として炭素質粉体に吸着し、結果としてその遮光性を低下させることとなる。
【０００６】
従って本発明の目的は、炭素質粉体表面と絶縁化物の両者に対し、強い親和性を有する有機高分子化合物を用いることで、炭素質粉体の少なくとも一部に絶縁化物を選択的に吸着及び被覆する操作を簡便に行うことができ、且つ絶縁化物の剥離や凝集も起こりにくくすることで、炭素質材料の導電性を排除し、塗膜に絶縁性を付与することが可能な黒色塗料に用いることができる非導電性炭素質粉体を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は以下の本発明によって達成される。即ち、本発明は、炭素質粉体の表面の少なくとも一部が、炭素質粉体に対し親和性を有する有機高分子化合物、及び該有機高分子化合物に対して親和性を有する絶縁化物の少なくとも１種で被覆され、前記有機高分子化合物が、イミニウムイオン生成基を有することを特徴とする非導電性炭素質粉体、及びその製造方法である。
【０００８】
炭素質粉体の表面の少なくとも一部を、前記の如き炭素質粉体に対し親和性を有する有機高分子化合物、及び該有機高分子化合物に対し親和性を有する絶縁化物で被覆することによって、炭素質粉体の導電性を排除し、塗膜に絶縁性を付与することが可能な黒色塗料に用いることができる非導電性炭素質粉体を提供することができる。
【０００９】
本発明では、炭素質粉体の有する固有の導電性及び塗膜中の炭素質粉体の連鎖による塗膜の導電性を、炭素質粉体の少なくとも表面の一部を絶縁化物で被覆することによって、炭素質粉体相互の連鎖を遮断して導電性を無くし、これらの非導電性炭素質粉体を塗料に使用することによって、形成される塗膜の絶縁化を図ることができる。
又、この時、炭素質粉体表面の少なくとも一部を、炭素質粉体に対し親和性を有する有機高分子化合物で覆い、更に該有機高分子化合物に対し親和性を有する絶縁化物で覆うことで、膜の均一性や遮光性を損なわず、塗膜を得る操作も簡便に行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に好ましい実施の形態を挙げて本発明を更に詳しく説明する。
本発明でいう非導電性炭素質粉体とは、炭素質粉体の表面の少なくとも一部が、炭素質粉体に対して親和性を有する有機高分子化合物、及び該有機高分子化合物に対して親和性を有する絶縁化物によって被覆された炭素質粉体である。
【００１１】
本発明で使用する炭素質粉体としては、例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラックや、天然又は人造の黒鉛等があり、その他のカーボンホイスカー、カーボンファイバーやグラファイトファイバー、カーボンナノチューブ等の短繊維等を挙げることができ、これらの炭素質粉体は単独で使用することができる他、２種以上を組み合わせて使用することもできる。
【００１５】
上記炭素質粉体の表面を被覆する炭素質粉体に対し親和性を有する有機高分子化合物が、Ｎ−アルキルアミノベンゾフェノン等のアミノベンゾフェノン類やＮ−アルキルカプロラクタム等のラクタム類からの、いわゆるイミニウムイオンを生成する官能基を有する場合には、炭素質粉体の種類や極性基の有無を問わず、その表面に対し著しい親和性を有するため、極性基の少ない炭素質粉体を用いる場合や、より選択的な有機高分子化合物の吸着が必要な場合は特に好ましく用いられる。
【００１７】
更に、炭素質粉体に対して、種類の有無を問わず、その表面に対し著しい親和性を有するアミノベンゾフェノン類やラクタム類等のイミニウムイオン生成基を有する有機高分子化合物は、本発明で使用される絶縁化物に対しても良好な親和性を有するため、表面の酸化物層が少ない絶縁化物を用いる場合等は特に好ましく使用される。
【００１８】
上記炭素質粉体を被覆する絶縁化物としては、金属化合物の加水分解物、部分加水分解物、無機化合物粒子、及びそれらの混合物から選択された少なくとも１種の無機粒子である。これらの無機粒子のうちで、加水分解物又は部分加水分解物としては、無機金属塩、有機酸塩、有機金属化合物、有機金属錯体、及びそれらの誘導体の１種又は２種以上を組み合わせて加水分解又は部分加水分解した無機粒子を使用することができる。
これらの無機粒子は、炭素質粉体表面に有機高分子化合物を介して吸着し、その場で殆ど凝集することなく絶縁化物として析出するため、炭素質粉体の少なくとも一部を絶縁化物で被覆することができる。
【００１９】
これらの加水分解物又は部分加水分解物から得られる絶縁化物は、その大きさが数μｍ以下のいわゆる超微粒子である場合が殆どであって、炭素質粉体の表面に析出した場合も、その遮光性を全く損なわずに絶縁性のみを炭素質粉体に付与することが可能となる。
上記炭素質粉体の表面を被覆する絶縁化物のうち、無機化合物粒子としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化鉄及び二酸化ケイ素等の金属酸化物、及び窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の金属窒化物、及びフッ化マグネシウム等の金属フッ化物、及び炭化アルミニウム等の金属炭化物等の非導電性の微粒子の１種又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００２０】
又、黒色塗膜を形成する塗料組成物に合せて、これらの無機化合物粒子の表面を改質し、その表面に親水性又は新油性を持たせることもできる。これらの無機化合物粒子は、非導電性であれば特に限定されないが、安価で取扱が容易であり、又、有機高分子化合物との親和性に優れ、且つ人体に対しても無害な二酸化ケイ素微粒子が好ましい。
これらの無機化合物粒子はその大きさを任意に選択することが可能なので、炭素質粉体が複雑な形状を持ち、その一部を加水分解物、及び部分加水分解物からの絶縁化物で被覆しただけでは、炭素質粉体同士の連鎖を防げない場合には特に好ましく用いることができる。
【００２１】
本発明においては、上記絶縁化物として前記加水分解物又は部分加水分解物と無機化合物微粒子とを組み合わせて用いることも可能である。この組合せを用いて本発明の非導電性炭素質粉体を製造した場合、絶縁化物のうちの加水分解物又は部分加水分解物は、それ自身が炭素質粉体表面に有機高分子化合物を介して析出すると同時に、炭素質粉体表面に吸着した無機化合物粒子と無機物膜を形成して炭素質粉体表面を被覆することも可能となる。
又、本発明で使用する絶縁化物は、炭素質粉体を含む塗料中における炭素質粉体の微小化及び粒子径の均一安定化等の分散安定化剤としての効果も有する。
【００２２】
本発明の非導電性炭素質粉体の実現のためには、予め炭素質粉体に対して親和性を有する上記有機高分子化合物を炭素質粉体の少なくとも一部に吸着させた後、絶縁化物を添加及び吸着させて非導電性炭素質粉体とする場合と、炭素質粉体を分散させた溶剤中で炭素質粉体に対して親和性を有する有機高分子化合物を合成し、その表面の少なくとも一部に吸着させた後、絶縁化物を添加及び吸着させて非導電性炭素質粉体とする場合が挙げられ、必要に応じて両者を選択することができる。
【００２３】
本発明の非導電性炭素質粉体の製造は、炭素質粉体の表面に対して親和性を有する有機高分子化合物を使用することで、結合剤の結合活性を保持するために大気中の水分との接触を極力避ける等の複雑な操作を要した従来法に比べ、同等の特性を容易に実現することが可能となる。
【００２４】
以上の本発明において炭素質粉体の表面を被覆するために使用する有機高分子化合物、及び該有機高分子化合物に対して親和性を有する絶縁化物の使用量は、被覆されるべき炭素質粉体の表面積にもよるが、一般的には炭素質粉体１００重量部当たり有機高分子化合物が約０．１〜２００重量部、好ましくは約１０〜１００重量部であり、絶縁化物が約０．１〜３００重量部、好ましくは約１０〜２００重量部である。有機高分子化合物及び絶縁化物の使用量が多すぎると、炭素質粉体の優れた遮光性が損われ、一方、使用量が少なすぎると炭素質粉体の絶縁性が低下する。
【００２５】
【実施例】
次に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。尚、例中、「部」は重量部を意味する。体積抵抗値は、炭素質粉体をエポキシ樹脂に対して５０重量％分散させ、この分散ペーストをＩＴＯ成膜済みガラス基板板上に塗布し、１５０℃で９０分間乾燥後、厚さ方向の抵抗値を測定して求めた。
実施例１
（１）炭素質粉体分散液
ＭＣＦ＃９７０（三菱化学（株）製、カーボンブラック顔料）５部
エタノール９５部
からなる混合物を撹拌混合し、炭素質粉体分散液を得た。
【００２６】
（２）有機高分子化合物による被覆
上記（１）の炭素質粉体分散液９６部
両末端をε−カプロラクトンで封止したポリアクリル酸４部
（分子量１万）
からなる混合物を２５℃で３時間撹拌し、カーボンブラック表面への有機高分子化合物の吸着処理を行った。
（３）絶縁化物による被覆
上記（２）の炭素質粉体分散液８７部
テトラエトキシシラン１０部
０．００１Ｎ塩酸水溶液３部
からなる混合物を２５℃で１０時間撹拌し、炭素質粉体表面へ有機高分子化合物を介してテトラエトキシシランの加水分解物による被覆処理を行った。
以上得られた加水分解物被覆炭素質粉体を濾過及び洗浄して未反応物を除去した後、充分乾燥し、粉砕して本発明の非導電性炭素質粉体を得た。
【００２７】
実施例２
（１）炭素質粉体分散液
ＭＣＦ＃９７０（三菱化学（株）製、カーボンブラック顔料）５部
エタノール９５部
からなる混合物を撹拌混合し、炭素質粉体分散液を得た。
（２）有機高分子化合物による被覆
上記（１）の炭素質粉体分散液９５部
２−メチル２−オキサゾリン３部
アクリル酸２部
からなる混合物を２５℃で８時間撹拌し、カーボンブラック表面への有機高分子化合物の吸着処理を行った。
【００２８】
（３）絶縁化物による被覆
上記（２）の炭素質粉体分散液８７部
テトラエトキシシラン１０部
０．００１Ｎ塩酸水溶液３部
からなる混合物を２５℃で１０時間撹拌し、炭素質粉体表面へ有機高分子化合物を介してテトラエトキシシランの加水分解物による被覆処理を行った。
以上得られた加水分解物被覆炭素質粉体を濾過及び洗浄して未反応物を除去した後、充分乾燥し、粉砕して本発明の非導電性炭素質粉体を得た。
【００２９】
比較例１
実施例１で有機高分子化合物による被覆処理を行わず、炭素質粉体分散液８７重量部にテトラエトキシシラン１０重量部と０．００１Ｎ塩酸水溶液３重量部を加え、２５℃で１０時間撹拌した後、実施例１と同様の操作で炭素質粉体を取出した。
（体積抵抗値の測定例）
ＭＣＦ＃９７０単独、各実施例及び比較例における炭素質粉体の体積抵抗値を表１に示す。
【００３０】
【表１】

比較例において作製した炭素質粉体は、有機高分子化合物による被覆が行われておらず、絶縁化物を炭素質粉体表面に吸着させることが不十分である。
【００３１】
【発明の効果】
以上の如き本発明によれば、炭素質粉体の表面の少なくとも一部を前記の如き炭素質粉体に対し親和性を有するイミニウムイオン生成基を有する有機高分子化合物、及び該有機高分子化合物に対し親和性を有する絶縁化物で被覆することによって、炭素質粉体の導電性を排除し、塗膜に絶縁性を付与することが可能な黒色塗料に用いることができる非導電性炭素質粉体を提供することができる。
【００３２】
本発明では、炭素質粉体の有する固有の導電性及び塗膜中の炭素質粉体の連鎖による塗膜の導電性を、炭素質粉体の少なくとも表面の一部を絶縁化物で被覆することによって、炭素質粉体相互の連鎖を遮断して導電性を無くし、これらの非導電性炭素質粉体を塗料に使用することによって、形成される塗膜の絶縁化を図ることができる。
又、この時、炭素質粉体表面の少なくとも一部を炭素質粉体に対し親和性を有するイミニウムイオン生成基を有する有機高分子化合物で覆い、更に該有機高分子化合物に対し親和性を有する絶縁化物で覆うことで、膜の均一性や遮光性を損なわず、塗膜を得る操作も簡便に行うことができる。

Claims

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