TW200806757A - Aqueous carbon black pigment and water-based dispersion thereof - Google Patents

Description

200806757 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於適合使用於例如噴墨印表機用等之水 卜土夂其他的用返，對樹脂組合物、被覆組合物 '、濕式 石厌粉、水性塗料、黑矩陣等高電阻且需要遮光性之材料 熱硬化性·υν硬化型墨水組合物等有用的水性碳黑顏料及 其水性分散體。 【先前技術】 、喷土 Ρ表機之°己錄方法，係由細微的喷嘴將墨水液 Γ贺出於紙等記錄媒體之表面記錄文字或圖形之方法，作 為代表性的列^卩方式有汽泡噴b 方式與壓電方式。 作為該記錄液之g &益a十 料，… 色者色劑使用黑色染料或黑色顏 枓，惟由記錄圖像之耐水性 ϋ，知如 人4尤注寺的圖像可靠度的觀 ”、、涵料，特別是碳黑顏料較有用。 仁疋，石反黑為疏水性而對 ^ st, ^ liL v 了尺之/占濕性低，故難以高濃 度女疋地分散於水性媒# φ 门辰 各種將炉里气♦声、 為解決此問題為目的，開發 性較古Μ 一 β # …表面形成與水性媒體的親和 注孕乂阿的官能基之方法。 τ 例如’日本專利公開48 里α Α 18 8 6號公報，揭示有將石農 黑以次亞幽素酸鹽水溶液 ，丁有將反 no ηπ〇/|Λ 處理之方法，日本專利公關 94號公報揭示有將酸性里 液氧化處理之方法。 火…以二人亞齒素酸鹽水溶

2122-8882-PF 5 200806757 又’曰本專利公開〇8-31 9444號公報揭示有藉由氧化 處理於妷黑表面導入多量親水性之活性氫基，提升對水性 媒體之分散性能，圖謀安定化之方法，於日本專利公開 11 一049974號公報有揭示導入磺酸基後，以1價金屬離子 處理之方法，於日本專利公開09-286938號有揭示以次亞 龜素酸鹽處理後，將酸性基以鹼金屬鹽取代，添加胺化合 物之方法。 σ

【發明内容】 纟此之處理方法使碳黑分散於水性媒體中 ^水，由於記錄圖像形成後之耐水性或定著性 有對高速列印之對應並不充分之問題。 -’ —方面’為W改善、提升印表機㈣印方式、列 ，荨，有多數於碳黑粒子表面被 分散劑等樹脂改善水性婵體中的八# w 阿刀子 巾^散性之研究被進行，做 子惟作為分散劑之樹脂單只是吸附於碳黑之粒 二，故例如作為喷墨印表機用水性墨水 嘴喷出墨水時所受很強的剪力而容易使粒子】： ^散劑脫離，有使墨水之噴出不穩定之問題。 再者，於長期保存時，由於 t 定化，亦有使列印π _ $同 月狀您3逐漸變的不安 使歹"不良或圖像可靠度降低之難點。 毛明係為解決該等問題點，其 良好地作為噴墨印表機用水性黑水、’ ’、日供主要可 及定著性優良之水性碳黑顏料=水=㈣印物之耐水性 τ〃具水性分散體。

2122-8882-PF 6 200806757 為達成上述目的關於本發明之水性碳黑顏料，其特徵 在於··氧化處理之碳黑與水溶性樹脂於水性媒體中藉由水 分散型架橋劑所架橋鍵結而成。 水溶性樹潴，以含有丙烯酸及/或丙烯酸衍生物之單 體早位作為組成之樹脂；含有馬來酸及/或馬來酸衍生物 單體單位作為組成之樹脂；苯乙烯-丙烯酸系共聚合物 乍為主成刀之树月曰，苯乙烯一馬來酸系共聚合物或苯乙烯一 無水馬來酸系共聚合物作為主成分之樹脂等為佳。 又，作為水分散型架橋劑以異氰酸酯系化合物為佳。 本發明之碳黑水性分散體，係該水性碳黑顏料按照目 的之用途以適宜濃度分散於水性媒體中者。 ' 【實施方式】 ,使用於本發明之碳黑之種類並無特別限制，可使用焯 黑、槽黑、乙炔黑、熱黑等之任何。 瓜 # 妷黑之氧化處理，可使用液相氧化或氣相氧化之任 何’液相氧化可將碳黑放入過氧化氫水、石肖酸、硫酸、氯 酸鹽、過硫酸鹽、過碳酸鹽等氧化劑水溶液中，授摔氧化 之方法而進行，氧化劑之濃度、氧化反應溫度及時間二可 依照碳黑之量比等調整氧化之程度。 該液相氧化，係例如將碳黑，以適宜的量比混合 化劑水溶液中，於混合授拌槽中，以室溫〜9〇。〇之瓜产充 ==議。於漿料中’碳黑被氧化’於二 …、粒子心體之表面生成叛基或經基等親水性官能基。較 2122-8882-PF 7 200806757 佳的聚料溫度係調整為60〜90t。又，為將碳黑均勾分散 於漿料中添加界面活性劑亦佳，作為界面活 離子系、非離子系、陽離子李之钰打μ ^ 卞糸之任何。作為陰離子系界面 活性劑，可例示脂肪酸鹽、燒基硫酸醋鹽、貌基芳石黃酸鹽 專，作為非離子界面活性劑，可例示聚氧乙稀统基酸、聚 氧乙烯烧基芳基醚等；作為陽離子界面活性劑，可例示燒 基胺鹽、4級銨鹽等。 碳黑分«料，亦可藉由於高堡下作為高速流體互相 衝撞’以此時之衝擊使碳黑碎解，而有效地氧化。聚料被 加麼由噴嘴使噴射流互相衝撞或對壁面衝撞地高速噴 射。又，藉由該衝撞或剪力將浆料中的碳黑粒子之凝聚體 解°再者’所謂碳黑粒子凝聚體’係碳黑的一次粒子 牢口地嘁著結合之一次凝聚體互相絡合凝聚成二次凝聚 體（團塊）之意思。 接著，為I除因氧化生成之鹽或未反應之氧化劑，使 用超過濾膜⑽）、逆滲透膜⑽、電氣透析膜等之分離膜 將、、4化之氧化;Ε厌黑之漿料，調整為碳黑濃度5〜3 〇 重量％。 /相氧化’係於適宜溫度下使之與臭氧或空氣等接觸 而乳化者，雖相較於液相氧化氧化力較差，但有不用乾燥 成本’操作容易之優點。 藉由該氧化處理，於碳黑粒子表面會形成各種官能 基為作為g能基需要為親水性且可與水分散型劑橋劑反 應而架橋鍵結者。但是’共要是具有活性氫之官能基，則 2122-8882-PF 8 200806757

無特別限定’可例示經基、繞基、活性亞曱臭$其中 由反應性㈣基為佳，由分散性妓應性㈣基為佳。’ 又，調製氧化處理之碳黑之水分散體時，亦可藉由將 碳黑表面之親水性基中和處理付與分散安定性。作^用於 中和處理之中和劑’可使用氫氧化鈉、氫氧化钾。碳酸鈉： 石炭酸氫鈉、τ_、ΤΒΑΗ、氨、乙醇胺、嗎琳、膽驗、w米唾、 2—曱基咪唑、2_乙基—4_曱基咪唑、精胺酸、賴胺酸、鳥 胺馱、組胺酸、其他各種鹼性有機化合物。 士匕作為水溶性樹脂可使用具有含有活性氫之官能基之 树月曰’例如聚丙烯酸、$馬來酸、苯乙烯—丙烯酸共聚合 物、苯乙烯-馬來酸共聚合物或苯乙烯—馬來酐系2聚I 物、聚乙烯醇、聚醚多醇、含有羥基之胺系聚醚、聚氧乙 :、聚乳乙烯單烷基醚、己二酸、鄰苯二甲酸酐等二鹼酸 與$二醇、二乙二醇、三甲基醇丙烷等二醇或三醇藉由脫 欠縮#反應而得之各種聚酯多醇，£ -己内醯胺等由環狀 酉曰早體開環聚合而得之内酯系多#、聚碳酸g旨多醇、丙稀 酉文系夕醇、聚丁二烯系多醇、水溶性酚樹脂等，再者亦可 以該等樹脂為基本組成之變性型之樹脂。再者，如聚丙烯 酸具有弱酸性基之樹脂之情形，以部分鹽之形提高溶解度 等，亦可控制水媒體之pjj使用。 使氧化處理形成之碳黑粒子表面之官能基與水溶性 樹脂於水性媒體中架橋鍵結之水分散型架橋劑，可較佳地 使用可刀放於水性媒體中，且為使碳黑舆水溶性樹脂架橋 、♦於έ有異氰酸酯基化合物導入非反應性親水性基，於

2122-8882-PF 9 200806757 1分子中含有2個以上異氰酸酯基者。 作為該含有異氣酸S旨基之化合物，可舉例如，_苯其 甲烧二異氰酸酯（以下簡稱為MDI)、多苯基多亞甲基異氛 酸脂、甲苯二異氰酸酯（以下簡稱為TDI )、笨二亞甲基二 異氰酸醋、四甲基苯二亞甲基二異氰酸醋、異佛爾酮：異 氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯（以下簡稱為hdi)、萘二異 氰酸酯、加氫二苯基曱烷二異氰酸酯、加氫苯二亞甲基二 異氰酸醋等，又，該等具有該等異氛酸a旨基之化合物將其 異氰酸酉旨基之-部分變性為縮二脈、脈基甲酸酉旨、碳二亞 胺、胺I旨亞胺、喔烟、醯胺、亞醯胺、異三聚氰酸醋、 胺酉旨二酮等者。該等可按照需要單獨或併用2種以上。特 別是，適於水分散型之脂肪族系HDI型難與水引起反應， 而使用時間（pot life)長而佳。 又，異氰酸酉旨化合物亦可與觸媒併用，作為該觸媒， :::丁基二月桂酸錫、二辛基二月桂酸錫為首之有機錫系 觸媒，又DBU、DBN、i从上a ^ ，、他的胺系觸媒因觸媒活性高而佳。 乳化處理之碳黑與水溶性樹 分散型架橋材架橋鍵 系篮r猎由水 由： 、、、°之本备明之水性碳黑顏料，可藉 (1) 將氧化處理之硝里, 劑分散於水性媒體中，加溶性樹月旨與水分散型架橋 法。 ’皿為50〜9(TC使之架橋鍵結之方 (2) 將氧化處理之 4〇~9〇t：，使氧化處理〜水分散型架橋劑加溫為 反黑舆水分散型架橋劑鍵結之

2122-8882-PF 10 200806757 後，進一步添加水溶性樹脂繼續加溫為4〇~9(rc使之架橋 鍵結之方法。 ° 專方法製造。 架橋鍵結之後之未反應之水溶性樹脂或水分散型芊 橋劑，可藉由超過遽膜（UF)、逆滲透膜（R〇)、電氣透析膜 等之分離膜過濾去除。又，如此所得之碳黑水性分散體， 有存在大的未分散塊或粗粒之情形，在厭惡如此之大的未 分散塊或粗粒之墨水或喷墨印表機用墨水等用途，可以離 心分離或過濾等方法分級去除。分級去除之步驟，可在以 分離膜去除未反應之水溶性樹脂或水分散型架橋劑之前 ^以刀離膜去除之後之任何之步驟進行 本發明之碳黑水性分散體，係將該水性碳黑顏料依照 目的之用途以適宜的濃度’例如卜2〇wt%之濃度分散於水 性媒體中者。再者，所謂水性媒體係於水之外亦可為含有 水溶性有機㈣之媒體，作為該水溶性 二醇、丙二醇、丁二 一 」牛乙 哔一乙、二乙二醇、聚乙二醇、 甘油、上述二醇類之燒基驗類，N_甲基料琳酮、以―二 甲基味唾酮、硫代乙二醇Ή㈣酮、二甲亞硬 石風、二乙醇胺、三乙醇胺、乙醇、異丙醇等。 ^ 實施例 以下對比本發明夕每# , 貝知例與比較例具體說明。 該等實施例係表示本菸明+ — ^

1月之一貫施態樣者，本發明並 疋於該等實施例。 F F

實施例1 2122-8882-PF 11 200806757 作為碳黑使用東海碳公司製SEAST 900A(商品名），以 臭氧產生機（ΥΑΜΑΤ0科學公司製C0-101)以壓力 〇.〇2MPa、流量5L/分的條件臭氧氧化7小時後，加入純水 攪拌，製作碳黑濃度10wt%之漿料。 於該漿料1 Kg，加入苯乙烯—丙烯酸系樹脂水溶液 (Johnson poly meT 公司製 j〇ncryi 52)0· 〇5Kg 與水分散性 聚異氰酸酯（三井化學聚胺酯公司製WD-723)0· OlKg，以 7 〇 C檟:掉2小時使之分散。 將該分散液以6 0 0 0 rpm離心處理之後，僅將上澄液超 過濾純化之，濃縮得到碳黑濃度1 5¥1：%之水性分散體。 實施例2 以與實施例1相同方法製作碳黑濃度10wt%之漿料， 於該浆料iKg’加入苯乙烯-丙烯酸系樹脂水溶液（Johnson polymer公司製Joncryi7〇)〇.lKg與水分散性聚異氰酸 酯（三井化學聚胺酯公司製WD —723)0. 01 Kg，以70°C攪拌2 小時使之分散。將該分散液以6 〇 〇 〇 rpm離心處理之後，僅 將上澄液超過濾純化之，濃縮得到碳黑濃度1 5wt%之水性 分散體。 實施例3 以與實施例1相同方法製作碳黑濃度l〇wt%之漿料， 於该漿料1K g ’加入本乙細-馬來酐糸樹脂水溶液（n i c h i y u Solution公司製 Scripset 550)之10%之弱鹼水溶液 0 · 1 Kg與水分散性聚異氰酸酯（三井化學聚胺酯公司製 WD-723)0.01Kg，以70°C攪拌2小時使之分散。將該分散

2122-8882-PF 12 200806757 液以600Grpiii離心處理之後，僅將上澄液超過濾純化之， 濃-縮得到碳黑濃度15wt%之水性分散體。 比較例1 以與實施例1相同方法製作碳黑濃度1 〇wt%之漿料， 於該漿料lKg，加入聚丙烯酸鈉部分中和體（住友精化公司 製AQUPANA)之10%之水溶液〇· 3Kg，以70°C攪拌2小時使 之分散。將該分散液以6 0 0 0 rpm離心處理之後，僅將上澄 0 /夜赵過濾純化之’派縮得到碳黑濃度1 5 w t %之水性分散體。 比較例2 以與實施例1相同方法製作碳黑濃度1 〇wt%之漿料， 於該漿料lKg，加入苯乙烯-丙烯酸系乳膠（中央理化工業 公司製ES-50)0· 04Kg，以70°C攪拌2小時使之分散。將 該分散液以6000rpm離心處理之後，僅將上澄液超過濾純 化之，濃縮得到碳黑濃度l5wt%之水性分散體。 比較例3 • 以與實施例1相同方法製作碳黑濃度10wt%之漿料， 於該漿料lKg，加入苯乙烯—馬來酸共聚合物（共榮化學公 司製TG-750W)之10%溶液〇· 2Kg，以70°c攪拌2小時使之 刀政。將该分散液以6 0 0 〇 rpm離心處理之後，僅將上澄液 超過濾純化之，濃縮得到碳黑濃度】5wt%之水性分散體。 使用如此製作之碳黑濃度i 之水性分散體，以下 述處方調製噴墨印表機用墨水。 碳黑水性分散體 4(h 1由 20.0% 2122-8882-PF 13 200806757 〇. 2% 〇· 2% 界面活性劑 胺化合物 39. 6% 云離千水 其次，關於該等墨水，萨 财水性及u性之評價。再方法進行列印圖像之 EP0SN公司製，嘖| ± d f為坪價試驗機器，使用 耐水性氣㈣印表機EM—贿。結果示於表卜

對由印表機列印送紙之10秒後 =後的評價紙⑽0_2。咖 再者，圖像圖案使用容易辨別之文字部分，=疋° 為基準以-般列印模式以下述判定基準評價。y後作 〇…完全沒有溶出、暈開。 △…可看到部分溶出。 X···可全面看到溶出。 定著性： 對由印表機列印送紙之i分後之評價紙（£ KA420MSH)之塗黑圖像使用舊500日幣銅板（沒有 雙紋）， 由前面按壓，由前方往後拉的感覺刮列印膜，以 、 卜述列定 基準目視評價。 〇…良好沒有變化。 △…可看到部分剝離。

X···剝離而可看到底層（評價紙面）。 2122-8882—PF 14 200806757

如表1所示，可確認到使 水性分散體調製之實施例之噴 之耐水性及定著性較比較例之 像可靠度高。 用本發明之水性碳黑顏料之 墨印表機用墨水，列印圖像 喷墨印表機用墨水優良，圖 表i

耐水性 定著性 實施例1 〇 〇〜△ 實施例2 〇 〇 實施例3 〇 〇 比較例1 X X 比較例2 X △ 比較例3 X X 產業上的可利性 明之水性碳黑顏料，係將氧化處理之碳黑之表面 吕月…、水洛性樹脂於水性媒體中藉由 架橋鍵結者，分散性佟* /± 欣孓木橋剤

毹良，使用該水性碳黑顏料之水性分 放體調製之例如噴墨印表 定著性，表栈用墨水’可仔優良的耐水性、 像。 逮列印亦可得到圖像可靠度高的列印圖 【圖式簡單說明】 益 4 【主要元件符號說明】 益 4

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Claims (1)

1. 200806757 十、申請專利範圍： 1. 一種水性碳黑顏料’其特徵在於：氧化處理之^零 與水溶性樹脂於水性媒體中藉由水分散型架橋劑 … π采橋 鍵結而成。 2·如申請專利範圍第1項所述的水性碳黑顏 / 1，其中 水溶性樹脂係含有丙烯酸及/或丙烯酸衍生物 7〜早體單位 作為組成之樹脂。 3 ·如申晴專利範圍第1項所述的水性碳黑顏料 水溶性樹脂係含有馬來酸及/或馬來酸衍生物之_ 二中 早體單你 作為組成之樹脂。 4 ·如申清專利範圍第1項所述的水性碳黑顏料 水溶性樹脂係苯乙烯_丙烯酸系共聚合物作為主成八/、中 脂。 分之樹 、5·如中請專職圍第丨述的水性碳黑顏料， 水溶性樹脂係苯乙烯—馬來酸系共聚合物或笨乙烯/、 馬來酸系共聚合物作為主成分之樹脂。 、“、、水 6.如申請專利範圍第！項所述的水性碳黑顏料 水分散型架橋劑為異氰酸酯系化合物。 一中 7· -種碳黑水性分散體，申請專利範圍第 樹脂分散型水性碳黑顏料分散於水性媒體而成者、斤述的 2122-8882-PF 200806757 七、指定代表圖： (一）本案指定代表圖為：無 • (二）本代表圖之元件符號簡單說明：無 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特的化學式: 益 2122-8882-PF