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JP2005213403A - カーボンブラックおよび有機顔料分散液の製造方法 - Google Patents

カーボンブラックおよび有機顔料分散液の製造方法 Download PDF

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JP2005213403A JP2004022691A JP2004022691A JP2005213403A JP 2005213403 A JP2005213403 A JP 2005213403A JP 2004022691 A JP2004022691 A JP 2004022691A JP 2004022691 A JP2004022691 A JP 2004022691A JP 2005213403 A JP2005213403 A JP 2005213403A
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Hitoshi Nishigaki
仁史 西垣
Naohisa Hirota
尚久 廣田
Masashi Itabashi
正志 板橋
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Abstract

【課題】分散性、貯蔵安定性に優れた分散樹脂を用いないカーボンブラックおよび有機顔料の溶剤系分散液を提供すること。
【解決手段】誘電率が15以上の有機溶剤中、塩基の存在下で酸性官能基を有する有機色素誘導体または酸性官能基を有するトリアジン誘導体をカーボンブラックおよび有機顔料表面に吸着させ、分散処理する。

Description

本発明は、分散性、貯蔵安定性に優れたカーボンブラックおよび有機顔料分散液に関する。
カーボンブラックは、着色顔料、遮光材料、導電材料として、印刷インキ、インクジェットインキ、筆記具用インキ、塗料、プラスチック形成材料などの幅広い分野で使用されている。また、有機顔料は、着色剤として、印刷インキ、塗料、カラーフィルター用塗料、プラスチック形成材料、カラーフィルター、インクジェットなどの幅広い分野で使用されている。一般的にこれらの用途への要求品質を満たすには、カーボンブラックおよび有機顔料を有機溶剤中に微分散することが重要となる。
カーボンブラックおよび有機顔料の分散については、各種添加剤、例えば界面活性剤などの分散剤や顔料分散樹脂を用いて分散する方法がある。しかしながら界面活性剤による分散は、電離した極性官能基同士の静電反発を利用して分散安定化を図る為、水系での分散には有利であるが、水に比べ誘電率の低い有機溶剤中での分散には不向きとされ、特許文献1、特許文献2にあるように、通常、有機溶剤中での分散においては、顔料分散樹脂を用いる方法が採られてきた。これはカーボンブラックおよび有機顔料粒子表面に分散樹脂を吸着させ、吸着樹脂同士の立体反発を利用して分散の安定化を図るというものである。但しこの場合でも、カーボンブラックおよび有機顔料表面と分散樹脂との相互作用が不十分であると樹脂の脱着が起こり、容易に再凝集してしまう。また、一般的なカーボンブラックおよび有機顔料は樹脂と相互作用する表面官能基の量が少ないことや非常に粒径が細かく比表面積が大きなものか多いこと等から、安定化に必要な分散樹脂量が大量となる。また、分散樹脂量が多くなってしまうと、インキ適性や塗料適性を付与する為に加える樹脂や添加剤の使用できる量に制限が生じたり、更に分散樹脂とそれら添加剤との相溶性が悪い場合は、シンニングショックによる凝集や、インキ、塗料の経時安定性が低下するという問題がある。
一方、有機色素残基、アントラキノン残基またはトリアジン残基等を母体骨格として側鎖に酸性基や塩基性基を置換基として有する顔料誘導体と、分散樹脂とを併用して分散を行う方法が、特許文献3に開示されている。この有機色素誘導体、アントラキノン誘導体またはトリアジン誘導体の作用機構としては、極性官能基を有する各種誘導体と、各種誘導体の有する官能基と逆の極性を有する樹脂が酸−塩基相互作用により塩を形成して溶剤中に溶解し、この塩が有機色素残基、アントラキノン残基、またはトリアジン残基を吸着部位としてカーボンブラックおよび有機顔料表面に吸着して、樹脂層が立体反発効果を示し、カーボンブラックおよび有機顔料の分散安定化を図ると考えられている。この方法では、ほとんどの場合、インキ、塗料化用の樹脂をそのまま分散樹脂として使用できるので、分散剤に起因する相溶性の問題がなく、汎用性に優れる。しかし、カラーフィルター用の塗料やインクジェットインキ等の極めて高度な分散を要求される用途では、分散樹脂を併用しないと十分な分散が得られないことが多く、またその場合は、分散樹脂と他の添加剤との相溶性や、最終的な塗料・インキ組成の自由度が狭まる問題が残る。
特開平7−268268号公報 特開平2001−192595号公報 特開平2001−172530号公報
本発明は、上記の問題点のない優れた分散性、貯蔵安定性を有する酸性官能基を有する有機色素誘導体または酸性官能基を有するトリアジン誘導体と、カーボンブラックおよび有機顔料とを、有機溶剤中で吸着処理したカーボンブラックおよび有機顔料分散液の製造方法に関する。
すなわち、本発明は、酸性官能基を有する有機色素誘導体または酸性官能基を有するトリアジン誘導体と、カーボンブラックおよび有機顔料とを有機溶剤中で吸着処理を行うことを特徴とする、カーボンブラックおよび有機顔料分散液の製造方法に関する。
本発明によって得られる、カーボンブラックおよび有機顔料の分散液は、酸性官能基を有する有機色素またはトリアジン誘導体を添加しない分散体、および、前記誘導体と塩基を併用しない分散体と比較して、極めて良好な分散性、貯蔵安定性を示した。
以下、本発明について詳細に説明する。本発明に使用されるカーボンブラックとしては、市販のファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラックなどの各種のものを用いることができる。また、通常行われている酸化処理されたカーボンブラックや、中空カーボン(高導電性カーボン)も使用できる。有機色素誘導体またはトリアジン誘導体の吸着性、脱着性を考えた場合、表面官能基の少ない中性カーボンが好ましい。また、カーボンブラックの粒径としては、通常、インキや塗料に用いられるカーボンブラックの粒径と同様に、0.01〜1μmが好ましく、特に、0.01〜0.2μmが好ましい。但し、ここでい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示すのに用いられている。
また、本発明に使用される有機顔料としては、印刷インキ、塗料等に使用される、カラーインデックスに記載された各種顔料が用いられ、フタロシアニン系、キナクリドン系、ベンズイミダゾロン系、アントラキノン系、ジオキサジン系、ジケトピロロピロール系、アンサンスロン系、インダンスロン系、フラバンスロン系、ペリノン系、ペリレン系、イソインドリン系、イソインドリノン系、アゾ系等が例示される。有機顔料をさらに詳細に例示すると次のとおりである。トルイジンレッド、トルイジンマルーン、ハンザエロー、ベンジジンエロー、ピラゾロンレッドなどの不溶性アゾ顔料、リソールレッド、ヘリオボルドー、ピグメントスカーレット、パーマネントレッド2Bなどの溶性アゾ顔料、アリザリン、インダンスロン、チオインジゴマルーンなどの建染染料からの誘導体,フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーンなどのフタロシアニン系,キナクリドンレッド、キナクリドンマゼンタなどのキナクリドン系、ペリレンレッド、ペリレンスカーレット、ペリレンブラックなどのペリレン系、イソインドリノンエロー、イソインドリノンオレンジなどのイソインドリノン系、ピランスロンレッド、ピランスロンオレンジなどのピランスロン系、チオインジゴ系、縮合アゾ系、ベンズイミダゾロン系、その他の顔料として、フラバンスロンエロー、アシルアミドエロー、キノフタロンエロー、イソインドリンエロー、ニッケルアゾエロー、銅アゾメチンエロー、ペリノンオレンジ、アンスロンオレンジ、ジアンスラキノニルレッド、ジオキサジンバイオレット、ジケトピロロピロール等が例示できる。
このような顔料をカラーインデックス(C.I.)ナンバーでより具体的に例示すると次のとおりである。C.I.ピグメントエロー12、13、14、17、20、24、74、83、86、93、109、110、117、125、128、137、138、139、147、148、150、151、153、154、155、166、168、180、184 、185、C.I.ピグメントオレンジ16、36、43、51、55、59、61、C.I.ピグメントレッド9、48、49、52、53、57、97、122、123、149、168、177、180、192、202、206、207、209、215、216、217、220、223、224、226、227、228、238、240、254、255、C.I.ピグメントバイオレット19、23、29、30、37、40、42、50、C.I.ピグメントブルー15、15:1、15:3、15:6、16、22、60、64、80、C.I.ピグメントグリーン7、36、C.I.ピグメントブラウン23、25、26、C.I.ピグメントブラック31、32等が例示できる。有機色素誘導体またはトリアジン誘導体の吸着性、脱着性を考えた場合、ロジン処理等の表面処理がされていない有機顔料を使用することが好ましい。また、有機顔料の粒径としては、特に限定されるものではないが、通常のインキや塗料に用いる有機顔料粒径範囲と同様に0.01〜1μmが好ましく、特に、0.01〜0.1μmが好ましい。ただし、ここでい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す。
本発明に用いる、酸性官能基を有する有機色素誘導体及び、酸性官能基を有するトリアジン誘導体は、下記一般式(1)、または(2)で表される。
一般式(1)

Figure 2005213403

式中の記号は下記の意味を表す。
;有機色素残基、またはアントラキノン残基、または置換基を有していてもよい複素環、または置換基を有していてもよい芳香族環
;−O−R、−NH−R、ハロゲン基、−X−R、−X−Y−Z(Rは水素原子または置換基を有していてもよいアルキル基、アルケニル基を表す。)
;−NH−、−O−、−CONH−、−SONH−、−CHNH−、−CHNHCOCHNH−または−X−Y−X−(X及びXはそれぞれ独立に−NH−または−O−を表す。)
;−CONH−、−SONH−、−CHNH−、−NHCO−または−NHSO
;炭素数1〜20で構成された、置換基を有してもよいアルキレン基、あるいは置換基を有してもよいアルケニレン基、あるいは置換基を有してもよいアリーレン基
;−SOM、−COOM(Mは1〜3価のカチオンの1当量を表す。)
上記一般式(1)のQ1における有機色素残基としてはフタロシアニン系色素、アゾ系色素、キナクリドン系色素、ジオキサジン系色素、アントラピリミジン系色素、アンサンスロン系色素、インダンスロン系色素、フラバンスロン系色素、ペリレン系色素、ペリノン系色素、チオインジコ系色素、イソインドリノン系色素、トリフェニルメタン系色素等の顔料または染料が挙げられる
上記一般式(1)のQにおける複素環または芳香族環としては例えば、チオフェン、フラン、ピリジン、ピラゾール、ピロール、イミダゾール、イソインドリン、イソインドリノン、ベンズイミダゾロン、ベンズチアゾール、ベンズトリアゾール、インドール、キノリン、カルバゾール、アクリジン、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フルオレン、フェナントレン等が挙げられる。
一般式(2)

Figure 2005213403

式中の記号は下記の意味を表す。
;有機色素残基またはアントラキノン残基
;直接結合、−NH−、−O−、−CONH−、−SONH−、−CHNH−、−CHNHCOCHNH−または−X−Y−X−(X及びXはそれぞれ独立に−NH−または−O−を表し、Yは置換基を有していてもよいアルキレン基またはアリーレン基を表す。)
;−SOM、−COOM(Mは1〜3価のカチオンの1当量を表す。)
n;1〜4の整数
上記一般式(2)のQにおける有機色素残基としてはフタロシアニン系色素、アゾ系色素、キナクリドン系色素、ジオキサジン系色素、アントラピリミジン系色素、アンサンスロン系色素、インダンスロン系色素、フラバンスロン系色素、ペリレン系色素、ペリノン系色素、チオインジコ系色素、イソインドリノン系色素、トリフェニルメタン系色素等の顔料または染料が挙げられる。
カーボンブラックおよび有機顔料への酸性官能基を有する有機色素誘導体または酸性官能基を有するトリアジン誘導体の吸着処理は、酸性官能基を有する有機色素誘導体または酸性官能基を有するトリアジン誘導体を塩基の存在下で有機溶剤に溶解させ、その溶液中にカーボンブラックおよび有機顔料を添加して混合することで吸着処理が進行するものである。そして、カーボンブラックおよび有機顔料に、酸性官能基を有する有機色素誘導体または酸性官能基を有するトリアジン誘導体を吸着処理することにより、カーボンブラックおよび有機顔料表面に導入された有機色素またはトリアジン誘導体の酸性官能基どうしの電荷反発により、解凝集が起こるものと思われる。
本発明で使用される有機溶剤しては、誘電率が15以上、好ましくは20以上の極性溶剤を使用する。誘電率が15未満の場合には塩基性官能基を有する有機色素誘導体または塩基性官能基を有するトリアジン誘導体の溶解性が著しく低下する。誘電率が上記の条件を満たすものであれば、特に制限はないが、具体的には、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、ブタノール等のアルコールや1,2−エタンジオールや1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、ジエチレングリコール等のグリコール系溶剤、アセトン、メチルエチルケトンの様なケトン類、その他N−メチルピロリドン、アセトニトリル、N,N―ジメチルホルムアミド、スルホラン、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。また、これらの溶剤は単独または2種類以上を併用して用いることができるが、使用に当たってはアルコール類やグリコール類等のプロトン性溶剤を含有させることが好ましい。また、常温では粘ちょうなグリセリン等を上記溶剤に溶解して使用することもできる。
本発明で使用される酸性官能基を有する有機色素誘導体または酸性官能基を有するトリアジン誘導体は、そのまま有機溶媒中に溶解させて吸着処理を行うことができる。また、酸性官能基を有する有機色素誘導体または酸性官能基を有するトリアジン誘導体の有機溶媒中への溶解が困難な場合には塩基の存在下で吸着処理させることもできる。
本発明で使用される塩基としては、アルカリ金属等の金属水酸化物、弱酸と強塩基との反応によって生ずる塩類、アンモニア、アミノ基含有有機化合物等、種々の塩基が挙げられる。アルカリ金属、アンモニア、アミノ基含有有機化合物が好ましい。また、これらの塩基類はその分子量が300以下であることを特徴とする。好ましくは200以下である。
塩基を添加する場合の添加量としては、酸性官能基を有する有機色素誘導体または酸性官能基を有するトリアジン誘導体に含まれる酸性官能基量に対して、0.1〜10当量添加することが出来る。より好ましくは0.5〜5当量である。
酸性官能基を有する有機色素誘導体または酸性官能基を有するトリアジン誘導体有機溶剤溶液の濃度は1〜100mmol/Lであり、1〜50mmol/Lが好ましい。特に好ましくは5〜20mmol/Lである。
カーボンブラックおよび有機顔料の有機溶剤分散液のスラリー濃度は、カーボンブラックおよび有機顔料に固有の特性値や、酸性官能基を有する有機色素誘導体または酸性官能基を有するトリアジン誘導体の種類および添加量他によって適性濃度が変動するため、特に限定されるものではないが、5〜50%が好ましい。
吸着処理に使用する分散機としては、特に限定されるものではないが、例えば、ペイントコンディショナー(レッドデビル社製)、ボールミル、サンドミル(シンマルエンタープライゼス社製「ダイノミル」等)、アトライター、パールミル(アイリッヒ社製「DCPミル」等)、コボールミル、バスケットミル、ホモミキサー、ホモジナイザー(エム・テクニック社製「クレアミックス」等)、湿式ジェットミル(ジーナス社製「ジーナスPY」、ナノマイザー社製「ナノマイザー」等)等を用いることができる。コスト、処理能力等を考えた場合、メディア型分散機を使用するのが好ましい。また、メディアとしてはガラスビーズ、ジルコニアビーズ、アルミナビーズ、磁性ビーズ、ステンレスビーズ等を用いることができる。
分散機によって吸着処理したカーボンブラックおよび有機顔料は、同時に、その性能を発揮させるためには、分散粒径として0.5μm以下、好ましくは0.2μm以下に微細化することが好ましい。ここでいう分散粒径とは、一般的な粒度分布計、例えば、動的光散乱方式の粒度分布計(例えば日機装社製「マイクロトラックUPA」)で測定される平均粒子径(D50値)である。
以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に特に限定されるものではない。本実施例中、部は重量部を表す。尚、実施例、比較例で得られたカーボンブラックおよび有機顔料分散体の分散粒径の測定および貯蔵安定性の評価は以下の方法によって行った。
動的光散乱方式の粒度分布計(日機装社製「マイクロトラックUPA」)を用いて平均粒子径(D50値)を測定した。測定時の希釈溶剤としては各実施例中に用いた有機溶剤と同じものを用いた。
貯蔵安定性はカーボンブラックおよび有機顔料の有機溶剤分散液を40℃で10日間保存した後の粒径の変化から評価した。
ガラス瓶にメタノール89.9部、DMAE(ジメチルアミノエタノール)を0.1部、一般式(3)で示される分散剤0.75部を加え、混合攪拌した後、MONARCH800(キャボット社製)を9.25部加え、ジルコニアビーズをメディアとしてペイントシェーカーで分散し、分散液Aを得た。

一般式3
Figure 2005213403
ガラス瓶にメタノール89.9部、水酸化ナトリウムを0.1部、一般式(3)で示される分散剤0.75部を加え、混合攪拌した後、MONARCH800を9.25部加え、ジルコニアビーズをメディアとしてペイントシェーカーで分散し、分散液Bを得た。
ガラス瓶にエタノール89.9部、DMAEを0.1部、一般式(3)で示される分散剤0.75部を加え、混合攪拌した後、MONARCH800を9.25部加え、ジルコニアビーズをメディアとしてペイントシェーカーで分散し、分散液Cを得た。
ガラス瓶にエチレングリコール79.8部、DMAEを0.2部、一般式(3)で示される分散剤1.5部を加え、混合攪拌した後、MONARCH800を18.5部加え、ジルコニアビーズをメディアとしてペイントシェーカーで分散し、分散液Dを得た。
ガラス瓶にメタノール89.9部、DMAEを0.1部、一般式(3)で示される分散剤0.5部を加え、混合攪拌した後、LIONOL BLUE E(東洋インキ製造社製)を9.5部加え、ジルコニアビーズをメディアとしてペイントシェーカーで分散し、分散液Eを得た。
ガラス瓶にエチレングリコール79.8部、DMAEを0.2部、一般式(3)で示される分散剤1.0部を加え、混合攪拌した後、LIONOL BLUE Eを19.0部加え、ジルコニアビーズをメディアとしてペイントシェーカーで分散し、分散液Fを得た。
ガラス瓶にメタノール89.9部にDMAEを0.1部、一般式(4)で示される分散剤0.5部、LIONOL RED 5620(東洋インキ製造社製)を9.5部加え、ジルコニアビーズをメディアとしてペイントシェーカーで分散し、分散液Gを得た

一般式(4)
Figure 2005213403
ガラス瓶エチレングリコール89.9部、水酸化ナトリウムを0.1部、一般式(5)で示される分散剤0.75部を加え、混合攪拌した後、LIONOL GREEN 6YK(東洋インキ製造社製)を9.25部加え、ジルコニアビーズをメディアとしてペイントシェーカーで分散し、分散液Hを得た。

一般式(5)
Figure 2005213403
ガラス瓶にメタノール84.8部、DMAEを0.2部、一般式(6)で示される分散剤0.75部を加え、混合攪拌した後、HOSTAPERM YELLOW H5G(クラリアント社製)を14.25部加え、ジルコニアビーズをメディアとしてペイントシェーカーで分散し、分散液Iを得た。

一般式(6)
Figure 2005213403
ガラス瓶にエタノール89.9部、水酸化ナトリウム0.1部、一般式(7)で示される分散剤0.5部を加え、混合攪拌した後、HOSTEPERM VIOLET BL(クラリアント社製)を9.5部加え、ジルコニアビーズをメディアとしてペイントシェーカーで分散し、分散液Jを得た。

一般式(7)
Figure 2005213403
ガラス瓶にエチレングリコール84.8部、DMAEを0.2部、一般式(5)で示される分散剤0.5部を加え、混合攪拌した後、PALIOGEN MAROON L3980(BASF社製)を9.5部加え、ジルコニアビーズをメディアとしてペイントシェーカーで分散し、分散液Kを得た。
表に示した通り、本発明のカーボンブラックおよび有機顔料分散体は、比較例に対して、微細な分散粒径、良好な貯蔵安定性を示した。
比較例1
ガラス瓶にメタノールを90部、MONARCH800を10部加え、ジルコニアビーズをメディアとしてペイントシェーカーで分散し、分散液Lを得た。
比較例2
ガラス瓶にメタノールを89.9部、DMAEを0.1部加え、混合攪拌した後、MONARCH800を10部加え、ジルコニアビーズをメディアとしてペイントシェーカーで分散し、分散液Mを得た。
比較例3
ガラス瓶にメタノールを80.0部、Solsperse20000(アビシア社製、アルコールに可溶な樹脂型分散剤)を10.0部、MONARCH800を10.0部加え、ジルコニアビーズをメディアとしてペイントシェーカーで分散し、分散液Nを得た。
比較例4
ガラス瓶にメタノールを90部、一般式(3)で示される分散剤を0.75g、MONARCH800を9.25部加え、ジルコニアビーズをメディアとしてペイントシェーカーで分散し、分散液Oを得た。
比較例5
ガラス瓶にメタノールを90部、LIONOL BLUE Eを10部加え、ジルコニアビーズをメディアとしてペイントシェーカーで分散し、分散液Pを得た。
比較例6
ガラス瓶にメタノールを80.0部、Solsperse20000を10.0部、LIONOL BLUE Eを10.0部加え、ジルコニアビーズをメディアとしてペイントシェーカーで分散し、分散液Qを得た。
比較例7
ガラス瓶にメタノールを89.9部に、DMAEを0.1部加え、LIONOL RED 5620を10部加え、ジルコニアビーズをメディアとしてペイントシェーカーで分散し、分散液Rを得た。
比較例8
ガラス瓶にメタノールを90部、一般式(4)で示される分散剤を0.50g、LIONOL RED 5620を9.5部加え、ジルコニアビーズをメディアとしてペイントシェーカーで分散し、分散液Sを得た。

Figure 2005213403

Claims (6)

  1. 酸性官能基を有する有機色素誘導体または酸性官能基を有するトリアジン誘導体と、カーボンブラックまたは有機顔料とを、有機溶剤中で吸着処理することを特徴とした分散液の製造方法。
  2. 有機溶剤が誘電率15以上である請求項1記載の製造方法。
  3. 有機溶剤がプロトン性溶剤を含むことを特徴とする請求項1または2いずれかに記載の製造方法。
  4. 塩基の存在下で吸着処理することを特徴とする請求項1乃至3いずれかに記載の製造方法。
  5. 塩基の分子量が300以下である請求項1乃至4いずれかに記載の製造方法。
  6. メディア型分散機を用いて吸着処理を行う請求項1乃至5いずれかに記載の製造方法。


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