JP5267759B2 - 有色微小複合粒子粉末及び該有色微小複合粒子粉末を含有する分散体、並びに有色微小複合粒子粉末の製造法 - Google Patents

Description

本発明は、一次粒子径が微小であるとともに、高い着色力と優れた分散性を有し、且つ、耐光性に優れている有色微小複合粒子粉末及び該有色複合粒子粉末を含有する分散性に優れた分散体を提供するものである。

有機顔料は、塗料、樹脂、印刷インキ、インクジェット用インキ、トナー及びカラーフィルター等の着色材として幅広く用いられている。これらの用途に対しては、一般に、高い着色力が要求されており、このためには、顔料をより微細化することが効果的であることが知られている。

しかしながら、有機顔料は化学反応等で分子状態の顔料から２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の微細な一次粒子を形成させるが、この状態では、粒子の表面エネルギーが非常に高いために凝集を起こしやすく、通常、非常に粒子サイズの大きく、かつ凝集力の強い二次粒子を形成すことが知られており、顔料を微細化する技術が要求されている。

現在、有機顔料を微細化する方法としては、ソルベントソルトミリング法や、乾式粉砕法が一般的に知られており、広く用いられている。

ソルベントソルトミリング法は、粗製顔料を食塩などの磨砕剤を用いてポリエチレングリコール等の粘性の高い水溶性有機溶剤とともに顔料粒子を機械的に微粉化して微粒子化する方法であり、乾式粉砕法は、粗大な顔料粒子をボールミル、アトライター、振動ミル等の粉砕機を用いて乾式で粉砕することにより微細な顔料粒子を得る方法であるが、いずれの方法においても、顔料の微粒子化が進むほど顔料粒子同士の凝集力も強くなり、一次粒子の形状を維持することは極めて困難であるため、結果的に顔料粒子はアグリゲートの状態で凝集された二次凝集体として存在する。

また、これら有機顔料を用いた塗料や印刷物は、屋外等でも使用され、直接日光や風雨に曝される場合があるため、耐光性に優れていることが要求されている。しかしながら、微細化が進むことにより耐光性も劣る傾向が強くなることから、顔料の微細化と優れた耐光性を両立する特性を得ることは困難であった。

これまでに、平均粒子径が１００ｎｍより大きい粗製キノフタロン顔料またはイソインドリン顔料を、結晶成長作用を有する有機溶剤を少量添加して乾式粉砕することで微粒子化する製造方法（特許文献１）が提案されている。

また、微細且つ耐光性に優れた着色材として、白色無機粒子の粒子表面にアルコキシシラン等の糊剤を介して有機顔料を付着させた有機無機複合顔料（特許文献２）が提案されている。

また、微細且つ透明性に優れた着色材として、白色無機粒子表面にアルコキシシラン等の糊材を介して有機顔料を付着させた複合粒子に対して、芯粒子である白色無機粒子を全量溶解できる理論値等量以上の酸又はアルカリを用いて芯粒子を完全に溶解除去させた有色微細粒子粉末（特許文献３）が提案されている。

特開２００５−３６１５０号公報 特開２００２−３５６６２５号公報 特開２００３−２４６９４１号公報

一次粒子径が微小であり、高い着色力を有するとともに、耐光性に優れた微細な着色材は、現在のところ最も要求されるところである。しかしながら、高い着色力を得るためには、顔料を微細化する必要があるが、顔料の粒子径が小さくなると耐光性は低下する傾向にあることから、これら相反する特性を満足する着色材は、未だ得られていない。

即ち、特許文献１には、平均粒子径が１００ｎｍより大きい粗製キノフタロン顔料またはイソインドリン顔料を、結晶成長作用を有する有機溶剤を少量添加して乾式粉砕することで微粒子化する方法が記載されているが、後出比較例に示す通り、有機顔料を単に微細化しているだけであり、得られた有機顔料のζ電位はゼロに近いことから、ビヒクル中における静電反発効果が得られにくく、そのため、ビヒクル中における良好な分散性及び分散安定性を得ることは困難となる。

また、特許文献２には、白色無機粒子の粒子表面にアルコキシシラン等の糊剤を介して有機顔料を付着させる方法が記載されているが、後出比較例に示す通り、芯粒子としてシリカ粒子等の白色無機粒子粉末を用いているため、付着させる原料有機顔料と同等もしくはそれ以上の高い着色力を容易に得ることは困難であった。

また、特許文献３には、白色無機粒子表面にアルコキシシラン等の糊材を介して有機顔料を付着させた複合粒子に対して、芯粒子である白色無機粒子を全量溶解できる理論値等量以上の酸又はアルカリを用いて芯粒子を完全に溶解除去し、有機顔料を残存させる方法が記載されているが、後出比較例に示す通り、酸又はアルカリを理論値等量以上用いるため有機顔料へのダメージが大きくなり、耐光性の良い着色材を得ることは困難である。また、シリカを完全に溶解除去しているため、ζ電位はゼロに近く、ビヒクル中における静電反発効果が得られにくいため、ビヒクル中における良好な分散性及び分散安定性を得ることが困難となる。

そこで、本発明は、一次粒子径が微小であるとともに、高い着色力と優れた分散性を有し、且つ、耐光性に優れた有色微小粒子粉末を提供することを技術課題とする。

前記技術的課題は、次の通りの本発明によって達成できる。

即ち、本発明は、有機顔料にシリカが内包されている微小複合粒子であることを特徴とした有色微小複合粒子粉末である（本発明１）。

また、本発明は、微小複合粒子に含まれるシリカが、有色微小複合粒子粉末に対して、Ｓｉ換算で０．００１〜９重量％であることを特徴とする本発明１に記載の有色微小複合粒子粉末である。（本発明２）。

また、本発明は、本発明１又は本発明２に記載の有色微小複合粒子粉末を溶媒中に分散させてなることを特徴とする分散体である（本発明３）。

また、本発明は、本発明３記載の溶媒が水及び／又は水溶性有機溶剤であることを特徴とする水系分散体である（本発明４）。

また、本発明は、本発明３記載の溶媒が有機溶剤であることを特徴とする溶剤系分散体である（本発明５）

また、本発明は、シリカ粒子と表面改質剤とを混合攪拌してシリカ粒子の粒子表面に表面改質剤を被覆後、有機顔料を添加し、混合攪拌して、前記表面改質剤が被覆されたシリカ粒子の粒子表面に有機顔料が付着している複合粒子を得た後に、アルカリ溶液を用いて該複合粒子中のシリカ粒子及び表面改質剤の一部を溶解させることを特徴とする本発明１又は本発明２記載の有色微小複合粒子粉末の製造法である（本発明６）。

本発明に係る有色微小複合粒子粉末は、着色力が高く、且つ分散性及び耐光性に優れていることから、様々な用途の着色材として好適である。

本発明に係る分散体は、前記特性を有する有色微小複合粒子粉末を着色材として用いることから、各種用途への分散体として好適である。

以下に、本発明に係る有色微小複合粒子粉末について述べる。

本発明に係る有色微小複合粒子粉末は、有機顔料にシリカが内包されている微小複合粒子からなる。

本発明に係る有色微小複合粒子粉末に含まれるシリカ量は、Ｓｉ換算で、有色微小複合粒子粉末に対して０．００１〜９．０重量％であり、より好ましくは０．００５〜７．０重量％であり、最も好ましくは０．０１〜５．０重量％である。シリカ量がＳｉ換算で有色微小複合粒子に対して０．００１重量％未満の場合には、有色微小複合粒子粉末に内包されるシリカ量が少なすぎるため、有色微小複合粒子粉末のζ電位がほぼゼロとなり、静電反発効果が得られないため、ビヒクル中における分散性が悪くなる。また、シリカがほとんど存在しないために、十分な耐光性を得ることが困難である。一方、９．０重量％を超える場合には、有色微小複合粒子粉末に内包されるシリカ量が多すぎるため、十分な着色力を得ることが困難となる。

本発明に係る有色微小複合粒子粉末の平均一次粒子径は、好ましくは１〜５０ｎｍであり、より好ましくは１〜４０ｎｍ、最も好ましくは１〜３０ｎｍである。

本発明に係る有色微小複合粒子粉末の個数換算平均粒子径は、２００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは１〜１５０ｎｍ、更に好ましくは１〜１００ｎｍ、最も好ましくは１〜５０ｎｍである。有色微小複合粒子粉末の個数換算平均粒子径が２００ｎｍを超える場合には、粒子サイズが大きすぎるため、好ましくない。

本発明に係る有色微小複合粒子粉末の体積換算平均粒子径は、２００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは１〜１５０ｎｍであり、最も好ましくは１〜１００ｎｍである。有色微小複合粒子粉末の体積換算平均粒子径が２００ｎｍを超える場合には、粒子サイズが大きすぎるため、好ましくない。

本発明に係る有色微小複合粒子粉末のＢＥＴ比表面積値は、２０〜５００ｍ^２／ｇが好ましく、より好ましくは２５〜４００ｍ^２／ｇ、更により好ましくは３０〜３００ｍ^２／ｇである。

本発明に係る有色微小複合粒子粉末の着色力は、後述する評価方法により１０２％以上が好ましく、より好ましくは１０３％以上であり、更により好ましくは１０４％以上である。

本発明に係る有色微小複合粒子粉末の耐光性は、後述する評価方法において、ΔＥ^＊値で５．０以下であることが好ましく、より好ましくは４．５以下であり、更に好ましくは４．０以下である。

本発明に係る有色微小複合粒子粉末のζ電位は、水系で測定した場合−５ｍＶ以下であることが好ましく、より好ましくは−８ｍＶ以下であり、更に好ましくは−１０ｍＶ以下である。水系で測定した場合のζ電位が−５ｍＶよりゼロに近くなると、静電反発効果による良好な分散性及び分散安定性を得ることは困難である。

溶剤系でζ電位を測定した場合、−２ｍＶ以下であることが好ましく、より好ましくは−３ｍＶ以下であり、更に好ましくは−５ｍＶ以下である。溶剤系で測定した場合のζ電位が−２ｍＶよりゼロに近くなると、静電反発効果による良好な分散性を得ることは困難である。

次に、本発明に係る有色微小複合粒子粉末を含有する分散体ついて述べる。

本発明に係る分散体は、水及び／又は水溶性有機溶剤を主な溶媒とする水系分散体と有機溶剤を主な溶媒とする溶剤系分散体のいずれをも含むものであり、溶媒中に本発明に係る有色微小複合粒子粉末を分散させることにより得ることができる。

本発明に係る分散体は、本発明に係る有色微小複合粒子粉末を分散体構成基材１００重量部に対して３〜３００重量部含有し、好ましくは４〜１５０重量部、より好ましくは５〜１００重量部、更により好ましくは５〜７５重量部、最も好ましくは５〜５０重量部含有している。分散体の構成基材としては、水、水溶性有機溶剤、有機溶剤等の溶媒であり、必要に応じて樹脂、消泡剤、体質顔料、乾燥促進剤、界面活性剤、硬化促進剤、助剤等が配合される。

水系分散体用の溶媒としては、水と水系塗料等に通常使用されているエチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール等のアルコール系溶剤、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、プロピルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のグリコールエーテル系溶剤、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール等のオキシエチレン又はオキシプロピレン付加重合体、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，２，６−ヘキサントリオール等のアルキレングリコール、グリセリン、２−ピロリドン等の水溶性有機溶剤とを混合して使用することができる。

溶剤系分散体用の溶媒としては、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素；メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン等のアミド類；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングルコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のエーテルアルコール類；エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエーテルアセテート類；酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル等の酢酸エステル類；乳酸メチルエステル、乳酸エチルエステル、乳酸プロピルエステル等の乳酸エステル類；エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン等の環状エステル類等を用いることができる。殊に、アルコール類、エーテルアルコール類、エーテルアセテート類に代表される、極性の高い有機溶剤を使用することで、静電反発効果を効果的に得ることができる。これらの溶剤は１種又は２種以上を混合して用いることができる。

本発明に係る分散体の個数換算分散平均粒子径は、１〜２００ｎｍが好ましく、より好ましくは１〜１５０ｎｍ、更により好ましくは１〜１００ｎｍ、最も好ましくは１〜５０ｎｍである。個数換算分散粒子径が２００ｎｍを超える場合には、粒子サイズが大きくなるため、好ましくない。

本発明に係る分散体の体積換算分散平均粒子径は、１〜２００ｎｍが好ましく、より好ましくは１〜１５０ｎｍであり、更により好ましくは１〜１００ｎｍである。体積換算分散粒子径が２００ｎｍを超える場合には、粒子サイズが大きくなるため、好ましくない。

本発明に係る分散体の分散安定性は、後述する評価方法のうち、粒子粉末の沈降程度を目視で評価した場合、３、４又は５であることが好ましく、より好ましくは４又は５である。また、粘度の変化率は２０％以下が好ましく、より好ましくは１０％以下である。粒子粉末の沈降程度を目視で評価した場合に１又は２になるか、粘度の変化率が２０％より大きくなると、安定した分散状態で長期貯蔵することが困難となる。

本発明に係る分散体の着色力を表わす比吸光係数ε_ｗ（重量基準）は、後述する評価方法で、１．２０以上であることが好ましく、より好ましくは１．４０〜５．００であり、更に好ましくは１．５０〜５．００である。

次に、本発明に係る有色微小複合粒子粉末の製造法について述べる。

本発明に係る有色微小複合粒子粉末は、芯粒子としてのシリカ粒子と表面改質剤とを混合攪拌してシリカ粒子の粒子表面に表面改質剤を被覆後、有機顔料を添加し、混合攪拌して前記表面改質剤が被覆されたシリカ粒子の粒子表面に有機顔料が付着している複合粒子を得た後に、アルカリ溶液を用いて該複合粒子中のシリカ粒子及び表面改質剤の一部を溶解させることにより得ることができる。

本発明におけるシリカ粒子の平均一次粒子径は、１〜１００ｎｍが好ましく、より好ましくは１〜５０ｎｍ、最も好ましくは１〜３０ｎｍである。

本発明におけるシリカ粒子のＢＥＴ比表面積値は１０〜１０００ｍ^２／ｇであることが好ましく、より好ましくは１５〜５００ｍ^２／ｇである。

本発明における表面改質剤としては、シリカ粒子の粒子表面へ有機顔料を付着できるものであれば何を用いてもよく、アルコキシシラン、シラン系カップリング剤及びオルガノポリシロキサン等の有機ケイ素化合物、チタネート系、アルミネート系及びジルコネート系などのカップリング剤、低分子あるいは高分子界面活性剤等が好適に用いられる。より好ましくは、アルコキシシラン、シラン系カップリング剤及びオルガノポリシロキサン等の有機ケイ素化合物である。

有機ケイ素化合物としては、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン及びデシルトリエトキシシラン等のアルコキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ―アミノプロピルトリエトキシシラン、γ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ―メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ―メタクロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン等のシラン系カップリング剤、ポリシロキサン、メチルハイドロジェンポリシロキサン、変性ポリシロキサン等のオルガノポリシロキサン等が挙げられる。

チタネート系カップリング剤としては、イソプロピルトリステアロイルチタネート、イソプロピルトリス（ジオクチルパイロホスフェート）チタネート、イソプロピルトリ（Ｎ−アミノエチル・アミノエチル）チタネート、テトラオクチルビス（ジトリデシルホスフェートチタネート、テトラ（２，２ジアリルオキシメチル−１−ブチル）ビス（ジトリデシル）ホスフェートチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）オキシアセテートチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）エチレンチタネート等が挙げられる。

アルミネート系カップリング剤としては、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート、アルミニウムジイソプロポキシモノエチルアセトアセテート、アルミニウムトリスエチルアセトアセテート、アルミニウムトリスアセチルアセトネート等が挙げられる。

ジルコネート系カップリング剤としては、ジルコニウムテトラキスアセチルアセトネート、ジルコニウムジブトキシビスアセチルアセトネート、ジルコニウムテトラキスエチルアセトアセテート、ジルコニウムトリボトキシモノエチルアセトアセテート、ジルコニウムトリブトキシアセチルアセトネート等が挙げられる。

低分子系界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、ジオクチルスルホンコハク酸塩、アルキルアミン酢酸塩、アルキル脂肪酸塩等が挙げられる。高分子系界面活性剤としては、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩、カルボキシメチルセルロース、アクリル酸−マレイン酸塩コポリマー、オレフィン−マレイン酸塩コポリマー等が挙げられる。

表面改質剤の被覆量は、芯粒子であるシリカ粒子に対してＣ換算で０．０５〜１５．０重量％が好ましく、より好ましくは０．１〜１２．０重量％、更により好ましくは０．１５〜１０．０重量％である。０．０５〜１５重量％とすることで、シリカ粒子１００重量部に対して、有機顔料を１０〜５００重量部付着させることができる。

本発明における有機顔料としては、一般に、塗料、樹脂、印刷インキ、インクジェット用インキ、トナー及びカラーフィルター等の着色材として用いられている赤色系有機顔料、青色系有機顔料、黄色系有機顔料、緑色系有機顔料、橙色系有機顔料、褐色系有機顔料、紫色系有機顔料及び黒色系有機顔料等の各種有機顔料粒子粉末を使用することができる。但し、アルカリブルー、イソインドリン系有機顔料等、耐アルカリ性の弱い有機顔料は、後述する処法によりシリカ粒子をアルカリ溶解する際に、複合粒子に含まれる有機顔料が溶解してしまうために本発明に係る有色微小複合粒子粉末を製造するのに用いるのは好ましくない。

各種有機顔料の中で、赤色系有機顔料としては、ブリリアントカーミン、パーマネントレッド、縮合アゾレッド等のアゾ系顔料及びジアミノアントラキノニルレッド、キナクリドンレッド、チオインジゴレッド、ペリレンレッド、ペリノンレッド、ジケトピロロピロールレッド等の縮合多環系顔料を用いることができる。青色系有機顔料としては、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー等のフタロシアニン系顔料、インダンスロンブルー、インジゴブルー等の縮合多環系顔料を用いることができる。黄色系有機顔料としては、ハンザエロー、ベンジジンエロー、パーマネントエロー、縮合アゾイエロー等のアゾ系顔料及びイソインドリノンイエロー、アントラピリミジンイエロー、キノフタロンイエロー等の縮合多環系顔料を用いることができる。緑色系有機顔料としては、フタロシアニングリーン等のフタロシアニン系顔料を用いることができる。橙色系有機顔料としては、パーマネントオレンジ、リソールファストオレンジ、ピラゾロンオレンジ、バルカンファストオレンジ等のアゾ系顔料及びキナクリドン、ペリノンオレンジ、ジケトピロロピロールオレンジ等の縮合多環系顔料を用いることができる。褐色系有機顔料としては、パーマネントブラウン、パラブラウン、ベンズイミダゾロンブラウン等のアゾ系顔料及びチオインジゴブラウン等の縮合多環系顔料を用いることができる。紫色系有機顔料としては、ファストバイオレット等のアゾ系顔料及び無置換キナクリドン、ジオキサジンバイオレット、ペリレンバイオレット等の縮合多環系顔料を用いることができる。黒色系有機顔料としては、ペリレンブラック等の縮合多環系顔料及びアニリンブラックを用いることができる。発明に用いられる有機顔料としては、以上に例示した顔料に限られるものではない。

有機顔料の添加量は、芯粒子であるシリカ粒子１００重量部に対して１０〜５００重量部であり、好ましくは３０〜４００重量部、より好ましくは５０〜３００重量部である。

本発明における複合粒子は、シリカ粒子と表面改質剤とを混合し、シリカ粒子の粒子表面を表面改質剤によって被覆し、次いで、表面改質剤によって被覆されたシリカと有機顔料を混合することによって得ることができる。添加した表面改質剤は、ほぼ全量がシリカ表面に被覆される。

シリカ粒子と表面改質剤の混合攪拌、有機顔料と粒子表面に表面改質剤が被覆されているシリカ粒子とを混合攪拌するための機器としては、粉体層にせん断力を加えることのできる装置が好ましく、殊に、せん断、へらなで及び圧縮が同時に行える装置、例えば、ホイール型混錬機、ボール型混錬機、ブレード型混錬機、ロール型混錬を用いることができ、ホイール型混錬機がより効果的に使用できる。

前記ホイール型混練機としては、エッジランナー（「ミックスマラー」、「シンプソンミル」、「サンドミル」と同義語である）、マルチマル、ストッツミル、ウエットパンミル、コナーミル、リングマラー等があり、このましくはエッジランナー、マルチマル、ストッツミル、ウエットパンミル、リングマラー、であり、より好ましくはエッジランナーである。前記ボール型混練機としては、振動ミル等がある。前記ブレード型混練機としては、ヘンシェルミキサー、プラネタリーミキサー、ナウターミキサー等がある。前記ロール型混練機としては、エクストルーダー等がある。

シリカ粒子の粒子表面を表面改質剤で被覆した後、有機顔料を添加し、混合攪拌して有機顔料を表面改質剤被覆シリカ粒子の粒子表面に付着させる。有機顔料は少量ずつを、５分〜２４時間、好ましくは５分〜２０時間程度の時間をかけながら添加するか、若しくは、シリカ粒子１００重量部に対して５〜２５重量部の有機顔料を、所望の添加量となるまで分割して添加することが好ましい。

表面改質剤被覆シリカ粒子表面に有機顔料を付着させた後、必要により更に乾燥乃至加熱処理を行ってもよい。乾燥乃至加熱処理を行う場合の加熱温度は、通常、４０〜１５０℃が好ましく、より好ましくは６０〜１２０℃であり、加熱時間は、１０分〜１２時間が好ましく、３０分〜３時間がより好ましい。

乾燥乃至加熱処理を行う場合の加熱温度は、通常、４０〜１５０℃が好ましく、より好ましくは６０〜１２０℃であり、加熱時間は、１０分〜１２時間が好ましく、３０分〜３時間がより好ましい。

得られた複合粒子の一次粒子の平均粒子径は１〜１００ｎｍであり、より好ましくは１〜５０ｎｍ、更により好ましくは１〜３０ｎｍである。

複合粒子のＢＥＴ比表面積値は、１０〜５００ｍ^２／ｇであることが好ましく、より好ましくは１５〜４００ｍ^２／ｇ、更により好ましくは２０〜３００ｍ^２／ｇである。

複合粒子の有機顔料の脱離の程度は、後出評価方法における目視観察において、４又は３が好ましく、より好ましくは４である。有機顔料の脱離の程度が２以下の場合には、脱離した有機顔料が再結晶化又は凝集等を起こすことにより粗大化したまま、最終生成物である有色微小複合粒子粉末に混在するため、好ましくない。

本発明に係る有色微小複合粒子粉末は、上記複合粒子をアルカリで処理して一部のシリカ成分が残存するように、シリカ又はシリカ及び表面改質剤を溶解することで得られる。

溶解に用いるアルカリとしては、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液、アンモニア等を使用することができる。

溶解処理を行う際の溶解液中の複合粒子濃度は、水１００ｍｌに対して１．０〜３０．０重量部が好ましく、より好ましくは２．５〜２５．０重量部、更に好ましくは５．０〜２０．０重量部である。

複合粒子中のシリカ粒子又はシリカ粒子及び表面改質剤の溶解処理を行う際の溶解液のアルカリ量は、シリカ粒子又はシリカ粒子及び表面改質剤を全量溶解させるために必要なアルカリ量の０．０１〜０．９５倍が好ましく、より好ましくは０．０２〜０．９０倍、更に好ましくは０．０５〜０．８５倍である。０．９５倍を超えるアルカリ量で処理した場合、シリカ粒子又はシリカ粒子及び表面改質剤が完全に溶解してしまうために、本発明の目的とする有色微小複合粒子粉末を得ることができない。アルカリ量が０．０１倍より少ない場合、シリカ粒子又はシリカ粒子及び表面改質剤を、有色微小複合粒子粉末に対して９重量％以下まで溶解させるのに非常に長時間を有するために工業的に好ましくない。

複合粒子中のシリカ粒子又はシリカ粒子及び表面改質剤の溶解処理を行う際のｐＨは１０．０〜１３．８が好ましく、より好ましくは１１．０〜１３．６であり、更に好ましくは１１．５〜１３．４である。ｐＨが１３．８を超えると、アルカリによる有機顔料へのダメージが大きくなり、良好な耐光性を有する有色微小複合粒子粉末を得ることが困難である。ｐＨが１０．０未満の場合、複合粒子中のシリカ粒子又はシリカ粒子及び表面改質剤を、有色微小複合粒子粉末に対して９重量％以下まで溶解させるのに非常に長時間を有するために工業的に好ましくない。

溶解処理を行う際の処理温度は、４０〜１００℃が好ましく、より好ましくは４５〜９０℃、更により好ましくは５０〜８０℃である。４０℃未満の場合にはシリカの溶解に５０時間を超えるような長時間を要するため、工業的に不利となる。１００℃を超える場合には、有機顔料へのダメージにより良好な耐光性を有する有色微小複合粒子粉末を得ることが困難であるとともに、オートクレーブ等の装置を必要とするため工業的にも好ましくない。

溶解処理を行う際の処理時間は、５分〜５０時間が好ましく、より好ましくは１０分〜３０時間、更により好ましくは２０分〜１０時間である。処理時間が５０時間より長い場合、長時間の溶解処理となるため工業的に好ましくない。

溶解処理後、固形分と溶解液を濾別、洗浄後、通常の乾燥又は凍結乾燥させる方法を用いて取り出すことができる。本発明で得られた有色微小複合粒子粉末は、通常の乾燥を行った場合においてもシリカ又はシリカ及び表面改質剤による静電反発効果により分散が容易である。

次に、本発明に係る分散体の製造方法について述べる。

本発明に係る分散体のうち、水系分散体は、得られた微小複合粒子粉末を水又は水及び水溶性有機溶剤中に再分散させるか、あるいは、溶解処理後、固形分と溶解液を濾別、水洗した後、乾燥させずに取り出した固形分を水又は水溶性有機溶剤中に分散させることにより得ることができる。必要により、添加剤として、樹脂、分散剤、消泡剤、界面活性剤等を添加することもできる。

本発明に係る分散体のうち、溶剤系分散体は、得られた微小複合粒子粉末を有機溶剤又は油性ビヒクル中に再分散させるか、あるいは、溶解処理後、固形分と溶解液を濾別、水洗した固形分を有機溶剤又は油性ビヒクルでフラッシングした後、有機溶剤又は油性ビヒクル中に分散させることにより得ることができる。必要により、添加剤として、樹脂、分散剤、消泡剤、界面活性剤等を添加することもできる。

前記有色微小複合粒子粉末と前記溶媒との混合・分散は、ボールミル、ビーズミル、サンドミル、エッジランナー、超音波分散機、２本又は３本ロールミル、エクストルーダー及び高速衝撃ミル等を用いることができる。ボールミルやビーズミル等の磨砕型ミルに用いられる磨砕媒体としては、ミルの材質に応じて、スチールビーズ、ガラスビーズ、セラミックビーズ等が使用でき、その大きさは０．０１〜１０ｍｍの範囲が好ましく、０．０３〜３ｍｍの範囲がより好ましい。磨砕温度は特に限定されず、室温から用いる溶媒の沸点以下の範囲にあればよい。

本発明に係る有色微小複合粒子粉末は、一般的に使用されている塗料、印刷インキ等、水系又は溶剤系を問わず様々な用途の着色材として使用することができる。

＜作用＞
本発明において、最も重要な点は、本発明に係る有色微小複合粒子粉末は、一次粒子が微小であるとともに、高い着色力と優れた分散性を有し、且つ、耐光性にも優れているという事実である。

本発明に係る有色微小複合粒子粉末が高い着色力と優れた分散性を有する理由について、一般に、単に微細化しただけの有機顔料は粒子の表面エネルギーが非常に高いため凝集を起こしやすく、ビヒクル中において微細な粒子状態を維持することが困難であるが、本発明に係る有色微小複合粒子粉末は、有機顔料にシリカを内包するためにζ電位の絶対値が大きくなり、ビヒクル中で静電反発効果が得られ、ビヒクル中においても微細な状態で分散することができ、高い着色力を得ることができたものと、本発明者は推定している。

以下、本発明における実施例を示し、本発明を具体的に説明する。

各粒子粉末の一次粒子の平均粒子径は、いずれも電子顕微鏡写真に示される粒子３５０個の粒子径をそれぞれ測定し、その平均値で示した。

各粒子粉末の個数換算平均粒子径及び体積換算平均粒子径は、被測定粒子粉末と水を混合した水溶液を、超音波分散機を用いて１分間分散させた後、動的光散乱法「濃厚系粒径アナライザー ＦＰＡＲ−１０００」（大塚電子株式会社）を用いて測定した。

比表面積値は、ＢＥＴ法により測定した値で示した。

シリカ粒子の粒子表面に被覆されている表面改質剤の被覆量及び複合粒子粉末に付着している有機顔料の被覆量は、「堀場金属炭素・硫黄分析装置ＥＭＩＡ−２２００型」（株式会社堀場製作所製）を用いて炭素量を測定することにより求めた。

有色微小複合粒子粉末に内包されるシリカ量は、「蛍光Ｘ線分析装置３０６３Ｍ型」（理学電機工業株式会社製）を使用し、ＪＩＳ Ｋ ０１１９の「けい光Ｘ線分析通則」に従って測定した。

有色微小複合粒子粉末のζ電位は、水系の場合イオン交換水を、溶剤系の場合ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）を用いて有色微小複合粒子粉末が０．５ｇ／ｌの濃度になるように調製し、超音波分散機を用いて３分間分散させた後、「Ｍｏｄｅｌ５０１」（ＰＥＮ ＫＥＮ社製）を用い、電気泳動法により測定した。

各粒子粉末の色相は、試料０．５ｇとヒマシ油０．５ｍｌとをフーバー式マーラーで練ってペースト状とし、このペーストにクリアラッカー４．５ｇを加え、混練、塗料化してキャストコート紙上に１５０μｍ（６ｍｉｌ）のアプリケーターを用いて塗布した塗布片（塗膜厚み：約３０μｍ）を作製し、「分光測色計ＣＭ−３６１０ｄ」（ミノルタ株式会社製）を用いて測定を行い、ＪＩＳ Ｚ ８９２９に定めるところに従って表色指数で示した。なお、Ｃ^＊値は彩度を表し、下記数１に従って求めることができる。

＜数１＞
Ｃ^＊値＝（（ａ^＊値）^２＋（ｂ^＊値）^２）^１／２

各粒子粉末の着色力は、まず下記に示す方法に従って作製した原色エナメルと展色エナメルのそれぞれを、キャストコート紙上に１５０μｍ（６ｍｉｌ）のアプリケーターを用いて塗布して塗布片を作製し、「分光測色計ＣＭ−３６１０ｄ」（ミノルタ株式会社製）を用いてＬ^＊値を測色し、その差をΔＬ^＊値とした。

次いで、有色微小複合粒子粉末の標準試料として、有色微小複合粒子粉末を作製する際に用いた有機顔料を用いて、上記と同様にして原色エナメルと展色エナメルの塗布片を作製し、各塗布片のＬ^＊値を測色し、その差をΔＬｓ^＊値とした。

得られた有色微小複合粒子粉末のΔＬ^＊値と標準試料のΔＬｓ^＊値を用いて下記数２に従って算出した値を着色力（％）として示した。

＜数２＞
着色力（％）＝１００＋｛（ΔＬｓ^＊値−ΔＬ^＊値）×１０｝

原色エナメルの作製：
上記試料粉体１０ｇとアミノアルキッド樹脂１６ｇ及びシンナー６ｇとを配合して、３ｍｍφガラスビーズ９０ｇと共に１４０ｍｌのガラスビンに添加し、次いで、ペイントシェーカーで４５分間混合分散した後、アミノアルキッド樹脂５０ｇを追加し、更に５分間ペイントシェーカーで分散させて、原色エナメルを作製した。

展色エナメルの作製：
上記原色エナメル１２ｇとアミラックホワイト（二酸化チタン分散アミノアルキッド樹脂）８０ｇとを配合し、ペイントシェーカーで１５分間混合分散して、展色エナメルを作製した。

各粒子粉末の耐光性は、前述の着色力を測定するために作製した原色エナメルを、冷間圧延鋼板（０．８ｍｍ×７０ｍｍ×１５０ｍｍ）に１５０μｍの厚みで塗布、乾燥して塗膜を形成し、得られた測定用塗布片の半分を金属製フォイルで覆い、「アイ スーパーＵＶテスター ＳＵＶ−Ｗ１３」（岩崎電気株式会社製）を用いて、紫外線を照射強度１００ｍＷ／ｃｍ^２で６時間連続照射した後、金属製フォイルで覆うことによって紫外線が照射されなかった部分と紫外線照射した部分との色相（Ｌ^＊値、ａ^＊値、ｂ^＊値）をそれぞれ測定し、下記数３に従って算出したΔＥ^＊値によって示した。

＜数３＞
ΔＥ^＊値＝（（ΔＬ^＊値）^２＋（Δａ^＊値）^２＋（Δｂ^＊値）^２）^１／２
ΔＬ^＊値： 比較する試料の紫外線照射有無のＬ^＊値の差
Δａ^＊値： 比較する試料の紫外線照射有無のａ^＊値の差
Δｂ^＊値： 比較する試料の紫外線照射有無のｂ^＊値の差

複合粒子に付着している有機顔料の脱離の程度は、下記の方法により４段階で評価した。４が複合粒子の粒子表面からの有機顔料の脱離量が少ないことを示す。

被測定粒子粉末２ｇとエタノール２０ｍｌを５０ｍｌの三角フラスコに入れ、６０分間超音波分散を行った後、回転数１０，０００ｒｐｍで１５分間遠心分離を行い、被測定粒子粉末と溶剤部分とを分離した。得られた被測定粒子粉末を８０℃で１時間乾燥させ、電子顕微鏡写真に示される視野の中に存在する、脱離して再凝集した有機顔料の個数を目視で観察し、４段階で評価した。

１：複合粒子１００個当たりに３０個以上。
２：複合粒子１００個当たりに１０個以上３０個未満。
３：複合粒子１００個当たりに５個以上１０個未満。
４：複合粒子１００個当たりに５個未満。

有色微小複合粒子粉末を含む分散体の個数換算分散平均粒子径及び体積換算分散平均粒子径は、動的光散乱法「濃厚系粒子径アナライザー ＦＰＡＲ−１０００」（大塚電子株式会社製）を用いて測定した。

分散体の分散安定性は、分散体２５ｍｌを５０ｍｌの比色管に入れ、６０℃で１週間静置した後、粒子粉末の沈降程度を目視で評価し、下記の５段階で評価を行った。

１：非着色部分が１０ｃｍ以上。
２：非着色部分が５ｃｍ以上、１０ｃｍ未満。
３：非着色部分が１ｃｍ以上、５ｃｍ未満。
４：非着色部分が１ｃｍ未満。
５：非着色部分が認められず。

有色微小複合粒子粉末を含む分散体の粘度変化率は、得られた分散体を６０℃で１週間静置した後、「Ｅ型粘度計ＥＭＤ−Ｒ」（株式会社東京計器製）を用いて、２５℃でずり速度Ｄ＝３８３ｓｅｃ^−１における粘度値を測定し、静置前後の粘度の変化量を静置前の値で除した値を変化率として百分率で示した。

有色微小複合粒子粉末を含む分散体の着色力は、水系分散体の場合、有色微小複合粒子粉末の濃度を０．０８重量％に調整した水溶液を、溶剤系分散体の場合、有色微小複合粒子粉末の濃度を０．０８重量％に調整したＰＧＭＥＡ溶液を、石英セルに入れ、最も光吸収の大きな波長における吸光係数を、「自記光電分光光度計ＵＶ−２１００」（株式会社島津製作所製）を用いてそれぞれ測定し、下記数４に従って算出した比吸光係数ε_ｗによって示した。比吸光係数の値が大きいほど、有色微小複合粒子粉末を含む分散体の着色力が高いことを示す。

＜数４＞
ε_ｗ＝ε_ｈ／ε_０
ε_ｗ：比吸光係数
ε_ｈ：各有色微小複合粒子粉末の単位重量当たりの吸光係数
ε_０：各有色微小複合粒子粉末の原料として用いている有機顔料の単位重量当たりの吸光係数

＜複合粒子１：複合粒子粉末の製造＞
シリカ１（平均一次粒子径：１６ｎｍ、ＢＥＴ比表面積値：２０４．３ｍ^２／ｇ、耐光性ΔＥ^＊：５．３６）７．０ｋｇに、メチルハイドロジェンポリシロキサン（商品名：ＴＳＦ４８４：ＧＥ東芝シリコーン株式会社製）１４０ｇを、エッジランナーを稼動させながら添加し、５８８Ｎ／ｃｍ（６０Ｋｇ／ｃｍ）の線荷重で３０分間混合攪拌を行った。なお、このときの攪拌速度は２２ｒｐｍで行った。

次に、有機顔料Ｇ（種類：フタロシアニン系顔料、平均粒子径：１００ｎｍ、ＢＥＴ比表面積値：６７．３ｍ^２／ｇ、Ｌ^＊値：２９．７７、ａ^＊値：−１５．３０、ｂ^＊値：−１．１２、Ｃ^＊値：１５．３４、耐光性ΔＥ^＊：８．０６、水系のζ電位：−３．６ｍＶ、溶剤系のζ電位：−１．５ｍＶ）７．０ｋｇを、エッジランナーを稼動させながら３０分間かけて添加し、更に３９２Ｎ／ｃｍ（４０Ｋｇ／ｃｍ）の線荷重で１００分間混合攪拌を行い、メチルハイドロジェンポリシロキサン被覆に有機顔料Ｇを付着させた。次いで、乾燥機を用いて８０℃で６０分間乾燥を行い、複合粒子１を得た。なお、このときの攪拌速度は２２ｒｐｍで行った。

得られた複合粒子１は、平均一次粒子径が２０ｎｍであり、ＢＥＴ比表面積値は７８．６ｍ^２／ｇ、Ｌ^＊値は３０．２２、ａ^＊値は−１４．９２、ｂ^＊値は−１．１０、Ｃ^＊値は１４．９６、有機顔料の脱離の程度は４であった。着色力は９３％、耐光性ΔＥ^＊は２．１２、水系におけるζ電位は−２２．７ｍＶ、溶剤系におけるζ電位は−６．６ｍＶであった。また、メチルハイドロジェンポリシロキサンの被覆量はＣ換算で０．５３重量％であった。付着している有機顔料ＧはＣ換算で１８．１５重量％（シリカ粒子粉末１００重量部に対して１００重量部に相当する）であった。

得られた複合粒子の電子顕微鏡写真の観察結果より、添加した有機顔料Ｇの粒子がほとんど認められないことから、有機顔料Ｇのほぼ全量がメチルハイドロジェンポリシロキサン被覆に付着していることが認められた。

＜実施例１−１：有色微小複合粒子粉末の製造＞
３ｌのビーカーに、上記で得られた複合粒子粉末２００ｇと０．６５ｍｏｌ／ｌの水酸化ナトリウム水溶液２ｌ（芯粒子であるシリカ粒子及び表面改質剤を溶解できる理論量の０．２倍）を入れ、ｐＨを１３．１とし、６０℃で３０分間攪拌した。これを濾過、水洗後、乾燥させて有色微小複合粒子粉末を得た。

得られた有色微小複合粒子粉末は、平均一次粒子径が１５ｎｍ、個数換算平均粒子径が２２ｎｍ、体積換算平均粒子径が７８ｎｍ、ＢＥＴ比表面積値が８３．６ｍ^２／ｇであった。有色微小複合粒子粉末が内包するシリカ量は、Ｓｉ換算で１．０６重量％、色相のうちＬ^＊値は３１．３３、ａ^＊値は−１４．２９、ｂ^＊値は−１．１０、Ｃ^＊値は１４．３３、着色力は１０５％であり、耐光性ΔＥ^＊は３．５６、水系におけるζ電位は−１３．８ｍＶ、溶剤系におけるζ電位は−６．４ｍＶであった。

＜実施例２−１：水系分散体の製造＞
１４０ｍｌガラス瓶に、前記有色微小複合粒子粉末１５重量部、水１００重量部を０．３５ｍｍφガラスビーズ１００ｇとともに添加し、ペイントシェーカーで２時間分散させて、水系分散体を得た。

得られた、有色微小複合粒子粉末を含む水系分散体の個数換算分散粒子径は１９ｎｍであり、体積換算分散粒子径は４２ｎｍ、分散安定性は５、粘度の変化率は４．８％、比吸光係数ε_ｗは２．４６であった。

＜実施例３−１：溶剤系分散体の製造＞
１４０ｍｌガラス瓶に、前記有色微小複合粒子粉末１５重量部、ＰＧＭＥＡ１００重量部を０．３５ｍｍφガラスビーズ１００ｇとともに添加し、ペイントシェーカーで２時間混合分散させて溶剤系分散体を得た。

得られた有色微小複合粒子粉末を含む溶剤系分散体の個数換算分散粒子径は１９ｎｍであり、体積換算分散粒子径は４８ｎｍ、分散安定性は５、粘度の変化率は４．７％、比吸光係数ε_ｗは２．４４であった。

前記複合粒子１及び実施例１−１〜３−１に従って、複合粒子粉末、有色微小複合粒子粉末、水系分散体、溶剤系分散体を作製した。各製造条件及び得られた複合粒子粉末、有色微小複合粒子粉末、水系分散体及び溶剤系分散体の諸特性を示す。

シリカ１〜４：
芯粒子として、表１に示す特性を有するシリカ粒子粉末１〜４を用意した。

有機顔料Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｙ、Ｂｋ：
有機顔料として、表２に示す特性を有する有機顔料を用意した。

＜複合粒子粉末の製造＞
複合粒子２〜５：
芯粒子の種類、表面改質剤の種類及び添加量、表面改質剤の被覆工程におけるエッジランナー処理の線荷重及び時間、有機顔料の付着工程における有機顔料の種類、添加量、エッジランナー処理の線荷重及び時間を種々変化させた以外は、前記複合粒子１と同様にして複合粒子粉末を得た。

このときの製造条件を表３に、得られた複合粒子粉末の諸特性を表４に示す。

＜有色微小複合粒子粉末の製造＞
実施例１−２〜１−８、比較例１−１〜１−３：
複合粒子の種類、アルカリ溶解時における溶解液のｐＨ及び添加するアルカリの理論量対比量、処理温度及び処理時間を種々変化させた以外は前記実施例１−１と同様にして有色微小複合粒子粉末を得た。なお、複合粒子粉末の濃度（ｇ／１００ｍｌ）は、溶解液１００ｍｌに対する複合粒子粉末の重量（ｇ）である。なお、実施例１−２は、乾燥工程として、凍結乾燥を行ったものである。

このときの製造条件を表５に、得られた有色微小複合粒子粉末の諸特性を表６に示す。

比較例１−４（特開２００５−３６１５０号公報 実施例１ 追試実験）
有機顔料Ｙ（種類：キノフタロン系顔料、平均一次粒子径：２５２ｎｍ、ＢＥＴ比表面積値：２７．９ｍ^２／ｇ、Ｌ^＊値：８４．２１、ａ^＊値：３．００、ｂ^＊値：９１．３１、Ｃ^＊値：９１．３６、耐光性ΔＥ^＊：７．２２、水系のζ電位：−３．１ｍＶ、溶剤系のζ電位：−１．４ｍＶ）８０ｇ、キシレン６ｇ、径８ｍｍのスチールビーズ２ｋｇを乾式アトライター中に仕込み、回転数３００ｒｐｍで８０℃、２時間運転して、キノフタロン顔料を得た。

得られたキノフタロン顔料の諸特性を表６に示す。

＜水系分散体＞
実施例２−２〜２−８、比較例２−１〜２−１０：
有色微小複合粒子粉末の種類及び配合量を種々変化させた以外は、前記実施例２−１と同様にして水系分散体を得た。

このときの製造条件及び得られた水系分散体の諸特性を表７に示す。

実施例２−９：
有色微小複合粒子粉末１００重量部と水１００重量部を混合し、５０℃の加熱条件下で３本ロールミルを用いて混練分散させることにより、水系分散体を得た。

このときの製造条件及び得られた水系分散体の諸特性を表７に示す。

＜溶剤系分散体＞
実施例３−２〜３−８、比較例３−１〜３−１０：
有色微小複合粒子粉末の種類及び配合量を種々変化させた以外は、前記実施例３−１と同様にして溶剤系分散体を得た。

このときの製造条件及び得られた溶剤系分散体の諸特性を表８に示す。

実施例３−９：
有色微小複合粒子粉末１００重量部とＰＧＭＥＡ１００重量部を混合し、５０℃の加熱条件下で３本ロールミルを用いて混練分散させることにより、溶剤系分散体を得た。

このときの製造条件及び得られた溶剤系分散体の諸特性を表８に示す。

本発明に係る有色微小複合粒子粉末及び分散体は、一般的に使用されている塗料、印刷インキ等、水系又は溶剤系を問わず様々な用途の着色材として使用することができる。

Claims (5)

1. 有機顔料にシリカが内包されている微小複合粒子からなる有色微小複合粒子粉末であって、前記微小複合粒子に含まれるシリカが、有色微小複合粒子粉末に対して、Ｓｉ換算で０．００１〜７．０重量％であることを特徴とする有色微小複合粒子粉末。
2. 請求項１記載の有色微小複合粒子粉末を溶媒中に分散させてなることを特徴とする分散体。
3. 溶媒が水及び／又は水溶性有機溶剤であることを特徴とする請求項２記載の水系分散体。
4. 溶媒が有機溶剤であることを特徴とする請求項２記載の溶剤系分散体。
5. シリカ粒子と表面改質剤とを混合攪拌してシリカ粒子の粒子表面に表面改質剤を被覆後、有機顔料を添加し、混合攪拌して、前記表面改質剤が被覆されたシリカ粒子の粒子表面に有機顔料が付着している複合粒子を得た後に、アルカリ溶液を用いて該複合粒子中のシリカ粒子及び表面改質剤の一部を溶解させることを特徴とする請求項１記載の有色微小複合粒子粉末の製造法。