[go: up one dir, main page]

JPH11148027A - Water-dispersible carbon black and method for producing the same - Google Patents

Water-dispersible carbon black and method for producing the same

Info

Publication number
JPH11148027A
JPH11148027A JP33240597A JP33240597A JPH11148027A JP H11148027 A JPH11148027 A JP H11148027A JP 33240597 A JP33240597 A JP 33240597A JP 33240597 A JP33240597 A JP 33240597A JP H11148027 A JPH11148027 A JP H11148027A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon black
water
μeq
groups
total amount
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP33240597A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3691947B2 (en
Inventor
Hiroaki Arai
啓哲 新井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokai Carbon Co Ltd
Original Assignee
Tokai Carbon Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokai Carbon Co Ltd filed Critical Tokai Carbon Co Ltd
Priority to JP33240597A priority Critical patent/JP3691947B2/en
Publication of JPH11148027A publication Critical patent/JPH11148027A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3691947B2 publication Critical patent/JP3691947B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
  • Inks, Pencil-Leads, Or Crayons (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水中に容易に分散し、長期間分散状態を安定
に保持し得る分散性能の優れた易水分散性カーボンブラ
ック及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 酸化処理により改質されたカーボンブラ
ックであって、表面に存在する水素含有官能基のうちカ
ルボキシル基とヒドロキシル基の総和量が単位表面積当
たり3μeq/m2以上である易水分散性カーボンブラッ
ク。製造方法はカーボンブラックをオゾン酸化して表面
官能基量を1.0μeq/m2以上に酸化処理した後、酸化
剤としてハロゲン酸塩と酸、または過硫酸塩を用いて湿
式酸化によりカルボキシル基とヒドロキシル基の総和量
を3μeq/m2以上に酸化改質する。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an easily water-dispersible carbon black which is easily dispersed in water and can stably maintain a dispersed state for a long period of time and has excellent dispersibility, and a method for producing the same. SOLUTION: The carbon black modified by oxidation treatment, wherein the total amount of carboxyl groups and hydroxyl groups among the hydrogen-containing functional groups present on the surface is 3 μeq / m 2 or more per unit surface area. Carbon black. The production method is to ozone oxidize carbon black to oxidize the surface functional group to 1.0 μeq / m 2 or more, and then to form carboxyl groups by wet oxidation using a halogenate and an acid or a persulfate as an oxidizing agent. Oxidative modification of the total amount of hydroxyl groups to 3 μeq / m 2 or more.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば黒色系水溶
性インキ顔料として好適に用いることのできる水への分
散性に優れた易水分散性カーボンブラック及びその製造
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a water-dispersible carbon black excellent in dispersibility in water which can be suitably used, for example, as a black water-soluble ink pigment, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】カーボンブラックは疎水性で水に対する
濡れ性が低いために、水中に高濃度で安定に分散させる
ことは極めて困難である。これはカーボンブラック表面
に存在する水分子との親和性が高い水素含有官能基、例
えばカルボキシル基やヒドロキシル基などの親水性の官
能基が極めて少ないことに起因する。したがって、黒色
顔料としてカーボンブラックを水中に分散させた水性顔
料インキなどに使用する場合には、カーボンブラックの
表面性状を改質して水分散性の向上を図る必要がある。
2. Description of the Related Art Since carbon black is hydrophobic and has low wettability with water, it is extremely difficult to stably disperse carbon black in water at a high concentration. This is because the number of hydrogen-containing functional groups having a high affinity for water molecules existing on the carbon black surface, for example, hydrophilic functional groups such as a carboxyl group and a hydroxyl group is extremely small. Therefore, when using as a black pigment in an aqueous pigment ink in which carbon black is dispersed in water, it is necessary to improve the surface properties of the carbon black to improve the water dispersibility.

【0003】水性顔料インキは筆記具をはじめ、特に近
年ではインクジェットプリンター用の記録液などとして
注目されており、例えば特開平3−97770号公報に
は、水性媒体、ポリオキシエチレンスチリルフェニルエ
ーテル及び一次粒子径が20〜40nm、DBP吸油量が
40〜120ml/100g 、pHが7.0以上であるカーボ
ンブラックを含有することを特徴とするインキジェット
用記録液が提案されている。これは、分散剤としてポリ
オキシエチレンスチリルフェニルエーテルを用いること
により記録液の保存安定性の向上を図るもので、対象と
なるカーボンブラックには市販品が用いられ、カーボン
ブラックの変性については何ら意図されていない。
[0003] Aqueous pigment inks have attracted attention as writing materials, especially as recording liquids for ink jet printers in recent years. For example, JP-A-3-97770 discloses an aqueous medium, polyoxyethylenestyrylphenyl ether and primary particles. An ink jet recording liquid characterized by containing carbon black having a diameter of 20 to 40 nm, a DBP oil absorption of 40 to 120 ml / 100 g, and a pH of 7.0 or more has been proposed. This is intended to improve the storage stability of the recording liquid by using polyoxyethylene styryl phenyl ether as a dispersant. A commercially available carbon black is used as the target carbon black, and there is no intention to modify carbon black. It has not been.

【0004】また、カーボンブラックを酸化処理して表
面に親水性の官能基を形成することによりカーボンブラ
ックの水中への分散性を改良することは、例えば特開昭
48−18186号公報にはカーボンブラックを次亜ハ
ロゲン酸塩の水溶液で酸化処理し、次いで反応系より酸
化カーボンブラックを分離捕集するにあたり有機溶剤で
洗浄することを特徴とする酸化カーボンブラックの製造
方法が、特開昭57−159856号公報にはカーボン
ブラックを低温酸化プラズマ処理することを特徴とする
水分散性改質カーボンブラックの製造法が提案されてい
る。また、特開平8−3498号公報には水とカーボン
ブラックとを含有する水性顔料インキにおいて、該カー
ボンブラックが1.5mmol/g以上の表面活性水素含有量
を有する水性顔料インキ、及び、水とカーボンブラック
とを含有する水性顔料インキの製造方法において、(a)
酸性カーボンブラックを得る工程と、(b) 前記酸性カー
ボンブラックを水中で次亜ハロゲン酸塩で更に酸化する
工程とを、包含する水性顔料インキの製造方法が提案さ
れている。更に、特開平8−319444号公報には吸
油量100ml/100g 以下のカーボンブラックを水性媒体
中に微分散する工程;及び次亜ハロゲン酸塩を用いて該
カーボンブラックを酸化する工程;を包含する水性顔料
インキの製造方法が開示されている。
[0004] Further, improving the dispersibility of carbon black in water by oxidizing carbon black to form a hydrophilic functional group on the surface is disclosed in, for example, JP-A-48-18186. Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 57-157 discloses a method for producing black carbon oxide, comprising oxidizing black with an aqueous solution of hypohalite, and then washing the organic black with an organic solvent to separate and collect the carbon oxide from the reaction system. JP-A-159856 proposes a method for producing a water-dispersible modified carbon black, which comprises subjecting carbon black to low-temperature oxidation plasma treatment. JP-A-8-3498 discloses an aqueous pigment ink containing water and carbon black, wherein the carbon black has a surface active hydrogen content of 1.5 mmol / g or more, and water and carbon black. In the method for producing an aqueous pigment ink containing carbon black, (a)
A method for producing an aqueous pigment ink has been proposed which includes a step of obtaining acidic carbon black and a step of (b) further oxidizing the acidic carbon black with hypohalite in water. JP-A-8-319444 further includes a step of finely dispersing carbon black having an oil absorption of 100 ml / 100 g or less in an aqueous medium; and a step of oxidizing the carbon black with a hypohalite. A method for producing an aqueous pigment ink is disclosed.

【0005】上記の特開平8−3498号公報及び特開
平8−319444号公報などではカーボンブラックを
酸化して、表面に親水性の官能基である活性水素を多く
含有させることにより、水分散性が良好で、長期間の分
散安定性に優れた水性顔料インキを得るものである。
In the above-mentioned JP-A-8-3498 and JP-A-8-319444, carbon black is oxidized so that the surface contains a large amount of active hydrogen which is a hydrophilic functional group, so that water dispersibility is increased. And a water-based pigment ink having excellent long-term dispersion stability.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、カーボ
ンブラックが水中に分散する過程においては、カーボン
ブラック表面と水分子との接触界面に存在する親水性の
官能基量が重要な機能を果たし、単にカーボンブラック
単位重量当たりの官能基量では分散性の良否を的確に判
断することはできない。そこで、本発明者は分散性の良
否を的確に評価する新たな手法として、カーボンブラッ
ク単位表面積当たりに存在する水素含有官能基量に着目
した。
However, in the process of dispersing carbon black in water, the amount of hydrophilic functional groups present at the contact interface between the carbon black surface and water molecules plays an important function, Whether the dispersibility is good or not cannot be accurately determined based on the amount of the functional group per unit weight of black. Therefore, the present inventor focused on the amount of hydrogen-containing functional groups existing per unit surface area of carbon black as a new method for accurately evaluating the quality of dispersibility.

【0007】そして、カーボンブラックの表面に存在す
る水素含有官能基として、親水性で安定なカルボキシル
基とヒドロキシル基に注目し、その総和量を特定値以上
に設定制御することにより水中における分散性能の優れ
たカーボンブラックが得られることを見出した。
Attention has been paid to hydrophilic and stable carboxyl groups and hydroxyl groups as hydrogen-containing functional groups present on the surface of carbon black, and by controlling the total amount to a specific value or more, the dispersion performance in water is improved. It has been found that excellent carbon black can be obtained.

【0008】本発明はこの知見に基づいて開発されたも
のであり、その目的は、例えばインキジェットプリンタ
ーなどに用いられる記録液として吐出安定性に優れ、紙
定着濃度、印字品位、耐光性、保存安定性などの良好な
水性黒色インキ用の顔料として好適に用いることのでき
る、水中への分散性能に優れた易水分散性カーボンブラ
ック及びその製造方法を提供することにある。
The present invention has been developed based on this finding, and its object is to provide, for example, a recording liquid used in an ink jet printer, which has excellent ejection stability, paper fixing density, print quality, light fastness, and storage stability. An object of the present invention is to provide an easily water-dispersible carbon black excellent in dispersibility in water, which can be suitably used as a pigment for aqueous black ink having good stability and the like, and a method for producing the same.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による易水分散性カーボンブラックは、酸化
処理により改質されたカーボンブラックであって、表面
に存在する水素含有官能基のうちカルボキシル基とヒド
ロキシル基の総和量が、単位表面積当たり3μeq/m2
上であることを構成上の特徴とする。
The water-dispersible carbon black according to the present invention for achieving the above-mentioned object is a carbon black modified by an oxidation treatment, wherein the carbon black has a hydrogen-containing functional group present on the surface. Among them, the constitutional feature is that the total amount of the carboxyl group and the hydroxyl group is 3 μeq / m 2 or more per unit surface area.

【0010】また、その製造方法は、カーボンブラック
をオゾン酸化して表面官能基量を1.0μeq/m2以上に
酸化処理した後、酸化剤としてハロゲン酸塩と酸または
過硫酸塩を用いて湿式酸化により水素含有表面官能基の
うちカルボキシル基とヒドロキシル基の総和量を3μeq
/m2以上に酸化改質することを構成上の特徴とする。
[0010] In addition, the production method is such that carbon black is subjected to ozone oxidation to oxidize the surface functional group to 1.0 μeq / m 2 or more, and then a halogenate and an acid or persulfate are used as an oxidizing agent. The total amount of carboxyl groups and hydroxyl groups among the hydrogen-containing surface functional groups is 3 μeq by wet oxidation.
/ M 2 or more.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】カーボンブラックを酸化処理する
と酸化剤や酸化条件によって例えばカルボキシル基(−
COOH)、ヒドロキシル基(−OH)、ヒドロニウム
基(−H)、キノン基(>C=O)などの種々の官能基
が生成する。これらの官能基のうち、水分子との親和性
が高く、水中で安定な分散状態を形成維持するためには
活性水素を含むカルボキシル基(−COOH)及びヒド
ロキシル基(−OH)の存在量が大きく機能する。すな
わち、ヒドロニウム基(−H)は不安定であり、キノン
基(>C=O)は水分子との親和性が小さくむしろ水中
への分散性を阻害する要因となる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS When carbon black is oxidized, for example, a carboxyl group (-
Various functional groups such as COOH), hydroxyl group (-OH), hydronium group (-H), quinone group (> C = O) are generated. Among these functional groups, the abundance of the carboxyl group (-COOH) and the hydroxyl group (-OH) containing active hydrogen is high in order to maintain high affinity with water molecules and maintain a stable dispersion state in water. Works great. That is, the hydronium group (-H) is unstable, and the quinone group (> C = O) has a low affinity for water molecules and rather inhibits dispersibility in water.

【0012】また、カーボンブラックが水に分散する過
程及び水中に分散した状態においては、カーボンブラッ
クと水分子との接触界面に存在する親水性の官能基量が
重要な機能を発揮する。したがって、カーボンブラック
単位重量当たりの官能基量では分散性能の良否を的確に
評価することはできない。すなわち、カーボンブラック
は比表面積が異なる多様な品種があり、カーボンブラッ
ク1g 当たりに含まれるカルボキシル基やヒドロキシル
基の水素含有官能基量が同じであっても、水中への分散
性能に大きく影響する水分子との接触界面に存在するこ
れらの官能基量は、その比表面積によって異なるものと
なる。そこで、本発明の易水分散性カーボンブラックで
は、分散性能を的確に評価する手法として、カーボンブ
ラック単位表面積当たりに存在する水素含有表面官能基
量を新たな評価パラメータとして創出し、カルボキシル
基とヒドロキシル基の総和量を3μeq/m2以上に特定す
るものである。
In the process of dispersing carbon black in water and in the state of dispersion in water, the amount of hydrophilic functional groups present at the contact interface between carbon black and water molecules exerts an important function. Therefore, it is not possible to accurately evaluate the quality of the dispersion performance based on the amount of the functional group per unit weight of the carbon black. That is, there are various varieties of carbon black having different specific surface areas, and even if the amount of carboxyl group or hydroxyl group-containing hydrogen-containing functional group contained in 1 g of carbon black is the same, water which greatly affects the dispersibility in water. The amount of these functional groups existing at the contact interface with the molecule differs depending on the specific surface area. Therefore, in the water-dispersible carbon black of the present invention, the amount of hydrogen-containing surface functional groups present per unit surface area of carbon black is created as a new evaluation parameter as a method for accurately evaluating the dispersing performance. The total amount of the groups is specified to be 3 μeq / m 2 or more.

【0013】なお、これらの官能基は下記の方法により
測定した値が用いられる。 カルボキシル基:O.976N炭酸水素ナトリウム5
0ml中にカーボンブラック2〜5g を添加して6時間振
盪した後、カーボンブラックを反応液から濾別し、濾液
に0.05N塩酸水溶液を加えたのち、pHが7.0に
なるまで0.05N水酸化ナトリウム水溶液にて中和滴
定試験を行ってカルボキシル基を測定する。この測定値
をカーボンブラックの窒素吸着比表面積(N2SA ;m2/g)で
除した値を、カーボンブラックの単位表面積当たりに形
成されたカルボキシル基量(μeq/m2)とする。
The values measured for these functional groups by the following method are used. Carboxyl group: O. 976N sodium bicarbonate 5
After adding 2 to 5 g of carbon black to 0 ml and shaking for 6 hours, the carbon black was separated from the reaction solution by filtration, and a 0.05N aqueous hydrochloric acid solution was added to the filtrate. Carboxyl groups are measured by performing a neutralization titration test with a 05N aqueous sodium hydroxide solution. The value obtained by dividing the measured value by the nitrogen adsorption specific surface area of carbon black (N 2 SA; m 2 / g) is defined as the amount of carboxyl groups formed per unit surface area of carbon black (μeq / m 2 ).

【0014】ヒドロキシル基:2、2′-Diphenyl-1-
picrylhydrazyl(DPPH)を四塩化炭素中に溶解して濃度5
×10-4mol/l の溶液を作成し、該溶液にカーボンブラ
ックを0.1〜0.6g添加し、60℃の恒温槽中で6
時間撹拌する。その後、反応液からカーボンブラックを
濾別し、濾液を紫外線吸光光度計によりヒドロキシル基
を測定する。このようにして測定した値をカーボンブラ
ックの窒素吸着比表面積(N2SA ;m2/g)で除した値を、カ
ーボンブラックの単位表面積当たりに形成されたヒドロ
キシル基量(μeq/m2)とする。
Hydroxyl group: 2,2'-Diphenyl-1-
picrylhydrazyl (DPPH) dissolved in carbon tetrachloride to a concentration of 5
× 10 -4 mol / l solution was prepared, 0.1 to 0.6 g of carbon black was added to the solution, and the solution was added in a 60 ° C. constant temperature bath.
Stir for hours. Thereafter, carbon black is separated from the reaction solution by filtration, and the filtrate is measured for hydroxyl groups by an ultraviolet absorption spectrophotometer. The value obtained by dividing the value measured in this manner by the nitrogen adsorption specific surface area of carbon black (N 2 SA; m 2 / g) is the amount of hydroxyl groups formed per unit surface area of carbon black (μeq / m 2 ). And

【0015】酸化改質されるカーボンブラックとして
は、窒素吸着比表面積が25〜300m2/g、DBP吸油
量が50〜160ml/100g 、一次粒子径が10〜70nm
の特性を備えたものが好ましい。窒素吸着比表面積が2
5m2/g未満、一次粒子径が70nmを超える大きな粒子で
は水性インキ用の黒色顔料とした場合に印字の漆黒度が
低くなり、逆に窒素吸着比表面積が300m2/gを超え、
一次粒子径が10nm未満の小さな粒子では水への分散性
や分散安定性が悪化する。また、DBP吸油量が50ml
/100g を下回ると黒色インキとした場合に紙定着濃度の
漆黒度が低下し、160ml/100g を超えると濾過性が不
良になり印字ヘッドから噴霧し難くなるためである。
The carbon black to be oxidatively modified has a nitrogen adsorption specific surface area of 25 to 300 m 2 / g, a DBP oil absorption of 50 to 160 ml / 100 g, and a primary particle diameter of 10 to 70 nm.
Those having the following characteristics are preferred. Nitrogen adsorption specific surface area is 2
Large particles having a primary particle diameter of less than 5 m 2 / g and a primary particle diameter of more than 70 nm have a lower jet jetness when used as a black pigment for an aqueous ink, and conversely have a nitrogen adsorption specific surface area of more than 300 m 2 / g.
Small particles having a primary particle size of less than 10 nm have poor water dispersibility and dispersion stability. DBP oil absorption is 50ml
If the amount is less than / 100 g, the jet fixing degree of the paper fixing density decreases when a black ink is used. If the amount exceeds 160 ml / 100 g, the filterability becomes poor and it becomes difficult to spray from the print head.

【0016】このようなカーボンブラック表面に水素含
有表面官能基としてカルボキシル基とヒドロキシル基の
総和量が3μeq/m2以上である易水分散性カーボンブラ
ックは、カーボンブラックを特定の条件下で酸化処理す
ることにより製造することができる。すなわち、先ずカ
ーボンブラックをオゾンにより酸化して表面官能基量を
1.0μeq/m2以上に酸化処理した後、酸化剤としてハ
ロゲン酸塩と酸または過硫酸塩を用いて湿式酸化により
水素含有表面官能基のうちカルボキシル基とヒドロキシ
ル基の総和量を3μeq/m2以上に酸化改質することによ
り製造することができる。
Such an easily water-dispersible carbon black having a total amount of carboxyl groups and hydroxyl groups as hydrogen-containing surface functional groups of 3 μeq / m 2 or more on the surface of the carbon black is obtained by oxidizing the carbon black under specific conditions. Can be manufactured. That is, first, carbon black is oxidized with ozone to oxidize the surface functional group amount to 1.0 μeq / m 2 or more, and then the hydrogen-containing surface is subjected to wet oxidation using a halide and an acid or persulfate as an oxidizing agent. It can be produced by oxidatively modifying the total amount of the carboxyl group and the hydroxyl group among the functional groups to 3 μeq / m 2 or more.

【0017】カーボンブラックを単に酸化するのみでは
水への分散性に関与するカルボキシル基やヒドロキシル
基を効率よく生成することができず、水分子との親和性
が小さく水分散性能に寄与しないキノン基の生成が著し
くなる。そこで、本発明ではカーボンブラックを先ずオ
ゾンにより酸化処理する。オゾンによる酸化処理はカー
ボンブラックを水となじみ易くするために行われ、酸化
剤としてはオゾンのみでなく空気にオゾンを添加したオ
ゾン含有空気を用いることもできる。
A simple oxidation of carbon black cannot efficiently generate carboxyl groups or hydroxyl groups involved in dispersibility in water, and has a low affinity for water molecules and does not contribute to water dispersion performance. Is significantly generated. Therefore, in the present invention, carbon black is first oxidized with ozone. The oxidation treatment with ozone is performed to make the carbon black more easily compatible with water. As the oxidizing agent, not only ozone but also ozone-containing air obtained by adding ozone to air can be used.

【0018】このオゾン酸化によりカーボンブラック表
面にはカルボキシル基、ヒドロキシル基、キノン基など
の官能基が生成するが、オゾン酸化はこれらの官能基量
として1.0μeq/m2以上となるように酸化処理するこ
とが必要である。官能基量が1.0μeq/m2未満ではカ
ーボンブラックが水に浮遊するため、次いで行う湿式酸
化によりカルボキシル基及びヒドロキシル基の親水性官
能基を3μeq/m2以上に酸化改質することが困難となる
ためである。
This ozone oxidation produces functional groups such as carboxyl group, hydroxyl group and quinone group on the carbon black surface. Ozone oxidation is carried out so that the amount of these functional groups becomes 1.0 μeq / m 2 or more. It is necessary to process. When the amount of the functional group is less than 1.0 μeq / m 2 , the carbon black floats in water, so it is difficult to oxidize and modify the hydrophilic functional groups of the carboxyl group and the hydroxyl group to 3 μeq / m 2 or more by the subsequent wet oxidation. This is because

【0019】オゾン酸化によりカーボンブラック表面に
生成した官能基は、ハロゲン酸塩と酸、あるいは過硫酸
塩を酸化剤として水中での湿式酸化処理をすることによ
りキノン基は活性水素を含む官能基、すなわちカルボキ
シル基やヒドロキシル基に転化して、カーボンブラック
表面に存在するこれらの水素含有官能基が3μeq/m2
上に酸化改質される。
The functional group formed on the carbon black surface by the ozone oxidation can be converted into a functional group containing active hydrogen by performing a wet oxidation treatment in water using a halogenate and an acid or a persulfate as an oxidizing agent. That is, they are converted into carboxyl groups or hydroxyl groups, and these hydrogen-containing functional groups present on the carbon black surface are oxidized and reformed to 3 μeq / m 2 or more.

【0020】酸化剤として用いられるハロゲン酸塩は、
ハロゲン酸塩のみでなく、亜ハロゲン酸塩も用いられ、
ハロゲンとしては塩素、よう素、臭素、フッ素いずれも
用いられるが好ましくは塩素を使用する。また塩として
はアルカリ金属塩やアンモニウム塩が用いられ、好まし
くはナトリウム塩あるいはアンモニウム塩が用いられ
る。ハロゲン酸塩の水溶液中における酸化効果は酸性で
強く、中性、アルカリ性では著しく弱いので、酸化剤と
してはハロゲン酸塩と酸との混合水溶液が用いられ、酸
には塩酸あるいは硫酸が好ましく用いられる。また、酸
化剤には過硫酸塩を用いることもできる。
The halogenate used as the oxidizing agent is
Not only halides, but also subhalites are used,
As the halogen, any of chlorine, iodine, bromine and fluorine is used, but chlorine is preferably used. As the salt, an alkali metal salt or an ammonium salt is used, and preferably, a sodium salt or an ammonium salt is used. Since the oxidizing effect of the halogenate in the aqueous solution is strong under acidic conditions and extremely weak under neutral or alkaline conditions, a mixed aqueous solution of a halogenate and an acid is used as the oxidizing agent, and hydrochloric acid or sulfuric acid is preferably used as the acid. . Further, a persulfate can be used as the oxidizing agent.

【0021】湿式酸化処理は適宜濃度に調整されたハロ
ゲン酸塩と酸との混合水溶液あるいは過硫酸塩水溶液に
オゾン酸化したカーボンブラックを適宜な割合で混合分
散し、撹拌しながら処理温度や処理時間などを適宜制御
することにより所定の酸化処理が行われる。このように
して、カーボンブラック表面に形成される官能基量とし
てカルボキシル基及びヒドロキシル基の水素含有表面官
能基量を3μeq/m2以上に酸化改質することができる。
更に、この官能基の末端水素の一部または全部をアルカ
リ金属あるいはアンモニウム塩に置換することにより、
分散性能を一層向上させることが可能となる。
In the wet oxidation treatment, the ozone-oxidized carbon black is mixed and dispersed at an appropriate ratio in a mixed aqueous solution of a halogenate and an acid or a persulfate aqueous solution adjusted to an appropriate concentration, and the treatment temperature and the treatment time are stirred. The predetermined oxidation treatment is performed by appropriately controlling the above. In this manner, the amount of the functional group formed on the surface of the carbon black, that is, the hydrogen-containing surface functional group of the carboxyl group and the hydroxyl group can be oxidatively modified to 3 μeq / m 2 or more.
Furthermore, by substituting part or all of the terminal hydrogen of this functional group with an alkali metal or ammonium salt,
Dispersion performance can be further improved.

【0022】このようにして酸化改質したカーボンブラ
ックは濾別して分離したのち、純水で充分に洗浄して付
着している酸化剤を水洗除去し、乾燥して本発明の易水
分散性カーボンブラックが得られる。しかしながら、水
洗のみでは酸化剤などの不純物を完全に除去することは
困難であり、高純度に精製処理する必要がある場合には
カーボンブラックを再度純水中に分散させてpHを5〜
8に調整し、電気透析あるいは限外濾過膜やルーズR.O
などの分離膜で残塩を分離精製することにより高純度化
が図られる。
The carbon black thus oxidized and modified is separated by filtration, washed thoroughly with pure water to remove the oxidizing agent adhering thereto, and dried to obtain the easily dispersible carbon black of the present invention. Black is obtained. However, it is difficult to completely remove impurities such as an oxidizing agent only by washing with water, and when it is necessary to perform a purification treatment with high purity, carbon black is dispersed again in pure water to adjust the pH to 5 to 5.
8 and electrodialysis or ultrafiltration membrane or loose RO
High purity can be achieved by separating and purifying the residual salt using a separation membrane such as this.

【0023】[0023]

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して具
体的に説明する。
EXAMPLES Examples of the present invention will be specifically described below in comparison with comparative examples.

【0024】実施例1〜4 窒素吸着比表面積(N2SA)、DBP吸油量、一次粒子径(D
n)が異なるカーボンブラックを試料として用い、各カー
ボンブラック200g をオゾン処理容器に入れ、常温で
オゾン流量及び処理時間を変えて酸化処理した。このよ
うにしてオゾン酸化により官能基量が異なるカーボンブ
ラックを調製した。
Examples 1-4 Nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA), DBP oil absorption, primary particle diameter (D
Using carbon blacks differing in n) as a sample, 200 g of each carbon black was placed in an ozone treatment container, and oxidized at normal temperature by changing the ozone flow rate and the treatment time. Thus, carbon blacks having different functional group contents were prepared by ozone oxidation.

【0025】次いで、これらのカーボンブラックを下記
の酸化剤を用いて酸化処理した。 A;0.5Nの塩素酸ナトリウムと1Nの硫酸の混合溶
液 B;1.5Nの過硫酸アンモニウム水溶液 なお、酸化処理は上記の酸化剤溶液3000mlにカーボ
ンブラック150g を添加して、反応温度及び反応時間
を変えて撹拌混合することにより行った。次いで、水酸
化ナトリウム水溶液を添加して中和したのち濾過分離
し、得られた酸化処理カーボンブラックを充分に水洗し
て生成した塩を洗浄除去したのち、更に電気透析装置に
より精製して不純物を除去した。このようにして酸化改
質し、カーボンブラックの固形分20重量%、pH7〜
8のカルボキシル基とヒドロキシル基の総和量が異なる
水に分散したカーボンブラックを製造した。
Next, these carbon blacks were oxidized using the following oxidizing agents. A: mixed solution of 0.5N sodium chlorate and 1N sulfuric acid B: 1.5N aqueous solution of ammonium persulfate In the oxidation treatment, 150 g of carbon black was added to 3000 ml of the above oxidizing agent solution, and the reaction temperature and reaction time Was changed by stirring and mixing. Next, an aqueous solution of sodium hydroxide was added to neutralize the mixture, followed by filtration and separation. The resulting oxidized carbon black was sufficiently washed with water to remove salts generated, and further purified by an electrodialyzer to remove impurities. Removed. Oxidation-modified in this way, the solid content of carbon black is 20% by weight, and the pH is 7 to
Carbon blacks dispersed in water having different total amounts of carboxyl groups and hydroxyl groups of 8 were produced.

【0026】比較例1〜4 上記の酸化剤AあるいはBによる酸化処理を行わず、オ
ゾン処理のみによって酸化改質したカーボンブラックに
水酸化ナトリウム水溶液を添加して、カーボンブラック
の固形分20重量%、pH7〜8の水に分散したカーボ
ンブラックを製造した。
Comparative Examples 1 to 4 An aqueous sodium hydroxide solution was added to carbon black oxidized and modified only by ozone treatment without performing the above-described oxidation treatment with the oxidizing agent A or B, and the solid content of the carbon black was 20% by weight. And carbon black dispersed in water having a pH of 7 to 8.

【0027】このようにして酸化改質した各カーボンブ
ラックのカルボキシル基とヒドロキシル基を測定して、
その和を求めた。これらの結果を製造条件と対比して表
1に示した。
The carboxyl groups and hydroxyl groups of each of the oxidatively modified carbon blacks were measured, and
I asked for the sum. These results are shown in Table 1 in comparison with the production conditions.

【0028】[0028]

【表1】 (注)*1 カルボキシル基とヒドロキシル基の総和量[Table 1] (Note) * 1 Total amount of carboxyl group and hydroxyl group

【0029】この分散水について、下記の方法により試
験を行って分散性能を評価し、その結果を表2に示し
た。
The dispersion water was tested by the following method to evaluate the dispersion performance, and the results are shown in Table 2.

【0030】(1)粘度の測定;分散水を密閉容器に入
れ、室温及び70℃の温度に保持して経時的に粘度を測
定し、室温及び70℃の加温時における粘度の経時的変
化、すなわち分散状態の経時的安定性を比較した。な
お、粘度は回転振動式粘度計〔山一電機(株)製、VM-1
00A-L 〕により測定した。 (2)濾過試験;水に分散したカーボンブラックを90φ
の濾紙(NO.2)、及び膜孔 3μm 、0.8 μm のフィルタ
ーを用いて20Torrの減圧下で濾過試験を行い、その通
過割合(重量%)により濾過性を比較した。
(1) Measurement of viscosity: Dispersed water was placed in a closed container, and the viscosity was measured over time while maintaining the temperature at room temperature and 70 ° C., and the change over time in the viscosity at room temperature and heating at 70 ° C. That is, the temporal stability of the dispersed state was compared. The viscosity was measured using a rotary vibration viscometer [VM-1 manufactured by Yamaichi Electric Co., Ltd.
00A-L]. (2) Filtration test: carbon black dispersed in water was 90φ
A filtration test was performed under reduced pressure of 20 Torr using a filter paper (NO.2) and a filter having a membrane pore size of 3 μm and 0.8 μm, and the filterability was compared based on the passing ratio (% by weight).

【0031】また、水性インク用顔料としての性能を評
価するために、分散水をカーボンブラック濃度3重量%
に希釈し、インクジェットプリンター(Deskjet 850cヒ
ュレットパッカード社製)に装填してコピー用紙及び光
沢紙に印字して、マクベス濃度計(コルモーゲン社製 R
D-927 )により印字濃度を測定し、その結果も表2に併
載した。
In order to evaluate the performance as a pigment for an aqueous ink, the dispersion water was added to a carbon black concentration of 3% by weight.
Diluted into an ink jet printer (Deskjet 850c, manufactured by Hewlett-Packard), and printed on copy paper and glossy paper.
D-927), the print density was measured, and the results are also shown in Table 2.

【0032】[0032]

【表2】 [Table 2]

【0033】表1及び表2の結果から、カーボンブラッ
ク粒子表面の単位表面積当たりに存在するカルボキシル
基とヒドロキシル基の総和量が3μeq/m2以上に改質さ
れた本発明の易水分散性カーボンブラックは、室温及び
70℃に加温された状態下でも分散水の粘度は安定で経
時的変化が少ないことが判る。これに対して、カルボキ
シル基とヒドロキシル基の総和量が3μeq/m2未満の比
較例ではいずれも粘度が次第に上昇しており、分散状態
が経時的に劣化することが認められる。これは分散した
カーボンブラックが再凝集して分散性が低下するためで
あり、濾過試験の結果からも明らかである。したがっ
て、本発明の易水分散性カーボンブラックを黒色水性イ
ンク用の顔料に用いたインクでは印字濃度も濃く、印字
性に優れている。また、本発明の製造方法に従えば、こ
のように表面が改質された易水分散性カーボンブラック
を容易に製造することが可能である。
From the results shown in Tables 1 and 2, the water-dispersible carbon of the present invention in which the total amount of carboxyl groups and hydroxyl groups present per unit surface area of the carbon black particles was modified to 3 μeq / m 2 or more was obtained. It can be seen that the viscosity of the dispersion water is stable even when heated to room temperature and 70 ° C., and the change with time is small. On the other hand, in Comparative Examples in which the total amount of the carboxyl group and the hydroxyl group is less than 3 μeq / m 2, the viscosity gradually increases, and it is recognized that the dispersion state deteriorates with time. This is because the dispersed carbon black reagglomerates and the dispersibility decreases, and is apparent from the results of the filtration test. Therefore, the ink using the water-dispersible carbon black of the present invention as a pigment for a black aqueous ink has a high print density and is excellent in printability. Further, according to the production method of the present invention, it is possible to easily produce the water-dispersible carbon black having the surface modified as described above.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、水中に
容易に分散することができ、また長期に亘って分散状態
を安定に維持し得る優れた分散性能を有する易水分散性
カーボンブラック及びその製造方法が提供される。した
がって、本発明の易水分散性のカーボンブラックを黒色
水性インキの顔料として使用すれば、例えばインキジェ
ットプリンターなどに用いられる記録液として吐出安定
性が高く、優れた紙定着濃度、印字品位、耐光性、保存
安定性などを備えたインキとすることができる。したが
って、インキジェットプリンター用の記録液をはじめ、
各種筆記具など、広い用途分野で用いる水性インキ用の
顔料などとして極めて有用である。
As described above, according to the present invention, an easily water-dispersible carbon black having excellent dispersibility, which can be easily dispersed in water and can stably maintain a dispersed state for a long period of time. And a method for manufacturing the same. Therefore, if the water-dispersible carbon black of the present invention is used as a pigment for a black aqueous ink, for example, the ejection stability is high as a recording liquid used in an ink jet printer and the like, and excellent paper fixing density, print quality, and light fastness are obtained. Inks having good properties and storage stability can be obtained. Therefore, including recording liquid for ink jet printer,
It is extremely useful as a pigment for aqueous inks used in a wide range of fields such as various writing instruments.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酸化処理により改質されたカーボンブラ
ックであって、表面に存在する水素含有官能基のうちカ
ルボキシル基とヒドロキシル基の総和量が、単位表面積
当たり3μeq/m2以上であることを特徴とする易水分散
性カーボンブラック。
1. A carbon black modified by an oxidation treatment, wherein the total amount of carboxyl groups and hydroxyl groups among the hydrogen-containing functional groups present on the surface is at least 3 μeq / m 2 per unit surface area. Characteristic easy-dispersible carbon black.
【請求項2】 カーボンブラックをオゾン酸化して表面
官能基量を1.0μeq/m2以上に酸化処理した後、酸化
剤としてハロゲン酸塩と酸または過硫酸塩を用いて湿式
酸化により水素含有表面官能基のうちカルボキシル基と
ヒドロキシル基の総和量を3μeq/m2以上に酸化改質す
ることを特徴とする易水分散性カーボンブラックの製造
方法。
2. Ozone oxidation of carbon black to oxidize the surface functional group to 1.0 μeq / m 2 or more, and then contains hydrogen by wet oxidation using a halogenate and an acid or persulfate as an oxidizing agent. A method for producing easily water-dispersible carbon black, comprising oxidatively modifying the total amount of carboxyl groups and hydroxyl groups among surface functional groups to 3 μeq / m 2 or more.
JP33240597A 1997-11-17 1997-11-17 Easily water dispersible carbon black and method for producing the same Expired - Lifetime JP3691947B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33240597A JP3691947B2 (en) 1997-11-17 1997-11-17 Easily water dispersible carbon black and method for producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP33240597A JP3691947B2 (en) 1997-11-17 1997-11-17 Easily water dispersible carbon black and method for producing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11148027A true JPH11148027A (en) 1999-06-02
JP3691947B2 JP3691947B2 (en) 2005-09-07

Family

ID=18254609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP33240597A Expired - Lifetime JP3691947B2 (en) 1997-11-17 1997-11-17 Easily water dispersible carbon black and method for producing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3691947B2 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002080763A (en) * 1999-09-17 2002-03-19 Canon Inc Ink, ink set, ink cartridge, recording unit, color image- recording device, method for recording image, method for forming color image and method for improving concentration of ink jet color image
US6432324B1 (en) 1999-08-25 2002-08-13 Canon Kasei Kabushiki Kaisha Semiconducting member, functional member for electrophotography, and process cartridge
US6646028B2 (en) 2000-12-07 2003-11-11 Cid Centro De Investigacion Y Desarrollo Tecnologico, S.A. De C.V. Rubber and carbon black
EP1418209A3 (en) * 2002-11-08 2005-03-16 Rohm And Haas Company Method for forming an aqueous carbon black dispersion
JP2007002107A (en) * 2005-06-24 2007-01-11 Tokai Carbon Co Ltd Carbon black aqueous dispersion and method for producing the same
JP2007045901A (en) * 2005-08-09 2007-02-22 Tokai Carbon Co Ltd Carbon black aqueous dispersion and method for producing the same
WO2016152216A1 (en) * 2015-03-26 2016-09-29 東海カーボン株式会社 Process for producing aqueous dispersion of oxidized carbon black particles
JP2017141315A (en) * 2016-02-08 2017-08-17 東海カーボン株式会社 Hydrophilic carbon black aqueous dispersion, hydrophilic carbon black aqueous dispersion and manufacturing method of hydrophilic carbon black aqueous dispersion
CN112542590A (en) * 2020-12-07 2021-03-23 惠州亿纬锂能股份有限公司 Easily-dispersible carbon black conductive agent and preparation method and application thereof

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6432324B1 (en) 1999-08-25 2002-08-13 Canon Kasei Kabushiki Kaisha Semiconducting member, functional member for electrophotography, and process cartridge
JP2002080763A (en) * 1999-09-17 2002-03-19 Canon Inc Ink, ink set, ink cartridge, recording unit, color image- recording device, method for recording image, method for forming color image and method for improving concentration of ink jet color image
US6646028B2 (en) 2000-12-07 2003-11-11 Cid Centro De Investigacion Y Desarrollo Tecnologico, S.A. De C.V. Rubber and carbon black
EP1418209A3 (en) * 2002-11-08 2005-03-16 Rohm And Haas Company Method for forming an aqueous carbon black dispersion
US7025820B2 (en) 2002-11-08 2006-04-11 Rohm And Haas Company Method for forming an aqueous carbon black dispersion
JP2007002107A (en) * 2005-06-24 2007-01-11 Tokai Carbon Co Ltd Carbon black aqueous dispersion and method for producing the same
JP2007045901A (en) * 2005-08-09 2007-02-22 Tokai Carbon Co Ltd Carbon black aqueous dispersion and method for producing the same
WO2016152216A1 (en) * 2015-03-26 2016-09-29 東海カーボン株式会社 Process for producing aqueous dispersion of oxidized carbon black particles
JP2016183244A (en) * 2015-03-26 2016-10-20 東海カーボン株式会社 Manufacturing method of oxidized carbon black particle water dispersion
JP2017141315A (en) * 2016-02-08 2017-08-17 東海カーボン株式会社 Hydrophilic carbon black aqueous dispersion, hydrophilic carbon black aqueous dispersion and manufacturing method of hydrophilic carbon black aqueous dispersion
CN112542590A (en) * 2020-12-07 2021-03-23 惠州亿纬锂能股份有限公司 Easily-dispersible carbon black conductive agent and preparation method and application thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP3691947B2 (en) 2005-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6123759A (en) Carbon black, process for producing the same, and aqueous dispersion and water-base ink both containing the same
JPH10237349A (en) Oxidized carbon black, method for producing the same, aqueous dispersion containing the same, and aqueous ink
JP3691947B2 (en) Easily water dispersible carbon black and method for producing the same
JP3933303B2 (en) Carbon black, method for producing the same, carbon black aqueous dispersion, and water-based ink using the same
JP4099263B2 (en) Process for producing easily dispersible carbon black
JP2000095965A (en) Method of modifying carbon black
JP4771247B2 (en) Carbon black pigment for water-based ink and water-based ink using the same
JP2000017187A (en) Aqueous carbon black dispersion and aqueous ink using the same
JP3521669B2 (en) Oxidized carbon black, carbon black dispersion and method for producing the same
JP2001081355A (en) Carbon black pigment for water-based ink
JP3862255B2 (en) Aqueous dispersion of oxidized carbon black
JPH11323175A (en) Water-dispersible carbon black and method for producing the same
JPH11349311A (en) Carbon black
JPH11199810A (en) Water-based pigment ink containing carbon black
JP4208221B2 (en) Carbon black for water-based ink and water-based pigment ink using the same
JP2000017189A (en) Aqueous carbon black dispersion and aqueous ink using the same
JP2003096333A (en) Carbon black pigment and water-based ink using it
JP4038004B2 (en) Carbon black pigment for water-based ink and water-based ink using the same
JPH10324818A (en) Carbon black, aqueous dispersion and aqueous ink using the same
JP2003183539A (en) Oxidized carbon black, production method and aqueous dispersion thereof
JP3905681B2 (en) Carbon black pigment for water-based ink
JP3874538B2 (en) Carbon black aqueous dispersion and water-based ink using the same
JP2003183541A (en) Aqueous dispersion of oxidized carbon black
JP2000017191A (en) Aqueous carbon black dispersion and aqueous ink using the same
JP2004107513A (en) Oxidized carbon black, production method and aqueous dispersion thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050222

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050328

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20050523

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20050614

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20050617

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080624

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090624

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090624

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100624

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110624

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110624

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120624

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130624

Year of fee payment: 8

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term