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JPH11323175A - Easily water-dispersible carbon black and its production - Google Patents

Easily water-dispersible carbon black and its production

Info

Publication number
JPH11323175A
JPH11323175A JP12850598A JP12850598A JPH11323175A JP H11323175 A JPH11323175 A JP H11323175A JP 12850598 A JP12850598 A JP 12850598A JP 12850598 A JP12850598 A JP 12850598A JP H11323175 A JPH11323175 A JP H11323175A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon black
water
acid
dispersible
peroxodisulfate
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.)
Pending
Application number
JP12850598A
Other languages
Japanese (ja)
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 JP12850598A priority Critical patent/JPH11323175A/en
Publication of JPH11323175A publication Critical patent/JPH11323175A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing an easily water-dispersible carbon black having an excellent dispersibility, i.e., easily dispersible in water and capable of stably maintaining the dispersion state for a long term. SOLUTION: This carbon black has a surface modified by oxidation and a heat of wetting with water of 0.1 J/m<2> or higher and is produced by subjecting a carbon black to wet oxidation with a peroxodisulfate, peroxodisulfate and an acid, or a halogenic acid salt and an acid followed by separation by filtration and purification, thus modifying the surface to give it a heat of wetting with water of 0.1 J/m<2> or higher. Pref., oxidation-active sites are formed on the carbon black surface by gas-phase oxidation before the wet oxidation.

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、例えばインクジェ
ットプリンター用インキ顔料、一般水性インキ顔料、電
着塗装用顔料などの黒色系水性インキ顔料として好適に
用いられる水への分散性に優れた易水分散性カーボンブ
ラックとその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a water-soluble water excellent in dispersibility in water which is suitably used as a black aqueous ink pigment such as an ink pigment for an ink jet printer, a general aqueous ink pigment, a pigment for electrodeposition coating and the like. The present invention relates to a dispersible carbon black 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、黒色系顔料としてカーボンブラックを水中に分
散させて水性顔料インキなどとして使用する場合には、
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 hydrophilic functional groups such as hydrogen-containing functional groups having a high affinity for water molecules existing on the carbon black surface is extremely small. Therefore, when carbon black is dispersed in water as a black pigment and used as an aqueous pigment ink,
It is necessary to improve the water dispersibility by modifying the surface properties of carbon black.

【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あり、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 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 Not intended.

【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古くから知られ
ている。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、また特開昭57−15
9856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。
It has long been known to improve the dispersibility of carbon black in water by oxidizing carbon black to form hydrophilic functional groups on the surface. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 48-18186 discloses a method of oxidizing carbon black with an aqueous solution of hypohalite, and then washing with an organic solvent to separate and collect the oxidized carbon black from the reaction system. A method for producing carbon black is disclosed in
No. 9856 proposes a method for producing a water-dispersible modified carbon black, which comprises subjecting carbon black to low-temperature oxidation plasma treatment.

【0005】更に、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。また、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。
Further, 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 In a method for producing an aqueous pigment ink containing water and carbon black, (a) obtaining an acidic carbon black, and (b) further oxidizing the acidic carbon black with hypohalite in water. And a method for producing an aqueous pigment ink. JP-A-8-319444 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 using a hypohalite. A method for producing an aqueous pigment ink is disclosed.

【0006】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
含有する官能基を形成させることにより、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。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困難
である。
In JP-A-8-3498 and JP-A-8-319444, carbon black is oxidized to form a functional group containing a large amount of active hydrogen, which is a hydrophilic functional group, on the surface. Thus, an aqueous pigment ink having good water dispersibility and excellent long-term dispersion stability can be obtained. However, in the process of dispersing carbon black in water, the amount of hydrophilic functional groups present at the contact interface between the surface of the carbon black and water molecules plays an important function, and simply the amount of functional groups per unit weight of carbon black It is difficult to accurately judge the quality of dispersibility.

【0007】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、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及
びその製造方法を開発提案した(特願平9−332405
号)。
Accordingly, the present inventor has focused on the amount of hydrogen-containing functional groups present per unit surface area of carbon black as a new technique for accurately evaluating the quality of dispersibility. Development of easily water-dispersible carbon black and a method for producing the same, characterized in that 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. Proposed (Japanese Patent Application No. 9-332405)
issue).

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、上記の技
術を基に更に研究を進めた結果、カーボンブラック表面
に存在するカルボキシル基やヒドロキシル基などの親水
性水素含有官能基量のみでなく、他の因子をも含めた総
合的に親水性の機能を評価する尺度としてカーボンブラ
ックの水中への湿潤熱が有効であることを見出した。
As a result of further research based on the above technology, the present inventors have found that not only the amount of hydrophilic hydrogen-containing functional groups such as carboxyl groups or hydroxyl groups present on the surface of carbon black, but also It has been found that the heat of wetting carbon black into water is effective as a scale for comprehensively evaluating the function of hydrophilicity including other factors.

【0009】本発明はこの知見に基づいて開発されたも
ので、その目的は水中への分散性能に優れ、例えばイン
クジェットプリンター用インキ顔料、一般水性インキ顔
料、電着塗装用顔料などの黒色系水性インキ顔料として
好適に用いることができる易水分散性カーボンブラック
とその製造方法を提供することにある。
The present invention has been developed on the basis of this finding, and has an object of being excellent in dispersibility in water, for example, black aqueous pigments such as ink pigments for ink jet printers, general aqueous ink pigments, and pigments for electrodeposition coating. An object of the present invention is to provide a water-dispersible carbon black which can be suitably used as an ink pigment and a method for producing the same.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る易水分散性カーボンブラックは、酸化処
理により表面改質されたカーボンブラックであって、水
湿潤熱が0.1J/m2以上の特性を備えることを構成上
の特徴とする。
The water-dispersible carbon black according to the present invention for achieving the above object is a carbon black surface-modified by an oxidation treatment and has a heat of wetting of 0.1 J / cm2. It is characterized by having a characteristic of m 2 or more.

【0011】また、その製造方法は、カーボンブラック
をペルオキソ2硫酸塩、またはペルオキソ2硫酸塩と
酸、もしくはハロゲン酸塩と酸、を用いて湿式酸化処理
したのち濾過分離し、次いで精製処理して水湿潤熱が
0.1J/m2以上に表面改質することを構成上の特徴と
する。なお湿式酸化処理する前に、予め気相酸化してカ
ーボンブラック表面に酸化活性点を形成しておくことが
好ましい。
[0011] Further, the production method is such that carbon black is subjected to wet oxidation treatment using peroxodisulfate, or peroxodisulfate and an acid, or halogenate and an acid, followed by filtration and separation, followed by purification treatment. It is characterized in that the surface is modified to have a heat of water wetting of 0.1 J / m 2 or more. Before the wet oxidation treatment, it is preferable to form an oxidation active site on the surface of carbon black by vapor phase oxidation in advance.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明において対象となるカーボ
ンブラックのコロイダル特性はとくに限定されるもので
はないが、カーボンブラックが水中に分散する過程にお
いてカーボンブラック表面が水分子により充分に濡らさ
れ、また水中で安定な分散状態を維持するためには水分
子と接触する面積が充分であることが必要である。すな
わち、カーボンブラックの比表面積が小さいと水分子と
接触する界面の面積も少なくなって分散性が低下するこ
ととなる。また、カーボンブラックのストラクチャーが
高いと水中に分散した状態における凝集単位も大きくな
るので、長期に亘る分散時に再凝集により沈降し易くな
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The colloidal properties of the carbon black to be used in the present invention are not particularly limited, but the carbon black surface is sufficiently wetted by water molecules in the process of dispersing the carbon black in water. In order to maintain a stable dispersion state in water, it is necessary that the area in contact with water molecules is sufficient. That is, if the specific surface area of carbon black is small, the area of the interface in contact with water molecules is also reduced, and the dispersibility is reduced. In addition, when the structure of carbon black is high, the cohesion unit in the state of being dispersed in water becomes large, so that the carbon black is liable to settle by re-aggregation during long-term dispersion.

【0013】更に、水性インキ用の黒色顔料として用い
た場合にはカーボンブラックの比表面積が小さくなると
印字の漆黒度が低くなる。また、インクジェットプリン
ター用のインキ顔料や黒色インキ顔料などに用いる場合
には、インキの吐出安定性や紙定着濃度(紙印字濃度)
などをバランスよく備えることが必要である。これらの
点から本発明で対象とするカーボンブラックは、窒素吸
着比表面積(N2SA)の値が50m2/g以上、DBP吸油量の
値は70ml/100g 以下の特性に設定することが望まし
い。
Further, when the carbon black is used as a black pigment for water-based inks, the jet blackness of the printed image decreases as the specific surface area of the carbon black decreases. When used for ink pigments and black ink pigments for inkjet printers, the ink ejection stability and paper fixing density (paper printing density)
It is necessary to provide a good balance. From these points, it is desirable that the carbon black targeted in the present invention be set to a characteristic having a nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) value of 50 m 2 / g or more and a DBP oil absorption value of 70 ml / 100 g or less. .

【0014】カーボンブラックの水中への分散性は、カ
ーボンブラック粒子表面の水に対する濡れ性によって大
きく影響されるのでカーボンブラック粒子表面が水と接
触したときに発生する熱、すなわち水湿潤熱の大小によ
って濡れ性の良否を総合的に判断することが可能とな
る。そこで本発明の易水分散性カーボンブラックは、カ
ーボンブラックを水中に投入したときに発生する熱量を
カーボンブラック単位表面積あたりの発熱量に換算した
水湿潤熱の値を、0.1J/m2以上の値に設定した点を
特徴とするものである。
The dispersibility of carbon black in water is greatly affected by the wettability of the surface of the carbon black particles with water. Therefore, the heat generated when the surface of the carbon black particles comes into contact with water, that is, the magnitude of the heat of water wetting, is determined. It is possible to judge the quality of wettability comprehensively. Therefore, the easily water-dispersible carbon black of the present invention has a value of 0.1 J / m 2 or more of water wetting heat obtained by converting the amount of heat generated when carbon black is put into water into the amount of heat generated per unit surface area of carbon black. Is set to the value of

【0015】なお、水湿潤熱は下記の測定方法により得
られた値が適用される。 水湿潤熱の測定方法;窒素吸着比表面積(N2SA)の値から
約10m2の表面積に相当するカーボンブラック試料をガ
ラスアンプル中に秤取し、温度105℃、1×10-5To
rrの真空下に3時間脱気したのち、真空下でアンプルを
開封して測定試料を調製する。測定は双子型恒温壁熱量
計〔東京理工(株)製、TIC-2C型〕を用いて水温30℃
の条件で行った。
The value obtained by the following measuring method is applied to the water wetting heat. Measurement method of heat of water wetting: A carbon black sample corresponding to a surface area of about 10 m 2 from the value of the nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) was weighed into a glass ampoule, and the temperature was 105 ° C. and 1 × 10 −5
After degassing under rr vacuum for 3 hours, the ampoule is opened under vacuum to prepare a measurement sample. The water temperature was measured at 30 ° C using a twin-type thermostatic wall calorimeter (TIC-2C, manufactured by Tokyo Riko Co., Ltd.).
Was performed under the following conditions.

【0016】本発明の易水分散性カーボンブラックは、
カーボンブラックをペルオキソ2硫酸塩、またはペルオ
キソ2硫酸塩と酸、もしくはハロゲン酸塩と酸、を用い
て湿式酸化処理したのち濾過分離し、次いで精製処理す
ることにより製造することができる。
The water-dispersible carbon black of the present invention comprises
Carbon black can be produced by subjecting carbon black to wet oxidation treatment using peroxodisulfate, or peroxodisulfate and an acid, or a halogenate and an acid, followed by filtration and separation, followed by purification treatment.

【0017】酸化剤として用いるペルオキソ2硫酸塩と
しては過硫酸のアルカリ金属塩やアンモニウム塩などが
用いられ、濃度は0.5N以上が好ましい。またペルオ
キソ2硫酸塩と酸との混合溶液を用いる場合にはペルオ
キソ2硫酸塩の濃度は0.3N以上で、酸の濃度は0.
5N以上に設定することが好ましい。なお、酸としては
塩酸や硫酸が用いられ、燐酸は電離度が小さく酸として
の機能が低く、硝酸はカーボンブラック表面にニトロ基
を形成し易く立体障害を起こして分散性が低下するため
好ましくない。
As the peroxodisulfate used as the oxidizing agent, an alkali metal salt or an ammonium salt of persulfuric acid is used, and the concentration is preferably 0.5 N or more. When a mixed solution of peroxodisulfate and an acid is used, the concentration of peroxodisulfate is 0.3 N or more and the concentration of acid is 0.1 N.
It is preferable to set it to 5N or more. In addition, hydrochloric acid or sulfuric acid is used as the acid, phosphoric acid has a low ionization degree and has a low function as an acid, and nitric acid is not preferable because nitro groups are easily formed on the carbon black surface and steric hindrance is caused to decrease dispersibility. .

【0018】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し、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。なお、ハロゲン酸塩
の濃度は0.5N以上、酸の濃度は0.5N以上が好ま
しい。
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 preferably chlorine is used, and as the salt, an alkali metal salt or an ammonium salt is used. Since the oxidizing effect of a halogenate in an aqueous solution is strong in an acidic condition and extremely weak in a neutral or alkaline condition, a mixed 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. . Preferably, the concentration of the halide is 0.5 N or more, and the concentration of the acid is 0.5 N or more.

【0019】湿式酸化処理は適宜濃度に調整されたペル
オキソ2硫酸塩、ペルオキソ2硫酸塩と酸との混合溶
液、あるいはハロゲン酸塩と酸との混合溶液にカーボン
ブラックを適宜な割合で混合分散し、攪拌しながら処理
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。
In the wet oxidation treatment, carbon black is mixed and dispersed at an appropriate ratio in a peroxodisulfate, a mixed solution of a peroxodisulfate and an acid, or a mixed solution of a halide and an acid adjusted to an appropriate concentration. The predetermined oxidation treatment is performed by appropriately controlling the treatment temperature, treatment time and the like while stirring.

【0020】なお、オゾンやオゾン含有空気などにより
予め気相酸化して、カーボンブラック表面に酸化活性点
(酸化サイト)を形成しておくと、湿式酸化処理をより
円滑に進めることができる。したがって、予め気相酸化
して酸化活性点を形成したのち湿式酸化処理を施すこと
が好ましい。気相酸化はカーボンブラックを乾燥した状
態または水に湿潤させた状態で、オゾンやオゾン含有空
気と適宜時間接触させることにより行われる。
If the oxidation active sites (oxidation sites) are formed on the surface of the carbon black by vapor phase oxidation with ozone or ozone-containing air in advance, the wet oxidation treatment can proceed more smoothly. Therefore, it is preferable to perform wet oxidation treatment after forming oxidation active sites by vapor phase oxidation in advance. The gas phase oxidation is performed by bringing carbon black into a dry state or a state moistened with water and contacting it with ozone or ozone-containing air for an appropriate period of time.

【0021】このようにして湿式酸化処理したカーボン
ブラックは、酸化剤溶液から濾過分離されたのち純水で
充分に洗浄して付着している酸化剤が水洗除去される。
更に高純度に精製するために、カーボンブラックを純水
中に入れ、pHを5〜8に調整してカーボンブラックを
分散させたのち、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することにより精製処理
される。このようにして水湿潤熱が0.1J/m2以上に
表面改質された易水分散性カーボンブラックが製造され
る。
The wet-oxidized carbon black is filtered and separated from the oxidizing agent solution, and then sufficiently washed with pure water to remove the oxidizing agent adhering thereto with water.
In order to further purify to high purity, put carbon black in pure water, adjust the pH to 5 to 8 and disperse the carbon black, and then use electrodialysis or ultrafiltration membrane or loose filter.
Purification is performed by separating residual salts with a separation membrane such as RO. In this way, a water-dispersible carbon black having a surface modified to have a heat of water wetting of 0.1 J / m 2 or more is produced.

【0022】[0022]

【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.

【0023】実施例1 窒素吸着比表面積(N2SA)135m2/g、DBP吸油量56
ml/100gのカーボンブラック試料200g をオゾン処理
容器に入れ、オゾン発生機〔日本オゾン(株)製、IOT-
4A6 〕を用いて発生電圧200V、オゾン発生量18 g
/hの条件下に常温で1時間気相酸化した。この気相酸化
したカーボンブラック150g をペルオキソ2硫酸アン
モニウム1.5Nの溶液3000ml中に入れて攪拌(300
rpm)しながら反応温度60℃で10時間湿式酸化処理
し、次いで濾過分離し、得られた湿式酸化処理されたカ
ーボンブラックを水に分散させたのち水酸化ナトリウム
水溶液(濃度0.5N)で中和してカーボンブラック分散体
を得た。更に、このカーボンブラック分散体を限外濾過
膜〔旭化成工業(株)製、APH-1010、分画分子量 5000
0〕にて精製処理して残存する塩類などの不純物を除去
したのち、乾燥した。このようにして、表面改質した易
水分散性カーボンブラックを製造した。
Example 1 Nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) 135 m 2 / g, DBP oil absorption 56
200 g of a 100 ml / 100 g carbon black sample was placed in an ozone treatment container, and an ozone generator [IOT-
4A6] and the ozone generation amount 18 g
The gas phase oxidation was carried out at room temperature for 1 hour under the condition of / h. 150 g of the gas-phase oxidized carbon black is placed in 3000 ml of a 1.5 N solution of ammonium peroxodisulfate and stirred (300 g).
The mixture was subjected to wet oxidation treatment at a reaction temperature of 60 ° C. for 10 hours while being subjected to filtration and separation by filtration. The obtained wet oxidized carbon black was dispersed in water, and then neutralized with an aqueous sodium hydroxide solution (concentration: 0.5N). Thus, a carbon black dispersion was obtained. Further, this carbon black dispersion was treated with an ultrafiltration membrane [APH-1010, manufactured by Asahi Kasei Kogyo Co., Ltd .;
0] to remove impurities such as residual salts, followed by drying. Thus, a surface-modified water-dispersible carbon black was produced.

【0024】実施例2 実施例1と同一のカーボンブラック試料200g を22
0mlの純水で湿潤し、実施例1と同一の条件でオゾン酸
化したのち乾燥した。次いで、このカーボンブラック1
50g を塩素酸ナトリウム0.5N、硫酸1Nの混合溶
液3000ml中に入れて攪拌(300rpm)しながら、反応温
度100℃で10時間湿式酸化処理したのち、実施例1
と同じ方法で濾過分離および精製処理して表面が改質さ
れた易水分散性カーボンブラックを製造した。
EXAMPLE 2 200 g of the same carbon black sample as in Example 1 was
It was wet with 0 ml of pure water, oxidized with ozone under the same conditions as in Example 1, and then dried. Then, this carbon black 1
50 g was placed in 3000 ml of a mixed solution of 0.5N sodium chlorate and 1N sulfuric acid and subjected to wet oxidation treatment at a reaction temperature of 100 ° C. for 10 hours while stirring (300 rpm).
A water-dispersible carbon black having a modified surface was produced by filtration, separation and purification in the same manner as described above.

【0025】実施例3 実施例1と同様に気相酸化したカーボンブラック試料1
50g をペルオキソ2硫酸アンモニウム1.0Nの水溶
液3000ml中に入れて攪拌(300rpm)しながら反応温
度60℃で10時間湿式酸化処理したのち、実施例1と
同じ方法で濾過分離および精製処理して表面が改質され
た易水分散性カーボンブラックを製造した。
Example 3 Carbon black sample 1 oxidized in the gas phase in the same manner as in Example 1.
50 g was placed in 3000 ml of an aqueous solution of 1.0 N ammonium peroxodisulfate, subjected to wet oxidation treatment at a reaction temperature of 60 ° C. for 10 hours while stirring (300 rpm), and then subjected to filtration separation and purification treatment in the same manner as in Example 1 to obtain a surface. A modified water-dispersible carbon black was produced.

【0026】比較例1 酸化剤として濃度0.5Nの塩素酸ナトリウム水溶液を
用いた他は、実施例2と同一の方法により表面を改質し
たカーボンブラックを製造した。
Comparative Example 1 Carbon black having a modified surface was produced in the same manner as in Example 2 except that a 0.5N aqueous solution of sodium chlorate was used as an oxidizing agent.

【0027】比較例2 実施例1と同一のカーボンブラック試料200g を22
0mlの純水で湿潤し、実施例1と同一の条件でオゾン酸
化したのち乾燥して、表面を改質したカーボンブラック
を製造した。
Comparative Example 2 200 g of the same carbon black sample as in Example 1 was
It was wet with 0 ml of pure water, oxidized with ozone under the same conditions as in Example 1, and then dried to produce a surface-modified carbon black.

【0028】比較例3 実施例1と同一のカーボンブラック試料150g にα−
オレフィンスルホン酸系分散剤〔ライオン(株)製、リ
ポランPB-800〕を同量添加し、純水700g を加えてボ
ールミルにより48時間粉砕処理したのち、濾過、乾燥
して表面改質したカーボンブラックを調製した。
Comparative Example 3 The same carbon black sample as in Example 1
The same amount of an olefinsulfonic acid-based dispersant [Lion Co., Ltd., LiPolan PB-800] was added, 700 g of pure water was added, and the mixture was pulverized by a ball mill for 48 hours, and then filtered, dried and carbon-modified with surface modification Was prepared.

【0029】このようにして得たカーボンブラックの水
湿潤熱を測定し、また水への分散性能を評価するために
カーボンブラックを水に分散させて20重量%の分散濃
度に調整した分散液を作製し、下記の方法で試験を行っ
た。得られた結果を表1に示した。 加温安定性 サンプルを密閉容器に詰め、70℃の保温器中にて1週
間から4週間の粘度変化について観察する。粘度測定
は、回転振動式粘度計〔山一電機(株)製、VM-100A-L
〕を用いて測定した。 冷凍解凍安定性 サンプルを密閉容器に詰め、−20℃〜25℃に冷凍及
び解凍したときの粘度変化を3サイクル測定した。 粒子径測定 サンプル及び加温安定性試験を行ったサンプルの粒子径
についてヘテロダインレーザドップラー方式粒度分布測
定装置〔マイクロトラック社製、UPA model9340 〕を用
いて測定した。この測定装置は、懸濁液中においてブラ
ウン運動している粒子にレーザ光を当てるとドップラー
効果により散乱光の周波数が変調する。その周波数の変
調度合いからブラウン運動の激しさ、すなわち粒子径を
測定するものである。
In order to measure the heat of wetting of the carbon black thus obtained in water and to evaluate its dispersibility in water, a dispersion prepared by dispersing carbon black in water to a dispersion concentration of 20% by weight was prepared. It was prepared and tested by the following method. Table 1 shows the obtained results. Heating stability The sample is packed in a closed container, and observed for a change in viscosity from 1 week to 4 weeks in a 70 ° C incubator. Viscosity measurement was performed using a rotary vibration type viscometer [VM-100A-L, manufactured by Yamaichi Electric Co., Ltd.]
]. Freezing and thawing stability The sample was packed in a closed container, and the viscosity change when frozen and thawed at -20 ° C to 25 ° C was measured for three cycles. Particle diameter measurement The particle diameters of the sample and the sample subjected to the heating stability test were measured using a heterodyne laser Doppler type particle size distribution analyzer (UPA model 9340, manufactured by Microtrac Co., Ltd.). In this measuring device, when a laser beam is applied to particles that are performing Brownian motion in a suspension, the frequency of scattered light is modulated by the Doppler effect. The intensity of Brownian motion, that is, the particle diameter is measured from the degree of frequency modulation.

【0030】[0030]

【表1】 [Table 1]

【0031】表1の結果から、カーボンブラックを酸化
処理して水湿潤熱が0.1J/m2以上の値に表面改質し
たカーボンブラックを20重量%の割合で水中に分散さ
せた実施例1〜3の分散液は、70℃に加温された状態
下で1週間〜4週間経過後にも粘度は減少する傾向にあ
り、また分散液中におけるカーボンブラックの粒子径も
減少傾向にあり、安定な分散状態を維持していることが
判る。これに対して、酸化処理を施しても水湿潤熱の値
が0.1J/m2を下回るカーボンブラックを水中に分散
させた比較例1、2の分散液は、70℃に加温した状態
で1週間から増粘傾向にあり、カーボンブラックの再凝
集が著しく進み、ゲル化も生じている。また、酸化処理
をしないで界面活性剤をカーボンブラック表面に吸着さ
せ水湿潤熱の値を0.1J/m2以上に改質した比較例3
の分散液では70℃加温状態では増粘、あるいは平均粒
子径や最大粒子径の増加は観察されないが、冷凍解凍実
験をすると界面活性剤が脱着し、カーボンブラックと水
に分離した。また、酸化剤としてペルオキソ2硫酸塩、
ペルオキソ2硫酸塩と酸を用いて湿式酸化処理すること
により本発明の易水分散性カーボンブラックである水湿
潤熱が0.1J/m2以上の値に表面改質できることが判
る。
From the results shown in Table 1, it was found that carbon black whose surface was modified by oxidizing carbon black to have a heat of water wetting of 0.1 J / m 2 or more was dispersed in water at a ratio of 20% by weight. Dispersions 1 to 3 tend to decrease in viscosity even after 1 to 4 weeks after being heated to 70 ° C., and the particle size of carbon black in the dispersion also tends to decrease, It can be seen that a stable dispersion state is maintained. On the other hand, the dispersions of Comparative Examples 1 and 2 in which carbon black having a value of the heat of water wetting of less than 0.1 J / m 2 was dispersed in water even after the oxidation treatment, were heated to 70 ° C. , The viscosity tends to increase from one week, the re-agglomeration of the carbon black remarkably progresses, and gelation occurs. Comparative Example 3 in which a surfactant was adsorbed on the carbon black surface without oxidation treatment and the value of the heat of water wetting was modified to 0.1 J / m 2 or more.
Although no increase in the viscosity or increase in the average particle size or the maximum particle size was observed in the dispersion of No. 7 when heated at 70 ° C., the surfactant was desorbed and separated into carbon black and water in a freeze-thaw experiment. Also, peroxodisulfate as an oxidizing agent,
It can be seen that by performing wet oxidation treatment using peroxodisulfate and acid, the surface wettability of the water-dispersible carbon black of the present invention can be modified to a value of 0.1 J / m 2 or more.

【0032】[0032]

【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、また長期に亘って安定な分散
状態を維持することができる、分散性能の優れた易水分
散性カーボンブラックと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カーボンブラックを黒色
系水性インキ顔料として、例えばインクジェットプリン
ター用の記録液として使用すれば、吐出安定性に優れ、
紙定着濃度、印字品位、耐光性、保存安定性などが良好
なインキを得ることができる。したがって、インクジェ
ットプリンター用インキ顔料をはじめ一般水性インキ顔
料、電着塗装用顔料などの黒色系水性インキ顔料として
好適に用いられる易水分散性カーボンブラックとして極
めて有用である。また、本発明の製造方法によれば、こ
の優れた分散性能を備えた易水分散性カーボンブラック
を製造することが可能となる。
As described above, according to the present invention, a water-dispersible carbon excellent in dispersibility, which can be easily dispersed in water and can maintain a stable dispersion state for a long period of time. A black and a method of making the same are provided. Therefore, when the water-dispersible carbon black of the present invention is used as a black aqueous ink pigment, for example, as a recording liquid for an ink jet printer, it has excellent ejection stability,
An ink having good paper fixing density, print quality, light resistance, storage stability, and the like can be obtained. Therefore, it is extremely useful as an easily water-dispersible carbon black suitably used as a black aqueous ink pigment such as an ink pigment for an ink jet printer, a general aqueous ink pigment, and a pigment for electrodeposition coating. Further, according to the production method of the present invention, it is possible to produce an easily water-dispersible carbon black having the excellent dispersion performance.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酸化処理により表面改質されたカーボン
ブラックであって、水湿潤熱が0.1J/m2以上の特性
を備えることを特徴とする易水分散性カーボンブラッ
ク。
1. A water-dispersible carbon black which is a surface-modified carbon black having an heat of wetting of 0.1 J / m 2 or more.
【請求項2】 カーボンブラックをペルオキソ2硫酸
塩、またはペルオキソ2硫酸塩と酸、もしくはハロゲン
酸塩と酸、を用いて湿式酸化処理したのち濾過分離し、
次いで精製処理して水湿潤熱が0.1J/m2以上に表面
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. The carbon black is subjected to wet oxidation treatment using peroxodisulfate, or peroxodisulfate and an acid, or a halogenate and an acid, followed by filtration and separation.
A process for producing easily water-dispersible carbon black, wherein the surface is modified to a heat of wetting of 0.1 J / m 2 or more by a purification treatment.
【請求項3】 カーボンブラックを予め気相酸化してカ
ーボンブラック表面に酸化活性点を形成したのち、湿式
酸化処理する請求項2記載の易水分散性カーボンブラッ
クの製造方法。
3. The process for producing easily water-dispersible carbon black according to claim 2, wherein the carbon black is previously vapor-phase oxidized to form oxidation active sites on the surface of the carbon black, and then subjected to wet oxidation treatment.
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