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KR101575913B1 - 자가-분산된 안료 및 그의 제조 및 이용 방법 - Google Patents

자가-분산된 안료 및 그의 제조 및 이용 방법 Download PDF

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KR101575913B1
KR101575913B1 KR1020107006246A KR20107006246A KR101575913B1 KR 101575913 B1 KR101575913 B1 KR 101575913B1 KR 1020107006246 A KR1020107006246 A KR 1020107006246A KR 20107006246 A KR20107006246 A KR 20107006246A KR 101575913 B1 KR101575913 B1 KR 101575913B1
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pigment
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acid
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KR1020107006246A
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빈센트 싱
마이클 보고몰니
푸탈라스 케이. 수지스
존 피. 케인
다니엘 에이. 울레트
마크 울리히
Original Assignee
센션트 컬러스 인크.
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Abstract

X-[Y]n 반응성 기를 갖는 반응성 화합물을 이차 화합물 N-S-ZM과 반응시켜 치환된 반응성 중간체 [Y]a-X-(N-S-ZM)b를 형성하는 것을 포함하는 안료 개질 방법. 안료는 치환된 반응성 중간체 [Y]a-X-(N-S-ZM)b와 반응하여 안료의 표면에 치환된 반응성 중간체를 부착시켜 표면 개질된 안료를 형성한다. X는 설포닐, 포스포릴, 또는 1,3,5-트리아지닐 기일 수 있고, Y는 할로겐 이탈기일 수 있고, N은 염기성 친핵성 기일 수 있고, S는 유기 기일 수 있고, ZM은 이온화 말단기일 수 있다. 또한, n은 1 내지 3의 정수이고, b는 1 내지 3의 정수이고, a = n-b이다. n이 b와 같거나 그보다 더 크고 b가 2 또는 3인 경우, 각각의 N-S-ZM은 동일하거나 상이할 수 있다.

Description

자가-분산된 안료 및 그의 제조 및 이용 방법 {SELF-DISPERSED PIGMENTS AND METHODS FOR MAKING AND USING THE SAME}
관련 출원과의 상호-참조
본 출원은 35 U.S.C.§119(e) 하에서 2007년 8월 23일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/957,596호에 대한 우선권을 청구한다. 상기 출원의 전체 내용은 온전히 본원에 참고로 포함된다.
사용 분야
본 발명은 자가-분산성 안료의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 안료의 표면 개질에 관한 것이다. 표면이 공유 결합을 통해 개질된 안료는 산업계에서 자가-분산성 안료로서 공지되어 있다. 표면 개질은 수성 환경에서 수행될 수 있고, 환경 친화적일 수 있다. 추가로, 본 발명은 코팅, 페인트, 종이, 접착제, 라텍스, 토너, 직물, 섬유, 플라스틱, 및 잉크를 비롯한 (이들로 한정되지는 않음), 표면-개질된 안료를 포함하는 최종 용도 적용에 관한 것이다. 최종 용도의 구체적인 예로는 종이, 직물, 섬유, 금속 데코 및 플라스틱용 인쇄 잉크, 우드 스테인, 필기 기구, 및 컬러 필터가 포함되나 이들로 한정되지는 않는다. 본 발명은 또한 잉크, 예컨대 잉크젯 잉크에 관한 것이다.
안료는 잉크, 코팅, 페인트, 종이, 접착제, 라텍스, 토너, 직물, 섬유, 우드 스테인, 컬러 필터, 및 플라스틱에 대해서, 수용성 염료에 비해 몇몇 장점을 제공한다. 안료는 수용성 염료보다 더 큰 광견뢰성(lightfastness), 수견뢰성(waterfastness), 광학 밀도 및 경계 명확성(edge acuity) 중 적어도 하나를 발휘할 수 있다. 불행히도, 안료는 또한 저장 동안 침강하는 성향이 더 크므로, 요구되는 적용, 예컨대 잉크젯 잉크에서의 그의 사용이 초기에 제한된다. 콜로이드 안정성을 위한 화학적 첨가제와 조합된, 안료 입자를 ㎛ 이하의 수준으로 분쇄하는 매체 밀(media mill)의 출현은 잉크젯 잉크 제제에서 안료 분산액의 사용을 추진시켰다. 그러나, 화학적 첨가제가 분산액의 점도를 증가시킬 수 있어, 잉크젯 프린트헤드의 작은 오리피스에서 잉크가 분사되기 어렵게 되었다. 게다가, 화학적 첨가제는 상기 나열된 물질의 제조에 현저한 비용을 부가시킬 수 있고, 따라서 경제적으로도 적합치 않다. 화학적 첨가제, 또는 분산제는 안료의 표면에 결합하지 않을 수 있으므로, 안정화는 불충분할 수 있다. 화학적 첨가제를 사용하는 현재의 염료-기반 시스템 및 안료 시스템과 전형적으로 연관된 적어도 일부의 문제를 해결하는, 특히 잉크젯 프린터에 사용하기 위한 개선된 잉크 조성물에 대한 필요성이 남아 있었다. 또한, 화학적 첨가제를 사용하는 현재의 염료-기반 시스템 및 안료 시스템과 전형적으로 연관된 적어도 일부의 문제를 해결하는 안료를 사용하는 개선된 물질에 대한 필요성이 남아 있었다.
요약
한 측면에서, 본 발명은 시아누릭 클로라이드를 약 3 당량의 이차 화합물 또는 이차 화합물의 혼합물과 반응시켜 모든 반응성 염소를 치환시켜 치환된 트리아진을 형성하는 것을 포함할 수 있는 안료 개질 방법을 제공할 수 있다. 치환된 트리아진은 안료의 표면과 반응하여 표면 개질된 안료를 형성할 수 있다.
또다른 측면에서, 본 발명은 X-[Y]n 반응성 기를 갖는 반응성 화합물을 이차 화합물 N-S-ZM과 반응시켜 치환된 반응성 중간체 [Y]a-X-(N-S-ZM)b를 형성하는 단계를 포함할 수 있는 안료 개질 방법을 제공할 수 있다. 상기 방법은 또한 안료를 치환된 반응성 중간체 [Y]a-X-(N-S-ZM)b와 반응시켜 치환된 반응성 중간체를 안료의 표면에 부착시킴으로써 표면 개질된 안료를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. X는 설포닐, 포스포릴, 또는 1,3,5-트리아지닐 기일 수 있다. Y는 할로겐 이탈기일 수 있고, N은 친핵성 기일 수 있고, S는 유기 기일 수 있고, ZM은 이온화 말단기일 수 있다. 또한, n은 1 내지 3의 정수일 수 있고, b는 1 내지 3의 정수일 수 있고, a = n-b이다. n이 b와 같거나 더 큰 경우, 그리고 b가 2 또는 3인 경우, 각각의 N-S-ZM은 동일하거나 상이할 수 있다.
또다른 측면에서, 본 발명은 반응성 기를 안료의 표면에 부착시키는 단계를 포함할 수 있는 안료 개질 방법을 제공할 수 있다. 그 후, 반응성 기를 이온화 말단기를 가진 유기 기질로 치환시킬 수 있다. 안료는 적색 안료 122, 보라색 안료 19, 보라색 안료 23, 적색 안료 202, 적색 안료 188, 황색 안료 155, 황색 안료 97, 녹색 안료 7, 청색 안료 15:3, 청색 안료 15:4, 및 황색 안료 74로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
추가의 측면에서, 본 발명은 반응성 기 X-Y를 안료의 표면에 부착시키는 단계를 포함할 수 있는 안료 개질 방법을 제공할 수 있다. 그 후, Y를 유기 기질 N-S-ZM으로 치환시켜 X-N-S-ZM이 부착된 표면-개질된 안료를 형성할 수 있다. X는 설포닐, 포스포릴, 또는 1,3,5-트리아진 기일 수 있다. Y는 불소, 염소, 브롬, 또는 요오드일 수 있다. N은 아민, 이민, 피리딘, 또는 티올 기일 수 있다. S는 분자량이 약 300 내지 약 8000 범위인 치환 또는 비치환된 알킬, 아릴 또는 중합체 쇄일 수 있다. Z는 카르복실, 설포닐, 페놀릭, 포스포릴, 암모늄, 트리메틸암모늄, 또는 트리부틸암모늄 기일 수 있다. M은 할라이드, 음으로 하전된 이온, 염 형태인 양성자, 또는 염 형태인 양이온일 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 상세한 설명 및 첨부 도면을 고려할 때 명백할 것이다.
도 1은 미처리된 카본 블랙 샘플 및 실시예 1, 20, 31, 및 41로부터의 카본 블랙 샘플에 대한 저해상도 X-선 광전자 분광법 (XPS) 스펙트럼을 나타낸다.
도 2는 미처리된 카본 블랙 샘플 및 실시예 1, 20, 31, 및 41로부터의 카본 블랙 샘플에 대한 고해상도 N1s XPS 스펙트럼을 나타낸다.
도 3은 미처리된 카본 블랙 샘플 및 실시예 1, 20, 31, 및 41로부터의 카본 블랙 샘플에 대한 고해상도 O1s XPS 스펙트럼을 나타낸다.
도 4는 미처리된 카본 블랙 샘플 및 실시예 1, 20, 31, 및 41로부터의 카본 블랙 샘플에 대한 고해상도 S2p XPS 스펙트럼을 나타낸다.
도 5는 미처리된 청색 안료 15 샘플 및 실시예 7, 9, 11, 16, 및 42로부터의 청색 안료 15 샘플에 대한 저해상도 XPS 스펙트럼을 나타낸다.
도 6은 미처리된 청색 안료 15 샘플 및 실시예 7, 9, 11, 16, 및 42로부터의 청색 안료 15 샘플에 대한 고해상도 O1s XPS 스펙트럼을 나타낸다.
도 7은 미처리된 청색 안료 15 샘플 및 실시예 7, 9, 11, 16, 및 42로부터의 청색 안료 15 샘플에 대한 고해상도 Na1s XPS 스펙트럼을 나타낸다.
도 8은 미처리된 적색 안료 122번 샘플 및 실시예 14, 21, 37, 및 45로부터의 적색 안료 122번 샘플에 대한 저해상도 XPS 스펙트럼을 나타낸다.
도 9는 미처리된 적색 안료 122번 샘플 및 실시예 14, 21, 37, 및 45로부터의 적색 안료 122번 샘플에 대한 고해상도 O1s XPS 스펙트럼을 나타낸다.
도 10은 실시예 14, 21, 37, 및 45로부터의 적색 안료 122번 샘플에 대한 고해상도 Na1s XPS 스펙트럼을 나타낸다.
도 11은 실시예 14, 21, 37, 및 45로부터의 적색 안료 122번 샘플에 대한 고해상도 S2p XPS 스펙트럼을 나타낸다.
도 12는 미처리된 황색 안료 74번 샘플 및 실시예 15, 29, 및 46으로부터의 황색 안료 74번 샘플에 대한 저해상도 XPS 스펙트럼을 나타낸다.
도 13은 미처리된 황색 안료 74번 샘플 및 실시예 15, 29, 및 46으로부터의 황색 안료 74번 샘플에 대한 고해상도 C1s XPS 스펙트럼을 나타낸다.
도 14는 미처리된 황색 안료 74번 샘플 및 실시예 15, 29, 및 46으로부터의 황색 안료 74번 샘플에 대한 고해상도 O1s XPS 스펙트럼을 나타낸다.
본 발명의 임의의 실시양태를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명은 하기 설명에 기재된 구조의 세부사항 및 성분의 배열에 본 발명을 적용시키는 것으로 한정되지 않음을 이해해야 한다. 본 발명은 다른 실시양태가 가능하고, 다양한 방법으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 본원에 사용된 어구 및 용어는 설명의 목적이며, 한정되는 것으로 인식해서는 안됨을 이해해야 한다. 본원에서 "비롯한", "포함하는", 또는 "갖는" 및 그의 변형은 그 앞에 나열된 항목 및 그의 등가물 뿐만 아니라 추가의 항목을 포함하는 것을 의미한다.
또한, 본원에 언급된 임의의 수치 범위는 낮은 값에서부터 높은 값까지의 모든 값을 포함하는 것으로 이해한다. 예를 들면, 농도 범위가 1％ 내지 50％라고 기재된 경우, 예컨대 2％ 내지 40％, 10％ 내지 30％, 또는 1％ 내지 3％ 등의 값이 본 명세서에 명백히 열거된 것으로 의도된다. 이는 무엇이 구체적으로 의도되는 지에 대한 예일 뿐이며, 열거된 최저 값과 최고 값을 포함하여 그 사이에 있는 모든 가능한 수치의 조합이 본원에서 명백히 기재된 것으로 간주해야 한다.
한 실시양태에서, 본 발명은 안료 개질 방법을 제공한다. 상기 방법은 반응성 분자의 중개를 통하여 유기 기를 하전된 말단기 (음 또는 양)와 부착시켜 표면 안정화된 개질된 안료를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 이론에 제한되지 않으면서, 안정화는 척력에 의한 ㎛ 이하 크기의 안료 입자에 공유 부착된 유사하게 하전된 기의 동등한 분포에 의해 달성된다고 여겨진다.
또다른 실시양태에서, 본 발명은 안료 개질 방법을 제공한다. 상기 방법은 나중에 상기 기재된 바와 같은 적합한 유기 분자와 반응하는 반응성 설포닐 클로라이드 중간체를 형성하기 위한 클로로설폰화 단계를 포함할 수 있다. 한 측면에서, 클로로설폰화의 정도를 증가시켜 액체 겔 또는 미셸-유사 조성물을 수득할 수 있고, 이는 미처리된 안료와 밀링시 안정한 분산액을 형성한다.
또다른 실시양태에서, 본 발명은 상기 기재된 바와 같은 적합한 유기 분자에 부착된 반응성 중간체와 안료의 반응에 의해 형성된 자가-분산성 안료를 포함하는 분산액을 제공한다. 수성 환경에서 안정한 반응성 중간체의 선택은 본 발명의 또다른 측면이다.
또다른 실시양태에서, 본 발명은 안료의 표면에 반응성 기를 부착시키고, 그 후, 상기 반응성 기를 이온화 말단기를 가진 유기 기질로 치환시키는 것을 포함할 수 있는 안료 개질 방법을 제공한다.
추가의 실시양태에서, 본 발명은 안료 1 g 당 약 0.01 내지 약 1.0 mMole의 S 및 약 0.01 내지 약 2.0 mMole의 활성 수소, 및 물을 포함하는 자가-분산성 안료를 포함하는 분산액을 제공한다. 또다른 실시양태에서, 본 발명은 안료 1 g 당 약 0.06 내지 약 0.7 mMole의 S 및 약 0.07 내지 약 1.6 mMole의 활성 수소, 및 물을 포함하는 자가-분산성 안료를 포함하는 분산액을 제공한다.
자가-분산성 안료의 제조 방법
본 발명의 한 측면은 안정한 자가-분산성 안료의 제조 방법에 관한 것이다.
본원에 사용되는 용어 "안료"는 기재, 예컨대 일반 용지 또는 코팅지, 필름 및 다른 유형의 수용 매체에 색상을 부여하기 위해 사용되는, 용매 매질 중에서 불용성인 것을 의미한다. 안료는 흑색일 수 있을 뿐만 아니라 다른 색상일 수도 있다.
본원에 사용되는 용어 "자가-분산성" 안료는 그의 표면에 공유적으로 부착된 안정한 기를 갖는 안료를 의미하며, 안료가 임의의 추가 분산화제 없이도 안정한 수분산액을 형성하도록 한다.
본원에 사용되는 용어 "안정한"은, 분산액이 주위 온도에서 적어도 약 3개월 내지 6개월 내지 2년의 기간에 걸쳐 저장되는 경우에, 시간의 흐름에 따라 상기 분산액이 주요 특성 (예컨대 평균 입도, 점도, 표면 장력 및 pH 중 적어도 하나)의 측정시에 10％ 미만으로 변화하는 것으로 증명되는 바와 같은 최소의 변화를 경험하게 되는 것을 의미한다. 가속화된 시험 방법으로는 약 1주 이상 동안 약 70℃에서의 열 안정성 시험 또는 약 4주 이상 동안 약 70℃에서의 열 안정성 시험이 포함된다.
제1 실시양태에서, 자가-분산성 안료의 제조 방법은 일반적으로 (1) 안료 (P)를 X-Y 반응성 기를 갖는 반응성 화합물 및 할로겐-함유 시약과 반응시켜 반응성 기 X-Y를 안료 (P)의 표면에 부착시키고, 이에 따라 안료 반응성 중간체 (P)X-Y를 형성하는 단계; 및 (2) 안료 반응성 중간체 (P)X-Y를 이차 화합물 N-S-ZM과 반응시켜 자가-분산성 안료 (P)-X-S-ZM을 형성하는 단계 ("치환 단계")를 포함한다. 이 실시양태의 한 예로는, 이들로 한정되지는 않지만, 반응성 기 X-Y를 안료의 표면에 부착시키는 단계; 및 그 후, Y를 유기 기질 N-S-ZM으로 치환하여 X-N-S-ZM이 부착된 표면 개질된 안료를 형성하는 단계를 포함할 수 있는 안료 개질 방법이 포함될 수 있다.
제2 실시양태에서, 자가-분산성 안료 (P)-X-S-ZM의 제조 방법은 (1) X-Y 반응성 기를 갖는 반응성 화합물을 이차 화합물 N-S-ZM과 반응시켜 치환된 반응성 중간체 X-S-ZM을 형성하는 단계 ("치환 단계"); 및 (2) 안료 (P)를 치환된 반응성 중간체 X-S-ZM과 반응시켜 치환된 반응성 중간체 X-S-ZM을 2급 치환 반응을 이용하여 안료의 표면에 부착시킴으로써 자가-분산성 안료 (P)-X-S-ZM을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이 실시양태의 한 예로는, 이들로 한정되지는 않지만, X-[Y]n 반응성 기를 갖는 반응성 화합물을 이차 화합물 N-S-ZM과 반응시켜 치환된 반응성 중간체 [Y]a-X-(N-S-ZM)b를 형성하는 단계; 및 안료를 치환된 반응성 중간체 [Y]a-X-(N-S-ZM)b와 반응시켜 치환된 반응성 중간체를 안료의 표면에 부착시킴으로써 표면 개질된 안료를 형성하는 단계를 포함할 수 있는 안료 개질 방법 (여기서, n은 1 내지 3의 정수이고; b는 1 내지 3의 정수이고; a=n-b이고; 이때 n은 b와 같거나 그보다 더 크고, b가 2 또는 3인 경우, 각각의 N-S-ZM은 동일하거나 상이할 수 있음)이 포함된다. 한 실시양태에서, b가 2 또는 3인 경우, 각각의 N-S-ZM은 상이할 수 있다.
제3 실시양태에서, 자가-분산성 안료 (P)-X-S-ZM의 제조 방법은 (1) X-Y 반응성 기를 갖는 반응성 화합물을 이차 화합물 N-S-ZM과 반응시켜 치환된 제1 반응성 중간체 X-S-ZM을 형성하는 단계 ("치환 단계"); (2) X-Y 반응성 기를 갖는 반응성 화합물을 단계 (1)과 상이한 이차 화합물 N2-S2-Z2M2과 반응시켜 치환된 제2 반응성 중간체 X-S2-Z2M2를 형성하는 단계 ("치환 단계"); (3) 안료 (P)를 치환된 반응성 중간체 X-S-ZM 및 X-S2-Z2M2와 반응시켜 치환된 반응성 중간체에 부착시킴으로써 자가-분산성 안료 Z2M2-S2-X-(P)-X-S-ZM를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 임의로 S-ZM 및 S2-Z2M2는 동일할 수 있으며, 모든 반응성 기는 치환될 것이다. 안료 표면으로의 최종 부착은 라디칼 보조의 불균등화(disproportionation) 반응 중 하나일 수 있다.
제4 실시양태에서, 자가-분산성 안료 (P)-X-S-ZM의 제조 방법은 (1) 분쇄 보조제를 사용하고, 안료를 밀링하고 분산시켜 안료 수분산액을 형성하는 단계; (2) X-Y 반응성 기를 갖는 반응성 화합물을 이차 화합물 N-S-ZM과 반응시켜 치환된 제1 반응성 중간체 X-S-ZM을 형성하는 단계 ("치환 단계"); (3) X-Y 반응성 기를 갖는 반응성 화합물 단계 (2)와 상이한 이차 화합물 N2-S2-Z2M2와 반응시켜 치환된 제2 반응성 중간체 X-S2-Z2M2를 형성하는 단계 ("치환 단계"); (4) 분쇄 보조제와 함께 미리-밀링된 안료 (P)를 치환된 반응성 중간체 X-S-ZM 및 X-S2-Z2M2와 반응시켜 치환된 반응성 중간체 X-S-ZM 및 X-S2-Z2M2를 라디칼 개시 반응을 이용하여 안료의 표면에 부착시킴으로써 자가-분산성 안료 Z2M2-S2-X-(P)(R)-X-S-ZM을 형성하는 단계; 및 (5) 자가-분산성 안료를 정제하여 분쇄 보조제를 비롯한 불순물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 임의로 S-ZM 및 S2-Z2M2는 동일한 것일 수 있다.
이들 각각의 실시양태에서, 반응성 화합물은 X-Y 반응성 기를 가질 수 있으며, 여기서 X는, 이들로 한정되지는 않지만, 카르보닐, 설포닐, 포스포릴, 시아누릴 및 NH를 포함할 수 있고, Y는, 이들로 한정되지는 않지만, 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드 및 요오다이드를 포함하나 이들로 한정되지는 않는 산 할라이드 이탈기를 포함할 수 있다. 적합한 한 실시양태에서, X는 설포닐, 포스포릴 또는 시아누릴 (1,3,5-트리아지닐)일 수 있다. 산 할라이드 형성 시약은 할로겐을 함유한다. 이러한 시약의 예로는, 이들로 한정되지는 않지만, 클로로설폰산, 티오닐 클로라이드, 포스포릴 클로라이드, 및 이들의 조합이 포함된다. 이들 화합물에서 염소를 다른 할로겐으로 치환할 수 있다. 반응성 화합물은 짧은 지속기간 동안 저온에서 수성 매질 중에서 안정할 수 있다.
치환 단계 동안, X-Y 반응성 기 중 하나 이상의 이탈기 Y는 이차 화합물 N-S-ZM으로 치환되며, 여기서 N은 친핵성 기, 예컨대 아민, 이민, 피리딘 또는 티올이고, S는, 이들로 한정되지는 않지만, 유기 기, 예컨대 약 1 내지 100개 초과의 탄소를 갖거나 또는 분자량이 약 300 내지 약 8000 범위인 치환 또는 비치환된 알킬, 아릴 및 중합체 쇄를 포함할 수 있고, 음 전하에 의한 안정화의 경우에, ZM은 산성 꼬리(tail) 기이고, 여기서 Z는, 이들로 한정되지는 않지만, 카르복실, 설포닐, 페놀릭 및 포스포릴일 수 있고, M은 이것이 염 형태로 존재하는 경우 양성자 또는 양이온일 수 있다. 이러한 치환은 안료의 표면에 전하 및 용적을 부여할 수 있다. 치환 단계는 수성 매질 중에서 수행될 수 있다. 산성 꼬리에서의 관능기의 선택은 최종 적용에 따라 지정되지만, 염기성 헤드에서의 관능기는 이탈기 Y를 치환시키기에 충분한 친핵성을 가져야만 한다. 이차 화합물로는 중합체, 아민, 아미노산, 알코올, 티올 및 이들의 조합이 포함될 수 있다. 이차 화합물 및 N2-S2-Z2M2 N-S-ZM의 예로는, 이들로 한정되지는 않지만, 아미노 벤조산, 아미노 벤젠 설폰산, 아미노 페놀, 아미노 설폰산, 폴리에톡실화 아미노산, 나트륨 설파닐레이트, 설파닐산, 나트륨 p-아미노벤조에이트, p-아미노페놀, 에틸 4-아미노벤조에이트, 타우린, 올레산 (아미노), 나트륨 아미노올레에이트, 테트라메틸암모늄 4-아미노벤조에이트 및 나트륨 4-아미노페놀레이트가 포함된다. 추가의 이차 화합물로는 유기 중합체 기질이 포함된다. 유기 중합체 기질의 예로는, 이들로 한정되지는 않지만, 공지된 분자량 범위가 300-3000 MW인 선형 알킬 및 분지형 에톡시 및 프로폭시 쇄 중합체 (헌츠만 케미칼스(Huntsman Chemicals)로부터 상표명 "설폰아민스(Surfonamines)"로 구입가능함), 선형 폴리에톡시 중합체 아민, 선형 프로폭시 중합체 아민, 스티렌 아크릴계 공중합체 (존슨 폴리머스(Johnson Polymers)로부터 상표명 "존크릴스(Joncryls)"로 구입가능함) 및 폴리에틸렌이민 (상표명 "에포민스(Epomines)"로 판매됨)이 포함될 수 있다.
양전하에 의한 안정화의 경우에, ZM은 양으로 하전된 4급 암모늄 유형의 꼬리 기일 수 있으며, 여기서 Z는, 이들로 한정되지는 않지만, 암모늄, 트리메틸암모늄 및 트리부틸암모늄일 수 있고, M은 할라이드 또는 음으로 하전된 임의의 이온일 수 있다. 이차 화합물 N-S-ZM 및 N2-S2-Z2M2의 예로는, 이들로 한정되지는 않지만, 폴리에틸렌이민, 폴리구아니딘, 4급 암모늄 화합물 등으로 이루어진 단순한 디아미노 방향족 또는 양이온성 중합체가 포함된다.
최종 자가-분산성 안료는 제1 및 제2 실시양태에 대하여 화학식 (P)-X-S-ZM으로 나타낼 수 있다. 일부 예에서, 상이한 이차 화합물을 포함하는 안료에 부착된 다중 -S-ZM이 존재할 수 있다. 제3 실시양태에 대하여, 최종 자가-분산성 안료는 화학식 Z2M2-S2-X-(P)-X-S-ZM으로 나타낼 수 있다. 최종적으로, N, Z, M 및 S를 변형하기 위해 "2"를 사용하는 것은 N2, Z2, M2 및 S2가 N, Z, M 및 S와 동일하거나 상이할 수 있음을 표시하는 것을 의미한다. N2, Z2, M2 및 S2는 N, Z, M 및 S에 대하여 상기 기재된 동일한 선택사항으로부터 선택될 수 있다.
본 발명을 설명하기 위해, 제1 실시양태의 특정 예는 하기에 제공되며, 여기서 P는 안료를 나타낸다.
Figure 112010017976960-pct00001
본 발명을 설명하기 위해, 제2 실시양태의 특정 예는 하기에 제공되며, 여기서 P는 안료를 나타낸다.
Figure 112010017976960-pct00002
본 발명을 설명하기 위해, 제3 실시양태의 특정 예는 하기에 제공되며, 여기서 P는 안료를 나타낸다.
Figure 112010017976960-pct00003
본 발명의 실시양태는 하기에 보다 상세하게 논의된다. 일반적으로, 자가-분산성 안료의 제조 방법은 안료 공급원을 선택하는 것에서 출발한다.
안료
본 발명에 따라 표면 개질될 수 있는 안료로는 이들로 한정되지는 않지만 아조 안료, 프탈로시아닌 안료, 안트라퀴논 안료, 퀴나크리돈 안료, 티오인디고 안료, 트리페닐메탄 레이크 안료 및 옥사진 레이크 안료가 포함된다. 구체적으로, 황색을 갖는 안료로는, 예를 들면, 씨. 아이. 황색 안료 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 13, 14, 16, 17, 65, 74, 83, 97, 138, 150, 151 및 155가 포함된다. 적색을 갖는 안료로는, 예를 들면, 씨. 아이. 적색 안료 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 21, 22, 23, 31, 32, 37, 38, 41, 48, 49, 50, 51, 52, 57, 58, 60, 64, 83, 88, 89, 90, 112, 114, 122, 123, 166, 188, 202, 씨. 아이. 보라색 안료 19 및 23이 포함된다. 청색을 갖는 안료로는, 예를 들면, 씨. 아이. 청색 안료 1, 2, 15, 15:3, 15:4, 16, 25 및 75가 포함된다. 녹색을 갖는 안료로는, 예를 들면 씨. 아이. 녹색 안료 7 및 36이 포함된다. 흑색을 갖는 안료로는, 예를 들면, 씨. 아이. 흑색 안료 1 및 7이 포함된다. 시판 구입가능한 색상의 안료로는, 예를 들면, 적색 안료 122 및 보라색 안료 19 (뉴저지주 몬트베일 소재의 란스코 컬러스(Lansco Colors) 또는 노쓰캐롤라이나주 샬롯 소재의 바스프 컬러(BASF Color) 또는 노쓰캐롤라이나주 샬롯 소재의 클라리언트 컬러스(Clariant Colors) 또는 오하이오주 신시내티 소재의 선 케미칼(Sun Chemical)로부터 구입가능함), 청색 안료 15:1 (뉴저지주 팬우드 소재의 팬우드 케미칼(Fanwood Chemical)로부터 구입가능함), 청색 안료 15:3, 청색 안료 15:4, 황색 안료 74 및 황색 안료 97 (노쓰캐롤라이나주 샬롯 소재의 바스프 컬러 또는 노쓰캐롤라이나주 샬롯 소재의 클라리언트 컬러스 또는 오하이오주 신시내티 소재의 선 케미칼로부터 구입가능함)이 포함된다.
적합한 안료로는 또한 카본 블랙이 포함된다. 카본 블랙은 열분해 또는 천연 기체 및 탄화수소 (예컨대 콜 타르(coal tar) 기재의 방향족 오일, 광유, 콜 타르 증류액 및 아세틸렌)의 불완전 연소로부터 유래된 탄소 입자에 대한 일반명이다. 100종 초과의 개별 등급의 카본 블랙이 현재 시판 구입가능하고, 각각은 그 자신만의 구분되는 일군의 특징 및 특성을 갖는다. 임의의 산성 카본 블랙, 중성 카본 블랙 및 알칼리 카본 블랙은 본 발명에 개시된 처리에 유익하게 적용될 수 있다. 여기에는 채널 블랙, 기체 블랙, 램프 블랙, 열 블랙, 아세틸렌 블랙 및 용광로 블랙이 포함된다. 보다 구체적으로, 적합한 카본 블랙에는 채널 블랙이 포함된다. 사용된 카본 블랙의 특질은 평균 입도, 불투명도, 색조, 안정성 등과 같은 분산액의 주요 특성에 대해 영향을 미칠 것이다. 시판 구입가능한 카본 블랙의 예로는, 이들로 한정되지는 않지만, 캐보트(Cabot) (엘프텍스(Elftex) 8, 블랙 펄스(Black Pearls)® 490, 블랙 펄스® 120, 모나크(Monarch)® 120, 모나크® 700, 모나크® 880, 모나크® 1000, 모나크® 1100, 모나크® 1300, 모나크® 1400, 모굴(Mogul)® L, 레갈(Regal)® 99R, 레갈® 250R, 레갈® 300R, 레갈® 330R, 레갈® 400R, 레갈® 500R, 레갈® 660R), 데구사(Degussa) (니펙스(NIPex)® 150 IQ, 니펙스® 150, 프린텍스(Printex)® 55, 프린텍스® 80, 프린텍스® 90, 프린텍스® A, 프린텍스® G, 프린텍스® U, 프린텍스® V, 프린텍스® 140U, 프린텍스® 140V, 퓨렉스(Purex)® LS 35, 코락스(Corax)® HP 160, 써멀 블랙(Thermal Black) N 990, 니펙스® 160 IQ, 니펙스® 90, 스페셜 블랙(Special black) 4, 스페셜 블랙 4A, 스페셜 블랙 5, 스페셜 블랙 6, 스페셜 블랙 100, 스페셜 블랙 250, 컬러 블랙(Color black) FW1, 컬러 블랙 FW2, 컬러 블랙 FW2V, 컬러 블랙 FW18, 컬러 블랙 FW200, 컬러 블랙 S150, 컬러 블랙 S160 및 컬러 블랙 S170), 콜럼비안(Columbian) (라벤(Raven)® 780, 라벤® 5000 UII, 라벤® 1255, 라벤® 2500 U, 라벤® 3600 U, 라벤® 3500, 라벤® 7000, 라벤® 1220 및 라벤® 1225) 및 미쯔비시 가가꾸 가부시끼 가이샤(Mitsubishi Kagaku K.K.) (MA8, MA11, MA77, MA100, MA220, MA230, MA600, MCF88, #10B, #20B, #30, #33, #40, #44, #45, #45L, #50, #55, #95, #260, #900, 970#, #1000, #2200B, #2300, #2350, #2400B, #2650, #2700, #4000B 및 CF9)로부터 구입가능한 것들이 포함된다.
안료는 다양한 입도로 사용가능하다. 일반적으로, 입도가 작을수록 표면적이 더 크고, 표면적이 클수록 친수성 표면 기를 더 고농도로 수용할 수 있다 (이는 수성-기재 매질 중 카본 블랙의 분산성을 극도로 향상시킴). 따라서, 입도는 표면-개질된 안료의 분산성에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들면, 본 발명에서 카본 블랙의 평균 1차 입도는 약 50 nm 미만, 특히 약 30 nm 미만, 특히 약 20 nm 미만, 보다 구체적으로 약 10 nm 미만일 수 있다. 카본 블랙 입자의 응집체는 약 200 nm 미만, 특히 약 150 nm 미만, 보다 구체적으로 약 100 nm 미만일 수 있다. 카본 블랙 입자의 표면적은 약 100 m2/g 초과, 특히 약 150 m2/g 초과, 보다 구체적으로 약 200 m2/g 초과일 수 있다. 더 큰 치수를 갖는 안료 입자는 표면 개질 전에 또는 표면 개질 동안 당업자들에게 공지된 임의의 여러 기술을 이용하여 원하는 크기로 분쇄할 수 있다. 이러한 기술에는, 이들로 한정되지는 않지만, 볼 밀, 마찰기, 유동 제트 혼합기, 임펠러 밀, 콜로이드 밀 및 샌드 밀 (예를 들면, 상표명 '수퍼 밀(Super Mill)', '아지테이터 밀(Agitator Mill)', '다이노-밀(Dyno-mill)' 또는 '비즈 밀(Beads Mill)'로 시판되는 것임)이 포함될 수 있다. 밀 매체에는, 이들로 한정되지는 않지만, 유리 비드, 지르코니아 비드 및 스테인레스 스틸 비드가 포함된다. 밀 매체는 약 0.1 mm 내지 약 3 mm, 보다 구체적으로 약 0.01 mm 내지 약 5 mm 크기 범위의 입자를 포함할 수 있다. 카본 블랙이 쉽게 부서지는 경우, 회전 균질화기 또는 초음파 균질화기를 사용하여 입도를 감소시킬 수 있다. 한 실시양태에서, 표면-개질된 블랙 안료는 약 30 nm 미만의 1차 입도로 이루어진 시판 등급의 카본 블랙 안료 및 약 100 m2/g 초과의 표면적을 갖는 약 200 nm 이하의 응집체로부터 제조된다.
자가-분산성 안료의 제조 이전에, 안료는 질산, 오존, 과산화수소, 퍼설페이트, 하이포할라이트, 또는 이들의 조합과 같은 산화제를 사용하여 산화될 수 있거나 또는 산화되지 않을 수 있다. 차아염소산나트륨을 사용한 카본 블랙의 수성 산화는 미국 특허 제2,439,442호 (1948년 4월 13일에 특허 허여됨) 및 미국 특허 제3,347,632호 (1967년 10월 17일에 특허 허여됨)에 의해 교시되고, 이들 각각은 본원에 참고로 포함된다. 안료의 산화 후, 이어서 화학식 X-S-ZM의 화합물을 본 발명의 방법을 이용하여 안료의 표면에 부착하여, 새로 도입된 표면 전하 기를 보완한다.
일부 예에서, 자가-분산성 안료의 제조 이전에, 안료를 습윤화하고, 나노 크기 입자로 밀링하고, 분쇄 보조제를 사용하여 분산시킬 수 있다. 안료는 분쇄 보조제의 도움으로 밀링하기 전에는 분말 또는 습윤 케이크 형태일 수 있다. 밀링은 치환된 중간체와의 반응 전에, 반응 동안 또는 반응 후에 이루어질 수 있다. 부착 반응이 완결된 후에, 분쇄 보조제는 당업자들에게 공지된 정제 방법을 이용하여 제거될 수 있으며, 개질된 안료 및 물을 주로 함유한 분산액을 형성한다. 분쇄 보조제의 예로는, 이들로 한정되지는 않지만, 트리톤(Triton) X-100 (오하이오주 두블린 소재의 애쉬랜드 인크.(Ashland Inc.)로부터 구입가능함), 아이게팔(Igepal) CA-630 (뉴저지주 크랜버리 소재의 로디아(Rhodia)로부터 구입가능함) 및 서피놀(Surfynol) CT 121, 131 및 141 (펜실베니아주 알렌타운 소재의 에어 프로덕츠(Air Products)로부터 구입가능함)이 포함된다.
제1 실시양태의 한 예에서, 설포닐 클로라이드를 포함하는 반응성 화합물은 클로로설폰산을 사용하는 클로로설폰화에 의해 카본 블랙과 같은 안료에 부착된다. 산 농도, 반응 온도 및 지속기간의 조합은 얼마나 많은 설포닐 기가 안료의 표면에 부착되는지 결정한다. 한 실시양태에서, 클로로설폰화는 카본 블랙 중량의 5배 양의 클로로설폰산을 사용하여 수행된다.
클로로설폰화는 또한 클로로설폰산과 티오닐 클로라이드의 혼합물을 사용하여 수행되어 동일계내 가수분해를 방지할 수 있다. 티오닐 클로라이드의 양은 가수분해 정도를 제어하거나 또는 심지어 가수분해를 완전히 방지하기 위해 매우 다양해질 수 있다. 한 실시양태에서, 클로로설폰화는 클로로설폰산 348 g 및 티오닐 클로라이드 30 g을 사용하여 수행된다.
산에 대한 안료의 비 (중량비)는 혼합, 전달 용이성 및 비용을 비롯한 운영 효율의 함수로서 주로 결정된다. 안료의 클로로설폰화는 용매를 첨가하지 않고도 클로로설폰산을 과량으로 사용함으로써 달성될 수 있다. 안료에 대한 산의 최소 비가 약 5인 것은 반응 전체에서 양호한 혼합을 제공하기에 적합하다. 매우 과량 (예컨대 약 20의 비율)은 유의한 이점을 생성하지 않으면서, 물질 비용 및 취급 비용 둘다를 상승시킨다. 한 실시양태에서, 클로로설폰산은 약 5배 과량 (w/w)으로 사용된다. 또다른 실시양태에서, 안료 대 클로로설폰화제의 비는 적어도 약 4:1 (w/w)이다. 또다른 실시양태에서, 안료 대 클로로설폰화제의 비는 약 1:20 내지 약 1:1 (w/w)이다. 추가의 실시양태에서, 클로로설폰화제는 약 3:1 내지 약 6:1 (w/w) 비의 클로로설폰산 및 티오닐 클로라이드의 혼합물일 수 있다.
안료의 클로로설폰화는 약 2일 이하의 기간 동안 승온에서 수행될 수 있다. 클로로설폰화 동안의 반응 온도는 약 140℃ 이상, 특히 약 130℃ 이상, 보다 구체적으로 약 120℃ 이상일 수 있다. 게다가, 클로로설폰화 동안의 반응 온도는 약 60℃ 이하, 특히 약 90℃ 이하, 보다 구체적으로 약 120℃ 이하일 수 있다. 이것은 클로로설폰화 동안의 반응 온도가 약 120℃ 내지 약 130℃, 보다 구체적으로 약 140℃ 이하인 실시양태를 포함한다. 또다른 실시양태에서, 클로로설폰화 동안의 반응 온도는 약 25℃ 내지 약 160℃이다. 일반적으로, 온도가 높을수록 안료의 표면 상에서 바람직한 설포닐 기의 농도를 달성하기 위해 더 짧은 반응 시간이 요구된다. 예를 들면, 반응 온도 140℃에서의 원하는 클로로설폰화에는 약 6시간이 소요될 수 있지만, 80℃에서 동일한 정도의 클로로설폰화는 72시간 초과로 소요되는 것으로 예상될 것이다. 몇몇 실시양태에서, 반응 시간은 약 2시간 이상, 다른 실시양태에서는 약 6시간 이상, 또다른 실시양태에서는 약 24시간 이상일 수 있다. 다른 실시양태에서, 반응 시간은 약 48시간 이하, 다른 실시양태에서는 약 24시간 이하, 또다른 실시양태에서는 약 6시간 이하일 수 있다. 이것은 반응 시간이 약 1시간 내지 약 48시간인 실시양태를 포함한다. 반응 용기의 내용물을 클로로설폰화 동안 교반하여 적절하게 혼합되도록 유지한다.
클로로설폰화 후에, 반응 혼합물을 물 중에 켄칭할 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 반응 혼합물을 약 20℃ 미만의 온도로 냉각시킨 후에 켄칭할 수 있고, 다른 실시양태에서는 약 60℃ 미만의 온도로 냉각시킨 후에 켄칭할 수 있고, 또다른 실시양태에서는 약 90℃ 미만의 온도로 냉각시킨 후에 켄칭할 수 있다. 이것은 반응 혼합물을 약 20℃ 내지 약 90℃의 온도로 냉각시킨 후에 켄칭하는 실시양태를 포함한다. 반응 혼합물이 첨가되는 물은, 예를 들면, 얼음, 냉각 장치 또는 그의 조합을 이용하여 약 10℃의 온도 이하가 될 수 있다. 한 실시양태에서, 켄칭 온도를 약 0℃ 내지 약 5℃에서 유지하여 반응성 설포닐 클로라이드 중간체를 보존한다. 클로로설폰화된 생성물 (습윤 케이크로 언급됨)을 여과에 의해 물로부터 단리하고, 잉여의 반응물 및 수용성 생성물이 제거되도록 세척할 수 있다. 이것은 <5℃ 물로 세척할 수 있다.
그 후, 안료 반응성 중간체는 산으로 다시 가수분해되는 것을 방지하는 유기 기를 포함하는 1개 이상의 이차 화합물로 치환된다. 한 실시양태에서, 안료 반응성 중간체는 이차 화합물과의 반응에 즉시 사용될 수 있다. 예를 들면, 반응성 설포닐 클로라이드 기를 갖는 카본 블랙은 아미노 및 산성 말단 기를 함유한 유기 화합물과 즉시 반응할 수 있다. 유기 기를 포함하는 이차 화합물은 안료에 대한 원하는 최종 적용에 따라 선택될 수 있다.
안료 반응성 중간체는 산성 pH (약 2 내지 약 5) 범위의 이차 화합물과 반응할 수 있다. 산성 pH 범위는 반응성 화합물의 안정성을 상승시키고, 가수분해 및 자가-축합과 같은 바람직하지 않은 반응의 정도를 감소시킨다. 반응성 화합물은 아미노 페놀이 유기 기로서 사용되는 경우에도 1급 아민과 같은 염기와 우선적으로 반응한다. 이러한 반응은 당업자들에게 공지된 pH, 온도 및 희석과 같은 반응 조건의 적절한 선택에 의해 아미노 말단에 주로 지정될 수 있다. 예를 들면, pH는 약 2 내지 약 5일 수 있고, 온도는 약 0℃ 내지 약 5℃일 수 있다. 또다른 실시양태에서, 안료 반응성 중간체를 이차 화합물과 반응시키는 동안, 비드 밀에서 반응을 수행함으로써 안료의 입도를 감소시킬 수 있다. 이차 화합물이 부식성이므로, 강산 및 강염기에 대해 저항성인 구조의 적절한 물질을 선택하여 생성물 내로의 금속 침출을 방지할 수 있다.
안료 반응성 중간체 및 이차 화합물 간의 반응은 혼합하면서 약 2시간 내지 약 4시간의 기간 동안 수행할 수 있다. 한 실시양태에서, 혼합물을 약 60℃ 내지 약 90℃의 승온으로 가열함으로써 반응을 완결할 수 있다.
제1 실시양태의 또다른 예로는, 이들에 한정되지는 않지만, 반응성 기 X-Y를 안료의 표면에 부착시키는 단계; 및 그 후, Y를 유기 기질 N-S-ZM으로 치환시켜 X-N-S-ZM이 부착된 표면 개질된 안료를 형성하는 단계 (여기서, X는 설포닐, 포스포릴 또는 1,3,5-트리아지닐 기이고; Y는 할로겐 이탈기이고; N은 염기성 친핵성 기이고; S는 유기 기이고; ZM은 이온화 말단기임)를 포함할 수 있는, 표면을 갖는 안료 개질 방법이 포함될 수 있다. 대부분의 안료 표면은 개질되어 액상 겔을 형성할 수 있다. 그 후, 액상 겔은 과량의 미처리된 안료 및 물과 함께 밀링되어 안정한 안료 수분산액을 형성할 수 있다. 대부분의 안료 표면을 개질하는 한 예에는, 이들로 한정되지는 않지만, 약 90℃ 이상의 온도에서 약 1시간 이상 동안 안료를 클로로설폰화시켜, 클로로설폰화된 안료 또는 안료 설포닐 클로라이드를 형성하는 것이 포함된다.
제2 실시양태의 한 예에서, 시아누릴 기를 포함하는 반응성 화합물은 유기 기를 포함하는 이차 화합물로 치환된다. 이어서, 치환된 반응성 중간체 -X-S-ZM은 시아누릭 클로라이드를 사용함으로써 카본 블랙과 같은 안료에 부착된다. pH, 반응 온도 및 지속기간의 조합은 얼마나 많은 기가 안료의 표면에 부착되는지 결정한다. 한 실시양태에서, 반응은 카본 120 g 당 시아누릭 클로라이드 52 g을 사용하여 수행된다. 또다른 실시양태에서, 반응은 카본 40 g 당 시아누릭 클로라이드 15 g을 사용하여 수행된다.
몇몇 실시양태에서, 유기 기를 포함하는 이차 화합물, 시아누릭 클로라이드, 물, 얼음 및 염기의 슬러리가 제조된다. 유기 기를 포함하는 이차 화합물은 안료에 대한 원하는 최종 적용에 따라 선택될 수 있다.
제3 실시양태의 예에서, 시아누릴 기를 포함하는 반응성 화합물은 동일하거나 상이할 수 있는 2개의 유기 기를 포함하는 이차 화합물로 치환된다. 이어서, 치환된 2개의 반응성 중간체 X-S-ZM 및 X-S2-Z2M2는 시아누릭 클로라이드를 사용함으로써 카본 블랙과 같은 안료에 부착된다. pH, 반응 온도 및 지속기간의 조합은 얼마나 많은 기가 안료의 표면에 부착되는지 결정한다. 이 방법은 유기 기를 포함하는 이차 화합물, 시아누릭 클로라이드, 물, 얼음 및 염기의 슬러리와 먼저 반응시킴으로써 순차적으로 수행될 수 있다. 유기 기를 포함하는 상이한 이차 화합물, 시아누릭 클로라이드, 물, 얼음, 산 및 염기의 제2 슬러리는 상기 과정을 완결하기 위해 사용된다.
시아누릴 클로라이드 대 이차 화합물의 비는 전형적으로는 화학량론에 따라 결정되고, 농도는 양호한 혼합을 허용하도록 제어된다. 시아누릭 클로라이드 및 이차 화합물 간의 반응은 혼합하면서 약 2시간 내지 약 4시간의 기간 동안 수행할 수 있다.
제4 실시양태의 한 예에서, 시아누릴 클로라이드 중의 모든 반응성 염소를 화학량론 (3개 모두의 염소를 치환시키기 위해서는 3 당량) 및 온도 (약 90℃ 이상의 온도)를 조작함으로써 이차 화합물 또는 이차 화합물의 혼합물로 치환하고, 그 후 안료와 반응시킨다. 이 반응은 치환된 트리아진을 형성하고, 상기 치환된 트리아진은 안료의 표면에 부착될 수 있다. 이차 화합물의 혼합물은 1, 2 또는 3종의 상이한 이차 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 퍼설페이트 잔기와 같은 라디칼 개시제는 부착 방법을 불균등화시키고 용이하게 하기 위해 사용된다. 몇몇 실시양태에서, 반응은 약 25℃ 내지 약 90℃의 온도에서 수행될 수 있다. 또다른 실시양태에서, 안료는 치환된 트리아진과 안료와의 반응 전에, 반응 동안 또는 반응 후에 약 100 nm 미만으로 밀링될 수 있다.
안료는 이 "시약"과 혼합되어 분산액을 생성한다. 상이한 이차 화합물을 함유한 2개의 슬러리가 존재하는 실시양태에서, 안료를 순차적으로 슬러리와 혼합한다. 분산액의 온도는 약 1시간 내지 약 2시간의 기간 동안 약 0℃ 내지 약 15℃에서 유지될 수 있다. 이어서, 반응성 화합물 (예를 들면, 치환된 트리아진) 분산액 및 안료의 혼합물을 약 2일 이하 기간 동안 승온으로 가열한다. 칼륨 퍼설페이트와 같은 자유 라디칼 개시제를 첨가하여 반응을 촉진할 수 있다. 반응 온도는 약 40℃ 이상, 특히 약 50℃ 이상, 보다 구체적으로 약 60℃ 이상일 수 있다. 게다가, 반응 온도는 약 90℃ 이하, 특히 약 80℃ 이하, 보다 구체적으로 약 60℃ 이하일 수 있다. 이것은 반응 온도가 약 50℃ 내지 약 60℃, 보다 구체적으로 90℃ 이하인 실시양태를 포함한다. 일반적으로, 50℃ 초과의 온도는 자유 라디칼 개시제가 효과적이도록 하기 위해 필요하다. 이것은 반응 시간이 약 16시간 내지 약 24시간인 실시양태를 포함한다. 반응 용기의 내용물을 반응 동안 교반하여 적절하게 혼합되도록 한다. 개질된 안료를 여과하여 잉여의 반응물 및 불순물을 제거할 수 있다.
한 실시양태에서, 반응성 화합물 (예컨대 시아누릭 클로라이드)은 산성 pH (약 2 내지 약 5) 범위에서 이차 화합물과 반응한다. 산성 pH 범위는 반응성 화합물의 안정성을 상승시키고, 가수분해 및 자가-축합과 같은 바람직하지 않은 반응의 정도를 감소시킨다. 반응성 화합물은 아미노 페놀이 유기 기로서 사용되는 경우에도 1급 아민과 같은 염기와 우선적으로 반응한다. 이러한 반응은 당업자들에게 공지된 pH, 온도 및 희석과 같은 반응 조건의 적절한 선택에 의해 아미노 말단에 주로 지정될 수 있다. 예를 들면, pH는 약 2 내지 약 5일 수 있고, 온도는 약 0℃ 내지 약 5℃일 수 있다.
임의로, 안료를 기 -X-S-ZM과 반응시키는 동안, 비드 밀에서 반응을 수행함으로써 안료의 입도를 감소시킬 수 있다. 이차 화합물이 부식성이므로, 강산 및 강염기에 대해 저항성인 구조의 적절한 물질을 선택하여 생성물 내로의 금속 침출을 방지할 수 있다.
산 유도체를 포함하는 2급 기 또는 반응성 화합물과 안료와의 반응은 반응 혼합물의 pH를 낮출 수 있는 산성 표면 기를 생성할 수 있다. pH의 감소는 치환 동안 개질된 안료 분산액 또는 반응성 화합물 및 이차 화합물의 슬러리를 불안정화시키고, 또한 점도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 필요에 따라 염기성 시약으로의 치환 전에 및 치환 동안 pH를 조정할 수 있다. 치환 동안 반응 혼합물의 pH는 약 7 이상, 특히 약 8 이상, 보다 구체적으로 약 9 이상일 수 있다. pH는, 예를 들면, 염기의 첨가를 비롯한 당업계에 임의의 공지된 방법에 의해 조정될 수 있다. 적합한 염기로는, 이들로 한정되지는 않지만, 알칼리 수산화물 및 칼슘 무함유 알칼리 수산화물 (예를 들면, NaOH, KOH, LiOH, NH4OH), 알칼리 탄산염 및 중탄산염 (예를 들면, NaHCO3, KHCO3) 및 유기 염기 (예를 들면, 디메틸에탄올 아민 및 트리에탄올 아민)가 포함된다. 특히, 적합한 pH 조절제는 칼슘 무함유 수산화나트륨이다.
표면 개질된 안료
상기 기재된 반응이 완료된 후, 자가-분산성 안료는 반응 혼합물로부터 건조 분말로서 단리될 수 있다. 생성된 개질된 안료는 당업자에게 공지된 많은 기술을 이용하여 정제함으로써 반응하지 않은 원료, 부산물 염 및 다른 반응 불순물을 제거할 수 있다. 정제 기술에는 여과, 원심분리, 또는 이 둘의 조합이 포함될 수 있으나, 이들로 한정되지는 않는다. 개질된 안료는 또한, 예를 들면 증발에 의해 단리될 수 있거나, 또는 이는 당업자에게 공지된 기술을 이용한 여과 및 건조에 의해 회수될 수 있다.
별법으로, 자가-분산성 안료는 농축 수성 안료 분산액으로서 전달될 수 있다. 본 발명의 자가-분산성 안료의 분산액을 정제하여, 제조 공정의 결과로서의 분산액 중에 공존할 수 있는 유기 및 무기 불순물 및 다른 바람직하지 않은 유리 종(free species)을 제거할 수 있다. 정제 기술에는 물 세척, 역삼투 및 한외여과가 포함될 수 있으나, 이들로 한정되지는 않는다. 몇몇 실시양태에서, 용해된 불순물은 10％ 고체로 조정된 공급 샘플의 클로라이드 및 설페이트 함량이 약 150 ppm 미만, 특히 약 100 ppm 미만, 보다 구체적으로는 약 25 ppm 미만이 될 때까지 한외여과로 제거될 수 있다. 필요한 경우, 정제하기 전에 분산액의 pH를 조정할 수 있다. 충분한 양의 산 또는 염기를 첨가하여, 분산액의 pH를 약 7 이상, 특히 약 8 이상, 보다 구체적으로는 약 9 이상으로 조정할 수 있다. 본 발명은 분산액의 pH가 약 7 내지 약 9인 실시양태를 포함한다. 분산액은 원한다면 물의 일부를 제거하여 농축될 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 분산액은 약 8％ 이상의 고체로, 다른 실시양태에서는 약 14％ 이상의 고체로, 또다른 실시양태에서는 약 20％ 이상의 고체로 농축된다. 본 발명은 분산액이 약 8％ 내지 약 16％ 고체로 농축되는 실시양태를 포함한다. 다른 실시양태에서, 분산액은 약 10％ 이상의 고체로, 다른 실시양태에서는 약 18％ 이상의 고체로, 또다른 실시양태에서는 약 20％ 이상의 고체로 농축된다. 본 발명은 분산액이 약 14％ 내지 약 8％ 고체로 농축되는 실시양태를 포함한다.
또한, 미생물의 성장을 억제하기 위해 분산액에 살생제를 첨가할 수 있다. 적합한 살생제의 예에는 나트륨 벤조에이트, 펜타클로로페놀 나트륨, 2-피리딘티올-1-옥사이드 나트륨, 나트륨 소르베이트, 나트륨 데히드로아세테이트, 벤즈이소티아졸리논, 1,2-디벤조티아졸린-3-온, 메틸이소티아졸리논 및 클로로메틸이소티아졸리논이 포함되나, 이들로 한정되지는 않는다. 상업적으로 입수가능한 살생제에는 프록셀(Proxel)® CRL, 프록셀® BDN, 프록셀® GXL, 프록셀® XL-2 및 프록셀® TN (조지아주 스미르나 소재의 아치 케미칼즈(Arch Chemicals)로부터 입수가능함), 및 엑스빙스(XBINX)® (오하이오주 신시내티 소재의 PMC 스페셜티즈 그룹, 인크.(PMC Specialties Group, Inc.)로부터 입수가능함)가 포함된다. 전형적으로는, 소량의 살생제, 예컨대 0.05 내지 5 중량％, 특히 0.1 내지 1 중량％, 보다 구체적으로는 0.2 내지 0.4 중량％의 살생제가 분산액 중에 사용된다. 본 발명은 0.3 중량％의 살생제를 포함한다.
또한, 분산액에 유동성 및 안정성을 부여하기 위해 작용제를 첨가할 수 있다. 이러한 작용제의 예는 미국 특허 제5,059,248호 (1991년 10월 22일에 특허 허여됨), 미국 특허 제5,591,455호 (1997년 1월 7일에 특허 허여됨) 및 미국 특허 제5,595,592호 (1997년 1월 21일에 특허 허여됨)에서 찾아볼 수 있다 (이들은 각각 참고로 본원에 포함됨). 그 예에는 선형 지방족 치환된 글리신 화합물 및 그의 염이 포함되나, 이들로 한정되지는 않는다. 본원에 사용된 용어 "선형 지방족 치환된 글리신"은 글리신의 아미노기가 선형 지방족 기로 치환된 글리신 화합물을 나타낸다. 본 발명의 실행에 사용될 수 있는 이러한 유형의 작용제의 예시로는 에틸렌 디아민 테트라아세트산, 니트릴로 트리아세트산, 디에틸렌 트리아민 펜타아세트산, 히드록시에틸렌 디아민 트리아세트산, 디히드록시에틸 글리신, 이미노디아세트산 및 에탄올 디글리신 및 알칼리 금속 (예를 들면, 나트륨), 알칼리 토금속 (예를 들면, 칼슘) 및 그의 암모늄 염이 있다. 또한, 당업자에게 공지되어 있는 다른 유사한 선형 지방족 치환된 글리신 화합물 및 그의 염이 사용될 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 상기 언급한 에틸렌 디아민 테트라아세트산의 염이 그의 유효성, 비용 효율성 및 비독성으로 인해 사용된다. 몇몇 실시양태에서, 이들 작용제는 분산액 조성물 중 안료의 대략 0.5 내지 3.5 중량％, 바람직하게는 약 1.5 내지 2.5 중량％를 구성할 수 있다.
분산액은 필요에 따라 분산액의 지정된 최종 용도를 위해 필터 카트리지를 통해 여과될 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 필터 카트리지의 공칭 기공 크기가 약 5 ㎛ 이하, 특히 약 1 ㎛ 이하, 특히 약 0.5 ㎛ 이하, 보다 구체적으로 약 0.2 ㎛ 이하이다.
분말 및 분산액 이외에도, 자가-분산성 안료는 또한 물로 습윤된 프레스케이크로서 단리될 수 있다. 프레스케이크 형태에서, 자가-분산성 안료는 건조 형태로까지 응집되지 않고, 따라서 자가-분산성 안료는 사용시에 (예컨대, 잉크의 제조에서) 분쇄와 같은 것을 필요로 하지 않는다.
원한다면, 부착/치환 방법의 결과로서의 표면-개질기와 회합된 전하-균형 반대이온은 공지되어 있는 이온-교환 기술, 예컨대 한외여과, 역삼투, 중간체로서 산 형태로의 전환 등을 이용하여, 적어도 부분적으로 치환되거나, 적합한 염기 또는 염 형태를 사용하여 변화되거나, 또는 다른 적합한 양이온으로 교환 또는 치환될 수 있다. 반대이온의 예에는 알칼리 금속 이온 (예를 들면, Na+, K+ 및 Li+), NR1R2R3H+ (여기서, R1, R2 및 R3은 독립적으로 H, 또는 비치환 또는 치환될 수 있는 C1-C5 알킬 기일 수 있음) 및 이들의 조합 (예를 들면, 테트라에틸암모늄 이온 (TEA), 테트라메틸암모늄 이온 (TMA), 에탄올암모늄 이온, 트리에탄올암모늄 이온, 테트라부틸암모늄 이온 등)이 포함되나, 이들로 한정되지는 않는다.
개질된 안료의 특성
자가-분산성 안료는 설폰산 또는 카르복실산 기가 부착된 안료 입자에서 기대되는 것에 비해 장기간 및 고온 안정성, 더 높은 수견뢰성 및 하이라이터 견뢰성(fastness) 중 적어도 하나를 나타낼 수 있고, 고속 분사 적용에 사용하기 적합한 입도 분포를 갖는다.
자가-분산성 안료는 하기 특성을 가질 수 있다. 개질된 안료의 고체 비(％)는 약 8 내지 16일 수 있다.
개질된 안료 분산액의 pH는 약 5 내지 약 10일 수 있다.
개질된 안료 분산액의 점도는 약 1 내지 약 10 cps, 특히 약 1.3 내지 약 7.6 cps일 수 있다.
개질된 안료 분산액의 표면 장력은 약 39 내지 약 72 dyne/cm일 수 있다.
개질된 안료 분산액 중 Na 및 K의 양은 새롭게 부착된 음이온성 기질 (Na/K 형태로서 술파닐산, 또는 4-아미노페놀 또는 4-아미노벤조산)의 측정치일 수 있다. Na의 양은 약 100 내지 약 6500 ppm일 수 있고, K의 양은 약 30 내지 약 1200 ppm일 수 있다.
개질된 안료 분산액 중 S 함량의 증가는 설포닐기의 도입 및/또는 설폰화된 기질 예컨대, 설파닐산 (이들로 한정되지는 않음)의 부착에 인한 것일 수 있다. 개질된 안료 중 S의 양은 약 50 ppm 내지 약 2600 ppm일 수 있다. 한 실시양태에서, 개질된 안료 중 S의 양은 4-아미노벤조산 및 4-아미노페놀 부착에 대해 약 50 ppm일 수 있다. 또다른 실시양태에서, 개질된 안료 중 S의 양은 설파닐산이 설폰 결합을 통해 안료에 부착된 경우에 약 1700 ppm일 수 있다.
개질된 안료의 적용
본 발명에 따른 자가-분산성 안료는 수많은 최종 용도 적용에 사용될 수 있다. 이들 용도에는 코팅, 페인트, 종이, 접착제, 라텍스, 토너, 직물, 섬유, 플라스틱 및 잉크가 포함되나, 이들로 한정되지는 않는다. 구체적인 예에는 종이, 직물, 섬유, 금속 데코 및 플라스틱, 우드 스테인, 기록 기구, 및 컬러 필터용 인쇄 잉크가 포함되나, 이들로 한정되지는 않는다. 특히, 본 발명의 방법에 의해 제조된 자가-분산성 안료는 인쇄 적용 및 우드 스테인의 용도에 잘 적합화되어 있다. 한 실시예에서, 본 발명의 안료를 도입한 잉크젯 잉크는 잉크젯 사진 프린터에서의 고품질 인쇄에 유용할 수 있다.
본 발명의 한 측면은 상기 기재된 자가-분산성 안료를 사용하는 잉크젯 잉크 제제에 관한 것이다. 상기 안료를 함유하는 잉크젯 제제는 다음 중 하나 이상을 수행할 수 있다: 1) 인쇄 매체 상에서 고해상도 및 고밀도로 균일하고, 번짐없는 영상을 제공함; 2) 노즐 말단부에서의 잉크 건조로 인해 전형적으로 발생하는 노즐 막힘을 일으키지 않음; 3) 종이 상에서의 빠른 건조; 4) 양호한 광견뢰성 및 수견뢰성을 나타냄; 5) 양호한 장기간 보관 안정성을 나타냄; 6) 종이 질에 독립적인 인쇄 특성을 나타냄.
본 발명의 잉크 조성물은 상기 개질된 안료를 수성 비히클 및 임의의 적합한 첨가제와 조합하여 제조할 수 있다. 잉크 조성물 중 개질된 안료의 양 (중량비)은 약 0.1％ 이상, 특히 약 10％ 이상, 보다 구체적으로 약 20％ 이상이다. 또한, 잉크 조성물 중 개질된 안료의 양 (중량비)은 약 12％ 이하, 특히 약 8％ 이하, 보다 구체적으로 약 5％ 이하이다. 본 발명은 잉크 조성물 중 개질된 안료의 양 (중량비)이 약 2％ 내지 약 12％ 범위의 양으로 존재하는 실시양태를 포함한다.
수성 비히클은 물을 포함할 수 있거나, 또는 물과 함께 하나 이상의 수용성 유기 용매를 포함할 수 있다. 수용성 유기 용매는 물과 조합되어 수성 비히클을 형성할 수 있다. 수용성 유기 용매에는 알코올, 다가 알코올, 예컨대 에틸렌 글리콜, 케톤 및 케톤 알코올, 예컨대 아세톤 및 디아세톤 알코올, 에테르, 예컨대 테트라히드로푸란 및 디옥산, 다가 알코올의 저급 알킬 에테르, 예컨대 에틸렌 글리콜 모노메틸 (또는 모노에틸) 에테르, 질소-함유 용매, 예컨대 피롤리돈, N-메틸-2-피롤리돈, 황-함유 용매, 예컨대 티오디에탄올, 당 및 그의 유도체, 예컨대 글루코스, 글리세린의 옥시에틸렌 부가물 및 디글리세린의 옥시에틸렌 부가물이 포함될 수 있다. 수용성 유기 용매는 단독으로 또는 조합물로 사용될 수 있다. 물과 수용성 유기 용매의 혼합물이 사용되는 경우, 잉크 조성물 중 수용성 유기 용매의 양 (중량비)은 약 5％ 이상, 특히 약 15％ 이상, 보다 구체적으로 약 25％ 이상이다. 또한, 잉크 조성물 중 수용성 유기 용매의 양 (중량비)은 약 50％ 이하, 특히 약 30％ 이하, 보다 구체적으로 약 15％ 이하이다. 본 발명은 잉크 조성물 중 수용성 유기 용매의 양 (중량비)이 약 5％ 내지 약 30％인 실시양태를 포함한다. 잉크 조성물 중 물의 양은 약 40％ 이상, 특히 약 50％ 이상, 보다 구체적으로 약 60％ 이상이다. 또한, 잉크 조성물 중 물의 양 (중량비)은 약 90％ 이하, 특히 약 80％ 이하, 보다 구체적으로 약 70％ 이하이다. 본 발명은 잉크 조성물 중 물의 양 (중량비)이 40％ 내지 약 80％인 실시양태를 포함한다.
첨가제는 수많은 원하는 특성, 예컨대 특히 잉크젯 프린터의 요건에 잉크를 부합시키거나, 광 안정성, 스미어(smear) 내성, 점도, 표면 장력, 코팅 침투, 광학 밀도, 접착력, 하이라이터 내성 또는 크러스트(crust) 내성의 균형을 제공하는데 필요할 수 있는 특성을 부여하기 위해 수성 비히클에 도입될 수 있다. 침투제는, 예를 들면 번짐을 감소시키고, 인쇄 매체의 습윤을 향상시키고, 다르게는 인쇄 영상의 전체 성능을 향상시키기 위해 첨가될 수 있다. 침투제의 예에는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬 알코올, 예컨대 에탄올, 글리콜 에테르, 예컨대 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 디올, 예컨대 1,2-알킬 디올, 포름아미드, 아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 소르비톨 및 설폴란이 포함될 수 있으나, 이들로 한정되지는 않는다. 침투제는 단독으로 또는 조합물로 사용될 수 있다. 잉크 조성물 중 침투제의 양 (중량비)은 0％ 내지 약 60％, 특히 약 2％ 내지 약 40％, 보다 구체적으로 약 5％ 내지 약 20％ 범위이다. 본 발명은 잉크 조성물 중 침투제의 양 (중량비)이 약 10％ 내지 약 15％ 범위의 양으로 존재하는 실시양태를 포함한다.
계면활성제는 잉크 조성물의 표면 장력을 감소시키기 위해 수성 매질에 첨가될 수 있다. 계면활성제는 음이온성 계면활성제, 비-이온성 계면활성제 및/또는 양이온성 계면활성제일 수 있다. 적합한 계면활성제에는 하기 기재된 것들, 및 미국 특허 제5,116,409호 (1992년 5월 26일에 특허 허여됨), 미국 특허 제5,861,447호 (1999년 1월 19일에 특허 허여됨) 및 미국 특허 제6,849,111호 (2005년 2월 1일에 특허 허여됨)에 기재된 것들이 포함될 수 있다 (이들은 각각 참고로 본원에 포함됨).
계면활성제는 널리 공지된 다양한 상표명, 예컨대 플루로닉(PLURONIC)® 시리즈 (뉴저지주 팔시파니 소재의 바스프 코포레이션(BASF Corporation)), 테트로닉(TETRONIC)® 시리즈 (뉴저지주 팔시파니 소재의 바스프 코포레이션), 알콰드(ARQUAD)® 시리즈 (일리노이주 시카고 소재의 아크조 케미컬 인크.(Akzo Chemical Inc.)), 트리톤(TRITON)® 시리즈 (코네티컷주 댄버리 소재의 유니온 카바이드 코포레이션(Union Carbide Corp.)), 서르포닉(SURFONIC)® 시리즈 (텍사스주 휴스턴 소재의 텍사코 케미칼 컴퍼니(Texaco Chemical Company)), 에토콰드(ETHOQUAD)® 시리즈 (일리노이주 시카고 소재의 아크조 케미칼 인크.), 아르민(ARMEEN)® 시리즈 (일리노이주 시카고 소재의 아크조 케미칼 인크.), 이코놀(ICONOL)® 시리즈 (뉴저지주 팔시파니 소재의 바스프 코포레이션), 서르피놀(SURFYNOL)® 시리즈 (팬실배니아주 앨런타운 소재의 에어 프로덕츠 앤드 케미칼즈, 인크.(Air Products and Chemicals, Inc.)) 및 에토민(ETHOMEEN)® 시리즈 (일리노이주 시카고 소재의 아크조 케미칼 인크.)하에 상업적으로 입수할 수 있다.
계면활성제는 단독으로 또는 조합물로 사용될 수 있다. 잉크 조성물 중 계면활성제의 양 (중량비)은 0％ 내지 약 10％, 특히 약 0.1％ 내지 약 10％, 보다 구체적으로 약 0.3％ 내지 약 5％ 범위일 수 있다. 본 발명은 잉크 조성물 중 계면활성제의 양 (중량비)이 약 0.1％ 내지 약 8％ 범위일 수 있는 실시양태가 포함된다.
하나 이상의 습윤제는 잠재 기간 동안 건조되어 일어날 수 있는 잉크젯 노즐의 막힘을 예방하기 위해 수성 비히클에 첨가될 수 있다. 습윤제는 높은 흡수성 및 수용해도를 갖는 물질로부터 선택될 수 있다. 습윤제의 예에는 폴리올 예컨대 글리세롤, 락탐, 예컨대 2-피롤리돈, 우레아 화합물, 예컨대 우레아, 1,3-디메틸이미다졸리디논, 사카라이드, 예컨대 소르비톨, 1,4-시클로헥산디메타놀, 1-메틸-2-피페리돈, N-에틸아세트아미드, 3-아미노-1,2-프로판디올, 에틸렌 카르보네이트; 부티롤아세톤 및 리포닉(Liponic) EG-1이 포함되나, 이들로 한정되지는 않는다. 습윤제의 사용량에는 특정 제한이 없으나, 일반적으로 잉크 조성물 중 습윤제의 양 (중량비)은 0％ 내지 약 30％, 특히 약 1％ 내지 약 15％, 보다 구체적으로 약 5％ 내지 약 10％ 범위일 수 있다.
중합체는 인쇄 매체 상에서 영상의 물-견뢰성, 마찰 및 하이라이터 견뢰성을 향상시키기 위해 잉크 조성물에 첨가될 수 있다. 적합한 중합체에는 폴리비닐 알코올, 폴리에스테르, 폴리에스테르멜라민, 스티렌-아크릴산 공중합체, 스티렌-말레산 공중합체, 스티렌-말레산-알킬 아크릴레이트 공중합체, 스티렌-메타크릴산 공중합체, 스티렌-메타크릴산-알킬 아크릴레이트 공중합체, 스티렌-말레산 하트 에스테르 공중합체, 비닐-나프탈렌-아크릴산 공중합체, 비닐 나프탈렌-말레산 공중합체 및 이들의 염이 포함될 수 있으나, 이들로 한정되지는 않는다. 잉크 조성물 중 중합체의 양 (중량비)은 0％ 내지 약 5％, 특히 약 0.1％ 내지 약 3％, 보다 구체적으로 약 0.2％ 내지 약 2.5％ 범위일 수 있다. 본 발명은 잉크 조성물 중 중합체의 양 (중량비)가 약 0.1％ 내지 약 3.0％ 범위일 수 있는 실시양태를 포함한다.
본 발명의 잉크 조성물은 다양한 pH 조정제를 사용하여 원하는 pH로 완충될 수 있다. 적합한 pH 조정제에는 알칼리 히드록시드, 알칼리 카르보네이트 및 바이카르보네이트, 트리에틸아민, 디메틸에탄올아민, 트리에탄올아민, 미네랄 산, 염산 및 황산이 포함될 수 있다. pH 조정제는 단독으로 또는 조합물로 사용될 수 있다. 잉크 조성물 중 pH 조정제의 양 (중량비)은 0％ 내지 약 3.0％, 특히 약 0.1％ 내지 약 2.0％, 보다 구체적으로 약 0.5％ 내지 약 1.5％ 범위일 수 있다. 본 발명은 잉크 조성물 중 pH 조정제의 양 (중량비)이 약 0.2％ 내지 약 2.5％ 범위인 실시양태를 포함한다.
또한, 보존제, 예컨대 살생제 및 살진균제가 잉크 조성물에 첨가될 수 있다. 적합한 보존제의 예에는 나트륨 벤조에이트, 펜타클로로페놀 나트륨, 2-피리딘티올-1-옥사이드 나트륨, 나트륨 소르베이트, 나트륨 데히드로아세테이트, 벤즈이소티아졸리논, 1,2-디벤조티아졸린-3-온, 메틸이소티아졸리논 및 클로로메틸이소티아졸리논이 포함된다. 상업적으로 입수가능한 살생제에는 우카르시드(UCARCIDE)® 250 (유니온 카바이드 컴퍼니로부터 입수가능함), 프록셀® CRL, 프록셀® BDN, 프록셀® GXL, 프록셀® XL-2, 프록셀® TN (조지아주 스미르나 소재의 아치 케미칼즈로부터 입수가능함), 다우이시즈(Dowicides)® (미시간주 미들랜드 소재의 다우 케미칼(Dow Chemical)), 뉴오셉트(Nuosept)® (뉴저지주 피스키타웨이 소재의 휠스 아메리카, 인크.(Huls America, Inc.)), 오미딘즈(Omidines)® (코네티컷주 체셔 소재의 올린 코포레이션(Olin Corp.)), 노프코시즈(Nopcocides)® (팬실배니아주 앰블러 소재의 헨켈 코포레이션(Henkel Corp.)), 트로이산스(Troysans)® (뉴저지주 뉴어크 소재의 트로이 케미칼 코포레이션(Troy Chemical Corp.)) 및 엑스빙스® (오하이오주 신시내티 소재의 PMC 스페셜티즈 그룹, 인크.)가 포함된다. 보존제는 단독으로 또는 조합물로 사용될 수 있다. 잉크 조성물 중 보존제의 양 (중량비)은 0％ 내지 약 1.5％, 특히 약 0.05％ 내지 약 1.0％, 보다 구체적으로 약 0.1％ 내지 약 0.3％ 범위일 수 있다. 본 발명은 잉크 조성물 중 보존제의 양 (중량비)이 약 0.05％ 내지 약 0.5％ 범위일 수 있는 실시양태를 포함한다.
잉크 조성물은 하나 이상의 점도 조정제를 함유할 수 있다. 점도 조정제에는 로진 화합물, 알긴산 화합물, 폴리비닐 알코올, 히드록시프로필 셀룰로스, 카르복시메틸 셀룰로스, 히드록시에틸 셀룰로스, 메틸 셀룰로스, 폴리아크릴산의 염, 폴리비닐 피롤리돈, 아라비아 고무 및 전분이 포함될 수 있다. 잉크 조성물 중 점도 조정제의 양 (중량비)은 0％ 내지 약 10％, 특히 약 0.5％ 내지 약 8％, 보다 구체적으로 약 1％ 내지 약 5％ 범위일 수 있다. 본 발명은 잉크 조성물 중 점도 조정제의 양 (중량비)이 약 1％ 내지 약 7％ 범위일 수 있는 실시양태를 포함한다.
또한, 수성 비히클에 도입될 수 있는 다른 첨가제에는 항산화제, 자외선 흡수제, 킬레이트화제, 전기 전도율 조절제, 점도 조정제, 산소 흡수제, 항-코게이션(kogation)제, 항-컬링(curling)제, 항번짐제, 소포제 및 완충제가 포함될 수 있다. 본 발명의 잉크 조성물은 본 발명의 안료 분산액 이외에 하나 이상의 착색제 또한 함유할 수 있다.
본 발명의 잉크 조성물은 특히 잉크 조성물의 액적이 인쇄 장비로부터 분출되고 기재에 침착되어 영상을 생성하는 잉크젯 인쇄용 잉크 조성물로서 사용하기에 적합하다. 적합한 인쇄 장비에는 연속식 잉크 젯(Continuous Ink Jet; CIJ), 드롭-온-디맨드(Drop-on-Demand) 밸브 (DoD 밸브), 드롭-온-디맨드 피에조-일렉트릭(Piezo-Electric) (DoD 피에조) 및 열적 잉크 젯(Thermal Ink Jet; TIJ)이 포함되나, 이들로 한정되지는 않는다. 유사하게, 보통지, 본드지, 코팅지, 투명재, 직물, 플라스틱, 중합체 필름 및 무기 기재를 비롯한 임의의 적합한 기재를 사용할 수 있다. 그러나, 당업자는 상기 잉크 조성물이 또한 일반 기록 기구 적용 및 스탬프 적용 (이들로 한정되지는 않음)을 비롯한 다른 적용에도 사용될 수 있다는 것을 인지해야 한다.
본 발명의 잉크 조성물은 단독으로 사용되거나, 컬러 언더레이(color underlay)와 함께 사용되어 블랙 영상을 생성하거나, 또는 다른 잉크 조성물과 함께 사용되어 컬러 영상을 생성할 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 본 발명의 잉크 조성물은 다른 잉크 조성물(들), 예컨대 시안(cyan) 잉크, 마젠타(magenta) 잉크 및/또는 황색 잉크와 함께 사용된다. 다른 실시양태에서, 시안 잉크, 마젠타 잉크 및 황색 잉크는 과도인쇄(overprint)되어 블랙 영상을 형성하고, 상기 인쇄는 본 발명의 블랙 잉크의 인쇄와 함께 사용된다.
우드 스테인
본 발명의 또다른 측면은 우드 스테인 및 코팅으로서 상기 기재된 자가-분산성 안료를 사용하는 수성 제제에 관한 것이다. 상기 안료를 함유하는 우드 스테인 제제는 하기 특성 중 하나 이상을 나타낼 수 있다: 1) 양호한 우드 흡수성 및 접착력; 2) 양호한 투명도; 및 3) 탁월한 물 및 광 내성.
물 내성은 침지 영역 대 대조군의 우드 스테인의 측정된 DE* 값의 차로써 측정한다. 낮은 DE* 값은 높은 물 내성을 나타낼 수 있다. DE*이 작은 경우, 이는 분해 또는 손실로 인한 색상 변화가 최소 내지 없음을 의미할 수 있다. 예를 들면, 낮은 DE* 값은 카르복시 개질된 안료 분산액에서 나타난 바와 같이 높은 물 내성을 나타낼 수 있다. 개질된 안료 분산액의 DE* 값은 약 0 내지 약 3일 수 있다. 한 특정 실시예는 4-아미노벤조산으로 개질된 안료이다. 또다른 실시예에서, 카르복시 개질된 청색 안료 15 및 황색 안료 74 분산액은 각각 약 0.19 및 0.43의 낮은 DE* 값을 가졌다. 델타 E는 두 색상 사이의 차이이다. L, a, 및 b 값은 구형 색상(spherical color)에 기초한 측정값이다. +L=백색, -L=흑색, +a=적색, -a=녹색, +b=황색, -b=청색. C는 색도 (채도)이고, H는 색깔이다. 판독은 분광광도계를 이용하여 측정한다.
Figure 112010017976960-pct00004
코팅
상기 안료를 함유하는 코팅 제제는 하기 특성 중 하나 이상을 나타낼 수 있다: 1) 기재, 예컨대 금속, 종이, 유리, 플라스틱 및 우드에 대한 양호한 접착력; 2) 적용 및 건조의 용이성; 3) 양호한 날씨 견뢰성, 물 및 광 내성; 4) 양호한 광택 유지력; 및 5) 양호한 화학물질 내성 및 응집 내성.
물 내성과 마찬가지로, 코팅의 강산 및 강염기에 대한 내성은 스포팅된 영역 대 대조군의 DE* 값의 차로써 측정한다. 개질된 안료 분산액의 DE* 값은 약 0 내지 약 3일 수 있다. 한 실시예에서, 개질된 카본 블랙을 함유하는 코팅은 산 내성에 대해 약 0.08의 낮은 DE* 값을 가졌다. 또다른 실시예에서, 개질된 청색 안료 15번을 함유하는 코팅은 강염기에 대한 내성에 대해 약 1.56의 낮은 DE* 값을 가졌다.
컬러 필터
본 발명의 또다른 측면은 컬러 필터에 상기 기재된 자가-분산성 안료를 사용하는 수성 제제에 관한 것이다. 컬러 필터의 적용은 데스크탑 모니터/랩탑 스크린, LCD TV 스크린, 휴대폰 디스플레이 패널, 디지털 카메라 스크린 및 GPS 패널을 비롯한 (이에 한정되지는 않음) 디스플레이 영상 분야에서 발견된다. 본 발명의 안료를 함유하는 컬러 필터 제제는 하기 특성 중 하나 이상을 나타낼 수 있다: 1) 유리 및 플라스틱 필름 기재에의 양호한 접착력; 2) 양호한 투명도; 3) 적용 및 건조의 용이성; 및 4) 양호한 열 및 광 내성.
특정 컬러 필터의 투과 값을 측정하여 그의 유용성을 결정한다. 컬러 필터는 좁은 밴드에서 최대 투과율을 가져 최대 효용성을 제공할 수 있다.
한 실시양태에서, 카본 블랙은 투과 밴드를 갖지 않을 수 있고, 마그네타 안료 분산액은 약 520 내지 약 560 nm 범위의 가장 낮은 투과를 가질 수 있고, 황색 안료 분산액은 약 400 내지 약 480 nm 범위의 가장 낮은 투과를 가질 수 있고, 시안 안료 분산액은 약 600 내지 약 680 nm 범위의 가장 낮은 투과를 가질 수 있다.
직물 인쇄
본 발명의 또다른 측면은 직물 인쇄 적용에 상기 기재한 자가-분산성 안료를 사용하는 수성 제제에 관한 것이다. 본 발명의 안료를 함유하는 직물 인쇄 제제는 하기 특성 중 하나 이상을 나타낼 수 있다: 1) 직물, 예컨대 면직물, 나일론, 폴리에스테르, 모직물, 폴리아크릴계, 또는 이들의 혼방에의 양호한 접착력; 2) 적용 및 건조의 용이성; 3) 양호한 물 및 광 내성; 및 4) 양호한 세탁견뢰성.
착색된 직물의 세탁견뢰성 및 수견뢰성 특성은 대조군 대 세탁된 직물의 DE* 값의 차로써 측정할 수 있다.
개질된 안료 분산액의 DE* 값은 약 0 내지 약 3일 수 있다. 한 실시예에서, 개질된 카본 블랙은 약 0.23의 낮은 DE* 값을 가질 수 있다. 또다른 실시예에서, 개질된 황색 안료 74번은 약 6.72의 높은 DE* 값을 가질 수 있다.
실시예
본 발명의 예시적인 실시양태를 하기 실시예에 제공한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하고 본 발명을 수행 및 사용함에 있어 당업자를 돕기 위해 제시된다. 실시예는 본 발명의 범위를 어떠한 방식으로든 다르게 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
실시예 1
안료 분산액 (클로로설폰산 및 티오닐 클로라이드에서의 클로로설폰화 후 소분자 부착의 실시예).
1차 입도가 20 nm이고 B.E.T 표면적이 160 m2/g인, 데구사 (일리노이주 버르 릿지)에서 시판하는 기체 카본 블랙 (65 g)을 332 g의 실험실 등급 클로로설폰산과 120-4℃에서 20시간 동안 클로로설폰화하였다. 반응 혼합물을 56℃로 냉각시키고, 68.5 g의 티오닐 클로라이드를 적가 도입하였다. 모든 티오닐 클로라이드를 첨가한 후, 반응 덩어리를 103-5℃로 다시 가열하고, 상기 온도에서 4시간 동안 유지하였다. 이어서, 반응 혼합물을 실온으로 냉각시키고, 켄칭 온도를 -5℃ 미만으로 제어하면서 물 및 얼음으로 켄칭하였다. 침전된 생성물을 여과에 의해 단리하고, 용해된 물질이 없도록 빙냉수 (<5℃)로 세척하였다. 이어서, 생성물 케이크 (253 g)를 2-5℃에서 15.5 g 진한 염산 (37％)을 함유하는 140 g 탈이온수 중 에틸 4-아미노벤조에이트 (알드리치(Aldrich)사의 실험실 등급, 21.7 g)의 용액과 반응시켰다. 2000 rpm에서 30분 동안 혼합한 후, 이를 5000 rpm에서 0.4 mm YTZ 미디어 (일리노이주 크리스탈 레이크 소재의 쿼켄부시 캄파니, 인크.(Quackenbush Co., Inc.)로부터 입수가능함)를 사용하여 혹크마이어(Hockmeyer) 미디어 밀 (노쓰 캘리포니아주 엘리자베쓰 시티 소재의 혹크마이어 이큅먼트 코퍼레이션(Hockmeyer Equipment Corp.)으로부터 입수가능함)에서 밀링시켜 온도를 10℃로 상승시키고, 20％ 나트륨 아세테이트 용액의 첨가로 pH를 4.7로 상승시켰다. 밀링을 다시 5시간 동안 지속하였다. 밀링한 지 1시간 후, 칼슘 비함유 수산화나트륨 (23 g)의 첨가로 pH를 12.6으로 상승시켰다. 반응 혼합물을 밀에서 꺼내고, 85℃로 2시간 동안 가열하여 메틸 에스테르를 가수분해하였다. 공급 샘플의 클로라이드 및 설페이트 함량이 50 ppm 미만일 때까지, 용해된 불순물을 한외여과로 제거하였다. 이어서, 생성물을 18％ 고체로 농축시키고, (0.3％, wt/wt) 프록셀 GXL (조지아주 스미르나 소재의 아치 케미칼즈로부터 입수가능함)과 혼합하였다. 최종적으로, 생성물을 0.7 ㎛ GF 필터를 통해 여과하였다.
실시예 2-9
실시예 2-9는 상기 실시예 1에 대해 기재한 것과 동일한 방법에 따라 제조하였다.
Figure 112010017976960-pct00005
1 데구사 (일리노이주 버 릿지)
2 시바 (CIBA; 델라웨어주 뉴포트)사의 PB15:4
3 바스프 (뉴저지주 마운트 올리브)사의 PB 15:3, 큰 입자는 0.7 ㎛ TCLP로 여과하기 전 5분 동안 10,000 rpm에서 원심분리로 분리하였다.
4 클라리언트 컬러즈(Clariant Colors; 노쓰캐롤라이나주 샬롯)사의 PB15:3
[표 1 계속]
Figure 112010017976960-pct00006
실시예 전반에서, 간결함을 위하여 약어를 사용하였다. "H"는 시간을 나타내고, "AP"는 아미노페놀을 나타내고, "SA"는 설파닐산을 나타내고, "4ABA"는 4-아미노벤조산을 나타낸다.
실시예 10
안료 분산액 (부착을 통한 상이한 염 형태 형성의 실시예 - 예를 들어 테트라메틸 암모늄 염).
1차 입도가 20 nm이고 B.E.T 표면적이 160 m2/g인, 데구사에서 시판하는 기체 카본 블랙 (66 g)을 348 g의 실험실 등급 클로로설폰산과 122-7℃에서 19시간 동안 클로로설폰화하였다. 반응 혼합물을 74℃로 냉각시키고, 30.0 g의 티오닐 클로라이드를 적가 도입하였다. 모든 티오닐 클로라이드를 첨가한 후, 반응 덩어리를 134℃로 다시 가열하고, 상기 온도에서 1시간 동안 유지하였다. 이어서, 반응 혼합물을 실온으로 냉각시키고, 켄칭 온도를 -5℃ 미만으로 제어하면서 물 및 얼음으로 켄칭하였다. 침전된 생성물을 여과에 의해 단리하고, 용해된 물질이 없도록 빙냉수 (<5℃)로 세척하였다. 이어서, 생성물 케이크 (326 g)를 빙냉된 탈이온수에서 혼합하여 pH=1.5인 슬러리를 얻었다. 초기에 테트라메틸 수산화암모늄 용액 (25％)으로 pH를 4.5로 상승시켰다. 25℃에서 40.3 g 테트라메틸 수산화암모늄 용액 (25％) 및 8 g의 서르피놀 CT-141 (팬실배니아주 앨런타운 소재의 에어 프로덕츠 앤드 케미칼즈, 인크.로부터 입수가능함)을 함유하는 90 g 탈이온수 중 4-아미노벤조산 (알드리치사의 실험실 등급, 18 g)의 용액으로 pH를 추가로 6.5로 상승시켰다. 이어서, 이를 추가의 테트라메틸 수산화암모늄 용액 (25％)과 9.6의 최종 pH로 잠시 혼합하였다. 혼합물을 4℃로 냉각시킨 후, 4800 rpm에서 0.4 mm YTZ 미디어 (일리노이주 크리스탈 레이크 소재의 쿼켄부시 캄파니, 인크.로부터 입수가능함)를 사용하여 혹크마이어 미디어 밀 (노쓰 캘리포니아주 엘리자베쓰 시티 소재의 혹크마이어 이큅먼트 코퍼레이션으로부터 입수가능함)에서 밀링시켜 온도를 37℃로 상승시키고, 테트라메틸 수산화암모늄 용액의 첨가로 pH를 8.8 초과로 제어하였다. 밀링을 총 4시간 동안 지속하였다. 반응 혼합물을 밀에서 꺼내고, 60-76℃로 15시간 동안 가열하였다. 추가의 테트라메틸 수산화암모늄을 첨가하여 pH를 9.2로 상승시켰다. 공급 샘플의 클로라이드 및 설페이트 함량이 50 ppm 미만일 때까지, 용해된 불순물을 한외여과로 제거하였다. 이어서, 생성물을 17％ 고체로 농축시키고, (0.3％, wt/wt) 프록셀 GXL (조지아주 스미르나 소재의 아치 케미칼즈로부터 입수가능함)과 혼합하였다. 최종적으로, 생성물의 일부 (112 g)를 0.7 ㎛ GF 필터를 통해 여과하였다.
실시예 11
안료 분산액 (클로로설폰산 중 PB15의 클로로설폰화; 설파닐산과의 부착 및 PB15 분산의 실시예).
뉴케믹 (Newchemic; 뉴저지주 몬트베일)에서 시판하는 청색 안료 15:1번 (60 g)을 320 g의 실험실 등급 클로로설폰산과 110-118℃에서 1시간 동안 클로로설폰화하였다. 반응 혼합물을 25℃로 냉각시키고, 켄칭 온도를 0℃ 미만으로 제어하면서 물 및 얼음에서 켄칭하였다. 침전된 생성물을 여과에 의해 단리하고, 용해된 물질이 없도록 pH <4에서 빙냉수 (<5℃)로 세척하였다. 이어서, 생성물 케이크 (365 g)를 잘 혼합하면서 (1100 rpm) 탈이온수 (200 g) 중 설파닐산 (20 g, 사우스 캐롤라이나주 포트 밀 소재의 내이션 포드 케미칼(Nation Ford Chemical)로부터 입수가능함), Ca 비함유 수산화나트륨 과립 (6.4 g) 및 중탄산나트륨 (21.7 g)의 용액에 첨가하였다. pH를 추가의 37 g 중탄산나트륨 및 21 g 탄산나트륨으로 8.0 초과로 제어하였다. 이어서, 혼합물을 4000 rpm에서 0.2 mm YTZ 미디어 (일리노이주 크리스탈 레이크 소재의 쿼켄부시 캄파니, 인크.로부터 입수가능함)를 사용하여 혹크마이어 미디어 밀 (노쓰 캘리포니아주 엘리자베쓰 시티 소재의 혹크마이어 이큅먼트 코퍼레이션으로부터 입수가능함)에서 밀링하였다. 온도를 80℃로 상승시키고, 혼합물을 3시간 동안 밀링하였다. 반응 혼합물을 밀에서 꺼내고, 83℃로 가열하였다. 공급 샘플의 클로라이드 및 설페이트 함량이 50 ppm 미만일 때까지, 용해된 불순물을 한외여과로 제거하였다. 이어서, 생성물을 약 5％ 고체로 농축시켜 1446 g의 액체를 얻었다. 액체 생성물의 일부 (220 g)를 사용하여 클래리언트 컬러즈 (노쓰캐롤라이나주 샬롯)사의 청색 안료 15:3의 40 g을 분산시키고, 7000 rpm에서 3시간 동안 밀링하였다. 칼슘 비함유 수산화나트륨 용액 (1.4 g, 25％)의 적가로 pH를 8 초과로 지속적으로 조정하였다. 생성물을 밀에서 꺼내고, 86℃로 가열하고, 공급 샘플의 클로라이드 및 설페이트 함량이 50 ppm 미만일 때까지, 다시 한번 용해된 불순물을 한외여과로 제거하였다. 이어서, 생성물을 약 12％ 고체로 농축시키고, (0.3％, wt/wt) 프록셀 GXL (조지아주 스미르나 소재의 아치 케미칼즈로부터 입수가능함)과 혼합하였다. 보다 큰 입자를 3,200 rpm에서 15분 동안 원심분리로 제거하고, 생성물 (210 g)을 0.7 ㎛ GF 필터를 통해 여과하였다.
실시예 12
안료 분산액 (시아누릴 기 첨가 및 나트륨 4-아미노벤조에이트 부착의 실시예).
탈이온수 (600 g) 중의 4-아미노벤조산 (40 g), 칼슘 비함유 수산화나트륨 (14 g) 및 중탄산나트륨 (52 g)의 용액을 시아누릭 클로라이드 (52 g, 매릴랜드주 워커스빌 소재의 론자 워커스빌, 인크.(Lonza Walkersville, Inc.)로부터 입수가능함), 얼음 (880 g) 및 탈이온수 (200 g)의 교반 혼합물에 첨가하였다. pH를 3.1로 상승시키니, 반응 혼합물이 유백색 분산액으로 변하였다.
미국 특허 제3,347,632호에 기재된, 카본 블랙을 차아염소산나트륨으로 산화시키는 선행 기술 방법을 이용하여 1차 입도가 20 nm이고 B.E.T 표면적이 160 m2/g인 기체 카본 블랙 (데구사)을 산화시켰다. 온도를 1-6℃에서 유지하면서, 카본 블랙 슬러리 (11％로 908 g)를 상기 기재된 유백색 분산액에 서서히 첨가하였다. 1시간 후, 반응 혼합물을 19℃로 가열하고, 칼슘 비함유 수산화나트륨 (2 g) 및 중탄산나트륨 (10 g)의 첨가로 pH를 7.3에서 유지하였다 [단계 1]. 칼륨 퍼설페이트 (63.6 g 실험실 등급, 피셔 사이언티픽(Fisher Scientific)으로부터 입수가능함) 첨가 후, 반응 혼합물을 57-70℃로 20시간 동안 가열하였다 [단계 2]. 3 L로 희석한 후에, 칼슘 비함유 수산화나트륨 (32.3 g)으로 pH를 5.3에서 10.3으로 상승시켰다. 공급 샘플의 클로라이드 및 설페이트 함량이 50 ppm 미만일 때까지, 용해된 불순물을 한외여과로 제거하였다. 이어서, 생성물을 11％ 고체로 농축시키고, (0.3％, wt/wt) 프록셀 GXL (조지아주 스미르나 소재의 아치 케미칼즈로부터 입수가능함)과 혼합하였다. 최종적으로, 생성물 (832 g)을 0.7 ㎛ GF 필터를 통해 여과하였다.
실시예 13-21
실시예 13-21을 상기 실시예 12에 대해 기재한 것과 동일한 방법에 따라 제조하였다. 각주 5의 추가적 단계는 실시예 13에만 해당된다.
Figure 112010017976960-pct00007
5 1차 입도가 13 nm이고 B.E.T 표면적이 320 m2/g인 데구사 제품. 3.6 L로 희석한 후, 50％ 수산화나트륨 (20.3 g)으로 pH를 5.7에서 9.0으로 상승시켰다. 상기 슬러리를 뜨거운 상태로 여과하였다 (90℃, 300 ㎛ 백 필터를 통해). 30 g의 칼륨 퍼설페이트를 미리 실온으로 냉각해 둔 카본 슬러리에 첨가하였다. 탈이온수 (300 g) 중의 4-아미노벤조산 (15 g), 칼슘 비함유 수산화나트륨 (5 g) 및 시아누릭 클로라이드 (15.3 g, 론자 워커스빌, 인크.로부터 입수가능함), 및 중탄산나트륨 (20 g)의 용액을 상기 교반 혼합물에 첨가하였다. 서르피놀 CT-121 (팬실배니아주 앨런타운 소재의 에어 프로덕츠 앤드 케미칼즈, 인크.로부터 입수가능함) 소적의 첨가로 거품을 제어하였다. 50％ 수산화나트륨 용액 (5.4 g)으로 pH를 7.7로 조정하고, 추가의 15분 동안 고전단 믹서로 혼합하였다. 온도를 50℃ 초과로 상승시키고, 20시간 동안 유지하였다. 공급 샘플의 클로라이드 및 설페이트 함량이 50 ppm 미만일 때까지, 용해된 불순물을 한외여과로 제거하였다. 이어서, 생성물을 11％ 고체로 농축시키고, (0.3％, wt/wt) 프록셀 GXL (조지아주 스미르나 소재의 아치 케미칼즈로부터 입수가능함)과 혼합하였다. 최종적으로, 생성물 (736 g)을 1.0 ㎛ 와트만(Whatman) 폴리캡(POLYCAP) 36 AS 필터 캡슐을 통해 여과하였다.
6 시바 (델라웨어주 뉴포트)사의 PR 122
7 SUN (뉴저지주 파르시패니)사의 PY 74
8 시바사의 PB 15:3
9 SUN사의 PR 122
[표 2 계속]
Figure 112010017976960-pct00008
실시예 22
안료 분산액 (시아누릴 기 첨가 및 나트륨 4-아미노벤조에이트 및 대략 MW 300인 알킬중합체 아민 부착의 실시예).
탈이온수 (200 g) 중의 4-아미노벤조산 (7.4 g), 칼슘 비함유 수산화나트륨 (2.3 g) 및 중탄산나트륨 (30 g)의 용액을 시아누릭 클로라이드 (10 g, 론자 워커스빌, 인크.로부터 입수가능함), 얼음 (130 g) 및 탈이온수 (40 g)의 교반 혼합물에 첨가하였다. pH를 5.5로 상승시키니, 반응 혼합물이 유백색 분산액으로 변하였다.
1.5의 pH에서 진한 염산 (3.75 g)을 함유하는 탈이온수 (60 g) 중 설폰아민 B 30 (8.6 g, 텍사스주 오스틴 소재의 헌츠만 케미칼스로부터 입수가능함)의 용액을 시아누릭 클로라이드 (5 g, 론자 워커스빌, 인크.로부터 입수가능함), 얼음 (100 g) 및 탈이온수 (30 g)의 교반 혼합물에 첨가하였다. pH를 2.1로 상승시키니, 반응 혼합물이 유백색 분산액으로 변하였다. 온도를 차갑게 (5.7℃) 유지하는 동안, 20 g의 중탄산나트륨으로 pH를 7.1로 점차적으로 상승시켰다.
카본 블랙을 황산 및 차아염소산나트륨으로 설폰화 및 산화시켜 형성된 자가-분산된 카본 블랙 분산액 (센시젯(Sensijet)® 블랙 SDP 2000, 14％에서 500 g, 미주리주 세인트 루이스 소재의 센시언트 컬러즈 인크(Sensient Colors Inc)로부터 입수가능함)을 얼음 박스에서 미리 냉각시켰다. 온도를 6-13.7℃에서 유지하면서, 차가운 카본 블랙 분산액에 상기 기재한 차가운 유백색 분산액을 첨가하였다. 1시간 후, 잘 혼합하면서, 상기 제조된 시아누릴 클로라이드와의 4-아미노벤조산 부가물 (10.7℃)을 첨가하였다. 반응 혼합물을 18.8℃ (pH 7.4)로 가온한 후, 34 g의 칼륨 퍼설페이트를 첨가하였다. 상기 단계 직후, 반응 혼합물을 51-57℃로 20시간 동안 가열하였다 [단계 1]. 2 L로 희석한 후, 칼슘 비함유 수산화나트륨 (22 g)으로 pH를 7.2에서 10.9로 상승시켰다. 공급 샘플의 클로라이드 및 설페이트 함량이 50 ppm 미만일 때까지, 용해된 불순물을 한외여과로 제거하였다. 이어서, 생성물을 14.4％ 고체로 농축시키고, (0.3％, wt/wt) 프록셀 GXL (조지아주 스미르나 소재의 아치 케미칼즈로부터 입수가능함)과 혼합하였다. 최종적으로, 생성물 (538 g)을 0.7 ㎛ GF 필터를 통해 여과하였다.
실시예 23-25
실시예 23-25를 상기 실시예 22에 대해 기재한 것과 동일한 방법에 따라 제조하였다.
Figure 112010017976960-pct00009
10 센시언트 컬러즈 인크 (미주리주 세인트 루이스)사의 센시젯® 블랙 SDP 2000
11 센시언트 컬러즈 인크 (미주리주 세인트 루이스)사의 센시젯® 블랙 SDP 1000
실시예 26
안료 분산액 (설파닐산을 이용한 시아누릴 트리스 부가물 (S)의 제조 및 안료의 표면 개질에서의 사용에 대한 실시예).
탈이온수 (310 g) 중의 설파닐산 (114 g), 칼슘 비함유 수산화나트륨 (32 g) 및 중탄산나트륨 (55 g)의 용액 (pH=8.5)을 온도를 각각 < 0℃, < 3℃ 및 < 10℃로 제어하는 3 단계로 시아누릭 클로라이드 (40.2 g, 매릴랜드주 워커스빌 소재의 론자 워커스빌, 인크.로부터 입수가능함), 얼음 (570 g) 및 탈이온수 (480 g)의 교반 혼합물에 첨가하였다. 첨가 후 (pH=7.1), 반응 혼합물을 90℃로 4.5시간에 걸쳐 가열하여 1000 g의 맑은 액체를 얻었다.
1차 입도가 16 nm이고 CTAB 표면적이 255 m2/g인 카본 블랙12 (40 g, 매사추세츠주 빌러리카 소재의 캐보트 코퍼레이션(Cabot Corporation)으로부터 입수가능함)을 상기 기재한 시약 (설파닐산 10.55 g의 등가물을 사용함) 및 250 g의 탈이온수의 교반 혼합물에 서서히 첨가하였다. 이 혼합물을 0.2 mm YTZ 미디어 (일리노이주 크리스탈 레이크 소재의 쿼켄부시 캄파니, 인크.로부터 입수가능함)를 사용하여 혹크마이어 미디어 밀 (노쓰 캘리포니아주 엘리자베쓰 시티 소재의 혹크마이어 이큅먼트 코퍼레이션으로부터 입수가능함)로 밀링하였다. 탈이온수 중 15 g의 칼륨 퍼설페이트 및 중탄산나트륨의 용액을 상기 밀에 첨가하고, 밀링을 총 5시간 동안 계속하였다. 공급 샘플의 클로라이드 및 설페이트 함량이 50 ppm 미만일 때까지, 용해된 불순물을 한외여과로 제거하였다. 이어서, 생성물을 11.6％ 고체로 농축시키고, 0.3％ (wt/wt) 프록셀 GXL (조지아주 스미르나 소재의 아치 케미칼즈로부터 입수가능함)과 혼합하였다. 최종적으로, 생성물을 0.7 ㎛ GF 필터를 통해 여과하였다.
실시예 27-38
실시예 27-38을 상기 실시예 26에 대해 기재한 것과 동일한 방법에 따라 제조하였다.
Figure 112010017976960-pct00010
12 캐보트 (Cabot; 매사추세츠주 레오미니스터) 모나크(Monarch)® 880
13 캐보트 (매사추세츠주 레오미니스터) 모나크® 700
실시예 39
안료 분산액 (4-아미노벤조산과의 시아누릴 트리스 부가물의 제조 및 안료의 표면 개질에서의 사용에 대한 실시예).
탈이온수 (300 g) 중의 4-아미노벤조산 (90.1 g), 칼슘 비함유 수산화나트륨 (30 g) 및 중탄산나트륨 (55 g)의 용액 (pH=7.2)을 온도를 각각 < 0℃, < 3℃ 및 < 10℃로 제어하는 3 단계로 시아누릭 클로라이드 (40.2 g, 매릴랜드주 워커스빌 소재의 론자 워커스빌, 인크.로부터 입수가능함), 얼음 (550 g) 및 탈이온수 (500 g)의 교반 혼합물에 첨가하였다. 첨가 후, pH=7.1, 반응 혼합물을 92℃로 3시간에 걸쳐 가열하여 901 g의 맑은 액체를 얻었다.
1차 입도가 20 nm이고 B.E.T. 표면적이 160 m2/g인 카본 블랙 (40 g, 일리노이주 버르 릿지 소재의 데구사로부터 입수가능함)을 상기 기재한 시약 (4-아미노벤조산 10.22 g의 등가물을 사용함) 및 250 g의 탈이온수의 교반 혼합물에 서서히 첨가하였다. 이 혼합물을 0.2 mm YTZ 미디어 (일리노이주 크리스탈 레이크 소재의 쿼켄부시 캄파니, 인크.로부터 입수가능함)를 사용하여 혹크마이어 미디어 밀 (노쓰 캘리포니아주 엘리자베쓰 시티 소재의 혹크마이어 이큅먼트 코퍼레이션으로부터 입수가능함)로 밀링하였다. 탈이온수 중 8.5 g의 칼륨 퍼설페이트 및 중탄산나트륨의 용액을 상기 밀에 첨가하고, 밀링을 총 6시간 동안 계속하였다. 공급 샘플의 클로라이드 및 설페이트 함량이 50 ppm 미만일 때까지, 용해된 불순물을 한외여과로 제거하였다. 이어서, 생성물을 10.3％ 고체로 농축시키고, 0.3％ (wt/wt) 프록셀 GXL (조지아주 스미르나 소재의 아치 케미칼즈로부터 입수가능함)과 혼합하였다. 최종적으로, 생성물을 0.7 ㎛ GF 필터를 통해 여과하였다.
실시예 40-47
실시예 40-47을 상기 실시예 39에 대해 기재한 것과 동일한 방법에 따라 제조하였다.
Figure 112010017976960-pct00011
실시예 48
상기 실시예로부터 얻은 개질된 안료의 물리적 특성을 하기 표에 기재한다.
Figure 112010017976960-pct00012
Figure 112010017976960-pct00013
[표 6 계속]
Figure 112010017976960-pct00014
Figure 112010017976960-pct00015
14 원료 중의 오염물로 존재하고/거나 밀링 과정 중에 형성된 Ca, Mg 및 Fe의 합계.
실시예 49
X-선 광전자 분광법 (XPS) 분석
흑색 샘플 1-5 (표 7), 시안 샘플 (6-11), 마젠타 샘플 (12-16), 및 황색 샘플 (17-21)에 대해 XPS 데이타를 수집하고 분석하였다. 정제된 "트리스" 시약의 건조 샘플을 또한 안료 표면에 부착된 기의 특성을 확인하기 위해 분석하였다.
Figure 112010017976960-pct00016
XPS 데이타는 집중된 단색 Al Kα 방사의 프로브 빔을 이용하여 EAG 랩스 (미네소타주 찬하센)에 의해 수득하였다. X-선은 광전자를 발생하며, 이는 에너지 분석되고 계수되어 샘플 표면의 원자 조성 및 화학을 드러낸다. 광전자의 탈출 깊이는 분석의 깊이를 외부 약 50 Å로 제한시킨다. 제시된 데이타는 저해상도 조사 스캔을 포함하며, 이는 0 내지 1400eV 결합 에너지의 전체 스펙트럼을 제공한다. 또한 화학적 상태 정보를 제공하는 선택 원소로부터의 고해상도 스펙트럼도 데이타에 포함된다. 스펙트럼을 이용하여, 광전자 피크하의 면적을 적분하고 경험적 민감 계수를 적용시킴으로써 표면 조성을 수득하였다. XPS 데이타는 도 1-14에 나타낸다.
Figure 112010017976960-pct00017
카본 블랙 샘플에 대한 표
하기 표를 검출된 원소 100％로 정규화하였다. XPS는 H 또는 He를 검출하지 않는다. 검출 한계는 다른 원소에 대해 전형적으로 0.05％ 내지 1.0％이다. 대시 "-"는 원소가 검출되지 않았음을 나타낸다. 실시예 [1] [카본] A-79에 대한 높은 S (0.6)는 클로로설폰화에 의해 도입된 표면 SO2 결합의 지표이다. SA 부착된 실시예 [20] 및 [31]에서의 높은 S 함량은 SA 부착에 의한 표면상에 존재하는 SO3Na 기 때문이다. 실시예 [41]의 반응하지 않은 카본 및 4-ABA 부착된 카본 둘 다 예상된 바와 같이 오직 낮은 수준의 S를 가졌다. 반응하지 않은 카본을 제외한 모든 샘플에 존재하는 N 및 Na의 수준은 상응하는 나트륨 염으로서 아미노 벤조산 또는 벤젠 설폰산 기로서 존재하는 전하 기의 척도이다.
[표 9-1]
Figure 112010017976960-pct00018
[표 9-2]
Figure 112010017976960-pct00019
[표 9-3]
Figure 112010017976960-pct00020
[표 9-4]
Figure 112010017976960-pct00021
[표 9-5]
Figure 112010017976960-pct00022
황화물로서 미처리된 카본에 존재하는 S는 모든 처리된 샘플에서 설페이트/설폰으로 대부분 산화되어 표면 전하 기에 첨가되었다.
PB 15 샘플에 대한 표
[표 10-1]
Figure 112010017976960-pct00023
[표 10-2]
Figure 112010017976960-pct00024
*C-O 결합은 또한 상기 밴드의 세기에 기여할 수 있다.
[표 10-3]
Figure 112010017976960-pct00025
[표 10-4]
Figure 112010017976960-pct00026
PR 122 샘플에 대한 표
[표 11-1]
Figure 112010017976960-pct00027
[표 11-2]
Figure 112010017976960-pct00028
*C-O 결합은 또한 상기 밴드의 세기에 기여할 수 있다.
# C2NH는 다음 기:
Figure 112010017976960-pct00029
에서 결합된 C 원자 각각을 나타낸다.
[표 11-3]
Figure 112010017976960-pct00030
PY 74 샘플에 대한 표
[표 12-1]
Figure 112010017976960-pct00031
[표 12-2]
Figure 112010017976960-pct00032
*C-O 결합은 또한 상기 밴드의 세기에 기여할 수 있다.
[표 12-3]
Figure 112010017976960-pct00033
[표 12-4]
Figure 112010017976960-pct00034
XPS 결과는, 개시된 바와 같은 표면 개질로 약 0.7 내지 2.7 원자％로 거의 동일하게 분포된 NH/N-C=N 기로서 표면 질소가 증가된 개질된 카본 블랙을 수득함을 나타낸다.
XPS 결과는, 개시된 바와 같은 표면 개질로 원자 비가 약 6.8 내지 20.9％인 표면 산소를 가지고, 여기서 산소의 > 51 내지 62％는 C=O, COONa, 또는 SOx 기로서 존재하고 나머지 (49-38％)는 C-O 기로서 존재하는 것인 개질된 카본 블랙을 수득함을 나타낸다. 반대로, 미처리된 카본 블랙에서의 표면 산소는 오직 약 2.4％이고, C=O, COONa 또는 SOx 기로서 32％ 분포되고, 나머지 (68％)는 C-O 기로서 분포된다. SOx는 S의 산화된 형태일 수 있고, 설폰, 설페이트, 또는 설폰산을 포함하나 이들로 한정되지는 않는다.
XPS 결과는, 개시된 바와 같은 표면 개질로 약 0.7 내지 2.6 원자％로 COONa/SO3Na로서 표면 나트륨이 증가된 개질된 카본 블랙을 수득함을 나타낸다.
XPS 결과는, 개시된 바와 같은 표면 개질로 존재하는 S의 적어도 90％가 산화된 S (SOx)인 개질된 카본 블랙을 수득함을 나타낸다.
미처리된 카본 블랙 및 실시예 1, 20, 31, 및 41로부터의 카본 블랙에 대한 XPS 결과는 도 1-4에 나타낸다.
XPS 결과는, 개시된 바와 같은 표면 개질로 미처리된 안료에서의 낮은 1.6％에 비해 현저히 더 높은 표면 산소 함량 (> 2.5％ 원자 비)을 갖는 개질된 청색 안료 15번을 수득함을 나타낸다. 미처리된 청색 안료 15번 및 실시예 7, 9, 11, 16 및 42로부터의 청색 안료 15번에 대한 XPS 결과는 도 5-7에 나타낸다.
XPS 결과는, 개시된 바와 같은 표면 개질로 표면 산소가 원자 비로 8.3 - 9.8％이고, 여기서 미처리된 안료에서 단지 12％가 C-O로서 존재하는 것에 비해, 총 O 중 24 - 32％가 C-O 결합으로 존재하는 것인 개질된 적색 안료 122번을 수득함을 나타낸다. 미처리된 적색 안료 122번 및 실시예 14, 21, 37, 및 45로부터의 적색 안료 122번에 대한 XPS 결과는 도 8-11에 나타낸다.
XPS 결과는, 개시된 바와 같은 표면 개질로 표면 산소가 원자 비로 21.6 내지 29.3％이고, 여기서 42-48％가 C=O, COONa/CSO3Na로서 존재하는 것인 개질된 황색 안료 74번을 수득함을 나타낸다. 이와는 달리, 미처리된 안료에서는, 표면 산소가 단지 약 20.8％일 뿐이고, 이 중 41％가 C=O, COONa/CSO3Na 기로서 존재한다. 미처리된 황색 안료 74번 및 실시예 15, 29, 및 46으로부터의 황색 안료 74번에 대한 XPS 결과는 도 12-14에 나타낸다.
실시예 50
Figure 112010017976960-pct00035
15 나트륨 및 칼륨은 원 분산액의 ICP 금속 분석으로부터 100％ 고체에서 계산하였다.
[표 13 계속]
Figure 112010017976960-pct00036
15 나트륨 및 칼륨은 원 분산액의 ICP 금속 분석으로부터 100％ 고체에서 계산하였다.
원소 분석 결과는, 개시된 바와 같은 표면 개질로 안료 1 g 당 0.168-0.430 mMole의 S 및 0.070-0.313 mMole의 활성 수소를 갖는 개질된 청색 안료 15번을 수득함을 나타낸다.
원소 분석 결과는, 개시된 바와 같은 표면 개질로 안료 1 g 당 0.062-0.187 mMole의 S 및 0.077-0.394 mMole의 활성 수소를 갖는 개질된 적색 안료 122번을 수득함을 나타낸다.
원소 분석 결과는, 개시된 바와 같은 표면 개질로 안료 1 g 당 0.131-0.178 mMole의 S 및 0.192-0.290 mMole의 활성 수소를 갖는 개질된 황색 안료 74번을 수득함을 나타낸다.
원소 분석 결과는, 개시된 바와 같은 표면 개질로 안료 1 g 당 0.103-0.702 mMole의 S 및 0.203-1.579 mMole의 활성 수소를 갖는 개질된 카본 블랙을 수득함을 나타낸다.
실시예 51
입도 및 안정성 측정
8-15％ 고체를 포함하는 샘플은, 샘플 1 소적을 15 ml 탈이온수에 희석시키고 공기 버블을 피하여 1 cm 일회용 큐벳에 로딩함으로써 제조하였다. 이어서, 말번 제타사이저 나노(Malvern Zetasizer Nano) 시리즈 모델 ZEN3600을 사용하여 샘플 중의 중간 입도를 측정하였다.
Figure 112010017976960-pct00037
실시예 52-55
인쇄 성능 - 엡손(Epson) C88+ 프린터로의 인쇄 시험
총 3개의 잉크 세트를 제조하였다. 제1 세트 (SA3)는 설파닐산 (SA) 부착에 의해 제조된 분산액으로 하기 상술하는 바와 같이 제조된 잉크로 이루어졌다. 제2 및 제3 잉크 세트 (BA3 및 BA)는 4-아미노벤조산 (4-ABA) 부착된 안료를 사용하여 제조하였다. 안료화된 잉크 세트를 사용한다고 알려진 엡손 C88+ 프린터 모델 B251A를 사용하여, 4가지 상이한 통상 사용되는 복사용지로 테스트 페이지를 인쇄하였다. 로체스터 공과대학 (뉴욕 로체스터)의 통합 생산 센터에서 인쇄된 페이지를 분석하였다. 결과는 표 17 및 20-22에 있다.
실시예 52
하기 잉크 베이스를 하기 기재된 과정에 따라 제조하고, 흑색 분산액을 갖는 최종 잉크를 제조하는 데 사용하였다.
Figure 112010017976960-pct00038
먼저, 물 9.6 중량％를 깨끗한 용기에 첨가하였다. 이어서, 혼합 장치를 용기 내에 위치시켜 물을 진탕시키고, 다른 성분을 첨가하는 동안 혼합을 제공하였다. 자기 교반 장치를 사용하여 혼합을 수행하였다. 다음, 2-피롤리돈 10 중량％, 1,5-펜탄디올 5 중량％, PEG 600 4 중량％, 및 1,2-헥산디올 1 중량％를 용기에 첨가하였다. 이를 용해시켰다. 이어서, 서르피놀 104E 용액 0.1 중량％ 및 니파시드(Nipacide) BIT 20 0.3 중량％를 첨가하고, 용해시켰다.
실시예 53
하기 기재된 과정에 따라 하기 잉크를 제조하였다.
Figure 112010017976960-pct00039
제2 용기는, 안료 분산액에 대해 계산된 중량％의 탈이온수를 표 16에 따른 용기에 첨가함으로써 제조하였다. 이어서, 자기 교반 장치를 용기 내에 위치시켰다. 다음, 잉크 베이스, 이어서 서르피놀 계면활성제 (팬실배니아주 앨런타운 소재의 에어 프로덕츠 앤드 케미칼즈, 인크.로부터 입수가능함)를 제2 용기에서의 안료 분산액에 서서히 첨가하였다. 상기 과정 동안 분산액을 혼합시켰다. 모든 희석제를 첨가한 후, 잉크를 약 1시간 동안 또는 완전히 균질해질 때까지 혼합하였다. 혼합 후, 잉크를 1 ㎛ 유리 필터 (잉글랜드 켄트 소재의 와트만으로부터 입수가능함)를 사용하여 여과하였다.
흑색 잉크의 인쇄 성능 특성을 하기와 같이 확인하였다.
영상 품질은 이미지엑스퍼트 풀 모션 시스템(ImageXpert Full Motion System)으로 측정하였다. 광학 밀도는 엑스-라이트(X-rite) 939 분광농도계로 측정하였다. 오존 노출은 RIT 커스텀 오존 챔버를 사용하여 측정하고, 서던랜드 문지름(Sutherland Rub) 시험은 서던랜드 문지름 설비로 수행하였다. RIT에 잉크 세트 및 미디어로 확인된 인쇄된 페이지를 공급하였다. 하이라이터 A는 샌포드 옐로 메이저 액센트(Sanford Yellow Major Accent)®이었고, 하이라이터 B는 어베리 데니손 플루오레센트 옐로 하이-라이터(Avery Dennison Fluorescent Yellow Hi-Liter)®이었다.
Figure 112010017976960-pct00040
[표 17 계속]
Figure 112010017976960-pct00041
$ 잉크 세트 3의 경우 오피스 데포 104 대신에 엡손 포토 페이퍼를 사용하였다.
실시예 54
하기 잉크 베이스를 하기 기재된 과정에 따라 제조하고, 컬러 분산액을 갖는 최종 잉크를 제조하는 데 사용하였다.
Figure 112010017976960-pct00042
먼저, 물 12.3 중량％를 깨끗한 용기에 첨가하였다. 이어서, 혼합 장치를 용기 내에 위치시켜 물을 진탕시키고, 다른 성분을 첨가하는 동안 혼합을 제공하였다. 자기 교반 장치를 사용하여 혼합을 수행하였다. 다음, 글리세린 14 중량％, PEG 600 2 중량％, 부틸 카르비톨 3 중량％, 에탄올 2 중량％, 및 부탄올 1 중량％를 용기에 첨가하였다. 이를 용해시켰다. 이어서, 트리에탄올아민 0.1 중량％를 첨가하고, 용해시켰다. 최종적으로, 코브라텍(Cobratec) 용액 0.3 중량％ 및 엑스빙스(Xbinx) 19G 0.3 중량％를 첨가하고, 용해시켰다.
실시예 55
하기 기재된 과정에 따라 하기 잉크를 제조하였다.
Figure 112010017976960-pct00043
[표 19 계속]
Figure 112010017976960-pct00044
제2 용기는, 안료 분산액에 대해 계산된 중량％의 탈이온수를 표 19에 따른 용기에 첨가함으로써 제조하였다. 이어서, 자기 교반 장치를 용기 내에 위치시켰다. 다음, 잉크 베이스, 이어서 서르피놀 계면활성제 (팬실배니아주 앨런타운 소재의 에어 프로덕츠 앤드 케미칼즈, 인크.로부터 입수가능함)를 제2 용기 중의 안료 분산액에 서서히 첨가하였다. 상기 과정 동안 분산액을 혼합시켰다. 모든 희석제를 첨가한 후, 잉크를 약 1시간 동안 또는 완전히 균질해질 때까지 혼합하였다. 혼합 후, 잉크를 1 ㎛ 유리 필터 (잉글랜드 켄트 소재의 와트만으로부터 입수가능함)를 사용하여 여과하였다.
컬러 잉크의 인쇄 성능 특성을 하기와 같이 확인하였다.
Figure 112010017976960-pct00045
[표 20 계속]
Figure 112010017976960-pct00046
Figure 112010017976960-pct00047
[표 21 계속]
Figure 112010017976960-pct00048
Figure 112010017976960-pct00049
[표 22 계속]
Figure 112010017976960-pct00050
실시예 56
우드 스테인 도포 성능
하기 우드 스테인은 18％ 존크릴(Joncryl) 95 (위스콘신주 스터테반트 소재의 존슨 폴리머(Johnson Polymer)로부터 입수가능함) 및 균형 탈이온수로 이루어진 수지 용액으로 로딩된(load) 6％ 건조 안료로 제조 및 시험하였다. 와이어-감긴 로드#7 (플로리다주 폼파노 비치 소재의 폴 엔. 가드너 캄파니(Paul N. Gardner Company)로부터 입수가능함)을 사용하는 레네타 폼(Leneta Form) 3NT-3에서의 드로우다운(drawdown)의 수견뢰성 비교를 1"x4" 스트립으로 수행하였다. 각 스트립의 절반을 1분 동안 탈이온수에 침지시켰다. 스트립을 주위 온도에서 건조시켰다. 컬러 차이 (DE*)를 분광광도계로 판독하였다. 보다 낮은 DE*는 보다 양호한 수견뢰성을 나타낸다.
Figure 112010017976960-pct00051
실시예 57
코팅 성능
하기 코팅 제제 (매스톤(Masstone))는 25％ 아크릴계 비히클 (일리노이주 휠링 소재의 발스파르(Valspar)로부터 입수가능함) 및 균형 탈이온수로 이루어진 수지 용액으로 로딩된 6％ 건조 안료로 제조 및 시험하였다. 6.0 밀 와이어-감긴 로드를 사용하는 레네타 폼 2A에서 드로우다운을 제조하였다. 매스톤 드로우다운 상에 10％ 염산 10 소적 및 10％ 수산화나트륨 용액 10 소적을 스포팅하여 화학물질 내성을 개별적으로 측정하였다. 화학물질 내성의 정도는 스포팅된 영역 대 대조군 영역 사이의 DE* 값을 얻음으로써 측정하였다.
Figure 112010017976960-pct00052
Figure 112010017976960-pct00053
실시예 58
컬러 필터 도포 성능
하기 컬러 필터 제제는, 탈이온수 총 75％로 조정된 후 30％ 발스파르 아크릴계 비히클, 30％ 존크릴 1972 (위스콘신주 스터트반트 소재의 존슨 폴리머로부터 입수가능함) 및 40％ 1-메톡시-2-프로판올 (프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르)로 이루어진 비히클 (25％)과 혼합된 6％ 건조 안료 로딩으로 제조 및 시험하였다. 주위 온도에서 건조시킨 후, 와이어-감긴 로드#7 (플로리다주 폼파노 비치 소재의 폴 엔. 가드너 캄파니로부터 입수가능함)을 사용하는 투명한 올레핀 중합체 기질 상에서의 컬러 필터 코팅의 투과 값을 측정하였다.
Figure 112010017976960-pct00054
실시예 59
직물 인쇄 도포 성능
하기 인쇄 페이스트는 델타 세람코트 텍스타일 미디움(Delta Ceramcoat Textile Medium)16 (33％), 발스파르 아크릴계 비히클 (5％) 및 균형 탈이온수로 로딩된 6％ 건조 안료로 제조 및 시험하였다. 6.0 밀 와이어-감긴 로드를 사용하여, 백색 면직물 상에서의 인쇄 페이스트의 드로우다운을 제조하였다. 주위 온도에서 건조한 후, 인쇄물을 140℃에서 오븐에서 10분 동안 열 고정하였다. 직물을 1"x4" 스트립으로 절단하고, 각 스트립의 절반 (1"x2")을 비등 탈이온수에 5분 동안 침지시켰다. 그 후, 노출된 스트립을 차가운 수돗물에서 1분 동안 세탁하고, 주위 온도에서 건조시켰다. 대조군과 처리된 직물 사이의 총 컬러 변화 (DE*)를 측정함으로써 세탁견뢰성 및 수견뢰성을 평가하였다.
Figure 112010017976960-pct00055
16 양은 2개의 PB 15 안료 분산액에 대해 23％ DCTM 및 2％ VAV로 조정하였다.

Claims (53)

  1. 시아누릭 클로라이드를 아민을 포함하는 이차 화합물 또는 아민을 포함하는 이차 화합물의 혼합물 3 당량과 반응시켜 모든 반응성 염소를 치환시켜 치환된 트리아진을 형성하는 단계; 및
    라디칼 개시제를 사용하여 상기 치환된 트리아진을 안료의 표면과 반응시켜 표면 개질된 안료를 형성하는 단계
    를 포함하는, 안료 개질 방법.
  2. 제1항에 있어서, 라디칼 개시제가 퍼설페이트를 포함하는 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 이차 화합물의 혼합물이 1, 2 또는 3개의 상이한 이차 화합물을 포함할 수 있는 것인 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 25℃ 내지 90℃의 온도에서 수행되는 것인 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이차 화합물이 아미노벤조산, 아미노 벤젠 설폰산, 아미노 페놀, 아미노 설폰산, 폴리에톡실화 아미노산, 나트륨 설파닐레이트, 설파닐산, 나트륨 p-아미노벤조에이트, p-아미노페놀, 에틸 4-아미노벤조에이트, 테트라메틸암모늄 4-아미노벤조에이트, 나트륨 4-아미노페놀레이트, 타우린, 올레산 (아미노), 나트륨 아미노올레에이트, 유기 중합체 기질, 선형 폴리에톡시 중합체 아민, 선형 프로폭시 중합체 아민, 디아미노 방향족, 폴리에틸렌이민, 폴리구아니딘, 4급 암모늄 화합물, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것인 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안료가 카본 블랙, 적색 안료 122, 보라색 안료 19, 보라색 안료 23, 적색 안료 202, 적색 안료 188, 황색 안료 155, 황색 안료 97, 녹색 안료 7, 청색 안료 15:3, 청색 안료 15:4 및 황색 안료 74, 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것인 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 안료를 치환된 트리아진과 반응시키기 전, 반응시키는 동안 또는 반응시킨 후에, 안료를 100 nm 미만으로 밀링하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 개질된 안료가 안료 1 g 당 0.01 내지 1.0 mMole의 S 및 0.01 내지 2.0 mMole의 활성 수소를 포함하는 것인 방법.
  9. X-[Y]n 반응성 기를 갖는 반응성 화합물을 이차 화합물 N-S-ZM과 반응시켜 치환된 반응성 중간체 [Y]a-X-(N-S-ZM)b를 형성하는 단계; 및
    안료를 상기 치환된 반응성 중간체 [Y]a-X-(N-S-ZM)b와 반응시켜 치환된 반응성 중간체를 안료의 표면에 부착시킴으로써 표면 개질된 안료를 형성하는 단계를 포함하며;
    여기서, X는 설포닐, 포스포릴, 또는 1,3,5-트리아지닐 기이고;
    Y는 할로겐 이탈기이고;
    N은 친핵성 기이고;
    S는 유기 기이고;
    ZM은 이온화 말단기이고;
    n은 1 내지 3의 정수이고;
    b는 1 내지 3의 정수이고;
    a = n-b이고;
    여기서 n은 b와 같거나 그보다 더 크고;
    b가 2 또는 3인 경우, 각각의 N-S-ZM은 동일하거나 상이할 수 있는 것인, 안료 개질 방법.
  10. 제9항에 있어서, b가 2 또는 3이고, 각각의 N-S-ZM이 상이한 방법.
  11. 제9항에 있어서, 안료가 분말 또는 습윤 케이크 형태이고, 치환된 중간체와 반응하기 전 분쇄 보조제와 밀링되는 것인 방법.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, Y가 불소, 염소, 브롬, 또는 요오드 중 적어도 하나를 포함하는 것인 방법.
  13. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, N이 아민, 이민, 피리딘, 또는 티올 기 중 적어도 하나를 포함하는 것인 방법.
  14. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, S가 분자량이 300 내지 8000 범위인 치환 또는 비치환된 알킬, 아릴 및 중합체 쇄 중 적어도 하나를 포함하는 것인 방법.
  15. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, Z가 카르복실, 설포닐, 페놀릭, 또는 포스포릴 기 중 적어도 하나를 포함하고, M이 염 형태의 양성자 또는 양이온 중 적어도 하나를 포함하는 것인 방법.
  16. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 이차 화합물 N-S-ZM이 중합체, 아민, 아미노산, 알코올, 티올, 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것인 방법.
  17. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 이차 화합물 N-S-ZM이 아미노 벤조산, 아미노 벤젠 설폰산, 아미노 페놀, 아미노 설폰산, 폴리에톡실화 아미노산, 나트륨 설파닐레이트, 설파닐산, 나트륨 p-아미노벤조에이트, p-아미노페놀, 에틸 4-아미노벤조에이트, 타우린, 올레산 (아미노), 테트라메틸암모늄 4-아미노벤조에이트, 나트륨 4-아미노페놀레이트, 나트륨 아미노올레에이트, 유기 중합체 기질, 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것인 방법.
  18. 제17항에 있어서, 유기 중합체 기질이 분자량이 300 내지 3000인 선형 알킬 및 분지 에톡시 및 프로폭시 쇄 중합체, 선형 폴리에톡시 중합체 아민, 선형 프로폭시 중합체 아민, 스티렌 아크릴계 공중합체, 폴리에틸렌이민, 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것인 방법.
  19. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, Z가 암모늄, 트리메틸암모늄, 또는 트리부틸암모늄 중 적어도 하나를 포함하고, M이 할라이드 또는 음으로 하전된 이온 중 적어도 하나를 포함하는 것인 방법.
  20. 제19항에 있어서, 이차 화합물 N-S-ZM이 디아미노 방향족, 폴리에틸렌이민, 폴리구아니딘, 4급 암모늄 화합물, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것인 방법.
  21. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 안료가 카본 블랙, 적색 안료 122, 보라색 안료 19, 보라색 안료 23, 적색 안료 202, 적색 안료 188, 황색 안료 155, 황색 안료 97, 녹색 안료 7, 청색 안료 15:3, 청색 안료 15:4, 및 황색 안료 74, 및 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것인 방법.
  22. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 안료를 치환된 반응성 중간체와 반응시키기 전, 반응시키는 동안 또는 반응시킨 후에, 안료를 100 nm 미만으로 밀링하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  23. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 치환된 반응성 중간체 [Y]a-X-(N-S-ZM)b가 전하-균형 반대이온과 회합되어 있으며, 상기 반대이온을 알칼리 금속, 알칼리 토금속, NR1R2R3H+, 및 이들의 조합 중 적어도 하나로 적어도 부분적으로 치환시키는 단계를 추가로 포함하는 방법으로서, 상기 NR1R2R3H+에서 R1, R2, 및 R3은 독립적으로 H 또는 치환 또는 비치환된 C1-C5 알킬 기인 방법.
  24. 제23항에 있어서, 반대이온이 K+, Li+, NH4+, 모노에탄올암모늄, 테트라에틸암모늄, 트리에탄올암모늄, 테트라메틸암모늄, 테트라부틸암모늄, 및 이들의 조합 중 적어도 하나로 적어도 부분적으로 치환되는 것인 방법.
  25. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 개질된 안료가 안료 1 g 당 0.01 내지 1.0 mMole의 S 및 0.01 내지 2.0 mMole의 활성 수소를 포함하는 것인 방법.
  26. 제1항 내지 제3항 및 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 개질된 안료가 안료 1 g 당 0.06 내지 0.7 mMole의 S 및 0.07 내지 1.6 mMole의 활성 수소를 포함하는 것인 방법.
  27. 제1항 내지 제3항 및 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 개질된 안료가 안료 1 g 당 0.168 내지 0.430 mMole의 S 및 0.07 내지 0.313 mMole의 활성 수소를 포함하는 청색 안료 15를 포함하는 것인 방법.
  28. 제1항 내지 제3항 및 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 개질된 안료가 안료 1 g 당 0.062 내지 0.187 mMole의 S 및 0.077 내지 0.394 mMole의 활성 수소를 포함하는 적색 안료 122를 포함하는 것인 방법.
  29. 제1항 내지 제3항 및 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 개질된 안료가 안료 1 g 당 0.131 내지 0.178 mMole의 S 및 0.192 내지 0.290 mMole의 활성 수소를 포함하는 황색 안료 74를 포함하는 것인 방법.
  30. 제1항 내지 제3항 및 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 개질된 안료가 안료 1 g 당 0.103 내지 0.702 mMole의 S 및 0.203 내지 1.579 mMole의 활성 수소를 포함하는 카본 블랙을 포함하는 것인 방법.
  31. 제1항 내지 제3항 및 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 개질된 안료가 100 내지 6500 ppm의 양의 나트륨 및 30 내지 1200 ppm의 양의 칼륨을 포함하는 것인 방법.
  32. 제1항 내지 제3항 및 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 개질된 안료가 50 ppm 내지 2600 ppm의 양의 황을 포함하는 것인 방법.
  33. 제1항 내지 제3항 및 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 개질된 안료가
    0.7 내지 2.7 원자%의 질소, 여기서 질소의 46 내지 54%는 NH 기로 존재하고 나머지는 N-C=N 기로 존재함;
    원자 비가 6.8 내지 20.9％인 산소, 여기서 산소의 적어도 51 내지 62％는 C=O, COONa, 또는 SOx 기로서 존재하고 나머지는 C-O 기로서 존재하며, 여기서 SOx는 S의 산화된 형태임;
    0.7 내지 2.6 원자％의 COONa/SO3Na
    가 부착된 카본 블랙을 포함하는 표면 개질된 카본 블랙이고,
    표면 개질된 카본 블랙상에 존재하는 S의 적어도 90％가 산화된 S (SOx)인 방법.
  34. 제33항에 있어서, SOx가 설폰, 설페이트, 또는 설폰산 중 적어도 하나를 포함하는 것인 방법.
  35. 제1항 내지 제3항 및 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 개질된 안료가 적어도 2.5 원자％의 표면 산소 함량을 포함하는 표면 개질된 청색 안료 15인 방법.
  36. 제1항 내지 제3항 및 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 개질된 안료가 8.3 내지 9.8 원자％의 표면 산소 함량을 포함하고, 여기서 총 O의 24％ 내지 32％가 C-O 결합으로서 존재하는 표면 개질된 적색 안료 122인 방법.
  37. 제1항 내지 제3항 및 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 개질된 안료가 21.6 내지 29.3 원자％의 표면 산소 함량을 포함하고, 여기서 42％ 내지 48％가 C=O, COONa/CSO3Na로서 존재하는 표면 개질된 황색 안료 74인 방법.
  38. 제1항 내지 제3항 및 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 개질된 안료를 수성 안료 분산액으로 혼입시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  39. 제1항 내지 제3항 및 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 개질된 안료를 우드 스테인, 코팅, 잉크젯 잉크, 컬러 필터 또는 날염 잉크, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나로 혼입시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  40. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, X-[Y]n 반응성 기가 시아누릭 클로라이드이고, 이차 화합물 N-S-ZM이 4-아미노벤조산, 설파닐산, 4-아미노페놀, 타우린, 올레산 (아미노), 선형 폴리에톡시 중합체 아민, 프로폭시 중합체 아민, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나인 방법.
  41. 제40항에 있어서, X-[Y]n 반응성 기가 시아누릭 클로라이드이고, 이차 화합물이 4-아미노벤조산 및 중합체 아민인 방법.
  42. 제1항 내지 제3항 및 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 개질된 안료가 자가-분산성 안료인 방법.
  43. 반응성 기를 안료의 표면에 부착시키는 단계; 및
    그 후 반응성 기를 이온화 말단기를 가진 유기 기질로 치환시키는 단계를 포함하며,
    여기서 상기 안료는 적색 안료 122, 보라색 안료 19, 보라색 안료 23, 적색 안료 202, 적색 안료 188, 황색 안료 155, 황색 안료 97, 녹색 안료 7, 청색 안료 15:3, 청색 안료 15:4, 및 황색 안료 74로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 안료 개질 방법.
  44. 반응성 기 X-Y를 안료의 표면에 부착시키는 단계; 및
    그 후 Y를 유기 기질 N-S-ZM로 치환시켜, X-N-S-ZM이 부착된 표면-개질된 안료를 형성하는 단계를 포함하며,
    여기서 X는 설포닐, 포스포릴, 또는 1,3,5-트리아진 기이고;
    Y는 불소, 염소, 브롬, 또는 요오드이고;
    N은 아민, 이민, 피리딘, 또는 티올 기이고;
    S는 분자량이 300 내지 8000 범위인 치환 또는 비치환된 알킬, 아릴, 또는 중합체 쇄이고;
    Z는 카르복실, 설포닐, 페놀릭, 포스포릴, 암모늄, 트리메틸암모늄, 또는 트리부틸암모늄 기이고;
    M은 할라이드, 음으로 하전된 이온, 염 형태의 양성자, 또는 염 형태의 양이온인, 안료 개질 방법.
  45. 제44항에 있어서, X가 설포닐 기인 방법.
  46. 제44항에 있어서, 반응성 기 X-Y가 클로로설폰산, 티오닐 클로라이드, 또는 이들의 조합을 포함하는 클로로설폰화제를 이용한 클로로설폰화에 의해 안료의 표면에 부착되는 것인 방법.
  47. 제46항에 있어서, 안료 대 클로로설폰화제의 비가 적어도 4:1 (wt/wt)인 방법.
  48. 제46항에 있어서, 안료 대 클로로설폰화제의 비가 1:20 내지 1:1 (wt/wt)인 방법.
  49. 제46항에 있어서, 클로로설폰화제가 3:1 내지 6:1 (wt/wt) 비의 클로로설폰산 및 티오닐 클로라이드의 혼합물인 방법.
  50. 제46항에 있어서, 클로로설폰화가 25℃ 내지 160℃의 온도에서 수행되는 것인 방법.
  51. 제44항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서,
    안료 표면의 대부분을 개질시켜 액체 겔을 형성하는 단계; 및
    그 후 액체 겔을 과량의 미처리 안료 및 물과 밀링하여 안정한 수성 안료 분산액을 형성하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  52. 제51항에 있어서, 안료 표면의 대부분을 개질시키는 것이 90℃ 이상의 온도에서 1시간 이상 동안 안료를 클로로설폰화하여 안료 설포닐 클로라이드를 형성하는 것을 포함하는 것인 방법.
  53. 삭제
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