[发明专利]炭黑水分散体及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适合作为喷墨打印机用为主的水性黑色油墨的炭黑水分散体及其制造方法。

背景技术

由于炭黑具有疏水性，相对于水的润湿性低，因此将其在水中高浓度地、稳定地分散是极其困难。这是由于存在于炭黑表面的与水分子的亲和力高的官能团、例如羧基或羟基等的亲水性的含氢官能团极少所致。因此，很早就有了对炭黑进行氧化处理，通过在其表面形成亲水性官能团来改善炭黑在水中的分散性能的方法。

例如，日本特许公开昭48-018186号公报中公开了将炭黑用次卤酸盐水溶液进行氧化处理的方法，另外，日本特许公开昭57-159856号公报中公开了将炭黑用低温氧等离子体进行氧化处理的方法。但是，通过低温等离子体的氧化处理，存在着难以对大量的炭黑进行均匀的反应的问题。

对实施了轻微氧化处理的炭黑，采用偶合剂或表面活性剂等，以此来谋求提高对水的分散性的水性油墨的制造方法(例如，日本特许公开平04-189877号公报等)也已为人们所知，但因温度变化及经时变化的表面活性剂等的氧化或分解引起的变质，很难将分散性能长时间、稳定地保持下去。另外，作为提高分散性的同时对炭黑进行表面处理的方法，有人提出了在水中将炭黑用玻璃珠进行细粉碎，用次卤酸盐进行氧化的方法(日本特许公开平08-319444号公报)，但在水中用玻璃珠进行的粉碎，具有由于浮力降低粉碎效果的缺点。

另外，日本特许公开平08-003498号公报中公开了一种水性颜料油墨的制造方法，所述水性颜料油墨的制造方法为在含水与炭黑的水性颜料油墨中，该炭黑含有1.5mmol/g以上的表面活性氢的水性颜料油墨以及含有水和炭黑的水性颜料油墨的制造方法，其中包括(a)制得酸性炭黑的工序；(b)在水中将上述酸性炭黑用次卤酸盐进一步进行氧化的工序。而日本特许公开平08-319444号公报中则公开了一种水性颜料油墨的制造方法，其中包括：将吸油量为100ml/100g以下的炭黑在水性介质中微分散的工序；以及，采用次卤酸盐对该炭黑进行氧化的工序。

上述日本特许公开公报中记载的方法，是通过对炭黑进行氧化，使其表面含大量的作为亲水性官能团的活性氢，由此可以得到水分散性良好，长时间的分散稳定性优良的水性颜料油墨的方法。但是，为了维持炭黑在水中分散的稳定的分散状态，炭黑粒子表面与水分子的接触界面中存在的亲水性官能团的量发挥很大的功能，单凭炭黑单位重量的官能团量，则难以准确判断其分散性的好坏。

因此，本申请人作为准确判断分散性能好坏的新指标，着眼于炭黑的单位表面积中存在的亲水性的含氢官能团量，开发出易水分散性炭黑(日本特许公开平11-148027号公报)，所述易水分散性炭黑是通过氧化处理被改性的炭黑，其特征在于，存在于表面的含氢官能团中羧基与羟基的单位表面积总量为3μeq/m²以上。

而且，仅用在炭黑表面形成亲水性官能团的方法来提高炭黑在水中的分散性、且保持长时间的分散稳定性是有限度，因此进行了进一步研究的结果，发现了水中的易分散性或分散稳定性等的分散性能与炭黑的聚集形态有密切的关系，并开发、提出了一种易水分散性炭黑(日本特许公开平11-148026号公报)，所述易水分散性炭黑是对氮吸附比表面积(N₂SA)为80m²/g以上、DBP吸油量为70ml/100g以下的炭黑进行氧化处理的炭黑，其特征在于，聚集体的斯托克思(スト-クスモ-ド)直径Dst(nm)与附聚体的平均粒径Dupa(nm)之比Dupa/Dst值为1.5～2.0。

另一方面，日本特许公表2003-535949号公报公开了一种自分散型颜料的制造方法，其特征在于，该方法包括：对颜料实施能够给予至少200秒^-1的有效剪切速度的至少一种分散混合操作的同时，在水性环境中采用臭氧使颜料氧化的工序。该方法是同时进行颜料的粉碎与氧化的方法，但由于臭氧气体在水中的溶解度低，因此存在着氧化处理不充分的缺点。

发明的公开

因此，本发明人等为了进一步改善炭黑水分散体的分散性能及油墨性能，进行了悉心探讨研究的结果发现，当将炭黑分散在水性介质中时，将炭黑与表面化学修饰剂混合在水中而形成浆液，对该浆液进行加压并喷射出，使喷射流互相碰撞或碰撞壁面，则喷射流中炭黑发生微粒化的同时能够在炭黑粒子表面形成均匀的化学修饰基。