[发明专利]炭黑水性颜料及制备其水性分散体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适于作为喷墨打印机等的水性黑色油墨的炭黑水性颜料，还涉及制备分散有所述炭黑水性颜料的水性分散体的方法。

背景技术

由于炭黑具有疏水性且对于水的润湿性低，因此将其在水中高浓度地、稳定地分散极其困难。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的数目极少所致(例如，羧基或羟基等亲水性的含氢官能团)。因此，已经尝试通过将炭黑氧化使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。

例如，JP-A-48-018186中公开了用次卤酸盐(hypohalite)水溶液将炭黑氧化的方法，另外，JP-A-57-159856中公开了用低温氧等离子体将炭黑氧化的方法。但是，使用低温等离子体难以均匀氧化大量的炭黑。

另一种已知的制备水性油墨的方法是，通过使用偶联剂或表面活性剂改善适度氧化的炭黑在水中的分散性(例如JP-A-04-189877)。但由于温度变化及时间变化导致的表面活性剂等的氧化或分解，分散性很难长时间、稳定地保持。作为处理炭黑表面同时改善分散性的方法，提出了在水中用玻璃珠将炭黑细微地雾化，并用次卤酸盐将炭黑氧化的方法(JP-A-08-319444)。但在水中用玻璃珠进行雾化的效果由于浮力而降低。

JP-A-08-003498公开了一种含有水和炭黑的水性颜料油墨的制备方法，所述炭黑含有1.5mmol/g或以上的表面活性氢含量，该方法包括(a)提供酸性炭黑和(b)在水中用次卤酸盐将上述酸性炭黑进一步氧化。JP-A-08-319444公开了一种水性颜料油墨的制造方法，该方法包括：将吸油量为100ml/100g或以下的炭黑在水性介质中微分散并使用次卤酸盐氧化该炭黑。

根据上述制备水性颜料油墨的方法，通过将炭黑氧化，使炭黑表面形成大量活性氢(即，亲水性官能团)，由此可以得到水分散性优异、具有长时间的分散稳定性的水性颜料油墨。另一方面，对于在水中分散炭黑并维持稳定的分散状态，炭黑颗粒表面与水分子之间的接触界面中存在的亲水性官能团的量很重要。因此，仅通过炭黑每单位重量的官能团量，难以准确地确定其分散性。

作为准确地确定分散性的指标，本申请人专注于炭黑每单位表面积的亲水性含氢官能团的量，且提出了通过氧化而改性的可水分散的炭黑，其中，每单位表面积的炭黑表面上的羧基和羟基的总量为3μeq/m²或以上(JP-A-11-148027)。

在炭黑表面形成亲水性官能团的方法，对于改善炭黑在水中的分散性并保持长时间的分散稳定性的效果有限。申请人进行了进一步研究，并发现水中的分散性和分散稳定性与炭黑颗粒的聚集状态有密切的关系。申请人提出了一种可水分散的炭黑，所述可水分散的炭黑是通过氧化氮吸附比表面积(N₂SA)为80m2/g或以上、DBP吸收性为70ml/100g或以下的炭黑而得到，其中，团块的平均粒径Dupa(nm)与聚集体的Stokes mode直径Dst(nm)的比值(Dupa/Dst)为1.5～2.0(JP-A-11-148026)。

JP-T-2003-535949公开了一种自分散型颜料的制备方法，该方法包括：在水性环境中用臭氧将颜料氧化，同时在至少200秒^-1的剪切速度下对颜料进行至少一种分散混合操作。根据此方法，颜料同时被雾化和氧化。此方法存在一个问题，由于臭氧气体在水中的溶解度低，因此氧化不充分。

JP-A-2003-226824公开了氧化有机颜料的方法，该方法包括在水性介质中分散如炭黑之类的有机颜料并将分散的颜料暴露在超声辐射下，由此颜料在每平方米颜料表面上具有3～10微当量羧酸或其盐。但是，该方法不足以散开炭黑团块。

发明内容

本发明人为了改善炭黑在水中的分散性和油墨性能，进行了详细的研究。结果，发明人发现，通过使具有独特性质的炭黑A和炭黑B进行表面氧化和中和，然后至少将具有高级结构的炭黑A雾化，然后将炭黑A和炭黑B混合能够得到水分散性和油墨性能优异的炭黑水性颜料和炭黑水性分散体。