JPH11189736A - Aqueous dispersion of carbon black - Google Patents

Aqueous dispersion of carbon black

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JPH11189736A
JPH11189736A JP9359497A JP35949797A JPH11189736A JP H11189736 A JPH11189736 A JP H11189736A JP 9359497 A JP9359497 A JP 9359497A JP 35949797 A JP35949797 A JP 35949797A JP H11189736 A JPH11189736 A JP H11189736A
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JP
Japan
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carbon black
dispersant
amount
dispersion
group
Prior art date
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Application number
JP9359497A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Sato
伸一 佐藤
Toshiya Tomihari
俊哉 富張
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Toyo Ink Mfg Co Ltd
Original Assignee
Toyo Ink Mfg Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain the subject dispersion exhibiting excellent dispersibility and dispersion stability by including carbon black, an aqueous medium and a specific dispersant. SOLUTION: This dispersion comprises (A) carbon black, (B) an aqueous medium, and (C) a dispersant of the formula (R<1> and R<2> are each H or a 1-4C alkyl; R<3> is ethylene, phenylene residue or naphthalene residue; M is H, an alkali metal, ammonia or an amine; (n) is an integer of 1-3); wherein, for the component A, the amount of the whole surface functional group is pref. >=0.2 meq/g, more pref. 0.2-0.8 meq/g, the particle size being pref. 0.01-10 μm; the component C is pref. taurine sodium salt or α-anphthylaminesulfonic acid alkali metal salt (e.g. sodium 4-amino-1naphthalenesulfonate), its amount of the component C to be added being pref. 0.01-10 mmol per g of the component A.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はカーボンブラックの水性
分散体に関する。
This invention relates to an aqueous dispersion of carbon black.

【0002】[0002]

【従来の技術】カーボンブラックは、着色顔料や遮光材
料として印刷インキ、塗料、プラスチック形成材料など
幅広い分野で使用されている。従来、これらの用途にお
いてはカーボンブラックを有機媒体に分散して使用する
ことが一般的であったが、最近では環境問題や人体への
影響という観点から水性化への転換が急速に進行しつつ
ある。しかしながら、大抵のカーボンブラックは本来親
油性であり、水性ビヒクルに対して顔料分散性などの適
性が大幅に劣るため、通常の分散方法では満足な分散体
は得られない。そこで、従来より各種の添加剤、例えば
界面活性剤などの分散剤や水性顔料分散樹脂を用いてカ
ーボンブラックの表面を修飾し、水中分散性を付与させ
るといった方法が検討されてきたが、カーボンブラック
粒子表面の修飾が不十分であると粒子同士が容易に再凝
集し分散安定性が損なわれる、あるいは分散剤と分散樹
脂との相溶性が悪い場合にはインキや塗料の性能低下を
招くといった問題があった。また、用途によって分散樹
脂を変更すればそれに合わせて分散剤を選択しなければ
ならず、汎用性に欠けるといった問題もあった。
2. Description of the Related Art Carbon black is used in a wide range of fields such as printing inks, paints and plastic forming materials as color pigments and light shielding materials. In the past, it has been common to use carbon black dispersed in an organic medium in these applications, but recently, from the viewpoint of environmental problems and effects on the human body, conversion to water-based is progressing rapidly. is there. However, most carbon blacks are inherently lipophilic, and their suitability for pigment dispersion and the like is greatly inferior to the aqueous vehicle, and therefore, a satisfactory dispersion cannot be obtained by the ordinary dispersion method. Therefore, conventionally, various additives, for example, a method of modifying the surface of carbon black with a dispersant such as a surfactant or an aqueous pigment dispersion resin to impart dispersibility in water has been investigated. If the modification of the particle surface is insufficient, the particles easily re-aggregate and the dispersion stability is impaired, or if the compatibility of the dispersant and the dispersion resin is poor, the performance of the ink or paint may deteriorate. was there. Further, if the dispersant resin is changed depending on the application, the dispersant must be selected according to the change, and there is a problem in that it lacks versatility.

【0003】一方、カーボンブラックに水中分散性を付
与するために種々の試みがなされており、その一つとし
てカーボンブラックの酸化処理による親水化処理があ
る。酸化処理方法としてはオゾン処理、プラズマ処理な
どの気相酸化法と硝酸や過酸化水素水、過塩素酸ソーダ
などを用いる液相酸化法が考案されている。一般的な酸
化処理条件を比較すると気相酸化より液相酸化の方が効
果が高く、液相酸化では過酸化水素水より硝酸の方が表
面酸性度が増加し、親水性が向上することが知られてい
る。しかしながら、液相酸化では処理後の精製が困難で
あることや、特に硝酸酸化で得られたカーボンブラック
については変異原生の問題が指摘されている。また、気
相酸化においては、精製工程が必要ないという利点があ
るが、先述の通り酸性度が低いために十分な親水性が得
られないという欠点を持つ。
On the other hand, various attempts have been made to impart dispersibility in water to carbon black, and one of them is a hydrophilic treatment by oxidizing carbon black. As the oxidation treatment method, a vapor phase oxidation method such as ozone treatment and plasma treatment and a liquid phase oxidation method using nitric acid, hydrogen peroxide solution, sodium perchlorate, etc. have been devised. Comparing general oxidation treatment conditions, liquid-phase oxidation is more effective than gas-phase oxidation, and in liquid-phase oxidation, nitric acid increases surface acidity rather than hydrogen peroxide, and hydrophilicity improves. Are known. However, it has been pointed out that it is difficult to purify after the treatment by liquid phase oxidation, and that mutagenesis is caused particularly in carbon black obtained by nitric acid oxidation. Further, in the gas phase oxidation, there is an advantage that no purification step is required, but as mentioned above, there is a disadvantage that sufficient hydrophilicity cannot be obtained due to the low acidity.

【0004】その他の方法として、フッ素ガスを用いた
親水化処理法が考案されているが、保存中の性能安定性
に問題を有している。
As another method, a hydrophilization treatment method using fluorine gas has been devised, but it has a problem in performance stability during storage.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これら欠点
のない優れた分散性及び分散安定性を有するカーボンブ
ラック水性分散体を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a carbon black aqueous dispersion having excellent dispersibility and dispersion stability without these drawbacks.

【0006】[0006]

〔式中R1 、R2 はそれぞれ水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を表し、R3 はエチレン基、フェニレン残基またはナフチレン残基を表し、Mは水素、アルカリ金属、アンモニアまたはアミンを表し、nは1〜3の整数を表す。〕[Wherein R 1 and R 2 each represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, R 3 represents an ethylene group, a phenylene residue or a naphthylene residue, and M represents hydrogen, an alkali metal, ammonia or an amine. And n represents an integer of 1 to 3. ]

さらに本発明は、カーボンブラックの全表面官能基量が
0.2ミリ当量/g以上であることを特徴とする上記の
カーボンブラック水性分散体である。
Further, the present invention is the above-mentioned carbon black aqueous dispersion, wherein the total amount of surface functional groups of carbon black is 0.2 meq/g or more.

【0007】さらに本発明は、分散剤が一般式(1)に
おいてR1 、R2 が水素、R3 がエチレン基、Mがナト
リウム、nが1で表されるタウリンナトリウム塩である
ことを特徴とする上記のカーボンブラック水性分散体で
ある。さらに本発明は、分散剤が一般式(1)において
1 、R2 が水素、R3 がナフチレン残基、Mがナトリ
ウム、nが1で表されるα−ナフチルアミンスルホン酸
ナトリウム塩であることを特徴とする上記のカーボンブ
ラック水性分散体である。
Furthermore, the present invention is characterized in that the dispersant is a taurine sodium salt represented by the general formula (1) in which R 1 and R 2 are hydrogen, R 3 is an ethylene group, M is sodium and n is 1. And the above-mentioned carbon black aqueous dispersion. Furthermore, in the present invention, the dispersant is a sodium salt of α-naphthylamine sulfonic acid represented by formula (1), wherein R 1 and R 2 are hydrogen, R 3 is a naphthylene residue, M is sodium, and n is 1. The above-mentioned carbon black aqueous dispersion characterized in that.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下本発明について詳細に説明す
る。本発明に用いるカーボンブラックとしては、特に種
類や製造履歴に制約されることはなく、市販のオイルフ
ァーネスブラック、ガスファーネスブラック、サーマル
ブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラックな
ど各種のものを用いることができる。また、通常行われ
ているオゾン処理、プラズマ処理、液相酸化処理された
カーボンブラックも使用できる。一般にカーボンブラッ
クは、その製造過程において、粒子表面にカルボキシル
基(−COOH)、フェノール性水酸基(−OH)、キ
ノン基(>C=O)といった表面官能基が生成される。
これらの官能基の定量は、カルボキシル基(−COO
H)およびフェノール性水酸基(−OH)については滴
定法、キノン基(>C=O)については水素化硼素ナト
リウムの水素吸収法によりそれぞれ求めることがでる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below. The carbon black used in the present invention is not particularly limited by the type and production history, and various types such as commercially available oil furnace black, gas furnace black, thermal black, acetylene black, and channel black can be used. Further, carbon black which has been subjected to the usual ozone treatment, plasma treatment and liquid phase oxidation treatment can also be used. Generally, in the production process of carbon black, surface functional groups such as a carboxyl group (—COOH), a phenolic hydroxyl group (—OH), and a quinone group (>C═O) are generated on the particle surface.
The quantification of these functional groups was carried out by measuring the carboxyl group (-COO
H) and a phenolic hydroxyl group (—OH) can be determined by a titration method, and a quinone group (>C═O) can be determined by a sodium borohydride hydrogen absorption method.

【0009】本発明に用いるカーボンブラックは、これ
らの表面官能基の全量、つまり全表面官能基量が0.2
〜8.0ミリ当量/gであることが好ましく、1.0〜
6.0ミリ当量/gであることが特に好ましい。全表面
官能基量が0.2ミリ当量/gより少ないと、分散剤の
吸着あるいは反応点が少なく、十分な分散効果を得るこ
とができない。一方、全表面官能基量が8.0ミリ当量
/gより多いカーボンブラックを用いても特に問題はな
いが、分散効果に顕著な向上は認められない。また、全
表面官能基量に占める各官能基の比率については特に制
限はないが、カルボキシル基の含有量が多いことが好ま
しい。
The carbon black used in the present invention has a total amount of these surface functional groups, that is, a total surface functional group amount of 0.2.
~8.0 meq/g is preferable, and 1.0~
It is particularly preferably 6.0 meq/g. If the total amount of functional groups on the surface is less than 0.2 meq/g, the adsorption or reaction points of the dispersant are small and a sufficient dispersion effect cannot be obtained. On the other hand, there is no particular problem even if carbon black having a total amount of functional groups on the surface of more than 8.0 meq/g is used, but no significant improvement in dispersion effect is observed. The ratio of each functional group to the total amount of surface functional groups is not particularly limited, but it is preferable that the content of carboxyl groups is large.

【0010】本発明に用いるカーボンブラックの粒径
は、通常のインキや塗料に用いるカーボンブラックの粒
径範囲と同じであるが、0.01〜10μmであること
が好ましく、0.01〜0.5μmであることが特に好
ましい。ただし、ここで言う粒径とは、一般にカーボン
ブラックの物理特性を示すのに用いられる電子顕微鏡な
どで測定された平均1次粒子径を表す。本発明に用いる
分散剤は一般式(1)で表され、分子中にアミノ基およ
びスルホン酸(塩)基を有する。 R12N−R3−(SO3M)n (1) 〔式中R1 、R2 はそれぞれ水素原子または炭素数1〜
4のアルキル基を表し、R3 はエチレン基、フェニレン
残基またはナフチレン残基を表し、Mは水素、アルカリ
金属、アンモニアまたはアミンを表し、nは1〜3の整
数を表す。〕 一般式(1)におけるアミノ基としては、1級アミノ基
(−NH2 )およびメチルアミン、エチルアミン、ブチ
ルアミンなどの2級アミノ基、ジメチルアミン、ジエチ
ルアミン、ジブチルアミンなどの3級アミノ基を例示で
きる。これらのアミノ基は、カーボンブラックの表面官
能基のうち酸性を示すカルボキシル基(−COOH)お
よびフェノール性水酸基(−OH)に対して酸−塩基相
互作用により吸着する、また、特に1級アミノ基(−N
2 )については酸−塩基相互作用以外にキノン基(>
C=O)とシッフ塩基(>C=N−)を形成することが
知られており、このような作用によって高い分散効果が
得られる。
The particle size of carbon black used in the present invention is the same as the particle size range of carbon black used in ordinary inks and paints, but it is preferably 0.01 to 10 μm, and 0.01 to 0. Particularly preferably, it is 5 μm. However, the particle size referred to here means an average primary particle size measured by an electron microscope or the like which is generally used to show the physical properties of carbon black. The dispersant used in the present invention is represented by the general formula (1) and has an amino group and a sulfonic acid (salt) group in the molecule. R 1 R 2 N—R 3 —(SO 3 M) n (1) [wherein R 1 and R 2 are each a hydrogen atom or a carbon number 1 to
4 represents an alkyl group, R 3 represents an ethylene group, a phenylene residue or a naphthylene residue, M represents hydrogen, an alkali metal, ammonia or an amine, and n represents an integer of 1 to 3. Examples of the amino group in the general formula (1) include a primary amino group (—NH 2 ), a secondary amino group such as methylamine, ethylamine and butylamine, and a tertiary amino group such as dimethylamine, diethylamine and dibutylamine. it can. These amino groups are adsorbed by acid-base interaction to a carboxyl group (-COOH) and a phenolic hydroxyl group (-OH) which are acidic among the surface functional groups of carbon black, and particularly, a primary amino group. (-N
For H 2 ), in addition to the acid-base interaction, a quinone group (>
It is known to form a Schiff base (>C=N-) with C=O), and such an action can provide a high dispersion effect.

【0011】一般式(1)におけるスルホン酸(塩)基
とは、式中のMが水素の場合はスルホン酸を表し、Mが
アルカリ金属、アンモニアまたはアミンの場合はスルホ
ン酸塩を表す。一般式(1)中のMが水素原子、つまり
スルホン酸の場合、分散剤に含まれるアミノ基と相互作
用し、分散剤同士が分子間会合を起こしてカーボンブラ
ックの表面官能基へのアミノ基の吸着または反応が阻害
され、十分な分散効果が得られない場合がある。このよ
うな場合は、表面処理の工程前または工程中に、スルホ
ン酸をアルカリ金属、アンモニアまたはアミンによって
中和して用いることにより、目的とするカーボンブラッ
ク水性分散体を得ることができる。一般式(1)におけ
るスルホン酸(塩)基は、イオン性基でありカーボンブ
ラックに親水性を付与することができる。
The sulfonic acid (salt) group in the general formula (1) means a sulfonic acid when M is hydrogen and a sulfonate when M is an alkali metal, ammonia or amine. When M in the general formula (1) is a hydrogen atom, that is, sulfonic acid, it interacts with an amino group contained in the dispersant, and the dispersants undergo intermolecular association to form an amino group on the surface functional group of carbon black. In some cases, the adsorption or reaction of is inhibited and a sufficient dispersion effect cannot be obtained. In such a case, the target carbon black aqueous dispersion can be obtained by neutralizing the sulfonic acid with an alkali metal, ammonia or an amine before or during the surface treatment step before use. The sulfonic acid (salt) group in the general formula (1) is an ionic group and can impart hydrophilicity to carbon black.

【0012】本発明で用いる分散剤の具体例としては、
タウリン、スファニル酸、オルタニル酸、メタニル酸、
ジメチルアニリン−m−スルホン酸、ジエチルアニリン
−m−スルホン酸、アニリンジスルホン酸、アミノフェ
ノールスルホン酸、アミノスルホ安息香酸、アミノニト
ロフェノールスルホン酸、アミノナフトールスルホン
酸、アミノナフトールジスルホン酸、α−ナフチルアミ
ンスルホン酸、β−ナフチルアミンスルホン酸、α−ナ
フチルアミンジスルホン酸、β−ナフチルアミンジスル
ホン酸、ナフチルアミントリスルホン酸、またはこれら
のアルカリ金属塩、アンモニウム塩、アミン塩などを挙
げることができるが、中でもタウリンナトリウム塩また
はα−ナフチルアミンスルホン酸のアルカリ金属塩の1
種である4−アミノ−1−ナフタレンスルホン酸ナトリ
ウム塩を用いることが特に好ましい。また、これらの分
散剤は単独あるいは2種類以上混合して用いてもよい。
Specific examples of the dispersant used in the present invention include:
Taurine, sphanic acid, orthanilic acid, methanilic acid,
Dimethylaniline-m-sulfonic acid, diethylaniline-m-sulfonic acid, anilinedisulfonic acid, aminophenolsulfonic acid, aminosulfobenzoic acid, aminonitrophenolsulfonic acid, aminonaphtholsulfonic acid, aminonaphtholdisulfonic acid, α-naphthylaminesulfonic acid , Β-naphthylamine sulfonic acid, α-naphthylamine disulfonic acid, β-naphthylamine disulfonic acid, naphthylamine trisulfonic acid, or their alkali metal salts, ammonium salts, amine salts and the like, but among them, taurine sodium salt or α -One of the alkali metal salts of naphthylamine sulfonic acid
It is particularly preferred to use the seed 4-amino-1-naphthalenesulfonic acid sodium salt. These dispersants may be used alone or in combination of two or more.

【0013】本発明における分散剤の添加量としては、
カーボンブラック1gに対して0.01〜10mmol
であることが好ましく、0.1〜5mmolであること
が特に好ましい。添加量が0.01mmolより少ない
場合は、カーボンブラック粒子表面への分散剤の吸着量
あるいは反応量が少なく、満足な分散効果が得られな
い。一方、添加量が10mmolより多くても特に問題
はないが、分散効果に顕著な向上は認められない。本発
明に用いる水性媒体としては、各種の水性溶媒や水性樹
脂を含む媒体を用いることができる。ここで水性溶媒と
は、水または水と相溶する有機溶媒の混合液を表す。係
る有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノー
ル、プロパノールなどの低級アルコール類、ジメチルホ
ルムアミド、ジメチルアセトアミドなどのアミド類、ア
セトン、ジアセトンアルコールなどのケトン類、テトラ
ヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル類、N−メチ
ル−2−ピロリドンなどを挙げることができ、これらを
単独あるいは2種類以上混合して用いることができる。
また水性樹脂としては、通常の水性塗料用に用いられる
アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリオキシアルキレン樹
脂、ビニル系樹脂、エポキシ樹脂、アミノ樹脂、ポリビ
ニルアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、スチ
レン系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリエステル樹脂などを
挙げることができ、これらを単独あるいは2種類上混合
して用いることができる。これらの樹脂は水溶液型、エ
マルション型などその形態に特に制限はない。また、分
散安定性の向上を目的として従来より用いられている界
面活性剤などを併用してもよく、消泡剤や防腐剤などの
各種添加剤を用いてもよい。
The amount of the dispersant added in the present invention is
0.01 to 10 mmol per 1 g of carbon black
Is preferable, and 0.1 to 5 mmol is particularly preferable. If the addition amount is less than 0.01 mmol, the amount of the dispersant adsorbed on the surface of the carbon black particles or the amount of reaction thereof is small, and a satisfactory dispersion effect cannot be obtained. On the other hand, if the added amount is more than 10 mmol, there is no particular problem, but no significant improvement in the dispersion effect is observed. As the aqueous medium used in the present invention, a medium containing various aqueous solvents and aqueous resins can be used. Here, the aqueous solvent represents water or a mixed liquid of water and an organic solvent compatible with water. Examples of the organic solvent include lower alcohols such as methanol, ethanol and propanol, amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide, ketones such as acetone and diacetone alcohol, ethers such as tetrahydrofuran and dioxane, and N-methyl. 2-pyrrolidone and the like can be mentioned, and these can be used alone or in combination of two or more kinds.
As the water-based resin, an acrylic resin, a urethane resin, a polyoxyalkylene resin, a vinyl resin, an epoxy resin, an amino resin, a polyvinyl acetal resin, a polyvinyl butyral resin, a styrene resin, a phenoxy resin, which are usually used for water-based paints, Examples thereof include polyester resins, which may be used alone or in combination of two or more. The form of these resins such as an aqueous solution type and an emulsion type is not particularly limited. Further, conventionally used surfactants may be used in combination for the purpose of improving dispersion stability, and various additives such as antifoaming agents and preservatives may be used.

【0014】本発明のカーボンブラック水性分散体は、
カーボンブラックと上記のような分散剤および水性媒体
とを混合撹拌することによって得られる。混合撹拌の方
法に特に制限はないが、分散剤を含む水性媒体中におい
て、カーボンブラックを粉砕機または分散機によるせん
断応力またはメディアによる衝撃力によって分散するこ
とが好ましい。係る粉砕機または分散機としては、せん
断応力によりカーボンブラック粒子を微分散させる3本
ロールミルや2本ロールミル、ガラスビーズやジルコニ
アビーズなどのメディアの衝撃力によりカーボンブラッ
ク粒子を微分散させるボールミル、アトライター、サン
ドミル、コボールミル、バスケットミル、振動ミル、ペ
イントコンディショナーなどや、せん断応力、キャビテ
ーション、衝突力、ポテンシャルコアなどを発生させる
ような回転羽根によって微分散させるディスパー、ホモ
ジナイザー、クレアミックス(商品名)などや、カーボ
ンブラック粒子同士またはカーボンブラック粒子とビヒ
クルや分散機壁面の衝突力やせん断力によって微分散さ
せるニーダー、エクストルーダー、ジェットミルなど
や、超音波により微分散させる超音波分散機などを挙げ
ることができる。また、カーボンブラックと分散剤およ
び水性媒体とを混合撹拌する行程中またはその前後に加
熱処理を行っても良い。加熱処理温度に特に限定はない
が、40℃〜100℃であることが好ましい。
The carbon black aqueous dispersion of the present invention comprises:
It is obtained by mixing and stirring carbon black with the above-mentioned dispersant and aqueous medium. The method of mixing and stirring is not particularly limited, but it is preferable to disperse carbon black in an aqueous medium containing a dispersant by shear stress by a pulverizer or a disperser or by impact force by the medium. Examples of such a pulverizer or disperser include a three-roll mill or a two-roll mill in which carbon black particles are finely dispersed by shear stress, a ball mill in which carbon black particles are finely dispersed by the impact force of media such as glass beads or zirconia beads, and an attritor , Sand mills, co-ball mills, basket mills, vibration mills, paint conditioners, etc., dispersers, homogenizers, clear mix (trade name), etc. that are finely dispersed by rotating blades that generate shear stress, cavitation, collision force, potential core, etc. Examples include a kneader, an extruder, and a jet mill that finely disperse carbon black particles with each other or with the collision force and shearing force of a vehicle or a disperser wall surface, and an ultrasonic disperser that finely disperses with ultrasonic waves. it can. Further, heat treatment may be performed during or before the process of mixing and stirring the carbon black, the dispersant and the aqueous medium. The heat treatment temperature is not particularly limited, but is preferably 40°C to 100°C.

【0015】本発明のカーボンブラック水性分散体は、
カーボンブラック粒子表面の官能基へ分散剤のアミノ基
が酸−塩基的な相互作用により吸着する、また、1級ア
ミノ基(−NH2 )については酸−塩基相互作用以外に
キノン基(>C=O)とシッフ塩基(>C=N−)を形
成することによって、分散剤のスルホン酸(塩)基部分
がカーボンブラック粒子表面に配位し、水性媒体への分
散性が向上するものと考えられる。また、本発明のカー
ボンブラック水性分散体は、優れた分散安定性、漆黒性
を有し、高光沢、高濃度な塗布膜を得ることができる。
本発明のカーボンブラック水性分散体は、印刷インキ、
塗料、化粧品、筆記用インキ、トナー、電子写真用材
料、インクジェットなどの記録材料、プラスチックなど
の着色剤など広範囲の分野に利用可能である。
The carbon black aqueous dispersion of the present invention comprises:
The amino group of the dispersant is adsorbed to the functional group on the surface of the carbon black particles by an acid-base interaction, and the primary amino group (-NH 2 ) is a quinone group (>C in addition to the acid-base interaction). =O) and a Schiff base (>C=N-) are formed, the sulfonic acid (salt) group portion of the dispersant is coordinated on the surface of the carbon black particles, and the dispersibility in an aqueous medium is improved. Conceivable. Further, the carbon black aqueous dispersion of the present invention has excellent dispersion stability and jet blackness, and can provide a coating film with high gloss and high concentration.
The carbon black aqueous dispersion of the present invention is a printing ink,
It can be used in a wide range of fields such as paints, cosmetics, writing inks, toners, electrophotographic materials, recording materials such as inkjet, and coloring agents such as plastics.

【0016】[0016]

【実施例】本発明を実施例を用いて説明する。例中、
「部」「%」は、それぞれ「重量部」「重量%」であ
る。実施例で用いたカーボンブラックの各表面官能基量
は、下記の方法により測定し、それらを合計し全表面官
能基量を求めた。その結果を表1に示した。 (1)カルボキシル基(−COOH)量の測定 乾燥カーボンブラック1gを1mg単位で秤量し、0.
1規定の炭酸水素ナトリウム水溶液50ml中で4時間
振盪して反応させたのち、濾過し、濾液の上澄み液20
mlを採取して0.01規定の塩酸水溶液で滴定する。
カルボキシル基量は、カーボンブラック1g中のミリ当
量(meq./g)として下式によって求める。 カルボキシル基量=(50/20×0.01×( 滴定量−空滴定
量) )/カーボンブラック試料重量 (2)水酸基(−OH)量の測定 乾燥カーボンブラック1gを1mg単位で秤量し、0.
1規定の水酸化ナトリウム水溶液50ml中で4時間振
盪して反応させたのち、濾過し、濾液の上澄み液20m
lを採取して0.01規定の塩酸水溶液で滴定する。こ
れより、水酸基量とカルボキシル基量の合計量を、カー
ボンブラック1g中のミリ当量(meq./g)として
下式によって求めた。 ( カルボキシル基+水酸基) 量=(50/20×0.01×( 滴
定量−空滴定量) )/カーボンブラック試料重量 この合計量から先に求めたカルボキシル基量を差し引い
て、水酸基量を求めた。 (3)キノン基(>C=O)量 乾燥カーボンブラック3gを1mg単位で秤量し、水素
化ホウ素ナトリウム100mgを0.1規定の水酸化ナ
トリウム水溶液に溶解したもの50ml中で2時間反応
させたのち、6規定の硫酸水溶液を加えたときに発生す
る水素ガス量を測定する。空試験も行い発生する水素ガ
ス量を求める。キノン基量は、カーボンブラック1g中
のミリ当量(meq./g)として次式で求められる。 キノン基量=反応した水素化ホウ素ナトリウム量/カー
ボンブラック試料重量
EXAMPLES The present invention will be described with reference to examples. In the example,
"Parts" and "%" are "parts by weight" and "% by weight", respectively. The amount of each surface functional group of the carbon black used in the examples was measured by the following method, and they were summed to obtain the total amount of surface functional groups. The results are shown in Table 1. (1) Measurement of carboxyl group (—COOH) amount 1 g of dry carbon black was weighed in units of 1 mg and adjusted to 0.
The mixture was shaken in 50 ml of 1N aqueous sodium hydrogencarbonate solution for 4 hours to cause a reaction, then filtered, and the supernatant of the filtrate was filtered.
Collect ml and titrate with 0.01 N hydrochloric acid aqueous solution.
The amount of carboxyl groups is calculated by the following formula as milliequivalent (meq./g) in 1 g of carbon black. Amount of carboxyl group=(50/20×0.01×(titration amount−vacuum titration))/carbon black sample weight (2) Measurement of hydroxyl group (—OH) amount 1 g of dry carbon black was weighed in 1 mg unit and adjusted to 0.
After reacting by shaking in 50 ml of 1N aqueous sodium hydroxide solution for 4 hours, the mixture was filtered and the supernatant of the filtrate was 20 m.
1 is taken and titrated with a 0.01 N hydrochloric acid aqueous solution. From this, the total amount of the amount of hydroxyl groups and the amount of carboxyl groups was determined by the following formula as milliequivalent (meq./g) in 1 g of carbon black. (Carboxyl group+hydroxyl group) amount=(50/20×0.01×(titration amount−empty titration amount))/carbon black sample weight The amount of the hydroxyl group was determined by subtracting the previously determined amount of the carboxyl group from this total amount. (3) Amount of quinone group (>C=O) 3 g of dry carbon black was weighed in units of 1 mg, and 100 mg of sodium borohydride dissolved in 0.1 N sodium hydroxide aqueous solution was reacted in 50 ml for 2 hours. Then, the amount of hydrogen gas generated when 6N sulfuric acid aqueous solution is added is measured. Perform a blank test to determine the amount of hydrogen gas generated. The quinone group amount is calculated by the following formula as a milliequivalent (meq./g) in 1 g of carbon black. Quinone group amount=reacted sodium borohydride amount/carbon black sample weight

【0017】[0017]

【表1】 [Table 1]

【0018】また、実施例により得られたカーボンブラ
ック水性分散体の分散性の評価は、レーザー粒径解析装
置(MICROTRAC UPA 日機装株式会社製)
により測定した分散平均粒径で行った。結果は表2に示
した。 実施例1 カーボンブラックA 5.0部、4−アミノ−1−ナフ
タレンスルホン酸ナトリウム塩1.2部、精製水93.
8部からなる組成物にジルコニアビーズを加え、ペイン
トシェーカー(レッドデビル社製)で90分分散し、カ
ーボンブラック水性分散体を得た。
The dispersibility of the carbon black aqueous dispersions obtained in the examples was evaluated by a laser particle size analyzer (MICROTRAC UPA Nikkiso Co., Ltd.).
The dispersed average particle diameter measured by The results are shown in Table 2. Example 1 Carbon black A 5.0 parts, 4-amino-1-naphthalenesulfonic acid sodium salt 1.2 parts, purified water 93.
Zirconia beads were added to the composition of 8 parts and dispersed for 90 minutes with a paint shaker (manufactured by Red Devil Co.) to obtain a carbon black aqueous dispersion.

【0019】実施例2 カーボンブラックA 12.0部、タウリンナトリウム
塩1.6部、精製水86.4部からなる組成物にジルコ
ニアビーズを加え、ペイントシェーカーで90分分散
し、70℃で24時間加熱処理してカーボンブラック水
性分散体を得た。 実施例3 カーボンブラックA 12.0部、6−アミノ−1,3
−ナフタレンジスルホン酸ジナトリウム塩4.8部、精
製水83.2部からなる組成物にジルコニアビーズを加
え、ペイントシェーカーで90分分散し、70℃で24
時間加熱処理してカーボンブラック水性分散体を得た。
Example 2 Zirconia beads were added to a composition consisting of 12.0 parts of carbon black A, 1.6 parts of sodium taurine salt, and 86.4 parts of purified water, dispersed with a paint shaker for 90 minutes, and at 24° C. at 70° C. Heat treatment was carried out for an hour to obtain an aqueous dispersion of carbon black. Example 3 Carbon black A 12.0 parts, 6-amino-1,3
-Zirconia beads were added to a composition consisting of 4.8 parts of naphthalenedisulfonic acid disodium salt and 83.2 parts of purified water, dispersed for 90 minutes with a paint shaker, and then at 24°C at 70°C.
Heat treatment was carried out for an hour to obtain an aqueous dispersion of carbon black.

【0020】実施例4 カーボンブラックB 5.0部、4−アミノ−1−ナフ
タレンスルホン酸ナトリウム塩0.6部、精製水94.
4部からなる組成物にジルコニアビーズを加え、ペイン
トシェーカーで90分分散し、カーボンブラック水性分
散体を得た。 比較例1 カーボンブラックA 5.0部、精製水95.0部から
なる組成物にジルコニアビーズを加え、ペイントシェー
カーで90分分散し、カーボンブラック水性分散体を得
た。 比較例2 カーボンブラックB 5.0部、精製水95.0部から
なる組成物にジルコニアビーズを加え、ペイントシェー
カーで90分分散し、カーボンブラック水性分散体を得
た。
Example 4 Carbon black B 5.0 parts, 4-amino-1-naphthalene sulfonic acid sodium salt 0.6 part, purified water 94.
Zirconia beads were added to the composition of 4 parts and dispersed for 90 minutes with a paint shaker to obtain an aqueous carbon black dispersion. Comparative Example 1 Zirconia beads were added to a composition consisting of 5.0 parts of carbon black A and 95.0 parts of purified water, and the mixture was dispersed for 90 minutes with a paint shaker to obtain a carbon black aqueous dispersion. Comparative Example 2 Zirconia beads were added to a composition consisting of 5.0 parts of carbon black B and 95.0 parts of purified water, and the mixture was dispersed for 90 minutes with a paint shaker to obtain a carbon black aqueous dispersion.

【0021】実施例1、2、3と比較例1を比べると、
分散剤を用いている実施例の方がカーボンブラックの分
散性が著しく著しく向上していることがわかる。実施例
4と比較例2を比べても同様の効果が確認できる。
Comparing Examples 1, 2, and 3 with Comparative Example 1,
It can be seen that the dispersibility of carbon black is remarkably improved in the examples in which the dispersant is used. Similar effects can be confirmed by comparing Example 4 and Comparative Example 2.

【0022】[0022]

【表2】 [Table 2]

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明のカーボンブラック水性分散体
は、アミノ基およびスルホン酸(塩)基を有する分散散
を用いることにより、水性媒体への優れた分散性および
分散安定性を得ることが出来た。
The carbon black aqueous dispersion of the present invention can obtain excellent dispersibility in an aqueous medium and dispersion stability by using a dispersion having an amino group and a sulfonic acid (salt) group. It was

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 カーボンブラック、水性媒体および下記
一般式(1)で表される分散剤を含有することを特徴と
するカーボンブラック水性分散体。 R12N−R3−(SO3M)n (1) 〔式中R1 、R2 はそれぞれ水素原子または炭素数1〜
4のアルキル基を表し、R3 はエチレン基、フェニレン
残基またはナフチレン残基を表し、Mは水素、アルカリ
金属、アンモニアまたはアミンを表し、nは1〜3の整
数を表す。〕
1. An aqueous carbon black dispersion comprising carbon black, an aqueous medium and a dispersant represented by the following general formula (1). R 1 R 2 N—R 3 —(SO 3 M) n (1) [wherein R 1 and R 2 are each a hydrogen atom or a carbon number 1 to
4 represents an alkyl group, R 3 represents an ethylene group, a phenylene residue or a naphthylene residue, M represents hydrogen, an alkali metal, ammonia or an amine, and n represents an integer of 1 to 3. ]
【請求項2】 カーボンブラックの全表面官能基量が
0.2ミリ当量/g以上であることを特徴とする請求項
1記載のカーボンブラック水性分散体。
2. The carbon black aqueous dispersion according to claim 1, wherein the total amount of surface functional groups of carbon black is 0.2 meq/g or more.
【請求項3】 分散剤が一般式(1)においてR1 、R
2 が水素、R3 がエチレン基、Mがナトリウム、nが1
で表されるタウリンナトリウム塩であることを特徴とす
る請求項1または請求項2記載のカーボンブラック水性
分散体。
3. A dispersant represented by the general formula (1) is R 1 or R 1 .
2 is hydrogen, R 3 is ethylene group, M is sodium, n is 1
The aqueous dispersion of carbon black according to claim 1 or 2, which is a sodium salt of taurine represented by:
【請求項4】 分散剤が一般式(1)においてR1 、R
2 が水素、R3 がナフチレン残基、Mがナトリウム、n
が1で表されるα−ナフチルアミンスルホン酸ナトリウ
ム塩であることを特徴とする請求項1ないし請求項3い
ずれか記載のカーボンブラック水性分散体。
4. The dispersant used in the general formula (1) is R 1 or R 1 .
2 is hydrogen, R 3 is naphthylene residue, M is sodium, n
Is an α-naphthylamine sulfonic acid sodium salt represented by 1. 4. The carbon black aqueous dispersion according to claim 1, wherein
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