[发明专利]炭黑水性分散体及其制备方法

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分散体及其制备方法。

背景技术

炭黑对水表现出疏水性和低润湿性。因此，难以在水中高浓度地稳定分散炭黑。这是由于炭黑的表面仅有少量表现出与水分子具有高亲和力的官能团(例如，亲水性含氢官能团，如羧基和羟基)。人们提出了多种通过氧化炭黑在其表面形成亲水性官能团的方法以改善炭黑在水中的分散性。

例如，JP-A-48-018186公开了一种方法，其使用次卤酸盐水溶液将炭黑氧化，JP-A-57-159856公开了一种方法，其使用低温氧等离子体将炭黑氧化。

人们还提出了一种制备水性油墨的方法，其中使用偶联剂、表面活性剂等改善被中度氧化的炭黑在水中的分散性(JP-A-4-189877)。然而，随着温度和时间的改变，表面活性剂等被氧化或分解，因此难以长期稳定地维持炭黑的分散性。

JP-A-8-003498公开了一种水性颜料油墨，其包括水和炭黑，其中炭黑的表面活性氢含量为1.5mmol/g或更多，并且公开了制备包括水和炭黑的水性颜料油墨的方法，其包括(a)提供酸性炭黑，以及(b)使用次卤酸盐在水中将酸性炭黑进一步氧化。JP-A-8-319444公开了制备水性颜料油墨的方法，其包括将吸油量为100ml/100g或以下的炭黑精细分散在水性介质中，以及使用次卤酸盐将炭黑氧化。

根据在JP-A-8-003498和JP-A-8-319444中公开的方法，通过氧化炭黑使其表面具有大量的活性氢(即亲水性官能团)可获得水分散性和长期分散稳定性优异的水性颜料油墨。

另一方面，存在于炭黑颗粒表面和水分子之间的接触界面处的亲水性官能团的数目对于炭黑分散在水中维持一个稳定的分散状态是很重要的。因此，仅基于炭黑的每单位重量的官能团数目难以精确地确定炭黑的分散性。当使用一种方法(即，在水中使用玻璃珠将炭黑微雾化并使用次卤酸盐氧化炭黑以处理其表面)改善分散性时，由于玻璃珠受到水中浮力的影响，雾化效果会被降低。而且，由于很难形成活性位点，难以在炭黑表面均匀地形成官能团。

JP-A-11-148027公开了一种通过氧化修饰的、可在水中分散的炭黑，其中炭黑表面上的含氢官能团中的羧基和羟基的总量为每单位表面积3μeq/m²或更多。

JP-A-9-286938公开了一种水性颜料油墨，其中用次卤酸和/或次卤酸盐氧化炭黑，且被氧化的炭黑表面的至少一些酸性基团与胺化合物结合形成铵盐。

在JP-A-9-286938中，使用氨、被具有1～3个碳原子的烷基取代的挥发性胺、被烷醇基团取代的胺化合物(即烷醇胺或烷基烷醇胺)等作为胺化合物。由于氨以外的化合物的离解度低，使其难以与酸性基团中的氢进行取代反应。

发明内容

本发明尝试解决本领域的上述问题。本发明的目的在于提供一种炭黑水性分散体及其制备方法，所述炭黑水性分散体在水性介质中表现出优异的分散性，并表现出优异的稳定性、耐磨性(快干性)、喷射稳定性、过滤性等，其适于作为水性黑色油墨，例如喷墨打印机用油墨。

本发明的炭黑水性分散体包括水性介质和分散在该水性介质中的炭黑，用碱性氨基酸和碱性氨基酸以外的碱性化合物中和在该炭黑表面通过液相氧化而成的酸性基团，所述酸性基团的氢原子被该碱性氨基酸和碱性化合物取代。

制备炭黑水性分散体的方法包括对炭黑进行液相氧化、从所得的浆液中除去还原后的盐、用碱性氨基酸和碱性氨基酸以外的碱性化合物中和炭黑，使该碱性氨基酸和碱性化合物取代酸性基团的氢原子，并纯化所得产物。

本发明的最佳实施方式

本发明的炭黑水性分散体包括水性介质和分散在该水性介质中的炭黑，其中用碱性氨基酸和碱性氨基酸以外的碱性化合物中和通过液相氧化在炭黑团块表面生成的酸性基团(例如羧基和羟基)，所述酸性基团的氢原子被该碱性氨基酸和碱性化合物取代。

进行了上述表面修饰处理的炭黑在水性介质中表现出明显改善的分散性。因此，作为颜料的含有炭黑的水性分散体表现出改善的分散稳定性、粘度、过滤性等。因此，使用水性分散体制备的油墨具有优异的储存稳定性、耐磨性(快干性)、喷射稳定性、过滤性等，且能够适于作为水性黑色油墨，例如喷墨打印机用油墨。

本发明中使用的炭黑不受特别限制。可以使用炉黑，槽黑，乙炔黑，热裂法炭黑。

除了水以外，水性介质还可含有水溶性有机溶剂。出于成本和安全性方面考虑，优选使用水(尤其是去离子水)。