自分散顏料的制造方法、自分散顏料、墨、墨盒和噴墨記錄方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及自分散顏料的制造方法、自分散顏料、墨、墨盒和噴墨記錄方法。
【背景技術】
[0002] 自分散顏料主要通過化學顏料改性技術來制造。例如,日本專利申請?zhí)亻_ H10-510861記載了一種通過使顏料與重氮鹽反應來獲得自分散顏料的方法。此外,日本專 利申請?zhí)亻_2012-528917記載了一種通過使顏料的顆粒表面上的羰基和肼化合物進行縮 合反應來獲得自分散顏料的方法。另外,日本專利申請?zhí)亻_H11-323229記載了一種通過使 顏料與重氮化合物反應來獲得自分散顏料的方法。
[0003] 然而,傳統(tǒng)的顏料改性技術尚未滿足具有高反應效率的制造方法。即,在日本專利 申請?zhí)亻_H10-510861、日本專利申請?zhí)亻_2012-528917和日本專利申請?zhí)亻_H11-323229中 記載的生產(chǎn)方法涉及反應效率低的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 因此,本發(fā)明的目的為提供一種作為墨等用的著色材料有用的自分散顏料的具有 高反應效率的制造方法。此外,本發(fā)明的另一目的為提供通過上述自分散顏料的制造方法 制造的自分散顏料、使用所述自分散顏料的墨以及使用所述墨的墨盒和噴墨記錄方法。
[0005] 上述目的可通過下述本發(fā)明來實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明,由此提供自分散顏料的制造方 法,其包括以下步驟:通過使選自由以下通式(1)表示的化合物和以下通式(2)表示的化合 物組成的組的至少一種處理劑與顏料的顆粒表面反應,將含有親水性基團的官能團鍵合至 顏料的顆粒表面:
[0006]
[0007] 其中&、1?2和R3彼此獨立地為氫原子、具有脂族基和芳族基的至少之一的基團、羧 酸酯基或-S( = 0)2_R4,條件是&、私和R3不同時為氫原子,R4為羥基或具有脂族基和芳 族基的至少之一的基團,和4選自由羧酸基,磺酸基,磷酸基,膦酸基,和具有脂族基和芳族 基的至少之一且用選自由羧酸基、磺酸基、磷酸基和膦酸基組成的組中的至少一種親水性 基團取代的基團組成的組;和
[0008]
[0009] 其中,馬和R6彼此獨立地為氫原子、具有脂族基和芳族基的至少之一的基團、鹵素 原子、氰基、硝基、氨基、烷氧基、硫代烷氧基、?;Ⅳ人狨セ?、芳氧基、羧酸基、磺酸基、磷酸 基或膦酸基,條件是1? 5和1?6不同時為氫原子,1?7為氫原子、具有脂族基和芳族基的至少之一 的基團或羧酸酯基,和A2選自由羧酸基,磺酸基,磷酸基,膦酸基,和具有脂族基和芳族基至 少之一且用選自由羧酸基、磺酸基、磷酸基和膦酸基組成的組中的至少一種親水性基團取 代的基團組成的組。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明,可提供一種作為墨等用的著色材料有用的自分散顏料的具有高反應 效率的制造方法。此外,根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案,可提供通過上述自分散顏料的制造方 法制造的自分散顏料、使用所述自分散顏料的墨以及使用所述墨的墨盒和噴墨記錄方法。
[0011] 參考附圖從以下示例性實施方案的描述中,本發(fā)明的進一步特征將變得顯而易 見。
【附圖說明】
[0012] 圖1為示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施方案的墨盒的截面圖。
[0013] 圖2A和2B示意性示出用于根據(jù)本發(fā)明的噴墨記錄方法的噴墨記錄設備的實例, 其中圖2A為示出噴墨記錄設備的主要部分的立體圖,和圖2B為示出頭盒的立體圖。
【具體實施方式】
[0014] 現(xiàn)在,將參考附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。然而,本發(fā)明不限于以下實施 方案。另外,當離子性基團形成鹽時,離子性基團可以以在墨中解離為離子的狀態(tài)存在。然 而,在本發(fā)明中為了方便起見,此類基團表示為"離子性基團"。此外,自分散顏料可以僅稱 為"顏料"。本說明書中的各種物理性質(zhì)值為常溫(25°C)下的值,除非另有說明。
[0015] 自分散顏料的制誥方法:
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的自分散顏料的制造方法具有以下步驟:通過使規(guī)定的處理劑與顏料 的顆粒表面反應,將含有親水性基團的官能團鍵合至顏料的顆粒表面。該處理劑為選自由 以下通式(1)表示的化合物和以下通式(2)表示的化合物組成的組中的至少一種。該步驟 還可表示為"步驟1"。
[0017]
[0018] 其中&、1?2和R3彼此獨立地為氫原子、具有脂族基和芳族基的至少之一的基團、羧 酸酯基或-S( = 0)2_R4,條件是&、私和R3不同時為氫原子,R4為羥基或具有脂族基和芳 族基的至少之一的基團,和4選自由羧酸基,磺酸基,磷酸基,膦酸基,和具有脂族基和芳族 基的至少之一且用選自由羧酸基、磺酸基、磷酸基和膦酸基組成的組中的至少一種親水性 基團取代的基團組成的組;和
[0019]
[0020] 其中,馬和R6彼此獨立地為氫原子、具有脂族基和芳族基的至少之一的基團、鹵素 原子、氰基、硝基、氨基、烷氧基、硫代烷氧基、?;Ⅳ人狨セ?、芳氧基、羧酸基、磺酸基、磷酸 基或膦酸基,條件是1? 5和1?6不同時為氫原子,1?7為氫原子、具有脂族基和芳族基的至少之一 的基團或羧酸酯基,和A2選自由羧酸基,磺酸基,磷酸基,膦酸基,和具有脂族基和芳族基的 至少之一且用選自由羧酸基、磺酸基、磷酸基和膦酸基組成的組的至少一種親水性基團取 代的基團組成的組。
[0021] 依照根據(jù)本發(fā)明的自分散顏料的制造方法(以下,也僅稱為"制造方法"),在不使 用特定的反應設備或特定的液體介質(zhì)的情況下,即使在常溫(25°C)下也可通過具有高的 反應效率的一鍋合成來制造自分散顏料。特別是由于反應效率高,所以在降低顏料的處理 劑的使用量的同時可獲得具有高的官能團引入量的自分散顏料。此外,由于抑制副產(chǎn)物的 生成,所以制造后的精制也容易。
[0022] 本發(fā)明的反應效率可根據(jù)例如,以下步驟來計算。在制造自分散顏料時,由每1. 0g 顏料使用的處理劑的摩爾數(shù)計算"處理劑中的親水性基團的摩爾數(shù)"。該"處理劑中的親水 性基團的摩爾數(shù)"為每1. 〇g顏料使用的處理劑的親水性基團的摩爾數(shù)。例如,當一個分子 內(nèi)具有兩個羧酸基的化合物用作處理劑時,用作為通過利用該處理劑的分子量求得的摩爾 數(shù)的兩倍的摩爾數(shù)進行計算。此外,關于制造的自分散顏料,求得在顏料的顆粒表面上的官 能團中包含的親水性基團的量("顏料中的親水性基團的摩爾數(shù)",每1. 〇g顏料的值)。當 使用具有酸酐形態(tài)的親水性基團的處理劑時,制造的自分散顏料中的此類親水性基團變?yōu)?陰離子性基團。從而將處理劑和顏料中的"親水性基團的摩爾數(shù)"計算為陰離子性基團的 摩爾數(shù)??筛鶕?jù)下式(A)由以上獲得的"顏料中的親水性基團的摩爾數(shù)"和"處理劑中的 親水性基團的摩爾數(shù)"計算反應效率。反應效率(%) = ( "顏料中的親水性基團的摩爾 數(shù)" / "處理劑中的親水性基團的摩爾數(shù)")X100 (A)
[0023] 反應效率越高意味著可以用越少的使用量的處理劑將顏料改性為自分散顏料。因 此,高的反應效率不僅能夠具有成本方面的優(yōu)勢,而且能夠降低由反應導致的雜質(zhì)的產(chǎn)生。 此外,也可以改進包含自分散顏料的水分散液的精制效率。此外,當將包含制造的自分散顏 料作為著色材料的墨用于例如,噴墨記錄方法時,可以抑制由雜質(zhì)導致的噴射特性的降低。 因此,有利地使反應效率盡可能高。具體地,反應效率優(yōu)選為10%以上,更優(yōu)選20%以上, 特別優(yōu)選30%以上。另外,反應效率的理論上限為100%。
[0024] 以下示出用于根據(jù)本發(fā)明的制造方法的反應的推定機理。以下將采用由通式(1) 表示的化合物用作處理劑且炭黑用作顏料的情況作為實例進行說明。
[0025]
[0026] 首先,將私和R3從化合物A(由通式(1)表示的化合物)移除,以使化合物A完全 氧化以形成作為二氮烯化合物的化合物B。接著,將&從化合物B中移除以形成二氮烯自 由基C。二氮稀自由基C立即引起脫氮以形成自由基種(radicalspecies)D。自由基種D 完全鍵合至炭黑顆粒表面上的芳族碳原子,從而使自由基中間體E鍵合至炭黑的顆粒 表面以獲得自分散顏料F。上文已采用其中私和1?3在第一階段移除的情況作為實例進行 了說明。然而,當iaPR3在第一階段移除時,1?2在第二階段移除??墒沟胇2和1? 3的移 除通過利用能量如熱有效進行。
[0027] 現(xiàn)在將對采用由通式(2)表示的化合物用作處理劑和炭黑用作顏料的情況作為 實例進行說明。
[0028]
[0029] 首先,將RjPR6與來自化合物A(由通式⑵表示化合物)的碳原子一起移除,接 著將R7移除以形成二氮烯自由基B。二氮烯自由基B立即引起脫氮以形成自由基種C。之 后以與由通式(1)表示的化合物相同的方式進行反應以獲得自分散顏料E。
[0030] 用于根據(jù)本發(fā)明的制造方法的顏料用處理劑為在其分子結(jié)構(gòu)中具有兩個氮原子 (N-N)的、且還具有使成為鍵合至顏料的顆粒表面的官能團的"-A/'或"-V'鍵合至氮原子 (N)的結(jié)構(gòu)的化合物。該處理劑被視為具有將含有親水性基團的官能團通過氧化自由基加 成反應鍵合至顏料的顆粒表面的功能。在上述反應機理中,二氮烯化合物沒有迅速分解,但 自由基種慢慢生成,從而使關于顏料的顆粒表面的自由基加成反應有效進行。根據(jù)本發(fā)明 的制造方法,與傳統(tǒng)的自分散顏料的制造方法相比,即使當顏料的處理劑的使用量少時,也 可由此獲得具有高的官能團的引入量的自分散顏料。因此,所得自分散顏料具有高的分散 穩(wěn)定性。
[0031] 在日本專利申請?zhí)亻_H10-510861中,通過使用重氮鹽作為處理劑制造自分散顏 料。然而,用作處理劑的重氮鹽受堿或超過常溫(25°C)的溫度的影響容易分解。當反應體 系內(nèi)重氮鹽分解時,生成各種分解物。因此,如分解物與液體介質(zhì)或氧的反應,分解物之間 的反應,以及除了這些反應以外的其它副反應等各種副反應容易發(fā)生。因此,當試圖通過使 用重氮鹽獲得具有高的官能團引入量的自分散顏料時,使用大于顏料的量的重氮鹽是必要 的。然而,當重氮鹽的使用量增加時,產(chǎn)生很多氮氣氣泡,從而難以改進反應效率。
[0032] 另外,迄今已知使用具有非對稱結(jié)構(gòu)的化合物作為能夠在聚合物或蛋白質(zhì)合成時 獲得高自由基生成效率的偶氮引發(fā)劑。這記載于例如POLYMER,23, 1982, 630-631,和Free RadicalResearch, 33 (6),2000, 705-718。然而,并沒有假設使用此類偶氮引發(fā)劑用于將顏 料改性為自分散顏料。即使使用此類偶氮引發(fā)劑,所得顏料在水中的分散性也是不足的。
[0033] 由于用于根據(jù)本發(fā)明的制造方法的處理劑化學穩(wěn)定且?guī)缀醪皇躳H或溫度的影 響,反應體系的pH或溫度可任意設定。具體地,反應體系的pH優(yōu)選為1以上且13以下,更 優(yōu)選1以上且10以下。尤其是,反應體系的pH更優(yōu)選為1. 5以上且7以下,特別優(yōu)選2以 上且7以下。反應體系的pH優(yōu)選設定為從酸性至中性以改進反應效率。在如堿性等高pH 范圍內(nèi),處理劑在一些情況下可分解。另一方面,當將反應體系的pH設定為小于1. 5或小 于2. 0時,處理劑的溶解性傾向于降低,從而反應效率在一些情況下可降低,或者使用大量 酸性化合物是必要的。因此,如所得自分散顏料的精制等處理在一些情況下可變得困難。
[0034] 為了控制自由基加成反應的反應速度,也可以將溫度設定為常溫(25°C)以外的 其它溫度??筛鶕?jù)處理劑的種類適當?shù)卦O定溫度。具體地,溫度優(yōu)選5°C以上且80°C以下, 還更優(yōu)選l〇°C以上且70°C以下,特別優(yōu)選10°C以上且40°C以下。當使溫度高時,反應速度 可提高。然而,副反應容易發(fā)生,從而反應效率在一些情況下可降低。另一方面,當使溫度 低時,副反應難以發(fā)生。然而,反應速度降低,從而反應時間在一些情況下可變長。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的制造方法通常在液體介質(zhì)中進行。顏料在液體介質(zhì)中的含量(質(zhì) 量% )基于液體介質(zhì)的總質(zhì)量為1.0質(zhì)量%以上且50. 0質(zhì)量%以下,更優(yōu)選5.0質(zhì)量%以 上且40. 0質(zhì)量%以下。如果顏料的含量過高,則反應體系的粘度變高,這在顏料為炭黑的 情況下特別顯著,從而反應體系的攪拌變得困難,且反應效率在一些情況下可由此有所下 降。另一方面,當顏料的含量過低時,在反應體系內(nèi)處理劑與顏料之間的接觸頻率降低,從 而反應效率在一些情況下可有所下降,或者因為反應體系的粘度過低使得通過攪拌引起湍 流,由此攪拌效率在一些情況下可容易降低。
[0036] 在適當?shù)剡M行例如精制等后處理之后,制造的自