專利名稱：加工顏料,顏料分散液,噴墨用油墨,加工顏料的制造方法和顏料分散液的制造方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及加工(processed)顏料，顏料分散液，噴墨用油墨，加工顏料的制造方法和顏料分散液的制造方法。
染料和顏料通常已經(jīng)作為著色劑用于制備涂料、各種油墨(如印刷油墨、噴墨用油墨和墨水)以及塑料樹脂。在顏料所分散的溶劑組分中，顏料需要具有優(yōu)良的和穩(wěn)定的分散性。因此，為了實(shí)現(xiàn)最佳的顏料分散狀態(tài)，到目前為止已經(jīng)研究了各種各樣的分散工藝。
這些分散工藝的實(shí)例包括對(duì)顏料進(jìn)行表面處理以確保其分散性穩(wěn)定的方法，這種表面處理包括松香處理、使用表面活性劑進(jìn)行表面處理、使用顏料衍生物進(jìn)行處理或使用聚合物進(jìn)行處理。例如，有一種已知的制備碳黑接枝聚合物的方法，其中碳黑用作顏料并且與在每一分子中具有1-2個(gè)環(huán)氧基和/或環(huán)硫基基團(tuán)的聚合物在50-250℃的溫度范圍內(nèi)混合，由此使反應(yīng)發(fā)生以制備碳黑接枝聚合物。
還有一種已知的方法，其中使用反應(yīng)性聚合物來提高顏料的分散性。
在油墨粘度相對(duì)低的情況下，比如在噴墨用油墨的情況下，為了確保油墨有充分高的儲(chǔ)存穩(wěn)定性和優(yōu)良的釋放穩(wěn)定性，以及保證打印圖象的高質(zhì)量，要求顏料具有優(yōu)良的分散性能。當(dāng)在上述方法中使用大量聚合物時(shí)，油墨的粘度增加，盡管可以確保其儲(chǔ)存穩(wěn)定性，但這樣會(huì)使油墨的釋放性能變差。另一方面，當(dāng)使用表面活性劑對(duì)顏料進(jìn)行表面處理時(shí)，油墨的儲(chǔ)存穩(wěn)定性降低。也就是說，到目前為止，還沒有人成功地發(fā)現(xiàn)一種工藝能夠滿足顏料分散性方面的所有要求。
發(fā)明概述本發(fā)明是在考慮上述問題的基礎(chǔ)上完成的，因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供能夠顯示出優(yōu)良分散性的加工顏料，在其中使用這種顏料的顏料分散液，和在其中使用這種顏料的噴墨用油墨。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供具有優(yōu)良分散性以及穩(wěn)定性的加工顏料的制造方法，和加工顏料可以穩(wěn)定地分散在其中的顏料分散液的制造方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種加工顏料，其包括含分散劑的顏料，其中所述分散劑以物理和化學(xué)方式吸附到顏料的一部分表面上；和陽離子可聚合化合物，該化合物通過共價(jià)鍵鍵合到顏料的表面上。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種顏料分散液，其包括有機(jī)溶劑；和分散在所述有機(jī)溶劑中的加工顏料，所述加工顏料包括含分散劑的顏料，該分散劑以物理和化學(xué)方式吸附到顏料的一部分表面上；和陽離子可聚合化合物，該化合物通過共價(jià)鍵鍵合到顏料的表面上。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種噴墨用油墨，其包括加工顏料，其包括含分散劑的顏料，其中所述分散劑以物理和化學(xué)方式吸附到顏料的一部分表面上；和陽離子可聚合化合物，該化合物通過共價(jià)鍵鍵合到顏料的表面上；環(huán)氧化合物，其在正常壓力和50℃下的粘度不高于50mPa·s，并且擁有脂環(huán)族骨架和/或脂肪族骨架，該環(huán)氧化合物在酸的存在下可發(fā)生聚合；和光酸發(fā)生劑，該光酸發(fā)生劑在用光照射時(shí)能夠產(chǎn)生酸。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種本發(fā)明加工顏料的制造方法，該方法包括以下步驟通過陽離子可聚合化合物與顏料表面之間的直接反應(yīng)而將陽離子可聚合化合物經(jīng)由共價(jià)鍵鍵合到顏料的表面上。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種顏料分散液的制造方法，該方法包括以下步驟將顏料分散在有機(jī)溶劑中以由此制備初步分散液；將陽離子可聚合化合物加入到初步分散液中，由此使得在顏料與陽離子可聚合化合物之間發(fā)生反應(yīng)，從而使陽離子可聚合化合物共價(jià)鍵合到顏料的表面上；和除去有機(jī)溶劑以得到顏料分散液，其中所述顏料分散在陽離子可聚合化合物中。
本發(fā)明另外的目的和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的描述中闡明，并且有一部分將是從這些描述中能顯而易見得出的或者是可以通過本發(fā)明的實(shí)踐獲悉的。通過下文中具體指出的手段以及其組合可以實(shí)現(xiàn)并獲得本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明詳述以下，將詳細(xì)說明本發(fā)明的各種實(shí)施方案。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的加工顏料包括顏料，分散劑和陽離子可聚合化合物。
就用于本發(fā)明的顏料而論，它們可以是有機(jī)顏料或者無機(jī)顏料，條件是在其表面上具有能夠通過共價(jià)鍵與陽離子可聚合化合物連接起來的官能團(tuán)。更具體地說，可以使用在其表面上具有羧基或者酸酐、內(nèi)酯、酚羥基等的顏料。
這種顏料的特定實(shí)例包括碳質(zhì)顏料，如碳黑、精制碳和碳納米管；金屬氧化物顏料，如鐵黑、鈷藍(lán)、氧化鋅、二氧化鈦、氧化鉻和氧化鐵；硫化物顏料，如硫化鋅；酞菁顏料；由鹽，如金屬硫酸鹽、金屬碳酸鹽、金屬硅酸鹽和金屬磷酸鹽形成的顏料；以及由金屬粉末，如鋁粉、青銅粉和鋅粉形成的顏料。
更具體地講，碳黑的特定實(shí)例包括Color Black FW200、ColorBlack FW2、Color Black FW2V、Special Black 6、Special Black5、Special Black 4、Special Black 4A、Printex 150T等(所有這些均得自Dexa Co.，Ltd.)。
另外，為了將任何需要的官能團(tuán)引入到有機(jī)顏料中以便制造可用于本發(fā)明實(shí)施方案的有機(jī)顏料，對(duì)所述有機(jī)顏料可以進(jìn)行表面處理，如使用臭氧進(jìn)行氧化處理、使用過氧化氫進(jìn)行處理、使用高錳酸鉀溶液進(jìn)行處理等等。
就有機(jī)顏料的實(shí)例而論，它們包括，例如，染料螯合物(堿性染料型螯合物，酸性染料型螯合物等)；硝基顏料；苯胺黑；亞硝基顏料，如曬化綠B；偶氮顏料(包括偶氮色淀、不溶的偶氮顏料、縮合的偶氮顏料、螯合的偶氮顏料)，如Bordeaux 10B、Lake red 4R和chromophthal red；色淀顏料，如孔雀藍(lán)色淀和若丹明色淀；酞菁顏料，如酞菁藍(lán)；多環(huán)顏料(如苝顏料、perinone顏料、蒽醌顏料、喹吖啶酮顏料、二氧雜環(huán)己烷顏料、硫靛藍(lán)顏料、isoindolinone顏料、quinophthalene顏料等)；threne顏料，如硫靛紅和靛藍(lán)；喹吖啶顏料；和isoindolinone顏料。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的加工顏料可以適當(dāng)?shù)赜糜谥苽鋰娔糜湍Ｔ谶@種情況下，上述顏料的平均粒徑應(yīng)該優(yōu)選盡可能小。更具體地說，這些顏料的平均粒徑應(yīng)該優(yōu)選不大于液體油墨釋放時(shí)所通過的噴嘴開口直徑的1/10。順便說一下，噴嘴的開口直徑通常不大于5微米。因此，如果它們用于印刷油墨的話，這些顏料的優(yōu)選粒徑應(yīng)該不大于0.35微米。
在這些顏料的一部分表面上，分散劑以物理和/或化學(xué)方式吸附在其上。就可用于這種情況的分散劑而論，可以使用非離子型或離子型表面活性劑和電荷控制劑。
另外，也可以適當(dāng)?shù)厥褂镁酆衔镄头稚?，如具有類似于上述表面活性劑特性的丙烯基和乙烯基醇。但是，?dāng)使用陽離子分散劑作為分散劑時(shí)，建議選擇那些具有比羧酸酸性較低的分散劑，因?yàn)槟承╆栯x子分散劑可能會(huì)促進(jìn)用于固化油墨的黑暗反應(yīng)。另外，因?yàn)閺?qiáng)堿性分散劑和染料也會(huì)起作用，它不僅會(huì)降低油墨的感光性，而且會(huì)促進(jìn)用于固化油墨的黑暗反應(yīng)，所以分散劑應(yīng)該選自性質(zhì)接近于中性或非離子性質(zhì)的那些分散劑。
顏料表面除吸附有分散劑的區(qū)域以外的剩余區(qū)域通過共價(jià)鍵與陽離子可聚合化合物連接起來。
就陽離子可聚合化合物的特定實(shí)例而論，它們包括具有環(huán)醚基團(tuán)，如環(huán)氧基、氧雜環(huán)丁烷(oxetane)基，環(huán)氧乙烷基等的化合物；在其側(cè)鏈上具有這些取代基的丙烯酸或乙烯基化合物；碳酸酯基化合物；低分子的黑素化合物；具有可通過陽離子聚合的乙烯鍵的單體，比如乙烯基醚、乙烯基咔唑、苯乙烯衍生物、α-甲基苯乙烯衍生物、和乙烯醇酯(如乙烯醇與丙烯酸、甲基丙烯酸形成的酯)等。也可以使用包含至少一種上述單體的齊聚物。
在這些化合物當(dāng)中，優(yōu)選使用具有環(huán)氧基和酸聚合性優(yōu)良的可聚合化合物。這種化合物的特定實(shí)例包括擁有含1-約50個(gè)碳原子的含二價(jià)脂肪族骨架和/或脂環(huán)族骨架的烴基的化合物，或擁有連接到至少一個(gè)具有部分脂肪鏈和/或脂環(huán)族骨架的環(huán)氧基或脂環(huán)族環(huán)氧基的化合物。就這種陽離子可聚合化合物的實(shí)例而論，可以使用由以下通式表示的化合物 盡管對(duì)于將引入到上述分子骨架上的環(huán)氧基數(shù)目沒有特別的限定，但優(yōu)選價(jià)數(shù)應(yīng)該至多為2或3。就這種可聚合化合物的實(shí)例而論，可以使用由以下通式(1)和(2)表示的化合物R1-(A1)n-R2(1)R3-A2(2)在通式(1)和(2)中，R1、R2和R3獨(dú)立地表示環(huán)氧基或具有脂環(huán)族骨架的環(huán)氧基；A1和A2分別表示二價(jià)取代基和單價(jià)取代基，n是0或1。
將作為A1引入到通式(1)中的二價(jià)取代基的特定實(shí)例是如下所示的基團(tuán) 將作為A2引入到通式(2)中的單價(jià)取代基的特定實(shí)例是如下所示的基團(tuán)
順便說一下，對(duì)于通式(1)來講，在沒有A1插入其中的情況下，可能形成其中R1和R2直接彼此連接的結(jié)構(gòu)。
由通式(1)和(2)表示的環(huán)氧化合物的粘度通常較低，即為1cp-約30cp。因此，使用這些低粘度的環(huán)氧化合物可有效地充分降低顏料分散液的粘度。
另外，由以下通式(3)表示的脂環(huán)族環(huán)氧化合物通常粘度較高，即為約20cp-約500cp。因此，使用這些高粘度的環(huán)氧化合物可有效地為使用顏料分散液制備的油墨等的固化物質(zhì)提供適當(dāng)?shù)挠捕取?br> R4-A3-(R5)k(3)在上述通式(3)中，R4和R5獨(dú)立地表示環(huán)氧基或具有脂環(huán)族骨架的環(huán)氧基；A3是具有至少一個(gè)亞烷基和/或脂環(huán)族骨架的(k+1)價(jià)的取代基(k是自然數(shù))。
上述低或高粘度的化合物的使用應(yīng)該優(yōu)選使至少一種低粘度化合物與至少一種高粘度化合物混合在一起。例如，當(dāng)以每100重量份成膜液計(jì)使5-90重量份的低粘度化合物與1-40重量份的高粘度化合物混合時(shí)，將有利于實(shí)現(xiàn)噴墨用油墨所需的適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性(即在50℃的溫度下粘度為50cp或更低)。特別是，優(yōu)選將低粘度化合物與高粘度化合物以大約1∶1-10∶1的重量比混合在一起。
就上述環(huán)氧化合物的實(shí)例而論，它們包括脂環(huán)族環(huán)氧化合物，比如Celloxide 2021，Celloxide 2021A，Celloxide 2021P，Celloxide 2081，Celloxide 2000和Celloxide 3000(DAICELchemical Industries Ltd.)；含有環(huán)氧基的(甲基)丙烯酸酯化合物，比如Cyclomer A200和Cyclomer M100；含有甲基縮水甘油基的甲基丙烯酸酯，比如MGMA；表示低分子環(huán)氧化合物的GD縮水甘油；β-甲基表氯醇；PNO；α-蒎烯氧化物；含有12-14個(gè)碳原子的α-烯烴單環(huán)氧化物；含有16-18個(gè)碳原子的α-烯烴單環(huán)氧化物；環(huán)氧化的黃豆油，比如Dimac S-300K；環(huán)氧化的亞麻子油，比如Dimac L-500；和多官能團(tuán)的環(huán)氧化合物，比如Epolead GT301和EpoleadGT401。也可以使用脂環(huán)族環(huán)氧化合物(比如Cylacure；DowChemical Co.，Ltd.，U.S.)；氫化和脂肪化的其端羥基被含有環(huán)氧的基團(tuán)取代的低分子量酚化合物；脂肪族醇/脂環(huán)族醇，比如乙二醇、甘油、新戊醇、己二醇、三羥甲基丙烷的縮水甘油醚化合物；和六氫化鄰苯二甲酸或氫化的芳族多羥基羧酸的縮水甘油基酯。
如果上述環(huán)氧化合物中包括的脂環(huán)族骨架由萜類化合物骨架形成，則將會(huì)提高加工顏料、加工顏料分散液和油墨，以及油墨的固化物質(zhì)對(duì)于人體以及環(huán)境的安全性。這種環(huán)氧化合物的實(shí)例包括可以源自于具有不飽和鍵的萜烯基化合物不飽和鍵氧化的環(huán)氧化化合物，所述萜烯基化合物比如月桂烯，羅勒烯，香葉醇，橙花醇，里哪醇，citrorenol，檸檬醛，薄荷烯，苧烯，二聚戊烯，萜品油烯，萜品烯，水芹烯，樅油烯，piperithol，萜品醇，薄荷烯單醇，isopregol，perary醛，胡椒酮，二氫黃蒿萜酮，香芹酮，蒎腦，驅(qū)蛔萜，檜萜，蒈烯，pimene，菠烯(bornene)，葑烯，莰烯，葛縷醇，倍半萜，雙萜，三萜(triperpene)等。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的加工顏料可以通過使顏料的表面與陽離子可聚合化合物反應(yīng)來制造。
例如，可以使用這樣的方法，即把在其表面上含有羧基作為活性官能團(tuán)的顏料在常溫下引入到并與陽離子可聚合化合物混合從而使反應(yīng)發(fā)生。這樣就可以獲得加工顏料，其中該顏料分散在陽離子可聚合化合物中，且該顏料中還含有陽離子可聚合化合物，它們連接到顏料的表面上。在這樣得到的加工顏料中，陽離子可聚合化合物通過共價(jià)鍵連接到顏料表面的活性基團(tuán)上。當(dāng)添加劑，比如用于提高分散性的聚合物或者分散劑另外與這種加工顏料混合時(shí)，添加劑通過物理和/或化學(xué)吸附附著到顏料表面的未反應(yīng)部分上，從而進(jìn)一步提高加工顏料的分散性。
正如以上所述的，顏料的總表面積不應(yīng)該被陽離子可聚合化合物的化學(xué)鍵占據(jù)，而是應(yīng)該部分被以化學(xué)和/或物理方式吸附在其上的分散劑占據(jù)。只要陽離子可聚合化合物連接到顏料的表面上，就可以獲得陽離子可聚合化合物的作用。但是，為了保證充分的分散性，優(yōu)選陽離子可聚合化合物連接到至少5％的顏料表面上。另一方面，如果鍵合到顏料表面上的陽離子可聚合化合物的比例過高，則顏料顆粒之間的內(nèi)聚力將過度，從而可能降低顏料的分散性。因此，鍵合到顏料表面上的陽離子可聚合化合物的比例應(yīng)該優(yōu)選限制在以顏料表面的總面積計(jì)60％或者更低的范圍內(nèi)。更優(yōu)選，鍵合到顏料表面上的陽離子可聚合化合物的比例應(yīng)當(dāng)限制在以顏料的總表面積計(jì)10％-50％的范圍內(nèi)。
或者，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的顏料分散液可以通過這樣的方式得到，即，使用包含有機(jī)溶劑和陽離子可聚合化合物的混合溶液并使其與顏料反應(yīng)以獲得顏料分散液。更具體地說，首先，將陽離子可聚合化合物加入到有機(jī)溶劑中以制備混合溶液。就用于這種情況的有機(jī)溶劑而論，可以使用，例如，MEK(甲乙酮)，THF(四氫呋喃)，諸如乙酸乙酯的酯，酮，醚基溶劑等。向這種混合溶液中加入含有羧基作為活性官能團(tuán)的顏料，隨后，將所生成的混合物在常溫下攪拌以使得反應(yīng)發(fā)生。這樣就可以獲得顏料分散液，其中含有陽離子可聚合化合物的加工顏料分散在混合溶液中，且所述陽離子可聚合化合物連接到顏料的一部分表面上。在這種情況下，也可以根據(jù)上述方法，通過使得添加劑吸附到顏料的表面上而保證其具有提高的分散性。
此外，也可以采用這樣的方法，即，將顏料預(yù)先分散在有機(jī)溶劑中以獲得混合溶液，之后向其中引入陽離子可聚合化合物以使得陽離子可聚合化合物與顏料發(fā)生反應(yīng)。對(duì)這種初步分散而言，通過使用分散劑而將顏料分散到溶劑中以便讓分散劑鍵合到顏料的一部分表面上，從而致使顏料具有相對(duì)低的分散性。就用于這種情況的有機(jī)溶劑而論，可以使用，例如MEK，THF，諸如乙酸乙酯的酯，酮，醚基溶劑等。此外，顏料可以不必分散到這樣的程度，即不必使顏料以初級(jí)粒子的形式分散在有機(jī)溶劑中。在這種情況下，也可以獲得顏料分散液，其中加工顏料分散在包含有機(jī)溶劑和陽離子可聚合化合物的混合溶液當(dāng)中。
如果在上述方法中使用沸點(diǎn)相對(duì)低的有機(jī)溶劑，則可以通過使用適當(dāng)?shù)恼麴s裝置除去有機(jī)溶劑，以由此獲得其中加工顏料分散在陽離子可聚合化合物中的顏料分散液。在這種情況下，可以使用具有以下特性的有機(jī)溶劑，即，這種溶劑不僅不能阻礙陽離子可聚合化合物與顏料之間的反應(yīng)，而且在陽離子可聚合化合物與顏料之間發(fā)生反應(yīng)之后能夠很容易地除去。更優(yōu)選，所述有機(jī)溶劑可以選自沸點(diǎn)Ta比陽離子可聚合化合物的沸點(diǎn)Tb低的那些溶劑(100℃＜|Ta-Tb|)。另外，在預(yù)先把顏料分散在有機(jī)溶劑中的時(shí)候，建議有機(jī)溶劑應(yīng)該適當(dāng)?shù)剡x自那些不能降低顏料表面特征的溶劑。換句話說，所述有機(jī)溶劑可以選自，例如，MEK，THF，諸如乙酸乙酯的酯，酮，醚基溶劑等。
因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的加工顏料的構(gòu)成使得陽離子可聚合化合物通過共價(jià)鍵連接到了顏料的表面上，因此加工顏料具有優(yōu)良的分散性。因此，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的加工顏料甚至對(duì)通常已經(jīng)認(rèn)為很難使顏料均勻分散其中的憎水性有機(jī)溶劑來說，也能夠顯示出優(yōu)良的分散性。即，因?yàn)榧庸ゎ伭峡梢詷O好地和穩(wěn)定地分散在甚至憎水性溶液當(dāng)中，因此加工顏料不會(huì)受到顏料粘度或者粒徑的影響，因此儲(chǔ)存穩(wěn)定性優(yōu)良。
就可以在這里使用的顏料而論，其粒徑可以廣泛地處于0.01微米-若干微米范圍內(nèi)，其比表面積可以廣泛地處于幾平方米/克-幾百平方米/克的范圍。這些物理性質(zhì)大大地影響到了其作為著色物質(zhì)時(shí)的色彩特性以及其分散性。因此，在將顏料分散在陽離子可聚合化合物中或者分散在有機(jī)溶劑中的時(shí)候，顏料應(yīng)該優(yōu)選被粉碎到盡可能接近于初級(jí)粒子的程度并均勻分散在其中。具有上述希望特征的加工顏料可以使用能夠?qū)︻伭线M(jìn)行充分物理攪拌的分散機(jī)械來制造。因此，為了使顏料能夠與陽離子可聚合化合物反應(yīng)，優(yōu)選使用能夠適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行顏料分散的分散機(jī)械。例如，可以使用球磨機(jī)，砂磨機(jī)，油漆攪拌器，超聲波均質(zhì)機(jī)等。
這樣獲得的加工顏料中顏料與陽離子可聚合化合物之間的鍵的狀態(tài)可以通過IR光譜分析來表征。例如，應(yīng)當(dāng)對(duì)具有脂環(huán)族環(huán)氧基的陽離子可聚合化合物進(jìn)行光譜分析，然后，再對(duì)通過陽離子可聚合化合物與其表面上具有羧基、內(nèi)酯或者酚羥基的顏料之間的反應(yīng)所得到的加工顏料進(jìn)行光譜分析。此后，將這樣得到的吸收峰彼此進(jìn)行對(duì)比以證實(shí)顏料表面與陽離子可聚合化合物之間的反應(yīng)生成了所述鍵。
將如上所述制備的加工顏料與油墨溶劑(該油墨溶劑中包含有在光照射時(shí)能夠產(chǎn)生酸的光酸發(fā)生劑)混合，由此得到根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的噴墨用油墨。
就油墨溶劑而論沒有特別的限定，只要它滿足以下提到的特性即可。但是，特別優(yōu)選的溶劑可以選自下述這種溶劑，即在該溶劑中使用陽離子可聚合化合物并且該溶劑可以作為著色劑用于固化可以被酸促進(jìn)的油墨中。噴墨用油墨要求具有優(yōu)良的釋放穩(wěn)定性、優(yōu)良的打印圖象質(zhì)量與儲(chǔ)存穩(wěn)定性。在這方面，作為著色物質(zhì)引入的顏料的分散性在實(shí)現(xiàn)這些希望性能的任一種中都起著很重要作用。另外，就應(yīng)當(dāng)控制的油墨的具體物理性能而論，包括粘度，表面張力，電導(dǎo)率，揮發(fā)性以及顏料的粒徑。其中，粘度的控制是很重要的，因此，油墨的粘度應(yīng)該優(yōu)選限制在預(yù)定的范圍內(nèi)(或者，抑制任何粘度的增加)。
具體地說，所述油墨溶劑可以選自在正常壓力和50℃下的粘度不高于50mPa·s，并且擁有脂環(huán)族骨架和/或脂肪族骨架的環(huán)氧化合物，該環(huán)氧化合物在酸的存在下可發(fā)生聚合。盡管發(fā)生油墨釋放作用的環(huán)境會(huì)改變，但在被認(rèn)為是油墨使用最苛刻的環(huán)境，即50℃的環(huán)境中，油墨的粘度要求至多為50mPa·s或者更低。如果油墨粘度高于50mPa·s，則油墨的釋放可能變得不穩(wěn)定或者可能會(huì)導(dǎo)致油墨釋放失敗。另外，甚至在普通的室溫環(huán)境中，油墨的粘度也應(yīng)該優(yōu)選限制在至多50mPa·s或者更低的范圍內(nèi)。
至于可以優(yōu)選用于粘度最高為50cp(mPa·s)的墨汁中的環(huán)氧化合物，它們可以以任何方式彼此組合，只要所生成的環(huán)氧化合物能夠獲得50cp或更低的粘度即可。例如，如果這種粘性環(huán)氧化合物與粘度低到幾cp的環(huán)氧化合物結(jié)合的話，可以使用粘度范圍為數(shù)百到數(shù)千cp的非常粘的環(huán)氧化合物。因此，通常來說，幾乎所有的上述環(huán)氧化合物均可以使用。當(dāng)″n″種可通過酸聚合的化合物混合在一起用于油墨時(shí)，如果所生成的組合物以一定的方式配制，使得下式(1)所表示的粘度ηt將變成50(mpa·s)時(shí)，則油墨的粘度將限定在50cp或更低的范圍內(nèi)。因此，將優(yōu)選使用這種化合物的組合。通常，更優(yōu)選將這些化合物組合以便使其粘度ηt落在50(mpa·s)-30(mpa·s)范圍內(nèi)。
ηt＝exp(χ1·1n(η1)+χ2·1n(η2)+χ3·1n(η3)+…+χn·1n(ηn))(其中，χ1，χ2，χ3…χn是每一組分的重量比；η1，η2，η3…，ηn是各個(gè)組分的本征粘度)如果粘度ηt超出這一范圍，油墨的釋放可能變得很難或者可能會(huì)由于油墨不規(guī)則的釋放而導(dǎo)致出現(xiàn)影像紊亂。
就光酸發(fā)生劑而論，具體的實(shí)例包括鎓鹽，重氮鹽，醌二疊氮化合物，有機(jī)鹵化物，芳香族磺酸鹽化合物，二砜化合物，磺?；衔?，磺酸鹽化合物，有機(jī)四價(jià)硫化合物，磺酰胺化合物，碘鎓化合物，磺酰基重氮甲烷化合物和這些化合物的混合物。
在制備噴墨用的油墨中，將3-10重量份的顏料、60-90重量份的環(huán)氧化合物、和1-10wt％(以環(huán)氧化合物的量計(jì))的光酸發(fā)生劑均勻混合在一起。然后，通過使用PTFE過濾器將所生成的混合物過濾，得到根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的噴墨用油墨。
順便說一下，在根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的噴墨用油墨中，顏料的量應(yīng)該優(yōu)選限制在1-25wt％的范圍內(nèi)。如果顏料含量低于1wt％，色密度將變得太低。相反，如果顏料含量高于25wt％，油墨的釋放性能將會(huì)變差。
除噴墨用油墨之外，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的加工顏料還適用于粘度相對(duì)低并且包含分散其中的顏料的液體。這種粘度相對(duì)低的液體的實(shí)例包括凹印油墨，篩網(wǎng)油墨和用于液體顯影的調(diào)色劑。另外，也可以將加工顏料作為著色劑用于塑料模制品，或者用在相對(duì)粘的色料，如涂料和印刷油墨中。因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的加工顏料具有優(yōu)良的分散穩(wěn)定性，不管其最終用途如何，使用所述加工顏料得到的色料的儲(chǔ)存穩(wěn)定性能將會(huì)很優(yōu)良，這樣就可以獲得幾乎與上述相同的效果。
以下，將參考下面的具體實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方案。
實(shí)施例1通過使用如下所示的顏料、分散劑和陽離子可聚合化合物來制備加工顏料。
碳黑(Color Black FW2；Dexa Co.，Ltd.)10重量份Solsperse 24000(Avicia Co.，Ltd.)10重量份SR-NPG(新戊二醇二縮水甘油醚；Sakamoto Yakuhin KogyoCo.，Ltd.)80重量份首先，將用作分散劑的Solsperse 24000溶于用作陽離子可聚合化合物的SR-NPG中，得到一種溶液。然后，向該溶液中加入作為顏料的碳黑和100重量份作為分散介質(zhì)的氧化鋯珠粒(直徑為1毫米)，得到一種混合物，之后使用油漆攪拌器將其進(jìn)行5小時(shí)的分散處理，由此使得混合物中發(fā)生反應(yīng)，從而得到加工顏料。這樣得到的加工顏料構(gòu)成這樣一種狀態(tài)，即顏料均勻分散在陽離子可聚合化合物中。
實(shí)施例1-1重復(fù)如實(shí)施例1所述相同的方法，不同之處是用代表脂環(huán)族環(huán)氧化合物的C3000(二氧化苧烯；DAICEL chemical Industries，Ltd.)代替實(shí)施例1的陽離子可聚合化合物，由此得到加工顏料，其中顏料均勻地分散在陽離子可聚合化合物中。
實(shí)施例1-2重復(fù)如實(shí)施例1所述相同的方法，不同之處是用代表環(huán)醚化合物的氧雜環(huán)丁烷OXT-101(Toa Gousei，Co.，Ltd.)代替實(shí)施例1的陽離子可聚合化合物，由此得到加工顏料，其中顏料均勻地分散在陽離子可聚合化合物中。
實(shí)施例1-3重復(fù)如實(shí)施例1所述相同的方法，不同之處是用代表乙烯基醚化合物的CHVE(1，4-環(huán)己烷二甲醇二乙烯基醚；ISP，Co.，Ltd.)代替實(shí)施例1的陽離子可聚合化合物，由此得到加工顏料，其中顏料均勻地分散在陽離子可聚合化合物中。
實(shí)施例2將實(shí)施例1-1中制備的加工顏料、環(huán)氧化合物和光酸發(fā)生劑根據(jù)下面的配方混合在一起，然后使用篩目尺寸為5微米的PTFE過濾器進(jìn)行過濾，由此制備得到噴墨用油墨。
實(shí)施例1-1的加工顏料50重量份SR-NPG(新戊二醇二縮水甘油醚；Sakamoto Yakuhin KogyoCo.，Ltd.)50重量份UVACURE 1591(DAICEL UCB Co.，Ltd.)8重量份順便說一下，用作環(huán)氧化合物的SR-NPG在常壓下和50℃的溫度下的粘度大約為7cp。
實(shí)施例3通過使用如下所示的顏料、分散劑和陽離子可聚合化合物和有機(jī)溶劑來制備顏料分散液。
碳黑(Color Black FW2；Dexa Co.，Ltd.)10重量份Solsperse 24000(Avicia Co.，Ltd.)10重量份C3000(二氧化苧烯；DAICEL chemical Industries，Ltd.)10重量份Isoper(Exon Co.，Ltd.)70重量份首先，將用作分散劑的Solsperse 24000加入到用作有機(jī)溶劑的Isoper中得到一種溶液。向該溶液中加入作為顏料的碳黑和100重量份作為分散介質(zhì)的氧化鋯珠粒(直徑為1毫米)，得到一種混合物，然后使用油漆攪拌器把上述混合物分散處理3小時(shí)。隨后，把用作陽離子可聚合化合物的C3000加入到上述混合物中并使用油漆攪拌器將所生成的混合溶液分散處理3小時(shí)，由此使得在混合溶液中發(fā)生反應(yīng)。因此，可以獲得顏料分散液，其中加工顏料均勻地分散在包含有機(jī)溶劑和陽離子可聚合化合物的混合溶液中。
實(shí)施例4通過使用如下所示的顏料、分散劑和陽離子可聚合化合物和有機(jī)溶劑來制備顏料分散液。
碳黑(Color Black FW200；Dexa Co.，Ltd.)10重量份Solsperse 24000(Avicia Co.，Ltd.)10重量份C3000(二氧化苧烯；DAICEL chemical Industries，Ltd.)80重量份MEK100重量份首先，將用作分散劑的Solsperse 24000加入到用作有機(jī)溶劑的MEK中得到一種溶液。向該溶液中加入作為顏料的碳黑和100重量份作為分散介質(zhì)的氧化鋯珠粒(直徑為1毫米)，得到一種混合物，然后使用油漆攪拌器把上述混合物分散處理3小時(shí)。隨后，把用作陽離子可聚合化合物的C3000加入到上述混合物中并使用油漆攪拌器將所生成的混合溶液分散處理3小時(shí)，由此使得在混合溶液中發(fā)生反應(yīng)。
然后，使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器通過真空蒸餾除去MEK，這樣制備得到加工顏料分散液，其中碳黑均勻地分散在代表陽離子可聚合化合物的C3000中。
對(duì)比實(shí)施例1通過使用如下所示的顏料、分散劑和陽離子可聚合化合物來制備加工顏料。
碳黑(Color Black FW2；Dexa Co.，Ltd.)10重量份Solsperse 24000(Avicia Co.，Ltd.)10重量份Isoper(Exon Co.，Ltd.)80重量份首先，將用作分散劑的Solsperse 24000溶于用作有機(jī)溶劑的Isoper中得到一種溶液。向該溶液中加入作為顏料的碳黑和100重量份作為分散介質(zhì)的氧化鋯珠粒(直徑為1毫米)，得到一種混合物，然后使用油漆攪拌器把上述混合物分散處理5小時(shí)，這樣就得到了加工顏料。
對(duì)比實(shí)施例2
通過使用如下所示的顏料、分散劑和陽離子可聚合化合物來制備加工顏料。
碳黑(Printex 60；Dexa Co.，Ltd.)10重量份Solsperse 24000(Avicia Co.，Ltd.)10重量份SR-NPG(新戊二醇二縮水甘油醚；Sakamoto Yakuhin KogyoCo.，Ltd.)80重量份首先，將用作分散劑的Solsperse 24000溶于用作陽離子可聚合化合物的SR-NPG中，得到一種溶液。向該溶液中加入作為顏料的碳黑和100重量份作為分散介質(zhì)的氧化鋯珠粒(直徑為1毫米)，得到一種混合物，然后使用油漆攪拌器把上述混合物分散處理5小時(shí)，由此使得在混合物中發(fā)生反應(yīng)，這樣就得到了加工顏料。這樣得到的加工顏料構(gòu)成這樣一種狀態(tài)，即碳黑分散在環(huán)氧化合物中。
上述實(shí)施例和對(duì)比實(shí)施例加工顏料等中包括的組分概括于下表1。
表1
通過IR光譜分析，證實(shí)了加工顏料中鍵合在顏料表面和陽離子可聚合化合物之間的鍵的狀態(tài)。結(jié)果是，在上述實(shí)施例的加工顏料中，可以識(shí)別出在陽離子可聚合化合物中不曾識(shí)別出的吸收峰。更具體而言，所述峰是酯鍵的峰，它可以被認(rèn)為是由于顏料和陽離子可聚合化合物之間發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生的。即，陽離子可聚合化合物被通過該化學(xué)鍵引入到了顏料的表面上。
另外，通過脂環(huán)族醚官能團(tuán)的定量測(cè)定，還可以證實(shí)陽離子可聚合化合物和顏料之間鍵的數(shù)量。在這一定量測(cè)定中，表明，C3000的反應(yīng)性特別高，而且其與碳黑(Color Black FW2)之間共價(jià)鍵的比例不低于SR-NPG共價(jià)鍵的3倍。當(dāng)研究具有環(huán)醚基團(tuán)的陽離子可聚合化合物與顏料之間的反應(yīng)性時(shí)，發(fā)現(xiàn)有一個(gè)總的傾向C3000＞脂環(huán)族環(huán)氧＞環(huán)氧＞環(huán)醚(氧雜環(huán)丁烷，環(huán)氧乙烷等)。這一傾向預(yù)期與加工顏料的分散性有關(guān)，因此可以設(shè)想化合物的反應(yīng)性越高，其抑制顏料分散性劣化的能力就越大(顏料分散性的劣化會(huì)導(dǎo)致顏料顆粒之間發(fā)生凝結(jié)以及顏料顆粒之間發(fā)生弱的鍵合)。
如上所述，要求顏料的表面擁有能夠與陽離子可聚合化合物反應(yīng)的官能團(tuán)，而且顏料的表面至少具有一定的酸度。當(dāng)通過IR光譜分析觀察對(duì)比實(shí)施例2的顏料表面時(shí)，不存在被認(rèn)為是鍵合態(tài)判斷標(biāo)準(zhǔn)的酯鍵吸收峰?？紤]到這一點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為Printex 60的表面幾乎不含上述官能團(tuán)。
此外，使用上述實(shí)施例和對(duì)比實(shí)施例中的加工顏料等作為樣品，研究這些樣品粘度的變化率。
首先，使用旋轉(zhuǎn)E-型粘度計(jì)(Tokyo Keiki Co.，Ltd.)在25℃下測(cè)定每一樣品的粘度。然后，將這些樣品在50℃的環(huán)境中留置30天，然后再次在25℃下測(cè)定每一樣品的粘度。此后，計(jì)算這些樣品的粘度變化率，得到的結(jié)果概括于下表2。
表2
如果粘度的變化率限制在10％的范圍內(nèi)，則可以認(rèn)為樣品是可接受的。
如表2所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的加工顏料、顏料分散液以及噴墨用油墨的增稠率全部不高于10％，因此這表明加工顏料的分散穩(wěn)定。然而，在對(duì)比實(shí)施例1的情況下，由于不存在陽離子可聚合化合物，增稠率高達(dá)12％。在對(duì)比實(shí)施例2的情況下，增稠率進(jìn)一步提高到高達(dá)20％。從對(duì)比實(shí)施例2的結(jié)果將可看出，即使引入了陽離子可聚合化合物，如果用作顏料的碳黑Printex 60表面上沒有共價(jià)鍵，也不可能提高加工顏料的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。
如上所釋，根據(jù)本發(fā)明的一些方面，可以提供能夠顯示出優(yōu)良分散性的加工顏料，使用這種顏料的顏料分散液，和使用這種顏料的噴墨用油墨。
根據(jù)本發(fā)明的其他方面，可以提供具有優(yōu)良分散性以及穩(wěn)定性的加工顏料的制造方法，和加工顏料可以穩(wěn)定地分散在其中的顏料分散液的制造方法。
本發(fā)明可以有效地用于，特別是用于制備各種各樣的粘度相對(duì)低的油墨，比如噴墨用油墨，因此，本發(fā)明從工業(yè)角度來看是很有價(jià)值的。
對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，另外的優(yōu)點(diǎn)和改進(jìn)將是很容易的，因此，本發(fā)明在更寬的方面并不局限于在這里示出和描述的細(xì)節(jié)和典型的實(shí)施方案。因此，在不背離附加權(quán)利要求及其等價(jià)物所定義的通用發(fā)明構(gòu)思的精神或范圍的情況下可以進(jìn)行各種改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種包含顏料的加工顏料，其特征在于顏料含有以物理和/或化學(xué)方式吸附到顏料的一部分表面上的分散劑；和另外還包含通過共價(jià)鍵鍵合到顏料表面上的陽離子可聚合化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的加工顏料，其特征在于顏料選自碳質(zhì)顏料，金屬氧化物顏料，硫化物顏料，酞菁顏料，金屬鹽和金屬粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的加工顏料，其特征在于顏料的平均粒徑是0.35微米或更低。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的加工顏料，其特征在于分散劑選自非離子型表面活性劑，離子型表面活性劑和電荷控制劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的加工顏料，其特征在于陽離子可聚合化合物是具有脂環(huán)族骨架的環(huán)氧化合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的加工顏料，其特征在于環(huán)氧化合物是選自由以下通式(1)表示的化合物，由以下通式(2)表示的化合物以及由以下通式(3)表示的化合物R1-(A1)n-R2(1)R3-A2(2)R4-A3-(R5)k(3)(在通式(1)和(2)中，R1，R2和R3獨(dú)立地表示環(huán)氧基或者具有脂環(huán)族骨架的環(huán)氧基；A1和A2分別表示二價(jià)取代基和一價(jià)取代基，n是0或1；在上述通式(3)中，R4和R5獨(dú)立地代表環(huán)氧基或者具有脂環(huán)族骨架的環(huán)氧基；A3是具有至少一個(gè)亞烷基和/或脂環(huán)族骨架的(k+1)價(jià)取代基(k是自然數(shù)))。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的加工顏料，其特征在于所述陽離子可聚合化合物選自
8.根據(jù)權(quán)利要求1的加工顏料，其特征在于將作為A1引入到通式(1)中的二價(jià)取代基選自
9.根據(jù)權(quán)利要求1的加工顏料，其特征在于將作為A2引入到通式(2)中的一價(jià)取代基選自 HO——CH2——，
10.根據(jù)權(quán)利要求5的加工顏料，其特征在于脂環(huán)族骨架是萜類化合物骨架。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的加工顏料，其特征在于陽離子可聚合化合物鍵合到至少5％的顏料表面上。
12.包含有機(jī)溶劑和著色劑的顏料分散液，其特征在于著色劑是分散在有機(jī)溶劑中的加工顏料，所述加工顏料包括含有以物理和/或化學(xué)方式吸附到顏料的一部分表面上的顏料；和通過共價(jià)鍵鍵合到顏料表面上的陽離子可聚合化合物。
13.包含著色劑的噴墨用油墨，其特征在于著色劑是加工顏料，該加工顏料包括含有以物理和/或化學(xué)方式吸附到顏料的一部分表面上的顏料和通過共價(jià)鍵鍵合到顏料表面上的陽離子可聚合化合物；和另外還包括一種環(huán)氧化合物，其在正常壓力和50℃下的粘度不高于50mPa·s，并且擁有脂環(huán)族骨架和/或脂肪族骨架，該環(huán)氧化合物在酸的存在下可發(fā)生聚合；以及一種光酸發(fā)生劑，該光酸發(fā)生劑在用光照射時(shí)能夠產(chǎn)生酸。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的油墨，其特征在于光酸發(fā)生劑選自鎓鹽，重氮鹽，醌二重氮化合物，有機(jī)鹵化物，芳香族磺酸鹽化合物，二砜化合物，磺?；衔?，磺酸鹽化合物，有機(jī)四價(jià)硫化合物，磺酰胺化合物，碘鎓化合物，磺?；氐淄榛衔镆约斑@些化合物的混合物。
15.用于制造權(quán)利要求1的加工顏料的方法，其特征在于該方法包括通過陽離子可聚合化合物與顏料表面之間的直接反應(yīng)而使陽離子可聚合化合物經(jīng)由共價(jià)鍵鍵合到顏料的表面上。
16.制造顏料分散液的方法，其特征在于該方法包括將顏料分散在有機(jī)溶劑中以由此制備初步分散液；向初步分散液中加入陽離子可聚合化合物以使顏料與陽離子可聚合化合物反應(yīng)，由此使陽離子可聚合化合物共價(jià)鍵合到顏料表面上，和除去所述有機(jī)溶劑以得到所述顏料分散液，其中所述顏料分散在所述陽離子可聚合化合物中。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的制造顏料分散液的方法，其特征在于有機(jī)溶劑選自酯基溶劑和醚基溶劑。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的制造顏料分散液的方法，其特征在于有機(jī)溶劑的沸點(diǎn)Ta比陽離子可聚合化合物的沸點(diǎn)Tb低。
全文摘要
公開了一種加工顏料，該加工顏料包括含有以物理和/或化學(xué)方式吸附在顏料的一部分表面上的分散劑的顏料，和通過共價(jià)鍵鍵合到顏料表面上的陽離子可聚合化合物。優(yōu)選，所述陽離子可聚合化合物由脂環(huán)族環(huán)氧化合物形成。
文檔編號(hào)C09C3/10GK1572843SQ20041000726
公開日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2004年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月18日
發(fā)明者秋山良造, 后河內(nèi)透, 大津和彥 申請(qǐng)人:東芝泰格有限公司