(57)【要約】【課題】小粒径のカーボンブラック分散液の粘度を低くすること。【解決手段】乾式粉砕されたカーボンブラックを含有するカーボンブラック分散液。カーボンブラックが、平均一次粒子径が異なる２種以上からなり、大粒径カーボンブラックが２０〜４０ｎｍ、小粒径カーボンブラックが１０〜２０ｎｍ未満であるカーボンブラック分散液。大粒径カーボンブラックと小粒径カーボンブラックの平均一次粒子径の差が５ｎｍ以上であるカーボンブラック分散液。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾式粉砕されたカーボンブラックを含有するカーボンブラック分散液。
【請求項２】
カーボンブラックが、平均一次粒子径が異なる２種以上からなり、大粒径カーボンブラックが２０〜４０ｎｍ、小粒径カーボンブラックが８〜２０ｎｍ未満である請求項１に記載のカーボンブラック分散液。
【請求項３】
大粒径カーボンブラックと小粒径カーボンブラックの平均一次粒子径の差が５ｎｍ以上である請求項１または２に記載のカーボンブラック分散液。
【請求項４】
大粒径カーボンブラックに対する小粒径カーボンブラックの配合比が１／３〜１／２０である請求項１〜３いずれか記載のカーボンブラック分散液。
【請求項５】
平均一次粒子径が異なる２種以上のカーボンブラックを混合した後、乾式粉砕するカーボンブラック分散液の製造方法。
【請求項６】
平均一次粒子径が異なる２種以上のカーボンブラックと色素誘導体とを混合した後、乾式粉砕するカーボンブラック分散液の製造方法。
【請求項７】
乾式粉砕したカーボンブラックを用いるカーボンブラック分散液の低粘度化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーフィルターのブラックマトリックス形成やインクジェットに好適に用いられるカーボンブラック分散液に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラーフィルター用ブラックマトリックスの光学濃度であるＯＤ値やインクジェットインキの着色濃度を向上させる手段として、異なる粒子径のカーボンブラックを配合する技術がある（特許文献１）が、カーボンブラック分散液の粘度が高いという問題があった。
【０００３】
また、カラーフィルター用ブラックマトリックスでは、ＬＣＤ画面の高精細化等の観点からブラックマトリックスの極細化が行われている。この工程において、細線パターン形成を良好にするため平均一次粒子径が４０ｎｍ未満である小粒径のカーボンブラックが使用されているが、このような小粒径カーボンブラック分散液の粘度は高くなる傾向があった。
【０００４】
このような粘度が高い分散液をカラーフィルター用ブラックマトリックスやインクジェットインキに使用することはその特性上支障があり現実的ではなかった。
【特許文献１】特開平９−１３３８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、カーボンブラック分散液の低粘度化である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決する手段として本発明者らは種々検討を重ね、カーボンブラック分散液の粘度上昇を抑制する方法を見出した。
【０００７】
すなわち、本発明者らは、乾式粉砕されたカーボンブラックを原料とした分散液は、乾式粉砕されていないカーボンブラックを原料とした分散液よりも低い粘度となる知見を得た。
さらに、平均一次粒子径が異なる２種以上のカーボンブラックを乾式粉砕して得られたカーボンブラック処理物を原料とした分散液は、同じ組み合わせで乾式粉砕しなかったカーボンブラック混合物を原料とした分散液よりも低い粘度となる知見も得た。
【０００８】
すなわち本発明は、
（１）乾式粉砕されたカーボンブラックを含有するカーボンブラック分散液。
（２）カーボンブラックが、平均粒子径が異なる２種以上からなり、大粒径カーボンブラックが２０〜４０ｎｍ、小粒径カーボンブラックが８〜２０ｎｍ未満である（１）に記載のカーボンブラック分散液。
（３）大粒径カーボンブラックと小粒径カーボンブラックの平均一次粒子径の差が５ｎｍ以上である（１）または（２）に記載のカーボンブラック分散液。
（４）大粒径カーボンブラックに対する小粒径カーボンブラックの配合比が１／３〜１／２０である（１）〜（３）いずれか記載のカーボンブラック分散液。
（５）平均一次粒子径が異なる２種以上のカーボンブラックを混合した後、乾式粉砕するカーボンブラック分散液の製造方法。
（６）平均一次粒子径が異なる２種以上のカーボンブラックと色素誘導体とを混合した後、乾式粉砕するカーボンブラック分散液の製造方法。
（７）乾式粉砕したカーボンブラックを用いるカーボンブラック分散液の低粘度化方法。
である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のカーボンブラック分散液は、乾式粉砕されたカーボンブラックを含有するので、カーボンブラックの分散が良好であり、粘度が低い。
また、カーボンブラックが、平均粒子径が異なる２種以上からなり、大粒径カーボンブラックが２０〜４０ｎｍ、小粒径カーボンブラックが８〜２０ｎｍ未満なので、着色濃度及び光学濃度が高く、粘度が低い。
大粒径カーボンブラックと小粒径カーボンブラックの平均一次粒子径の差が５ｎｍ以上なので、更に着色濃度及び光学濃度が高く、粘度が低い。
また、大粒径カーボンブラックに対する小粒径カーボンブラックの配合比が１／３〜１／２０なので、更にカーボンブラックの分散が良好であると共に粘度が低い。
【００１０】
本発明のカーボンブラック分散液の製造方法は、平均一次粒子径が異なる２種以上のカーボンブラックを混合した後、乾式粉砕するので、生産効率が良好であると共に、得られるカーボンブラック分散液は着色濃度及び光学濃度が高く、粘度が低い。
更に、本発明のカーボンブラック分散液の製造方法は、平均一次粒子径が異なる２種以上のカーボンブラックと顔料誘導体とを混合した後、乾式粉砕するので、分散が非常に良好である。よってこれを用いて得られるカーボンブラック分散液は着色濃度及び光学濃度が高く、粘度が低い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
＜カーボンブラック処理物＞
本発明では、低粘度分散液を実現する手段として、まず、カーボンブラックを乾式粉砕してカーボンブラック処理物を得る。
本発明で用いられるカーボンブラックの平均一次粒子径は４０ｎｍ以下が好ましい。本発明におけるカーボンブラックの平均一次粒子径とは、電子顕微鏡で測定された値である。
【００１２】
また、カーボンブラックの代表特性であるＤＢＰ吸収量は特に限定されないが、一般には４０〜１２０ｍｌ／１００ｇが好ましい。４０〜１００ｍｌ／１００ｇが更に好ましい。
【００１３】
本発明で用いられるカーボンブラックは１種でもよいが、平均一次粒子径が異なる２種以上を用いることが好ましい。このとき、大粒径カーボンブラック（以下、母体カーボンブラックともいう。）と、それよりも平均一次粒子径が小さいカーボンブラック（小粒径カーボンブラック）を１種以上用いることが好ましい。
【００１４】
平均一次粒子径が異なる２種以上のカーボンブラックを用いる場合は、母体となる大粒径カーボンブラックの平均一次粒子径が２０〜４０ｎｍ、それ以外の小粒径カーボンブラックの平均一次粒子径が８〜２０ｎｍ未満の組み合わせが好ましい。大粒径が２０〜３０ｎｍ、小粒径が８〜２０ｎｍ未満の組み合わせがより好ましい。
【００１５】
カーボンブラック分散液の着色濃度及び光学濃度の上昇や粘度の減少は、母体カーボンブラックの粒径とストラクチャーの発達度合い（ＤＢＰ吸収量）、小粒径の配合とその配合比およびカーボンブラックの乾式粉砕が影響する。細密充填化によりカーボンブラック分散液の光学濃度が高くなる観点から、母体となる大粒径カーボンブラックと、それ以外の小粒径カーボンブラックの平均一次粒子径の差は５ｎｍ以上が好ましく、１０ｎｍ以上がより好ましい。
【００１６】
更に、母体となる大粒径カーボンブラックに対して用いられる小粒径のカーボンブラックの配合比は１／３〜１／２０が好ましい。更に好ましくは１／３〜１／１０である。小粒径カーボンブラックを２種以上用いる場合、小粒径間の配合比は特に限定されない。
【００１７】
乾式粉砕は、アトライタ、ボールミル、振動ミル等の媒体を使用する装置、ピンミル、ハンマーミル、マイクロス等の媒体を使用しない装置等が挙げられる。また、乾式粉砕時の温度は特に限定されないが、運転時の安全面から６０〜１１０℃が好ましい。
【００１８】
カーボンブラックを２種以上用いる場合は、各カーボンブラックを各々乾式粉砕してから混合しカーボンブラック処理物を製造することができる。
また、あらかじめ各カーボンブラックを混合し、その後に乾式粉砕してカーボンブラック処理物を製造することもできる。この方法より得られたカーボンブラック処理物を用いてカーボンブラック分散液を製造する方法は、生産効率だけでなくカーボンブラック分散液がより低粘度化できる観点からより好ましい。
【００１９】
色素誘導体存在下においてカーボンブラックを乾式粉砕することができる。この場合、色素誘導体の添加は、カーボンブラックを乾式粉砕する前や乾式粉砕時、カーボンブラックを２種以上用いる場合は各カーボンブラックを混合する時等に行うことができる。
カーボンブラックの乾式粉砕工程に色素誘導体が存在することによって、カーボンブラックの分散が更に良好になる。特にカーボンブラックを２種以上用いた場合は、更に低粘度化できる。
【００２０】
色素誘導体を配合する場合、カーボンブラック１００重量部に対して色素誘導体０．１〜３０重量部の配合量が好ましく、０．５〜２０重量部がより好ましい。色素誘導体の含有量が０．１重量部より少ない場合は、カーボンブラックを分散する効果が充分に発揮されない場合があり、３０重量部より多い場合は、カーボンブラックの分散が不安定になる場合がある。
【００２１】
本発明で用いられる色素誘導体は特に限定されず、インクジェットやカラーフィルター用ブラックマトリックスに適応できるものであればいずれでも良いが、有機色素に置換基を導入した化合物が好ましい。色素誘導体としては下記一般式（Ａ）で示されるものが好ましく用いられる。
一般式（Ａ）
【化１】
2007154097.tif 000002
（式中、Ｑは有機色素残基、Ｘは直接結合、−ＣＯＮＨ−Ｙ２−、−ＳＯ２ＮＨ−Ｙ２−、または−ＣＨ２ＮＨＣＯＣＨ２ＮＨ−Ｙ２−（但し、Ｙ２は置換基を有してもよいアルキレン基またはアリール基を表す。）、Ｙ１は−ＮＨ−または−Ｏ−、Ｚは水酸基、アルコキシ基、下記一般式（Ｂ）で示される置換基、またはｎが１の場合には−ＮＨ−Ｘ−Ｑ、、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立に置換もしくは無置換のアルキル基、またはＲ１とＲ２とで形成される少なくとも窒素原子を含むヘテロ環、ｍは１から６の整数、ｎは１から４の整数を表す。）
一般式（Ｂ）
【化２】
2007154097.tif 000003
（式中、Ｙ３は−ＮＨ−または−Ｏ−を表す。また、ｍ、Ｒ１、Ｒ２は一般式（Ａ）で定義したとおりである。）
【００２２】
一般式（Ａ）で示される色素誘導体としては、例えば、下記一般式（１）〜（１０）で示される色素誘導体が挙げられる。
【化３】
2007154097.tif 000004
【化４】
2007154097.tif 000005
【化５】
2007154097.tif 000006
【００２３】
一般式（Ａ）で示される色素誘導体を構成する有機色素としては、例えば、フタロシアニン系、キナクリドン系、キナクリドンキノン系、イソインドリノン系、キノフタロン系、ジケトピロロピロール系、ペリレン系、ペリノン系、インジゴ系、チオインジゴ系、ジオキサジン系、アントラキノン系、ピランスロン系、アンスアンスロン系、フラバンスロン系、インダンスロン系、金属錯体系等の縮合多環系有機顔料、ベンズイミダゾロン系、不溶性アゾ系、縮合アゾ系、溶性アゾ系等の他の有機顔料または染料が挙げられる。
【００２４】
また、本発明においては一般に色素とは呼ばれていないナフタレン系、アントラキノン系等の淡黄色の芳香族多環化合物も有機色素として扱う。
これらの有機色素は、１種を単独で使用しても、２種以上を混合して使用してもよい。
【００２５】
＜カーボンブラック分散液＞
本発明のカーボンブラック分散液は、カーボンブラックを乾式粉砕して得られたカーボンブラック処理物と、樹脂、色素誘導体及び溶剤とを混合し分散されて得られる。
本発明で用いられる樹脂、色素誘導体および溶剤は特に限定されず、インクジェットやカラーフィルター用ブラックマトリックスに適応できるものであればいずれでも良い。
【００２６】
既に色素誘導体が配合されているカーボンブラック処理物の場合は、この分散工程において色素誘導体を再度配合してもよいし、配合しなくてもよい。
【００２７】
色素誘導体を再度配合する場合、カーボンブラック処理物において例示されたものが好ましく用いられる。カーボンブラック１００重量部に対する色素誘導体の総配合量は０．１〜３０重量部が好ましく、０．５〜２０重量部がより好ましい。色素誘導体の総配合量が０．１重量部より少ない場合は、カーボンブラックを分散する効果が充分に発揮されない場合があり、３０重量部より多い場合は、カーボンブラックの分散が不安定になる場合がある。
【００２８】
樹脂としては、ブチラール樹脂、スチレンーマレイン酸共重合体、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル系樹脂、アルキッド樹脂、ポリスチレン、ポリアミド樹脂、ゴム系樹脂、環化ゴム系樹脂、セルロース類、ポリエチレン、ポリブタジエン、ポリイミド樹脂等熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、ロジン変性フマル酸樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。樹脂はその用途により２種以上の樹脂を組み合わせて用いることもできる。
【００２９】
溶剤としては、例えばシクロヘキサノン、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、１−メトキシ−２−プロピルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、エチルベンゼン、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、キシレン、エチルセロソルブ、メチル−ｎアミルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテル、トルエン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、イソブチルケトン、石油系溶剤等が挙げられ、これらを単独もしくは混合して用いることができる。
【００３０】
分散手段はメディア分散、メディアレス分散等いずれでもかまわない。メディア分散であれば、一般的にはビーズミル、アトライタ、ボールミル、ペイントコンディショナー等の分散機に、ガラス、ジルコニアなどのセラミックビーズを投入し、カーボンブラックと共に分散を行う。さらに３ロールや高圧ホモジナイザー、ジェットミル、マイクロス、超音波分散機などのメディアレス分散機と組み合わせても良い。
【００３１】
なお、分散が不十分で粗大粒径がある場合、それらを濾過により除去してもよい。また、分散が十分な場合でも、系内の異物を除去する目的で濾過を行うことが望ましい。また、濾過器の種類には特に限定はない。
【００３２】
上記のようにして、本発明のカーボンブラック分散液を製造することができる。本発明のカーボンブラック分散液は、カラーフィルターのブラックマトリックス形成やインクジェット用途に好ましく用いられる。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
尚、「部」及び「％」は特に記載のない限り「重量部」及び「重量％」を示す。
（アクリル樹脂）
反応容器にシクロヘキサノン８００部を投入し、窒素ガスを注入しながら１００℃に加熱した。同温度で下記のモノマーと熱重合開始剤の混合物を１時間かけて滴下し、重合反応を行った。
スチレン ６０．０部、メタクリル酸 ６０．０部、メチルメタクリレート ６５．０部ブチルメタクリレート ６５．０部、アゾビスイソブチロニトリル １０．０部
滴下後、さらに１００℃にて３時間反応させた後、アゾビスイソブチロニトリル２．０部をシクロヘキサノン５０部で溶解させたものを添加した。さらに１００℃で１時間反応を続け、アクリル樹脂溶液を得た。アクリル樹脂の重量平均分子量は約４００００であった。
室温まで冷却した後、シクロヘキサノンを添加して不揮発分３０％のアクリル樹脂溶液を調製した。
【００３４】
（色素誘導体）
以下に示す色素誘導体を用いた。
【化６】
2007154097.tif 000007
【００３５】
[実施例１]
乾式粉砕機にて、粒子径２３ｎｍ、ＤＢＰ吸油量６４ｍｌ／１００ｇのカーボンブラック７５部の乾式粉砕を１０分間行い、カーボンブラック処理物を得た。
この処理物２４部と、アクリル樹脂溶液１７部、色素誘導体１部、シクロヘキサノン７８部を混合し、混合物の全量を、粒径０．８ｍｍのジルコニアビーズ１２０部が投入されたペイントコンディショナーに投入し、５時間分散を行い、カーボンブラック分散液を得た。
【００３６】
[実施例２]
粒子径２３ｎｍ、ＤＢＰ吸油量６４ｍｌ／１００ｇのカーボンブラック６０部と、粒子径１５ｎｍ、ＤＢＰ吸油量５２ｍｌ／１００ｇのカーボンブラック１５部を混合した。
乾式粉砕機にてこの混合物の乾式粉砕を１０分間行い、カーボンブラック処理物を得た。実施例１と同様にこの処理物の分散を行い、カーボンブラック分散液を得た。
【００３７】
[実施例３]
粒子径３４ｎｍ、ＤＢＰ吸油量４８ｍｌ／１００ｇのカーボンブラック６０部と、粒子径１４ｎｍ、ＤＢＰ吸油量５０ｍｌ／１００ｇのカーボンブラック１５部を混合した。
乾式粉砕機にてこの混合物の乾式粉砕を１０分間行い、カーボンブラック処理物を得た。実施例１と同様にこの処理物の分散を行い、カーボンブラック分散液を得た。
【００３８】
[実施例４]
粒子径３４ｎｍ、ＤＢＰ吸油量４８ｍｌ／１００ｇのカーボンブラック６０部と、粒子径１４ｎｍ、ＤＢＰ吸油量５０ｍｌ／１００ｇのカーボンブラック１５部を混合した。
乾式粉砕機にてこの混合物の乾式粉砕を１０分間行い、カーボンブラック処理物を得た。この処理を５回繰り返し、３７５部のカーボンブラック処理物を得た。この処理物３２０部と、アクリル樹脂溶液２２４部、色素誘導体１３部、シクロヘキサノン４４３部を混合し、混合物の全量を、粒径０．５ｍｍのジルコニアビーズ７２０部が投入されたＤＩＳＰＥＲＭＡＴ  ＳＬ−０２５１Ｃ１−ＥＸ（英弘精機社製）にて１０５分間循環分散を行い、カーボンブラック分散液を得た。この分散に要した積算動力は１２００Ｗｈであった。
【００３９】
[実施例５]
粒子径３４ｎｍ、ＤＢＰ吸油量４８ｍｌ／１００ｇのカーボンブラック６０部と、粒子径１４ｎｍ、ＤＢＰ吸油量５０ｍｌ／１００ｇのカーボンブラック１５部および色素誘導体３部を混合した。乾式粉砕機にてこの混合物の乾式粉砕を１０分間行い、カーボンブラック処理物を得た。この処理を５回繰り返し、３９０部のカーボンブラック処理物を得た。
この処理物３３３部と、アクリル樹脂溶液２２４部、シクロヘキサノン４４３部を混合し、混合物の全量を、粒径０．５ｍｍのジルコニアビーズ７２０部が投入されたＤＩＳＰＥＲＭＡＴ  ＳＬ−０２５１Ｃ１−ＥＸ（英弘精機社製）にて１５０分間循環分散を行い、カーボンブラック分散液を得た。この分散に要した積算動力は１２００Ｗｈであった。
【００４０】
[比較例１]
粒子径２３ｎｍ、ＤＢＰ吸油量６４ｍｌ／１００ｇのカーボンブラック２４部、アクリル樹脂溶液１７部、色素誘導体１部、シクロヘキサノン７８部を混合した。
この混合物の全量を、粒径０．８ｍｍのジルコニアビーズ１２０部が投入された湿式アトライタに投入し、５時間分散を行い、カーボンブラック分散液を得た。
【００４１】
[比較例２]
粒子径３４ｎｍ、ＤＢＰ吸油量４８ｍｌ／１００ｇのカーボンブラック６０部と、粒子径１４ｎｍ、ＤＢＰ吸油量５０ｍｌ／１００ｇのカーボンブラック１５部を混合した。
この混合物２４部、アクリル樹脂溶液１７部、色素誘導体１部、シクロヘキサノン７８部を混合した。
この混合物の全量を、粒径０．８ｍｍのジルコニアビーズ１２０部が投入されたペイントコンディショナーに投入し、５時間分散を行い、カーボンブラック分散液を得た。
【００４２】
[比較例３]
粒子径３４ｎｍ、ＤＢＰ吸油量４８ｍｌ／１００ｇのカーボンブラック２５６部と、粒子径１４ｎｍ、ＤＢＰ吸油量５０ｍｌ／１００ｇのカーボンブラック６４部、アクリル樹脂溶液２２４部、色素誘導体１３部、シクロヘキサノン４４３部を混合し、混合物の全量を、粒径０．５ｍｍのジルコニアビーズ７２０部が投入されたＤＩＳＰＥＲＭＡＴ  ＳＬ−０２５１Ｃ１−ＥＸ（英弘精機社製）にて１３５分間循環分散を行い、カーボンブラック分散液を得た。この分散に要した積算動力は１２００Ｗｈであった。
【００４３】
（粘度測定）
実施例１、２及び比較例１におけるカーボンブラック分散液は、ＥＭ型粘度計（ＴＯＫＩＭＥＣ社製）を用い、２５℃、５０ｒｐｍにて粘度測定した。
実施例３及び比較例２におけるカーボンブラック分散液は、ＴＶＥ−２０Ｌ形粘度計（東機産業社製）を用い２５℃、２０ｒｐｍにて粘度測定した。
実施例４、５及び比較例３におけるカーボンブラック分散液は粘弾性測定器（ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製）を用い２５℃にて粘度測定した。
【００４４】
（ＯＤ値測定）
固形分濃度が２０％になるようにシクロヘキサノンで希釈されたカーボンブラック分散液を、スピンコーターにてガラス基板に塗布し、１４０℃、２分間加熱した。
塗布基板のＯＤ値をマクベス濃度計（ＧＲＥＴＡＧ Ｄ２００−ＩＩ）により測定し、膜厚１．０μｍにおける光学濃度（ＯＤ値）を求めた。
【００４５】
【表１】
2007154097.tif 000008