特許 6333025 顔料分散液用の炭素微粒子の製造方法、顔料分散液の製造方法、及びインクジェット用インクの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6333025

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年5月30日

(54)【発明の名称】顔料分散液用の炭素微粒子の製造方法、顔料分散液の製造方法、及びインクジェット用インクの製造方法

(51)【国際特許分類】

   C09C 1/44 20060101AFI20180521BHJP

   C01B 32/15 20170101ALI20180521BHJP

   C09D 17/00 20060101ALI20180521BHJP

   C09D 11/322 20140101ALI20180521BHJP

   B41M 5/00 20060101ALI20180521BHJP

【ＦＩ】

   C09C1/44

   C01B32/15

   C09D17/00

   C09D11/322

   B41M5/00 120

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-74617(P2014-74617)

(22)【出願日】2014年3月31日

(65)【公開番号】特開2015-196744(P2015-196744A)

(43)【公開日】2015年11月9日

【審査請求日】2017年3月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】390029148

【氏名又は名称】大王製紙株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000165376

【氏名又は名称】兼松株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100082647

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 義久

(72)【発明者】

【氏名】岩井 俊博

【審査官】 仁科 努

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−１７７５０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２３７７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１５５１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０６７９１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１７８８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０６３５７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０９Ｃ １／４４

Ｃ０９Ｄ １７／００

Ｃ０９Ｄ １１／３２２

Ｃ０１Ｂ ３２／１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

リグニン含有液から顔料分散液用の炭素微粒子を製造する方法であって、
前記リグニン含有液に無機塩を混合して無機塩混合液とし、
この無機塩混合液を液滴化及び乾燥して無機塩含有微粒子とし、
この無機塩含有微粒子を５００℃以上で熱分解して熱分解微粒子とし、
この熱分解微粒子から無機塩を除去して平均粒子径が１〜２０μｍ、外殻の厚さが５０〜２００ｎｍの中空状の炭素微粒子とし、
この平均粒子径が１〜２０μｍの炭素微粒子を平均粒子径が５０〜２００ｎｍとなるまで湿式粉砕して前記顔料用の炭素微粒子とする、
ことを特徴とする顔料分散液用の炭素微粒子の製造方法。

【請求項2】

前記無機塩混合液のリグニン濃度を５〜７（質量／容量）％とし、
前記無機塩の除去は、前記熱分解微粒子をスラリー化し、このスラリーをフィルタープレスで正洗浄及び一次圧搾した後、二次洗浄することで行い、
前記正洗浄及び一次圧搾に際して排出された一次ろ液は、ｐＨ１２〜１４として前記熱分解微粒子のスラリー化に使用する、
請求項１記載の顔料分散液用の炭素微粒子の製造方法。

【請求項3】

顔料と分散剤及び水とを混合して顔料分散液を製造する方法であって、
前記顔料として請求項１又は請求項２記載の製造方法によって得られた炭素微粒子を使用する、
ことを特徴とする顔料分散液の製造方法。

【請求項4】

前記炭素微粒子の混合を、ビーズ径０．２〜０．４ｍｍの分散媒体を用いて行う、
請求項３記載の顔料分散液の製造方法。

【請求項5】

顔料分散液用の炭素微粒子の製造方法であって、
請求項１又は請求項２記載の製造方法によって前記炭素微粒子の比表面積を４５０〜５５０ｍ²／ｇ、吸油量を８００〜９００ｍｌ／１００ｇとする、
ことを特徴とする顔料分散液用の炭素微粒子の製造方法。

【請求項6】

顔料、分散剤及び水が配合された顔料分散液の製造方法であって、
前記顔料の主成分は、請求項１、請求項２、又は請求項５記載の製造方法によって得られた炭素微粒子であり、
前記分散剤の主成分は、ナフタレン・カルボン酸である、
ことを特徴とする顔料分散液の製造方法。

【請求項7】

顔料、分散剤及び水が配合された顔料分散液に、添加剤が配合されたインクジェット用インクの製造方法であって、
前記顔料分散液は、請求項６記載の製造方法によって得られた顔料分散液である、ことを特徴とするインクジェット用インクの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、製紙工場において排出される黒液等から顔料分散液用の炭素微粒子を製造する方法、当該炭素微粒子を使用して顔料分散液を製造する方法、及びインクジェット用インクを製造する方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

インクジェット印刷機に用いられるインクジェット用インクとしては、水溶性染料を水等と混合して得た染料系インクのほか、カーボンブラック等の顔料を分散剤や水等と混合し、更にこの顔料分散液を各種添加剤等と混合して得た顔料系インクが存在する。この顔料系インクは、染料系インクと比較して耐水性や耐光性に優れるという利点を有するが、不溶性の顔料を水等に分散させて得るものであり、顔料の分散性が悪いため、ノズルの目詰まりが生じ易い等の問題を有している。

【0003】

そこで、現在では、分散性の向上等を目的として、分散剤の種類を特定する提案（例えば、特許文献１，２参照。）や、顔料として使用するカーボンブラックを改質する提案（例えば、特許文献３参照。）、顔料、分散剤、水等の混合方法を特定する提案（例えば、特許文献４参照。）、等が行われている。

【0004】

一方、顔料系インクに使用する顔料としては、従来から、カーボンブラックが多用されている（上記特許文献３，４参照。）。このカーボンブラックは、天然ガスや石油、クレオソート油等の化石燃料を熱分解することで得られる炭素微粒子であり、黒色、かつ微粒子状である。しかしながら、カーボンブラックは、化石燃料を原料とするため、近年の環境保護を推進する社会の要請に沿わない側面を有する。

【0005】

そこで、資源を有効利用し、もって環境保護を推進するという観点から、製紙工場において排出される黒液や、バイオエタノール抽出後の溶液等のリグニン含有液が注目を集めている。具体的には、例えば、製紙工場においては、蒸解工程において多量の黒液が排出されており、この黒液は蒸解薬液由来のナトリウムや硫黄等のアルカリ薬品の他、リグニン等の有機物を含む。現在、この黒液に含まれるリグニンの有効利用が種々検討されており、例えば、特許文献５は、リグニン含有液から炭素微粒子を製造する方法を提案する。この提案は、リグニン含有液を微小液滴化・乾燥して微粒子とし、この微粒子を熱分解して炭素微粒子を製造するというものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００１−１４６５５８号公報

【特許文献2】特開２００２−３８０７２号公報

【特許文献3】特許第４７６９０８１号公報

【特許文献4】特開２００９−６７９１２号公報

【特許文献5】特開２００９−１５５１９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

引用文献５は、このようにして製造される炭素微粒子がカーボンブラック等の代替品になることを期待しており、さまざまな試験結果を開示して製造される炭素微粒子が有用であることを明らかにしようとしている。しかしながら、同文献は、例えば、段落［００５６］において「本発明の製造方法で生成された炭素微粒子は軽量であり、比表面積が市販の活性炭と同等であるものも存在するため、タイヤ等のゴムの補強剤としての利用の他、活性炭、除放材、黒色顔料、トナー、カラーフィルター、導電材料、静電防止剤、電池電極材料、及び粘性流体等としての利用が期待される」とするに留まる。つまり、同文献は、得られる炭素微粒子の一般的な用途を挙げるに留まり、顔料分散液やインクジェット用インクの顔料として使用するに好適な炭素微粒子やその製造方法を提案するものではない。また、リグニン含有液から製造される炭素微粒子がカーボンブラックと全く同じ物性であれば顔料分散液やインクジェット用インクの顔料として使用するに困難はないが、当該炭素微粒子の物性はカーボンブラックの物性と異なる。

【0008】

本発明が解決しようとする主たる課題は、黒液等のリグニン含有液から顔料分散液用とするに好適な炭素微粒子を製造する方法、当該炭素微粒子を使用して顔料分散液を製造する方法、及びインクジェット用インクを製造する方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この課題を解決するための本発明は、次の通りである。
〔請求項１記載の発明〕
リグニン含有液から顔料分散液用の炭素微粒子を製造する方法であって、
前記リグニン含有液に無機塩を混合して無機塩混合液とし、
この無機塩混合液を液滴化及び乾燥して無機塩含有微粒子とし、
この無機塩含有微粒子を５００℃以上で熱分解して熱分解微粒子とし、
この熱分解微粒子から無機塩を除去して平均粒子径が１〜２０μｍ、外殻の厚さが５０〜２００ｎｍの中空状の炭素微粒子とし、
この平均粒子径が１〜２０μｍの炭素微粒子を平均粒子径が５０〜２００ｎｍとなるまで湿式粉砕して前記顔料用の炭素微粒子とする、
ことを特徴とする顔料分散液用の炭素微粒子の製造方法。

【0010】

〔請求項２記載の発明〕
前記無機塩混合液のリグニン濃度を５〜７（質量／容量）％とし、
前記無機塩の除去は、前記熱分解微粒子をスラリー化し、このスラリーをフィルタープレスで正洗浄及び一次圧搾した後、二次洗浄することで行い、
前記正洗浄及び一次圧搾に際して排出された一次ろ液は、ｐＨ１２〜１４として前記熱分解微粒子のスラリー化に使用する、
請求項１記載の顔料分散液用の炭素微粒子の製造方法。

【0011】

〔請求項３記載の発明〕
顔料と分散剤及び水とを混合して顔料分散液を製造する方法であって、
前記顔料として請求項１又は請求項２記載の製造方法によって得られた炭素微粒子を使用する、
ことを特徴とする顔料分散液の製造方法。

【0012】

〔請求項４記載の発明〕
前記炭素微粒子の混合を、ビーズ径０．２〜０．４ｍｍの分散媒体を用いて行う、
請求項３記載の顔料分散液の製造方法。

【0013】

〔請求項５記載の発明〕
顔料分散液用の炭素微粒子の製造方法であって、
請求項１又は請求項２記載の製造方法によって前記炭素微粒子の比表面積を４５０〜５５０ｍ²／ｇ、吸油量を８００〜９００ｍｌ／１００ｇとする、
ことを特徴とする顔料分散液用の炭素微粒子の製造方法。

【0014】

〔請求項６記載の発明〕
顔料、分散剤及び水が配合された顔料分散液の製造方法であって、
前記顔料の主成分は、請求項１、請求項２、又は請求項５記載の製造方法によって得られた炭素微粒子であり、
前記分散剤の主成分は、ナフタレン・カルボン酸である、
ことを特徴とする顔料分散液の製造方法。

【0015】

〔請求項７記載の発明〕
顔料、分散剤及び水が配合された顔料分散液に、添加剤が配合されたインクジェット用インクの製造方法であって、
前記顔料分散液は、請求項６記載の製造方法によって得られた顔料分散液である、ことを特徴とするインクジェット用インクの製造方法。

【0016】

（主な作用効果等）
本発明者等は、種々の試験を行い、その過程で無機塩含有微粒子の熱分解温度と得られる炭素微粒子の分散性とが相関性を有することを知見した。そこで、更に試験を重ね、熱分解温度を５５０〜１０００℃にすると、分散性が良好な炭素微粒子が得られることを知見し、もって本発明を完成するに至った。

【0017】

なお、前述特許文献５は、段落［００２８］において「本発明でいう熱分解とは、リグニンを含む有機物顔料を３００℃〜１２００℃で加熱して炭素化することをいう。一般的には熱分解は、５００℃から８００℃で行われる」としている。しかるに、この熱分解温度は、単に炭化するのに適する温度を規定したものである。つまり、本発明が創作される前においては、無機塩含有微粒子の熱分解温度と分散性とが相関性を有するとの知見が存在しなかったため、引用文献５の存在を知見していた本発明者等も、当該文献からは本願発明を想到することができなかった。

【発明の効果】

【0018】

本発明によると、黒液等のリグニン含有液から顔料分散液用とするに好適な炭素微粒子を製造する方法、当該炭素微粒子を使用して顔料分散液を製造する方法、及びインクジェット用インクを製造する方法となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】炭素微粒子の製造設備フロー図である（無機塩混合工程、液滴化及び乾燥工程、熱分解工程等）。

【図2】炭素微粒子の製造設備フロー図である（洗浄工程、粉砕工程、乾燥工程等）。

【図3】洗浄工程の詳細フロー図である。

【図4】（１）は炭素微粒子のサンプル写真、（２）は当該炭素微粒子の外殻部分の拡大サンプル写真である。

【図5】（１）は別の例に係る炭素微粒子のサンプル写真、（２）は当該炭素微粒子の外殻部分の拡大サンプル写真である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

次に、本発明の実施の形態を説明する。
本形態に係る顔料分散液用の炭素微粒子の製造方法は、リグニン含有液を原料とする。このリグニン含有液としては、例えば、製紙工場の蒸解工程等において排出される黒液や、バイオエタノール抽出後の溶液等を使用することができる。

【0021】

〔無機塩の添加等〕
リグニン含有液は、必要により、酸化、脱水等して、脱水ケーキとし、図１に示すように、この脱水ケーキＣ１を、コンテナ等を使用して撹拌槽７０まで搬送し、この撹拌槽７０に供給する。また、撹拌槽７０には、無機塩Ｘ及びろ過清水等の水Ｗを供給する。無機塩Ｘ及び水Ｗは、各別に撹拌槽７０に直接供給することもできる。ただし、撹拌槽７０における処理の安定化を図るために、両者Ｘ，Ｗをいったん予備槽６０に供給し混合したうえで、流路Ｒ１を通して撹拌槽７０まで流送し、当該撹拌槽７０に供給するのが好ましい。

【0022】

この撹拌槽７０において得られるリグニン及び無機塩Ｘを含むスラリー（無機塩混合液）Ｓ１は、リグニン濃度が４〜１０（質量／容量）％となるように調節するのが好ましく、４〜８（質量／容量）％となるように調節するのがより好ましく、６〜８（質量／容量）％となるように調節するのが特に好ましい。リグニン濃度が１０（質量／容量）％を上回ると、後述するスプレードライヤ８０において得られる無機塩含有微粒子の外殻が厚くなり過ぎ、後述するフィルタープレス１２０において無機塩Ｘを除去して得た中空状粒子が硬くなり過ぎるため、炭素微粒子の分散性が不十分になるおそれがある。他方、リグニン濃度が４（質量／容量）％を下回ると、上記無機塩含有微粒子の外殻が十分な厚さとならず、フィルタープレス１２０において無機塩Ｘを除去する際に中空状粒子が不均一に崩れてしまうため、炭素微粒子の粒度分布がブロードになるおそれがある。

【0023】

リグニン含有液と混合する無機塩Ｘとしては、メタ珪酸ナトリウムを使用するのが好ましく、メタ珪酸ナトリウム及び水酸化ナトリウムを組み合わせて使用するのがより好ましい。メタ珪酸ナトリウムを使用すると、後述する無機塩Ｘの洗浄が容易になる。

【0024】

メタ珪酸ナトリウム及び水酸化ナトリウムを組み合わせて使用する場合、リグニンとメタ珪酸ナトリウムと水酸化ナトリウムとの混合質量割合は、１００：９８〜８８８：０．０６〜５．４となるように調節するのが好ましく、１００：２９６〜８８８：１．８〜５．４となるように調節するのがより好ましい。リグニン１００質量部に対する無機塩Ｘ（メタ珪酸ナトリウム及び水酸化ナトリウム）の混合割合が９８．０６質量部を下回ると、後述するフィルタープレス１２０において無機塩Ｘを除去するのが困難になるおそれがある。また、無機塩Ｘの混合割合が９８．０６質量部を下回ると、熱分解中に当該無機塩Ｘが溶融してしまい、得られる熱分解粒子を中空状に出来なくなるおそれがある。他方、リグニン１００質量部に対する無機塩Ｘ（メタ珪酸ナトリウム及び水酸化ナトリウム）の混合割合が８９３．４質量部を上回ると、後述するフィルタープレス１２０において無機塩Ｘを除去する際に中空状粒子が不均一に崩れてしまい、炭素微粒子の粒度分布がブロードになるおそれがある。

【0025】

本形態の撹拌槽７０には、モーターＭを駆動源とする撹拌翼７１が備えられている。この撹拌翼７１による撹拌によって、脱水ケーキＣ１中のリグニン及び無機塩Ｘが均等に混合される。また、撹拌槽７０、あるいは上記した予備槽６０には、高濃度での処理を可能とするために、加温装置を備えるのが好ましい。

【0026】

〔液滴化及び乾燥等〕
撹拌槽７０において得られたリグニン及び無機塩Ｘを含むスラリー（無機塩混合液）Ｓ１は、流路Ｒ２を通して液滴化・乾燥手段であるスプレードライヤ８０まで流送し、このスプレードライヤ８０において液滴化及び乾燥する。このスプレードライヤ８０内には、例えば、送風手段Ｆから送風が行われ、また、スラリーＳ１が図示しないスプレーノズルから噴霧される。

【0027】

スラリーＳ１の流送に際しては、フィルターたるスリーン７５を通すのが好ましい。スクリーン７５を通すことで、スラリーＳ１中の未溶解物によって上記スプレーノズルが詰まるのが防止される。なお、スクリーン７５としては、例えば、１５０〜２５０メッシュのものを、好ましくは２００メッシュのものを使用することができる。

【0028】

スプレードライヤ８０にはスラリーＳ１とともに熱風Ｇ１を吹き込み、スラリーＳ１を液滴化及び乾燥して無機塩含有微粒子とする。この際、スラリーＳ１の乾燥後の粉末の粒子径は二次粒子で１〜２５μmとするのが好ましく、１〜１２μｍとするのがより好ましく、１〜１０μｍとするのが特に好ましい。二次粒子径が２５μｍを上回ると炭素微粒子の粒子径が大きくなりすぎ、分散処理を行った際に粒度分布がブロードになり、また、画像濃度や光沢の低下に繋がるおそれがある。二次粒子径が１μｍを下回ると炭素粒子の粒子径が小さくなりすぎ、バグフィルターでの回収効率の低下やハンドリングの悪化に繋がるおそれがある。なお、平均粒子径（μｍ）は、レーザー回折方式の粒度分布径（型番：マイクロトラックＭＴ−３０００II、日機装製）を用いて測定した体積平均粒子径（Ｄ５０）である。

【0029】

また、スラリーＳ１の噴霧圧は、０．２〜０．５ＭＰａとするのが好ましく、０．４〜０．５ＭＰａとするのがより好ましく、０．４５〜０．５ＭＰａとするのが特に好ましい。噴霧圧が０．５ＭＰａを上回ると、炭素微粒子の粒子径が小さくなり過ぎ、炭素微粒子を中空状とすることによる効果、すなわち、顔料分散液中における沈降遅延効果が十分に得られなくなるおそれがある。他方、噴霧圧が０．２ＭＰａを下回ると、炭素微粒子の粒子径が大きくなり過ぎ、分散処理を行った際の粒度分布がブロードになるおそれがある。

【0030】

さらに、スプレードライヤ８０に吹き込む熱風Ｇ１の温度は、２８０〜３３０℃とするのが好ましく、３００〜３２０℃とするのがより好ましく、３２０℃とするのが特に好ましい。このように温度調節することによって、スプレードライヤ８０からの排風温度が１３０℃となるようにすると更に好適である。

【0031】

スプレードライヤ８０において得られる無機塩含有微粒子は粉末状であり、ファンにより流路Ｒ３を通してサイクロン９０まで風送し、このサイクロン９０で捕集するのが好ましい。

【0032】

サイクロン９０においては、無機塩含有微粒子が集塵され、底部から排出される。他方、無機塩含有微粒子が集塵された後の排ガスは、流路Ｒ４を通してバグフィルタ９１まで風送される。このバグフィルタ９１においては、排ガス中に残存する微細な無機塩含有微粒子が集塵される。

【0033】

バグフィルタ９１において微細な無機塩含有微粒子が集塵された後の排ガスＧ２は、大気中に排気することもできるが、排風ファンＦ２が備わる流路Ｒ６を通して適宜の酸化処理設備５０に送ることもできる。排ガスＧ２は、二酸化炭素ガスを含んでおり、また、熱を有する。したがって、排ガスＧ２を酸化処理設備に送り、酸化処理ガスとして使用することで、二酸化炭素ガスの有効利用及び排出量削減が実現される。また、排ガスＧ２が有する熱も有効利用される。なお、バグフィルタ９１に変えてスクラバー等を使用することもできるが、排ガスＧ２が有する熱（排ガスＧ２は、例えば、１３０℃程度の温度を有する。）の有効利用という観点からは、バグフィルタ９１を使用する方が好ましい。

【0034】

〔熱分解等〕
サイクロン９０及びバグフィルタ９１において集塵された無機塩含有微粒子は、流路Ｒ５を通して熱分解手段たる外熱ジャケット１００ａが備わる外熱式のロータリーキルン１００まで送り、このロータリーキルン１００内に供給して熱分解する。

【0035】

この熱分解は、５００℃以上で行うことが好ましく、好適には５５０〜１０００℃で行うのが好ましく、より好適には６００〜１０００℃で行うのがより好ましく、更には７００〜１０００℃で行うのが特に好ましい。然しながら、熱分解温度が３０００℃を上回ると、最終的に得られる炭素微粒子が硬くなり、分散性が不十分になるため、好ましい上限としては１２００℃以下に調整することが製造効率や製造コストの面で好ましい。他方、熱分解温度が５５０℃を下回ると、最終的に得られる炭素微粒子が未焼成となり、分散性が不十分になる。

【0036】

無機塩含有微粒子の熱分解は、１〜６時間かけて行うのが好ましく、２〜３時間かけて行うのがより好ましい。本形態の無機塩含有微粒子は中空状であるところ、この熱分解を急速に行うと系内の水蒸気濃度が上昇し、リグニン成分が溶融して中空状を維持できないおそれがある。

【0037】

無機塩含有微粒子に含まれる水分や結晶水がロータリーキルン１００内に留まることを防止するためには、熱分解処理前に無機塩含有微粒子の温度を１００〜２００℃として１〜４時間放置するのが好ましい。

【0038】

熱分解に際して発生した熱分解ガスＮ１は、外熱ジャケット１００ａに熱風を供給する熱風炉１０１の燃焼用ガスとして使用する。この熱分解ガスＮ１の使用により、熱風炉１０１に新たに供給するＬＰＧガス等の燃料Ｎ２の使用量を減らすことができる。

【0039】

熱風炉１０１で生成した燃焼ガスは、外熱ジャケット１００ａ内に供給し、ロータリーキルン１００の外熱源として利用する。さらに、外熱源として利用した後の外熱ジャケット１００ａから排出された排ガスＧ３は、上記排ガスＧ２と同様に、二酸化炭素ガスを含んでおり、また、熱を有する。したがって、排ガスＧ３も、流路Ｒ７を通して適宜の酸化処理設備５０に送り、酸化処理ガスとして使用するのが好ましい。排ガスＧ３を酸化処理ガスとして使用することで、二酸化炭素ガスの有効利用及び排出量削減を実現することができ、また、排ガスＧ３が有する熱が有効利用される。

【0040】

ロータリーキルン１００において熱分解した熱分解微粒子Ｃ２は、有機物が熱分解され炭化されているものの、脱水ケーキＣ１と混合した無機塩Ｘ由来の無機塩を含有する。そこで、次に、熱分解微粒子Ｃ２を洗浄して当該熱分解微粒子Ｃ２から無機塩を除去する。以下、詳細に説明する。

【0041】

〔スラリー化等〕
熱分解微粒子Ｃ２は、図２に示すように、コンベア等を使用してスラリー化槽１１０まで搬送し、このスラリー化槽１１０に供給する。スラリー化槽１１０には、熱分解微粒子Ｃ２とともに、ろ過清水等の水Ｗを供給し、熱分解微粒子Ｃ２をスラリー化する。このスラリー化は、得られるスラリーＳ２の固形分濃度が１０〜３０質量％となるように、好ましくは１５〜２０質量％となるように行う。

【0042】

スラリー化槽１１０には、モーターＭを駆動源とする撹拌翼１１１が備えられている。この撹拌翼１１１による撹拌によって、熱分解微粒子Ｃ２の分散が迅速に行われ、また、分散濃度が均一化される。

【0043】

スラリー化槽１１０内のスラリーＳ２は、必要により、例えば６０℃に加温することができる。この加温は、スラリー化槽１１０に供給する水Ｗを加温することによって、あるいはスラリー化槽１１０自体を加温することによって、あるいは熱分解微粒子Ｃ２が保持する熱を利用することによって行うこと等ができる。

【0044】

〔脱水等〕
スラリー化槽１１０において得られたスラリーＳ２は、流路Ｒ８を通して脱水手段たるフィルタープレス１２０まで流送し、このフィルタープレス１２０に圧入する。ただし、このスラリーＳ２の流送に際しては、その途中においてスラリーＳ２をフィルターたるスクリーン１１５に通すのが好ましい。スラリーＳ２をスクリーン１１５に通すことによってフィルタープレス１２０における無機塩の除去を均一に行うことができ、一部無機塩が除去されていない炭素微粒子が製造されてしまうのを防止することができる。

【0045】

脱水手段としては、フィルタープレス１２０に変えて、例えば、ベルトプレス等を使用することも考えられる。また、スクリーン７５としては、例えば、１５０〜２５０メッシュのものを、好ましくは２００メッシュのものを使用することができる。さらに、スラリーＳ２をフィルタープレス１２０に圧入するに先立っては、当該スラリーＳ２に含まれる無機塩Ｘを沈殿させ、沈殿した無機塩Ｘを除去することもできる。

【0046】

スラリーＳ２をフィルタープレス１２０に圧入した際に発生する圧入ろ液Ｄ１は、廃液処分することもできるが、前述した予備槽６０に返送し、この予備槽６０に供給するのが好ましい。フィルタープレス１２０は無機塩Ｘの除去を行う手段であり、圧入ろ液Ｄ１は無機塩Ｘを含む。したがって、圧入ろ液Ｄ１を予備槽６０に返送することで、圧入ろ液Ｄ１に含まれる無機塩Ｘが再利用されることになり、予備槽６０に新たに供給する無機塩Ｘの量を減らすことができる。

【0047】

圧入ろ液Ｄ１は、ただちに予備槽６０に返送することもできるが、図３にも示すように、検知手段１２１においてｐＨ及び電気伝導度を検知し、圧入ろ液Ｄ１の状態を確認したうえで予備槽６０に返送するのが好ましい。この際の圧入ろ液Ｄ１は、通常ｐＨ１２〜１４、好ましくはｐＨ１３〜１４である。また、電気伝導度は、通常１３〜２０Ｓ／ｍ（ジーベック毎メートル）、好ましくは１８〜２０Ｓ／ｍである。

【0048】

フィルタープレス１２０に圧入したスラリーＳ２は、ろ過清水等の水Ｗによって正洗浄した後、一次圧搾する。この正洗浄及び一次圧搾に際して排出された一次ろ液Ｄ２は、無機塩Ｘを含むものの正洗浄に利用した水Ｗによって無機塩Ｘの濃度が極めて薄くなっている。したがって、予備槽６０に返送するのは効率的ではなく、スラリー化槽１１０に返送するのが好ましい。なお、この工程において排出される一次ろ液Ｄ２は、続いて行う二次洗浄において無機塩Ｘが溶解し易いｐＨに維持するという観点から、ｐＨ１２〜１４とするのが好ましく、ｐＨ１３〜１４とするのがより好ましい。また、電気伝導度は、通常８〜１２Ｓ／ｍ、好ましくは１０〜１２Ｓ／ｍである。

【0049】

一次圧搾が終了したら、水Ｗを使用して逆洗浄を行い、更に二次圧搾を行って脱水ケーキＣ３を得る。また、この二次圧搾が終了したら、フィルタープレス１２０に窒素、空気等の置換ガスＧ４を吹き込む。この置換ガスＧ４の吹き込みにより、脱水ケーキＣ３中の無機塩Ｘを含む水分が置換ガスＧ４によって置き換えられ、水分率及び無機塩Ｘの含有率がより低下する。

【0050】

逆洗浄、二次圧搾及びガス置換に際して排出された二次ろ液Ｄ３は、ただちに廃液処理することもできるが、検知手段１２１においてｐＨ及び電気伝導度を検知し、無機塩Ｘが除去されているか否か、つまり洗浄の進み具合を確認するのが好ましい。なお、この工程において排出される二次ろ液Ｄ３は、通常ｐＨ８．０〜９．５、好ましくはｐＨ８．０〜９．０である。また、電気伝導度は、通常１００〜１２００μＳ／ｍ、好ましくは１００〜５００μＳ／ｍである。

【0051】

〔粉砕・乾燥等〕
洗浄後の炭素微粒子は、例えば、平均粒子径が１〜２０μｍ、より好ましくは平均粒子径が１〜１２μｍで、外殻の厚さが５０〜２００ｎｍの中空状であり、また、嵩密度が４０〜６０ｋｇ／ｍ³である。したがって、極めて軽量である。

【0052】

しかるに、当該炭素微粒子を顔料分散液用とする場合は、より微細であることが要求される。そこで、脱水ケーキＣ３は、コンテナ等を使用して分散槽１４１まで搬送し、この分散槽１４１において、ろ過清水等の水Ｗや有機溶剤等と混合して炭素微粒子の分散液とする（スラリー化）。この炭素微粒子の分散液は、流路Ｒ９を通してビーズミル等の湿式粉砕機１４０へ流送し、この湿式粉砕機１４０において炭素微粒子を湿式粉砕する。この湿式粉砕によって、例えば、１〜２０μｍであった炭素微粒子が５０〜２００ｎｍとなるまで粉砕される。

【0053】

この湿式粉砕後の炭素微粒子は、そのまま液体品として製品化することも、流路Ｒ１０を通して乾燥機１３０に流送等し、この乾燥機１３０において乾燥して乾燥品として製品化することもできる。

【0054】

乾燥機１３０としては、例えば、自然対流式、定温式、循環式等の各種形式のものを使用することができる。ただし、炭素微粒子は非常に嵩密度が低いため、熱風による飛散を防止するという観点から、定温式の乾燥機を使用して乾燥するのが好ましい。この乾燥の温度は、好ましくは１００〜１３０℃、より好ましくは１１０〜１３０℃である。この乾燥によって炭素微粒子の乾燥品が得られる。

【0055】

〔炭素微粒子〕
以上のようにして製造した炭素微粒子は、比表面積が４５０〜５５０ｍ²／ｇであるのが好ましく、４８０〜５２０ｍ²／ｇであるのがより好ましい。比表面積が５５０ｍ²／ｇを上回ると、顔料分散液の顔料として使用した場合において、凝集力が強く、分散性が不十分になるおそれがある。また、比表面積が５５０ｍ²／ｇを上回ると、インクジェット用インクの顔料として使用した場合において、耐光性が不十分になるおそれがある。他方、比表面積が４５０ｍ²／ｇを下回ると、顔料分散液の顔料として使用した場合において、分散粒径が大きくなり、沈降が生じ易くなるため、分散性が不十分になるおそれがある。

【0056】

なお、本発明に関して比表面積（ｍ²／ｇ）は、窒素吸着によるＢＥＴ法によって測定した値である。

【0057】

また、以上のようにして製造した炭素微粒子は、吸油量が８００〜９００ｍＬ／１００ｇであるのが好ましく、８００〜８５０ｍＬ／１００ｇであるのがより好ましい。吸油量が９００ｍＬ／１００ｇを上回ると、顔料分散液の顔料として使用した場合において、粘度が上昇するため、分散性が不十分になるおそれがある。また、吸油量が９００ｍＬ／１００ｇを上回ると、インクジェット用インクの顔料として使用した場合において、印刷濃度や光沢性が不十分になるおそれがある。他方、吸油量が８００ｍＬ／１００ｇを下回ると、溶剤との親和性が低下するおそれがある。

【0058】

なお、本発明に関して吸油量（ｍＬ／１００ｇ）は、ＪＩＳ Ｋ ５１０１−１３−１：２００４顔料試験方法−第１３部：吸油量−第１節：精製あまに油法によって測定した値である。

【0059】

〔顔料分散液及びその製造方法〕
本形態の顔料分散液を製造するにあたっては、顔料と分散剤及び水とを混合する。
（顔料）
顔料としては、上記した本形態の炭素微粒子を使用する。この点、顔料としては、本形態の炭素微粒子の他、例えば、カーボンブラック等の公知の顔料を混合使用することもできるが、本形態の炭素微粒子が主成分（例えば５０質量％以上、好適には９０質量％以上。）となるように使用するのが好ましい。特に本形態においては、顔料として炭素微粒子のみを使用する。

【0060】

顔料分散液中における顔料の固形分濃度は、５〜２０質量％であるのが好ましく、１０〜１５質量％であるのがより好ましい。顔料の固形分濃度が５質量％を下回ると、画像濃度低下となるおそれがある。他方、顔料の固形分濃度が２０質量％を上回ると、流動性悪化となるおそれがある。

【0061】

（分散剤）
分散剤としては、例えば、非イオン界面活性剤、高分子界面活性剤、エポキシ変性アクリル等、ナフテレン・カルボン酸を使用することができる。ただし、分散剤としては、ナフタレン・カルボン酸を使用するのが好ましく、特殊高分子界面活性剤を使用しないのが好ましい。分散剤としてナフタレン・カルボン酸を使用すると、炭素微粒子の凝集が抑制され、また、顔料分散液の粘度が抑制される。これに対し、分散剤として特殊高分子界面活性剤を使用すると、炭素微粒子が凝集し易くなる。

【0062】

顔料分散液中における分散剤は、顔料１００質量部に対し、５〜３０質量部であるのが好ましく、５〜２０質量部であるのがより好ましい。分散剤が、５質量部を下回ると、顔料が十分に分散しないおそれがある。他方、分散剤が３０質量部を上回ると、本形態の顔料分散液を使用して製造されたインクジェット用インクが、耐水性の悪いものとなり、本形態の顔料分散液をインクジェット用インクの原材料として使用できなくなるおそれがある。

【0063】

（混合）
分散剤や水と混合した炭素微粒子は、例えば、ビーズミル、衝突法、液中プラズマ等の分散機を使用して分散させる（分散処理）。この分散処理においては、凝集している炭素微粒子が一次粒子又は一次粒子に近い状態まで解砕される。この際の炭素微粒子の平均粒子径は、例えば５０〜２００ｎｍ、好ましくは５０〜１５０ｎｍである。なお、平均粒子径（μｍ）は、レーザー回折方式の粒度分布径（島津製作所社製、製品名ＳＡ−ＬＤ−２２００）を用いて体積平均粒子径（Ｄ５０）を測定した値である。

【0064】

また、この分散処理は、ビーズ（分散媒体）を使用して行うのが好ましい。ビーズとしては、例えば、ガラス、鉄、ステンレス、セラミックス等の材質からなるものを使用することができる。ただし、ビーズ径が０．２〜０．４ｍｍのビーズを使用するのが好ましく、０．１〜０．３ｍｍのビーズを使用するのがより好ましい。ビーズ径が０．４ｍｍを上回ると、単位体積当たりのビーズ個数が少なくなり、炭素微粒子とビーズとの衝突回数が減るため、炭素微粒子の分散処理が不十分になるおそれがある。他方、一般的に、ビーズ径が小さくなると、ビーズ１個当たりの質量が軽くなり、顔料に対する衝撃力が弱くなるため、顔料の分散処理が不十分になるとされているが、本形態の炭素微粒子は極めて脆く、衝撃に弱いため、ビーズ径が０．２ｍｍ以上であれば顔料の分散処理を行うことができる。

【0065】

本形態の顔料分散液は、２５℃における粘度が、１〜５０ｍＰａ・Ｓであるのが好ましく、１〜１０ｍＰａ・Ｓであるのがより好ましい。なお、粘度は、雰囲気温度２５℃、ローター回転数６０ｒｐｍの条件下において、Ｂ型粘度計（東機産業（株）製、ＴＶＭ−１０Ｍ）を用いて測定した値である。

【0066】

〔インクジェット用インク及びその製造方法〕
インクジェット用インクを製造するにあたっては、顔料分散液と水性媒体や各種添加剤とを混合する。顔料分散液としては、上記した本形態の顔料分散液を使用する。また、水性媒体としては、水や水性溶剤を使用することができる。水性溶剤としては、例えば、保湿剤として機能するもの、浸透剤として機能するもの、乾燥促進剤として機能するもの等が存在するが、本形態においいては、いずれの水性溶剤も使用することができる。添加剤としては、例えば、吐出安定性を付与する機能を有するノニオン性、アニオン性、カチオン性、両イオン性の界面活性剤や、防カビ剤、キレート剤、ｐＨ調整剤、消泡剤等を使用することができる。

【0067】

インクジェット用インク中における顔料分散液の配合率は、０．５〜１０質量％であるのが好ましく、２〜６質量％であるのがより好ましい。また、インクジェット用インク中における水性媒体の配合率は、７０〜９０質量％であるのが好ましく、７５〜８５質量％であるのがより好ましい。さらに、インクジェット用インク中における各種添加剤の配合率は、１０〜３０質量％であるのが好ましく、１５〜２５質量％であるのがより好ましい。なお、顔料分散液、水性媒体、各種添加剤の合計は、１００質量％を超えることはない。

【0068】

（平均粒子径）
平均粒子径（μｍ）は、レーザー回折方式の粒度分布径（型番：マイクロトラックＭＴ−３０００II、日機装製）を用いて測定した体積平均粒子径（Ｄ５０）である。測定試料の調製は、０．１％ヘキサメタ燐酸ソーダ水溶液に粒子を添加し超音波で１分間分散した。

【0069】

（吸油量）
吸油量（ｍＬ／１００ｇ）は、ＪＩＳ−Ｋ５１０１−１：２００４に準じて測定した。すなわち１０５℃以上１１０℃以下で２時間乾燥した試料２ｇ以上５ｇ以下をガラス板に取り、精油アマニ油（酸化４以下のもの）をビュレットから少量ずつ試料の中央に滴下しその都度ヘラで練り合わせして、滴下練り合わせの操作を繰り返し、全体が初めて一本の棒状にまとまったときを終点として、精製アマニ油の滴下量を求め、下記式（１）によって吸油量を算出した。
吸油量（ｍＬ／１００ｇ）＝[アマニ油量（ｍＬ）×１００]／試料（ｇ）…（１）

【0070】

（粘度）
粘度（ｍＰａ・ｓ）は、雰囲気温度２０℃、ローター回転数６０ｒｐｍの条件下において、Ｂ型粘度計（東機産業（株）製、ＴＶＭ−１０Ｍ）を用いて測定した値である。

【実施例1】

【0071】

次に、本発明の実施例を説明する。
本発明者等は、製紙工場の蒸解工程において排出される黒液をリグニン含有液として使用した試験を行った。この黒液（ｐＨ１４，固形分濃度５０〜６０質量％）は、酸化、脱水等して、ｐＨ１．０〜２．５、水分率４０〜５０％、灰分率０．５〜３．０％の脱水ケーキ（一次ケーキ）とした。

【0072】

この一次ケーキは、固形分濃度が１４．３（質量／容量）％、２８．６（質量／容量）％となるようにスラリー化した。このスラリー化に際しては、無機塩としてメタ珪酸ナトリウム及び水酸化ナトリウムを添加した。この添加は、リグニン１．０ｋｇに対して、メタ珪酸ナトリウムが２．９６ｋｇ、水酸化ナトリウムが０．１８ｋｇとなるように行った。なお、この添加量によると、固形分濃度が１３．０（質量／容量）％の場合においてはリグニンの濃度が約４（質量／容量）％となり、固形分濃度が２６．３（質量／容量）％の場合においてはリグニンの濃度が約８（質量／容量）％となる。

【0073】

無機塩を添加した後のスラリーは、スプレードライヤで液滴化及び乾燥し、無機塩含有微粒子とした。スプレードライヤで乾燥させた乾燥粒子の平均粒子径は１〜２５μｍであり、噴霧圧は０．５ＭＰａとした。スプレードライヤに供給する際のスラリーの温度は４０〜８０℃、スプレードライヤに供給する熱風の温度は３２０℃、スプレードライヤから排気されるガスの温度は１２０℃であった。

【0074】

スプレードライヤにおいて得られた無機塩含有微粒子は、サイクロンを使用して集塵（回収）した。集塵した無機塩含有微粒子の成分構成は、質量基準でリグニン：無機塩：水＝２：６．２８：０．８２であった。

【0075】

無機塩含有微粒子は、外熱式のロータリーキルンを使用して有機分を熱分解（焼成）した。熱分解温度は７００℃、焼成時間は２時間とした。得られた熱分解微粒子の成分構成は、質量基準で炭素微粒子：無機塩：水＝０．５：４．５：０．０となった。

【0076】

熱分解微粒子は、加温したろ過清水を使用してスラリー化した。このスラリー化は、固形分濃度が１０％及び２０％の二種類となるように行った。得られたスラリーは、いずれも温度が６０℃であった。

【0077】

熱分解微粒子のスラリーは、フィルタープレス（ろ過面積０．６ｍ²、ろ室容積７．８Ｌ、ろ布：ポリプロピレン製）に圧入し、更に正洗浄、一次圧搾、逆洗浄、二次圧搾、ガス置換をして脱水ケーキ（二次ケーキ）とした。圧入圧力は０．２ＭＰａ、一次圧搾圧力及び二次圧搾圧力は１．５ＭＰａ、洗浄液の供給圧力は０．１ＭＰａ、置換ガスの供給圧力は０．５ＭＰａとした。洗浄液としてはろ過清水を使用し、置換ガスとしては空気を使用した。二次ケーキの成分構成は、炭素微粒子：無機塩：水分＝０．４８：０．０１：３．８であった。この結果から無機塩が十分に除去されていることが分かる。

【0078】

なお、本発明者等が試験したところによると、一次ケーキに添加する無機塩の質量をリグニン１．０ｋｇに対して９．０ｋｇとした場合は、上記二次ケーキに含まれる無機塩が４．０質量％となり、また、添加する無機塩の質量をリグニン１．０ｋｇに対して０．９８ｋｇとした場合は無機塩を除去することができなかった。このことから、脱水ケーキに添加する無機塩は、リグニン１００質量部に対して３００質量部以上とするのが好ましいことを知見した。

【0079】

無機塩を除去した後の二次ケーキは、定温式乾燥機を使用して乾燥した。また、乾燥温度は、１２０℃とした。このようにして得られた炭素微粒子（乾燥品）のサンプル写真を、図４及び図５に示した。図４の（１）は得られた炭素微粒子（二次粒子）のサンプル写真であり、（２）は当該炭素微粒子の外殻部分を拡大したサンプル写真である。また、図５は別のサンプル写真である。これらの写真から、得られた炭素微粒子（二次粒子）は中空状であり、外殻がナノスケール一次粒子によって多孔質状であること等が分かる。

【産業上の利用可能性】

【0080】

本発明は、製紙工場において排出される黒液等から顔料分散液用の炭素微粒子を製造する方法、当該炭素微粒子を使用して顔料分散液を製造する方法、及びインクジェット用インクを製造する方法として適用可能である。

【符号の説明】

【0081】

５０…酸化処理設備、６０…予備槽、７０…撹拌槽、８０…スプレードライヤ、９０…サイクロン、９１…バグフィルタ、１００…ロータリーキルン、１１０…スラリー化槽、１２０…フィルタープレス、１３０…乾燥機、１４０…湿式粉砕機、１４１…分散槽、Ｃ１…脱水ケーキ、Ｃ２…熱分解微粒子、Ｃ３…脱水ケーキ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】