CN104841332B - 水溶性表面活性剂组合物和配合了该组合物的墨组合物 - Google Patents

水溶性表面活性剂组合物和配合了该组合物的墨组合物 Download PDF

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Abstract

表面活性剂组合物，其含有(A)下述平均组成式(I)所示的聚醚改性有机硅、(B1)水和(C1)水溶性有机溶剂。

Description

水溶性表面活性剂组合物和配合了该组合物的墨组合物
技术领域
本发明涉及水溶性表面活性剂组合物，特别地涉及在墨中配合时由于动态表面张力和接触角低而发挥优异的润湿性、浸透性，也能够应对高速印刷和高速涂布，而且也适合近年的环境问题的水溶性表面活性剂组合物和配合了该组合物的墨组合物。
背景技术
近年来，在印刷业界，由于环境问题等，水性化在不断发展。但是，水系的情况下，由于干燥速度慢，因此与溶剂系相比，生产速度变慢，故不得不经常应对与生产率提高相伴的高速化，要求与高速印刷、高速涂布对应的墨的性能提高。
由于这样的背景，在墨、水性涂料业界，为了赋予对于基材的湿润化、浸透性和分散性，需要赋予优异的表面张力降低能力和低接触角的表面活性剂。选择表面活性剂的情况下，体系处于静态状态时静态表面张力优异，而且出于前述的生产率提高引起的印刷速度提高的必要性的高速度使用时动态表面张力的指标变得重要。
目前为止，聚醚改性有机硅，如专利文献1～4中记载那样，据说可用作墨、涂料用湿润剂、分散助剂等。但是，以往的对于聚醚改性有机硅结构的主链的Si数、环氧乙烷加成摩尔数的限定的见识并不充分，在墨用途中，有时墨水溶液的溶解性不足，流体特性差，不能高速涂布，墨特性不能充分发挥效果。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2003-253166号公报
专利文献2：特开2007-154021号公报
专利文献3：特开2011-046035号公报
专利文献4：特开2013-203910号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明为了改善上述实际情况而完成，目的在于提供由于具有低的动态表面张力和接触角，因此赋予优异的润湿性、浸透性，对水中的溶解性、环境问题也考虑到的能够应对高速印刷和高速涂布的水溶性表面活性剂组合物和墨组合物。
用于解决课题的手段
本发明人为了实现上述目的，进行了深入研究，结果发现：将配合了特定的聚醚改性有机硅表面活性剂的水溶性表面活性剂组合物在墨中配合的情况下，由于具有低的动态表面张力和接触角，因此赋予优异的润湿性、浸透性，水中的溶解性良好，也能够应对高速印刷和高速涂布，而且也适合近年来的环境问题，完成了本发明。
因此，本发明提供下述的水溶性表面活性剂组合物和配合了该组合物的墨组合物。
[1]表面活性剂组合物，其含有：(A)由下述平均组成式(I)所示的聚醚改性有机硅、(B1)水和(C1)水溶性有机溶剂。
【化1】
Figure BDA0000674486280000021
(式(I)中，R为氢原子或碳原子数1～5的烷基，n为6～20的整数。)
[2][1]所述的表面活性剂组合物，由上述平均组成式(I)所示的聚醚改性有机硅的含量为1～95质量％，(B1)水与(C1)水溶性有机溶剂的总量为5～99质量％(其中，(A)、(B1)、(C1)的合计量为100质量％)。
[3]墨组合物，其在[1]或[2]所述的表面活性剂组合物中还含有(D)从染料、有机颜料和无机颜料中选择的至少1种的着色料、(B2)水、(C2)水溶性有机溶剂。
[4]墨组合物，其含有：
(A)由上述平均组成式(I)所示的聚醚改性有机硅：0.05～10质量％、
(B)水：25～97.9质量％、
(C)水溶性有机溶剂：1～50质量％、
(D)从染料、有机颜料和无机颜料中选择的至少1种的着色料：1～20质量％
(其中，(B)成分包含(B1)成分和(B2)成分，(C)成分包含(C1)成分和(C2)成分。)。
[5][3]或[4]所述的墨组合物，(C2)水溶性有机溶剂为从乙二醇、二甘醇、聚乙二醇、丙二醇、甘油、三甘醇、丁二醇、1,2,6-己三醇、巯基乙醇、己二醇、三羟甲基丙烷、脲、2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甘醇单甲基醚、二甘醇单乙基醚、二甘醇单丙基醚、二甘醇单丁基醚、乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、乙二醇单丙基醚、乙二醇单丁基醚中选择的至少1种。
发明的效果
本发明的水溶性表面活性剂组合物是优异的表面活性剂组合物，其滴下后即刻的接触角小，动态表面张力也低，因此在墨中添加时，发挥对基材的润湿性、浸透性和消泡性，也能够应对高速印刷和高速涂布，并且也适合环境问题。由于该特性，本发明的水溶性表面活性剂组合物在实用上极其有利。
具体实施方式
本发明的水溶性表面活性剂组合物含有(A)特定的聚醚改性有机硅、(B1)水和(C1)水溶性有机溶剂。
其中，(A)成分的聚醚改性有机硅由下述平均组成式(I)表示。
【化2】
Figure BDA0000674486280000041
式(I)中，R为氢原子或碳原子数1～5的烷基，优选为氢原子或甲基。n为6～20的整数，优选为6～15，更优选为7～10的整数。如果n为5以下，则水溶液(应为水溶性)差，制成墨时的对基材的润湿性变差，产生墨不均匀等，如果超过20，则制成墨时的表面张力上升，而且对基材的润湿性也变大，不优选。此外，如果R是具有6以上的碳原子数的烷基，则水溶性变差，粘度特性上升，墨涂布性变差，不优选。
作为用于本发明的(A)聚醚改性有机硅，可列举下述的聚醚改性有机硅。
【化3】
Figure BDA0000674486280000051
调制本发明的水溶性表面活性剂组合物时使用的(A)成分的配合比例，在组合物100质量％中优选为1～95质量％，更优选为5～90质量％。在墨中配合时，同样地，如果不足1质量％，则产生泡，成为印刷时的洇渗的原因，如果超过95质量％，水溶解性变差，成为印刷时的洇渗的原因，因此有时不优选。
本发明的水溶性表面活性剂组合物还含有(B1)水、(C1)水溶性有机溶剂。作为水溶性有机溶剂，可列举乙二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、聚乙二醇、丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、甘油等，可将2种以上并用，只要不损害本水溶性表面活性剂组合物的特性，在组合物100质量％中，以(B1)成分与(C1)成分的合计表示，能够以5～99质量％、优选地10～95质量％的量使用。再有，相对于组合物全体，(C1)成分的含量优选5～90质量％，特别优选10～80质量％。
本发明的水溶性表面活性剂组合物，例如，可通过将上述各成分采用叶片式搅拌机等公知的混合调制方法混合而得到。此外，对于常温下固体的成分，根据需要加热混合。
其中，得到的水溶性表面活性剂组合物，其0.1质量％水溶液的滴下0.3秒后的接触角优选为20度以下，更优选为5度以下。而且1Hz和10Hz时的动态表面张力各自优选为40mN/m以下，更优选为20～35mN/m。
再有，接触角是通过使用接触角计CA-D型(协和界面科学公司制造)测定0.1质量％水溶液的滴下0.3秒后的值而得到的，动态表面张力是通过使用气泡压力型动态表面张力计クルスBP-100(KRUSS公司制造)测定0.1质量％水溶液的1Hz和10Hz的值而得到的。
如果得到的水溶性表面活性剂组合物的0.1质量％水溶液的滴下0.3秒后的接触角超过20度，在墨中配合后，由于排斥的产生、吸收性变差，因此有时发生墨的洇渗。同样地，如果0.1质量％水溶液的1Hz和10Hz时的动态表面张力超过40mN/m，即使在毛刷涂布、棒涂器涂布时没有发现排斥，用印刷机、涂布机进行印刷等时，有时也会发生由排斥、浸透力不足导致的洇渗。
使用本发明的水溶性表面活性剂组合物制造墨组合物(以下有时简称为墨)的情况下，(A)成分的聚醚改性有机硅，相对于墨总量，希望以0.05～10质量％、优选地0.05～5质量％、更优选地0.1～5质量％的添加量使用。
在墨中使用本发明的水溶性表面活性剂组合物的情况下，除了本发明的水溶性表面活性剂组合物以外，能够任意地含有染料或颜料等着色料、水、溶剂等溶剂、树脂、其他添加剂。
作为着色料，能够优选使用染料、有机颜料或无机颜料。例如，作为染料，除了按色指数分类为酸性染料、直接染料、反应染料、还原染料、硫化染料或食品用色素的染料以外，也能够使用分类为油溶染料、碱性染料的着色剂。此外，作为颜料，作为黑色墨用颜料，可列举炉法炭黑(カラーブラック)、灯黑、乙炔黑、槽法炭黑等炭黑(C.I.颜料黑7)类，具体地，可列举例如レイヴァン(Raven)7000、レイヴァン5750、レイヴァン5250、レイヴァン5000、レイヴァン3500、レイヴァン2000、レイヴァン1500、レイヴァン1250、レイヴァン1200、レイヴァン1190ULTRA-II、レイヴァン1170、レイヴァン1255(以上为コロンビア公司制造)、ブラックパールズ(Black Pearls)L、リーガル(Regal)400R、リーガル330R、リーガル660R、モウグル(Mogul)L、モナク(Monarch)700、モナク800、モナク880、モナク900、モナク1000、モナク1100、モナク1300、モナク1400、ヴァルカン(Valcan)XC-72R(以上为キャボット公司制造)、カラーブラック(Color Black)FW1、カラーブラックFW2、カラーブラックFW2V、カラーブラックFW18、カラーブラックFW200、カラーブラックS150、カラーブラックS160、カラーブラックS170、プリンテックス(Printex)35、プリンテックスU、プリンテックスV、プリンテックス140U、プリンテックス140V、スペシャルブラック(Special Black)6、スペシャルブラック5、スペシャルブラック4A、スペシャルブラック4(以上为デグッサ公司制造)、No.25、No.33、No.40、No.47、No.52、No.900、No.2300、MCF-88、MA600、MA7、MA8、MA100(以上为三菱化学公司制造)等、或铜氧化物、铁氧化物(C.I.颜料黑11)、氧化钛等金属类、苯胺黑(C.I.颜料黑1)等有机颜料。此外，作为彩色墨用颜料，能够使用C.I.颜料黄1(坚牢黄G)、3、12(双偶氮黄AAA)、13、14、17、24、34、35、37、42(黄色氧化铁)、53、55、74、81、83(双偶氮黄HR)、93、94、95、97、98、100、101、104、108、109、110、117、120、128、138、153、180、C.I.颜料红1、2、3、5、17、22(亮坚牢猩红)、23、31、38、48：2(永久红2B(Ba))、48：2(永久红2B(Ca))、48：3(永久红2B(Sr))、48：4(永久红2B(Mn))、49：1、52：2、53：1、57：1(亮洋红6B)、60：1、63：1、63：2、64：1、81(若丹明6G色淀)、83、88、101(氧化铁红)、104、105、106、108(镉红)、112、114、122(喹吖啶酮品红)、123、146、149、166、168、170、172、177、178、179、185、190、193、202、206、209、219、C.I.颜料紫19、23、C.I.颜料橙36、C.I.颜料蓝1、2、15(酞菁蓝R)、15：1、15：2、15：3(酞菁蓝G)、15：4、15：6(酞菁蓝E)、16、17：1、56、60、63、C.I.颜料绿1、4、7、8、10、17、18、36等。
对调制墨时的着色料的使用量并无特别限定，优选墨中的1～20质量％，更优选为2～10质量％。
在本发明的水溶性表面活性剂组合物中，含有(B1)水、(C1)水溶性有机溶剂，但在调制墨时也能够进一步追加(B2)水和(C2)水溶性有机溶剂。作为(C2)水溶性有机溶剂，有乙二醇、二甘醇、三甘醇、丙二醇、一缩二丙二醇、二缩三丙二醇、分子量2,000以下的聚乙二醇、1,3-丙二醇、异丙二醇、异丁二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、甘油、中赤藓糖醇、季戊四醇、巯基乙醇、己二醇等二醇类、碳原子数1～4的烷基醇类、二醇醚类、甲酰胺、乙酰胺、二甲基亚砜、山梨醇、山梨糖醇酐、乙酸甘油酯、二乙酸甘油酯、三乙酸甘油酯、环丁砜、1,2,6-己三醇、三羟甲基丙烷等多元醇类、脲、2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甘醇单甲基醚、二甘醇单乙基醚、二甘醇单丙基醚、二甘醇单丁基醚、乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、乙二醇单丙基醚、乙二醇单丁基醚等，能够适当选择这些中的1种或2种以上而使用。
对调制墨时的(B2)水与(C2)水溶性有机溶剂的使用量并无特别限定，与本发明的水溶性表面活性剂中所含的量合计，在墨中，以(B)水+(C)水溶性有机溶剂计，优选50～97.9质量％，更优选为60～95质量％。其中，将墨总量中的水设为(B){(B)＝(B1)+(B2)}，将墨总量中的水溶性有机溶剂设为(C){(C)＝(C1)+(C2)}。这种情况下，相对于墨组合物，(C)成分的量优选为1～50质量％，特别优选为5～40质量％。
在墨组合物中能够进一步配合树脂。作为树脂，优选形成聚合物的物质的疏水基团为至少从烷基、环烷基或芳基中选择的1种以上。而且，优选亲水基团为至少羧基、磺酸基、羟基、氨基、或酰氨基或它们的碱。
作为形成这些分散聚合物的物质的具体例，能够使用具有带有双键的丙烯酰基、甲基丙烯酰基、乙烯基或芳基的单体、低聚物类。能够使用例如苯乙烯、丙烯酸四氢糠酯、甲基丙烯酸丁酯、α-烷基苯乙烯，2-烷基苯乙烯，3-烷基苯乙烯或4-烷基苯乙烯、α-烷氧基苯乙烯，2-烷氧基苯乙烯，3-烷氧基苯乙烯或4-烷氧基苯乙烯、3，4-二甲基苯乙烯、α-苯基苯乙烯、二乙烯基苯、乙烯基萘、二甲基氨基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙酯、二甲基氨基丙基丙烯酰胺、丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯、丙烯酰基吗啉、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸乙基己酯、其他(甲基)丙烯酸烷基酯、甲氧基二甘醇(甲基)丙烯酸酯、乙氧基、丙氧基、丁氧基的二甘醇或聚乙二醇的(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸羟基烷基酯、其他含氟、含氯、含硅(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酰胺、马来酰胺、(甲基)丙烯酸等1官能以外，导入交联结构的情形下单乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、四乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、1，8-辛二醇和1，10-癸二醇等的(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、甘油二(甲基)丙烯酸酯、甘油三(甲基)丙烯酸酯、双酚A或F的环氧乙烷加成物的二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯等具有丙烯酰基、甲基丙烯酰基的化合物。
对调制墨时的树脂的使用量并无特别限定，在墨中优选0～30质量％，更优选为0～20质量％。再有，配合的情况下优选为1质量％以上。
作为其他添加剂，也能够适当配合紫外线吸收剂、抗氧化剂、pH调节剂、防腐剂、粘度调节剂等。这些其他的添加剂，除了上述的材料以外，作为墨组合物100质量％中的其余部分，能够以有效量配合。
通过将本发明的水溶性表面活性剂组合物、着色料、溶剂、树脂、其他添加剂等分散、溶解，混合搅拌，从而得到具有优异的特性的墨。
作为得到的墨，通过将粘度调节到4mPa·s以下(不包括0)，使得打印特性优异。
此外，该墨还能够采用辊式涂布机等公知的涂布方法涂布或印刷于纸、塑料、陶瓷等基材。此时，优选能够以100～500m/分钟的速度涂布，能够作为记录介质作成。
实施例
以下示出实施例和比较例，对本发明具体地说明，但本发明并不受下述实施例限制。再有，下述的例子中，份和％分别表示质量份、质量％。
[实施例1]
将加热到50℃的80份(A-1)投入带有叶片式搅拌机的容器，慢慢地添加10份丙二醇、10份水后，搅拌1小时，得到了表面活性剂组合物(以下将其称为M-1)。
【化4】
Figure BDA0000674486280000101
[实施例2～4、比较例1～9]
与实施例1同样地，以表1中所示的配合组成，得到了表面活性剂组合物M-2～M-13。
【化5】
Figure BDA0000674486280000111
【化6】
Figure BDA0000674486280000121
【表1】
Figure BDA0000674486280000131
再有，各物性的测定如下所述进行。将结果示于表2。
＜水溶解性＞
进行了上述水溶液的外观和不溶解物的有无的确认。
○：水溶液透明，没有发现不溶解物
△：水溶液白浊，但没有发现不溶解物
×：发现一部分不溶解物
＜动态表面张力＞
使用KRUSS公司制气泡压力型动态表面张力计クルスBP-100，测定了表面活性剂组合物的0.1％水溶液的1Hz和10Hz的动态表面张力。
＜接触角＞
使用协和界面科学公司制接触角计CA-D型测定了将表面活性剂组合物的0.1％水溶液滴到日本テストパネル公司制SUS-304上0.3秒后的接触角。
【表2】
Figure BDA0000674486280000141
[墨配合]
[实施例5]
作为墨，将5份作为黑色颜料的カラーブラックS170(デグッサ公司制造)边用叶片式搅拌机搅拌边慢慢地添加到70份离子交换水中后，添加1份表面活性剂组合物M-1、10份聚乙二醇(分子量200)、15份甘油，搅拌1小时后，得到了黑色墨组合物(以下将其称为イ-1)。
进而，代替上述黑色颜料而分别使用品红颜料(C.I.颜料红122)、青色颜料(C.I.颜料蓝15：3)、黄色颜料(C.I.颜料黄74)，采用与上述同样的方法，制作品红(M)、青色(C)、黄色(Y)墨。
[实施例6～8、比较例10～18]
与实施例5同样地，得到了使用了表面活性剂组合物M-1～M-13的黑色墨组合物イ-2～イ-15。
[实施例9]
作为墨，将5份作为黑色颜料的カラーブラックS170(デグッサ公司制造)边用叶片式搅拌机搅拌边慢慢地添加到70份离子交换水中后，添加0.12份表面活性剂组合物M-1、10份聚乙二醇(分子量200)、15份甘油，搅拌1小时后，得到了黑色墨组合物(以下将其称为イ-5)。
进而，代替上述黑色颜料而分别使用品红颜料(C.I.颜料红122)、青色颜料(C.I.颜料蓝15：3)、黄色颜料(C.I.颜料黄74)，采用与上述同样的方法，得到了品红(M)、青色(C)、黄色(Y)墨。
[实施例10]
作为墨，将5份作为黑色颜料的カラーブラックS170(デグッサ公司制造)边用叶片式搅拌机搅拌边慢慢地添加到70份离子交换水中后，添加5份表面活性剂组合物M-1、10份聚乙二醇(分子量200)、15份甘油，搅拌1小时后，得到了黑色墨组合物(以下将其称为イ-6)。
进而，代替上述黑色颜料而分别使用品红颜料(C.I.颜料红122)、青色颜料(C.I.颜料蓝15：3)、黄色颜料(C.I.颜料黄74)，采用与上述同样的方法，得到了品红(M)、青色(C)、黄色(Y)墨。
再有，各特性的测定如下所述进行。将结果一并示于表3、4。
[墨的评价]
1)打印浓度
关于采用セイコーエプソン制PX-045A、使用黑墨在普通纸打印的点，采用サクラマイクロデンシトメーターPDM-5型(サクラ精机公司制造)测定了打印浓度。打印浓度优选0.99～1.10，更优选1.01～1.10。
2)点直径
采用セイコーエプソン制PX-045A，使用黑墨在普通纸打印，放大到100倍，测定点直径。点直径优选200～250μm，更优选220～240μm。
3)打印图像的色浓度
采用セイコーエプソン制PX-045A，将黑色(B)、品红(M)、青色(C)、黄色(Y)在普通纸全面印刷，用マクベス浓度计RD-918(マクベス公司制造)测定。色浓度优选1.35～2.00，更优选1.40～2.00。
4)墨吸收性
采用セイコーエプソン制PX-045A，将黑色(B)、品红(M)、青色(C)、黄色(Y)同时喷射到普通纸的同一部位，1秒后用压纸板摩擦，测定墨产生的污迹。
○：没有白色部分的污迹
△：轻微地污染
×：污染严重
5)图像均匀性
将打印物的网点放大观察，通过目视观察印刷物的流平性。
评价基准
○：几乎无浓度差
△：略微存在浓度差
×：在网点内发现月牙状的斑点图案
【表3】
Figure BDA0000674486280000161
【表4】
Figure BDA0000674486280000171

Claims (3)

1.墨组合物，其特征在于，在含有(A)由下述平均组成式(I)所示的聚醚改性有机硅、(B1)水和(C1)第一水溶性有机溶剂的表面活性剂组合物中进一步添加(D)从染料、有机颜料和无机颜料中选择的至少1种的着色料、(B2)水和(C2)第二水溶性有机溶剂，
Figure FDA0002629880670000011
式(I)中，R为氢原子或碳原子数1～5的烷基，n为6～20的整数，
其中，基于(A)、(B1)、(C1)的合计量为100质量％，所述(A)聚醚改性有机硅的含量为1～95质量％，(B1)水和(C1)第一水溶性有机溶剂的总量为5～99质量％，
所述表面活性剂组合物的0.1质量％的水溶液在1Hz和10Hz时的动态表面张力分别为40mN/m以下。
2.如权利要求1所述的墨组合物，其中，基于墨组合物的全部质量，含有：
(A)聚醚改性有机硅：0.05～10质量％、
(B1)水和(B2)水的合计：25～97.9质量％、
(C1)第一水溶性有机溶剂和(C2)第二水溶性有机溶剂的合计：1～50质量％、
(D)从染料、有机颜料和无机颜料中选择的至少1种的着色料：1～20质量％。
3.权利要求1或2所述的墨组合物，其中，(C2)第二水溶性有机溶剂是从乙二醇、二甘醇、聚乙二醇、丙二醇、甘油、三甘醇、丁二醇、1，2，6-己三醇、巯基乙醇、己二醇、三羟甲基丙烷、脲、2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、二甘醇单甲基醚、二甘醇单乙基醚、二甘醇单丙基醚、二甘醇单丁基醚、乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、乙二醇单丙基醚、乙二醇单丁基醚中选择的至少1种。
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