DE60302424T2

DE60302424T2 - Tinte auf Wasserbasis

Info

Publication number: DE60302424T2
Application number: DE60302424T
Authority: DE
Inventors: Makoto Wakayama-shi Sakakibara; Nobushige Wakayama-shi Tanaka; Ryuma Wakayama-shi Mizushima; Kenji Sumida-ku Kaida; Takehiro Wakayama-shi Tsutsumi
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2003-12-23
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2023-12-24
Also published as: US20040132942A1; EP1433823B1; US7112619B2; EP1433823A1; DE60302424D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tinte auf Wasserbasis. Spezieller betrifft die vorliegende Erfindung eine Tinte auf Wasserbasis, die zweckdienlich zum Beispiel als eine Tinte auf Wasserbasis zur Tintenstrahlaufzeichnung und dergleichen verwendet werden kann.
Eine Tintenstrahlaufzeichnung ist ein Aufzeichnungssystem zum Erzeugen von Zeichen oder Bildern, welches das direkte Ausstoßen von Tintentröpfchen aus sehr feinen Düsen auf ein Aufzeichnungsmedium und das Anlagern der Tintentröpfchen an das Aufzeichnungsmedium umfasst. Dieses System weist einige Vorteile auf, und zwar dergestalt, dass die Vorrichtung nicht nur bei einem niedrigen Lärmpegel eine hervorragende Funktionsfähigkeit aufweist, sondern auch dass die Farbgebung erleichtert ist und ein einfaches Blatt Papier als Aufzeichnungsmedium verwendet werden kann. Daher findet dieses System seit kurzem weitverbreitete Verwendung. Das Tintenstrahlaufzeichnungssystem weist besondere Vorteile bei Vollfarbenaufzeichnungsverfahren auf, so dass im Vergleich zu anderen Aufzeichnungssystemen lebhafte Bilder mit hoher Sättigung erhältlich sind, wenn Farben verwendet werden, die reich an Farbschattierungen sind.
Da von einer für einen Tintenstrahldrucker verwendeten Tinte Lichtechtheit, Wasserfestigkeit und dergleichen gefordert werden, wird seit kurzem eine Pigmentdispersion als ein farbgebender Stoff verwendet.
In einer Pigmentdispersion, die als Schreibgerät oder als Allzwecktinte verwendet wurde, wurde ein Polymerdispersionsmittel, ein oberflächenaktives Mittel oder dergleichen verwendet. Wenn diese Pigmentdispersion jedoch für eine Tinte auf Wasserbasis zur Tintenstrahlaufzeichnung verwendet wird, ist die optische Dichte eines Ausdrucks nicht zufriedenstellend und die Qualität des Ausstoßes oder dergleichen des Tintentröpfchens ist nicht zufriedenstellend.
Um diesen Nachteil auszuschließen, wurde eine Tinte vorgeschlagen, die ein anionisches Polymerdispersionsmittel aus einem Copolymer mit einem aromatischen Ring, einem Carboxylat und einem langkettigen Alkylcarboxylatrest, ein wässriges Medium und ein Pigment enthält, wie im Japanischen Patentblatt Nr. 3056664 offenbart.
Diese Tinte weist jedoch einige Nachteile auf, wie nicht zufriedenstellende Lagerstabilität der Tinte und Wasserfestigkeit des Ausdrucks.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tinte auf Wasserbasis, enthaltend eine wässrige Dispersion von Teilchen aus wasserunlöslichem Vinylpolymer (nachstehend einfach als „Vinylpolymer" bezeichnet), die ein Pigment enthalten, wobei das Vinylpolymer durch Copolymerisieren eines Monomerengemischs erhältlich ist, umfassend:

(i) ein Monomer mit einem Salz-bildenden Rest (a),
(ii) ein Monomer mit einem langkettigen Alkylrest (b) mit 18 bis 30 Kohlenstoffatomen,
(iii) ein Makromer (c),
(iv) ein Monomer mit einem Polyoxyalkylenrest (d), und
(v) ein Monomer (e), das mit dem Monomer mit einem Salz-bildenden Rest (a), dem Monomer mit einem langkettigen Alkylrest (b), dem Makromer (c) und dem Monomer mit einem Polyoxyalkylenrest (d) copolymerisierbar ist. Dieses Monomerengemisch wird nachstehend einfach als ein „Monomerengemisch" bezeichnet.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tinte auf Wasserbasis zur Tintenstrahlaufzeichnung, die zum Beispiel hervorragende Lagerstabilität und Wasserfestigkeit aufweist.
Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.
Das Monomer mit einem Salz-bildenden Rest (a) schließt kationische Monomere, anionische Monomere und dergleichen ein. Beispiele für das Monomer mit einem Salz-bildenden Rest schließen die auf Seite 5, Spalte 7, Zeile 24 bis Spalte 8, Zeile 29 der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 9-286939 aufgeführten und dergleichen ein.
Repräsentative Beispiele für das kationische Monomer schließen ungesättigte tertiäre Aminmonomere, ungesättigte Ammoniumsalzmonomere und dergleichen ein. Von den kationischen Monomeren wird N-(N',N'-Dimethylaminopropyl)(meth)acrylamid bevorzugt.
Der Begriff „(Meth)acryl" bedeutet hier „Acryl" oder „Methacryl".
Repräsentative Beispiele für das anionische Monomer schließen ungesättigte Carbonsäuremonomere, ungesättigte Sulfonsäuremonomere, ungesättigte Phosphorsäuremonomere und dergleichen ein. Von den anionischen Monomeren werden ungesättigte Carbonsäuremonomere, wie Methacrylsäure, bevorzugt.
Der Gehalt an Monomer mit einem Salz-bildenden Rest (a) im Monomerengemisch beträgt unter dem Gesichtspunkt der Dispersionsstabilität der wässrigen Dispersion von Vinylpolymerteilchen vorzugsweise 1 bis 50 Gew.-%, stärker bevorzugt 2 bis 40 Gew.-% und noch stärker bevorzugt 5 bis 20 Gew.-%.
Im Monomer mit einem langkettigen Alkylrest (b) mit 18 bis 30 Kohlenstoffatomen (nachstehend einfach als „Monomer mit einem langkettigen Alkylrest" bezeichnet), weist der langkettige Alkylrest unter dem Gesichtspunkt der Verfügbarkeit des Monomers 18 bis 30 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 18 bis 22 Kohlenstoffatome auf. Repräsentative Beispiele für das Monomer mit einem langkettigen Alkylrest (b) schließen ein Monomer der Formel (I) ein: CH₂=C(R¹)COOR² (I)wobei R¹ ein Wasserstoffatom oder ein Niederalkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, und R² ein einwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 18 bis 30 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 18 bis 22 Kohlenstoffatomen ist, der ein Heteroatom aufweisen kann.
Repräsentative Beispiele für das Monomer mit einem langkettigen Alkylrest (b) schließen (Meth)acrylate, wie (Iso)stearyl(meth)acrylat, (Iso)behenyl(meth)acrylat und dergleichen ein. Diese Monomere mit einem langkettigen Alkylrest können einzeln oder als Gemisch aus mindestens zwei Arten verwendet werden. Das Monomer mit einem langkettigen Alkylrest wird unter den Gesichtspunkten der Unterdrückung der Viskositätsänderung der Tinte auf Wasserbasis durch ein Netzmittel oder ein Dispersionsmittel, das bei der Herstellung der Tinte auf Wasserbasis zugegeben wird, und der ausreichenden Erhöhung der Lagerstabilität bevorzugt. In diesem Fall beträgt der Gesamtgehalt an Stearyl(meth)acrylat und Behenyl(meth)acrylat im Monomerengemisch unter den Gesichtspunkten der Unterdrückung der Viskositätsänderung der Tinte auf Wasserbasis und der ausreichenden Erhöhung der Lagerstabilität vorzugsweise 10 bis 70 Gew.-%, stärker bevorzugt 20 bis 60 Gew.-%.
Der hier verwendete Begriff „(Iso)" bedeutet „Iso" oder „normal".
Der Gehalt an Monomer mit einem langkettigen Alkylrest (b) im Monomerengemisch beträgt unter dem Gesichtspunkt der Lagerstabilität der wässrigen Dispersion der Vinylpolymerteilchen vorzugsweise 10 bis 70 Gew.-%, stärker bevorzugt 20 bis 60 Gew.-% und noch stärker bevorzugt 30 bis 50 Gew.-%.
Das Makromer (c) schließt die Makromere ein, die einen polymerisierbaren funktionellen Rest an einem Ende und ein Zahlenmittel des Molekulargewichts von vorzugsweise 500 bis 100000, stärker bevorzugt von 2000 bis 100000, noch stärker bevorzugt von 4000 bis 100000 aufweisen.
Repräsentative Beispiele für das Makromer schließen Styrolmakromere mit einem polymerisierbaren funktionellen Rest an einem Ende, Siliconmakromere mit einem polymerisierbaren funktionellen Rest an einem Ende, Alkylmethacrylatmakromere mit einem polymerisierbaren funktionellen Rest an einem Ende, Styrol-Acrylnitrilmakromere mit einem polymerisierbaren funktionellen Rest an einem Ende und dergleichen ein. Bevorzugte Makromere schließen Styrolmakromere mit einem polymerisierbaren funktionellen Rest an einem Ende und Siliconmakromere mit einem polymerisierbaren funktionellen Rest an einem Ende ein. In einigen Fällen kann der Begriff „mit einem polymerisierbaren funktionellen Rest an einem Ende" nachstehend bei diesen Makromeren weggelassen werden.
Das Zahlenmittel des Molekulargewichts des Makromers (c) wird mittels Gelpermeationschromatographie unter Verwendung von Polystyrol als Standard und 50 mmol/1 Essigsäure enthaltendem Tetrahydrofuran als Lösungsmittel bestimmt.
Von den Makromeren (c) wird das Styrolmakromer unter dem Gesichtspunkt des ausreichenden Einschließens des Pigments in das Vinylpolymer stärker bevorzugt.
Das Styrolmakromer mit einem polymerisierbaren funktionellen Rest an einem Ende schließt ein Styrolhomopolymer mit einem polymerisierbaren funktionellen Rest an einem Ende und ein Copolymer aus Styrol und einem anderen Monomer mit einem polymerisierbaren funktionellen Rest an einem Ende ein. Von diesen werden Styrolmakromere mit einer (Meth)acryloyloxygruppe als polymerisierbarer funktioneller Rest an einem Ende stärker bevorzugt. Stärker bevorzugt ist das Styrolmakromer ein homopolymerisiertes Styrolmakromer mit einer (Meth)acryloyloxygruppe an einem Ende. Im Copolymer aus Styrol und einem anderen Monomer mit einem polymerisierbaren funktionellen Rest an einem Ende schließt das andere Monomer zum Beispiel Acrylnitril und dergleichen ein. Der Gehalt an Styrolmonomer im Monomerengemisch beträgt unter dem Gesichtspunkt des ausreichenden Einschließens des Pigments in das Vinylpolymer vorzugsweise 5 bis 50 Gew.-%, stärker bevorzugt 10 bis 30 Gew.-%.
Der Gehalt der Komponente (c) im Monomerengemisch beträgt unter dem Gesichtspunkt des ausreichenden Einschließens des Pigments in das Vinylpolymer vorzugsweise 5 bis 50 Gew.-%, stärker bevorzugt 10 bis 30 Gew.-%.
Repräsentatives Beispiel für das Monomer mit einem Polyoxyalkylenrest (d) ist ein Monomer der Formel (II): CH₂=C(R¹)COO(R³O)_pR⁴ (II)wobei R¹ ein Wasserstoffatom oder ein Niederalkylrest ist, R³ ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen ist, der ein Heteroatom aufweisen kann; R⁴ ein Wasserstoffatom oder ein einwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen ist, der ein Heteroatom aufweisen kann, und p eine Zahl von 1 bis 60 ist. Dieses Monomer erhöht die Stabilität des Ausstoßes der erfindungsgemäßen Tinte auf Wasserbasis.
In der Formel (II) ist R¹ ein Wasserstoffatom oder ein Niederalkylrest. Der Niederalkylrest schließt einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ein.
R³ ist ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, der ein Heteroatom aufweisen kann. Das Heteroatom schließt zum Beispiel ein Stickstoffatom, ein Sauerstoffatom, ein Halogenatom und ein Schwefelatom ein.
Repräsentative Beispiele für R³ schließen einen aromatischen Ring mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen, der einen Substituenten aufweisen kann; einen Heteroring mit 3 bis 30 Kohlenstoffatomen, der einen Substituenten aufweisen kann; einen Alkylenrest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, der einen Substituenten aufweisen kann, und dergleichen ein. Diese Ringe oder Reste können als Kombination aus mindestens zwei Arten verwendet werden. Der Substituent schließt einen aromatischen Ring mit 6 bis 29 Kohlenstoffatomen, einen Heteroring mit 3 bis 29 Kohlenstoffatomen, einen Alkylrest mit 1 bis 29 Kohlenstoffatomen, ein Halogenatom, eine Aminogruppe und dergleichen ein.
Bevorzugte Beispiele für R³ schließen einen Phenylenring mit 1 bis 24 Kohlenstoffatomen, der einen Substituenten aufweisen kann, einen aliphatischen Alkylenrest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, einen Alkylenrest mit 7 bis 30 Kohlenstoffatomen mit einem aromatischen Ring und einen Alkylenrest mit 4 bis 30 Kohlenstoffatomen mit einem Heteroring ein.
Bevorzugte Beispiele für einen Rest R³O schließen ein: einen Alkylenoxidrest mit 2 bis 7 Kohlenstoffatomen, wie eine Ethylenoxidgruppe, (Iso)propylenoxidgruppe, Tetramethylenoxidgruppe, Heptamethylenoxidgruppe, Hexamethylenoxidgruppe, und eine Kombination daraus und eine Phenylenoxidgruppe.
R⁴ ist ein Wasserstoffatom oder ein einwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, der ein Heteroatom aufweisen kann. Das Heteroatom schließt zum Beispiel ein Stickstoffatom, ein Sauerstoffatom und ein Schwefelatom ein.
Repräsentative Beispiele für R⁴ schließen ein Wasserstoffatom; einen aromatischen Ring mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen, der einen Substituenten aufweisen kann; einen Heteroring mit 3 bis 30 Kohlenstoffatomen, der einen Substituenten aufweisen kann; und einen Alkylenrest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, der einen Substituenten aufweisen kann, ein. Der Substituent schließt einen aromatischen Ring mit 6 bis 29 Kohlenstoffatomen, einen Heteroring mit 4 bis 29 Kohlenstoffatomen, ein Halogenatom, eine Aminogruppe und dergleichen ein.
Bevorzugte Beispiele für R⁴ schließen ein Wasserstoffatom oder eine Phenylgruppe, einen aliphatischen Alkylrest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, einen Alkylrest mit 7 bis 30 Kohlenstoffatomen mit einem aromatischen Ring und einen Alkylrest mit 4 bis 30 Kohlenstoffatomen mit einem Heteroring ein.
Stärker bevorzugte Beispiele für R⁴ schließen ein Wasserstoffatom, einen Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie eine Methylgruppe, Ethylgruppe, (Iso)propylgruppe, (Iso)butylgruppe, (Iso)pentylgruppe, (Iso)hexylgruppe, und eine Phenylgruppe ein.
p ist eine Zahl von 1 bis 60, vorzugsweise eine Zahl von 1 bis 30, stärker bevorzugt eine Zahl von 3 bis 10.
Repräsentative Beispiele für das Monomer der Formel (II) schließen ein: Polyethylenglycol(2-30, die Zahl entspricht dem Wert p in Formel (II), nachstehend ebenso bezeichnet)(meth)acrylate, Poly(ethylenglycol(1-15) • propylenglycol(1-15)(meth)acrylate, Polypropylenglycol(2-30)(meth)acrylate, Methoxypolyethylenglycol(1-30)(meth)acrylate, Methoxypolytetramethylenglycol(1-30)(meth)acrylate, Ethoxypolyethylenglycol(1-30)(meth)acrylate, (Iso)propoxypolyethylenglycol(1-30)(meth)acrylate, Butoxypolyethylenglycol(1-30)(meth)acrylate, Methoxypolypropylenglycol(1-30)(meth)acrylate, Methoxy(ethylenglycol-propylenglycolcopolymer)(1-30, davon Ethylenglycol: 1-29)(meth)acrylate und dergleichen. Diese Monomere können einzeln oder als Gemisch aus mindestens zwei Arten verwendet werden.
Von den Monomeren der Formel (II) werden Polyethylenglycol(2-30)(meth)acrylate und/oder Polypropylenglycol(2-30)(meth)acrylate bevorzugt. Der Gesamtgehalt an Polyethylenglycol(2-30)(meth)acrylaten und Polypropylenglycol(2-30)(meth)acrylaten im Monomerengemisch beträgt unter dem Gesichtspunkt der Erhöhung der Stabilität des Ausstoßes der Tinte auf Wasserbasis vorzugsweise 5 bis 50 Gew.-%, stärker bevorzugt 10 bis 40 Gew.-%.
Der Gehalt an Monomer mit einem Polyoxyalkylenrest (d) im Monomerengemisch beträgt unter dem Gesichtspunkt der Erhöhung der Stabilität des Ausstoßes der Tinte auf Wasserbasis vorzugsweise 5 bis 50 Gew.-%, stärker bevorzugt 10 bis 40 Gew.-%.
Das Monomer (e), das mit dem Monomer mit einem Salz-bildenden Rest (a), dem Monomer mit einem langkettigen Alkylrest (b), dem Makromer (c) und dem Monomer mit einem Polyoxyalkylenrest (d) copolymerisierbar ist (nachstehend einfach als „copolymerisierbares Monomer" bezeichnet) schließt ein: (Meth)acrylate, wie Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, (Iso)propyl(meth)acrylat, (Iso- oder tertiäres)butyl(meth)acrylat, 2-Ethylhexyl(meth)acrylat, (Iso)octyl(meth)acrylat, (Iso)decyl(meth)acrylat, (Iso)dodecyl(meth)acrylat, (Iso)amyl(meth)acrylat, Cyclohexyl(meth)acrylat, Benzyl(meth)acrylat, 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, 3-Hydroxypropyl(meth)acrylat; Styrolmonomere, wie Styrol, Vinyltoluol, 2-Methylstyrol und Chlorstyrol, und dergleichen. Diese Monomere (e) können einzeln oder als Gemisch aus mindestens zwei Arten verwendet werden.
Der Begriff „(Iso- oder tertiär)" bedeutet hier „Iso-" , „tertiär" oder „normal".
Vorzugsweise enthält das copolymerisierbare Monomer unter dem Gesichtspunkt der Erhöhung der optischen Dichte ein Styrolmonomer. Die bevorzugten Styrolmonomere schließen Styrol ein, und diese können einzeln oder als Gemisch verwendet werden.
Der Gehalt des copolymerisierbaren Monomers im Monomerengemisch beträgt unter dem Gesichtspunkt der Erhöhung der optischen Dichte vorzugsweise 5 bis 40 Gew.-%, stärker bevorzugt 5 bis 30 Gew.-%.
Der Gesamtgehalt des Monomers mit einem Salz-bildenden Rest (a) und des Monomers mit einem Polyoxyalkylenrest (d) im Monomerengemisch beträgt unter den Gesichtspunkten der Erhöhung der Dispersionsstabilität und der Stabilität des Ausstoßes der wässrigen Dispersion der Vinylpolymerteilchen vorzugsweise 6 bis 75 Gew.-%, stärker bevorzugt 10 bis 60 Gew.-%, noch stärker bevorzugt 20 bis 40 Gew.-%.
Das Vinylpolymer kann durch Copolymerisieren des Monomerengemischs mittels eines bekannten Polymerisationsverfahrens, wie eines Massepolymerisationsverfahrens, eines Lösungspolymerisationsverfahrens, eines Suspensionspolymerisationsverfahrens oder eines Emulsionspolymerisationsverfahrens erhalten werden. Von diesen Polymerisationsverfahren wird das Lösungspolymerisationsverfahren bevorzugt.
Das im Lösungspolymerisationsverfahren verwendete Lösungsmittel ist vorzugsweise ein polares organisches Lösungsmittel. Wenn das polare organische Lösungsmittel ein mit Wasser mischbares organisches Lösungsmittel ist, können das mit Wasser mischbare organische Lösungsmittel und Wasser ebenfalls als Gemisch verwendet werden.
Das organische Lösungsmittel schließt zum Beispiel aliphatische Alkohole mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, wie Methanol, Ethanol und Propanol; Ketone, wie Aceton, Methylethylketon und Methylisobutylketon; Ester, wie Ethylacetat; und dergleichen ein. Von diesen werden Methanol, Ethanol, Aceton, Methylethylketon oder ein Lösungsmittelgemisch aus mindestens einem dieser Lösungsmittel und Wasser bevorzugt.
Ein Radikalkettenpolymerisationsinitiator kann bei der Polymerisation verwendet werden. Bevorzugte Radikalkettenpolymerisationsinitiatoren schließen Azoverbindungen, wie 2,2'-Azobisisobutyronitril, 2,2'-Azobis(2,4-dimethylvaleronitril), Dimethyl-2,2'-azobisbutyrat, 2,2'-Azobis(2-methylbutyronitril) und 1,1'-Azobis(1-cyclohexancarbonitril), ein. Organische Peroxide, wie t-Butylperoxyoctoat, Di-t-butylperoxid und Dibenzoyloxid können ebenfalls als Radikalkettenpolymerisationsinitiatoren verwendet werden.
Der Anteil des Polymerisationsinitiators am Monomerengemisch beträgt vorzugsweise 0,001 bis 5 Mol-%, stärker bevorzugt 0,01 bis 2 Mol-%.
Bei der Polymerisation kann ein Polymerisationskettenübertragungsmittel verwendet werden. Repräsentative Beispiele für das Polymerisationskettenübertragungsmittel schließen ein: Mercaptane, wie Octylmercaptan, n-Dodecylmercaptan, t-Dodecylmercaptan, n-Tetradecylmercaptan und 2-Mercaptoethanol; Xanthogendisulfide, wie Dimethylxanthogendisulfid und Diisopropylxanthogendisulfid; Thiuramdisulfide, wie Tetramethylthiuramdisulfid und Tetrabutylthiuramdisulfid; halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Tetrachlorkohlenstoff und Ethylenbromid; Kohlenwasserstoffe, wie Pentaphenylethan; ungesättigte cyclische Kohlenwasserstoffverbindungen, wie Acrolein, Methacrolein, Allylalkohol, 2-Ethylhexylthioglycolat, Terpinolen, α-Terpinen, γ-Terpinen, Diterpen, α-Methylstyroldimer, 9,10-Dihydroanthracen, 1,4-Dihydronaphthalin, Inden und 1,4-Cyclohexadien; ungesättigte heterocyclische Verbindungen, wie 2,5-Dihydrofuran, und dergleichen. Diese Polymerisationskettenübertragungsmittel können einzeln oder als Gemisch aus mindestens zwei Arten verwendet werden.
Die Bedingungen bei der Polymerisation der Monomerenzusammensetzung können nicht endgültig festgelegt werden, da sich die Bedingungen in Abhängigkeit vom Typ des Radikalkettenpolymerisationsinitiators, der Monomeren, des Lösungsmittels, der verwendet wird, und dergleichen unterscheiden. Die Polymerisationstemperatur beträgt üblicherweise vorzugsweise 30 bis 100°C, stärker bevorzugt 50 bis 80°C, und die Polymerisationszeit beträgt vorzugsweise 1 bis 20 Stunden. Vorzugsweise ist die Atmosphäre zur Polymerisation eine Atmosphäre eines Inertgases, wie Stickstoffgas.
Nach der Beendigung der Polymerisationsreaktion kann das Vinylpolymer mittels eines bekannten Verfahrens, wie Umfällung oder Lösungsmitteldestillation aus der Reaktionslösung isoliert werden. Das erhaltene Vinylpolymer kann durch Entfernen nicht umgesetzter Monomere und dergleichen aus dem Vinylpolymer durch die Wiederholung von Umfällung, Membrantrennung, eines Chromatographieverfahrens, eines Extraktionsverfahrens oder dergleichen gereinigt werden.
Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts des Vinylpolymers beträgt unter den Gesichtspunkten der Qualität des Ausstoßes, des Verhinderns des Versengens des Druckkopfes, der Beständigkeit der Tinte nach dem Drucken und der Dispersionsstabilität vorzugsweise 3000 bis 200000, stärker bevorzugt 5000 bis 100000, bestimmt mittels des in den nachstehend erläuterten Herstellungsbeispielen 1 und 2 beschriebenen Verfahrens.
Das Pigment kann jedes anorganische Pigment oder organische Pigment sein. Das Pigment kann gegebenenfalls zusammen mit einem Verschnittpigment verwendet werden.
Das anorganische Pigment schließt zum Beispiel Ruß, Metalloxide, Metallsulfide, Metallchloride und dergleichen ein. Von diesen wird Ruß für eine schwarze Tinte auf Wasserbasis bevorzugt. Der Ruß schließt Ofenruß, thermischen Lampenruß, Acetylenruß, Channel-Black und dergleichen ein.
Das organische Pigment schließt Azopigmente, Diazopigmente, Phthalocyaninpigmente, Chinacridonpigmente, Isoindolinonpigmente, Dioxazinpigmente, Perylenpigmente, Perinonpigmente, Thioindigopigmente, Anthrachinonpigmente, Chinophthalonpigmente und dergleichen ein.
Das Verschnittpigment schließt Siliciumdioxid, Calciumcarbonat, Talk und dergleichen ein.
Der Anteil des Pigments beträgt unter den Gesichtspunkten der optischen Dichte und der Erleichterung des Einbringens des Pigments in die Vinylpolymerteilchen vorzugsweise 20 bis 400 Gewichtsteile, stärker bevorzugt 50 bis 300 Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Feststoffgehaltes des Vinylpolymers.
Die wässrige Dispersion der ein Pigment enthaltenden Vinylpolymerteilchen kann erhalten werden durch ein Verfahren, umfassend Lösen des Vinylpolymers in einem polaren organischen Lösungsmittel, Zugeben des Pigments zur erhaltenen Lösung, Vorkneten des Gemischs, Zugeben von Wasser und einem Neutralisationsmittel zum Gemisch und Kneten des erhaltenen Gemischs, wobei eine Öl-in-Wasser-Dispersion erhalten wird, und Abdestillieren des organischen Lösungsmittels aus dem erhaltenen gekneteten Gemisch, wobei eine wässrige Dispersion erhalten wird.
Der hier verwendete Begriff „organisches Lösungsmittel" bedeutet ein organisches Lösungsmittel mit einem Siedepunkt von weniger als 130°C bei 101 kPa. Von diesen werden Alkohollösungsmittel, Ketonlösungsmittel und Etherlösungsmittel bevorzugt, und hydrophile organische Lösungsmittel werden stärker bevorzugt.
Das Alkohollösungsmittel schließt zum Beispiel Methanol, Ethanol, Isopropanol, n-Butanol, tertiäres Butanol, Isobutanol, Diacetonalkohol und dergleichen ein. Das Ketonlösungsmittel schließt zum Beispiel Aceton, Methylethylketon, Diethylketon, Methylisobutylketon und dergleichen ein. Das Etherlösungsmittel schließt Dibutylether, Tetrahydrofuran, Dioxan und dergleichen ein. Von diesen Lösungsmitteln werden Isopropanol, Aceton und Methylethylketon bevorzugt. Das vorstehend erwähnte organische Lösungsmittel und ein hydrophiles organisches Lösungsmittel mit einem hohen Siedepunkt können gegebenenfalls auch zusammen verwendet werden.
Der hier verwendete Begriff „hydrophiles organisches Lösungsmittel mit einem hohen Siedepunkt" bedeutet ein hydrophiles organisches Lösungsmittel mit einem Siedepunkt von mindestens 130°C bei 101 kPa. Beispiele für das hydrophile organische Lösungsmittel schließen Phenoxyethanol, Ethylenglycolmonomethylether, Diethylenglycolmonomethylether, Diethylenglycolmonoethylether, Diethylenglycoldiethylether und dergleichen ein.
Als Neutralisationsmittel kann in Abhängigkeit von der Art des Salz-bildenden Restes des Polymers eine Säure oder eine Base verwendet werden. Die Säure schließt zum Beispiel anorganische Säuren, wie Salzsäure und Schwefelsäure; und organische Säuren, wie Essigsäure, Propionsäure, Milchsäure, Bernsteinsäure, Glycolsäure, Gluconsäure und Glycerinsäure, ein. Die Base schließt zum Beispiel tertiäre Amine, wie Trimethylamin und Triethylamin, Ammoniak, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und dergleichen ein.
Der Neutralisationsgrad ist nicht auf vorgegebene Neutralisationsgrade beschränkt. Vorzugsweise ist die erhaltene wässrige Dispersion üblicherweise etwa neutral. Der pH-Wert der wässrigen Dispersion beträgt zum Beispiel 4,5 bis 9.
Der mittlere Teilchendurchmesser der ein Pigment enthaltenden Vinylpolymerteilchen beträgt unter den Gesichtspunkten des Vermeidens der Verstopfung von Düsen und der Dispersionsstabilität vorzugsweise 0,01 bis 0,5 μm, stärker bevorzugt 0,02 bis 0,2 μm.
Der Anteil der ein Pigment enthaltenden Vinylpolymerteilchen in der wässrigen Dispersion (Konzentration an Feststoffgehalt) beträgt unter den Gesichtspunkten der optischen Dichte der Ausdrucke und der Lagerstabilität der wässrigen Dispersion vorzugsweise 1 bis 50 Gew.-%, stärker bevorzugt 5 bis 30 Gew.-%.
Es ist wünschenswert, dass der Anteil der wässrigen Dispersion in der Tinte auf Wasserbasis üblicherweise so reguliert wird, dass der Gehalt der Vinylpolymerteilchen in der Tinte auf Wasserbasis unter den Gesichtspunkten der optischen Dichte und der Stabilität des Ausstoßes vorzugsweise 1 bis 30 Gew.-%, stärker bevorzugt 2 bis 15 Gew.-% beträgt.
Zur erfindungsgemäßen Tinte auf Wasserbasis für die Tintenstrahlaufzeichnung können gegebenenfalls Additive, wie ein Netzmittel, ein Dispersionsmittel, ein Antischaummittel, ein Anti-Schimmelmittel und ein Komplexbildner zugegeben werden.
Das Netzmittel schließt zum Beispiel ein: mehrwertige Alkohole oder Ether davon, wie Ethylenglycol, Propylenglycol, Diethylenglycol, Triethylenglycol, Polyethylenglycol, Glycerol, Diethylenglycoldiethylether und Diethylenglycolmono-n-butylether; Acetate; Stickstoff enthaltende Verbindungen, wie N-Methyl-2-pyrrolidon und 1,3-Dimethylimidazolidinon; und dergleichen. Der Anteil des Netzmittels in der Tinte auf Wasserbasis beträgt vorzugsweise 0,1 bis 50 Gew.-%, stärker bevorzugt 0,1 bis 30 Gew.-%.
Das Dispersionsmittel schließt anionische, nichtionische, kationische und amphotere oberflächenaktive Mittel ein. Der Anteil des Dispersionsmittels in der Tinte auf Wasserbasis beträgt vorzugsweise 0,1 bis 50 Gew.-%, stärker bevorzugt 1 bis 20 Gew.-%.
Repräsentative Beispiele für das Antischaummittel schließen eine Verbindung der Formel (III)
ein:
wobei R⁵, R⁶, R⁷ und R⁸ jeweils unabhängig voneinander einen Alkylrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen oder eine Phenylgruppe, die einen Substituenten aufweisen kann, bedeuten; R⁹ und R¹⁰ jeweils unabhängig voneinander einen Alkylrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, eine Phenylgruppe, die einen Substituenten aufweisen kann, eine Hydroxylgruppe, eine Aminogruppe, eine Carboxylgruppe oder eine Epoxygruppe bedeuten; x und y jeweils unabhängig voneinander eine Zahl von 0 bis 1000, vorzugsweise von 10 bis 100 bedeuten. Diese Verbindung wird unter den Gesichtspunkten der Unterdrückung der Blasenbildung bei der Herstellung der Tinte auf Wasserbasis und der Einstellung der Oberflächenspannung der Tinte auf Wasserbasis bevorzugt.
Der Anteil des Antischaummittels in der Tinte auf Wasserbasis beträgt unter den Gesichtspunkten der Unterdrückung der Blasenbildung und der Stabilität des Ausstoßes vorzugsweise 0,001 bis 2 Gew.-%, stärker bevorzugt 0,005 bis 0,5 Gew.-%. Der Wassergehalt in der Tinte auf Wasserbasis beträgt vorzugsweise 30 bis 90 Gew.-%, stärker bevorzugt 50 bis 80 Gew.-%.
Beispiele
Die folgenden Beispiele beschreiben die vorliegende Erfindung weiterhin und zeigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die Beispiele dienen einzig dem Zweck der Veranschaulichung und sind nicht als Einschränkungen der vorliegenden Erfindung anzusehen.
Herstellungsbeispiele 1 und 2
Ein Reaktionsgefäß wurde mit Monomeren und einem Polymerisationskettenübertragungsmittel, die in der Spalte „Anfangsbeschickung von Monomeren" in Tabelle 1 aufgeführt sind, und 24 Gewichststeilen Methylethylketon beschickt. Danach wurde ein ausreichender Austausch durch Stickstoffgas durchgeführt, wobei ein Lösungsmittelgemisch erhalten wurde.
Andererseits wurde ein Tropftrichter mit Monomeren und einem Polymerisationskettenübertragungsmittel, die in der Spalte „Zugetropfte Monomere" in Tabelle 1 aufgeführt sind, und 56 Gewichtsteilen Methylethylketon und 1,2 Gewichtsteilen 2,2'-Azobis(2,4-dimethylvaleronitril) beschickt. Danach wurde ein ausreichender Austausch durch Stickstoffgas durchgeführt, wobei ein Lösungsmittelgemisch erhalten wurde.
Die Temperatur des Lösungsmittelgemischs im Reaktionsgefäß wurde unter Rühren des Lösungsmittelgemischs auf 75°C erhöht, und das Lösungsmittelgemisch im Tropftrichter wurde allmählich tropfenweise zum Lösungsmittelgemisch im Reaktionsgefäß über einen Zeitraum von 1 Stunde zugegeben. Nachdem seit dem Ende der tropfenweisen Zugabe 2 Stunden vergangen waren, wurde eine durch Lösen von 1,2 Gewichtsteilen 2,2'-Azobis(2,4-dimethylvaleronitril) in 12 Gewichtsteilen Methylethylketon hergestellte Lösung tropfenweise über einen Zeitraum von 3 Stunden zum Lösungsmittelgemisch im Reaktionsgefäß zugegeben. Danach wurde das erhaltene Gemisch bei 75°C 2 Stunden und dann bei 80°C 2 Stunden gelagert, wobei eine Copolymerlösung erhalten wurde.
Ein Teil der erhaltenen Copolymerlösung wurde unter vermindertem Druck bei 105°C 2 Stunden getrocknet, und das Lösungsmittel wurde aus der Lösung vollständig entfernt, um das Copolymer zu isolieren. Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts des Copolymers wurde mittels Gelpermeationschromatographie unter Verwendung von Polystyrol als Standard und 50 mmol/1 Essigsäure enthaltendem Tetrahydrofuran als Lösungsmittel bestimmt. Die Copolymere wiesen ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts von etwa 20000 auf.
Die Konzentration der erhaltenen Copolymerlösung wurde mit Methylethylketon auf 50% eingestellt. Zwei Gewichtsteile einer 5 mol/1 wässrigen Natriumhydroxidlösung wurden zur Neutralisation zu 15 Gewichtsteilen dieser 50%-igen Copolymerlösung zugegeben. Weiterhin wurden 7,5 Gewichtsteile Pigment Blue (15:3) (im Handel erhältlich von DAINIPPON INK & CHEMICALS, INC. unter dem Handelsnamen Fastogen Blue TGR-SD) zugegeben, und das Gemisch wurde mit einer Walzenmühle geknetet. Das geknetete Gemisch wurde in 100 Gewichtsteilen entionisiertem Wasser dispergiert.
Das organische Lösungsmittel wurde aus der erhaltenen Dispersion bei 60°C unter vermindertem Druck vollständig entfernt, und das Wasser wurde zur Aufkonzentrierung weiterhin daraus entfernt, wobei eine wässrige Dispersion von ein Pigment enthaltenden Vinylpolymerteilchen erhalten wurde, deren Feststoffgehalt 20 Gew.-% betrug Tabelle 1
Jeder in Tabelle 1 aufgeführte Name hat folgende Bedeutung:
Styrolmakromer: Im Handel erhältlich von TOAGOSEI CO., LTD. unter dem Handelsnamen AS-6 (mit Styrol homopolymerisiertes Makromer mit einem polymerisierbaren funktionellen Rest einer Methacryloyloxygruppe, Zahlenmittel des Molekulargewichts: 6000) Polypropylenglycol(9)methacrylat: Im Handel erhältlich von NOF Corporation unter dem Handelsnamen Blemmer PP-500 (Summe der Anzahl von Mol Propylenoxid: 9).
Vergleichsherstellungsbeispiel 1
Es wurden die gleichen Verfahren durchgeführt wie im Herstellungsbeispiel 1, mit der Ausnahme, dass die in Tabelle 2 aufgeführten Verbindungen als Anfangsbeschickung an Monomeren und als zugetropfte Monomere verwendet wurden und dass die Menge an 5 mol/1 wässriger Natriumhydroxidlösung auf 4,2 Gewichtsteile geändert wurde, wobei eine wässrige Dispersion von ein Pigment enthaltenden Vinylpolymerteilchen erhalten wurde. Tabelle 2
Beispiele 1 und 2
Vierzig Gewichtsteile der wässrigen Dispersion von ein Pigment enthaltenden Vinylpolymerteilchen, die in Herstellungsbeispiel 1 oder 2 erhalten wurden, 14 Gewichtsteile Glycerol, 0,9 Gewichtsteile Triethanolamin, 0,8 Gewichtsteile Acetylenglycol • Polyethylenoxid-Addukt [im Handel erhältlich von Air Products Japan, Inc. unter dem Handelsnamen Surfynol 465], 8 Gewichtsteile Triethylenglycolmonobutylether und 36,3 Gewichtsteile entionisiertes Wasser wurden zusammengemischt. Das erhaltene Gemisch wurde mit einer 25 ml Spritze ohne Nadel [im Handel erhältlich von TERUMO CORPORATION], ausgestattet mit einem Filter mit einem Porendurchmesser von 1,2 μm [Acetylcellulosemembran, Außendurchmesser: 2,5 cm, im Handel erhältlich von Fuji Photo Film Co., Ltd.] gefiltert, wobei grobe Körnchen entfernt wurden, um Tinten auf Wasserbasis der Beispiele 1 und 2, die den Herstellungsbeispielen 1 beziehungsweise 2 entsprechen, zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 1
Die gleichen Verfahren wie in den Beispielen 1 und 2 wurden durchgeführt, mit der Ausnahme, dass die wässrige Dispersion von ein Pigment enthaltenden Vinylpolymerteilchen, die im Vergleichsherstellungsbeispiel 1 erhalten wurde, verwendet wurde, wobei eine Tinte auf Wasserbasis erhalten wurde.
Die physikalischen Eigenschaften der in jedem der Beispiele 1 und 2 und im Vergleichsbeispiel 1 erhaltenen Tinten auf Wasserbasis wurden gemäß den folgenden Verfahren beurteilt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben.
(1) Lagerstabilität
Die Viskosität einer Tinte, bevor und nachdem die Tinte unter Erwärmen in einem bei 60°C gehaltenem Thermostaten 30 Tage stehengelassen wurde, wurde unter Verwendung eines E-Typ Viskosimeters, im Handel erhältlich von Toki Sangyo K.K unter der Modellnummer RE80, bestimmt und auf der Basis der folgenden Beurteilungskriterien beurteilt.
Beurteilungskriterien

o

: Ein Absolutwert der Differenz der Viskosität einer Tinte bevor und nachdem die: Tinte unter Erwärmen stehengelassen wurde von weniger als 0,5 mPa·s

Δ

: Ein Absolutwert der Differenz der Viskosität einer Tinte bevor und nachdem die; Tinte unter Erwärmen stehengelassen wurde von mindestens 0,5 mPa·s und weniger als 2,0 mPa·s

x

: Ein Absolutwert der Differenz der Viskosität einer Tinte bevor und nachdem die; Tinte unter Erwärmen stehengelassen wurde von mindestens 2,0 mPa·s

(2) Wasserfestigkeit
Ein Bilddruck wurde auf einem einfachen Kopierpapier, im Handel erhältlich von FUJI XEROX CO., LTD. unter dem Handelsnamen Xerox 4024, unter Verwendung eines Tintenstrahldruckers, im Handel erhältlich von SEIKO EPSON CORPORATION unter der Modellnummer EM-930C, durchgeführt. Das gedruckte Bild wurde bei 25°C 1 Stunden getrocknet, um eine Probe zu erhalten. Danach wurde die optische Dichte eines festgelegten bedruckten Teils der erhaltenen Probe unter Verwendung eines Macbeth-Densitometers, im Handel erhältlich von Macbeth Process Measurements Co. unter der Produktnummer RD914, bestimmt. Das bedruckte Kopierpapier wurde vertikal für 10 Sekunden in stehendes Wasser eingetaucht, und das Papier wurde daraus vertikal herausgehoben. Nach 24 Stunden Lufttrocknung des Papiers bei 25°C wurde die optische Dichte des gleichen Teils des Drucks wie vor dem Eintauchen bestimmt. Das Differenzverhältnis der optischen Dichte nach dem Eintauchen zur optischen Dichte vor dem Eintauchen wurde mittels der folgenden Gleichung erhalten:
Differenzverhältnis
=([Optische Dichte nach dem Eintauchen]/[Optische Dichte vor dem Eintauchen]) x 100
Beurteilungkriterien

•

: Differenzverhältnis von mindestens 95%

o

: Differenzverhältnis von mindestens 90% und weniger als 95%

Δ

: Differenzverhältnis von mindestens 70% und weniger als 90%

sx

: Differenzverhältnis von weniger als 70%

Tabelle 3
Aus den in Tabelle 3 dargestellten Ergebnissen ist ersichtlich, dass alle der in jedem Beispiel erhaltenen Tinten auf Wasserbasis hervorragende Lagerstabilität und Wasserfestigkeit aufweisen.
Die erfindungsgemäße Tinte auf Wasserbasis weist hervorragende Lagerstabilität und Wasserfestigkeit auf. Daher kann die erfindungsgemäße Tinte auf Wasserbasis zweckdienlich als Tinte auf Wasserbasis zur Tintenstrahlaufzeichnung oder dergleichen verwendet werden.
Aus der Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird ersichtlich, dass diese auf viele Arten variiert werden kann. Derartige Variationen sind nicht als eine Abweichung von Sinn und Umfang der Erfindung zu betrachten, und es ist beabsichtigt, dass alle derartigen Modifikationen, die für den Fachmann offensichtlich sind, im Umfang der folgenden Ansprüche eingeschlossen sind.

Claims

Tinte auf Wasserbasis, umfassend eine wäßrige Dispersion von wasserunlöslichen Vinylpolymerteilchen, die ein Pigment enthalten, wobei das wasserunlösliche Vinylpolymer durch Copolymerisieren eines Monomerengemischs erhältlich ist, umfassend: (a) ein Monomer mit einem Salz-bildenden Rest, (b) ein Monomer mit einem langkettigen Alkylrest mit 18 bis 30 Kohlenstoffatomen, (c) ein Makromer, (d) ein Monomer mit einem Polyoxyalkylenrest, und (e) ein Monomer, das mit dem Monomer mit einem Salz-bildenden Rest (a), dem Monomer mit einem langkettigen Alkylrest (b), dem Makromer (c) und dem Monomer mit einem Polyoxyalkylenrest (d) copolymerisierbar ist.
Tinte auf Wasserbasis nach Anspruch 1, wobei das Monomer mit einem langkettigen Alkylrest (b) ein Monomer der Formel (I) ist: CH₂=C(R¹)COOR² (I)wobei R' ein Wasserstoffatom oder ein Niederalkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, und R² ein einwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 18 bis 30 Kohlenstoffatomen ist, der ein Heteroatom aufweisen kann.
Tinte auf Wasserbasis nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Makromer (c) ein Makromer vom Styroltyp mit einem polymerisierbaren funktionellen Rest an einem Ende ist.
Tinte auf Wasserbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Monomer mit einem Polyoxyalkylenrest (d) ein Monomer der Formel (II) ist: CH₂=C(R¹)COO(R³O)_PR⁴ (II) wobei R¹ ein Wasserstoffatom oder ein Niederalkylrest ist, R³ ein zweiwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen ist, der ein Heteroatom aufweisen kann; R⁴ ein Wasserstoffatom oder ein einwertiger Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen ist, der ein Heteroatom aufweisen kann, und p eine Zahl von 1 bis 60 ist.
Tinte auf Wasserbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das wasserunlösliche Vinylpolymer ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts von 3000 bis 200000 aufweist.