JP2001271008A - 着色樹脂粒子水分散液の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡便な手段で粒径の制御が可能であり、分散
安定性に優れる着色樹脂粒子水分散液を提供する。 【解決手段】 （ａ）酸価を有する樹脂と顔料からなる
固形着色コンパウンド、（ｂ）水、（ｃ）樹脂に対して
良溶媒となる有機溶剤、（ｄ）塩基、を必須成分とし
て、混合・分散する着色樹脂粒子水分散液の製造方法に
おいて、混合・分散時における着色樹脂粒子水分散液の
液温を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、着色樹脂粒子水分
散液の製造方法に関し、水を含む各種インク、塗料等の
着色剤、とりわけ、インクジェット記録用インクに好適
に用いることのできる着色樹脂粒子水分散液の製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に顔料を分散させた着色粒子水分散
液の分散安定性を確保するには、顔料粒子をサブミクロ
ンのサイズまで微分散する必要があると言われている。
その一方で顔料粒子を小さくする程耐光性が劣化するた
め、分散安定性と耐光性とを両立できる範囲に顔料の粒
子径を制御する必要がある。

【０００３】顔料を微分散させる方法として、分散媒で
ある水に分散剤を添加し種々のミルを使いせん断力を与
え、顔料を細かく砕く手法が一般的である。この場合、
与えるせん断力の強さや時間を調整することで、顔料の
粒子径が制御できる。

【０００４】これらの分散液を、微細なノズルからイン
ク滴を吐出し記録を行うインクジェット記録用のインク
に適用する場合には、特に長期間にわたる分散安定性が
必要とされていた。

【０００５】上記問題を解決する手段として、特開平１
０−８８０４２号公報では樹脂着色工程、懸濁工程、再
沈殿工程からなる着色樹脂粒子水分散液の製造方法が提
案されている。この発明では、樹脂の酸価と塩基による
中和率とを適宜組み合わせることで、最適粒子径となる
ように顔料表面を効率的に樹脂で被膜することができる
ため、安定した分散状態が維持できるというものであ
る。

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、樹脂着色工程、懸濁工程、再沈殿工程から
なる着色樹脂粒子水分散液の製造方法から得られる分散
液より、簡便な手段で粒径の制御が可能であり、分散安
定性に優れる着色樹脂粒子水分散液を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を解決するために鋭意研究を重ねた結果、固形着色コン
パウンド、水、有機溶剤、塩基を混合・分散させる工程
において、その分散液の液温を制御することにより着色
樹脂粒子の粒径が変化することを見出し、本発明を完成
するに至った。

【０００７】すなわち本発明は、（ａ）酸価を有する樹
脂と顔料からなる固形着色コンパウンド、（ｂ）水、
（ｃ）樹脂に対して良溶媒となる有機溶剤、（ｄ）塩
基、を必須成分として、混合・分散する着色樹脂粒子水
分散液の製造方法において、混合・分散時における着色
樹脂粒子水分散液の液温を制御することを特徴とする着
色樹脂粒子水分散液の製造方法を提供するものである。

【０００８】本来水は、酸価を有する樹脂に対して貧溶
媒であり、単独では樹脂を溶解しない。樹脂に対して良
溶媒となる有機溶剤と塩基とが共存することにより、酸
価を有する樹脂は溶媒中へ溶解・自己乳化する。この結
果、固形着色コンパウンドは、表面の溶媒に接触してい
る部分から樹脂が溶け出し、周囲の樹脂がなくなること
で顔料も溶媒中へ分散する。

【０００９】溶媒の必須な構成成分である、水、有機溶
剤、塩基の混合比率を適宜調整することにより、固形着
色コンパウンドから溶解・自己乳化した樹脂が顔料表面
を覆うように吸着し、着色樹脂粒子を生成する。この状
態は、溶媒へ溶け出した酸価を有する樹脂の溶解と顔料
表面への吸着とが平衡状態になっていると考えることが
できる。

【００１０】この状態では、溶媒中に溶け出した樹脂の
全てが顔料表面に吸着しているのではなく、一部は溶媒
中へ溶解したままの状態であると推測される。また、顔
料表面に吸着している樹脂も溶媒との接触界面が膨潤し
た状態であると思われる。

【００１１】この様な状態の着色樹脂粒子同士が混合・
分散中に衝突した場合、ある一定の確率で粒子同士が凝
集を起こし、粒径が大きくなるであろうことが推測され
る。

【００１２】本発明者等は、酸価を有する樹脂の溶媒に
対する溶解度を下げ顔料表面に吸着している樹脂の膨潤
を抑制してやることで、着色樹脂粒子同士が衝突するこ
とによる粒径の肥大が防止できるのではないかとの着想
から、混合・分散時の着色樹脂粒子水分散液の液温を制
御し変化させたところ、着色樹脂粒子の粒径を制御する
ことが可能であり、より微分散状態とすることができる
ことを見出したのである。

【００１３】すなわち、本発明の特徴は、固形着色コン
パウンド、水、有機溶剤、塩基の組成比率を変更せずと
も、混合・分散課程での分散液の液温の制御のみで着色
樹脂粒子の粒径を制御可能な点にあり、より微分散状態
とすることができる点にある。

【００１４】こうして得られた着色樹脂粒子水分散液
は、各種インク、塗料等の着色剤として使用可能ではあ
るが、この状態での着色樹脂粒子水分散液は溶媒中に溶
解している樹脂成分を含有しているので、インクジェッ
ト記録用インクなどに適用する場合には、この溶媒中に
溶解している樹脂成分をできるだけ少なくすることが、
長期間の分散安定性の点からより好ましい。

【００１５】溶媒中に溶解している樹脂成分を少なくす
るための手段としては、液温を制御して得られた着色樹
脂粒子水分散液の溶媒組成を変更する、つまり貧溶媒の
比率を高くすれば良いのである。

【００１６】すなわち、（ａ）酸価を有する樹脂と顔料
からなる固形着色コンパウンド、（ｂ）水、（ｃ）樹脂
に対して良溶媒となる有機溶剤、（ｄ）塩基、を必須成
分として、混合・分散して得られる着色樹脂粒子水分散
液の製造方法において、混合・分散時における着色樹脂
粒子水分散液の液温を制御して着色樹脂粒子水分散液を
得た後、着色樹脂粒子水分散液の溶媒組成比率を変更す
るのである。

【００１７】こうすることで、溶媒に対する樹脂の溶解
度が低下し溶解状態を維持できなくなった樹脂の顔料表
面への吸着を促進し、溶媒との界面での樹脂の膨潤を抑
制することができるのである。具体的には、樹脂に対し
て貧溶媒である水を追加する方法、樹脂に対して良溶媒
となる有機溶剤を蒸留等の手段により除去する方法が挙
げられる。良溶媒と貧溶媒の比率の制御は水を追加する
方法の方が簡便であり、特に好ましい。また、水を追加
した後、有機溶剤を蒸留除去する、等の両方法を組み合
わせて行っても良い。

【００１８】本発明の着色樹脂粒子水分散液を得るため
の混合・分散方法としては、公知慣用の手法がいずれも
採用できる。例えば、１軸のプロペラ型の撹拌翼で溶媒
を混合し固形着色コンパウンドを加えて着色剤懸濁液を
得る方法、ボールミルやサンドミルのようなビーズミル
を用いる方法等が挙げられる。

【００１９】着色樹脂粒子水分散液をせん断力がない、
又は相対的に小さい単なる混合撹拌のみで得る場合、あ
るいは着色樹脂粒子が軟凝集を起こしやすい場合など、
分散液中の着色剤が十分に分散されていない時は、高せ
ん断力下において分散液を再度分散させることで、分散
を安定化することができる。この場合の分散機として
は、高圧ホモジナイザーや商品名マイクロフルイダイザ
ーやナノマイザーで知られるビーズレス分散装置等が好
適である。

【００２０】着色樹脂粒子水分散液を撹拌翼と溶解釜を
用いて得る場合の液温制御の方法としては、たとえば、
投げ込み式のヒーター・クーラーを釜の中へ直接投入す
る方法、ラジエターのような熱交換機を直接溶解釜の中
へ入れ冷媒や熱媒を循環させる方法、溶解釜を二重構造
とし外側のジャケット部分に冷媒や熱媒を循環させ間接
的に液温を制御する方法などが挙げられる。中でも、撹
拌に与える影響がなく分散液全体を温度調整できること
から、撹拌容器を二重構造とする装置が好ましい。

【００２１】ビーズミルを用いて着色樹脂粒子水分散液
を得る場合は、ビーズ同士の摩擦により発熱することか
ら、冷媒を流すことにより冷却できるような構造を有す
る装置が多く、このような冷却装置を有するミルを選ん
で使用すれば良い。

【００２２】また、分散液の液温を所望の温度にする方
法の例として、予め各原料の温度を制御してから温調さ
れた溶解釜や分散機へ仕込む方法、固形着色コンパウン
ドを除く原料を一括して仕込み、所望の温度になるよう
に溶解釜や分散機内で温調した後、固形着色コンパウン
ドを追加して溶解・分散を開始する方法等が挙げられ
る。本発明での液温制御方法は、これらの例示のみに限
定されるものではなく、公知公用の制御方法の中から、
効率の良い方法を適宜選択すれば良い。

【００２３】本発明の酸価を有する樹脂と顔料からなる
固形着色コンパウンドは、酸価を有する樹脂に顔料を分
散することにより得ることができる。具体的には、従来
知られているロールやニーダーやビーズミル等の混練装
置を用いて、溶液状、溶剤等により樹脂を膨潤させた半
固形状や加熱溶融された状態で、酸価を有する樹脂に顔
料を均一に分散させ、最終的に固体混練物（固形着色コ
ンパウンド）として取り出すことにより得ることができ
る。

【００２４】なお、固形着色コンパウンドは酸価を有す
る樹脂と顔料のみである必要はなく、樹脂への顔料分散
を良くする分散助剤等を適宜併用することも可能であ
る。

【００２５】特に微粒子が必要な用途に適用するには、
酸価を有する樹脂の中へ顔料を微分散する必要があり、
そのためには高せん断力下で分散を行うことが好まし
い。従来知られている分散方法の中から、相対的に高せ
ん断力がかかる状態が形成される分散手段を採用すれば
良い。好適な手段としては、２本ロールを用いることが
挙げられる。

【００２６】酸価を有する樹脂と顔料の比率は、着色樹
脂粒子水分散液の用途、混練の作業性等を考慮して決定
すれば良い。

【００２７】本発明の着色樹脂粒子水分散液の製造方法
に用いられる樹脂は、その種類，分子量範囲，分散の用
途，顔料との相性等を勘案し適宜選択すれば良い。好ま
しい樹脂の酸価としては，１０〜２８０ｍｇＫＯＨ／ｇ
の範囲である。また、樹脂の種類としては、基本的には
酸価を有していれば良く、天然樹脂や合成樹脂などの樹
脂を用いることができる。

【００２８】例としては、スチレン系樹脂、アクリル系
樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂等が挙
げられる。当該樹脂は熱依存性のない永久架橋されたも
のであっても、常温では架橋しているが熱で非架橋状態
となる可逆的性質の架橋を有するものであってもよい。

【００２９】本発明の着色樹脂粒子水分散液は、各種イ
ンク、塗料等の着色剤として使用することができ、特に
微細なノズルからインクを噴射し記録するインクジェッ
ト記録用のインクに好適である。このようなインクジェ
ット記録用インクに適用する場合には、樹脂としてスチ
レン、置換スチレン、（メタ）アクリル酸エステルから
なる群から選ばれる少なくとも１つのモノマーと、（メ
タ）アクリル酸との共重合体が好ましい。この場合の分
子量範囲としては重量平均分子量として１０００以上１
０万以下が好ましい。

【００３０】本発明の顔料は、色目、用途、樹脂との相
性を勘案し公知公用の顔料の中から適宜選択すれば良
い。例としては、カーボンブラック、チタンブラック、
チタンホワイト、硫化亜鉛、ベンガラ等の無機顔料、フ
タロシアニン顔料、モノアゾ系、ジスアゾ系等のアゾ顔
料、キナクリドン顔料等の有機顔料が挙げられる。

【００３１】本発明の水は、不純物の混入防止等の観点
から、イオン交換水以上の純度が望ましい。ただし、用
途上特に問題がない場合は、水道水でも使用可能であ
る。

【００３２】酸価を有する樹脂に対して良溶媒となる有
機溶剤は、樹脂を溶解できる有機溶剤である。この有機
溶剤は選択する樹脂によって変わるものであるため、樹
脂に対して適宜選択すればよい。使用する有機溶剤は１
種類のみでも良いし、複数の有機溶剤を組み合わせて用
いることもできる。また、樹脂に対して良溶媒となる有
機溶剤の水に対する溶解度が小さく、単独では層分離し
てしまう場合は、水と有機溶剤とが混和できるように親
水性の有機溶剤を併用すると良い。

【００３３】例としてアセトン、ジメチルケトン、メチ
ルエチルケトン等のケトン系溶媒、メタノール、エタノ
ール、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒、
クロロホルム、塩化メチレン等の塩素系溶媒、ベンゼ
ン、トルエン等の芳香族系溶媒、酢酸エチルエステル等
のエステル系溶媒、エチレングリコールモノメチルエー
テル、エチレングリコールジメチルエーテル等のグリコ
ールエーテル系溶媒、アミド類等が挙げられる。

【００３４】酸価を有する樹脂が、スチレン、置換スチ
レン、（メタ）アクリル酸エステルからなる群から選ば
れる少なくとも１つのモノマーと、（メタ）アクリル酸
との共重合体の場合、樹脂に対して良溶媒となる有機溶
剤としてメチルエチルケトンが好ましい。メチルエチル
ケトンは水に対して溶解度が小さいため、水との混和剤
としてイソプロピルアルコールを併用することが好まし
い。

【００３５】また、塩基としては、例えば水酸化ナトリ
ウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等のアルカリ金
属の水酸化物、アンモニア、トリエチルアミン、モルホ
リン等の塩基性物質の他、トリエタノールアミン、ジエ
タノールアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン等のア
ルコールアミンが使用可能である。

【００３６】塩基の使用量は、樹脂の種類、酸価、塩基
の種類、用途等を勘案し適宜決定する必要がある。高酸
価の樹脂と強塩基との組み合わせでは、着色樹脂粒子水
分散液中の溶解樹脂分が多くなるため、用途の選択には
注意が必要である。本発明の着色樹脂粒子水分散液を微
細なノズルからインク滴を噴射し記録を行うインクジェ
ット記録用のインクへ適用する場合は、塩基として弱塩
基を用いると分散液中の溶解樹脂分を極力減らすことが
可能となるため、好ましい。そのような弱塩基成分とし
てはトリエタノールアミンが好適である。

【００３７】本発明の溶媒である、水、樹脂に対して良
溶媒である有機溶剤、塩基の構成比率は、固形着色コン
パウンドの種類、添加量に合わせて、目的とする着色樹
脂粒子水分散液が得られるように適宜決定してやれば良
い。

【００３８】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に
説明するが、これらの実施例に限定されるものではな
い。なお、以下の実施例中における「部」は『重量部』
を表わす。

【００３９】各実施例に共通な操作の詳細は以下の通り
である。 ［固形着色コンパウンドを得る工程］着色剤としてＣ．
Ｉ．ピグメントイエロー１５１を４０部、酸価を有する
樹脂としてスチレン−アクリル酸−メタクリル酸樹脂
（スチレン／アクリル酸／メタクリル酸＝７７／１０／
１３；重量平均分子量５万・酸価１６０）を４０部、を
混合しアセチルアセトンを４部、メチルエチルケトン１
８部を加えた塊状混合物を二本ロールで混練する。塊状
混合物は混練中に自己発熱するためメチルエチルケトン
とアセチルアセトンのほとんどが蒸発し、シート状の固
形着色コンパウンドが得られた。得られた固形着色コン
パウンドは粉砕し、４〜５ｍｍ程度の大きさとした。

【００４０】［着色樹脂粒子水分散液を得る工程］水と
してイオン交換水、樹脂に対して良溶媒となる有機溶剤
としてメチルエチルケトン、塩基としてトリエタノール
アミン、混和剤となる親水性有機溶剤としてイソプロピ
ルアルコール、これらを二重構造の溶解釜へ仕込みパド
ル翼を用いて混合した。溶解釜の外側ジャケット部分に
は外部循環式恒温水槽にて液温制御された水を循環し溶
媒の温度を一定とした。溶媒が各実施例の温度となって
から、固形着色コンパウンドを加えて２〜３時間撹拌し
着色樹脂粒子水分散液を得た。

【００４１】

【００４２】得られた着色樹脂粒子水分散液に、ビーズ
レス分散装置であるナノマイザー（株）社製のナノマイ
ザーを用いて高せん断力を与えた。ナノマイザーの運転
圧力は９８ＭＰａとした。

【００４３】［粒径の測定］着色剤樹脂粒子の粒径をマ
イクロトラックＵＰＡ粒度分析計（Ｌｅｅｄｓ ａｎｄ
Ｎｏｒｔｈｒｕｐ社製）を用いて測定した。サンプル
は測定可能な濃度となるよう、イオン交換水で適宜希釈
した。

【００４４】（実施例１）着色樹脂粒子水分散液を得る
工程において、溶媒の液温を５°Ｃとして実施した。得
られた着色樹脂粒子水分散液の平均粒径は６２ｎｍであ
った。

【００４５】（実施例２）着色樹脂粒子水分散液を得る
工程において、溶媒の液温を１５°Ｃとして実施した。
得られた着色樹脂粒子水分散液の平均粒径は１８５ｎｍ
であった。

【００４６】（実施例３）着色樹脂粒子水分散液を得る
工程において、溶媒の液温を２８°Ｃとして実施した。
得られた着色樹脂粒子水分散液の平均粒径は２５６ｎｍ
であった。

【００４７】

【発明の効果】本発明の着色樹脂粒子水分散液の製造方
法は、分散液の液温を制御するという簡単な方法により
着色樹脂粒子の粒子径を任意に制御することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J037 AA02 AA11 AA15 AA22 CA10 CB01 CB04 CB07 CB08 CB10 CB16 CC13 CC16 CC26 DD30 EE28 EE43 EE47 FF15 FF23 FF30

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）酸価を有する樹脂と顔料からなる
   固形着色コンパウンド、（ｂ）水、（ｃ）樹脂に対して
   良溶媒となる有機溶剤、（ｄ）塩基、を必須成分とし
   て、混合・分散する着色樹脂粒子水分散液の製造方法に
   おいて、混合・分散時における着色樹脂粒子水分散液の
   液温を制御することを特徴とする着色樹脂粒子水分散液
   の製造方法。