JP2003080826A - インクジェット記録紙用塗工剤およびそれを塗布したインクジェット記録紙 - Google Patents
インクジェット記録紙用塗工剤およびそれを塗布したインクジェット記録紙Info
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Abstract
性、印刷時の寸法安定性、耐熱性、耐溶剤性、無機充填
剤に対するバインダー能力などがともに優れているカチ
オン性ポリウレタン樹脂からなるインクジェット記録紙
用塗工剤を提供する。 【解決手段】 (A)有機ポリイソシアネートから誘導
される構成単位と、(B)NCO基と反応性のある活性
水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物
から誘導される構成単位と、(C)分子中に酸で中和す
るかまたは四級化剤で四級化した三級アミノ基を有し、
かつ、NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくと
も2個有するポリヒドロキシ化合物から誘導される構成
単位からなり、分岐密度が1000原子量当たり0.0
8〜0.25であるカチオン性ウレタンプレポリマーを
ポリアミン化合物により鎖伸長したカチオン性水系ポリ
ウレタン樹脂のエマルジョンを含有することを特徴とす
るインクジェット記録紙用塗工剤。
Description
紙用塗工剤およびそれを塗布したインクジェット記録紙
に関する。
で、普通紙や塗工紙が使用でき、しかもカラー化が容易
で、美麗なフルカラーの画像や文字図形の記録が容易に
できるという特徴を有しており、今日急激に広まりつつ
ある。
剤とする水性インクが使用されているが、この水性イン
クは媒体として水を使用するためインク定着性(インク
乾燥性)が劣るという問題があり、また染料を使用する
ため記録した画像の耐水性が劣るなどの問題がある。こ
れらの問題の解決のため、紙基材に各種薬剤を塗工する
ことが行われており、たとえば、ジシアンジアミド縮合
物、ポリアミン、ポリエチレンイミンなどのカチオン性
樹脂を塗工すること提案されている。このようなカチオ
ン性樹脂を塗工したインクジェット記録紙に水性インク
で記録した場合、インク中の染料と塗工層のカチオン性
樹脂が結合して耐水性が向上されることを期待したもの
であるが、インク定着性、耐水性とも充分とはいえな
い。
カチオン性ポリウレタン樹脂をインクジェット記録紙用
塗工剤として用いることが提案されているが、具体的に
開示されているカチオン性ポリウレタン樹脂は、ジオー
ルと、三級アミノ基を有するジオールと、脂肪族系ジイ
ソシアネートとを反応させてウレタンプレポリマーを
得、ついで該ウレタンプレポリマー中の三級アミノ基を
酸で中和してカチオン性ウレタンプレポリマーとし、そ
の後該カチオン性ウレタンプレポリマーを水で鎖伸長し
て、重量平均分子量2千〜5万のカチオン性ポリウレタ
ン樹脂としたものである。
ンク定着性、耐水性はかなり改善されているが、塗工面
を擦ると傷がつきやすい(耐擦過性が劣る)、水性イン
クで印刷すると記録紙が延びる(印刷時の寸法安定性が
劣る)、印刷物を高温で保存すると画像が変色する(耐
熱性が劣る)、印刷面を有機溶剤で擦ると画像が脱落す
る(耐溶剤性が劣る)、無機充填剤に対するバインダー
能力に劣るなどの問題があり、合成面でも、反応性の高
い芳香族系イソシアネートを使用する場合や、三級アミ
ノ基含有ジオールの使用量が多い場合などにおいて、ウ
レタン化反応における副反応を抑制できず、反応制御が
困難になり、異常増粘による乳化不良やウレタン合成段
階でゲル化を生じるなどの惧れがあり、これらの点の改
善が望まれている。
術の問題点に鑑み、インク定着性、耐水性はもとより、
耐擦過性、印刷時の寸法安定性、耐熱性、耐溶剤性、無
機充填剤に対するバインダー能力などがともに優れてい
るカチオン性ポリウレタン樹脂からなるインクジェット
記録紙用塗工剤を提供することを課題とする。
ソシアネートを使用する場合や、三級アミノ基含有ジオ
ールの使用量が多い場合などにおいても、安定して製造
ができるカチオン性ポリウレタン樹脂からなるインクジ
ェット記録紙用塗工剤を提供することを課題とする。
ェット記録紙用塗工剤およびそれを塗布したインクジェ
ット記録紙を提供する。
誘導される構成単位と、(B)NCO基と反応性のある
活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化
合物から誘導される構成単位と、(C)分子中に酸で中
和するかまたは四級化剤で四級化した三級アミノ基を有
し、かつ、NCO基と反応性のある活性水素原子を少な
くとも2個有するポリヒドロキシ化合物から誘導される
構成単位とからなり、分岐密度が1000原子量当たり
0.08〜0.25であるカチオン性ウレタンプレポリ
マーをポリアミン化合物により鎖伸長したカチオン性水
系ポリウレタン樹脂のエマルジョンを含有することを特
徴とするインクジェット記録紙用塗工剤。
ヒドロキシ化合物(C)の平均活性水素濃度が100〜
800(mgKOH/g)である前記(1)記載のイン
クジェット記録紙用塗工剤。
脂のエマルジョンの平均粒子径が0.001〜0.1μ
mである前記(1)または(2)記載のインクジェット
記録紙用塗工剤。
ーが、有機ポリイソシアネート(A)、ポリヒドロキシ
化合物(B)、分子中に三級アミノ基を有し、かつ、N
CO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有
するポリヒドロキシ化合物(Cp)とを反応させてウレ
タンプレポリマーを得、ついで該ウレタンプレポリマー
の三級アミノ基を酸で中和するかまたは四級化剤で四級
化して得られたものである前記(1)〜(3)のいずれ
かに記載のインクジェット記録紙用塗工剤。
香族ポリイソシアネートである場合、前記カチオン性ウ
レタンプレポリマーが、有機ポリイソシアネート
(A)、ポリヒドロキシ化合物(B)、分子中に酸で中
和するかまたは四級化剤で四級化した三級アミノ基を有
し、かつ、NCO基と反応性のある活性水素原子を少な
くとも2個有するポリヒドロキシ化合物(C)とを反応
させて得られたものである前記(1)〜(3)のいずれ
かに記載のインクジェット記録紙用塗工剤。
均分子量が10万〜100万である前記(1)〜(5)
のいずれかに記載のインクジェット記録紙用塗工剤。
載の塗工剤を紙基材に塗工してなるインクジェット記録
紙。
塗工剤は、(A)有機ポリイソシアネートから誘導され
る構成単位と、(B)NCO基と反応性のある活性水素
原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物から
誘導される構成単位と、(C)分子中に酸で中和するか
または四級化剤で四級化した三級アミノ基を有し、か
つ、NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも
2個有するポリヒドロキシ化合物から誘導される構成単
位とからなり、分岐密度が1000原子量当たり0.0
8〜0.25であるカチオン性ウレタンプレポリマーを
ポリアミン化合物により鎖伸長したカチオン性水系ポリ
ウレタン樹脂のエマルジョンを含有することを特徴とす
るものである。
プレポリマーの1000原子量当たりの分岐密度は、つ
ぎのようにして求められる値である。すなわち、有機ポ
リイソシアネート(A)が、A1、A2……Aj(ここ
で、jは1以上の整数)の成分からなり、成分A1、A
2……Ajについて、分子量がそれぞれMWA1、MW A2
……MWAjであり、官能基数がそれぞれFA1、FA2……
FAjであり、使用量(g)がそれぞれWA1、WA2……W
Ajであるとする。また、NCO基と反応性のある活性水
素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物
(B)が、B1、B2……Bk(ここで、kは1以上の
整数)の成分からなり、成分B1、B2……Bkについ
て、分子量がそれぞれMWB1、MWB2……MWBKであ
り、官能基数がそれぞれFB1、FB2……FBkであり、使
用量(g)がそれぞれWB1、WB2……WBkであるとす
る。また、分子中に酸で中和するかまたは四級化剤で四
級化した三級アミノ基を有し、かつ、NCO基と反応性
のある活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロ
キシ化合物(C)が、C1、C2……Cm(ここで、m
は1以上の整数)の成分からなり、成分C1、C2……
Cmついて、分子量がそれぞれMWC1、MWC2、MWCm
であり、官能基数がそれぞれFC1、FC2……FCmであ
り、使用量(g)がそれぞれWC1、WC2……WCmである
とする。このような成分A1、A2……Ajと、成分B
1、B2……Bkと、成分C1、C2……Cmとを反応
させて得られるカチオン性ウレタンプレポリマーの10
00原子量当たりの分岐密度は、次式:
用塗工剤として、分岐密度が1000原子量当たり0.
08〜0.25であるカチオン性ウレタンプレポリマー
をポリアミン化合物で鎖伸長したカチオン性水系ポリウ
レタン樹脂を使用することにより、インク定着性(乾燥
性)、耐水性が優れることはもとより、耐擦過性、印刷
時の寸法安定性、耐熱性、耐溶剤性、無機充填剤に対す
るバインダー能力が優れることが見出された。すなわ
ち、分岐密度が1000原子量当たり0.08〜0.2
5であるカチオン性ウレタンプレポリマーをポリアミン
化合物で鎖伸長したカチオン性水系ポリウレタン樹脂を
塗工したインクジェット記録紙は、塗工面を擦っても傷
がつきにくい(耐擦過性がすぐれる)、水性インクで印
刷した場合でも記録紙が延びることがない(印刷時の寸
法安定性が優れる)、印刷物を高温で保存しても画像が
変色することがない(耐熱性がすぐれる)、印刷面を有
機溶剤で擦っても画像の脱落が生じない(耐溶剤性が優
れる)、無機充填剤を併用する場合においても、塗工性
よく均質な塗工層を形成できる(無機充填剤に対するバ
インダー能力が優れる)という優れた効果が発揮され
る。
印刷時の寸法安定性、耐熱性が劣る。分岐密度が0.2
5を超えると、ポリウレタン樹脂の最低造膜温度が高く
なりすぎ、加工上好ましくない。
耐熱性、耐溶剤性を得るためには、カチオン性水系ポリ
ウレタン樹脂の重量平均分子量が10万〜100万であ
るのが好ましく、より好ましくは40万〜100万であ
る。カチオン性水系ポリウレタン樹脂の重量平均分子量
が前記範囲未満では、耐擦過性、印刷時の安定性、耐熱
性、耐溶剤性が劣る傾向にある。一方、重量平均分子量
が前記範囲をこえると、ポリウレタン樹脂の造膜温度が
高くなり、加工性が劣るようになる傾向がある。
(A)としては、たとえば、2,4−トリレンジイソシ
アネート、2,6−トリレンジイソシアネート、m−フ
ェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシア
ネート、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネー
ト、2,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート、
2,2′−ジフェニルメタンジイソシアネート、3,
3′−ジメチル−4,4′−ビフェニレンジイソシアネ
ート、3,3′−ジクロロ−4,4′−ビフェニレンジ
イソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネー
ト、1,5−テトラヒドロナフタレンジイソシアネー
ト、テトラメチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサ
メチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシア
ネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、
1,3−シクロヘキシレンジイソシアネート、1,4−
シクロヘキシレンジイソシアネート、キシリレンジイソ
シアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネー
ト、水素添加キシリレンジイソシアネート、リジンジイ
ソシアネート、イソホロンジイソシアネート、4,4′
−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートなどがあげ
られる。これら有機ポリイソシアネートは単独で使用し
てもよく、2種以上を併用してもよい。
(B)としては、、エチレングリコール、プロピレング
リコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタン
ジオール、1,5−ペンタンジオール、3−メチル−
1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオー
ル、ネオペンチルグリコールジオール、ジエチレングリ
コール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリ
コール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコ
ール、トリプロピレングリコール、ビスヒドロキシエト
キシベンゼン、1,4−シクロヘキサンジメタノール、
ビスフェノールA、ビスフェノールS、水素添加ビスフ
ェノールA、ハイドロキノン、これらジオールのアルキ
レンオキシド付加体などのジオール類;ソルビトール、
1,2,3,6−ヘキサンテトラオール、1,4−ソル
ビタン、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−
ペンタントリール、グリセリン、トリメチロールエタ
ン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールな
どの3官能以上のポリオール類;ポリエステルジオール
などのポリエステルポリオール、ポリエーテルジオール
などのポリエーテルポリオール、ポリカーボネートジオ
ールなどのポリカーボネートポリオールなどがあげられ
る。これらポリヒドロキシ化合物は単独で使用してもよ
く、2種以上を併用してもよい。
とえば、エチレングリコール、プロピレングリコール、
1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、
1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペン
タンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチ
ルグリコールジオール、ジエチレングリコール、トリエ
チレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエ
チレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロ
ピレングリコール、ビスヒドロキシエトキシベンゼン、
1,4−シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノール
A、ビスフェノールS、水素添加ビスフェノールA、ハ
イドロキノン、これらジオールのアルキレンオキシド付
加体などのジオール成分の1種または2種以上と、マロ
ン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン
酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ヘンデカ
ンジカルボン酸、デカンジカルボン酸、ドデカンジカル
ボン酸、無水マレイン酸、フマル酸、1,3−シクロペ
ンタンジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、フ
タル酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、2,5−ナ
フタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン
酸、ナフタル酸、ビフェニルジカルボン酸、1,2−ビ
スフェノキシエタン−p,p′−ジカルボン酸、1,4
−シクロヘキサンジカルボン酸、これらジカルボン酸の
無水物ないしエステル形成性誘導体などの酸成分の1種
または2種以上とから、脱水縮合反応によって得られる
ポリエステル類をはじめとして、さらにはε−カプロラ
クトンなどの環状エステル化合物の開環重合反応によっ
て得られるポリエステル類、またはそれらの共重合ポリ
エステル類などがあげられる。
とえば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、
トリエチレングリコール、プロピレングリコール、トリ
メチレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4
−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6
−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、グリセ
リン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパ
ン、ソルビトール、蔗糖、ビスフェノールA、ビスフェ
ノールS、水素添加ビスフェノールA、アコニット酸、
トリメリット酸、ヘミメリット酸、燐酸、エチレンジア
ミン、ジエチレントリアミン、トリイソプロパノールア
ミン、ピロガロール、ジヒドロキシ安息香酸、ヒドロキ
シフタール酸、1,2,3−プロパントリチオールなど
の活性水素を少なくとも2個有する化合物またはエチレ
ンジアミン、プロピレンジアミン等の1級アミノ基を少
なくとも2個有する化合物を開始剤として、エチレンオ
キサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイ
ド、スチレンオキサイド、エピクロロヒドリン、テトラ
ヒドロフラン、シクロヘキシレンなどのモノマーの1種
または2種以上を用いて、常法により付加重合したもの
などがあげられる。
は、たとえば、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキ
サンジオール、ジエチレングリコールなどのジオール類
とジフェニルカーボネートおよびホスゲンとの反応によ
って得られる化合物などがあげられる。
(C)の酸で中和または四級化剤で四級化する前の三級
アミノ基を有するポリヒドロキシ化合物(Cp)として
は、たとえば、下記一般式(I):
たはヒドロキシアルキル基を表し、R 1およびR2は同一
であっても相異なっていてもよく、それぞれ炭素数1〜
4のアルキレン基を表す)で示される化合物があげられ
る。一般式(I)で示される化合物には、三級アミノ基
を有するジオール化合物、三級アミノ基を有するトリオ
ール化合物が含まれる。このような化合物のうち、ジオ
ール化合物(Rがアルキル基である化合物)としては、
N−メチル−N,N−ジエタノールアミン、N−エチル
−N,N−ジエタノールアミン、N−イソブチル−N,
N−ジエタノールアミンなどがあげられ、トリオール化
合物(Rがヒドロキシアルキル基である化合物)として
はトリエタノールアミンなどがあげられる。
る活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ
化合物(B)および分子中に酸で中和するかまたは四級
化剤で四級化した三級アミノ基を有し、かつ、NCO基
と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有するポ
リヒドロキシ化合物(C)〔または分子中に三級アミノ
基を有し、かつ、NCO基と反応性のある活性水素原子
を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物(C
p)〕の平均活性水素濃度が100〜800(mgKO
H/g)であるのが好ましい。平均活性水素濃度が10
0未満の場合は、耐擦過性、耐熱性が劣る傾向にあり、
一方800を超える場合は紙加工特性が低下する傾向に
ある。
びポリヒドロキシ化合物(C)の平均活性水素濃度は、
つぎのようにして求められる値である。NCO基と反応
性のある活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒド
ロキシ化合物(B)が、B1、B2……Bk(ここで、
kは1以上の整数)の成分からなり、成分B1、B2…
…Bkについて、活性水素濃度(mgKOH/g)がそ
れぞれHB1、HB2……HBKであり、使用量(g)がそれ
ぞれWB1、WB2……WBkであるとする。また、分子中に
酸で中和するかまたは四級化剤で四級化した三級アミノ
基を有し、かつ、NCO基と反応性のある活性水素原子
を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物(C)
が、C1、C2……Cm(ここで、mは1以上の整数)
の成分からなり、成分C1、C2……Cmついて、活性
水素濃度(mgKOH/g)がそれぞれHC1、HC2、H
Cmであり、使用量(g)がそれぞれWC1、WC2……WCm
であるとする。このような成分B1、B2……Bk、成
分C1、C2……Cmの混合物についての平均活性水素
濃度は、次式:
キシ化合物(Cp)の平均活性水素濃度も、前記と同様
にして求められる。
は、[I](1)有機ポリイソシアネート(A)、ポリ
ヒドロキシ化合物(B)、分子中に三級アミノ基を有
し、かつ、NCO基と反応性のある活性水素原子を少な
くとも2個有するポリヒドロキシ化合物(Cp)とを反
応させてウレタンプレポリマーを得、ついで該ウレタン
プレポリマーの三級アミノ基を酸で中和するかまたは四
級化剤で四級化してカチオン性ウレタンプレポリマーを
得るか、あるいは(2)有機ポリイソシアネート
(A)、ポリヒドロキシ化合物(B)、分子中に酸で中
和するかまたは四級化剤で四級化した三級アミノ基を有
し、かつ、NCO基と反応性のある活性水素原子を少な
くとも2個有するポリヒドロキシ化合物(C)とを反応
させてカチオン性ウレタンプレポリマーを得るカチオン
性ウレタンプレポリマーの製造工程と、[II]該カチ
オン性ウレタンプレポリマーをポリアミン化合物で鎖伸
長してカチオン性水系ポリウレタン樹脂を得る工程から
なる製造方法によって製造することができる。
れる酸としては、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、乳
酸、リンゴ酸、クエン酸などの有機酸および塩酸、リン
酸、亜リン酸、硝酸などの無機酸があげられる。また、
四級化剤としては、エチレンオキシド、プロピレンオキ
シド、ブチレンオキサイド、スチレンオキサイド、エピ
クロロヒドリンなどのエポキシ化合物、ジメチル硫酸、
ジエチル硫酸などのジアルキル硫酸類、パラトルエンス
ルホン酸メチルなどのスルホン酸アルキル類、メチルク
ロライド、エチルクロライド、ベンジルクロライド、メ
チルブロマイド、エチルブロマイドなどのハロゲン化ア
ルキル類などがあげられる。
ソシアネートなどの反応性の高いイソシアネートの場合
は、工程[I]において、三級アミノ基を有するポリヒ
ドロキシ化合物(Cp)を用いてウレタンプレポリマー
を製造したのち、三級アミノ基をカチオン化する方法
(1)を採ると、ゲル化などの惧れがあるので、カチオ
ン化した三級アミノ基を有するポリヒドロキシ化合物
(C)を用いてウレタンプレポリマーを製造する方法
(2)が好ましい。
ネート(A)と、ポリヒドロキシ化合物(B)および分
子中に酸で中和するかまたは四級化剤で四級化した三級
アミノ基を有し、かつ、NCO基と反応性のある活性水
素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物
(C)〔またはポリヒドロキシ化合物(B)および分子
中に三級アミノ基を有し、かつ、NCO基と反応性のあ
る活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ
化合物(Cp)〕とを、好ましくは、(A)のイソシア
ネート基の当量と(B)および(C)〔または(C
p)〕の活性水素原子の当量の合計の比が1.0/1.
0〜1.0/0.5となるように反応させて、末端イソ
シアネート基のウレタンプレポリマーを製造する。
性ウレタンプレポリマーを製造するには、ポリヒドロキ
シ化合物(B)として、ジオールと官能基数が3以上の
ポリオールの混合物を使用し、さらに、ポリヒドロキシ
化合物(C)〔またはポリヒドロキシ化合物(Cp)〕
として官能基数が2の化合物を使用し、有機ポリイソシ
アネートとして、ジイソシアネートを使用すると、分岐
密度の調節が容易である。
反応は、組成によって無溶剤下に行うこともできるが、
反応系の反応抑制やベース粘度コントロールなどの目的
でイソシアネート重付加反応系に直接関与しない親水性
有機溶剤を反応溶媒として用いて実施することが一般的
である。かかる親水性有機溶剤としては、アセトン、メ
チルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブ
チルケトンなどのケトン類、蟻酸メチル、蟻酸エチル、
蟻酸プロピル、蟻酸ブチル、酢酸メチル、酢酸エチル、
酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロ
ピオン酸エチル、プロピオン酸ブチルなどの有機酸エス
テル、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロ
リドンのなどのアミン類などがあげられる。反応に使用
した親水性有機溶剤は最終的には取り除かれるのが好ま
しい。
カチオン性ウレタンプレポリマーをポリアミン化合物で
鎖伸長する。たとえば、工程[I]で得られたカチオン
性ウレタンプレポリマーの溶液に水を加えて乳化した
後、ポリアミン化合物を加えて鎖伸長反応を行わせ、つ
いで溶剤を除去すると、カチオン性水系ポリウレタン樹
脂のエマルジョンが得られる。ポリアミン化合物で鎖伸
長することにより、前記のような高分子量のポリウレタ
ン樹脂を容易に得ることができる。
しては、たとえばエチレンジアミン、トリメチレンジア
ミン、プロピレンジアミン、テトラメチレンジアミン、
ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど
の一級アミノ基を2個有する脂肪族ジアミン化合物;ト
リレンジアミン、キシレンジアミン、ジアミノジフェニ
ルメタンなどの一級アミノ基を2個有する芳香族ジアミ
ン化合物;ジアミノシクロヘキシルメタンなどの一級ア
ミノ基を2個有する脂環式ジアミン化合物;ピペラジ
ン、2−メチルピペラジンなどのピペラジン誘導体;イ
ソホロンジアミン;ジエチレントリアミン、ジプロピレ
ントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレ
ンペンタミンなどの一級アミノ基を2個有し、2級アミ
ノ基を1個以上有する脂肪族ポリアミン化合物;ヒドラ
ジン、アジピン酸ヒドラジドなどのジヒドラジン誘導
体;メラミンなどの一級アミノ基を3個以上有するポリ
アミン化合物などがあげられる。
ョンの平均粒子径は、紙に対する浸透性の関係から、
0.001〜0.1μmの範囲が好ましい。
前記カチオン性水系ポリウレタン樹脂のエマルジョンを
含有するものであるが、インクジェット記録紙用塗工剤
に一般に使用されている、たとえば水溶性高分子、無機
充填剤などの各種添加剤を配合してもよい。水溶性高分
子としては、たとえば、酸化デンプン、ポリビニルアル
コール、ゼラチン、ポリビニルピロリドン、ポリアクリ
ルアミド、ポリアクリル酸ソーダ、カゼイン、カルボキ
シメチルセルロースなどがあげられる。無機充填剤とし
ては、たとえば、軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシ
ウム、カオリン、タルク、硫酸カルシウム、硫酸バリウ
ム、酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸亜鉛、炭酸亜鉛、サチ
ンホワイト、珪酸アルミニウム、ケイソウ土、珪酸カル
シウム、無定形シリカ、水酸化アルミニウム、アルミ
ナ、リトポンなどがあげられる。印字速度、発色性など
の点からは、無定形シリカが好ましい。
おける前記カチオン性水系ポリウレタン樹脂の含有量
は、その優れた性能を充分に発揮させる点から、5重量
%以上であるのが好ましい。
紙基材に塗布することによって、インクジェット記録紙
が得られる。紙基材としては、普通紙、塗工紙などが使
用できる。塗工剤の乾燥後の塗布厚さは3〜30μm程
度が適当である。
レタン樹脂の重量平均分子量は、カチオン性ポリウレタ
ン樹脂の相対分子量分布をGPC(ゲル浸透クロマトグ
ラフィー)により求め、ポリエチレングリコール換算重
量平均分子量として求めた。GPCの測定条件はつぎの
とおりである。
システム カラム:Shodex Ohpak SB−G+Ohp
ak SB−806MHQ×2本 溶解液:DMF/0.06M LiBr/0.04M
H3PO3 温度:カラム恒温槽40℃ 流速:1.0ml/分 濃度:0.1wt/Vol% 注入量:100μl 溶解性:完全溶解 前処理:0.45μmフィルター 検出器:示差屈折計
度は次のようにして求める。
ングし重量を測定した後、5mlのアセチル化試薬(使
用直前に無水酢酸1容量部とピリジン2容量部を混合し
て調製する)を加え10〜15分間加熱してアセチル化
を行う。その後水2mlを加え冷却し、約20分間放置
して過剰の無水酢酸を加水分解する。これに中性エタノ
ール60mlを加え、フエノールフタレイン指示薬0.
2mlを加えて1mol/l水酸化カリウム標準液で滴
定し、つぎの式により求める。
−S)×f×56.11]/試料の質量(g)+AV B:空試験に要した1mol/l水酸化カリウム標準液
のml S:実試験に要した1mol/l水酸化カリウム標準液
のml f:1mol/l水酸化カリウム標準液の力価 AV:同一試料の酸価
00、商品名ニッポラン4010、日本ポリウレタン工
業(株)製)300重量部、トリメチロールプロパン
(分子量134)9.0重量部、N−メチル−N,N−
ジエタノールアミン49重量部、イソホロンジイソシア
ネート180重量部、メチルエチルケトン377重量部
を反応容器にとり、70〜75℃に保ちながら90分間
反応させ、ついでジメチル硫酸38.1重量部を添加
し、50〜60℃で20分間反応させて、NCO含有率
が2.2重量%であるカチオン性ウレタンポリマーの溶
液を得た。この溶液に撹拌下に水1370重量部を一括
添加して乳化後、ただちにエチレンジアミン8.4重量
部を水40重量部に溶解した溶液を添加し、30℃で6
0分間反応させて鎖伸長を行わせ、次いでメチルエチル
ケトンを留去させることにより、重量平均分子量75万
のカチオン性ポリウレタン樹脂のエマルジョン(固形分
濃度30重量%、エマルジョン平均粒子径0.03μ
m)を得た。なお、前記ポリブチレンアジペートジオー
ルとトリメチロールプロパンとN−メチル−N,N−ジ
エタノールアミンの平均活性水素濃度は207(mgK
OH/g)であった。また前記カチオン性ウレタンプレ
ポリマーの分岐密度は0.12であった。
イソフタル酸およびアジピン酸から得られたポリエステ
ルジオール(重量平均分子量1000、商品名TA−2
2−419A、日立化成ポリマー(株)製)240重量
部、トリメチロールプロパン(分子量134)8.0重
量部、N−メチル−N,N−ジエタノールアミン41重
量部、イソホロンジイソシアネート180重量部、メチ
ルエチルケトン310重量部を反応容器にとり、70〜
75℃に保ちながら60分間反応させ、ついでジメチル
硫酸32.5重量部を添加し、50〜60℃で20分間
反応させて、NCO含有率が2.3重量%であるカチオ
ン性ウレタンポリマーの溶液を得た。この溶液に撹拌下
に水1290重量部を一括添加して乳化後、ただちにエ
チレンジアミン7.7重量部を水40重量部に溶解した
溶液を添加し、30℃で60分間反応させて鎖伸長を行
わせ、次いでメチルエチルケトンを留去させることによ
り、重量平均分子量45万のカチオン性ポリウレタン樹
脂のエマルジョン(固形分濃度28重量%、エマルジョ
ン平均粒子径0.02μm)を得た。なお、前記ポリエ
ステルジオールとトリメチロールプロパンとN−メチル
−N,N−ジエタノールアミンの平均活性水素濃度は2
61(mgKOH/g)であった。また前記カチオン性
ウレタンプレポリマーの分岐密度は0.13であった。
(重量平均分子量330、商品名ニューポールBPE−
20NK、三洋化成工業(株)製)150重量部、トリ
メチロールプロパン(分子量134)11重量部、N−
メチル−N,N−ジエタノールアミン44重量部、4,
4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート300
重量部、メチルエチルケトン450重量部を反応容器に
とり、70〜75℃に保ちながら120分間反応させ、
ついでジメチル硫酸32.7重量部を添加し、50〜6
0℃で20分間反応させて、NCO含有率が3.1重量
%であるカチオン性ウレタンポリマーの溶液を得た。こ
の溶液に撹拌下に水1577重量部を一括添加して乳化
後、ただちにエチレンジアミン11.2重量部を水50
重量部に溶解した溶液を添加し、30℃で60分間反応
させて鎖伸長を行わせ、次いでメチルエチルケトンを留
去させることにより、重量平均分子量90万のカチオン
性ポリウレタン樹脂のエマルジョン(固形分濃度27重
量%、エマルジョン平均粒子径0.04μm)を得た。
なお、前記ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モ
ル付加物とトリメチロールプロパンとN−メチル−N,
N−ジエタノールアミンの平均活性水素濃度は520
(mgKOH/g)であった。また前記カチオン性ウレ
タンプレポリマーの分岐密度は0.16であった。
部とメチルエチルケトン175重量部を反応容器にと
り、これにジメチル硫酸41.9重量部をメチルエチル
ケトン70重量部に溶解した溶液を徐々に滴下し、40
〜50℃で10分間四級化反応を行わせた。この反応容
器に、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付
加物(重量平均分子量330、商品名ニューポールBP
E−20NK、三洋化成工業(株)製)123.8重量
部、トリメチロールプロパン(分子量134)9.9重
量部、トリレンジイソシアネート175.8重量部、メ
チルエチルケトン350重量部を加え、70〜75℃に
保ちながら180分間反応させ、NCO含有率が4.4
重量%であるカチオン性ウレタンポリマーの溶液を得
た。この溶液に撹拌下に水912重量部を一括添加して
乳化後、ただちにアジピン酸ヒドラジド31.8重量部
を水120重量部に溶解した溶液を添加し、30℃で3
0分間反応させて鎖伸長を行わせ、次いでメチルエチル
ケトンを留去させることにより、重量平均分子量95万
のカチオン性ポリウレタン樹脂のエマルジョン(固形分
濃度27重量%、エマルジョン平均粒子径0.04μ
m)を得た。なお、前記ビスフェノールAのエチレンオ
キサイド2モル付加物とトリメチロールプロパンと四級
化N−メチル−N,N−ジエタノールアミンの平均活性
水素濃度は531(mgKOH/g)であった。また前
記カチオン性ウレタンプレポリマーの分岐密度は0.2
1であった。
0、商品名TERATHANE250、デュポン社製)
34重量部、1,4−シクロヘキサンジメタノール(分
子量144.2)45.8重量部、トリメチロールプロ
パン(分子量134)8.9重量部、N−メチル−N,
N−ジエタノールアミン36重量部、4,4’−ジシク
ロヘキシルメタンジイソシアネート268重量部、メチ
ルエチルケトン300重量部を反応容器にとり、70〜
75℃に保ちながら120分間反応させ、ついでジメチ
ル硫酸29.7重量部を添加し、50〜60℃で20分
間反応させて、NCO含有率が3.6重量%であるカチ
オン性ウレタンポリマーの溶液を得た。この溶液に撹拌
下に水1420重量部を一括添加して乳化後、ただちに
エチレンジアミン9.8重量部を水50重量部に溶解し
た溶液を添加し、30℃で60分間反応させて鎖伸長を
行わせ、次いでメチルエチルケトンを留去させることに
より、重量平均分子量75万のカチオン性ポリウレタン
樹脂のエマルジョン(固形分濃度26重量%、エマルジ
ョン平均粒子径0.01μm)を得た。なお、前記ポリ
テトラメチレングリコールと1,4−シクロヘキサンジ
メタノールとトリメチロールプロパンとN−メチル−
N,N−ジエタノールアミンの平均活性水素濃度は77
0(KOHmg/g)であった。また前記カチオン性ウ
レタンプレポリマーの分岐密度は0.17であった。
商品名ニッポラン981、日本ポリウレタン工業(株)
製)250重量部、ポリエチレングリコール(重量平均
分子量600、商品名PEG600S、第一工業製薬
(株)製)10重量部、トリメチロールプロパン(分子
量134)7.0重量部、N−メチル−N,N−ジエタ
ノールアミン31重量部、4,4’−ジシクロヘキシル
メタンジイソシアネート200重量部、メチルエチルケ
トン400重量部を反応容器にとり、70〜75℃に保
ちながら120分間反応させ、ついでジメチル硫酸32
重量部を添加し、50〜60℃で20分間反応させて、
NCO含有率が2.5重量%であるカチオン性ウレタン
ポリマーの溶液を得た。この溶液に撹拌下に水1320
重量部を一括添加して乳化後、ただちにエチレンジアミ
ン8.9重量部を水50重量部に溶解した溶液を添加
し、30℃で60分間反応させて鎖伸長を行わせ、次い
でメチルエチルケトンを留去させることにより、重量平
均分子量73万のカチオン性ポリウレタン樹脂のエマル
ジョン(固形分濃度25重量%、エマルジョン平均粒子
径0.03μm)を得た。なお、前記ポリカーボネート
ジオールとポリエチレングリコールとトリメチロールプ
ロパンとN−メチル−N,N−ジエタノールアミンの平
均活性水素濃度は228(mgKOH/g)であった。
また前記カチオン性ウレタンプレポリマーの分岐密度は
0.10であった。
0、商品名PTMG1000、三菱化学(株)製)23
8重量部、N−メチル−N,N−ジエタノールアミン3
8.1重量部、イソホロンジイソシアネート137重量
部、メチルエチルケトン210重量部を反応容器にと
り、70〜75℃に保ちながら150分間反応させ、つ
いでジメチル硫酸32.3重量部を添加し、50〜60
℃で20分間反応させて、NCO含有率が2.0重量%
であるカチオン性ウレタンポリマーの溶液を得た。この
溶液に撹拌下に水1155重量部を一括添加して乳化
後、ただちにエチレンジアミン6.0重量部を水40重
量部に溶解した溶液を添加し、30℃で60分間反応さ
せて鎖伸長を行わせ、次いでメチルエチルケトンを留去
させることにより、重量平均分子量62万のカチオン性
ポリウレタン樹脂のエマルジョン(固形分濃度30重量
%、エマルジョン平均粒子径0.02μm)を得た。な
お、前記ポリテトラメチレングリコールとN−メチル−
N,N−ジエタノールアミンの平均活性水素濃度は22
7(mgKOH/g)であった。また前記カチオン性ウ
レタンプレポリマーの分岐密度はゼロであった。
名HOKOKUOLHT−400、豊国製油(株)製)
400重量部、トリメチロールプロパン(分子量13
4)24重量部、N−メチル−N,N−ジエタノールア
ミン18重量部、イソホロンジイソシアネート150重
量部、メチルエチルケトン592重量部を反応容器にと
り、70〜75℃に保ちながら150分間反応させ、つ
いでジメチル硫酸18.0重量部を添加し、50〜60
℃で20分間反応させて、NCO含有率が3.2重量%
であるカチオン性ウレタンポリマーの溶液を得た。この
溶液に撹拌下に水1520重量部を一括添加して乳化
後、ただちにエチレンジアミン6.0重量部を水40重
量部に溶解した溶液を添加し、30℃で60分間反応さ
せて鎖伸長を行わせ、次いでメチルエチルケトンを留去
させることにより、重量平均分子量76万のカチオン性
ポリウレタン樹脂のエマルジョン(固形分濃度30重量
%、エマルジョン平均粒子径0.15μm)を得た。な
お、前記ポリエステルジオールとトリメチロールプロパ
ンとN−メチル−N,N−ジエタノールアミンの平均活
性水素濃度は132(mgKOH/g)であった。また
前記カチオン性ウレタンプレポリマーの分岐密度は0.
29であった。
性ポリウレタン樹脂エマルジョン50重量部に無定形シ
リカ50重量部、20重量%ポリビニルアルコール水溶
液200重量部を配合してインクジェット記録紙用塗工
液を調製し、これを上質紙にバーコーターにより乾燥後
厚さが25μmになるように塗布し、100℃で3分間
乾燥して、インクジェット記録紙を得た。
下記の項目について評価した。結果を表1に示す。
リンター(セイコーエプソン(株)製MACHJET
MJ−830C)で印刷し、記録画像に指触したときに
インクが付着しなくなるまでの時間により評価した。 評価基準 ◎:20秒未満 ○:20〜60秒 ×:60秒を超える
スポイトで水を1滴滴下して印字の滲みを目視で観察し
て評価した。 評価基準 ◎:まったく滲まない ○:僅かに滲む(印字の識別可能) ×:滲む(印字の識別不可能)
工面のひび割れを目視で観察して評価した。 評価基準 ◎:ひび割れなし ○:2mm以内のひび割れあり ×:2mmを超えるひび割れあり
いて、インクジェットプリンター(セイコーエプソン
(株)製MACHJET MJ−830C)を用いて紙
送りを繰り返すことにより評価した。 評価基準 ◎:非常に良好(50回紙送りしても塗工面に傷つきな
し) ○:良好(30回紙送りしても塗工面に傷つきなし) △:やや良好(10〜30回の紙送りで塗工面に傷発
生) ×:不良(10回未満の紙送りで塗工面に傷発生)
リンター(セイコーエプソン(株)製MACHJET
MJ−830C)でベタ印刷し、印刷前の用紙寸法と印
刷後の用紙寸法を比較することにより評価した(印刷前
の用紙面積に対する印刷後の用紙面積の増加率で比較し
た)。 評価基準 ◎:非常に優れる(寸法変化なし) ○:良好(寸法変化1%以内) ×:不良(寸法変化が1%を超える)
リンター(セイコーエプソン(株)製MACHJET
MJ−830C)でカラー印刷した後、60℃で3日間
保存して各色の変化を目視観察して判定した。このテス
トは、高温で保存した場合にインクジェット記録紙用塗
工剤がインクの色目に影響する度合いを調べるものであ
る。 評価基準 ◎:非常に優れる(まったく変化なし) ○:良好(僅かに変化が認められる) ×:不良(変化あり、画像としての価値がないレベル)
リンター(セイコーエプソン(株)製MACHJET
MJ−830C)で印刷した後、メタノールをつけた綿
棒で印字面を軽く擦ることにより評価した。 評価基準 ◎:非常に優れる(50回擦っても、くもり、脱落な
し) ○:良好(30回擦っても、くもり、脱落なし) △:やや劣る(10〜30回の擦りで、くもり、脱落発
生) ×:不良(10回未満の擦りで、くもり、脱落発生)
タン樹脂からなるインクジェット記録紙用塗工剤は、イ
ンク定着性、耐水性はもとより、耐擦過性、印刷時の寸
法安定性、耐熱性、耐溶剤性、無機充填剤に対するバイ
ンダー能力などがともに優れている。
Claims (7)
- 【請求項1】 (A)有機ポリイソシアネートから誘導
される構成単位と、(B)NCO基と反応性のある活性
水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物
から誘導される構成単位と、(C)分子中に酸で中和す
るかまたは四級化剤で四級化した三級アミノ基を有し、
かつ、NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくと
も2個有するポリヒドロキシ化合物から誘導される構成
単位とからなり、分岐密度が1000原子量当たり0.
08〜0.25であるカチオン性ウレタンプレポリマー
をポリアミン化合物により鎖伸長したカチオン性水系ポ
リウレタン樹脂のエマルジョンを含有することを特徴と
するインクジェット記録紙用塗工剤。 - 【請求項2】 ポリヒドロキシ化合物(B)とポリヒド
ロキシ化合物(C)の平均活性水素濃度が100〜80
0(mgKOH/g)である請求項1記載のインクジェ
ット記録紙用塗工剤。 - 【請求項3】 前記カチオン性水系ポリウレタン樹脂の
エマルジョンの平均粒子径が0.001〜0.1μmで
ある請求項1または2記載のインクジェット記録紙用塗
工剤。 - 【請求項4】 前記カチオン性ウレタンプレポリマー
が、有機ポリイソシアネート(A)、ポリヒドロキシ化
合物(B)、分子中に三級アミノ基を有し、かつ、NC
O基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有す
るポリヒドロキシ化合物(Cp)とを反応させてウレタ
ンプレポリマーを得、ついで該ウレタンプレポリマーの
三級アミノ基を酸で中和するかまたは四級化剤で四級化
して得られたものである請求項1〜3のいずれかに記載
のインクジェット記録紙用塗工剤。 - 【請求項5】 有機ポリイソシアネート(A)が芳香族
ポリイソシアネートである場合、前記カチオン性ウレタ
ンプレポリマーが、有機ポリイソシアネート(A)、ポ
リヒドロキシ化合物(B)、分子中に酸で中和するかま
たは四級化剤で四級化した三級アミノ基を有し、かつ、
NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個
有するポリヒドロキシ化合物(C)とを反応させて得ら
れたものである請求項1〜3のいずれかに記載のインク
ジェット記録紙用塗工剤。 - 【請求項6】 前記カチオン性水系ポリウレタン樹脂の
重量平均分子量が10万〜100万である請求項1〜5
のいずれかに記載のインクジェット記録紙用塗工剤。 - 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかに記載の塗工剤
を紙基材に塗工してなるインクジェット記録紙。
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