JP2004143316A - Kneaded product for water-based pigment dispersion, and method for producing water-based pigment dispersion, and ink composition by using the same - Google Patents

Kneaded product for water-based pigment dispersion, and method for producing water-based pigment dispersion, and ink composition by using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique by which an excellent water-based pigment dispersion and an ink composition, containing a stably dispersed pigment (having good dispersion stability) and maintaining the dispersion even after a long-term preservation (having good long-term preservation stability) can be obtained. <P>SOLUTION: The method for producing a solid or semisolid kneaded product for the water-based pigment dispersion involves carrying out kneading of a mixture comprising a resin which at least can be dissolved or self-dispersed in water, and a pigment while adding an energy under a condition of having at least one or more local maximum values to a kneader when producing the solid or semisolid kneaded product for the water-based pigment dispersion by the kneading. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水性顔料分散液用混練物及びこれを用いた水性顔料分散液とインク組成物の製造方法に関し、特にインクジェット記録用に適したものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、水を主成分とする液媒体中に顔料を分散した水性顔料分散液が提案され、これを希釈してインク組成物が製造されている。
水性顔料分散液を製造するにあたっては、顔料、水、有機溶剤、分散剤、アルカリ剤を混合し、分散機を用いて顔料の分散処理を行うのが一般的である。その結果、粒子状の顔料が樹脂にて被覆された複数の樹脂被覆粒子が水溶性溶剤中に分散した水性顔料分散液が得られる。
【0003】
一方、水性顔料分散液を使用してインクジェット記録用のインク組成物とした場合、従来の染料を用いたものと比べて耐光性、耐水性などが格段にすぐれたものが得られる。
なお、インクジェット記録用のインク組成物においては、インクジェットから吐出されるときの安定性(吐出安定性)、長期保存安定性などが、他の用途に比較して非常に厳しく要求されている。すなわち、できるだけ粒子径の揃った微細な顔料粒子が、分散剤に被覆された状態で、液媒体中に長期にわたって安定に分散している必要がある。そして、これらの要求を満足するためには、水性顔料分散液の段階で、良好な分散安定性と、長期保存可能な分散安定性を有することが必要とされる。
【0004】
そこで、最近では、水性顔料分散液について、インクジェット記録用に適した組成や顔料の分散方法などについて種々検討が行われはじめている。
例えば、水溶性樹脂とアルカリ成分を水に溶解した水溶液を作成し、これに顔料を加えて充分撹拌した後、さらに分散効率の高い高速のサンドミルなどを用いて分散させて水性顔料分散液を得る方法が提案されている。
【0005】
顔料とポリマー分散剤を2−ロールミリング装置によって混練し、分散体を得た後に水性キャリアー媒体中に分散し顔料分散液を得る調整方法が開示されている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。実施例によると顔料、ポリマー分散剤、溶剤を2−ロールミリング装置により処理し顔料分散体を得た後、中和剤である水酸化カリウムと水とに混合し顔料分散液を得る製造方法である。
【特許文献1】
特開平6−157954号
【特許文献2】
特開2000−80299号
【特許文献3】
特開2001−81390号
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら,前記製造方法では2−ロールミリング装置であらかじめ混練することで未混練のものよりは顔料の微細化が進み水性キャリアー媒体中への分散性の向上が図れるが,顔料とポリマー分散剤を混練して得た分散体を水性キャリアー媒体中へ分散させる際に生じる顔料凝集体を完全に防止できない問題があった。
また、この方法においては、分散時間が長時間にわたり、製造効率が低いという問題があった。また、この様にして得られた水性顔料分散液においても、分散安定性は未だ不充分であった。
【0007】
一方、サンドミル等のメディアを用いた分散機で水性顔料分散液を製造することは一般的に行われているが、通常顔料、分散剤等の固形分比率の低い低粘度の被分散液を用いて行われる。そのため、顔料に効率良く粉砕エネルギーがかかりにくく、顔料の粒子を粉砕するのに多くの時間がかかるという問題があった。ジルコニア等の比重が大きなメディアを用いるとともに小粒径化することで顔料粉砕効率を上げる等の改良がなされているが、メディア1個の重量減少が生じるため粉砕エネルギーが減少する、分散時の発熱が増大し製品品質へ悪影響を与える等、必ずしも十分な顔料の粉砕・分散効率の向上には至っていないのが現状である。この様にして得られた水性顔料分散液には、分散後にも相当量の粒径1μm以上の粗大粒子が含まれている。そして、このままではインクジェットの吐出安定性が確保できないため、さらに遠心分離、濾過などによってこの粗大粒子を除去する工程が必要であり、さらなる製造効率の低下と収率の低下という問題があった。
【0008】
本発明は前記事情に鑑てなされたもので、従来の方法で作製された顔料分散体より微細でかつ安定に分散し(分散安定性が良好で)、それが長期保存においても維持される、長期保存安定性が良好な水性顔料分散液とインク組成物を得ることができる技術を提供することを課題とする。
また、分散時間などの製造に要する時間が短く、製造効率が高い水性顔料分散液とインク組成物の製造方法を提供することを課題とする。
また、収率の高い水性顔料分散液とインク組成物の製造方法を提供することを課題とする。
特に吐出特性に優れたインクジェット記録用のインク組成物を得ることができる技術を提供することを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決し、分散安定性の良好な水性顔料分散液を効率良く作製するためには、分散樹脂、顔料を含む混合物を配合し、高粘度で混練して混練物を作製する際に混練機に付加するエネルギーを調整することが好適であることを見いだし、新規な水性顔料分散液用混練物およびこれを用いた水性顔料分散液とインク組成物の製造方法を完成するに至った。
【0010】
すなわち本発明者らは前記課題を解決するために、少なくとも水に溶解又は自己分散可能な樹脂、顔料を含む混合物を混練し、固体もしくは半固体状の水性顔料分散液用混練物を製造する方法において、混練機の負荷電流(I)を、混練機の剪断速度(v)で除した値(I/v)が時間と共に増加した後、減少するように混合物が混練されることを特徴とする水性顔料分散液用混練物の製造方法を提供する。
【0011】
また本発明者らは、上記の水性顔料分散液用混練物の製造方法によって、該水性顔料分散液用混練物を製造する工程と、該混練物を水を主成分とする溶液に分散させて水性顔料分散液を製造する工程とを有する水性顔料分散液の製造方法を提供する。
【0012】
なお、本明細書においては、水性顔料分散液用混練物の製造工程において、混練前のものを混合物、混練中あるいは混練後のものを混練物とする。
またさらに本発明者らは、前記水性顔料分散液を製造する工程と、該水性顔料分散液を水溶性溶剤で希釈してインク組成物を得る工程を有するインク組成物の製造方法を提供する。
【0013】
【発明の実施の形態】
少なくとも水に溶解又は自己分散可能な樹脂、及び顔料を含む混合物を必要に応じて加熱、溶剤等を添加した状態で混練機を用いて機械的エネルギーを付与し、混合・混練することにより、樹脂と顔料は効率的に溶融、混合される。このとき顔料は、混練機の機械的エネルギーにより、微細化され、同時に微細化された顔料表面への樹脂吸着が進行し、個々の微細な顔料粒子表面に樹脂が吸着した状態を保持した高粘度の塊状物となる。
【0014】
さらにまた本発明者らは、前記水性顔料分散液用混練物の製造方法において、混練機に付与するエネルギーに少なくとも1回以上の極大値を持つ条件とする様に混練を行うことが混練物における顔料の分散粒径を小さくする上で好ましく、また分散安定性を高める上でも好ましいことを見いだした。さらに、混練物をイオン交換水もしくは水溶性有機溶剤と水との混合液に分散させる際にも、混練機に付与するエネルギーに少なくとも1回以上の極大値を持つ条件とすることが、粗大粒子発生防止に効果的であり、製造効率を高めることに有用であることを見いだした。
【0015】
混練機に供された上記混合物は、混練機によって剪断力、圧力などの様々な力を受けることにより、”混ぜられ、伸ばされ、練られ、切られ”などの作用を受けて混練されていく。混合物が固体もしくは半固体状の混練物となり、十分な力およびエネルギーを混練機から受けられる状態になり、且つこの混練物に十分な力エネルギーを混練機から与えることにより、混練を効果的に進めることができる。
混練物の形態を考えると、混練開始時には水中に樹脂及び顔料が混ぜられた、比較的粘度が低く、混練機からの力やエネルギーが与えられ難い状態となっている。
【0016】
しかし、これらの材料が混練されてくることにより粘度が上昇してくるようにすると、混練機からの力、エネルギーが十分に混練物にかかりやすくなる。この状態で混練機から混練物に十分な力やエネルギーを与えるように混練すれば、”混ぜられ、伸ばされ、練られ、切られ”などの作用を受けて、顔料は微細化され、同時に微細化された顔料表面への樹脂吸着が進行し、個々の微細な顔料粒子表面に樹脂が吸着した状態を保持した高粘度の塊状物となる。
さらに混練が進むと、樹脂が表面に吸着した顔料が水の中で好適に分散され、再び混練物の粘性が下がり、混練物に対する力やエネルギーが掛かりにくくなり、過度の顔料の粉砕が起こりにくくなる。そして混練機からも過度の力やエネルギーをかけないようにすると、分散系は粘度を下げた後、一定の分散状態に到達する。
【0017】
このような混練工程を与える製造方法により、微細で且つ安定に分散し(分散安定性が良好で)、それが長期保存においても維持される、長期保存安定性が良好な水性顔料分散液とインク組成物を得ることができる。
【0018】
混練機が混練物に与える力およびエネルギーは、混練機の負荷電流(I)(単位:A)を、混練機の剪断速度(v)(単位:m/sec)で除した値(I/v)(単位:A・sec/m)を指標にして混練機を制御することができる。具体的には、混練機であるロールや撹拌機の回転速度、剪断速度を制御することにより、上記I/vを制御することができる。また、撹拌機の回転速度を略一定にして撹拌したときは、I/vは負荷電流(I)と比例するため、I/vの増減は負荷電流(I)の増減としてとらえることができる。
【0019】
上記のように混練過程で、混合物及び混練物が好ましい混練挙動を取るように調整することは、水、樹脂、顔料の種類を適宜選んだり、添加量を調整することにより達成することができる。塩基を含めた系でも同様に調整することができる。
【0020】
混練工程を、例えば2本ロールや3本ロールのような開放系の混練機を用いて行う場合、顔料分散が最も効率良く実施される適正粘度で混練が行われる。その際、混練物に水、あるいは水溶性有機溶剤が含まれている場合、混練時の温度上昇で混練物中の水、もしくは水溶性有機溶剤が蒸発し、混練物の固形分比率の上昇が著しい。その結果、混練終了時に固形分比率が著しく上昇するため、混練操作終了後、冷却されたものは混練物表面が乾いた状態となり、堅牢な混合物となる。また、2本ロールや3本ロールのような開放系の混練機での混練の場合、混練物粘度は、混練物温度と固形分濃度により決まり、混練中ほぼ一定もしくは増加していくものと考えられる。従って、通常混練に使用するロール回転数で回転数一定とした場合の混練機の消費電力や混練機に付与するエネルギーは、混練工程中一定、もしくは増加傾向を示すものとなる(混練機に印加する電圧が一定の場合、消費電力の増加は、負荷電流値の増加を意味する。)。
【0021】
しかしながら、混練工程であまりに多くの水が失われると、これに続く分散工程で、水性顔料分散液を作製するとき、さらに該混練物に水、もしくは水溶性有機溶媒を添加して、固形チップの粉砕、溶解と顔料の分散を行わなければならない。従ってロール練肉に続く分散工程に負担がかかり、分散時間が長時間化したり、又たとえ長時間の分散を行ったとしても粗大粒子が残存する可能性が非常に高い。
【0022】
これに対して、混合物の質量が実質的に変化しない様に混練を行うと、混練物の粘度の上昇や固形分比率の増加等の問題を生じずに、水性顔料分散液用混練物を得ることができる。
【0023】
さらに前記水性顔料分散液用混練物の製造方法においては、撹拌槽と撹拌羽根を有する混練機を用いて混練することが好ましい。このような混練機においては上述の様なロール練肉機と異なり、攪拌槽を密閉することが可能であって、混練中の水もしくは水溶性有機溶剤の蒸発を防ぎ、混練中に混合物の質量が実質的に変化しないようにすることができる。
【0024】
このため該混練物の固形分比率が上昇しすぎることがなく、分散工程に移るために添加した希釈用の水、あるいは水溶性溶剤中に容易に混合分散でき、効率的に分散液を作製することができる。
【0025】
さらに前記混練機がプラネタリーミキサーであることが好ましい。プラネタリーミキサーは、互いに自転と公転を行う2軸以上の攪拌羽根を使用して、攪拌槽中の混練物を攪拌、混練する構造を有しており、攪拌槽中に攪拌羽根の到達しないデッドスペースが少ない。また羽根の形状が肉厚で高負荷をかけることができるが、一方では攪拌羽根を攪拌槽中で回す通常の攪拌機の様に使用することもできる。このため高負荷領域から低負荷領域まで、処理対象にできる被混練物の幅が広く、混練終了後の混練物に、そのまま水、もしくは水溶性有機溶剤の一方あるいは両方を添加し、希釈、攪拌、分散する操作の全てを、プラネタリーミキサーから混練物を取り出さずに、該同じミキサーの中で行うことができる。
【0026】
プラネタリーミキサーで使用される羽根は、フック型、枠型、捻り型等、様々な羽根形状が提案されているが、本特許においては、どのような羽根でも使用可能であり、特定されることは無いが、混練物粘度に耐え得る強度を有することが必要であり、枠型が強度、混練性等の面から好ましい。
【0027】
なお、前記水性顔料分散液用混練物を用いて、これに水溶性溶剤に分散させて水性顔料分散液を作製するときは、メディアを用いた分散機で分散させることが好ましい。このような分散機を用いることにより、顔料の粉砕による小粒径化と該顔料表面への樹脂吸着とを同時に進行させることができる。
【0028】
本発明における剪断速度は、混練の際、混練機撹拌羽根(ブレード)によって発生する最大剪断速度とする。ブレードが1枚の場合は、そのブレードの周速であり、ブレードが2枚の場合は、2枚のブレードの回転方向により周速和、又はブレード1枚の周速で示される。
【0029】
以下、剪断速度の例を示す
1.  2本ロールの場合
・ 2本ロールの場合は、2本のロールの周速度差
2.  1軸の回転装置(ヘンシェルミキサー等)
・ ブレードの周速(最大径位置での)
3.  2軸の回転装置(Kneeder等)
・ 2軸同方向回転の場合は、ブレードの周速の2倍
・ 2軸逆方向回転の場合は、ブレードの周速
4.  遊星運動軸がある装置(プラネタリーミキサー等)
・ 公転/自転が同方向の場合は、公転周速に自転周速を加えた速度(最大径位置での)か自転周速の2倍の速度(自転ブレード最大径位置での)の大きい速度・ 公転/自転が逆方向の場合は、公転周速と自転周速の周速差(最大径位置での)か自転周速の2倍の速度(自転ブレード最大径位置での)の大きい速度
【0030】
水性顔料分散液において、顔料の分散状態は、顔料の粒径、顔料が樹脂に被覆された樹脂被覆粒子の粒径、顔料と樹脂との比率や、樹脂や水溶性溶剤の組成などに影響される。そして、微細な顔料の粒子の表面が樹脂によって薄く均一に被覆された微細な樹脂被覆粒子が、水溶性溶剤中に安定に分散し、且つその分散状態が長期保存後も維持されていることが、インクジェット記録用のインク組成物において、吐出安定性などの効果を得るために、好ましい。
なお本発明において、水溶性溶剤もしくは水性媒体とは、水、もしくは水中に水と容易に混ざり合う水溶性有機溶剤を含んだ水溶液を示すものとする。
【0031】
以下、本発明について、水性顔料分散液用混練物の製造方法、水性顔料分散液の製造方法、インク組成物の製造方法について順に例を挙げて詳細に説明する。
【0032】
(1)水性顔料分散液用混練物の製造方法
水性顔料分散液用混練物の製造においては、少なくとも
▲1▼水に溶解又は自己分散可能な樹脂
▲2▼顔料、
を含む仕込みの混合物を混練し、固体もしくは半固体状の水性顔料分散液用混練物を製造することを特徴とする。
【0033】
なお、▲1▼樹脂と▲2▼顔料とを合わせた固形分比率は、得られる水性顔料分散液用混練物中、60〜80質量%が好ましい。固形分比率が50質量%未満では混合物の粘度が低下するため、混練が十分に行われず、顔料を解砕させるための十分なエネルギーを混練物に付与されず粗大粒子が多量に残存するため好ましくない。そして、固形分比率をこのように高めることによって混練中の混練物の粘度を適度に高く保ち、混練中の混練機から混練物にかかる剪断力を大きくして、混練物中の顔料の粉砕と顔料の樹脂による被覆を同時に進行させることができる。固形分比率が80質量%を超えると、例え加温して樹脂を充分に軟化させたとしても混練が困難になる。また、水性顔料分散液製造時に水溶性溶剤に溶解、分散させることが困難となったり、水溶性溶剤による低粘度化が困難となるおそれがある。
【0034】
以下、それぞれの構成について詳細に説明する。
▲1▼樹脂
樹脂は、水に溶解又は自己分散可能なものであって、少なくとも1種以上のアニオン性基を有するモノマー成分、または少なくとも1種以上のカチオン性基を有するモノマー成分を重合させたものであり、両モノマーを併用しても良い。さらに少なくとも1種以上の水酸基を有するモノマー成分を含むモノマーを重合させたものであっても良く、該アニオン性基を含むモノマー、カチオン性基を含むモノマー、水酸基を含むモノマー成分はそれぞれ親水性基として機能する。
【0035】
なお、重合に用いられる他のモノマー中には、疎水性基を有する疎水性モノマーが含有されていることが好ましい。水に溶解又は自己分散可能な樹脂としては、少なくとも1種以上のアニオン性基、カチオン性基、水酸基から選ばれる親水性基を有するモノマー成分と、疎水性基を有するモノマー成分が共存している樹脂を用いることが好ましい。
【0036】
このような樹脂としては、スチレン系樹脂、アクリル酸系樹脂、マレイン酸系樹脂、ポリビニール酢酸系樹脂、ポリビニールスルフォン酸系樹脂、アルキッド系樹脂、エポキシ系、アミン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリビニールアルコール系樹脂、ポリピロリドン樹脂、セルロース系樹脂などを例示することができる。
【0037】
前記、樹脂に用いる疎水基を有する疎水性モノマーとしては、
アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸オクタデシル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸イソボルニル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸2,3−エポキシプロピル、アクリル酸2,3−エポキシブチル、アクリル酸2,3−エポキシシクロヘキシル、アクリル酸ビニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸オクタデシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸イソボルニル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸ビニル、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、フマル酸ジメチル、フマル酸ジエチル、イタコン酸エチル、イタコン酸ベンジル、等の不飽和脂肪酸エステル類;
【0038】
アクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、N−エチルアクリルアミド、N−プロピルアクリルアミド、N−ジメチルアクリルアミド、N−ジエチルアクリルアミド、メタクリルアミド、N−メチルメタクリルアミド、N−エチルメタクリルアミド、N−プロピルメタクリルアミド、N−ジメチルメタクリルアミド、N−ジエチルメタクリルアミド、マレアミド、N,N−ジメチルマレアミド、フマラミド、N,N−ジメチルフマラミド、等の不飽和脂肪酸アミド類;
【0039】
アクリロニトリル、メタクリロニトリル、等の不飽和ニトリル類;
酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ブタン酸ビニル、ヘキサン酸ビニル、2−エチルヘキサン酸ビニル、オクタデカン酸ビニル、安息香酸ビニル、酢酸アリル、プロピオン酸アリル、ヘキサン酸アリル、デカン酸アリル、等のカルボン酸不飽和エステル類;
エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、等の不飽和エーテル類;
【0040】
スチレン、α−メチルスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−t−ブチルスチレン、4−メトキシスチレン、4−クロロスチレン、等スチレン類;エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−オクテン、ビニルシクロヘキサン、4−ビニルシクロヘキセン、等の不飽和炭化水素類;
【0041】
塩化ビニル、塩化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、3−クロロプロピレン、等の不飽和ハロゲン化炭化水素類;
4−ビニルピリジン、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルピロリドン、等のビニル置換複素環化合物類;
上記例示モノマー中のカルボキシル基、水酸基、アミノ基等活性水素を有する置換基を含有するモノマーとエチレンオキシド、プロピレンオキシド、シキロヘキセンオキシド等、エポキシド類との反応生成物;
【0042】
上記例示モノマー中の水酸基、アミノ基等を有する置換基を含有するモノマーと酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ヘキサン酸、デカン酸、ドデカン酸等カルボン酸類との反応生成物等を挙げることができる。
中でもスチレン系モノマー、さらにはスチレンモノマーが好ましい。
これらは1種又は2種以上併用して用いることができる。
なお、(メタ)アクリレートとは、アクリレート及び/又はメタアクリレートを示し、(メタ)アクリル酸とはアクリル酸及び/又はメタアクリル酸を示す。
【0043】
アニオン性基を有するモノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸、4−ビニル安息香酸等の不飽和カルボン酸類;コハク酸ビニル、マレイン酸アリル、テレフタル酸ビニル、トリメリット酸アリル等の多塩基酸不飽和エステル類が挙げられる。又スルホン酸基を含有するモノマーの例としてはアクリル酸2−スルホエチル、メタクリル酸4−スルホフェニル等の不飽和カルボン酸スルホ置換アルキル又はアリールエステル類;スルホコハク酸ビニル等のスルホカルボン酸不飽和エステル類;スチレン−4−スルホン酸等のスルホスチレン類を挙げることができる。
【0044】
特に分散安定性、長期保存安定性の点から、カルボキシル基を含むモノマーが好ましく、例えば(メタ)アクリル酸、無水マレイン酸などのビニルモノマーが挙げられる。
【0045】
カチオン性基を有するモノマーとしては、1級アミン、2級アミン、3級アミン等を含むモノマーが好ましく、アミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート等が挙げられる。
【0046】
水酸基を有するモノマーとしては、分子内に少なくとも1つの水酸基を持つモノマーが好ましく、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ(メタ)アクリレート、グリセリン(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
これら親水性基としてアニオン性基、カチオン性基、水酸基の内から選ばれるものを適時選択して使用することができ、様々な組み合わせで使用することも可能である。
【0047】
本発明においては、分散安定性、長期保存安定性の点から、特に(メタ)アクリル酸に由来する構造を有している(メタ)アクリル酸系モノマーを用いると好ましい。
さらに、分散安定性、長期保存安定性の点から、アニオン性基を有する樹脂は疎水性モノマー成分であるスチレンモノマー成分とアニオン性基を有するモノマー成分とからなる共重合体樹脂などが好ましい。
なお、このとき、アニオン性基を有するモノマーは親水性モノマーであると好ましい。
【0048】
スチレンモノマー成分とアニオン性基を有するモノマー成分からなる共重合体樹脂においては、分散安定性、長期保存安定性の点から、スチレンモノマー成分が50質量%以上、好ましくは70質量%以上、好ましくは95質量%以下含まれていると好ましい。
【0049】
共重合体樹脂中のスチレンモノマー成分の含量を50質量%以上とすることにより、共重合樹脂の疎水性が増加し、水系においてはより強固に顔料への樹脂被覆が行われる。その結果、水性顔料分散液を経て作製されたインク組成物をインクジェットに用いたときに、樹脂被覆粒子が加熱されても、その粒径が安定であり、粒径安定性が向上する。そして、吐出安定性が向上し、且つ高い印字濃度が得られる。さらに被記録媒体上の塗膜の耐久性向上にも効果的である。なお、95質量%をこえると分散に寄与するアニオン性基を有するモノマー成分の含有量が低下し、水系での分散安定性、長期保存安定性が低下するおそれがある。
【0050】
なお本発明において、単にモノマーという場合には、重合前のモノマーを指し、モノマー成分という場合には、樹脂中に含まれるモノマー由来の構造を示すものとする。
また、長期的な保存安定性の点から、樹脂の酸価は60〜300mgKOH/g、好ましくは100〜180mgKOH/g、さらに好ましくは120〜170mgKOH/gの範囲とされる。なお酸価とは、樹脂1gを中和するに必要な水酸化カリウム(KOH)のミリグラム(mg)数であり、mgKOH/gにて示す量である。
【0051】
酸価が60より小さいと、親水性が小さくなり、顔料の分散安定性が低下するおそれがある。一方、酸価が300より大きいと、顔料の凝集が発生し易くなり、またインク組成物を用いた印字品の耐水性が低下するおそれがある。
【0052】
なお、アニオン性基を有する樹脂の質量平均分子量は3000〜50000、さらに好ましくは4000〜40000、さらに好ましくは5000〜30000とされる。3000以上とされる理由は、低分子量である程初期的な分散性が優れているが、長期的な保存安定性が低下する傾向があるためである。なお、50000をこえると水性顔料分散液の粘度が高くなるだけでなく、樹脂の分散性、溶解性などが低下する傾向にある。
【0053】
上記の好ましい範囲の重量平均分子量を有する樹脂を用いることにより、水溶性溶剤中の顔料の安定性と被記録媒体上に形成された塗膜の耐久性を両立させることができる。
また、樹脂のガラス転移点は90℃以上、好ましくは100℃以上、実質的には150℃以下とされる。
ガラス転移点が90℃以上であると、インク組成物によって形成された画像の耐久性が向上し、又インク組成物の熱安定性が向上する。このため該水性顔料分散液から作製されたインクジェット記録用水性インク組成物をサーマルジェットタイプのインクジェット記録用に用いても、加熱によって吐出不良を起こすような特性変化を生じず、好ましい。なお、樹脂のガラス転移点は分子量などの変更によって調整することができる。
【0054】
▲2▼顔料
顔料は、公知のものを特に制限無く使用することができる。
無機顔料の例としては、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、ベンガラ等が挙げられる。
【0055】
有機顔料の例としては、C.I.ピグメント レッド122、同 レッド202、同 レッド207、同 レッド209、同 バイオレット19等のキナクリドン系顔料;
C.I.ピグメント オレンジ48、同 オレンジ49等のキナクリドンキノン系顔料;
C.I.ピグメント バイオレット23、同 バイオレット37等のジオキサジン系顔料;
C.I.ピグメント ブルー15、同 ブルー15:1、同 ブルー15:2、同 ブルー15:
3、同 ブルー15:4、同ブルー15:6、同 ブルー16,同 ブルー68、同 グリーン7、同 グリーン36等のフタロシアニン系顔料;
C.I.ピグメント イエロー108等のアントラピリミジン系顔料;
C.I.ピグメント オレンジ77、同 レッド168等のアンサンスロン系顔料;
C.I.ピグメント ブルー60等のインダンスロン系顔料;
C.I.ピグメント イエロー24等のフラバンスロン系顔料;
C.I.ピグメント イエロー196、同 レッド177等のアントラキノン系顔料;
C.I.ピグメント レッド123、同 レッド149、同 レッド178、同 レッド179、同レッド190、同 レッド224等のペリレン系顔料;
C.I.ピグメント イエロー196、同 オレンジ43等のペリノン系顔料;
C.I.ピグメント イエロー138等のキノフタロン系顔料;
C.I.ピグメント オレンジ71、同 オレンジ73、同 レッド254、同 レッド255、同 レッド264、同 レッド272等のジケトピロロピロール系顔料;
C.I.ピグメント レッド88、同 レッド181、同 ブラウン27等のチオインジゴ系顔料;
C.I.ピグメント イエロー139、同 イエロー185、同 オレンジ69、同 レッド260等のイソインドリン系顔料;
C.I.ピグメント イエロー109、同 イエロー110、同 イエロー173等のイソインドリノン系顔料;
C.I.ピグメント イエロー101、同 イエロー129、同 オレンジ65等のアゾメチン系顔料;
C.I.ピグメント イエロー151、同 イエロー154、同 イエロー175、同 イエロー180、同イエロー181、同 オレンジ36、同 レッド175、同 レッド176、同レッド185等のベンズイミダゾロン系顔料;
C.I.ピグメント イエロー1、同 イエロー65、同 イエロー73、同 イエロー74、同 イエロー116,同 レッド3、同 レッド48:1、同 レッド48:2、同 レッド48:3、同 レッド53:1、同 レッド57:1、同 レッド115等のモノアゾ系顔料;
C.I.ピグメント イエロー12、同 イエロー13、同 イエロー17、同 イエロー81、同 イエロー83、同 オレンジ13、同 オレンジ16等のジスアゾ系顔料;
C.I.ピグメント イエロー93、同 イエロー95、同 イエロー128、同 レッド144、同 レッド166、同 レッド220、同 レッド221等の縮合アゾ系顔料などが挙げられる。
【0056】
顔料は粉末状、顆粒状あるいは塊状の乾燥顔料でも良く、ウェットケーキやスラリーでも良い。
前記顔料は、混合物中に15〜80質量%配合されることが好ましい。一般に水性顔料分散液を希釈して、一定の顔料濃度のインク組成物を得るため、水性顔料分散液中の濃度を極力上げて生産することは、より多くのインク組成物を製造できることから生産効率上有利となる。しかし、顔料濃度を上げることは、水性顔料分散液の保存安定性が悪化するため、実質的には顔料の分散安定性、水性顔料分散液用混練物等の安定性確保の点から、75質量%以下、好ましくは40〜60質量%とされる。
【0057】
また、顔料分散において通常使用されるように、顔料の分散を安定化させるために、使用顔料の顔料誘導体を併用することができる。これらの誘導体としては、顔料構造の一部にスルフォン基、カルボキシル基、燐酸基、クロロスルフォニル基、フタルイミドメチル基、クロロメチル基、アミノ基及びアミド基等を置換した化合物を挙げることができる。
【0058】
さらに顔料と樹脂(Resin)の質量比率に関しては、樹脂は顔料表面を安定に被覆するのに必要な量、存在していれば十分であり、それをこえる樹脂の含有はむしろ好ましくない。樹脂が過剰量存在すると、水性顔料分散液やインク組成物を作製したときに、顔料に吸着しない遊離の樹脂が増加するため、特にインクジェット記録用インク組成物として使用したときに該樹脂がインクノズルに固着してインク吐出不良の原因となりやすく、特にサーマルジェットプリンターにおいてはこの吐出不良の問題が発生する危険性が高い。
【0059】
そのため、本発明の水性顔料分散液用混練物の製造において、前記水性顔料分散液用混練物中の樹脂/顔料の質量比率は1/20〜2/1であることが好ましく、1/10〜1/1であることがさらに好ましい。
【0060】
水性顔料分散液用混練物においては、顔料の表面を一様に被覆できる量の樹脂が含有されていることが必要とされる。このため、顔料の配合比率が多すぎると顔料が樹脂によって充分に被覆されず、分散安定性、長期保存安定性が低下するおそれがある。しかしながら、この必要量を超える過剰の樹脂が多量に含有されていると、顔料の表面に付着せずに、水もしくは水溶性有機溶剤中へ粒子状態や溶解状態で存在する樹脂が増加することにより、粘度上昇の原因となり好ましくない。
【0061】
▲3▼塩基性化合物、酸性化合物
本発明の水性顔料分散体中におけるイオン性基含有樹脂は、イオン性基の少なくとも一部がイオン性基と逆のイオン性物質(カウンターイオン)によってイオン化(中和)された形態をとっていることが分散性、分散安定性の発現のうえで好ましい。
【0062】
イオン性基含有樹脂がアニオン性基である場合、アニオン性基のうちイオン化された基の最適割合は、用いるアニオン性基含有樹脂の組成、分子量、酸価等により変化するため一意的に限定されるものではないが、所望の分散性、分散安定性が発現される範囲であればよく、通常中和率として20〜200%の範囲に設定されることが好ましい。なお、ここで中和率とは、下記の式によって計算される値である。
中和率(%)=((塩基性化合物の質量(g)×56×1000)/(樹脂酸価×塩基性化合物の当量×樹脂量(g)))×100
中和率(%)が100%以上とは、樹脂が有する酸価を中和するのに理論上必要な塩基以上の過剰な塩基が使用されることを意味する。
このように、アニオン性基含有樹脂の、アニオン性基の少なくとも一部をイオン化するために用いる塩基性化合物としては、無機系塩基性化合物、有機系塩基性化合物のいずれも用いることができる。アルカリ強度を調整し易い点において、無機系塩基性化合物がより好ましい。
【0063】
有機系塩基性化合物としてはアンモニア、有機アミン(塩基性含窒素複素環化合物を含む)などが挙げられる。例えばアンモニア水、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミンなどの一般的なアミンを例示することができる。アミンの場合は一般に液体状であるので、そのままの形態で用いることができる。
【0064】
無機系塩基性化合物としては、カリウム、ナトリウムなどのアルカリ金属の水酸化物、水酸化アンモニウム;カリウム、ナトリウムなどのアルカリ金属の炭酸塩、カルシム、バリウムなどのアルカリ土類金属の炭酸塩;などを例示することができる。
上記の中でも、アニオン性基を含む樹脂の中和によって該樹脂の分散性を高めるに効果的であるため、強アルカリのものが好ましく、具体的には、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属の水酸化物が好ましい。
【0065】
塩基性化合物を水性顔料分散液用混練物もしくは水性顔料分散液に添加する場合、a)混練物を製造する段階で添加する方法、b)混練物を水もしくは水溶性溶剤と水との混合液に分散する際に添加する方法がある。
【0066】
a) 混練物を製造する段階で添加する方法
アニオン性基を有する樹脂と塩基性化合物とを混合することにより、前記アニオン性基が中和された水性顔料分散液用混練物が得られる。その結果、水性顔料分散液用混練物と水との親和性が向上し、水性顔料分散液の製造時に、水性顔料分散液用混練物が水中に速やかに分散し、製造効率が向上する。また、水性顔料分散液中の樹脂被覆顔料の分散状態がより安定となり、分散安定性、長期保存安定性も向上する。
【0067】
また、塩基性化合物を配合すると、塩基性化合物とアニオン性基を有する樹脂との相互作用によって、顔料が樹脂に充分に被覆されやすい状態で混練することができる。そのため、混練中に顔料が微粉砕され、粗大粒子が減少しやすくなり、後の工程で粗大粒子を除去する工程を省略でき、収率が向上するという効果も得られる。
【0068】
塩基性化合物は、上記の効果を効率的に得るためには、水溶液として加えることが適している。このため、水溶性の塩基性化合物が好適に用いられる。
なお、無機系塩基性化合物は混合性向上の点などから、通常、20〜50質量%濃度程度の水溶液の形態で用いられる。
【0069】
塩基性化合物の添加方法は、初期に一括して添加してもよく、又、混練中に複数回に分けて添加しても良い。しかし、作業のし易さ、混練条件を安定させる点から、配合初期に一括添加して混練することが好ましい。
【0070】
塩基性化合物の配合量は、前記アニオン性基を有する樹脂の中和率が20%以上となる量の塩基性化合物を用いることが好ましく、実質的には、長期保存時に分散安定性があり、ゲル化しないためにも、200%以下が好ましく、80〜120%が特に好ましい。好ましい範囲に設定することにより、水溶性溶剤中の分散速度の向上、分散安定性、長期保存安定性がより改善される。
【0071】
さらに塩基性化合物は、混練する前に、混合物に配合する他の配合成分とともに一括混合して混合物としておくことが好ましい。
例えば混合物は、予めアニオン性基を含む樹脂と水と塩基性化合物を混合して樹脂水溶液を作製しておき、これを顔料等の他の配合成分に添加するなどして、複数段階に分けて混合し、製造することもできるが、塩基性化合物と他の配合成分を一括配合して混練用の混合物を作製するほうが、該樹脂の顔料の表面への吸着が効率的に進行する点で好ましい。
【0072】
b) 混練物を水もしくは水溶性溶剤と水との混合液に分散する際に添加する方法混練物を水もしくは水溶性溶剤と水との混合液に分散する際、水もしくは水溶性溶剤と水との混合液にあらかじめ必要量の塩基性化合物を溶解しておき、塩基性化合物を含む水溶液中に混練物を混合・撹拌により分散させ、水性顔料分散液を得ることができる。その際、塩基性化合物を含む水溶液を加温することで分散時間の短縮となるため好ましい。
また、混練機より混練終了した混練物を取り出すことをしない場合、混練を継続しながら塩基性化合物を含む水溶液を添加する方法もある。
【0073】
イオン性基含有樹脂がカチオン性基である場合も、上述と同様に実施可能であり、通常適正な中和率は、20〜200%である。その場合の中和率は下記式で計算される数値である。
中和率(%)=((酸性化合物の質量(g)×56×1000)/(樹脂アミン価×酸性化合物の当量×樹脂量(g)))×100
中和率(%)が100%以上とは、樹脂が有するアミン価を中和するのに理論上必要な酸以上の過剰な酸が使用されることを意味する。
このように、カチオン性基含有樹脂の、カチオン性基の少なくとも一部をイオン化するために用いる酸性化合物としては、無機系酸性化合物、有機系酸性化合物のいずれも用いることができる。
【0074】
有機系酸性化合物としては酢酸、アクリル酸、プロピオン酸、メタアクリル酸等が挙げられる。有機系酸性化合物の場合は一般に液体、固体であり両者ともに使用可能であるが、水に溶解するものが使用するカチオン性基含有樹脂への分散性が良く、好適に用いることができる。
【0075】
無機系酸性化合物としては、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、などを例示することができる。
中でも、カチオン性基を含む樹脂の中和によって該樹脂の分散性を高めるのに効果的な酸としては酢酸、塩酸、硝酸などの酸性化合物が好ましい。
【0076】
▲4▼水溶性有機溶剤
水性顔料分散液用混練物を製造するにあたっては、ある程度の溶剤存在下で混練することが好ましい。溶剤が存在しないと充分に混練することができなかったり、顔料の表面が濡れないため、樹脂による被覆が不充分となるおそれがある。
【0077】
そこで、水性顔料分散液用混練物に水溶性有機溶剤を配合すると、この水溶性有機溶剤にて前記樹脂を溶解、一部溶解若しくは膨潤させることにより、顔料の粒子の表面に樹脂の均一な被膜を形成することができる。その結果、水性顔料分散液とインク組成物において分散安定性をさらに向上させることができる。
【0078】
なお、塩基性化合物あるいは酸性化合物の水溶液を用いたり、塩基性化合物あるいは酸性化合物がアミン、酢酸の様に有機系化合物で液体状の場合には、これらが上記の溶剤の役割を果たすため、水溶性有機溶剤を敢えて添加する必要がない場合もある。
【0079】
水溶性有機溶剤としては、公知のものを特に制限なく使用することができる。例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、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのグリコール類;
ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、及びこれらと同族のジオールなどのジオール類;
ラウリン酸プロピレングリコールなどのグリコールエステル;
エチレングリコールモノブチルエーテル、カルビトールなどのジエチレングリコールエーテル類;
ジエチレングリコールモノエチル、ジエチレングリコールモノブチル、ジエチレングリコールモノヘキシル、プロピレングリコールエーテル、ジプロピレングリコールエーテル、およびトリエチレングリコールエーテルを含むセロソルブなどのモノグリコールエーテル類;
メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、ブチルアルコール、ペンチルアルコール、およびこれらと同族のアルコールなどのアルコール類;
あるいは、スルホラン、エステル、ケトン、γ−ブチロラクトンなどのラクトン類、N−(2−ヒドロキシエチル)ピロリドンなどのラクタム類、グリセリン及びその誘導体など、水溶性有機溶剤として知られる他の各種の溶剤などを挙げることができる。
【0080】
これらの水溶性有機溶剤は1種又は2種以上混合して用いることができる。
水溶性有機溶剤の選択は、使用する樹脂によって決まるが、ある程度の溶解性を持つものが好ましく、樹脂の溶解性によりその添加量が調整される。
【0081】
水溶性有機溶剤は、水性顔料分散液やインク組成物において、乾燥防止剤としての役割も果たすため、高沸点、低揮発性で、高表面張力の多価アルコール類が好ましく、特にジエチレングリコール、トリエチレングリコール等のグリコール類が好ましい。グリコール類は一般的にインク組成物に含まれている場合が多く、最終製品中に残留しても問題がない。
【0082】
なお、水溶性有機溶剤は、使用する樹脂によっても異なるが、通常は仕込みの混合物中に10〜50質量%、好ましくは20〜40質量%配合される。その添加量は、樹脂量の1/2〜5倍程度であり、好ましくは樹脂量の1〜4倍程度である。水溶性有機溶剤の量が樹脂量の1/2未満では樹脂を溶解、部分溶解、又は膨潤させることができず、顔料の分散安定性が低下するおそれがある。又5倍を超えると混練用混合物粘度が低下し、十分な混練が行えないため、顔料の分散性が低下し、インク組成物において、吐出不良等の画質低下を生じさせるおそれがある。なお、上述の様に、有機系化合物などに由来して溶剤の役割を果たすものが他に配合されている場合には、これを考慮して水溶性有機溶剤の配合量を決定すると好ましい。
【0083】
また、水溶性有機溶剤は顔料に対して、質量比で1/5倍以上、好ましくは、1/3〜1倍配合すると好ましい。これにより、樹脂が常に半溶解もしくは膨潤状態となりつつ混練工程が進行し、顔料表面への樹脂被覆が良好に行われる。1/5倍未満では、混練初期に顔料の表面を充分に濡らすことができなかったり、樹脂を溶解、部分溶解、又は膨潤させることができず、その効果を充分に得ることができないおそれがある。
【0084】
▲5▼混練方法
本発明においては、水溶性溶剤に直接顔料を分散させるのではなく、まず、顔料を樹脂などとともに混練した後に水溶性溶剤に分散する。よってこの混練時に顔料が微粉砕されるため、粗大粒子を減少させることができる。
なお、このとき、上述の塩基性化合物又は酸性化合物を添加することが好ましく、その際、塩基性化合物とアニオン性基を有する樹脂あるいは酸性化合物とカチオン性基を有する樹脂との相互作用によっても粗大粒子は著しく減少する。
そのため、この粗大粒子を除去する工程を省略することができ、製造効率が向上するとともに収率を向上させることができる。
【0085】
本発明においては、混練中に水や水溶性有機溶剤などが蒸発しない様に、混合物(混練物)の質量が実質的に変化しない様に混練すると好ましい。そのため、適当な溶剤を使用した場合、混練開始から終了までの間、混合物中に、常に一定量の溶剤が存在し、混練初期に顔料の表面を濡らした溶剤が、当該溶剤によって好ましくは溶解、膨潤あるいは部分溶解した樹脂に置き換えられ、顔料の樹脂による被覆がより効率的に進行し、当該顔料が充分に被覆される。その結果、水性顔料分散液やインク組成物の分散安定性、長期保存安定性が著しく向上する。
【0086】
さらに混練終了後においても溶剤が混練開始時とほぼ同量残っており、混練後の混合物の溶解、分散を極めて短時間に進行させることができる。
そして、このためには、閉鎖系で混練する混練機が好ましく、撹拌槽と、一軸あるいは多軸の撹拌羽根を備えた混練機を用いると好ましい。撹拌羽根の数は特に限定しないが、高い混練作用を得るためには二つ以上の攪拌羽根のものが好ましい。
【0087】
この様な構成の混練機を用いると、水性顔料分散液用混練物を製造した後、これを同一撹拌槽中で混練工程後連続的に直接水溶性溶剤により希釈し、分散させて、水性顔料分散液を製造することができる。
【0088】
なお、実質的に質量が変化しないとは、好ましくは混練前の混合物の仕込み量に対して混練中あるいは混練後の混練物の重さが好ましくは90質量%以上の範囲で維持されていることとする。
【0089】
この様な装置としてはヘンシェルミキサー、加圧ニーダー、バンバリーミキサー、プラネタリーミキサーなどが例示され、特にプラネタリーミキサーなどが好適である。本発明においては、好ましくは顔料濃度と、顔料と樹脂からなる固形分濃度が高い状態で混練を行うため、混練物の混練状態に依存して混練物の粘度が広い範囲で変化するが、プラネタリーミキサーは特に低粘度から高粘度まで広範囲に対応することができるためである。
【0090】
図1〜図3はプラネタリーミキサーの構成の一例を示したものである。図中符号1は撹拌槽であって、この中空円筒形の撹拌槽1は上下に略二分割されている撹拌槽1の上方部材2の上面の内側には図2に拡大図で示した様に、枠型ブレードからなる撹拌羽根4、5が回転自在に設けられている。
【0091】
そして、撹拌時には上方部材2と下方部材3とが一体化し、閉鎖系となる。撹拌槽1の上方部材2の内側には図2に拡大図で示した様に、枠型ブレードからなる撹拌羽根4、5が一つのローター6に保持されている。ローター6が回転(公転)すると、撹拌羽根4、5は同一方向に回転(自転)する。そして、図3に示した様に、ローターの公転運動とともに2本の撹拌羽根4、5がそれぞれ自転運動する、いわゆる遊星運動(プラネタリー運動)しながら撹拌槽1内部に装填された混練対象物の混練が行われる。なお図3に示したのは撹拌槽1の公転1回転における2本の撹拌羽根4、5の先端の軌跡である。
【0092】
プラネタリーミキサーにおいては、この様な撹拌羽根4、5のプラネタリー運動により、撹拌羽根4、5相互間、および撹拌羽根4、5と撹拌槽1内面との間で強力な剪断力が作用し、高度の撹拌、混練、分散作用が得られる。
なお、プラネタリーミキサーなどの閉鎖系の混練機を用いて混練すると、時間とともに負荷電流が徐々に増加し、通常30分以内に極大値に達した後、徐々に減少する。
【0093】
すなわち、混合物を所定の温度(樹脂の種類などにもよるが、例えば40〜70℃)に加温しつつ、混ぜ合わせていると、樹脂が粘ちょうとなり、顔料と混合されることにより、撹拌羽根4、5の回転に大きな負荷がかかる。このとき、撹拌羽根4、5相互間及びこれら撹拌羽根4、5と撹拌槽1との間において、材料に大きな剪断力が印加され、顔料の微粉砕が効率的に行われるとともに、顔料は材料中に、充分に分散、混合され、樹脂にて被覆される。そして、特にプラネタリーミキサーの様に閉鎖系の混練機を用いると、効果的な混練が行われるため通常30分以内に樹脂、顔料、水溶性有機溶剤がほぼ完全に混ざり合い、撹拌羽根4、5にかかる負荷が小さくなる。そのため、負荷電流が徐々に減少する。
【0094】
この様に本発明において、プラネタリーミキサーなどの閉鎖系の混練機を用いて混合を行った場合、混練機(混練羽根)の回転数を略一定にした状態では混練時間と混練機(プラネタリーミキサー)の負荷電流値との関係のグラフにおいて、1つ以上の負荷電流値の極大値が得られるという特徴が見られる。これは、略密閉系の混練機で混練することで、顔料表面に効率良く樹脂が被覆されるために生じており、混練中に樹脂の相構造の変化に起因するものと推定される。さらには、混練中に水、もしくは水と水溶性有機溶剤を添加することでも負荷電流値を調整することも可能であり、樹脂に含まれるアニオン性基もしくはカチオン性基を分散媒体(水あるいは水と水溶性有機溶剤の混合液等)側に配向させるためには効果的である。
【0095】
図4〜図6に、混練時間と負荷電流値の変化の例を示した。図4は、一般的な混練時間と負荷電流値の変化である。Aは原料の仕込みが終了し、ほぼ撹拌槽内の温度が所定の温度に達し、撹拌羽根を混練時の回転数で回転を始めた(混練の開始)点である。その後、負荷電流値は急激に増加し、極大値に達する(B点)。この状態では、樹脂が溶融状態となり、顔料等と一体化し、塊状で混練される。その後、混練が進むと、負荷電流値は減少していく。Cに達した状態で、ほぼ混練工程は終了し、希釈工程(水、水溶性溶剤)を経てDで取り出しとなり、一連の工程の終了となる。ここで、B→Cの間で、適時、水、水溶性溶剤を添加しても構わない。なお、混練機を混練時の回転数で無負荷運転した時の負荷電流値はEの破線で示した。
【0096】
図5は、負荷電流値の極大値が複数回発生するようにした場合の混練時間と負荷電流値の変化を示した図の例である。1回目の極大値B1の後、負荷電流値が低下(F)し、再び極大値B2が発生している。その後、Cまで混練を行い、希釈工程を経て、Dで取り出しを行っている。このような、極大値を複数回得るためには、Fで撹拌槽を開放状態にするか、撹拌槽内を減圧排気を行う等により、混練物内の水、水溶性溶剤を除去することで容易に行うことができる。B2後に負荷電流を低下するためには、再び水、水溶性溶剤を添加することで実施できる。
【0097】
図6は、負荷電流値の極大値が大きく、極大値Bの後、負荷電流の低下が少ない例であり、極大値B後、かなり早い時期Cで水、水溶性溶剤を添加し、混練を継続し、その後希釈工程を経て、Dで取り出しを行っている。
この様に閉鎖系で混練すると、仕込みの混合物の質量に対して混練中に混練物の質量が実質的に変化せず、仕込みと同様の組成を備えた水性顔料分散液用混練物を得ることができ、製造安定性が向上する。
【0098】
また、混練初期から顔料濃度、固形分濃度が高い状態で混練するため、混練によって加えられる剪断力によって顔料が解砕され、未分散の粗大粒子が減少する。その結果、後の工程で粗大粒子を除去する必要がなく、収率が良好となる。
なお、水溶性有機溶剤を除去する場合には、混練後に加熱、乾燥して除去することすることもできる。
【0099】
ここで記載しているエプラネタリーミキサー等での混練中には、混練物に撹拌羽根/撹拌羽根間、撹拌羽根/撹拌槽間等で剪断力が印加された時に大きな負荷電流値が観察され、印加されない場合(撹拌槽の空隙部分に撹拌羽根がある場合)は無負荷時の負荷電流値に近い電流値が観察される。従って負荷電流値は振れを持った形で混練が継続され、特に混練物粘度が高い状態ほど負荷電流値の振れ幅は大きくなる。本発明における負荷電流の極大値は、負荷電流値の振れの最大値の挙動を見て判断するものとし、極大となる負荷電流値も負荷電流の振れの最大値を指すものとする。
【0100】
(2)水性顔料分散液の製造方法
水性顔料分散液用混練物は、通常半固体状あるいは固体状の堅練品である。そこで、この水性顔料分散液用混練物を水あるいは水溶性有機溶剤と水の混合液に分散させて水性顔料分散液を製造する。なお、水性顔料分散液用混練物中の顔料は水性顔料分散液用混練物の製造時に既に解砕され、分散樹脂にて被覆されているので、水性顔料分散液を得るための分散時間が短く、製造効率が向上する。
また、本発明の水性顔料分散液用混練物は、アニオン性基を有する樹脂と塩基性化合物との相互作用により、水に対する溶解性、分散性が良好なので速やかに溶解、分散する。この様に水に速やかに分散、溶解し、これが安定に保持されることが、本発明の水性顔料分散液用混練物の大きな特徴である。
【0101】
本発明において、水溶性溶剤とは、水、あるいは水と容易に混ざり合う水溶性有機溶剤を含むものとする。ここで用いる水溶性有機溶剤としては、例えばエタノール、イソプロピルアルコールなどの低級アルコール;エチレングリコールヘキシルエーテル、ジエチレングリコールブチルエーテルなどのアルキルアルコールのエチレンオキシド付加物やプロピレングリコールプロピルエーテルなどのアルキルアルコールのプロピレンオキシド付加物などが挙げられる。
【0102】
分散機は、公知のものを用いることができ、例えば、メディアを用いたものでは、超音波ホモジナイザードベイントシェーカー、ボールミル、アトライター、バスケットミル、サンドミル、サンドグラインダー、ダイノーミル、ディスパーマット、SCミル、スパイクミル、アジテーターミルなどを挙げられる。又メディアを用いないものとしては、超音波ホモジナイザー、ナノマイザー、デゾルバー、ディスパー、高速インペラー分散機などが挙げられるが、これらの中でもメディアを用いた分散機は分散能力が高いため好ましい。なお分散後に必要に応じて水溶性溶剤で濃度調整を行っても良い。
【0103】
また、必要に応じて水性顔料分散液調整時に、さらにアルカリ剤、酸性剤など各種公知の添加剤を配合することができ、アルカリ剤、酸性剤を添加すると分散安定性などが向上し好ましい。
なお、用いる分散機などの種類によっては、分散機で分散(本分散)を行う前に、必要に応じて水性顔料分散液用混練物に水溶性溶剤を添加し、混合、希釈して、前記分散機で処理するのに適した粘度に調整すると好ましい(以下、この粘度調整されたものを粘度調整物と呼ぶ場合がある)。
例えばサンドミルを用いる時には、固形分濃度で10〜40質量%となる様に希釈し、十〜数百mPa・sの粘度に調整した後にサンドミルを駆動させて分散を行うと好ましい。
【0104】
本発明においては、例えば上述の撹拌槽と撹拌羽根を備えた混練機で混練を行って混練物を得た後、この撹拌槽内の混練物に水溶性溶剤を添加し、混合することにより、粘度調整を行うことができる。したがって、混練物の製造から粘度調整までをひとつの装置で連続的に行うことができ、製造効率を向上させることができる。なお、粘度調整物は、例えば必要に応じて撹拌槽から取り出して、上記分散機による分散を行って水性顔料分散液とする。
なお、撹拌槽内で所定の粘度まで調整した後、さらに撹拌槽から取り出して、水溶性溶剤と混合して粘度調整を行って粘度調整物とし、これをさらに水溶性溶剤にて分散させて水性顔料分散液とすることもできる。
【0105】
(3)インク組成物の製造方法
インク組成物は、上述の様にして得られた水性顔料分散液をさらに水溶性溶剤にて希釈して製造することができる。インク組成物中に含有される顔料濃度は2〜10質量%程度が好ましい。
【0106】
水性顔料分散液を希釈する水溶性溶剤には水溶性有機溶剤が配合されていると、インク組成物において、乾燥防止、粘度調整、濃度調整に寄与するため、好ましい。水溶性有機溶剤としては、上述の水性顔料分散液用混練物を分散するために用いるものと同様のものを例示することができる。
【0107】
また、記録媒体への浸透性を示す水溶性有機溶剤が配合されていると、インク組成物に浸透性を付与することができ、好ましい。インク組成物において、浸透性は、記録媒体へのインク組成物(顔料)の浸透性や記録媒体上でのドット径の調整を行うために必要な特性である。
【0108】
浸透性を示す水溶性有機溶剤としては、例えばエタノール、イソプロピルアルコールなどの低級アルコール;エチレングリコールヘキシルエーテル、ジエチレングリコールブチルエーテルなどのアルキルアルコールのエチレンオキシド付加物;プロピレングリコールプロピルエーテルなどのアルキルアルコールのプロピレンオキシド付加物などが挙げられる。
【0109】
インク組成物には、水溶性溶剤と水性顔料分散液用混練物の他に、例えば公知の添加剤などを配合することができる。
配合可能なものとしては、例えばアルカリ剤、pH調整剤、界面活性剤、防腐剤、キレート剤、可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、紫外線硬化性樹脂などを例示することができる。
【0110】
本発明においては、例えば水性顔料分散液、水溶性溶剤、必要に応じて各種添加剤を加えて均一に撹拌することにより、インク組成物を製造することができる。
このインク組成物は、インクジェット記録用のインクとして好適に用いることができる。適用するインクジェットの方式は特に限定するものではないが、連続噴射型(荷電制御型、スプレー型など)、オンデマンド型(ピエゾ方式、サーマル方式、静電吸引方式など)などの公知のものを例示することができる。
そして、このインク組成物は、これら各種のインクジェット方式に適用した場合に、極めて安定したインク吐出が可能となる。
【0111】
【実施例】
以下、本発明を実施例を示して詳しく説明する。
なお、特に断りがない限り「部」は「質量部」、「%」は「質量%」である。
また、本実施例及び比較例に使用した顔料は以下のものである。
【0112】
【表1】

Figure 2004143316
【0113】
【表2】
Figure 2004143316
【0114】
同様に本実施例及び比較例に使用した樹脂S及びTは以下のものである。
樹脂S (C):モノマー組成比において、
スチレン/メタアクリル酸/アクリル酸=77/13/10 (質量比)であり、
質量平均分子量12000、酸価151mgKOH/g、ガラス転移点107℃である樹脂。
樹脂T (C):モノマー組成比で
スチレン/メタアクリル酸/アクリル酸=77/13/10 (質量比)とし、
分子量が質量平均分子量で7500、酸価150mgKOH/g、ガラス転移点107℃である樹脂。
【0115】
(実施例1)
下記組成の混合物を、容量50LのプラネタリーミキサーPLM−V−50V(株式会社井上製作所製)に仕込み、ジャケットを加温し、内容物温度が60℃になるまで低速(自転回転数:21rpm,公転回転数:14rpm)で混練を行い、内容物温度が60℃に達した後、高速(自転回転数:35rpm,公転回転数:24rpm)に切替、混練を継続した。なお、プラネタリーミキサーPLM−V−50Vにおける高速時((自転回転数:35rpm,公転回転数:24rpm)での無負荷運転を行ったときの負荷電流値は5Aであった。
【0116】
樹脂T                   1500g
カーボンブラック(三菱化学製#45L)      5000g
DEG                    3800g
34質量%水酸化カリウム水溶液         666g
【0117】
高速への切替時のプラネタリーミキサー負荷電流値は5Aであった。その後、混練を継続し、プラネタリーミキサーの最大負荷電流値が15Aを示した。最大負荷電流値を示してから30分間、混練を継続した後、プラネタリーミキサーの負荷電流値は8Aであった。この様にして得た撹拌槽内の混練物に、イオン交換水を200g加えて混練を継続し、均一に混合されたことを確認して、さらに200gのイオン交換水を加え、同様に均一になるまで混合した。以下同様にして、イオン交換水を200gづつ加え、総量1000gのイオン交換水を加えながら約2時間混練した。
ついで、混練を継続しながら、イオン交換水を加える量を500g/回にし、上記と同様に均一に混合されたことを確認しながら総量5000gのイオン交換水を加えた。
【0118】
イオン交換水の添加が終了した後、プラネタリーミキサーから混練物を取り出した。この混練物の固形分濃度は、38.1質量%であった。さらに取り出した混練物10kgに、ジエチレングリコール3757g、イオン交換水2380gを分散撹拌機で撹拌しながら30分間で少量づつ添加し、粘度調整物を得た。
この粘度調整物を、ビーズミル(浅田鉄工製ナノミルNM−G2L)にて下記条件で分散を実施し、水性カーボンブラック分散液P1を得た。
【0119】
・・分散条件
分散機       ナノミルNM−G2L(浅田鉄工製)
ビーズ       φ0.3mmジルコニアビーズ
ビーズ充填量    85%
冷却水温度     10℃
回転数       2660rpm  (ディスク周速:12.5m/sec)
送液量       200g/min
なお、分散は上記条件で、4回分散機を通す(4パス)ことで行った。
水性カーボンブラック分散液P1は、固形分濃度25.2質量%、カーボンブラック濃度18.2質量%であった。
【0120】
(実施例2)
下記組成の混合物を、容量50LのプラネタリーミキサーPLM−V−50V(株式会社井上製作所製)に仕込み、ジャケットを加温し、内容物温度が60℃になるまで低速(自転回転数:21rpm,公転回転数:14rpm)で混練を行い、内容物温度が60℃に達した後、高速(自転回転数:35rpm,公転回転数:24rpm)に切替、混練を継続した。
【0121】
樹脂T                     2500g
ファストゲンブルーTGR (Pigment Blue 15:3)
(大日本インキ製)           5000g
34質量%水酸化カリウム水溶液          1103g
ジエチレングリコール             2390g
高速への切替時のプラネタリーミキサー負荷電流値は7Aであった。その後、混練を継続し、プラネタリーミキサーの最大負荷電流値が15Aを示した。最大負荷電流値を示してから15分後、プラネタリーミキサーの負荷電流値は7.5Aに低下し安定したこの状態で混練を3時間継続して混練物を得た。
続いて、撹拌槽内の混練物に、イオン交換水を500g加え、混練を継続し、均一に混合されたことを確認し、さらに500gのイオン交換水を加え、同様に均一に混合されるまで混練し、粘度調整を行った。
【0122】
以下同様にして、イオン交換水を500gづつ加え、総量4000gのイオン交換水を加えた。
ついで、混練を継続しながら、イオン交換水を加える量を1000g/回にし、上記と同様に均一に混合されたことを確認しながらさらに総量4000gのイオン交換水を加えた。
イオン交換水の添加が終了した後、プラネタリーミキサーから粘度調整物を取り出した。
取り出した粘度調整物10.00kgに、ジエチレングリコール4.00kg、イオン交換水3.29kgを分散撹拌機で撹拌しながら少量づつ添加して、分散させた。さらに、ビーズミル(浅田鉄工製ナノミルNM−G2L)にて下記条件で分散を実施し、顔料分散液P2を得た。
【0123】
・・分散条件
分散機       ナノミルNM−G2L(浅田鉄工製)
ビーズ       φ0.3mmジルコニアビーズ
ビーズ充填量    85%
冷却水温度     10℃
回転数       2660rpm  (ディスク周速:12.5m/sec)
送液量       200g/min
なお、分散は上記条件で、4回分散機を通す(4パス)ことで行った。
顔料分散液P2は、固形分濃度24質量%、顔料濃度15.2質量%であった。
【0124】
(実施例3)
実施例2において、ファストゲンブルーTGRの代わりに、IRGALITE Blue 8700(Pigment Blue 15:3):チバスペシャリティーケミカルス株式会社製とすること以外は実施例1と同様にして、顔料分散液A2を得た。
このとき、プラネタリーミキサー混練時の負荷電流値は、高速での初期7Aで、その後最大14Aまで達し、混練継続に伴い徐々に低下した。
また、ビーズミルでの分散でも実施例2と同様に、4パスを問題無く実施可能であった。
顔料分散液P3の固形分濃度は23.9%で、顔料濃度は15.1%であった。
【0125】
(実施例4)
実施例3において、IRGALITE Blue 8700の代わりに、IRGALITE Blue GLVO (Pigment Blue 15:4):チバスペシャリティーケミカルス株式会社製とし、樹脂Tを樹脂Sとすること以外は実施例3と同様にして、顔料分散液P4を得た。ただし、34質量%水酸化カリウムの添加量は、1110.3gとした。
このとき、プラネタリーミキサー混練時の負荷電流値は、高速での初期7Aで、その後最大14Aまで達し、混練継続に伴い徐々に低下した。
また、ビーズミルでの分散でも実施例3と同様に、4パスを問題無く実施可能であった。
顔料分散液P4の固形分濃度は23.8質量%で、顔料濃度は15.1質量%であった。
【0126】
(実施例5)
下記組成の混合物を、容量50Lのプラネタリーミキサー PLM−V−50V(株式会社井上製作所製)に仕込み、ジャケットを加温し、内容物温度が60℃になるまで低速(自転回転数:21rpm,公転回転数:14rpm)で混練を行い、内容物温度が60℃に達した後、高速(自転回転数:35rpm,公転回転数:24rpm)に切替、混練を継続した。
【0127】
樹脂T                      2500g
IRGALITE Blue 8700 (Pigment Blue 15:3)
(チバスペシャリティーケミカルス株式会社製)   5000g
ジエチレングリコール               3125g
プラネタリーミキサーの負荷電流値はスタート時点で6Aであったが、45分後には最大の9Aに到達した。その後徐々に減少し135分以降は5.0〜5.5Aと漸減しつつも安定した。120分後以降混練終了近くまでにジエチレングリコールの追加分6875kgを少量追加し、240分後混練を終了し、粘度調整液を得た。この粘度調整物の固形分濃度は43質量%であった。
この粘度調整物10kg、水7583g、34質量%KOH水溶液632.4gの配合で、分散撹拌機を用いて分散液化した。
この分散液を、実施例3と同様にして分散を行い顔料分散液P5を得た。
このときのビーズミルでの分散作業は良好で、条件通りに作業することが可能であった。顔料分散液P5の固形分濃度は24.9質量%、顔料濃度は15.8質量%であった。
【0128】
(実施例6)
実施例5において、IRGALITE Blue 8700の代わりに、IRGALITE Blue GLVO (Pigment Blue 15:4):チバスペシャリティーケミカルス株式会社製とし、樹脂Tを樹脂Sとすること以外は実施例5と同様にして、顔料分散液P6を得た。ただし、34質量%水酸化カリウムの添加量は、636.5gとした。
このとき、プラネタリーミキサー混練時の状況は、実施例5とほぼ同様な挙動を示し、高速での初期負荷電流値は6Aであり、その後最大値9Aを示した後徐々に減少して、5〜5.5Aで安定した。
また、ビーズミルでの分散状況は、実施例5と同様であった。
顔料分散液P6の固形分濃度は23.7質量%で、顔料濃度は15.7質量%であった。
【0129】
(実施例7)
下記組成の混合物を、容量50LのプラネタリーミキサーPLM−V−50V (株式会社井上製作所製)に仕込み、ジャケットを加温し、内容物温度が60℃になるまで低速(自転回転数:21rpm,公転回転数:14rpm)で混練を行い、内容物温度が60℃に達した後、高速(自転回転数:35rpm,公転回転数:24rpm)に切替、混練を継続した。
【0130】
樹脂S                    750g
ファストゲンスーパーマゼンタRTS       5000g
(大日本インキ化学工業(株)製)
DEG                     3500g
34質量%水酸化カリウム水溶液         333g
イオン交換水                 200g
高速への切替時のプラネタリーミキサーの負荷電流値は5Aであった。その後、混練を継続し、プラネタリーミキサーの最大負荷電流値が20Aを示した。最大負荷電流値を示してから1時間、混練を継続した後、プラネタリーミキサーの負荷電流値は15Aであった。この様にして得た撹拌槽内の混練物に、イオン交換水を200g加えて混練を継続し、均一に混合されたことを確認して、さらに200gのイオン交換水を加え、同様に均一になるまで混合した。以下同様にして、イオン交換水を200gづつ加え、総量1000gのイオン交換水を加えた。
ついで、混練を継続しながら、イオン交換水を加える量を500g/回にし、上記と同様に均一に混合されたことを確認しながら総量4000gのイオン交換水を加えた。
イオン交換水の添加が終了した後、プラネタリーミキサーから生成物を取り出した。さらに取り出した生成物10kgに、ジエチレングリコール4.39kgイオン交換水5.43kgを分散撹拌機で撹拌しながら少量づつ添加し、粘度調整物を得た。
【0131】
・・分散条件
分散機       ナノミルNM−G2L (浅田鉄工製)
ビーズ       φ0.3mmジルコニアビーズ
ビーズ充填量    85%
冷却水温度     10℃
回転数       2660rpm  (ディスク周速:12.5m/sec)
送液量       200g/min
なお、分散は上記条件で、4回分散機を通す(4パス)ことで行った。
顔料分散液P7は、固形分濃度20質量%、顔料濃度17質量%であった。
【0132】
(実施例8)
下記組成の混合物を、容量50LのプラネタリーミキサーPLM−V−50V (株式会社井上製作所製)に仕込み、ジャケットを加温し、内容物温度が60℃になるまで低速(自転回転数:21rpm,公転回転数:14rpm)で混練を行い、内容物温度が60℃に達した後、高速(自転回転数:35rpm,公転回転数:24rpm)に切替、混練を継続した。
【0133】
樹脂S                     2500g
IRGAPHOR Yellow 8GCF (Pigment Yellow 128)
(チバスペシャリティーケミカルス株式会社製)   5000g
34質量%水酸化カリウム水溶液(KOH)        1118g
ジエチレングリコール              3000g
イオン交換水                  1000g
高速への切替時のプラネタリーミキサーの負荷電流値は7Aであった。その後、混練を継続し、プラネタリーミキサーの最大負荷電流値が12Aを示した。最大負荷電流値を示してから30分後、プラネタリーミキサーの負荷電流値は8Aに低下し安定したこの状態で混練を3時間継続して混練物を得た。
続いて、撹拌槽内の混練物に、混練を継続しながらイオン交換水を13g/分で1000gのイオン交換水を加えた。その後、混練を継続しながら50g/分で4800gのイオン交換水を加えた。さらに、1500gのイオン交換水を加え、粘度調整物とし、取出した。
取り出した粘度調整物10.00kgに、ジエチレングリコール3514.4g、イオン交換水2184.8gを分散撹拌機で撹拌しながら少量づつ添加して、分散させた。さらに、ビーズミル (浅田鉄工製ナノミル NM−G2L)にて下記条件で分散を実施し、顔料分散液P8を得た。
【0134】
・・分散条件
分散機       ナノミルNM−G2L (浅田鉄工製)
ビーズ       φ0.3mmジルコニアビーズ
ビーズ充填量    85%
冷却水温度     10℃
回転数       2660rpm  (ディスク周速:12.5m/sec)
送液量       500g/min
なお、分散は上記条件で、1回分散機を通す(1パス)ことで行った。
顔料分散液P8は、固形分濃度25.4質量%、顔料濃度16.1質量%であった。
【0135】
(実施例9)
下記組成の混合物を、容量50LのプラネタリーミキサーPLM−V−50V (株式会社井上製作所製)に仕込み、ジャケットを加温し、内容物温度が60℃になるまで低速(自転回転数:21rpm,公転回転数:14rpm)で混練を行い、内容物温度が60℃に達した後、高速(自転回転数:35rpm,公転回転数:24rpm)に切替、混練を継続した。
【0136】
樹脂S                    2400g
Fast Yellow 7410 (Pigment Yellow 74)
(山陽色素株式会社製)             6000g
34質量%水酸化カリウム水溶液(KOH)       1118g
ジエチレングリコール             3000g
このとき、プラネタリーミキサー混練時の負荷電流値は、初期7Aで、その後最大14Aまで達し、混練継続に伴い徐々に低下した。
続いて、撹拌槽内の混練物に、混練を継続しながらイオン交換水を20g/分で1000gのイオン交換水を加えた。その後、混練を継続しながら80g/分で8000gのイオン交換水を加えた。さらに、2000gのイオン交換水を加え、粘度調整物とし、取出した。
取り出した粘度調整物10.00kgに、ジエチレングリコール4779g、イオン交換水1051gを分散撹拌機で撹拌しながら少量づつ添加して、分散させた。さらに、ビーズミル (浅田鉄工製ナノミルNM−G2L)にて実施例8と同一条件で分散を実施し、顔料分散液P9を得た。
顔料分散液P9の固形分濃度は25.3%で、顔料濃度は17.3%であった。
【0137】
(実施例10)
下記組成の混合物を、容量50LのプラネタリーミキサーPLM−V−50V(株式会社井上製作所製)に仕込み、ジャケットを加温し、内容物温度が60℃になるまで低速(自転回転数:21rpm,公転回転数:14rpm)で混練を行い、内容物温度が60℃に達した後、高速(自転回転数:35rpm,公転回転数:24rpm)に切替、混練を継続した。
【0138】
樹脂T                     3000g
NOVOPERM YELLOW H2G (Pigment Yellow 120)
(クラリアントジャパン株式会社製)      5000g
34質量%水酸化カリウム水溶液(KOH)       1323.5g
ジエチレングリコール             3000g
このとき、プラネタリーミキサー混練時の負荷電流値は、初期7Aで、その後最大12Aまで達し、混練継続に伴い徐々に低下した。
続いて、撹拌槽内の混練物に、混練を継続しながらイオン交換水を20g/分で1000gのイオン交換水を加えた。その後、混練を継続しながら80g/分で8000gのイオン交換水を加えた。さらに、2000gのイオン交換水を加え、粘度調整物とし、取出した。
取り出した粘度調整物10.00kgに、ジエチレングリコール3000g、イオン交換水1600gを分散撹拌機で撹拌しながら少量づつ添加して、分散させた。さらに、ビーズミル(浅田鉄工製ナノミルNM−G2L)にて実施例8と同一条件で分散を実施し、顔料分散液P10を得た。
顔料分散液P10の固形分濃度は24.9%で、顔料濃度は14.7%であった。
【0139】
(比較例1)
実施例1で34質量%水酸化カリウム水溶液の替わりに、純水を440gとして、実施例1と同様に容量50LのプラネタリーミキサーPLM−V−50V (株式会社井上製作所製)に仕込み、ジャケットを加温し、内容物温度が60℃になるまで低速(自転回転数:21rpm,公転回転数:14rpm)で混練を行い、内容物温度が60℃に達した後、高速(自転回転数:35rpm,公転回転数:24rpm)に切替、混練を継続した。
【0140】
高速への切替時のプラネタリーミキサー負荷電流値は5Aであった。その後、混練を継続したがプラネタリーミキサーの負荷電流値は5〜6Aであり最大負荷電流値を示すことが無く30分間、混練を継続した。このときの内容物は、塊状とはならず、粉体状であった。この様にして得た撹拌槽内の混練物に、イオン交換水を250g加えて混練を継続し、均一に混合されたことを確認して、さらに250gのイオン交換水を加え、同様に均一になるまで混合した。以下同様にして、イオン交換水を250gづつ加え、総量1000gのイオン交換水を加えながら約2時間混練した。
混練を継続しながら、イオン交換水を加える量を500g/回にし、上記と同様に均一に混合されたことを確認しながらさらに総量5000gのイオン交換水を実施例1とほぼ同じ時間をかけて加えた。
【0141】
イオン交換水の添加が終了した後、プラネタリーミキサーから内容物を取り出した。内容物は、樹脂、カーボンブラックともに未分散状態で、粒子形状が認められた。また、この内容物の固形分を測定したところ、39.0質量%であった。
取り出した内容物10.00kgに、ジエチレングリコール6000g、イオン交換水5844g、34質量%水酸化カリウム水溶液398.8gを分散撹拌機で撹拌しながら30分間で少量づつ添加して、分散させ分散液を得た。
【0142】
この分散液を、ビーズミル(浅田鉄工製ナノミルNM−G2L)にて実施例1と同一条件で分散の実施を試みたが、1パス目で、分散機への送液圧力が上がり、送液量を低下させても送液圧力が適正圧力まで下げられず本分散できなかった。
また、分散攪拌機で攪拌した分散液を1昼夜放置したところ、容器底部にかなりの量の沈降物が発生していた。
【0143】
(比較例2)
実施例1でカーボンブラックを三菱化学製#45Lの代わりに三菱化学製#960にし、34質量%水酸化カリウム水溶液の替わりに、純水を440gとして、実施例1と同様に容量50LのプラネタリーミキサーPLM−V−50V (株式会社井上製作所製)に仕込み、ジャケットを加温し、内容物温度が60℃になるまで低速(自転回転数:21rpm,公転回転数:14rpm)で混練を行い、内容物温度が60℃に達した後、高速(自転回転数:35rpm,公転回転数:24rpm)に切替、混練を継続した。
【0144】
高速への切替時のプラネタリーミキサー負荷電流値は5Aであった。その後、混練を継続したがプラネタリーミキサーの負荷電流値は5〜6Aであり最大負荷電流値を示すことが無く30分間、混練を継続した。このときの内容物は、塊状とはならず、粉体状であった。この様にして得た撹拌槽内の混練物に、ジエチレングリコール(DEG)を250g加えて混練を継続し、均一に混合されたことを確認して、さらに250gのDEGを加え、同様に均一になるまで混合した。以下同様にして、DEGを250gづつ加え、総量1000gのDEGを加えながら約2時間混練した。このときのプラネタリーミキサーの負荷電流値はやや増加し、8Aを示した。
混練を継続しながら、DEGを加える量を500g/回にし上記と同様に均一に混合されたことを確認しながらさらに総量5000gのDEGを実施例2とほぼ同じ時間をかけて加えた。
DEGの添加が終了した後、プラネタリーミキサーから内容物を取り出した。内容物は、樹脂、カーボンブラックともに未分散状態で、粒子形状が認められた。また、この内容物の固形分を測定したところ、38.9質量%であった。
【0145】
取り出した内容物10.00kgに、ジエチレングリコール120g、イオン交換水5828g、34質量%水酸化カリウム水溶液398gを分散撹拌機で撹拌しながら30分間で少量づつ添加して、分散させ分散液を得た。
この分散液を、ビーズミル(浅田鉄工製ナノミルNM−G2L)にて実施例1と同一条件で分散の実施を試みたが、1パス目で、分散機への送液圧力が上がり、送液量を40g/minまで低下させて分散実施した。2パス目以降は、通常の200g/minで分散実施し、水性カーボンブラック分散液R2を得た。
【0146】
(比較例3)
実施例2において、34質量%水酸化カリウム水溶液の替わりにイオン交換水とすること以外は、実施例2と全く同様にしてプラネタリーミキサーを用いて、粘度調整物を得た。
このプラネタリーミキサーでの混練時の状態は、実施例2と異なり、明確な負荷電流値の変化が無く、7〜8Aで推移した。
得られた粘度調整物10kgにジエチレングリコール4kg、34質量%水酸化カリウム水溶液551.5g、イオン交換水2.93kgを分散撹拌機で撹拌しながら少量づつ添加して、分散させた。さらに、実施例2と全く同様にしてビーズミルで分散を実施したが、分散1パス目において、分散機への送液圧力が上昇し、200ml/minでは送液できないため、50ml/minまで送液量を低下させて行った。
2パス目以降からは、200ml/minで送液することが可能であり、4パスまで実施し、顔料分散液R3を得た。
顔料分散液R3の固形分濃度は23.5質量%で、顔料濃度は14.9質量%であった。
【0147】
(比較例4)
実施例7と同様に下記組成の混合物(実施例7で34質量%KOH水溶液をイオン交換水とした)を、容量50LのプラネタリーミキサーPLM−V−50V (株式会社井上製作所製)に仕込み、ジャケットを加温し、内容物温度が60℃になるまで低速(自転回転数:21rpm,公転回転数:14rpm)で混練を行い、内容物温度が60℃に達した後、高速(自転回転数:35rpm,公転回転数:24rpm)に切替、混練を継続した。
【0148】
樹脂S                     750g
ファストゲンスーパーマゼンタRTS        5000g
(大日本インキ化学工業(株)製)
DEG                      3500g
イオン交換水                  533g
高速への切替時のプラネタリーミキサーの負荷電流値は5Aであった。その後、混練を継続し、プラネタリーミキサーの最大負荷電流値が6Aを示した。その後混練を実施してから1時間、混練を継続した後、プラネタリーミキサーの負荷電流値に変化は無かった。この様にして得た撹拌槽内の混練物に、イオン交換水を200g加えて混練を継続し、均一に混合されたことを確認して、さらに200gのイオン交換水を加え、同様に均一になるまで混合した。以下同様にして、イオン交換水を200gづつ加え、総量1000gのイオン交換水を加えた。
ついで、混練を継続しながら、イオン交換水を加える量を500g/回にし、上記と同様に均一に混合されたことを確認しながら総量4000gのイオン交換水を加えた。
【0149】
イオン交換水の添加が終了した後、プラネタリーミキサーから生成物を取り出した。さらに取り出した生成物10kgに、ジエチレングリコール4390g、イオン交換水5208kg、34質量%水酸化カリウム溶液222.4gを分散撹拌機で撹拌しながら少量づつ添加し、粘度調整物を得た。
この粘度調整物を、実施例7と同様な条件でビーズミル (浅田鉄工製ナノミルNM−G2L)にて分散を実施したところ、1パス目において、ビーズミルへの送液圧力が上昇し200ml/minでは送液できないため、50ml/minまで送液量を低下させて行った。2パス目以降からは、200ml/minで送液することが可能であり、4パスまで実施し、顔料分散液R4を得た。
顔料分散液R4は、固形分濃度19.8質量%、顔料濃度17.1質量%であった。
【0150】
(比較例5)
下記組成の混合物を、容量50LのプラネタリーミキサーPLM−V−50V (株式会社井上製作所製)に仕込み、実施例7と同様に混練を行った。
【0151】
樹脂T                   1000g
CROMOPHTAL PinkPT             5000g
(チバスペシャリティーケミカル(株)製)
ジエチレングリコール(DEG)         3000g
イオン交換水                441.2g
プラネタリーミキサー回転数を高速へ切替時のプラネタリーミキサーの負荷電流値は5Aであった。その後、混練を継続し、プラネタリーミキサーの最大負荷電流値が8Aを示した。その後混練を実施してから1時間、混練を継続した後、プラネタリーミキサーの負荷電流値に変化は無かった。この様にして得た撹拌槽内の混練物に、ジエチレングリコール(DEG)を200g加えて混練を継続し、均一に混合されたことを確認して、さらに200gのDEGを加え、同様に均一になるまで混合した。以下同様にして、DEGを200gづつ加え、総量1000gDEGを加えた。
【0152】
さらに混練を継続しながら、DEGの加える量を500g/回にし、上記と同様に均一に混合されたことを確認しながら総量4000gのDEGを加えた。
この混練物10kgにDEG1385g、イオン交換水9818g、34質量%水酸化カリウム溶液305.6gを分散撹拌機で撹拌しながら少量づつ添加し、粘度調整物を得た。
この粘度調整物を、ビーズミル(浅田鉄工製ナノミル NM−G2L)にて実施例7と同一条件で分散を実施し、顔料分散液R5を得た。
顔料分散液R5の固形分濃度は19.9質量%、顔料濃度は16.2質量%であった。
【0153】
(比較例6)
実施例8において、34質量%水酸化カリウム水溶液の替わりにイオン交換水とすること以外は、実施例8と全く同様にしてプラネタリーミキサーを用いて、粘度調整物を得た。
このプラネタリーミキサーでの混練時の状態は、実施例8と異なり、明確な負荷電流値の変化が無く、7〜8Aで推移した。
得られた粘度調整物10kgにジエチレングリコール3514.4g、34質量%水酸化カリウム水溶液561.2g、イオン交換水1749.2gを分散撹拌機で撹拌しながら少量づつ添加して、分散させた。さらに、実施例8と全く同様にしてビーズミルで分散を実施したが、分散機への送液圧力が上昇し、500ml/minでは送液できないため、30ml/minまで送液量を低下させ分散を実施し、顔料分散液R6を得た。
顔料分散液R6の固形分濃度は25.1質量%で、顔料濃度は15.9質量%であった。
【0154】
(比較例7)
下記組成の混合物を、容量50Lのプラネタリーミキサー PLM−V−50V (株式会社井上製作所製)に仕込み、ジャケットを加温し、内容物温度が60℃になるまで低速(自転回転数:21rpm,公転回転数:14rpm)で混練を行い、内容物温度が60℃に達した後、高速(自転回転数:35rpm,公転回転数:24rpm)に切替、混練を継続した。
【0155】
樹脂S                    2400g
Fast Yellow 7410 (Pigment Yellow 74)
(山陽色素株式会社製)             6000g
イオン交換水                 1118g
ジエチレングリコール             3000g
プラネタリーミキサーの負荷電流値は高速開始時で6Aであった。高速での混練を30分間実施し、その後ジエチレングリコールを、50g/分で2000g加えた。その間の負荷電流値は、8Aを示し安定した。この状態で1時間混練を継続後、ジエチレングリコール/イオン交換水=3000g/3500gの混合液を100g/分で加えた。混合液の添加終了後、30分間混練を継続し、粘度調整物を取出した。
【0156】
この粘度調整物10kgに、ジエチレングリコール1903.1g、イオン交換水4200g、34質量%KOH水溶液510.6gを、分散撹拌機を用いて少量づつ添加し分散液化した。
得られた分散液を実施例2と全く同様にしてビーズミルで分散を実施したが、分散機への送液圧力が上昇し、500ml/minでは送液できないため、50ml/minまで送液量を低下させ分散を実施し、顔料分散液R7を得た。
顔料分散液R7の固形分濃度は25.3質量%、顔料濃度は17.3質量%であった。
【0157】
(比較例8)
実施例10の34質量%水酸化カリウム水溶液をイオン交換水とした下記組成の混合物を、容量50Lのプラネタリーミキサー PLM−V−50V (株式会社井上製作所製)に仕込み、ジャケットを加温し、内容物温度が60℃になるまで低速(自転回転数:21rpm,公転回転数:14rpm)で混練を行い、内容物温度が60℃に達した後、高速(自転回転数:35rpm,公転回転数:24rpm)に切替、混練を継続した。
【0158】
樹脂T                      3000g
NOVOPERM YELLOW H2G (Pigment Yellow 120)
(クラリアントジャパン株式会社製)        5000g
イオン交換水                    1323.5g
ジエチレングリコール                3000g
プラネタリーミキサーの負荷電流値は高速開始時で6Aであった。高速での混練を30分間実施し、その後ジエチレングリコールを、50g/分で2000g加えた。その間の負荷電流値は、8Aを示し安定した。この状態で1時間混練を継続後、ジエチレングリコール/イオン交換水=3000g/3500gの混合液を100g/分で加えた。混合液の添加終了後、30分間混練を継続し、粘度調整物を取出した。
この粘度調整物10kgに、ジエチレングリコール960g、イオン交換水3833g、34質量%KOH水溶液635.6gを、分散撹拌機を用いて少量づつ添加し分散液化した。
【0159】
得られた分散液を実施例10と全く同様にしてビーズミルで分散を実施したが、分散機への送液圧力が上昇し、500ml/minでは送液できないため、50ml/minまで送液量を低下させ分散を実施し、顔料分散液R8を得た。
顔料分散液R8の固形分濃度は26.5質量%で、顔料濃度は15.7質量%であった。
上記実施例、比較例で作製した分散体について、混練時の負荷電流値の極大値、最小値及び混練時の回転数での無負荷電流値を表3に示す。
【0160】
【表3】
Figure 2004143316
【0161】
(水性顔料分散液の評価)
上述の様にして得られた実施例、比較例の水性顔料分散液について、それぞれ顔料濃度が14.5質量%になるように、イオン交換水を加えて濃度調整を行った。顔料濃度を調整した水性カーボンブラック分散液について、マイクロトラックUPA粒度分析計(Leeds & Northrup社製)で粒径測定を実施した。その際、粒径測定サンプルは粒径測定可能な濃度となるように、イオン交換水で適宜希釈した。
【0162】
また、調整した水性顔料分散液をスライドグラス上に極少量採取し、スライドグラス上の分散液滴に空気を巻き込まないようにカバーグラスを乗せ、分散液膜厚を一定にした状態で、200倍の倍率で透過光による顕微鏡観察を行い、粗大粒子の観察を行った。
【0163】
顔料濃度の調整を行った分散液について、スクリュー管等のガラス容器に密栓し、60℃の恒温器で1週間の加熱試験を行い、加熱試験前後の粒径変化及び沈殿の有無等の分散液状態を目視で観察することにより、分散安定性の評価を実施した。
結果を表4に示した。
【0164】
【表4】
Figure 2004143316
【0165】
(分散判定方法)
○:顕微鏡観察において1〜5μmの粗大粒子が数個、視野に観察される。
△:顕微鏡観察において1〜5μmのの粗大粒子が数十個以上、5μm以上の粒子が数個、視野に観測される。
×:5μm以上の粗大粒子が数十個以上視野に観察される。
××:分散不可。
【0166】
(沈降物量)
○:沈降物は認められない
△:底部によどみがある(沈降物はない)
× :沈降物がはっきりと確認できる
【0167】
同一顔料種(色)内での分散顔料の平均粒径、顕微鏡観察結果比較より、本発明に係る実施例においては、負荷電流において混練時に明確な極大値を示さない比較例の方法と比較して、顕著に粒径も細かくすることができ、粗大粒子についてはその残存量を少なくすることができることが判った。ただし、シアンの分散粒径では、顔料を同一製品とした場合は前述の通りの結果を示す(実施例2と比較例3の比較)が、顔料が他品番となる場合(実施例3、4、5)は、一見本発明の効果は発揮されていない結果となっているが、これは使用する顔料そのものの粒径によるものと推定される。しかし、粗大粒子の発生は、比較例以上の効果を発揮している。
【0168】
分散液を一定温度で保存し、平均粒径変化、沈降物の有無を観察した結果では同一顔料種(色)内での比較で、本発明に係る実施例においては、負荷電流において混練時に明確な極大値を示さない比較例の方法と比較して、加熱試験後の平均粒径の増加が少ないことは明白であり、また比較例では沈降物の発生が認められることに対し、実施例では沈降物の発生がないことから、本発明の係る実施例ではより分散安定性が良好であることが判った。
【0169】
(インク組成物の調整)
上記実施例、比較例で得られた分散液を下記配合にて調整し、それぞれの色調によりおおよそ3〜5質量%のインク組成物を作製した。配合表を表5に示す。
【0170】
【表5】
Figure 2004143316
【0171】
(印字試験)
得られた表5のインク組成物を、ENCAD社製NOVAJET PROに搭載し、印字試験を実施した。
具体的には、A4の印字用紙(ユポインクジェット専用紙)4枚に、ベタ印字と細線印字を行い、インクの吐出状態を確認した。
結果を表6に示した。
【0172】
【表6】
Figure 2004143316
【0173】
◎:全ての印字サンプルで均一なベタ印字、細線部でも吐出不良、印字位置ズレ無し。
○:全ての印字サンプルで均一なベタ印字、細線部では吐出不良は無いが、印字位置ズレが見られる。
△:初期印字では問題無いが、印字途中より吐出不良発生。
×:初期より吐出不良による濃度ムラがベタ印字見られる。細線部でも初期より吐出不良による印字抜けが顕著。
【0174】
この表6の結果より、本発明の実施例では初期印字では全て問題無い画像が得られており、これに対し比較例では、全て初期印字からインクの吐出が不安定であり、インクの吐出安定性で大きな差が発生していることから、本発明実施例が格段に優れた吐出安定性があることが判る。
【0175】
【発明の効果】
少なくとも水に溶解または自己分散可能な樹脂、及び顔料を含む混合物を混練し、固体もしくは半固体状の水性顔料分散液用混練物を製造する際、混練機に付与するエネルギーに少なくとも1回以上の極大値を持つ条件とすることを特徴とする水性顔料分散液用混練物の製造方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】プラネタリーミキサーの構成の一例を示した斜視図。
【図2】プラネタリーミキサーの一部拡大図。
【図3】プラネタリーミキサーにおける撹拌羽根の軌跡を示した説明図。
【図4】混練時間と負荷電流値の変化の例(極大値が一つの場合)
【図5】混練時間と負荷電流値の変化の例(極大値が複数の場合)
【図6】混練時間と負荷電流値の変化の例(極大値が一つの場合)
【符号の説明】
1…撹拌槽
2…撹拌槽の上部
3…撹拌槽の下部
4及び5…撹拌羽根
6…ローター
A…混練開始、
B、B1、B2…負荷電流値が極大値を示した位置、
C…水、水溶性溶剤等の添加開始、
D…混練物もしくは顔料分散液取り出し
E…混練時の回転数での無負荷運転時の負荷電流値
F…負荷電流値が極大値が複数ある場合の極小位置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a kneaded product for an aqueous pigment dispersion, and a method for producing an aqueous pigment dispersion and an ink composition using the same, and is particularly suitable for inkjet recording.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an aqueous pigment dispersion in which a pigment is dispersed in a liquid medium containing water as a main component has been proposed, and an ink composition has been manufactured by diluting the aqueous pigment dispersion.
In producing an aqueous pigment dispersion, it is common to mix a pigment, water, an organic solvent, a dispersant, and an alkaline agent, and to perform a pigment dispersion treatment using a disperser. As a result, an aqueous pigment dispersion in which a plurality of resin-coated particles in which a particulate pigment is coated with a resin is dispersed in a water-soluble solvent is obtained.
[0003]
On the other hand, when an aqueous pigment dispersion is used to prepare an ink composition for ink jet recording, an ink composition having much better light resistance, water resistance, and the like than those using a conventional dye can be obtained.
In the ink composition for ink jet recording, stability when ejected from an ink jet (ejection stability), long-term storage stability, and the like are extremely strictly required as compared with other uses. That is, it is necessary that fine pigment particles having a uniform particle diameter as much as possible are stably dispersed in the liquid medium for a long time in a state of being coated with the dispersant. In order to satisfy these requirements, it is necessary that the aqueous pigment dispersion has good dispersion stability and long-term storage stability.
[0004]
Therefore, recently, various studies have been started on the aqueous pigment dispersion liquid, such as a composition suitable for inkjet recording and a method of dispersing the pigment.
For example, an aqueous solution in which a water-soluble resin and an alkali component are dissolved in water is prepared, and the pigment is added thereto and sufficiently stirred, and then further dispersed using a high-speed sand mill or the like having a high dispersion efficiency to obtain an aqueous pigment dispersion. A method has been proposed.
[0005]
A method for preparing a dispersion by dispersing a pigment and a polymer dispersant in a water-based carrier medium after obtaining a dispersion by kneading the pigment and a polymer dispersant with each other is disclosed (for example, Patent Documents 1 and 2). And Patent Document 3). According to an embodiment, a pigment, a polymer dispersant, and a solvent are treated by a 2-roll milling apparatus to obtain a pigment dispersion, and then mixed with potassium hydroxide as a neutralizing agent and water to obtain a pigment dispersion. is there.
[Patent Document 1]
JP-A-6-157954
[Patent Document 2]
JP-A-2000-80299
[Patent Document 3]
JP 2001-81390 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described production method, the pigment is finely refined and the dispersibility in an aqueous carrier medium can be improved by kneading in advance in a two-roll milling apparatus as compared with the unkneaded one, but the pigment and the polymer dispersant are kneaded. There was a problem that it was not possible to completely prevent pigment aggregates generated when dispersing the resulting dispersion in an aqueous carrier medium.
In addition, this method has a problem that the dispersion time is long and the production efficiency is low. Also, the aqueous pigment dispersion obtained in this way still had insufficient dispersion stability.
[0007]
On the other hand, it is common practice to produce an aqueous pigment dispersion with a dispersing machine using a medium such as a sand mill, but usually a low-viscosity liquid to be dispersed having a low solid content ratio such as a pigment and a dispersant is used. Done. Therefore, there is a problem that it is difficult to efficiently apply the pulverizing energy to the pigment, and it takes much time to pulverize the pigment particles. Improvements have been made such as using a medium with a large specific gravity such as zirconia and increasing the pigment grinding efficiency by reducing the particle size. However, the weight of one medium is reduced, so the grinding energy is reduced. At present, it is not always sufficient to improve the efficiency of pulverization / dispersion of pigments, for example, the pigment content increases and adversely affects product quality. The aqueous pigment dispersion thus obtained contains a considerable amount of coarse particles having a particle diameter of 1 μm or more even after dispersion. In addition, since the ejection stability of the ink jet cannot be ensured as it is, a step of removing the coarse particles by centrifugation, filtration, or the like is required, and there is a problem that the production efficiency is further reduced and the yield is further reduced.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is finer and more stablely dispersed (having good dispersion stability) than a pigment dispersion produced by a conventional method, and is maintained even during long-term storage. It is an object of the present invention to provide a technique capable of obtaining an aqueous pigment dispersion and an ink composition having good long-term storage stability.
Another object of the present invention is to provide a method for producing an aqueous pigment dispersion liquid and an ink composition which has a short production time such as a dispersion time and a high production efficiency.
Another object of the present invention is to provide a method for producing an aqueous pigment dispersion and an ink composition having a high yield.
In particular, it is an object of the present invention to provide a technique capable of obtaining an ink composition for inkjet recording having excellent ejection characteristics.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have solved the above-mentioned problems, and in order to efficiently prepare an aqueous pigment dispersion having good dispersion stability, a mixture containing a dispersion resin and a pigment is blended, and the mixture is kneaded with high viscosity to obtain a kneaded product. It has been found that it is preferable to adjust the energy applied to the kneading machine during the production, and a novel aqueous pigment dispersion kneaded material and a method for producing an aqueous pigment dispersion and an ink composition using the same are completed. Reached.
[0010]
That is, in order to solve the above-mentioned problem, the present inventors knead at least a resin-soluble or self-dispersible resin, a mixture containing a pigment, and produce a solid or semi-solid aqueous pigment dispersion kneaded product. Wherein the mixture is kneaded such that the value (I / v) obtained by dividing the load current (I) of the kneader by the shear rate (v) of the kneader increases with time and then decreases. Provided is a method for producing a kneaded product for an aqueous pigment dispersion.
[0011]
Further, the present inventors, by the method for producing a kneaded product for aqueous pigment dispersion, the step of producing the kneaded product for aqueous pigment dispersion, and dispersing the kneaded product in a solution containing water as a main component. Producing a water-based pigment dispersion.
[0012]
In the present specification, in the process of producing a kneaded product for an aqueous pigment dispersion, a mixture before kneading is referred to as a mixture, and a mixture during or after kneading is referred to as a kneaded product.
Further, the present invention provides a method for producing an ink composition, comprising a step of producing the aqueous pigment dispersion, and a step of diluting the aqueous pigment dispersion with a water-soluble solvent to obtain an ink composition.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
At least a resin that can be dissolved or self-dispersed in water, and a mixture containing a pigment, if necessary, is provided with mechanical energy using a kneader in a state where a solvent or the like is added, and the resin is mixed and kneaded. And the pigment are efficiently melted and mixed. At this time, the pigment is miniaturized by the mechanical energy of the kneading machine, and at the same time, the resin adsorption on the micronized pigment surface progresses, and the high viscosity maintaining the state in which the resin is adsorbed on each fine pigment particle surface is maintained. It becomes a lump.
[0014]
Furthermore, in the method for producing a kneaded material for an aqueous pigment dispersion, the kneaded material may be kneaded so that the energy applied to the kneader has a maximum value of at least one or more times. It has been found that it is preferable in reducing the dispersed particle size of the pigment and also preferable in increasing the dispersion stability. Further, even when the kneaded material is dispersed in ion-exchanged water or a mixture of water and a water-soluble organic solvent, the condition that the energy imparted to the kneader has a maximum value of at least one or more times is set as coarse particles. It has been found that it is effective in preventing generation and is useful in increasing production efficiency.
[0015]
The mixture supplied to the kneader is subjected to various forces such as shearing force and pressure by the kneader, and is kneaded under an action such as "mixed, stretched, kneaded, and cut". . The mixture becomes a solid or semi-solid kneaded material, and a state where sufficient force and energy can be received from the kneader, and sufficient force and energy are applied to the kneaded material from the kneader to effectively promote kneading. be able to.
Considering the form of the kneaded material, at the start of kneading, the resin and the pigment are mixed in water, the viscosity is relatively low, and the force and energy from the kneader are hard to be given.
[0016]
However, when the viscosity is increased by kneading these materials, the force and energy from the kneading machine can be sufficiently applied to the kneaded material. In this state, if the kneader is kneaded so as to give sufficient power and energy to the kneaded material, the pigment is finely refined under the action of “mixing, stretching, kneading, and cutting”, and at the same time, finely divided. Adsorption of the resin to the surface of the pigmentized pigment proceeds, and a high-viscosity mass maintaining the state where the resin is adsorbed to the surface of each fine pigment particle is formed.
Further kneading proceeds, the pigment adsorbed on the surface of the resin is suitably dispersed in water, the viscosity of the kneaded material is reduced again, it becomes difficult to apply force or energy to the kneaded material, excessive pulverization of the pigment hardly occurs Become. Then, if excessive force or energy is not applied from the kneading machine, the dispersion system reaches a certain dispersion state after decreasing the viscosity.
[0017]
An aqueous pigment dispersion and an ink having good long-term storage stability, which are finely and stably dispersed (having good dispersion stability) by a production method providing such a kneading step, and are maintained even during long-term storage. A composition can be obtained.
[0018]
The force and energy given to the kneaded material by the kneader are obtained by dividing the load current (I) (unit: A) of the kneader by the shear rate (v) (unit: m / sec) of the kneader (I / v). ) (Unit: A · sec / m) can be used to control the kneader. Specifically, the I / v can be controlled by controlling the rotation speed and the shearing speed of a roll or a stirrer as a kneader. In addition, when the stirring is performed while the rotation speed of the stirrer is substantially constant, I / v is proportional to the load current (I), so that the increase / decrease of I / v can be regarded as the increase / decrease of the load current (I).
[0019]
As described above, in the kneading process, the adjustment so that the mixture and the kneaded material have preferable kneading behavior can be achieved by appropriately selecting the types of water, resin, and pigment, and adjusting the amount of addition. The same adjustment can be performed in a system containing a base.
[0020]
When the kneading step is performed using an open kneader such as a two-roll or three-roll mill, kneading is performed at an appropriate viscosity at which pigment dispersion is most efficiently performed. At that time, if the kneaded material contains water or a water-soluble organic solvent, the water in the kneaded material or the water-soluble organic solvent evaporates due to the temperature rise during kneading, and the solid content ratio of the kneaded material increases. Remarkable. As a result, the solid content ratio rises remarkably at the end of kneading, so that after the kneading operation is completed, the cooled one has a dry surface of the kneaded material and becomes a robust mixture. Also, in the case of kneading with an open kneader such as a two-roll or three-roll mill, the viscosity of the kneaded material is determined by the temperature of the kneaded material and the solid concentration, and is considered to be substantially constant or increase during kneading. Can be Therefore, the power consumption of the kneading machine and the energy applied to the kneading machine when the rotation speed is constant at the roll rotation speed used for the kneading are constant during the kneading step, or show an increasing tendency (the kneading machine has When the applied voltage is constant, an increase in power consumption means an increase in the load current value.)
[0021]
However, if too much water is lost in the kneading step, and in the subsequent dispersing step, when preparing an aqueous pigment dispersion, water or a water-soluble organic solvent is further added to the kneaded substance to form a solid chip. Grinding, dissolving and dispersing the pigment must be performed. Therefore, a load is imposed on the dispersing step following the roll meat, and there is a very high possibility that the dispersing time is prolonged, and even if the dispersing is performed for a long time, coarse particles remain.
[0022]
On the other hand, when kneading is performed such that the mass of the mixture does not substantially change, a kneaded product for an aqueous pigment dispersion is obtained without causing problems such as an increase in the viscosity of the kneaded material and an increase in the solid content ratio. be able to.
[0023]
Furthermore, in the method for producing a kneaded product for an aqueous pigment dispersion, it is preferable to knead the mixture using a kneader having a stirring tank and a stirring blade. In such a kneader, unlike the above-mentioned roll kneader, it is possible to seal the stirring tank, to prevent evaporation of water or a water-soluble organic solvent during kneading, and to reduce the mass of the mixture during kneading. Can be substantially unchanged.
[0024]
For this reason, the solid content ratio of the kneaded material is not excessively increased, and water for dilution added for moving to a dispersion step, or can be easily mixed and dispersed in a water-soluble solvent, to efficiently prepare a dispersion liquid. be able to.
[0025]
Further, it is preferable that the kneading machine is a planetary mixer. The planetary mixer has a structure in which the kneaded material in the stirring tank is stirred and kneaded using two or more stirring blades that rotate and revolve with each other, so that the stirring blade does not reach the stirring tank. There is little space. In addition, the shape of the blade is thick and a high load can be applied. On the other hand, the blade can be used like an ordinary stirrer which rotates a stirring blade in a stirring tank. For this reason, from the high load region to the low load region, the range of the kneaded material that can be processed is wide, and the kneaded material after completion of kneading is directly added with water or a water-soluble organic solvent or both, and diluted and stirred. All dispersing operations can be performed in the same mixer without removing the kneaded material from the planetary mixer.
[0026]
Various blade shapes such as hook type, frame type, and twist type have been proposed for the blades used in the planetary mixer, but any blade can be used and specified in this patent. However, it is necessary to have a strength that can withstand the viscosity of the kneaded material, and a frame type is preferable in terms of strength, kneading properties, and the like.
[0027]
In addition, when the aqueous pigment dispersion is kneaded with the aqueous pigment dispersion and dispersed in a water-soluble solvent to prepare an aqueous pigment dispersion, it is preferable that the aqueous pigment dispersion is dispersed with a disperser using a medium. By using such a disperser, it is possible to simultaneously reduce the particle size by crushing the pigment and adsorb the resin onto the surface of the pigment.
[0028]
The shear rate in the present invention is the maximum shear rate generated by a kneader stirring blade (blade) during kneading. In the case of one blade, it is the peripheral speed of the blade. In the case of two blades, the peripheral speed is indicated by the sum of the peripheral speeds or the peripheral speed of one blade according to the rotation direction of the two blades.
[0029]
Hereinafter, examples of the shear rate are shown.
1. For two rolls
・ In the case of two rolls, the peripheral speed difference between the two rolls
2. Single-axis rotating device (Henschel mixer, etc.)
・ The peripheral speed of the blade (at the maximum diameter position)
3. Two-axis rotating device (Kneeder etc.)
・ In the case of two axes rotating in the same direction, twice the peripheral speed of the blade
・ In the case of two-axis reverse rotation, the peripheral speed of the blade
4. Equipment with a planetary motion axis (such as a planetary mixer)
・ When the revolution / rotation is in the same direction, the speed that is the sum of the revolution speed and the revolution speed (at the maximum diameter position) or twice the revolution speed (at the revolution blade maximum diameter position) is large.・ When the revolution / rotation is in the opposite direction, the difference between the revolution speed and the revolution speed (at the maximum diameter position) or twice the revolution speed (at the rotation blade maximum diameter position) is large.
[0030]
In the aqueous pigment dispersion, the dispersion state of the pigment is affected by the particle size of the pigment, the particle size of the resin-coated particles in which the pigment is coated on the resin, the ratio of the pigment to the resin, the composition of the resin and the water-soluble solvent, and the like. You. The fine resin-coated particles in which the surface of the fine pigment particles are thinly and uniformly coated with the resin are stably dispersed in the water-soluble solvent, and the dispersed state is maintained even after long-term storage. In the ink composition for inkjet recording, it is preferable to obtain effects such as ejection stability.
In the present invention, the term “water-soluble solvent or aqueous medium” refers to water or an aqueous solution containing a water-soluble organic solvent that easily mixes with water.
[0031]
Hereinafter, the method of producing a kneaded product for an aqueous pigment dispersion, the method of producing an aqueous pigment dispersion, and the method of producing an ink composition of the present invention will be described in detail with reference to examples in order.
[0032]
(1) Method for producing kneaded product for aqueous pigment dispersion
In the production of the kneaded material for aqueous pigment dispersion, at least
(1) Water-soluble or self-dispersible resin
(2) pigment,
Is kneaded to produce a solid or semi-solid kneaded material for an aqueous pigment dispersion.
[0033]
The solid content ratio of (1) the resin and (2) the pigment is preferably from 60 to 80% by mass in the obtained kneaded product for an aqueous pigment dispersion. When the solid content ratio is less than 50% by mass, the viscosity of the mixture is reduced, so that kneading is not sufficiently performed, and sufficient energy for disintegrating the pigment is not applied to the kneaded material, and a large amount of coarse particles remains, which is preferable. Absent. Then, by increasing the solid content ratio in this way, the viscosity of the kneaded material during kneading is kept moderately high, the shearing force applied to the kneaded material from the kneading machine during kneading is increased, and the pigment in the kneaded material is pulverized. The coating of the pigment with the resin can proceed simultaneously. If the solid content ratio exceeds 80% by mass, kneading becomes difficult even if the resin is sufficiently softened by heating. Further, it may be difficult to dissolve or disperse the pigment in a water-soluble solvent during the production of the aqueous pigment dispersion, or it may be difficult to reduce the viscosity by the water-soluble solvent.
[0034]
Hereinafter, each configuration will be described in detail.
▲ 1 ▼ Resin
The resin is soluble or self-dispersible in water, and is obtained by polymerizing a monomer component having at least one or more anionic groups, or a monomer component having at least one or more cationic groups, Both monomers may be used in combination. Further, it may be obtained by polymerizing a monomer containing a monomer component having at least one or more hydroxyl groups, wherein the monomer containing an anionic group, the monomer containing a cationic group, and the monomer component containing a hydroxyl group are each a hydrophilic group. Function as
[0035]
In addition, it is preferable that the other monomer used for polymerization contains a hydrophobic monomer having a hydrophobic group. As a resin that can be dissolved or self-dispersed in water, a monomer component having a hydrophilic group selected from at least one or more anionic group, cationic group, and hydroxyl group and a monomer component having a hydrophobic group coexist. It is preferable to use a resin.
[0036]
Examples of such a resin include a styrene resin, an acrylic resin, a maleic resin, a polyvinyl acetate resin, a polyvinyl sulfonic acid resin, an alkyd resin, an epoxy resin, an amine resin, a polyester resin, and a polyurethane resin. Resin, polyamide resin, polyvinyl alcohol resin, polypyrrolidone resin, cellulose resin, and the like.
[0037]
As the hydrophobic monomer having a hydrophobic group used for the resin,
Methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, t-butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, n-octyl acrylate, dodecyl acrylate, Octadecyl acrylate, cyclohexyl acrylate, isobornyl acrylate, benzyl acrylate, 2,3-epoxypropyl acrylate, 2,3-epoxybutyl acrylate, 2,3-epoxycyclohexyl acrylate, vinyl acrylate, methyl methacrylate , Ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, t-butyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, n-octyl methacrylate , Dodecyl methacrylate, octadecyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, isobornyl methacrylate, benzyl methacrylate, vinyl methacrylate, dimethyl maleate, diethyl maleate, dimethyl fumarate, diethyl fumarate, ethyl itaconate, benzyl itaconate, etc. Unsaturated fatty acid esters;
[0038]
Acrylamide, N-methylacrylamide, N-ethylacrylamide, N-propylacrylamide, N-dimethylacrylamide, N-diethylacrylamide, methacrylamide, N-methylmethacrylamide, N-ethylmethacrylamide, N-propylmethacrylamide, N- Unsaturated fatty acid amides such as dimethyl methacrylamide, N-diethyl methacrylamide, maleamide, N, N-dimethylmaleamide, fumaramid, N, N-dimethylfumaramide;
[0039]
Unsaturated nitriles such as acrylonitrile and methacrylonitrile;
Carboxylic acids such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butanoate, vinyl hexanoate, vinyl 2-ethylhexanoate, vinyl octadecanoate, vinyl benzoate, allyl acetate, allyl propionate, allyl hexanoate, allyl decanoate, etc. Saturated esters;
Unsaturated ethers such as ethyl vinyl ether and butyl vinyl ether;
[0040]
Styrenes such as styrene, α-methylstyrene, o-methylstyrene, m-methylstyrene, p-methylstyrene, pt-butylstyrene, 4-methoxystyrene, 4-chlorostyrene, etc .; ethylene, propylene, 1-butene , 1-octene, vinylcyclohexane, 4-vinylcyclohexene, and other unsaturated hydrocarbons;
[0041]
Unsaturated halogenated hydrocarbons such as vinyl chloride, vinylidene chloride, tetrafluoroethylene, and 3-chloropropylene;
Vinyl-substituted heterocyclic compounds such as 4-vinylpyridine, N-vinylcarbazole, N-vinylpyrrolidone;
A reaction product of a monomer having a substituent having an active hydrogen such as a carboxyl group, a hydroxyl group, or an amino group in the above-described exemplified monomers with an epoxide such as ethylene oxide, propylene oxide, or shikilohexene oxide;
[0042]
Examples of the reaction product include a reaction product of a monomer having a substituent having a hydroxyl group, an amino group, or the like in the above-described exemplary monomers with a carboxylic acid such as acetic acid, propionic acid, butanoic acid, hexanoic acid, decanoic acid, or dodecanoic acid.
Among them, styrene monomers, and more preferably styrene monomers are preferred.
These can be used alone or in combination of two or more.
In addition, (meth) acrylate shows acrylate and / or methacrylate, and (meth) acrylic acid shows acrylic acid and / or methacrylic acid.
[0043]
Examples of the monomer having an anionic group include unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid, crotonic acid, itaconic acid and 4-vinylbenzoic acid; vinyl succinate, allyl maleate and vinyl terephthalate And polybasic acid unsaturated esters such as allyl trimellitate. Examples of the sulfonic acid group-containing monomer include unsaturated sulfo-substituted alkyl or aryl esters such as 2-sulfoethyl acrylate and 4-sulfophenyl methacrylate; and unsaturated sulfocarboxylic acids such as vinyl sulfosuccinate. Sulfostyrenes such as styrene-4-sulfonic acid;
[0044]
Particularly, from the viewpoint of dispersion stability and long-term storage stability, a monomer containing a carboxyl group is preferable, and examples thereof include vinyl monomers such as (meth) acrylic acid and maleic anhydride.
[0045]
As the monomer having a cationic group, a monomer containing a primary amine, a secondary amine, a tertiary amine, or the like is preferable, and examples thereof include aminoethyl methacrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, and diethylaminoethyl methacrylate.
[0046]
As the monomer having a hydroxyl group, a monomer having at least one hydroxyl group in the molecule is preferable, and 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl (meth) acrylate, 2-hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxy Examples thereof include butyl (meth) acrylate, 3-hydroxybutyl (meth) acrylate, 2-hydroxy (meth) acrylate, glycerin (meth) acrylate, and polyethylene glycol mono (meth) acrylate.
As the hydrophilic group, a group selected from an anionic group, a cationic group, and a hydroxyl group can be appropriately selected and used, and can be used in various combinations.
[0047]
In the present invention, from the viewpoint of dispersion stability and long-term storage stability, it is particularly preferable to use a (meth) acrylic acid-based monomer having a structure derived from (meth) acrylic acid.
Further, from the viewpoint of dispersion stability and long-term storage stability, the resin having an anionic group is preferably a copolymer resin composed of a styrene monomer component which is a hydrophobic monomer component and a monomer component having an anionic group.
At this time, the monomer having an anionic group is preferably a hydrophilic monomer.
[0048]
In a copolymer resin comprising a styrene monomer component and a monomer component having an anionic group, the styrene monomer component is preferably at least 50% by mass, more preferably at least 70% by mass, and preferably at least 70% by mass, from the viewpoint of dispersion stability and long-term storage stability. It is preferable that the content is 95% by mass or less.
[0049]
By setting the content of the styrene monomer component in the copolymer resin to 50% by mass or more, the hydrophobicity of the copolymer resin is increased, and in an aqueous system, the pigment is more strongly coated with the resin. As a result, even when the resin-coated particles are heated when the ink composition prepared via the aqueous pigment dispersion is used for inkjet, the particle size is stable and the particle size stability is improved. Then, the ejection stability is improved, and a high print density is obtained. Further, it is also effective for improving the durability of the coating film on the recording medium. If the content exceeds 95% by mass, the content of the monomer component having an anionic group contributing to dispersion may decrease, and the dispersion stability in water and the long-term storage stability may decrease.
[0050]
In the present invention, the term “monomer” refers to a monomer before polymerization, and the term “monomer component” refers to a structure derived from a monomer contained in a resin.
From the viewpoint of long-term storage stability, the acid value of the resin is in the range of 60 to 300 mgKOH / g, preferably 100 to 180 mgKOH / g, and more preferably 120 to 170 mgKOH / g. The acid value is the number of milligrams (mg) of potassium hydroxide (KOH) required to neutralize 1 g of the resin, and is an amount represented by mgKOH / g.
[0051]
If the acid value is less than 60, the hydrophilicity may be reduced, and the dispersion stability of the pigment may be reduced. On the other hand, when the acid value is larger than 300, aggregation of the pigment is likely to occur, and the water resistance of a printed product using the ink composition may be reduced.
[0052]
The resin having an anionic group has a mass average molecular weight of 3,000 to 50,000, more preferably 4,000 to 400,000, and still more preferably 5,000 to 30,000. The reason why the molecular weight is set to 3000 or more is that the lower the molecular weight, the better the initial dispersibility, but the longer-term storage stability tends to decrease. If it exceeds 50,000, not only does the viscosity of the aqueous pigment dispersion increase, but also the dispersibility and solubility of the resin tend to decrease.
[0053]
By using a resin having a weight average molecular weight in the above preferred range, it is possible to achieve both the stability of the pigment in the water-soluble solvent and the durability of the coating film formed on the recording medium.
The glass transition point of the resin is 90 ° C. or higher, preferably 100 ° C. or higher, and substantially 150 ° C. or lower.
When the glass transition point is 90 ° C. or higher, the durability of an image formed by the ink composition is improved, and the thermal stability of the ink composition is improved. Therefore, even if the aqueous ink composition for ink jet recording prepared from the aqueous pigment dispersion is used for thermal jet type ink jet recording, it does not cause a change in characteristics that would cause a discharge failure due to heating, which is preferable. The glass transition point of the resin can be adjusted by changing the molecular weight and the like.
[0054]
(2) Pigment
Known pigments can be used without particular limitation.
Examples of the inorganic pigment include carbon black, titanium black, titanium white, zinc sulfide, and red iron oxide.
[0055]
Examples of organic pigments include C.I. I. Quinacridone pigments such as CI Pigment Red 122, Red 202, Red 207, Red 209 and Violet 19;
C. I. Quinacridonequinone pigments such as CI Pigment Orange 48 and Orange 49;
C. I. Dioxazine pigments such as CI Pigment Violet 23 and Violet 37;
C. I. Pigment Blue 15, Blue 15: 1, Blue 15: 2, Blue 15:
3, phthalocyanine pigments such as Blue 15: 4, Blue 15: 6, Blue 16, Blue 68, Green 7, Green 36, etc .;
C. I. Anthrapyrimidine pigments such as CI Pigment Yellow 108;
C. I. Pigments such as CI Pigment Orange 77 and Red 168;
C. I. Pigment blue 60 and other indanthrone-based pigments;
C. I. Flavanthrone-based pigments such as CI Pigment Yellow 24;
C. I. Anthraquinone pigments such as CI Pigment Yellow 196 and Red 177;
C. I. Perylene pigments such as CI Pigment Red 123, Red 149, Red 178, Red 179, Red 190, and Red 224;
C. I. Perinone pigments such as CI Pigment Yellow 196 and Orange 43;
C. I. Quinophthalone pigments such as CI Pigment Yellow 138;
C. I. Diketopyrrolopyrrole pigments such as CI Pigment Orange 71, Orange 73, Red 254, Red 255, Red 264, Red 272;
C. I. Thioindigo pigments such as CI Pigment Red 88, Red 181 and Brown 27;
C. I. Isoindoline-based pigments such as CI Pigment Yellow 139, Yellow 185, Orange 69, and Red 260;
C. I. Isoindolinone pigments such as CI Pigment Yellow 109, Yellow 110 and Yellow 173;
C. I. Azomethine pigments such as CI Pigment Yellow 101, Yellow 129 and Orange 65;
C. I. Benzimidazolone pigments such as CI Pigment Yellow 151, Yellow 154, Yellow 175, Yellow 180, Yellow 181, Orange 36, Red 175, Red 176, Red 185;
C. I. Pigment Yellow 1, Yellow 65, Yellow 73, Yellow 74, Yellow 116, Red 3, Red 48: 1, Red 48: 2, Red 48: 3, Red 53: 1, Red Monoazo pigments such as 57: 1 and Red 115;
C. I. Disazo pigments such as CI Pigment Yellow 12, Yellow 13, Yellow 17, Yellow 81, Yellow 83, Orange 13, Orange 16;
C. I. Pigment Yellow 93, Yellow 95, Yellow 128, Red 144, Red 166, Red 220, Red 221 and the like.
[0056]
The pigment may be a powdery, granular or massive dry pigment, or may be a wet cake or slurry.
The pigment is preferably blended in the mixture in an amount of 15 to 80% by mass. Generally, in order to obtain an ink composition having a certain pigment concentration by diluting an aqueous pigment dispersion, production at the highest possible concentration in the aqueous pigment dispersion requires production efficiency because more ink compositions can be produced. It is more advantageous. However, increasing the pigment concentration deteriorates the storage stability of the aqueous pigment dispersion, and therefore, substantially from the viewpoint of securing the dispersion stability of the pigment and the stability of the kneaded product for the aqueous pigment dispersion, 75 mass%. %, Preferably 40 to 60% by mass.
[0057]
In addition, a pigment derivative of the pigment to be used can be used in combination to stabilize the dispersion of the pigment, as usually used in pigment dispersion. Examples of these derivatives include compounds in which a sulfone group, a carboxyl group, a phosphoric acid group, a chlorosulfonyl group, a phthalimidomethyl group, a chloromethyl group, an amino group, an amide group, and the like are partially substituted for the pigment structure.
[0058]
Further, with respect to the mass ratio of the pigment to the resin (Resin), it is sufficient if the resin is present in an amount necessary to stably coat the pigment surface, and the content of the resin exceeding that amount is rather undesirable. When the resin is present in an excessive amount, the amount of free resin that does not adsorb to the pigment increases when an aqueous pigment dispersion or an ink composition is prepared. The ink is likely to adhere to the ink and cause ink ejection failure. In particular, in a thermal jet printer, there is a high risk that the problem of the ejection failure occurs.
[0059]
Therefore, in the production of the kneaded product for aqueous pigment dispersion of the present invention, the mass ratio of resin / pigment in the kneaded product for aqueous pigment dispersion is preferably 1/20 to 2/1, and 1/10 to 10/1. More preferably, it is 1/1.
[0060]
The kneaded product for an aqueous pigment dispersion needs to contain an amount of resin capable of uniformly covering the surface of the pigment. For this reason, if the mixing ratio of the pigment is too large, the pigment is not sufficiently covered with the resin, and the dispersion stability and long-term storage stability may be reduced. However, if a large amount of excess resin exceeding the required amount is contained, the amount of resin present in water or a water-soluble organic solvent in a particle state or a dissolved state increases without adhering to the surface of the pigment. This is not preferred because it causes an increase in viscosity.
[0061]
(3) Basic compounds, acidic compounds
The ionic group-containing resin in the aqueous pigment dispersion of the present invention has a form in which at least a part of the ionic group is ionized (neutralized) by an ionic substance (counter ion) opposite to the ionic group. This is preferred in terms of exhibiting dispersibility and dispersion stability.
[0062]
When the ionic group-containing resin is an anionic group, the optimal ratio of ionized groups among the anionic groups is uniquely limited because it changes depending on the composition, molecular weight, acid value, etc. of the anionic group-containing resin used. The neutralization ratio is not particularly limited as long as the desired dispersibility and dispersion stability are exhibited, and the neutralization ratio is preferably set in the range of 20 to 200%. Here, the neutralization ratio is a value calculated by the following equation.
Neutralization rate (%) = ((mass of basic compound (g) × 56 × 1000) / (resin acid value × equivalent of basic compound × resin amount (g))) × 100
When the neutralization ratio (%) is 100% or more, it means that an excess base is used which is at least the base theoretically necessary to neutralize the acid value of the resin.
As described above, as the basic compound used to ionize at least a part of the anionic group of the anionic group-containing resin, either an inorganic basic compound or an organic basic compound can be used. In terms of easy adjustment of alkali strength, inorganic basic compounds are more preferable.
[0063]
Examples of the organic basic compound include ammonia and organic amines (including a basic nitrogen-containing heterocyclic compound). For example, common amines such as aqueous ammonia, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, and triethylamine can be exemplified. Since the amine is generally in a liquid state, it can be used as it is.
[0064]
Examples of the inorganic basic compound include hydroxides and alkali hydroxides of alkali metals such as potassium and sodium; carbonates of alkali metals such as potassium and sodium; carbonates of alkaline earth metals such as calcium and barium; Examples can be given.
Among the above, strong alkalis are preferable because they are effective in increasing the dispersibility of the resin by neutralizing the resin containing an anionic group. Specifically, alkalis such as potassium hydroxide and sodium hydroxide are preferable. Metal hydroxides are preferred.
[0065]
When the basic compound is added to the aqueous pigment dispersion kneaded material or the aqueous pigment dispersion, a) a method of adding the kneaded material at the stage of producing the kneaded material; b) a mixture of water or a water-soluble solvent and water There is a method of adding it when dispersing in a liquid.
[0066]
a) Method of adding at the stage of producing a kneaded material
By mixing a resin having an anionic group and a basic compound, a kneaded product for an aqueous pigment dispersion in which the anionic group has been neutralized can be obtained. As a result, the affinity between the kneaded product for aqueous pigment dispersion and water is improved, and the kneaded product for aqueous pigment dispersion is rapidly dispersed in water during the production of the aqueous pigment dispersion, thereby improving the production efficiency. Further, the dispersion state of the resin-coated pigment in the aqueous pigment dispersion becomes more stable, and the dispersion stability and long-term storage stability are also improved.
[0067]
When a basic compound is blended, the pigment can be kneaded in a state where the pigment is easily coated on the resin by the interaction between the basic compound and the resin having an anionic group. Therefore, the pigment is finely pulverized during the kneading, and the coarse particles are easily reduced, and the step of removing the coarse particles in the subsequent step can be omitted, and the effect of improving the yield can be obtained.
[0068]
The basic compound is suitably added as an aqueous solution in order to efficiently obtain the above effects. Therefore, a water-soluble basic compound is preferably used.
The inorganic basic compound is usually used in the form of an aqueous solution having a concentration of about 20 to 50% by mass from the viewpoint of improving the mixing property.
[0069]
Regarding the method of adding the basic compound, the basic compound may be added all at once, or may be added plural times during kneading. However, from the viewpoint of easiness of work and stabilization of the kneading conditions, it is preferable to knead by adding them all at once in the initial stage of compounding.
[0070]
The compounding amount of the basic compound is preferably such that the neutralization ratio of the resin having an anionic group is 20% or more, and substantially has dispersion stability during long-term storage, In order to prevent gelation, the content is preferably 200% or less, particularly preferably 80 to 120%. By setting the content in a preferable range, the dispersion speed in a water-soluble solvent, the dispersion stability, and the long-term storage stability are further improved.
[0071]
Further, it is preferable that the basic compound is mixed at once with the other components to be mixed into the mixture to form a mixture before kneading.
For example, the mixture is divided into a plurality of stages by preparing a resin aqueous solution by previously mixing a resin containing an anionic group, water and a basic compound, and adding this to another compounding component such as a pigment. It can be mixed and produced, but it is preferable to prepare a mixture for kneading by blending the basic compound and other components at once since the adsorption of the resin onto the surface of the pigment proceeds efficiently. .
[0072]
b) A method of adding the kneaded material to water or a mixed solution of a water-soluble solvent and water. When dispersing the kneaded material in water or a mixed solution of a water-soluble solvent and water, add water or a water-soluble solvent to water. A necessary amount of a basic compound is previously dissolved in a mixed solution of the above, and the kneaded product is dispersed in an aqueous solution containing the basic compound by mixing and stirring to obtain an aqueous pigment dispersion. At that time, it is preferable to warm the aqueous solution containing the basic compound because the dispersion time is shortened.
When the kneaded material that has been kneaded is not to be taken out from the kneader, there is a method in which an aqueous solution containing a basic compound is added while kneading is continued.
[0073]
When the ionic group-containing resin is a cationic group, it can be carried out in the same manner as described above, and the appropriate neutralization ratio is usually 20 to 200%. The neutralization ratio in that case is a numerical value calculated by the following equation.
Neutralization ratio (%) = ((mass of acidic compound (g) × 56 × 1000) / (resin amine value × equivalent of acidic compound × resin amount (g))) × 100
When the neutralization ratio (%) is 100% or more, it means that an excess acid is used which is more than the acid theoretically necessary to neutralize the amine value of the resin.
As described above, as the acidic compound used to ionize at least a part of the cationic group of the cationic group-containing resin, either an inorganic acidic compound or an organic acidic compound can be used.
[0074]
Examples of the organic acidic compound include acetic acid, acrylic acid, propionic acid, and methacrylic acid. In the case of an organic acidic compound, it is generally a liquid or a solid, and both can be used. However, those soluble in water have good dispersibility in the cationic group-containing resin used, and can be suitably used.
[0075]
Examples of the inorganic acidic compound include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, and the like.
Of these, acidic compounds such as acetic acid, hydrochloric acid, and nitric acid are preferred as acids effective for enhancing the dispersibility of the resin containing a cationic group by neutralizing the resin.
[0076]
(4) Water-soluble organic solvent
In producing the kneaded product for an aqueous pigment dispersion, it is preferable to knead the mixture in the presence of a certain amount of solvent. If the solvent is not present, kneading cannot be performed sufficiently, or the surface of the pigment does not wet, so that the resin coating may be insufficient.
[0077]
Therefore, when a water-soluble organic solvent is added to the kneaded product for an aqueous pigment dispersion, the resin is dissolved, partially dissolved or swelled in the water-soluble organic solvent, so that a uniform coating of the resin is formed on the surface of the pigment particles. Can be formed. As a result, the dispersion stability of the aqueous pigment dispersion and the ink composition can be further improved.
[0078]
In addition, when an aqueous solution of a basic compound or an acidic compound is used, or when the basic compound or the acidic compound is an organic compound such as an amine or acetic acid and is in a liquid state, since these serve as the solvent, the In some cases, it is not necessary to add a neutral organic solvent.
[0079]
Known water-soluble organic solvents can be used without any particular limitation. Glycols such as, for example, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol and polypropylene glycol;
Diols such as butanediol, pentanediol, hexanediol and diols homologous thereto;
Glycol esters such as propylene glycol laurate;
Diethylene glycol ethers such as ethylene glycol monobutyl ether and carbitol;
Monoglycol ethers such as cellosolve, including diethylene glycol monoethyl, diethylene glycol monobutyl, diethylene glycol monohexyl, propylene glycol ether, dipropylene glycol ether, and triethylene glycol ether;
Alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, butyl alcohol, pentyl alcohol, and alcohols homologous thereto;
Alternatively, lactones such as sulfolane, ester, ketone, and γ-butyrolactone, lactams such as N- (2-hydroxyethyl) pyrrolidone, glycerin and derivatives thereof, and other various solvents known as water-soluble organic solvents. Can be mentioned.
[0080]
These water-soluble organic solvents can be used alone or in combination of two or more.
The selection of the water-soluble organic solvent depends on the resin to be used, but preferably has a certain degree of solubility, and the amount added is adjusted by the solubility of the resin.
[0081]
The water-soluble organic solvent also serves as an anti-drying agent in the aqueous pigment dispersion or the ink composition, and therefore a polyhydric alcohol having a high boiling point, a low volatility, and a high surface tension is preferable, and particularly, diethylene glycol and triethylene. Glycols such as glycols are preferred. In general, glycols are often contained in the ink composition, and there is no problem if they remain in the final product.
[0082]
The water-soluble organic solvent varies depending on the resin to be used, but is usually mixed in the charged mixture in an amount of 10 to 50% by mass, preferably 20 to 40% by mass. The amount of addition is about 1/2 to 5 times the amount of the resin, and preferably about 1 to 4 times the amount of the resin. When the amount of the water-soluble organic solvent is less than 1/2 of the amount of the resin, the resin cannot be dissolved, partially dissolved, or swelled, and the dispersion stability of the pigment may be reduced. On the other hand, when the ratio exceeds 5 times, the viscosity of the kneading mixture decreases, and sufficient kneading cannot be performed. Therefore, the dispersibility of the pigment decreases, and the ink composition may cause a deterioration in image quality such as discharge failure. In addition, as described above, in the case where another compound that plays a role of a solvent derived from an organic compound or the like is further compounded, it is preferable to determine the compounding amount of the water-soluble organic solvent in consideration of this.
[0083]
Further, it is preferable that the water-soluble organic solvent is blended with the pigment in a mass ratio of 1/5 or more, preferably 1/3 to 1 times. As a result, the kneading process proceeds while the resin is always in a semi-dissolved or swollen state, and the resin coating on the pigment surface is favorably performed. If the ratio is less than 1/5, the surface of the pigment cannot be sufficiently wetted in the initial stage of kneading, or the resin cannot be dissolved, partially dissolved, or swelled, and the effect may not be sufficiently obtained. .
[0084]
▲ 5 ▼ Kneading method
In the present invention, instead of directly dispersing the pigment in the water-soluble solvent, the pigment is first kneaded with a resin or the like, and then dispersed in the water-soluble solvent. Therefore, the pigment is finely pulverized during the kneading, so that coarse particles can be reduced.
At this time, it is preferable to add the above-mentioned basic compound or acidic compound, and at this time, coarseness is also caused by the interaction between the basic compound and the resin having an anionic group or between the acidic compound and the resin having a cationic group. Particles are significantly reduced.
Therefore, the step of removing the coarse particles can be omitted, and the production efficiency can be improved and the yield can be improved.
[0085]
In the present invention, kneading is preferably performed such that the mass of the mixture (kneaded material) does not substantially change so that water and water-soluble organic solvent do not evaporate during kneading. Therefore, when an appropriate solvent is used, from the start to the end of kneading, a constant amount of solvent is always present in the mixture, and the solvent that wets the surface of the pigment in the initial kneading is preferably dissolved by the solvent, The resin is replaced with the resin which has swollen or partially dissolved, and the coating of the pigment with the resin proceeds more efficiently, and the pigment is sufficiently coated. As a result, the dispersion stability and long-term storage stability of the aqueous pigment dispersion and the ink composition are significantly improved.
[0086]
Further, even after the completion of the kneading, almost the same amount of the solvent remains as at the start of the kneading, and the dissolution and dispersion of the kneaded mixture can be advanced in an extremely short time.
For this purpose, a kneader that performs kneading in a closed system is preferable, and it is preferable to use a kneader equipped with a stirring tank and a single-shaft or multi-shaft stirring blade. The number of stirring blades is not particularly limited, but two or more stirring blades are preferable in order to obtain a high kneading action.
[0087]
By using a kneader having such a configuration, after a kneaded product for an aqueous pigment dispersion is produced, the kneaded product is continuously diluted directly with a water-soluble solvent after the kneading step in the same stirring tank, and dispersed. A dispersion can be produced.
[0088]
In addition, that the mass does not substantially change means that the weight of the kneaded material during or after kneading is preferably maintained in a range of preferably 90% by mass or more with respect to the charged amount of the mixture before kneading. And
[0089]
Examples of such an apparatus include a Henschel mixer, a pressure kneader, a Banbury mixer, and a planetary mixer, and a planetary mixer is particularly preferable. In the present invention, the kneading is preferably performed in a state where the pigment concentration and the solid content composed of the pigment and the resin are high, so that the viscosity of the kneaded material varies over a wide range depending on the kneading state of the kneaded material. This is because the Lee mixer can handle a wide range from low viscosity to high viscosity.
[0090]
1 to 3 show an example of the configuration of a planetary mixer. In the figure, reference numeral 1 denotes a stirring tank, and this hollow cylindrical stirring tank 1 is shown in an enlarged view in FIG. In addition, stirring blades 4 and 5 composed of frame type blades are rotatably provided.
[0091]
Then, at the time of stirring, the upper member 2 and the lower member 3 are integrated to form a closed system. Inside the upper member 2 of the stirring tank 1, stirring blades 4 and 5 composed of frame-shaped blades are held by one rotor 6 as shown in an enlarged view in FIG. When the rotor 6 rotates (revolves), the stirring blades 4 and 5 rotate (rotate) in the same direction. Then, as shown in FIG. 3, the kneading object loaded in the stirring tank 1 is a so-called planetary movement (planetary movement) in which the two stirring blades 4 and 5 rotate in rotation with the revolving movement of the rotor. Is kneaded. FIG. 3 shows the trajectory of the tip of the two stirring blades 4 and 5 in one revolution of the stirring tank 1.
[0092]
In the planetary mixer, a strong shearing force acts between the stirring blades 4 and 5 and between the stirring blades 4 and 5 and the inner surface of the stirring tank 1 due to the planetary movement of the stirring blades 4 and 5. High degree of stirring, kneading and dispersing effects can be obtained.
In addition, when kneading using a closed kneader such as a planetary mixer, the load current gradually increases with time, usually reaches a maximum value within 30 minutes, and then gradually decreases.
[0093]
That is, when the mixture is heated and heated to a predetermined temperature (for example, 40 to 70 ° C., depending on the type of the resin), the resin becomes viscous and is mixed with the pigment. A large load is applied to the rotation of the blades 4,5. At this time, a large shearing force is applied to the material between the stirring blades 4 and 5 and between the stirring blades 4 and 5 and the stirring tank 1, so that the pigment is finely pulverized efficiently and the pigment is mixed with the material. Inside, it is sufficiently dispersed, mixed and covered with a resin. In particular, when a closed kneader such as a planetary mixer is used, effective kneading is performed, so that the resin, pigment, and water-soluble organic solvent are almost completely mixed within 30 minutes, and the stirring blade 4, The load on 5 is reduced. Therefore, the load current gradually decreases.
[0094]
As described above, in the present invention, when mixing is performed using a closed kneader such as a planetary mixer, the kneading time and the kneading machine (planetary) are mixed in a state where the number of revolutions of the kneader (kneading blade) is substantially constant. In the graph of the relationship with the load current value of the (mixer), one or more load current values have a maximum value. This is because the surface of the pigment is efficiently coated with the resin by kneading with a substantially closed kneader, and it is presumed to be caused by a change in the phase structure of the resin during kneading. Furthermore, the load current value can also be adjusted by adding water or water and a water-soluble organic solvent during kneading, and the anionic group or the cationic group contained in the resin is dispersed in a dispersion medium (water or water). And a water-soluble organic solvent).
[0095]
4 to 6 show examples of changes in the kneading time and the load current value. FIG. 4 shows a general change in kneading time and load current value. A is a point at which the charging of the raw materials is completed, the temperature in the stirring tank substantially reaches a predetermined temperature, and the stirring blade starts rotating at the number of revolutions at the time of kneading (start of kneading). Thereafter, the load current value sharply increases and reaches a maximum value (point B). In this state, the resin is in a molten state, is integrated with the pigment or the like, and is kneaded in a lump. Thereafter, as the kneading proceeds, the load current value decreases. In the state where C has been reached, the kneading step is almost completed, and after the dilution step (water, water-soluble solvent), it is taken out at D and the series of steps is completed. Here, between B and C, water and a water-soluble solvent may be appropriately added. The load current value when the kneader was operated at no load at the number of revolutions at the time of kneading is indicated by a broken line E.
[0096]
FIG. 5 is an example of a diagram showing a change in the kneading time and the load current value when the maximum value of the load current value occurs a plurality of times. After the first maximum value B1, the load current value decreases (F), and the maximum value B2 occurs again. Thereafter, the mixture is kneaded to C, and after the dilution step, it is taken out at D. In order to obtain such a maximum value a plurality of times, the stirring tank is opened with F, or the stirring tank is evacuated to a reduced pressure to remove water and a water-soluble solvent in the kneaded material. It can be done easily. In order to reduce the load current after B2, water and a water-soluble solvent can be added again.
[0097]
FIG. 6 shows an example in which the maximum value of the load current value is large, and the load current decreases little after the maximum value B. After the maximum value B, water and a water-soluble solvent are added at a very early stage C, and kneading is performed. Then, after the dilution process, the sample is taken out at D.
When kneading in a closed system in this way, the mass of the kneaded material does not substantially change during the kneading with respect to the mass of the charged mixture, and a kneaded material for an aqueous pigment dispersion having the same composition as the charged is obtained. And the production stability is improved.
[0098]
In addition, since kneading is performed in a state where the pigment concentration and the solid content concentration are high from the initial stage of kneading, the pigment is crushed by the shearing force applied by kneading, and undispersed coarse particles are reduced. As a result, it is not necessary to remove coarse particles in a later step, and the yield is improved.
In addition, when removing a water-soluble organic solvent, it can also remove by heating and drying after kneading.
[0099]
During kneading with an planetary mixer or the like described herein, a large load current value is observed when a shear force is applied to the kneaded material between the stirring blades / stirring blades or between the stirring blades / stirring tanks. When the voltage is not applied (when the stirring blade is present in the gap of the stirring tank), a current value close to the load current value when there is no load is observed. Therefore, the kneading is continued with the load current value fluctuating, and the fluctuation range of the load current value increases as the kneaded material viscosity increases. In the present invention, the maximum value of the load current is determined by observing the behavior of the maximum value of the load current fluctuation, and the maximum load current value also indicates the maximum value of the load current fluctuation.
[0100]
(2) Method for producing aqueous pigment dispersion
The kneaded material for an aqueous pigment dispersion is usually a semi-solid or solid kneaded product. Thus, the aqueous pigment dispersion kneaded product is dispersed in water or a mixture of water and a water-soluble organic solvent to produce an aqueous pigment dispersion. The pigment in the aqueous pigment dispersion kneaded material is already crushed at the time of production of the aqueous pigment dispersion kneaded material, and is covered with the dispersing resin, so that the dispersion time for obtaining the aqueous pigment dispersion is short. The manufacturing efficiency is improved.
In addition, the kneaded product for aqueous pigment dispersion of the present invention has good solubility and dispersibility in water due to the interaction between the resin having an anionic group and the basic compound, so that it is rapidly dissolved and dispersed. It is a great feature of the aqueous pigment dispersion kneaded product of the present invention that it is rapidly dispersed and dissolved in water and is stably maintained.
[0101]
In the present invention, the water-soluble solvent includes water or a water-soluble organic solvent that easily mixes with water. Examples of the water-soluble organic solvent used herein include lower alcohols such as ethanol and isopropyl alcohol; ethylene oxide adducts of alkyl alcohols such as ethylene glycol hexyl ether and diethylene glycol butyl ether; and propylene oxide adducts of alkyl alcohols such as propylene glycol propyl ether. Is mentioned.
[0102]
The disperser can use a known one, for example, in the case of using a medium, an ultrasonic homogenized bain shaker, a ball mill, an attritor, a basket mill, a sand mill, a sand grinder, a dyno mill, a disper mat, an SC mill, Spike mills, agitator mills and the like can be mentioned. Examples of the apparatus that does not use a medium include an ultrasonic homogenizer, a nanomizer, a dissolver, a disper, and a high-speed impeller disperser. Among them, a disperser using a medium is preferable because of its high dispersing ability. After the dispersion, the concentration may be adjusted with a water-soluble solvent, if necessary.
[0103]
Further, when preparing the aqueous pigment dispersion, if necessary, various known additives such as an alkali agent and an acid agent can be further blended. The addition of an alkali agent and an acid agent is preferable because dispersion stability and the like are improved.
In addition, depending on the type of the disperser or the like to be used, a water-soluble solvent is added to the kneaded material for an aqueous pigment dispersion as needed before mixing (permanent dispersion) with the disperser, followed by mixing and dilution. It is preferable to adjust the viscosity to a value suitable for processing with a disperser (hereinafter, this viscosity-adjusted product may be referred to as a viscosity-adjusted product).
For example, when a sand mill is used, it is preferable to dilute the solid content to a concentration of 10 to 40% by mass, adjust the viscosity to tens to several hundreds mPa · s, and then drive the sand mill to perform dispersion.
[0104]
In the present invention, for example, after obtaining a kneaded material by performing kneading with a kneader equipped with a stirring tank and a stirring blade described above, by adding a water-soluble solvent to the kneaded material in this stirring tank, by mixing, Viscosity adjustment can be performed. Therefore, from the production of the kneaded material to the adjustment of the viscosity can be continuously performed by one apparatus, and the production efficiency can be improved. The viscosity-adjusted product is taken out of the stirring tank, for example, if necessary, and dispersed by the above-mentioned disperser to obtain an aqueous pigment dispersion.
After adjusting the viscosity to a predetermined value in the stirring tank, further take out from the stirring tank, and mixed with a water-soluble solvent to adjust the viscosity to obtain a viscosity-adjusted product, which is further dispersed in a water-soluble solvent to obtain an aqueous solution. It can also be a pigment dispersion.
[0105]
(3) Method for producing ink composition
The ink composition can be produced by further diluting the aqueous pigment dispersion obtained as described above with a water-soluble solvent. The concentration of the pigment contained in the ink composition is preferably about 2 to 10% by mass.
[0106]
It is preferable that a water-soluble organic solvent is added to the water-soluble solvent for diluting the aqueous pigment dispersion, because it contributes to prevention of drying, viscosity adjustment, and density adjustment in the ink composition. Examples of the water-soluble organic solvent include those similar to those used for dispersing the above-mentioned kneaded material for aqueous pigment dispersion.
[0107]
Further, it is preferable that a water-soluble organic solvent exhibiting permeability to the recording medium is added, since the ink composition can be provided with permeability. In the ink composition, the permeability is a characteristic necessary for adjusting the permeability of the ink composition (pigment) into the recording medium and the dot diameter on the recording medium.
[0108]
Examples of the water-soluble organic solvent exhibiting permeability include lower alcohols such as ethanol and isopropyl alcohol; ethylene oxide adducts of alkyl alcohols such as ethylene glycol hexyl ether and diethylene glycol butyl ether; and propylene oxide adducts of alkyl alcohols such as propylene glycol propyl ether. And the like.
[0109]
The ink composition may contain, for example, known additives and the like in addition to the water-soluble solvent and the kneaded product for the aqueous pigment dispersion.
Examples of compounds that can be added include alkali agents, pH adjusters, surfactants, preservatives, chelating agents, plasticizers, antioxidants, ultraviolet absorbers, and ultraviolet curable resins.
[0110]
In the present invention, an ink composition can be produced by, for example, adding an aqueous pigment dispersion, a water-soluble solvent, and various additives as necessary, and stirring the mixture uniformly.
This ink composition can be suitably used as an ink for inkjet recording. The inkjet system to be applied is not particularly limited, but examples include known systems such as a continuous injection type (charge control type, spray type, etc.) and an on-demand type (piezo type, thermal type, electrostatic suction type, etc.). can do.
And, when this ink composition is applied to these various ink jet systems, extremely stable ink ejection becomes possible.
[0111]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
Unless otherwise specified, “parts” is “parts by mass” and “%” is “% by mass”.
The pigments used in the examples and comparative examples are as follows.
[0112]
[Table 1]
Figure 2004143316
[0113]
[Table 2]
Figure 2004143316
[0114]
Similarly, the resins S and T used in this example and comparative examples are as follows.
Resin S (C): In monomer composition ratio,
Styrene / methacrylic acid / acrylic acid = 77/13/10 (mass ratio),
A resin having a weight average molecular weight of 12,000, an acid value of 151 mg KOH / g, and a glass transition point of 107 ° C.
Resin T (C): In monomer composition ratio
Styrene / methacrylic acid / acrylic acid = 77/13/10 (mass ratio)
A resin having a molecular weight of 7,500 in terms of mass average molecular weight, an acid value of 150 mgKOH / g, and a glass transition point of 107 ° C.
[0115]
(Example 1)
The mixture having the following composition was charged into a planetary mixer PLM-V-50V (manufactured by Inoue Mfg. Co., Ltd.) having a capacity of 50 L, the jacket was heated, and the content was cooled at a low speed (rotational rotation speed: 21 rpm, 21 rpm, 60 ° C.). After kneading at a revolution speed of 14 rpm, and the temperature of the content reached 60 ° C., the kneading was switched to a high speed (rotation speed: 35 rpm, revolution speed: 24 rpm) and kneading was continued. In addition, the load current value when performing no-load operation at high speed ((rotational speed: 35 rpm, revolution speed: 24 rpm)) in the planetary mixer PLM-V-50V was 5A.
[0116]
1500g of resin T
5000g carbon black (Mitsubishi Chemical's # 45L)
DEG 3800g
666 g of 34 mass% aqueous potassium hydroxide solution
[0117]
The planetary mixer load current value at the time of switching to high speed was 5A. Thereafter, the kneading was continued, and the maximum load current value of the planetary mixer showed 15A. After the kneading was continued for 30 minutes after showing the maximum load current value, the load current value of the planetary mixer was 8A. 200 g of ion-exchanged water was added to the kneaded material in the stirring tank thus obtained, and kneading was continued. After confirming that the mixture was uniformly mixed, 200 g of ion-exchanged water was further added, and the mixture was uniformly mixed. Mix until complete. Similarly, 200 g of ion-exchanged water was added in the same manner, and kneaded for about 2 hours while adding a total of 1000 g of ion-exchanged water.
Next, while the kneading was continued, the amount of ion-exchanged water was increased to 500 g / time, and a total of 5000 g of ion-exchanged water was added while confirming uniform mixing in the same manner as described above.
[0118]
After the addition of the ion-exchanged water was completed, the kneaded material was taken out of the planetary mixer. The solid content concentration of this kneaded product was 38.1% by mass. Further, to 10 kg of the removed kneaded product, 3577 g of diethylene glycol and 2380 g of ion-exchanged water were added little by little over 30 minutes while stirring with a dispersion stirrer to obtain a viscosity-adjusted product.
This viscosity-adjusted product was dispersed in a bead mill (Nanomill NM-G2L manufactured by Asada Iron Works) under the following conditions to obtain an aqueous carbon black dispersion P1.
[0119]
..Dispersion conditions
Disperser Nanomill NM-G2L (made by Asada Iron Works)
Beads φ0.3mm zirconia beads
Bead filling 85%
Cooling water temperature 10 ℃
Rotation speed 2660 rpm (disk peripheral speed: 12.5 m / sec)
200g / min
The dispersion was performed by passing through a disperser four times (four passes) under the above conditions.
The aqueous carbon black dispersion P1 had a solid content concentration of 25.2% by mass and a carbon black concentration of 18.2% by mass.
[0120]
(Example 2)
The mixture having the following composition was charged into a planetary mixer PLM-V-50V (manufactured by Inoue Mfg. Co., Ltd.) having a capacity of 50 L, the jacket was heated, and the content was cooled at a low speed (rotational rotation speed: 21 rpm, 21 rpm, 60 ° C.). After kneading at a revolution speed of 14 rpm, and the temperature of the content reached 60 ° C., the kneading was switched to a high speed (rotation speed: 35 rpm, revolution speed: 24 rpm) and kneading was continued.
[0121]
2500g of resin T
Fastogen Blue TGR (Pigment Blue 15: 3)
(Dai Nippon Ink) 5000g
1103 g of 34 mass% aqueous potassium hydroxide solution
2,390 g of diethylene glycol
The planetary mixer load current value at the time of switching to high speed was 7A. Thereafter, the kneading was continued, and the maximum load current value of the planetary mixer showed 15A. Fifteen minutes after the maximum load current value was shown, the load current value of the planetary mixer dropped to 7.5 A, and kneading was continued for 3 hours in this stable state to obtain a kneaded material.
Subsequently, 500 g of ion-exchanged water was added to the kneaded material in the stirring tank, kneading was continued, and it was confirmed that the mixture was uniformly mixed. Then, 500 g of ion-exchanged water was further added, and the mixture was similarly uniformly mixed. The mixture was kneaded and the viscosity was adjusted.
[0122]
In the same manner as above, ion-exchanged water was added in increments of 500 g, and a total amount of 4000 g of ion-exchanged water was added.
Then, while kneading was continued, the amount of ion-exchanged water was increased to 1000 g / time, and a total of 4000 g of ion-exchanged water was further added while confirming uniform mixing in the same manner as described above.
After the addition of ion-exchanged water was completed, the viscosity-adjusted product was taken out of the planetary mixer.
4.00 kg of diethylene glycol and 3.29 kg of ion-exchanged water were added little by little to 10.00 kg of the viscosity-adjusted product taken out while stirring with a dispersion stirrer, and dispersed. Further, dispersion was performed with a bead mill (Nanomill NM-G2L manufactured by Asada Iron Works) under the following conditions to obtain a pigment dispersion P2.
[0123]
..Dispersion conditions
Disperser Nanomill NM-G2L (made by Asada Iron Works)
Beads φ0.3mm zirconia beads
Bead filling 85%
Cooling water temperature 10 ℃
Rotation speed 2660 rpm (disk peripheral speed: 12.5 m / sec)
200g / min
The dispersion was performed by passing through a disperser four times (four passes) under the above conditions.
The pigment dispersion P2 had a solid content of 24% by mass and a pigment concentration of 15.2% by mass.
[0124]
(Example 3)
In Example 2, a pigment dispersion liquid A2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that IRGALITE Blue 8700 (Pigment Blue 15: 3): manufactured by Ciba Specialty Chemicals Co., Ltd. instead of Fastogen Blue TGR. Was.
At this time, the load current value at the time of kneading the planetary mixer was 7 A at the initial stage at a high speed, and thereafter reached a maximum of 14 A, and gradually decreased as the kneading continued.
Also, in the case of dispersion using a bead mill, four passes could be performed without any problem, as in Example 2.
The solid content concentration of the pigment dispersion P3 was 23.9%, and the pigment concentration was 15.1%.
[0125]
(Example 4)
In Example 3, in place of IRGALITE Blue 8700, IRGALITE Blue GLVO (Pigment Blue 15: 4): manufactured by Ciba Specialty Chemicals Co., Ltd. A pigment dispersion P4 was obtained. However, the addition amount of 34% by mass potassium hydroxide was 1110.3 g.
At this time, the load current value at the time of kneading the planetary mixer was 7 A at the initial stage at a high speed, and thereafter reached a maximum of 14 A, and gradually decreased as the kneading continued.
Also, in the case of dispersion using a bead mill, four passes could be performed without any problem, as in Example 3.
The solid content concentration of the pigment dispersion P4 was 23.8% by mass, and the pigment concentration was 15.1% by mass.
[0126]
(Example 5)
The mixture having the following composition was charged into a planetary mixer PLM-V-50V (manufactured by Inoue Mfg. Co., Ltd.) having a capacity of 50 L, the jacket was heated, and the content was cooled at a low speed until the content temperature reached 60 ° C. After kneading at a revolution speed of 14 rpm, and the temperature of the content reached 60 ° C., the kneading was switched to a high speed (rotation speed: 35 rpm, revolution speed: 24 rpm) and kneading was continued.
[0127]
2500g of resin T
IRGALITE Blue 8700 (Pigment Blue 15: 3)
(Ciba Specialty Chemicals Co., Ltd.) 5000g
3125 g of diethylene glycol
The load current value of the planetary mixer was 6 A at the start, but reached a maximum of 9 A after 45 minutes. After that, it gradually decreased and became stable after 135 minutes, gradually decreasing to 5.0 to 5.5 A. After 120 minutes, a small additional amount of 6875 kg of diethylene glycol was added until the end of kneading, and kneading was completed after 240 minutes to obtain a viscosity adjusting liquid. The solid content concentration of this viscosity-adjusted product was 43% by mass.
Using a dispersion stirrer, 10 kg of this viscosity adjuster, 7583 g of water, and 632.4 g of a 34 mass% KOH aqueous solution were mixed to form a dispersion.
This dispersion was dispersed in the same manner as in Example 3 to obtain a pigment dispersion P5.
The dispersion operation in the bead mill at this time was good, and it was possible to operate according to the conditions. The solid content concentration of the pigment dispersion P5 was 24.9% by mass, and the pigment concentration was 15.8% by mass.
[0128]
(Example 6)
In Example 5, in place of IRGALITE Blue 8700, IRGALITE Blue GLVO (Pigment Blue 15: 4): manufactured by Ciba Specialty Chemicals Co., Ltd. A pigment dispersion P6 was obtained. However, the addition amount of 34% by mass potassium hydroxide was 636.5 g.
At this time, the state at the time of kneading the planetary mixer shows almost the same behavior as in Example 5, the initial load current value at high speed is 6 A, and then gradually decreases after showing the maximum value of 9 A. Stable at ~ 5.5A.
The state of dispersion in the bead mill was the same as in Example 5.
The solid content concentration of the pigment dispersion P6 was 23.7% by mass, and the pigment concentration was 15.7% by mass.
[0129]
(Example 7)
The mixture having the following composition was charged into a planetary mixer PLM-V-50V (manufactured by Inoue Seisakusho) having a capacity of 50 L, the jacket was heated, and the content was cooled at a low speed until the content temperature reached 60 ° C. (rotation speed: 21 rpm, After kneading at a revolution speed of 14 rpm, and the temperature of the content reached 60 ° C., the kneading was switched to a high speed (rotation speed: 35 rpm, revolution speed: 24 rpm) and kneading was continued.
[0130]
750 g of resin S
Fastgen Super Magenta RTS 5000g
(Dai Nippon Ink Chemical Industry Co., Ltd.)
DEG 3500g
333 g of 34 mass% aqueous potassium hydroxide solution
200 g of ion exchange water
The load current value of the planetary mixer at the time of switching to high speed was 5A. Thereafter, the kneading was continued, and the maximum load current value of the planetary mixer was 20 A. After the kneading was continued for 1 hour after showing the maximum load current value, the load current value of the planetary mixer was 15A. 200 g of ion-exchanged water was added to the kneaded material in the stirring tank thus obtained, and kneading was continued. After confirming that the mixture was uniformly mixed, 200 g of ion-exchanged water was further added, and the mixture was uniformly mixed. Mix until complete. In the same manner as above, ion-exchanged water was added in 200 g increments, and a total amount of 1000 g of ion-exchanged water was added.
Next, while the kneading was continued, the amount of ion-exchanged water was increased to 500 g / time, and a total amount of 4000 g of ion-exchanged water was added while confirming uniform mixing as described above.
After the addition of the ion-exchanged water was completed, the product was taken out of the planetary mixer. Further, 4.39 kg of diethylene glycol and 5.43 kg of ion-exchanged water were added little by little to 10 kg of the product taken out while stirring with a dispersion stirrer to obtain a viscosity-adjusted product.
[0131]
..Dispersion conditions
Disperser Nano Mill NM-G2L (made by Asada Iron Works)
Beads φ0.3mm zirconia beads
Bead filling 85%
Cooling water temperature 10 ℃
Rotation speed 2660 rpm (disk peripheral speed: 12.5 m / sec)
200g / min
The dispersion was performed by passing through a disperser four times (four passes) under the above conditions.
The pigment dispersion P7 had a solid content of 20% by mass and a pigment concentration of 17% by mass.
[0132]
(Example 8)
The mixture having the following composition was charged into a planetary mixer PLM-V-50V (manufactured by Inoue Seisakusho) having a capacity of 50 L, the jacket was heated, and the content was cooled at a low speed until the content temperature reached 60 ° C. (rotation speed: 21 rpm, After kneading at a revolution speed of 14 rpm, and the temperature of the content reached 60 ° C., the kneading was switched to a high speed (rotation speed: 35 rpm, revolution speed: 24 rpm) and kneading was continued.
[0133]
Resin S 2500g
IRGAPHOR Yellow 8GCF (Pigment Yellow 128)
(Ciba Specialty Chemicals Co., Ltd.) 5000g
1118 g of 34% by mass aqueous potassium hydroxide solution (KOH)
3000 g of diethylene glycol
Ion exchange water 1000g
The load current value of the planetary mixer at the time of switching to high speed was 7A. Thereafter, the kneading was continued, and the maximum load current value of the planetary mixer showed 12 A. Thirty minutes after the maximum load current value was shown, the load current value of the planetary mixer dropped to 8 A, and kneading was continued for 3 hours in this stable state to obtain a kneaded material.
Subsequently, 1000 g of ion-exchanged water was added to the kneaded material in the stirring tank at a rate of 13 g / min while the kneading was continued. Thereafter, 4800 g of ion-exchanged water was added at 50 g / min while continuing kneading. Further, 1500 g of ion-exchanged water was added to obtain a viscosity-adjusted product, which was taken out.
3514.4 g of diethylene glycol and 2184.8 g of ion-exchanged water were added little by little to 10.00 kg of the removed viscosity-adjusted product while stirring with a dispersion stirrer, and dispersed. Further, dispersion was performed with a bead mill (Nanomill NM-G2L manufactured by Asada Iron Works) under the following conditions to obtain a pigment dispersion P8.
[0134]
..Dispersion conditions
Disperser Nano Mill NM-G2L (made by Asada Iron Works)
Beads φ0.3mm zirconia beads
Bead filling 85%
Cooling water temperature 10 ℃
Rotation speed 2660 rpm (disk peripheral speed: 12.5 m / sec)
500g / min
The dispersion was performed by passing the dispersion machine once (1 pass) under the above conditions.
The pigment dispersion P8 had a solid content of 25.4% by mass and a pigment concentration of 16.1% by mass.
[0135]
(Example 9)
A mixture having the following composition was charged into a planetary mixer PLM-V-50V (manufactured by Inoue Seisakusho) having a capacity of 50 L, and the jacket was heated. After kneading at a revolution speed of 14 rpm, and the temperature of the content reached 60 ° C., the kneading was switched to a high speed (rotation speed: 35 rpm, revolution speed: 24 rpm) and kneading was continued.
[0136]
Resin S 2400g
Fast Yellow 7410 (Pigment Yellow 74)
(Sanyo Dye Co., Ltd.) 6000g
1118 g of 34% by mass aqueous potassium hydroxide solution (KOH)
3000 g of diethylene glycol
At this time, the load current value at the time of kneading the planetary mixer was 7 A at the initial stage, and thereafter reached a maximum of 14 A, and gradually decreased as the kneading continued.
Subsequently, 1000 g of ion-exchanged water was added at a rate of 20 g / min to the kneaded material in the stirring tank while the kneading was continued. Thereafter, 8000 g of ion-exchanged water was added at 80 g / min while continuing kneading. Further, 2000 g of ion-exchanged water was added to obtain a viscosity-adjusted product, which was taken out.
47.9 g of diethylene glycol and 1051 g of ion-exchanged water were added little by little to 10.00 kg of the viscosity-adjusted product taken out while stirring with a dispersion stirrer, and dispersed. Further, dispersion was performed with a bead mill (Nanomill NM-G2L manufactured by Asada Iron Works) under the same conditions as in Example 8, to obtain a pigment dispersion P9.
The solid content concentration of the pigment dispersion P9 was 25.3%, and the pigment concentration was 17.3%.
[0137]
(Example 10)
The mixture having the following composition was charged into a planetary mixer PLM-V-50V (manufactured by Inoue Mfg. Co., Ltd.) having a capacity of 50 L, the jacket was heated, and the content was cooled at a low speed (rotational rotation speed: 21 rpm, 21 rpm, 60 ° C.). After kneading at a revolution speed of 14 rpm, and the temperature of the content reached 60 ° C., the kneading was switched to a high speed (rotation speed: 35 rpm, revolution speed: 24 rpm) and kneading was continued.
[0138]
3000g of resin T
NOVOPERM Yellow H2G (Pigment Yellow 120)
(Made by Clariant Japan KK) 5000g
1323.5 g of a 34% by mass aqueous solution of potassium hydroxide (KOH)
3000 g of diethylene glycol
At this time, the load current value at the time of kneading the planetary mixer was 7 A in the initial stage, then reached a maximum of 12 A, and gradually decreased as the kneading continued.
Subsequently, 1000 g of ion-exchanged water was added at a rate of 20 g / min to the kneaded material in the stirring tank while the kneading was continued. Thereafter, 8000 g of ion-exchanged water was added at 80 g / min while continuing kneading. Further, 2000 g of ion-exchanged water was added to obtain a viscosity-adjusted product, which was taken out.
3000 g of diethylene glycol and 1600 g of ion-exchanged water were added little by little to 10.00 kg of the viscosity-adjusted product taken out while stirring with a dispersion stirrer and dispersed. Further, dispersion was performed with a bead mill (Nanomill NM-G2L manufactured by Asada Iron Works) under the same conditions as in Example 8, to obtain a pigment dispersion P10.
The solid content concentration of the pigment dispersion P10 was 24.9%, and the pigment concentration was 14.7%.
[0139]
(Comparative Example 1)
In Example 1, pure water was set to 440 g in place of the 34% by mass aqueous solution of potassium hydroxide, and a 50 L capacity planetary mixer PLM-V-50V (manufactured by Inoue Mfg. Co., Ltd.) was charged in the same manner as in Example 1, and a jacket was placed. The mixture is heated and kneaded at a low speed (rotational speed: 21 rpm, revolution speed: 14 rpm) until the content temperature reaches 60 ° C., and after the content temperature reaches 60 ° C., high speed (rotation speed: 35 rpm). , Revolution speed: 24 rpm), and the kneading was continued.
[0140]
The planetary mixer load current value at the time of switching to high speed was 5A. Thereafter, the kneading was continued, but the load current value of the planetary mixer was 5 to 6 A, and the kneading was continued for 30 minutes without showing the maximum load current value. At this time, the content was not a lump but a powder. 250 g of ion-exchanged water was added to the kneaded product in the stirring tank thus obtained, and kneading was continued. After confirming that the mixture was uniformly mixed, 250 g of ion-exchanged water was further added, and the mixture was uniformly mixed. Mix until complete. Similarly, 250 g of ion-exchanged water was added in the same manner, and kneading was performed for about 2 hours while adding a total of 1000 g of ion-exchanged water.
While kneading was continued, the amount of ion-exchanged water was added to 500 g / time, and a total of 5000 g of ion-exchanged water was further added over approximately the same time as in Example 1 while confirming uniform mixing as described above. added.
[0141]
After the addition of the ion-exchanged water was completed, the contents were taken out of the planetary mixer. As for the content, both the resin and the carbon black were in an undispersed state, and the particle shape was recognized. The solid content of the content was measured to be 39.0% by mass.
To 10.00 kg of the content taken out, 6000 g of diethylene glycol, 5844 g of ion-exchanged water, and 398.8 g of a 34% by mass aqueous potassium hydroxide solution were added little by little over 30 minutes while stirring with a dispersion stirrer, and dispersed to obtain a dispersion. Was.
[0142]
The dispersion was dispersed in a bead mill (Nanomill NM-G2L manufactured by Asada Tekko) under the same conditions as in Example 1. However, in the first pass, the pressure of the liquid to the disperser was increased, and the amount of the liquid was increased. However, the liquid sending pressure could not be reduced to an appropriate pressure even if the pressure was lowered, and the dispersion could not be carried out.
Further, when the dispersion stirred by the dispersion stirrer was allowed to stand for one day and night, a considerable amount of sediment was generated at the bottom of the container.
[0143]
(Comparative Example 2)
In Example 1, the carbon black was changed to Mitsubishi Chemical # 960 instead of Mitsubishi Chemical # 45L, and pure water was set to 440 g in place of the 34 mass% aqueous potassium hydroxide solution. The mixture was charged into a mixer PLM-V-50V (manufactured by Inoue Seisakusho Co., Ltd.), the jacket was heated, and kneaded at a low speed (rotation speed: 21 rpm, revolution speed: 14 rpm) until the content temperature reached 60 ° C. After the temperature of the contents reached 60 ° C., the speed was switched to high speed (rotational rotation speed: 35 rpm, revolving rotation speed: 24 rpm), and kneading was continued.
[0144]
The planetary mixer load current value at the time of switching to high speed was 5A. Thereafter, the kneading was continued, but the load current value of the planetary mixer was 5 to 6 A, and the kneading was continued for 30 minutes without showing the maximum load current value. At this time, the content was not a lump but a powder. 250 g of diethylene glycol (DEG) was added to the kneaded product in the stirring tank thus obtained, and kneading was continued. After confirming that the mixture was uniformly mixed, 250 g of DEG was further added, and the mixture became similarly uniform. Until mixed. Similarly, 250 g of DEG was added in a similar manner, and kneading was performed for about 2 hours while adding a total of 1000 g of DEG. At this time, the load current value of the planetary mixer slightly increased to 8 A.
While kneading was continued, the amount of DEG added was set to 500 g / time, and a total of 5000 g of DEG was further added over substantially the same time as in Example 2 while confirming that the mixing was uniform as described above.
After the addition of DEG was completed, the contents were taken out of the planetary mixer. As for the content, both the resin and the carbon black were in an undispersed state, and the particle shape was recognized. The solid content of the content was measured to be 38.9% by mass.
[0145]
To 10.00 kg of the content taken out, 120 g of diethylene glycol, 5828 g of ion-exchanged water, and 398 g of a 34% by mass aqueous solution of potassium hydroxide were added little by little over 30 minutes while stirring with a dispersion stirrer, and dispersed to obtain a dispersion.
The dispersion was dispersed in a bead mill (Nanomill NM-G2L manufactured by Asada Tekko) under the same conditions as in Example 1. However, in the first pass, the pressure of the liquid to the disperser was increased, and the amount of the liquid was increased. Was reduced to 40 g / min. In the second and subsequent passes, dispersion was performed at a normal rate of 200 g / min to obtain an aqueous carbon black dispersion R2.
[0146]
(Comparative Example 3)
A viscosity-adjusted product was obtained using a planetary mixer in exactly the same manner as in Example 2, except that ion-exchanged water was used instead of the 34% by mass aqueous solution of potassium hydroxide.
The state at the time of kneading with this planetary mixer was different from that of Example 2, and there was no clear change in the load current value, and the state changed at 7 to 8A.
4 kg of diethylene glycol, 551.5 g of a 34% by weight aqueous solution of potassium hydroxide, and 2.93 kg of ion-exchanged water were added little by little to 10 kg of the obtained viscosity-adjusted product while stirring with a dispersion stirrer, and dispersed. Further, the dispersion was carried out by a bead mill exactly in the same manner as in Example 2. However, in the first pass of the dispersion, the liquid sending pressure to the dispersing machine increased, and the liquid could not be sent at 200 ml / min. Performed with reduced volume.
From the second pass, it is possible to feed the solution at 200 ml / min, and the process was performed up to four passes to obtain a pigment dispersion R3.
The solid content concentration of the pigment dispersion R3 was 23.5% by mass, and the pigment concentration was 14.9% by mass.
[0147]
(Comparative Example 4)
In the same manner as in Example 7, a mixture having the following composition (a 34 mass% KOH aqueous solution was used as ion-exchanged water in Example 7) was charged into a 50 L capacity planetary mixer PLM-V-50V (manufactured by Inoue Seisakusho). The jacket is heated and kneaded at a low speed (rotation speed: 21 rpm, revolution speed: 14 rpm) until the content temperature reaches 60 ° C., and after the content temperature reaches 60 ° C., high speed (rotation speed) : 35 rpm, revolution number of revolutions: 24 rpm) and kneading was continued.
[0148]
750 g of resin S
Fastgen Super Magenta RTS 5000g
(Dai Nippon Ink Chemical Industry Co., Ltd.)
DEG 3500g
533g of ion exchange water
The load current value of the planetary mixer at the time of switching to high speed was 5A. Thereafter, the kneading was continued, and the maximum load current value of the planetary mixer showed 6A. Thereafter, after the kneading was performed, the kneading was continued for 1 hour, and there was no change in the load current value of the planetary mixer. 200 g of ion-exchanged water was added to the kneaded material in the stirring tank thus obtained, and kneading was continued. After confirming that the mixture was uniformly mixed, 200 g of ion-exchanged water was further added, and the mixture was uniformly mixed. Mix until complete. In the same manner as above, ion-exchanged water was added in 200 g increments, and a total amount of 1000 g of ion-exchanged water was added.
Next, while the kneading was continued, the amount of ion-exchanged water was increased to 500 g / time, and a total amount of 4000 g of ion-exchanged water was added while confirming uniform mixing as described above.
[0149]
After the addition of the ion-exchanged water was completed, the product was taken out of the planetary mixer. Further, to 10 kg of the product taken out, 4390 g of diethylene glycol, 5208 kg of ion-exchanged water, and 222.4 g of a 34% by mass potassium hydroxide solution were added little by little while stirring with a dispersion stirrer to obtain a viscosity-regulated product.
This viscosity-adjusted product was dispersed in a bead mill (Nanomill NM-G2L manufactured by Asada Tekko Co., Ltd.) under the same conditions as in Example 7. As a result, in the first pass, the liquid sending pressure to the bead mill increased, and at 200 ml / min, Since the liquid could not be sent, the amount of the liquid was reduced to 50 ml / min. From the second pass onward, it is possible to feed the solution at 200 ml / min, and the process was performed up to four passes to obtain a pigment dispersion R4.
The pigment dispersion R4 had a solid content of 19.8% by mass and a pigment concentration of 17.1% by mass.
[0150]
(Comparative Example 5)
The mixture having the following composition was charged into a planetary mixer PLM-V-50V (manufactured by Inoue Seisakusho) having a capacity of 50 L, and kneaded in the same manner as in Example 7.
[0151]
Resin T 1000g
CROMOPHTAL PinkPT 5000g
(Made by Ciba Specialty Chemical Co., Ltd.)
3000 g of diethylene glycol (DEG)
Ion exchange water 441.2g
The load current value of the planetary mixer when the rotation speed of the planetary mixer was switched to high speed was 5A. Thereafter, the kneading was continued, and the maximum load current value of the planetary mixer showed 8A. Thereafter, after the kneading was performed, the kneading was continued for 1 hour, and there was no change in the load current value of the planetary mixer. 200 g of diethylene glycol (DEG) was added to the kneaded product in the stirring tank thus obtained, and kneading was continued. After confirming that the mixture was uniformly mixed, 200 g of DEG was further added, and the mixture became similarly uniform. Until mixed. In the same manner, DEG was added in 200 g increments, and a total amount of 1000 g DEG was added.
[0152]
While the kneading was continued, the amount of DEG added was set to 500 g / time, and a total amount of 4000 g of DEG was added while confirming uniform mixing in the same manner as described above.
1385 g of DEG, 9818 g of ion-exchanged water, and 305.6 g of a 34% by mass potassium hydroxide solution were added little by little to 10 kg of the kneaded material while stirring with a dispersion stirrer to obtain a viscosity-adjusted product.
This viscosity-adjusted product was dispersed under the same conditions as in Example 7 using a bead mill (Nanomill NM-G2L manufactured by Asada Tekko) to obtain a pigment dispersion R5.
The solid content concentration of the pigment dispersion R5 was 19.9% by mass, and the pigment concentration was 16.2% by mass.
[0153]
(Comparative Example 6)
A viscosity-adjusted product was obtained using a planetary mixer in exactly the same manner as in Example 8, except that ion-exchanged water was used instead of the 34% by mass aqueous solution of potassium hydroxide.
The state at the time of kneading with this planetary mixer was different from that of Example 8, and there was no clear change in the load current value, and the state changed at 7 to 8A.
3514.4 g of diethylene glycol, 561.2 g of a 34% by mass aqueous solution of potassium hydroxide, and 1749.2 g of ion-exchanged water were added little by little to 10 kg of the obtained viscosity-adjusted product while stirring with a dispersion stirrer, and dispersed. Further, the dispersion was carried out in the same manner as in Example 8 using a bead mill. However, since the liquid sending pressure to the dispersing machine increased and the liquid could not be sent at 500 ml / min, the liquid sending amount was reduced to 30 ml / min to perform the dispersion. This was performed to obtain a pigment dispersion R6.
The solid content concentration of the pigment dispersion R6 was 25.1% by mass, and the pigment concentration was 15.9% by mass.
[0154]
(Comparative Example 7)
The mixture having the following composition was charged into a planetary mixer PLM-V-50V (manufactured by Inoue Mfg. Co., Ltd.) having a capacity of 50 L, and the jacket was heated. After kneading at a revolution speed of 14 rpm, and the temperature of the content reached 60 ° C., the kneading was switched to a high speed (rotation speed: 35 rpm, revolution speed: 24 rpm) and kneading was continued.
[0155]
Resin S 2400g
Fast Yellow 7410 (Pigment Yellow 74)
(Sanyo Dye Co., Ltd.) 6000g
1118g of ion exchange water
3000 g of diethylene glycol
The load current value of the planetary mixer was 6 A at the start of high speed. The kneading at a high speed was carried out for 30 minutes, after which 2000 g of diethylene glycol was added at 50 g / min. During this period, the load current value was 8 A and was stable. After continuing kneading for 1 hour in this state, a mixed liquid of diethylene glycol / ion exchange water = 3000 g / 3500 g was added at 100 g / min. After completion of the addition of the mixed solution, kneading was continued for 30 minutes, and the viscosity-adjusted product was taken out.
[0156]
1903.1 g of diethylene glycol, 4200 g of ion-exchanged water, and 510.6 g of a 34% by mass KOH aqueous solution were added little by little to 10 kg of the viscosity-adjusted product using a dispersion stirrer to form a dispersion.
The obtained dispersion was dispersed in a bead mill exactly in the same manner as in Example 2. However, the pressure of the liquid sent to the dispersing machine increased and the liquid could not be sent at 500 ml / min. The dispersion was carried out by lowering to obtain a pigment dispersion R7.
The solid content concentration of the pigment dispersion R7 was 25.3% by mass, and the pigment concentration was 17.3% by mass.
[0157]
(Comparative Example 8)
A mixture having the following composition in which the 34% by mass aqueous potassium hydroxide solution of Example 10 was used as ion-exchanged water was charged into a 50 L planetary mixer PLM-V-50V (manufactured by Inoue Seisakusho), and the jacket was heated. Kneading is performed at a low speed (21 rpm, revolution speed: 14 rpm) until the content temperature reaches 60 ° C., and after the content temperature reaches 60 ° C., high speed (rotation speed: 35 rpm, revolution speed) : 24 rpm) and kneading was continued.
[0158]
3000g of resin T
NOVOPERM Yellow H2G (Pigment Yellow 120)
(Made by Clariant Japan KK) 5000g
1323.5 g of ion exchange water
3000 g of diethylene glycol
The load current value of the planetary mixer was 6 A at the start of high speed. The kneading at a high speed was carried out for 30 minutes, after which 2000 g of diethylene glycol was added at 50 g / min. During this period, the load current value was 8 A and was stable. After continuing kneading for 1 hour in this state, a mixed liquid of diethylene glycol / ion exchange water = 3000 g / 3500 g was added at 100 g / min. After completion of the addition of the mixed solution, kneading was continued for 30 minutes, and the viscosity-adjusted product was taken out.
960 g of diethylene glycol, 3833 g of ion-exchanged water, and 635.6 g of a 34% by mass KOH aqueous solution were added little by little to 10 kg of this viscosity-adjusted product using a dispersion stirrer to form a dispersion.
[0159]
The obtained dispersion was dispersed in a bead mill exactly in the same manner as in Example 10. However, since the pressure of the liquid sent to the dispersing machine increased and the liquid could not be sent at 500 ml / min, the amount of the liquid sent was reduced to 50 ml / min. The dispersion was lowered and dispersion was performed, whereby a pigment dispersion R8 was obtained.
The solid content concentration of the pigment dispersion R8 was 26.5% by mass, and the pigment concentration was 15.7% by mass.
Table 3 shows the maximum and minimum values of the load current value during kneading and the no-load current values at the number of revolutions during kneading for the dispersions prepared in the above Examples and Comparative Examples.
[0160]
[Table 3]
Figure 2004143316
[0161]
(Evaluation of aqueous pigment dispersion)
The aqueous pigment dispersions of Examples and Comparative Examples obtained as described above were each adjusted to have a pigment concentration of 14.5% by mass by adding ion-exchanged water. The particle size of the aqueous carbon black dispersion having the adjusted pigment concentration was measured with a Microtrac UPA particle size analyzer (manufactured by Leeds & Northrup). At that time, the particle size measurement sample was appropriately diluted with ion-exchanged water so that the concentration could be measured.
[0162]
In addition, a very small amount of the prepared aqueous pigment dispersion was collected on a slide glass, and a cover glass was placed thereon so that air was not entrained in the dispersion droplets on the slide glass. Microscopic observation with transmitted light was performed at a magnification of, and coarse particles were observed.
[0163]
The dispersion having the adjusted pigment concentration is sealed in a glass container such as a screw tube, and subjected to a heating test for one week in a thermostat at 60 ° C. The dispersion stability was evaluated by visually observing the state.
The results are shown in Table 4.
[0164]
[Table 4]
Figure 2004143316
[0165]
(Dispersion determination method)
:: Several coarse particles having a size of 1 to 5 μm are observed in the visual field by microscopic observation.
Δ: Several tens or more coarse particles of 1 to 5 μm are observed in the visual field by microscopic observation.
×: Dozens or more of coarse particles of 5 μm or more are observed in the visual field.
XX: Cannot be dispersed.
[0166]
(Amount of sediment)
○: No sediment is observed
△: Stagnation at bottom (no sediment)
×: The sediment can be clearly confirmed.
[0167]
From the comparison of the average particle size of the dispersed pigment within the same pigment type (color) and the result of microscopic observation, the example according to the present invention is compared with the method of the comparative example which does not show a clear maximum value at the time of kneading at the load current. As a result, it was found that the particle size can be remarkably reduced, and the residual amount of coarse particles can be reduced. However, in the case of the dispersed particle diameter of cyan, the same result is obtained when the pigment is the same product (comparison between Example 2 and Comparative Example 3), but when the pigment has another product number (Examples 3 and 4). Although the results of (5) seemingly did not exert the effect of the present invention, it is presumed that this is due to the particle size of the pigment used. However, the generation of the coarse particles exerts the effect more than that of the comparative example.
[0168]
When the dispersion was stored at a constant temperature and the average particle size change and the presence or absence of sediment were observed, the results were compared within the same pigment type (color). In comparison with the method of Comparative Example which does not show a maximum value, it is apparent that the increase in the average particle size after the heating test is small, and the generation of sediment is observed in Comparative Example, whereas in the Example, Since no sediment was generated, it was found that the examples according to the present invention had better dispersion stability.
[0169]
(Adjustment of ink composition)
The dispersions obtained in the above Examples and Comparative Examples were adjusted according to the following formulation, and approximately 3 to 5% by mass of an ink composition was prepared according to each color tone. The composition table is shown in Table 5.
[0170]
[Table 5]
Figure 2004143316
[0171]
(Printing test)
The obtained ink composition of Table 5 was mounted on NOVAJET PRO manufactured by ENCAD, and a printing test was performed.
Specifically, solid printing and fine line printing were performed on four A4 printing papers (paper dedicated to YUPO inkjet), and the ink ejection state was confirmed.
The results are shown in Table 6.
[0172]
[Table 6]
Figure 2004143316
[0173]
:: Uniform solid printing on all print samples, ejection failure even at thin line portions, no print position shift.
:: uniform solid printing in all print samples, no ejection failure in thin line portion, but printing position shift is observed.
Δ: No problem in initial printing, but discharge failure occurred during printing.
×: Solid printing with density unevenness due to discharge failure was observed from the beginning. Even in the thin line portion, printing omission due to defective discharge is remarkable from the beginning.
[0174]
From the results shown in Table 6, in the examples of the present invention, images without any problem were obtained in the initial printing. In contrast, in the comparative examples, the ink ejection was unstable from the initial printing, and the ink ejection was stable. Since there is a large difference in the discharge characteristics, it can be understood that the embodiment of the present invention has remarkably excellent ejection stability.
[0175]
【The invention's effect】
When kneading a mixture containing at least a resin which can be dissolved or self-dispersible in water, and a pigment, and producing a kneaded product for a solid or semi-solid aqueous pigment dispersion, the energy imparted to the kneading machine is at least one or more times. A method for producing a kneaded product for an aqueous pigment dispersion, which is characterized by having a condition having a maximum value, can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of the configuration of a planetary mixer.
FIG. 2 is a partially enlarged view of a planetary mixer.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a locus of a stirring blade in a planetary mixer.
FIG. 4 shows an example of a change in kneading time and load current value (in the case of one maximum value)
FIG. 5 shows an example of a change in kneading time and load current value (when there are a plurality of maximum values).
FIG. 6 shows an example of changes in kneading time and load current value (when there is only one maximum value)
[Explanation of symbols]
1 ... stirring tank
2: Upper part of the stirring tank
3. Lower part of the stirring tank
4 and 5 ... stirring blades
6 ... rotor
A: Start kneading,
B, B1, B2: positions where the load current value shows the maximum value,
C: Addition of water, water-soluble solvent, etc. started
D: Removal of kneaded material or pigment dispersion
E: Load current value during no-load operation at rotational speed during kneading
F: The minimum position when the load current value has a plurality of maximum values

Claims (16)

少なくとも水に溶解又は自己分散可能な樹脂、顔料を含む混合物を混練し、固体もしくは半固体状の水性顔料分散液用混練物を製造する方法において、混練機の負荷電流(I)を、混練機の剪断速度(v)で除した値(I/v)が時間と共に増加した後、減少するように混合物が混練されることを特徴とする水性顔料分散液用混練物の製造方法。In a method of producing a kneaded product for a solid or semi-solid aqueous pigment dispersion by kneading a mixture containing at least a resin and a pigment which can be dissolved or self-dispersed in water, the load current (I) of the kneader is adjusted by the kneading machine. A method for producing a kneaded product for an aqueous pigment dispersion, comprising: kneading the mixture such that the value (I / v) divided by the shear rate (v) increases with time and then decreases. 前記の混練機の負荷電流(I)を、混練機の剪断速度(v)で除した値(I/v)が極大値となるときの混練機のI/v値が、混練機を無負荷状態で作動させたときのI/v値の1.6倍を越える請求項1記載の水性顔料分散液用混練物の製造方法。When the value (I / v) obtained by dividing the load current (I) of the kneader by the shear rate (v) of the kneader becomes a maximum value, the I / v value of the kneader is equal to the unloaded kneader. 2. The method for producing a kneaded product for an aqueous pigment dispersion according to claim 1, wherein the value exceeds 1.6 times the I / v value when operated in a state. 前記樹脂が少なくともアニオン性基及び/又はカチオン性基を有する請求項1又は2記載の水性顔料分散液用混練物の製造方法。The method according to claim 1 or 2, wherein the resin has at least an anionic group and / or a cationic group. 前記樹脂が少なくともアニオン性基を有する樹脂である請求項3記載の水性顔料分散液用混練物の製造方法。The method for producing a kneaded product for an aqueous pigment dispersion according to claim 3, wherein the resin is a resin having at least an anionic group. 前記アニオン性基を有する樹脂の酸価が60〜300mgKOH/gである請求項4記載の水性顔料分散液用混練物の製造方法。The method for producing a kneaded product for an aqueous pigment dispersion according to claim 4, wherein the resin having an anionic group has an acid value of 60 to 300 mgKOH / g. 前記混練時に、少なくともアニオン性基を有する樹脂、顔料に加えて塩基性化合物を含む混合物を混練する請求項4又は5記載の水性顔料分散液用混練物の製造方法。6. The method for producing a kneaded product for an aqueous pigment dispersion according to claim 4, wherein a mixture containing a basic compound in addition to a resin and a pigment having at least an anionic group is kneaded during the kneading. 前記アニオン性基を有する樹脂の中和率が20%以上となる量の前記塩基性化合物を用いる請求項6記載の水性顔料分散液用混練物の製造方法。The method for producing a kneaded product for an aqueous pigment dispersion according to claim 6, wherein the basic compound is used in such an amount that the degree of neutralization of the resin having an anionic group becomes 20% or more. 前記水性顔料分散液用混練物中の樹脂/顔料の質量比率が1/20〜5/1である請求項1〜7のいずれか一項に記載の水性顔料分散液用混練物の製造方法。The method for producing a kneaded product for an aqueous pigment dispersion according to any one of claims 1 to 7, wherein the mass ratio of the resin / pigment in the kneaded product for the aqueous pigment dispersion is 1/20 to 5/1. 前記樹脂の重量平均分子量が3000〜50000である請求項1〜8のいずれか一項に記載の水性顔料分散液用混練物の製造方法。The method for producing a kneaded product for an aqueous pigment dispersion according to any one of claims 1 to 8, wherein the resin has a weight average molecular weight of 3,000 to 50,000. 前記樹脂のガラス転移点が90℃以上である請求項1〜9のいずれか一項に記載の水性顔料混練物の製造方法。The method for producing an aqueous pigment kneaded product according to any one of claims 1 to 9, wherein the resin has a glass transition point of 90 ° C or higher. 請求項1〜10のいずれか一項に記載の水性顔料分散液用混練物の製造方法において、撹拌槽と撹拌羽根を有し、撹拌槽が略密閉構造となる混練機を用いて混練する、水性顔料分散液用混練物の製造方法。The method for producing a kneaded material for an aqueous pigment dispersion according to any one of claims 1 to 10, wherein the kneading is performed using a kneader having a stirring tank and a stirring blade, and the stirring tank having a substantially closed structure. A method for producing a kneaded product for an aqueous pigment dispersion. 前記混練機がプラネタリーミキサーである請求項11記載の水性顔料分散液用混練物の製造方法。The method for producing a kneaded product for an aqueous pigment dispersion according to claim 11, wherein the kneading machine is a planetary mixer. 請求項1〜12のいずれか一項に記載の水性顔料分散液用混練物の製造方法によって水性顔料分散液用混練物を得る工程と、当該水性顔料分散液用混練物を水溶性溶剤中に分散させて、水性顔料分散液を得る工程とを有する水性顔料分散液の製造方法。A step of obtaining a kneaded product for an aqueous pigment dispersion by the method for producing a kneaded product for an aqueous pigment dispersion according to any one of claims 1 to 12, and mixing the kneaded product for an aqueous pigment dispersion in a water-soluble solvent. Dispersing to obtain an aqueous pigment dispersion. 請求項11又は12に記載の水性顔料分散液用混練物の製造方法によって、撹拌槽内で水性顔料分散液用混練物を製造する工程と、該撹拌槽内の前記水性顔料分散液用混練物に水溶性溶剤を加えて、該撹拌槽内で前記水性顔料分散液用混練物の粘度を調整する工程とを有する請求項13記載の水性顔料分散液の製造方法。A process for producing a kneaded product for aqueous pigment dispersion in a stirring tank by the method for producing a kneaded product for aqueous pigment dispersion according to claim 11 or 12, and the kneaded product for aqueous pigment dispersion in the stirring tank. Adjusting the viscosity of the aqueous pigment dispersion kneaded product in the stirring tank by adding a water-soluble solvent to the aqueous pigment dispersion. 請求項13又は14に記載の水性顔料分散液の製造方法において、前記水性顔料分散液用混練物を、水溶性溶剤中に、メディアを用いた分散機、衝突型分散機及び超音波分散機からなる分散機群から選ばれる少なくとも一つの分散機を用いて分散させることを特徴とする水性顔料分散液の製造方法。The method for producing an aqueous pigment dispersion according to claim 13 or 14, wherein the kneaded product for the aqueous pigment dispersion is dispersed in a water-soluble solvent using a disperser using a medium, a collision type disperser, and an ultrasonic disperser. A method for producing an aqueous pigment dispersion, wherein the dispersion is performed using at least one disperser selected from a group of dispersers. 請求項13〜15のいずれか一項に記載の水性顔料分散液の製造方法によって得られた水性顔料分散液を水溶性溶剤で希釈してインク組成物を製造するインク組成物の製造方法。A method for producing an ink composition, comprising diluting an aqueous pigment dispersion obtained by the method for producing an aqueous pigment dispersion according to any one of claims 13 to 15 with a water-soluble solvent to produce an ink composition.
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