JP2004351815A

JP2004351815A - シリカ分散液の製造方法及びインク吸収層塗液の製造方法

Info

Publication number: JP2004351815A
Application number: JP2003153722A
Authority: JP
Inventors: Makoto Koike; 誠小池; Hideo Nagano; 英男永野
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】目詰まり、コンタミネーション、エロージョン等の問題がなく、インク吸収性、平滑性、光沢性に優れたインク受像層となる適切な粒径範囲にシリカを容易に分散することができるシリカ微細分散液の製造方法及びこのシリカ微細分散液を用いたインク吸収層用塗液の製造方法を提供すること。
【解決手段】タンク（分散槽本体）１０内に、開口部４０を有する外筒３８と該外筒内に回転自在に設けられた回転部材とを備え、前記外筒３８と前記回転部材との間隙で生じる剪断力でシリカを分散する方式の分散機と、タンク（分散槽本体）１０の内壁に沿って前記回転部材よりも低速で回転するアンカー翼２８とを備えた分散装置によって前記剪断念力を２０００〜２００００Ｐａの範囲でシリカ予備分散液を微細分散する。得られたシリカ微細分散液に界面活性剤を添加するまでにシリカ微細分散液を２５〜３５℃、１５〜５０時間保管する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録材料を製造する際に用いられるのに好適なシリカ微細分散液の製造方法、およびこのシリカ微細分散液を用いたインクジェット記録材料のインク吸収層塗液の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録材料のインク受像層を構成するシリカは、水中分散液として調液された後に支持体に塗布、乾燥されてインク受像層となるが、分散液中のシリカ粒子の粒径が小さすぎるとインクジェットペーパーのインク吸収性が悪くなり、粒径が大きすぎるとインクジェットペーパーの平滑性、光沢性が悪くなる。
【０００３】
このため適切な範囲の粒径にシリカを分散する必要があり、そのための種々の分散機が用いられている。（例えば、特許文献１，特許文献２等）
しかし、高圧分散機では分散圧力を高くするとシリカの粒径が小さくなりすぎ、分散圧力を低くすると機器内の流路で目詰まりが起こってしまう。またメディア分散機ではビーズやローター、ベッセルの磨耗とこれによるコンタミネーションの、超音波分散機ではエロージョンとこれによるコンタミネーションの問題があることから、メンテナンスの負荷が大きく品質への懸念も生じるためシリカ分散液の製造機としては向いていない。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−８０２０４号公報
【特許文献２】
特開２００１−１９４２１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、目詰まり、コンタミネーション、エロージョン等の問題がなく、インク吸収性、平滑性、光沢性に優れたインク受像層となる適切な粒径範囲にシリカを容易に分散することができるシリカ微細分散液の製造方法及びこのシリカ微細分散液を用いたインク吸収層塗液の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のシリカ分散液の製造方法は、タンク内に、開口部を有する外筒と該外筒内に回転自在に設けられた回転部材とを備え、前記外筒と前記回転部材との間隙で生じる剪断力でシリカを分散する方式の分散機と、タンク内壁に沿って前記回転部材よりも低速で回転するアンカー翼とを備えた分散装置によって前記剪断念力２０００〜２００００Ｐａの範囲でシリカ予備分散液を微細分散することを特徴とする。
また、本発明のインク吸収層塗液の製造方法は、前記のシリカ微細分散液の製造方法で製造されたシリカ微細分散液を界面活性剤を添加するまでに２５〜３５℃、１５〜５０時間保管することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明のシリカ微細分散液を製造するための分散装置の一実施の形態を示す概略的構成図である。図１において、分散槽本体（タンク）１０の外側面にはジャケット１２が覆設されており、このジャケット１２には入口配管１４と出口配管１６が設けられ、入口配管１４から導入された冷却水は、ジャケット１２内を流れた後、出口配管１６から排出されるようになっている。また、ジャケット１２の外側面は、空隙部を有する断熱部材１８で覆われており、この断熱部材１８の外側に分散槽本体１０を支持する支柱２０が固定されている。
【０００８】
分散槽本体１０の底部には、分散槽本体１０内の分散液を排出させるための排出管２２が設けられている。分散槽本体１０の中心部には、モータ２４に連結された回転軸２６が設けられており、この回転軸２６にアンカー翼２８が固定されている。
【０００９】
また、図１および図２に示すように、モータ３０に連結された回転軸３２の先端部には駒状の回転部材３４が設けられており、この回転部材３４の外周面には、回転方向側に曲面部を有する複数の凸状部３６が形成されている。これらの回転軸３２と回転部材３４は、外筒３８内に配置されている。回転部材３４は、動力源の負荷等の面から筒状体であることが望ましい。
回転部材３４近傍の回転軸３２の外周側に位置する外筒３８の部分には、複数の開口部４０が形成されており、また、回転部材３４の外周側に位置する外筒３８の部分には、多数のスリット４２が形成されている。
【００１０】
次にこの分散装置を用いてシリカ微細分散液を製造する方法について説明する。
本発明において、シリカ微細分散液の原料であるシリカは、合成シリカが望ましい。合成シリカには、湿式法によるものと、気相法によるものがあり、湿式法によるシリカは、けい酸ナトリウムの酸等の複分解やイオン交換樹脂によるシリカゾル、またはこのシリカゾルをゲル化させ、その生成条件を変えて数μｍ〜１０μｍの一次粒子がシロキサン結合した三次元的な２次粒子となったシリカゲル、さらには、シリカゾル、ケイ酸ナトリウム、アルミン酸ナトリウム等を加熱生成して得られたケイ酸を主体とする合成ケイ酸ナトリウム等がある。
【００１１】
また、気相法シリカは、一般的に火炎加水分解法によって製造される。具体的には、四塩化ケイ素を水素および酸素と共に燃焼して製造する方法が一般的に知られているが、四塩化けい素の代わりにメチルトリクロロシランやトリクロロシラン等のシラン類も単独または四塩化けい素と混合した状態で使用することができる。これらのシリカ微粒子の市販品としてはアエロジル［日本アエロジル（株）製］、ＱＳタイプ［トクヤマ（株）製］等が挙げられる。
【００１２】
まず、分散槽本体１０内に水（イオン交換水等）を主体とし、この他に必要に応じて分散剤、バインダー、ｐＨ調整剤等が添加された分散媒が投入され、この分散媒体中にシリカが投入される。また、同時に入口配管１４から冷却水を導入させると共に出口配管１６から冷却水を排出し、分散槽本体１０内の液温を所定の温度に保持する。分散槽本体１０内の液温は、２０℃以下が好ましい。特に１５℃以下が好ましい。この場合、シリカ微粒子を添加する前の分散媒を２０℃以下の温度にしておいてもよいし、予備混合中に冷却して２０℃以下に冷却してもよい。また、シリカスラリーの温度を２０℃以下、好ましくは１５℃以下状態で分散槽本体１０に注入してもよい。
【００１３】
さらに、モータ２４の回転に伴ってアンカー翼２８が低速度で回転されており、シリカ予備分散液が全体的に流動し、分散槽本体１０内で均一な分散状態に保たれるように予備分散される。その後、シリカ予備分散液中に分散剤、バインダー等が添加され、シリカ予備分散液は所定の剪断念力で微細分散される。
【００１４】
シリカ予備分散液を微細分散する際に、シリカ予備分散液に添加される成分としては、少なくとも分散剤とバインダーを含む成分が添加されてシリカ微細分散液が調製されるが、分散剤とバインダー以外のその他の成分としては、シリカ微細分散液が用いられる用途によって異なり、例えば、シリカ微細分散液をインクジェット記録材料のインク吸収層塗液に用いる場合、通常、インク受像層を構成する成分が添加される。
【００１５】
シリカ予備分散液は、分散槽本体１０内で予備分散されつつ、回転部材３４の高速回転によって外筒３８に形成された開口部４０から筒内に吸引される。回転軸３２の先端部は駒状に形成されており、その駒状部分の側表面には波状の突状部３６が所定の間隔をおいて複数本設けられている。シリカ予備分散液は高速回転する回転部材３４の駒状部分の側表面に設けられた突状部３６と外筒３８の内周面との間で生じる剪断力によって微細分散されながら、外筒３８に形成されたスリットから分散槽本体１０内に排出される。シリカ微細分散液中のシリカの平均粒径が所定の範囲になるまでシリカ微細分散液は、分散槽本体１０内と外筒４０内を循環しながら、微細分散される。
【００１６】
このとき、剪断力は、上記した定義による剪断念力の値としては、２０００〜２００００Ｐａであり、好ましくは５０００〜１５０００Ｐａ、より好ましくは８０００〜１２０００Ｐａである。剪断念力が２０００〜２００００Ｐａの範囲であると、得られたシリカ微細分散液を用いて形成されるインク受像層を有するインクジェット記録材料はインク吸収性、平滑性、光沢性に優れたものとなる。
剪断念力が２０００Ｐａよりも小さいと、シリカ微細分散液中のシリカ粒径が大きすぎて、得られたシリカ微細分散液を用いて形成されるインク受像層を有するインクジェット記録材料は平滑性、光沢性に劣るものとなり、一方、剪断念力が２００００Ｐａよりも大きいと、シリカ微細分散液中のシリカ粒径が小さくなりすぎ、得られたシリカ分散液を用いて形成されるインク受像層を有するインクジェット記録材料のインク吸収性が悪くなる。
【００１７】
図に示す分散装置においては、剪断念力（τ）は、下記の式（１）で表すことができる。
【００１８】
【数１】

【００１９】
式（１）中、μ：粘度（Ｐａ・ｓ）、Δｌ：回転部材の突状部表面と外筒内壁面との距離（ｍｍ）、ｖ：回転部材の周速（ｍ／ｓｅｃ）である。
したがって、剪断力を調整するには、回転部材の突状部表面と外筒内壁面との距離Δｌを設定し、回転数モータ３０による回転部材３４の周速を調整することによって適切な剪断念力の範囲とすることができる。
【００２０】
本発明によるシリカ微細分散液の製造方法においては、回転部材３４の突状部表面と外筒３８内壁面との距離が０．２ｍｍの場合、モータ３０の回転数の制御によって回転部材３４の周速を２０〜３０ｍ／ｓｅｃ、好ましくは２５〜３０ｍ／ｓｅｃ程度の高速回転とすることが好ましい。また、このとき、モータ２４の回転数の制御によってアンカー翼２８の回転数を１５〜６０ｒ．ｐ．ｍ、好ましくは２０〜３０ｒ．ｐ．ｍ程度の低速回転とすることが好ましい。
シリカ微細分散液におけるシリカの平均粒径は、好ましくは０．１４〜０．２４μｍ、より好ましくは０．１６〜０．２２μｍである。
【００２１】
本発明のインク吸収層塗液の製造方法は、シリカ微細分散液をインクジェット記録材料のインク受像層に用いる場合、シリカ微細分散液を調液後、界面活性剤を添加するまでのシリカ微細分散液の保管条件を２５〜３５℃の温度で１５〜５０時間とすることを特徴とする。シリカ微細分散液を保管するには、シリカ微細分散液を調液した分散槽本体１０に保管し、この分散槽本体１０に界面活性剤を添加してもよく、また、この分散槽本体１０から排出管２２を介してシリカ微細分散液を取りだして他のタンクに保管し、このタンクに界面活性剤を添加してもよいが、作業性、洗浄性、設備コスト等の点からシリカ微細分散液を調液した分散槽本体１０に保管し、この分散槽本体１０に界面活性剤を添加することが望ましい。
【００２２】
シリカ微細分散液の保管条件として、２５〜３５℃の温度で１５〜５０時間、好ましくは２７〜３３℃の温度で２０〜４０時間、より好ましくは２９〜３１℃の温度で２５〜３５時間である。
シリカ微細分散液の保管条件として、温度が２５℃未満では、得られるインク受像層の光沢性が劣り、温度が３５℃を超えるとシリカ微細分散液がゲル化して実質的に塗布不可能となり、保管時間が１５時間未満では、得られるインク受像層の光沢性が劣り、保管時間が５０時間を超えると、シリカ微細分散液がゲル化して実質的に塗布不可能となる。
【００２３】
ここで使用される界面活性剤としては、シリカ微細分散液の組成によって異なるが、ノニオン系界面活性剤が好適であり、特にフッ素系ノニオン系界面活性剤が好適である。
また、これらの界面活性剤は、シリカ微細分散液１００質量部に対して０．０５〜０．５質量部、好ましくは０．０５〜０．２質量部が、より好ましくは０．０５〜０．１質量部添加するのが望ましい。
【００２４】
シリカ微細分散液に界面活性剤を添加しながら、あるいは添加した後、シリカ微細分散液と界面活性剤が混合される。このとき、混合の手段としては、インラインミキサー、アンカー翼、プロペラ羽根等の発泡を起こしにくい手段が好ましく、特に好ましくはインラインミキサーである。
【００２５】
図１及び図２に示す分散装置は、本発明におけるシリカ予備分散液の製造方法の一実施の形態を示すものであって、タンク内に、開口部を有する外筒と該外筒内に回転自在に設けられた回転部材とを備え、前記外筒と前記回転部材との間隙で生じる剪断力でシリカを分散する方式の分散機と、タンク内壁に沿って前記内筒よりも低速で回転するアンカー翼とを備えた分散装置である限り、特に制約はなく、例えば、クレアミックス、ロボミックス、ホモミキサー等の分散装置も挙げることができる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２７】
（実施例１）
下記に示すシリカ、アンモニア水溶液、ＰＶＡ水溶液、及び水からなる処方液を分散槽内に投入し、アンカー翼の回転によってシリカを予備分散させた後、外筒内に設けられた回転部材の高速回転によってシリカを微細分散させてシリカ微細分散液を得た。このとき、剪断念力を１００００Ｐａとしたところ、シリカの平均粒径０．１８μｍになり、シリカ微細分散液を分散槽内で３０℃で２０時間保管後に界面活性剤（Ｆ−１４４Ｄ）をシリカ微細分散液１００質量部に対して０．１質量部添加、混合して調液し、インク吸収層塗液を得た。このインク吸収層塗液を支持体に塗布、乾燥してインク受像層を形成した。
なお、シリカの予備分散時、微細分散時の分散機内の液温度を１４〜１６℃の範囲に保持した。
その結果、インク吸収性、平滑性、光沢性に優れたインク受像層ができた。
（分散機）
・エム・テクニック（株）クレアミックスＣＬＭ−７．５Ｓ
（調液量）
・３００Ｌ
（処方）
・シリカ …８．３質量％
（日本アエロジル（株）製ＡＥＲＯＳＩＬ３００）
・アンモニア水溶液（２．６％） …４．４質量％
・ＰＶＡ水溶液 …２６．４質量％
（（株）クラレ製ＰＶＡ４２０９％水溶液）
・水（イオン交換水） …６０．９質量％
（界面活性剤）
・フッ素系ノニオン界面活性剤（大日本インキ化学製Ｆ−１４４Ｄ）
【００２８】
（比較例１）
剪断念力を１０００Ｐａとし、他の条件は実施例１と同様にシリカの微細分散を行ったところ、シリカの平均粒径が０．２６μｍとなり、インク吸収性は良いものの、平滑性、光沢性に劣ったインク受像層となった。
【００２９】
（比較例２）
剪断念力を３００００Ｐａとし、他の条件は実施例１と同様にシリカの微細分散を行ったところ、シリカの平均粒径が０．１０μｍとなり、平滑性、光沢性は良いものの、インク吸収性に劣ったインク受像層となった。
【００３０】
（比較例３）
分散機をナノマイザー（株）ナノマイザーＬＡ−３１、剪断力を９．８×１０^６Ｐａ（１００ｋｇｆ／ｃｍ^２）とし、処方は実施例１と同様にシリカの微細分散を行ったところ、目詰まりが起こってしまい分散不可能となった。
【００３１】
（比較例４）
分散機をナノマイザー（株）ナノマイザーＬＡ−３１、剪断力を１９．６×１０^６Ｐａ（２００ｋｇｆ／ｃｍ^２）とし、処方は実施例１と同様にシリカ分散を行ったところ、シリカの平均粒径が０．１２μｍとなり、平滑性、光沢性は良いものの、インク吸収性に劣ったインク受像層となった。
【００３２】
以下、実施例１及比較例１〜４の結果を表１に纏めて示す。
なお、表中の評価方法は、下記の通りである。
［評価方法］
−平滑性−
印画前の記録シートのインク受像層の表面を目視で観察し、粒状態の程度により下記基準に従って評価した。
○ ：表面に粒状態はなく、滑らかであった。
× ：表面に粒状態があり、滑らかではなかった。
【００３３】
−光沢度−
印画前の記録シートのインク受像層の表面における６０°光沢度を、デジタル変角光沢度計（ＵＧＶ−５０ＤＰ，スガ試験機（株）製）にて測定した。
◎ ：４５〜５０
○ ：３５〜４５未満
× ：３５未満
【００３４】
−インク吸収性−
インクジェットプリンタ（ＰＭ−７７０Ｃ、セイコーエプソン（株）製）を用いて、各記録シートのインク受像層上にＹ（黄）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（黒）、Ｂ（青）、Ｇ（緑）及びＲ（赤）のベタ画像を印字し、その後（約１０秒後）、該画像上に紙を接触押圧し、インクの紙への転写の程度により下記基準に従って評価した。
〔基準〕
○：紙上へのインクの転写は認められなかった。
×：紙上へのインクの一部転写が認められた。
【００３５】
【表１】

【００３６】
（実施例２）
以下の処方でシリカの微細分散を行った以外は、実施例１と同様にしてシリカ微細分散液を得た。このシリカ微細分散液中のシリカの平均粒径０．１８μｍであった。このシリカ微細分散液を分散槽内で３０℃で２０時間保管後に界面活性剤（Ｆ−１４４Ｄ）を添加、混合して調液し、インク吸収層塗液を得た。このインク吸収層塗液を支持体に塗布、乾燥してインク受像層を形成した。
なお、シリカの予備分散時、微細分散時の分散機内の液温度を１４〜１６の範囲に保持した。
その結果、インク吸収性、平滑性、光沢性に優れたインク受像層ができた。
（分散機）
・エム・テクニック（株）クレアミックスＣＬＭ−７．５Ｓ
（調液量）
・３００Ｌ
（処方）
・シリカ …９．９質量部
（日本アエロジル（株）製ＡＥＲＯＳＩＬ３００）
・アンモニア水溶液（２．６％） …５．３質量部
・ＰＶＡ水溶液 …３１．４質量部
（（株）クラレ製ＰＶＡ４２０９％水溶液）
・ポリオキシエチレンラウリルエーテル …７．２質量部
・ジエチレングリコールモノブチルエーテル …０．６質量部
・水（イオン交換水） …７２．６質量部（界面活性剤）
・フッ素系ノニオン界面活性剤（大日本インキ化学製Ｆ−１４４Ｄ）
【００３７】
（比較例５）
剪断念力を１０００Ｐａとし、他の条件は実施例２と同様にシリカの微細分散を行ったところ、シリカの平均粒径が０．２６μｍとなり、インク吸収性は良いものの、平滑性、光沢性に劣ったインク受像層となった。
【００３８】
（比較例６）
剪断念力を３００００Ｐａとし、他の条件は実施例２と同様にシリカの微細分散を行ったところ、シリカの平均粒径が０．１０μｍとなり、平滑性、光沢性は良いものの、インク吸収性に劣ったインク受像層となった。
【００３９】
（比較例７）
分散機をナノマイザー（株）ナノマイザーＬＡ−３１、剪断力を９．８×１０^６Ｐａ（１００ｋｇｆ／ｃｍ^２）とし、処方は実施例２と同様にシリカの微細分散を行ったところ、目詰まりが起こってしまい分散不可能となった。
【００４０】
（比較例８）
分散機をナノマイザー（株）ナノマイザーＬＡ−３１、剪断力を１９．６×１０^６Ｐａ（２００ｋｇｆ／ｃｍ^２）とし、処方は実施例２と同様にシリカの微細分散を行ったところ、シリカの平均粒径が０．１２μｍとなり、平滑性、光沢性は良いものの、インク吸収性に劣ったインク受像層となった。
【００４１】
以下、実施例２及び比較例５〜比較例８の結果を表２に纏めて示す。
【表２】

【００４２】
（実施例３）
界面活性剤を添加するまでの保管条件を３０℃、３０時間とした以外は実施例２と同様にしてシリカの微細分散を行ったところ、さらに光沢性に優れたインク受像層となった。
【００４３】
（比較例９）
界面活性剤を添加するまでの保管条件を３０℃で１０時間とした以外は実施例２と同様にしてシリカの微細分散を行ったところ、光沢性に劣ったインク受像層となった。
【００４４】
（比較例１０）
界面活性剤を添加するまでの保管条件を２０℃で３０時間とした以外は実施例２と同様にしてシリカの微細分散を行ったところ、光沢性に劣ったインク受像層となった。
【００４５】
（比較例１１）
界面活性剤を添加するまでの保管条件を３０℃で６０時間とした以外は実施例２と同様にしてシリカの微細分散を行ったが、シリカ微細分散液がゲル化してしまい塗布不可能となった。
【００４６】
（比較例１２）
界面活性剤を添加するまでの保管条件を４０℃で３０時間とした以外は実施例２と同様にしてシリカの微細分散を行ったが、シリカ微細分散液がゲル化してしまい塗布不可能となった。
【００４７】
以下、実施例３及び比較例９〜比較例１２の結果を表３に纏めて示す。
【表３】

【００４８】
【発明の効果】
以上のように、本発明のシリカ微細分散液の製造方法によれば、目詰まり、コンタミネーション、エロージョン等の問題がなく、インク吸収性、平滑性、光沢性に優れたインク受像層となる適切な粒径範囲にシリカを容易に分散することができ、また、このシリカ微細分散液を用いたインク吸収層用塗液によってインク吸収性、平滑性、光沢性に優れたインク受像層とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシリカ微細分散液の製造方法に使用される分散装置の一実施の形態を示す概略的構成図である。
【図２】図１における要部概略的構成図である。
【符号の説明】
１０分散槽本体（タンク）
１２ジャケット
１４入口配管
１６出口配管
１８断熱部材
２０支柱
２２排出管
２４モータ
２６回転軸
２８アンカー翼
３０モータ
３２回転軸
３４回転部材
３６突状部
３８外筒
４０開口部
４２スリット

Claims

タンク内に、開口部を有する外筒と該外筒内に回転自在に設けられた回転部材とを備え、前記外筒と前記回転部材との間隙で生じる剪断力でシリカを分散する方式の分散機と、タンク内壁に沿って前記回転部材よりも低速で回転するアンカー翼とを備えた分散装置によって前記剪断念力２０００〜２００００Ｐａの範囲でシリカ予備分散液を微細分散することを特徴とするシリカ微細分散液の製造方法。
請求項１記載のシリカ分散液の製造方法で製造されたシリカ微細分散液を保管した後に界面活性剤を添加する方法であって、界面活性剤を添加するまでにシリカ微細分散液を２５〜３５℃、１５〜５０時間保管することを特徴とするインク吸収層塗液の製造方法。