JP2005263971A - 水性カーボンブラック分散液、水性インクおよびこれを用いた記録方法、記録物、並びに水性カーボンブラック分散液の製造方法 - Google Patents
水性カーボンブラック分散液、水性インクおよびこれを用いた記録方法、記録物、並びに水性カーボンブラック分散液の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】高品質化に応えるための高濃度水性インクに好適に適用される高含有量水性カーボンブラック分散液、およびその製造方法を提供する。またその分散液を使用して調整された水性インク、ならびにそのインクを使用してなされることを特徴とする記録方法および記録物を提供する。
【解決手段】本発明の水性カーボンブラック分散液は、少なくともA)12〜30wt%の水溶性樹脂により分散されてなるカーボンブラックと、B)HLB値が7〜18の範囲であり、かつアセチレン骨格を有するノニオン系界面活性剤とを含有する水性カーボンブラック分散液であって、25℃における表面張力が30〜55mN/mの範囲であることを特徴とする。また本発明の水性インクは、前記分散液を使用して調整されるものであって、全インク量に対するカーボンブラックの配合量が4〜12wt%の範囲であることを特徴とする。
【選択図】 なし
【解決手段】本発明の水性カーボンブラック分散液は、少なくともA)12〜30wt%の水溶性樹脂により分散されてなるカーボンブラックと、B)HLB値が7〜18の範囲であり、かつアセチレン骨格を有するノニオン系界面活性剤とを含有する水性カーボンブラック分散液であって、25℃における表面張力が30〜55mN/mの範囲であることを特徴とする。また本発明の水性インクは、前記分散液を使用して調整されるものであって、全インク量に対するカーボンブラックの配合量が4〜12wt%の範囲であることを特徴とする。
【選択図】 なし
Description
本発明は、水溶性樹脂により分散されてなる高含有量水性カーボンブラック分散液およびその製造方法に関する。より詳細には、高濃度水性インクに対応可能であり、かつ長期放置しても物性が大きく変化することのない、すなわち経時安定性に優れる高含有量水性カーボンブラック分散液およびその製造方法に関する。またその水性カーボンブラック分散液を使用して調整された水性インク、ならびにそのインクを使用してなされることを特徴とする記録方法および記録物に関する。
カラー用カーボンブラックは、筆記具や転写記録、インクジェットインク、電子写真トナーなどに幅広く使用されているが、その各々の用途に対して、より好ましい特性を得るための改良が続けられている。例えばインクジェット記録用着色剤として用いられるカーボンブラックを例に取ると、耐水性、耐候性を染料インクに対して飛躍的に向上させる目的で種々開発、実用化がなされている。例えば、高分子分散剤とアニオン性界面活性剤を併用する方法(例えば特許文献1など)、高分子分散剤とノニオン性界面活性剤を併用する方法(例えば特許文献2など)、顔料を処理した後HLBが8以上の界面活性剤で分散する方法(例えば特許文献3など)、ポリビニルピロリドンやポリビニルアルコールを使用する方法(例えば特許文献4など)、ブロック共重合体を分散剤として使用する方法(例えば特許文献5、6など)、グラフト共重合体を分散剤として使用する方法(例えば特許文献7など)、親水性構造部と疎水性構造部を有する高分子分散剤に対し、ノニオン性基を持つモノマーを共重合した高分子分散剤を使用する方法(例えば特許文献8、9など)等が提示されている。
一方近年になり、より高画質でかつ高品質なインクが求められるようになっている。このひとつの方策としてより少ないインク使用量でより高いO.D.値を実現させるべく要求が高まってきており、この要求に伴い、インク中におけるカーボンブラック含有量は次第に大きくなる傾向にある。通常水性インクは、ハンドリング性等を考慮して、特定の顔料濃度を有する水性顔料分散液に、保湿剤、浸透促進剤、pH調整剤、粘度調整剤等の機能性材料を加えて混合することで製造される。上述のようなインク中のカーボンブラック含有量の増大に伴い、上記顔料分散液中のカーボンブラック含有量はさらに高いことが求められる。しかしながら、分散液中のカーボンブラック含有量が非常に高い場合、カーボンブラック粒子間の平均距離が急激に小さくなるため、分散が不安定になりやすく経時的に増粘・増粒・沈降等の問題が発生する場合があった。特にインクジェット用インクに適用されるカーボンブラックの場合、電子トナー等の場合に比べてカーボンブラック2次粒子径が小さく分散安定が難しいため、上述のような問題が特に顕著に発生する場合がある。
本発明は前記の課題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明の目的とするところは、高品質化に応えるための高濃度水性インクに好適に適用される高含有量カーボンブラック分散液、およびその製造方法を提供することにある。本発明のカーボンブラック分散液は高含有量分散液でありながらも優れた経時安定性を示すものである。
本発明者は鋭意検討の結果、水溶性樹脂により分散されてなり、かつ特定範囲の高いカーボンブラック含有量を有し、特定の界面活性剤を含有し、かつ表面張力を特定の範囲に調整することで、前記課題を解決するカーボンブラック分散液を製造し得るとの知見を得た。本発明はかかる知見に基づくものである。すなわち本発明の構成は以下の通りである。
(1)少なくともA)12〜30wt%の水溶性樹脂により分散されてなるカーボンブラックと、B)HLB値が7〜18の範囲であり、かつアセチレン骨格を有するノニオン系界面活性剤とを含有する水性カーボンブラック分散液であって、25℃における表面張力が30〜55mN/mの範囲であることを特徴とする。
(2)本発明の水性カーボンブラック分散液は、前記ノニオン系界面活性剤が、その分子中にエチレンオキサイドの繰り返し構造を有し、かつそのエチレンオキサイドの分子中の含有割合が35〜90wt%であることを特徴とする。
(3)本発明の水性カーボンブラック分散液は、前記水溶性樹脂により分散されてなるカーボンブラックとノニオン系界面活性剤の重量比率が、90:1〜3:2の範囲であることを特徴とする。
(4)本発明の水性カーボンブラック分散液は、グリセリン、アルキレングリコール、アルキレングリコールアルキルエーテルからなる郡より選ばれる1種または2種以上の水溶性有機溶剤をさらに含有することを特徴とする。
(5)本発明の水性インクは、上記(1)〜(4)に記載の水性カーボンブラック分散液を用いて製造される水性インクであって、全インク量に対するカーボンブラックの配合量が4〜12wt%の範囲であることを特徴とする。
(6)本発明の水性インクは、上記(5)に記載の水性インクであって、インクジェット記録用であることを特徴とする。
(7)本発明の記録方法は、インクを付着させて記録媒体に印字を行う記録方法であって、インクとして上記(5)または(6)のいずれかに記載の水性インキを用いることを特徴とする。
(8)本発明のインクジェット記録方法は、インクの液滴を吐出し、該液滴を記録媒体に付着させて印字を行うインクジェット記録方法であって、インクとして上記(6)に記載の水性インキを用いることを特徴とする。
(9)本発明の記録物は、上記(7)または(8)に記載の記録方法によって記録が行われたことを特徴とする。
(10)本発明の水性カーボンブラック分散液の製造方法は、水性カーボンブラック分散液を製造する方法であって、少なくともa)カーボンブラックと水溶性樹脂とを粉砕・混錬する工程、b)得られたスラリを濃縮または希釈して顔料濃度を12〜30wt%に調整する工程、c)HLB値が7〜18の範囲であり、かつアセチレン骨格を有するノニオン系界面活性剤を添加・混合する工程、とを別個に、または並行して行うことを特徴とする。
以下、本発明について、その好ましい実施形態に基づいて詳細に説明する。
本発明の水性カーボンブラック分散液は、少なくともA)12〜30wt%の水溶性樹脂により分散されてなるカーボンブラックと、B)HLB値が7〜18の範囲であり、かつアセチレン骨格を有するノニオン系界面活性剤とを含有する水性カーボンブラック分散液であって、25℃における表面張力が30〜55mN/mの範囲であることを特徴とする。
以下、各構成要素について詳細に説明する。
本発明における水溶性樹脂により分散されてなるカーボンブラックとは、着色剤として水性分散液中に含有されるものである。
その原料として使用されるカーボンブラックは、カラー用カーボンブラックとして一般に市販されているものを使用することができる。具体的には、pHによって分類すると酸性カーボンブラック、中性カーボンブラック、塩基性カーボンブラックであり、また製造法で分類すると、ファーネス式カーボンブラック、チャンネル式カーボンブラック、アセチレン式カーボンブラック、サーマル式カーボンブラックのいずれをも用いることが可能である。本発明におけるカーボンブラック分散液は、前記カーボンブラックの分類の中でも特に酸性カーボンブラックを処理して得られたものであることが好ましい。本発明において好適に使用される酸性カーボンブラックの例としては具体的には、#50、MA8、MA100(以上、三菱化学株式会社製)など、カラーブラックFW1、FW18、FW200、カラーブラックS170、スペシャルブラック250(以上、デグサ社製)など、ラーベン3500、ラーベン1080、ラーベンC(以上、コロンビアンカーボン社製)など、モナーク1300、リーガル400R(キャボット社製)などが挙げられる。なお、これら記載は本発明に好適なカーボンブラックの一例であり、これらによって本発明が限定されるものではない。
本発明において分散剤として使用される水溶性樹脂としては、疎水性基を持つモノマーと親水性基を持つモノマーとの共重合体、もしくは疎水性基と親水性基を分子構造中に併せ持ったモノマーからなる重合体が、より安定な分散性を与えるという点で好ましい。その具体例としては、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−α−メチルスチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−α−メチルスチレン−アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体などのスチレン−アクリル酸樹脂等が例示できる。これらの親水性基は無機アルカリ、アンモニア、ジエチルアミン、エチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ジプロピルアミン、ブチルアミン、イソブチルアミン、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、アミノメチルプロパノール、モルホリン等と塩を形成していることが、周囲の水分子との相溶性を上げ、安定な分散性を与えるという点で好ましい。本発明において使用される水溶性樹脂の分子量は使用される用途やその他の特性を基に適宜決定されるが、一般的には重量平均分子量として3,000〜30,000の範囲であることが好ましく、5,000〜15,000の範囲であることがより好ましい。
本発明の態様によれば、前記水溶性樹脂により分散されてなるカーボンブラックの水性分散液中に占める含有量は12〜30wt%であることが好ましい。より好ましい含有量は15〜25wt%の範囲である。近年になり、より高画質でかつ高品質なインクが求められるようになっているが、このひとつの方策としてより少ないインク使用量でより高いO.D.値を実現させるべく要求が高まってきており、この要求に伴い、インク中におけるカーボンブラック含有量は次第に大きくなる傾向にある。一方通常水性インクは、ハンドリング性等を考慮して、特定の顔料濃度を有する水性顔料分散液に、保湿剤、浸透促進剤、pH調整剤、粘度調整剤等の機能性材料を加えて混合することで製造される。上述のようなインク中のカーボンブラック含有量の増大に伴い、上記顔料分散液中のカーボンブラック含有量はさらに高いことが求められる。本発明において水性分散液中のカーボンブラック含有量が12wt%未満であるとき、上述のような高濃度インクに対応することが困難となる場合がある。一方で、水性分散液中のカーボンブラック含有量が高い場合、カーボンブラック粒子間平均距離の急激な減少により分散状態が不安定となり、増粘・増粒・沈降等の不具合が発生しやすくなる。本発明においては後述する特定構造を有する界面活性剤を併用し、かつ表面張力を特定の範囲内に調整することでこの課題の解決を図ったものであるが、カーボンブラック含有量が30wt%を超えるとき、その効果が発揮されにくく、場合によっては吐出ノズル目詰まり等の不具合を生じさせる懸念がある。したがって、本発明における好適な水溶性樹脂により分散されてなるカーボンブラック含有量は、水性分散液全体に対して12〜30wt%の範囲である。
本発明の態様によれば、本発明の水性カーボンブラック分散液は、HLB値が7〜18の範囲であり、かつアセチレン骨格を有するノニオン系界面活性剤を含有してなることが好ましい。また前記ノニオン系界面活性剤が、その分子中にエチレンオキサイドの繰り返し構造を有し、かつそのエチレンオキサイドの分子中の含有割合が35〜90wt%であることがより好ましい。このような界面活性剤の例として、例えば以下の式(1)〜式(4)の一般式で表される化合物が挙げられるが、これらの例示により本発明は何ら限定されるものではない。
これらの特定構造のノニオン系界面活性剤が、本発明の高含有量のカーボンブラック分散液中で分散安定に大きく寄与する要因は明らかではないが、以下のように推察される。すなわち、本発明の上記ノニオン系界面活性剤はその分子構造中に非常に疎水性の強いアセチレン骨格を有しているにも関わらず、HLBが7〜18であり化合物として比較的高い親水性を示す。すなわち非常に高い親水性ユニットと疎水性ユニットが分子構造中で比較的明確に分かれて存在していることがその大きな特徴の一つである。本発明で着色剤として含有されるカーボンブラックは、水溶性樹脂がその表面に吸着することで静電反発的および/または立体障害的な作用により水系で分散安定を保っていると考えられる。カーボンブラック含有量の高い、すなわちカーボンブラック粒子間の平均距離が短い系において、本発明の上記ノニオン系界面活性剤はその特徴的な分子構造により効率的にカーボンブラック表面および/または水溶性樹脂に吸着し、カーボンブラック、水溶性樹脂および周囲の水分子との間の相互作用を安定化に向けて補助する働きをするものと考えられる。また上記ノニオン系界面活性剤は一般の高分子分散剤等に比較して非常に分子量が小さいことが、そのもう一つの構造的特長である。このため分散液中での移動がしやすく、カーボンブラック表面等への効率的な吸着に寄与していると予想される。その結果として高いカーボンブラック含有量の分散系においても安定な分散状態を保ち、経時による増粘・増粒・沈降等の不具合を有効に解消し得る。本発明においては、要件を満たす界面活性剤を単独で使用することもでき、また2種類以上の化合物を併用してもよい。
本発明に適用されるノニオン系界面活性剤は市販品をそのまま使用することもできる。好適な例として、サーフィノール440、465、485(Air Products社製)、オルフィンE1004、E1010(日信化学社製)、等が挙げられる。
本発明の態様によれば、本発明の水性カーボンブラック分散液は25℃における表面張力が30〜55mN/mの範囲に調整されることが好ましい。表面張力がこの範囲内に調整されることにより、前記アセチレングリコール系界面活性剤の分散安定化効果がより効果的に発現される。表面張力の上記範囲内への調整は、本発明の上記アセチレングリコール系界面活性剤のみの添加で行われてもよく、また一般に水系において表面張力を調整する目的で使用される界面活性剤等をさらに適用しても良い。表面張力を調整する目的で使用される界面活性剤としては、一般的なアニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤およびノニオン性界面活性剤から選択できるが、発泡・起泡の少ない水性分散液を得るという観点からノニオン性界面活性剤が特に好ましい。ノニオン性界面活性剤のさらなる具体例として、アセチレンアルコール系界面活性剤、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンドデシルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルなどのエーテル系、ポリオキシエチレンオレイン酸、ポリオキシエチレンオレイン酸エステル、ポリオキシエチレンジステアリン酸エステル、ソルビタンラウレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、ソルビタンセスキオレート、ポリオキシエチレンモノオレエート、ポリオキシエチレンステアレート等のエステル系、ジメチルポリシロキサン等のシリコン系界面活性剤、その他フッ素アルキルエステル、パーフルオロアルキルカルボン酸塩等の含フッ素系界面活性剤等が挙げられる。
本発明の態様によれば、本発明の水性カーボンブラック分散液中の前記水溶性樹脂により分散されてなるカーボンブラックと前記ノニオン系界面活性剤の重量比率が、90:1〜3:2の範囲であることが好ましい。前記ノニオン系界面活性剤の比率がカーボンブラックに対して90:1よりも小さいとき、上述した分散安定化の効果が発現しにくくなる場合がある。また3:2よりも大きいときは、それ以上添加しても期待される効果が頭打ちになる場合が多く、また本発明の水性分散液を使用して製造される水性インクの組成を制限する可能性がある。
本発明の水性カーボンブラック分散液はさらに、グリセリン、アルキレングリコールおよびアルキレングリコールアルキルエーテルからなる郡より選ばれる1種または2種以上の水溶性有機溶剤をさらに含有することが好ましい。これらの水溶性有機溶剤をさらに含有することにより、上記水溶性樹脂により分散されてなるカーボンブラックの分散を安定化する効果をより一層高めることができる。これは、これらの水溶性有機溶剤が、上述した前記ノニオン系界面活性剤が水系を移動して顔料表面に吸着する作用をより効率的に起させるためであると推察される。また一方で、一般に粒子を水に分散させている系が氷点下環境に放置された場合、凍結および/または融解の過程において分散が極端に不安定となり、解凍後に増粘・増粒等の不具合が生じることが多い。しかしながら本発明においては、上記水溶性有機溶剤をさらに含有することで、本発明の水性分散液が氷点下環境に放置された場合にも、凍結しにくくなり、また万が一凍結した場合でも分散が不安定になることを抑制する効果が期待できる。
本発明に好適に使用できる上記水溶性有機溶剤は具体的に、グリセリン類として、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリエチロールプロパンなどの固体グリセリン、アルキレングリコール類として、エチレングリコール、プロピレングリコール、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、ジプロピレングリコールなどが、またアルキレングリコールアルキルエーテル類として、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテルなどが例示できる。
本発明に適用される上記水溶性有機溶剤の添加量に特に制限はなく、期待される分散安定効果、分散液を使用して製造される水性インクの組成による制約等を考慮して適宜決定されうる。
本発明においては、好ましい水性カーボンブラックの製造方法も開示される。すなわち、本発明の水性カーボンブラック分散液の製造方法は、少なくともa)カーボンブラックと水溶性樹脂とを粉砕・混錬する工程、b)得られたスラリを濃縮または希釈して顔料濃度を12〜30wt%に調整する工程、c)HLB値が7〜18の範囲であり、かつアセチレン骨格を有するノニオン系界面活性剤を添加・混合する工程、とを別個に、または並行して行うことを特徴とする。
a)カーボンブラックと水溶性樹脂とを粉砕・混錬する工程においては、アニオン性基を含有する樹脂を有機アミンやアルカリ金属塩化合物等のアルカリ性化合物を含有するアルカリ水に溶解、あるいは分散させ、この液とカーボンブラックとを混合して、ボールミル、サンドミル、アトライター、ロールミル、アジテーターミル、ヘンシェルミキサー、コロイドミル、超音波ホモジナイザー、ジェットミル、オングミル等の分散機を用いて分散する工程が含まれる。もしくはより好適に、着色成分と水溶性樹脂をより強固に接着して分散安定するために、特開平9−151342号、特開平10−140065号、特開平11−209672号、特開平11−172180号、特開平10−25440号、特開平11−43636号、または、特開2001−247810号の各公報に開示されている方法によって製造することもできる。これら公開公報に開示されている製造方法について、以下に概説する。特開2001−247810号、特開平9−151342号及び特開平10−140065号各公報には、「転相法」と「酸析法」とが開示されている。
「転相法」
本発明において、「転相法」とは、基本的には、自己分散能または溶解能を有する樹脂と顔料との混合溶融物を水に分散させる、自己分散(転相乳化)化方法をいう。ここで、混合溶融物とは、溶解せず混合した状態、また溶解して混合した状態、またはこれら両者のいずれの状態をも含むものをいう。
本発明において、「転相法」とは、基本的には、自己分散能または溶解能を有する樹脂と顔料との混合溶融物を水に分散させる、自己分散(転相乳化)化方法をいう。ここで、混合溶融物とは、溶解せず混合した状態、また溶解して混合した状態、またはこれら両者のいずれの状態をも含むものをいう。
一つの具体例として、
(1)分散樹脂前駆体(前記したアニオン性基を含有する樹脂等)/溶剤溶液に、顔料、中和剤、少量の水を加えて、溶剤ベースのスラリを作製する工程、
(2)スラリを多量の水に加えながら分散し、水ベースのスラリを作製する工程、
(3)水ベースのスラリから、樹脂を溶解するのに用いた溶剤を除去して、水分散樹脂で顔料を包含した顔料含有樹脂粒子分散体を作製する工程を含んでなるものである。
(1)分散樹脂前駆体(前記したアニオン性基を含有する樹脂等)/溶剤溶液に、顔料、中和剤、少量の水を加えて、溶剤ベースのスラリを作製する工程、
(2)スラリを多量の水に加えながら分散し、水ベースのスラリを作製する工程、
(3)水ベースのスラリから、樹脂を溶解するのに用いた溶剤を除去して、水分散樹脂で顔料を包含した顔料含有樹脂粒子分散体を作製する工程を含んでなるものである。
「酸析法」
本発明において、「酸析法」とは、樹脂と顔料とからなる含水ケーキを用意し、その含水ケーキ中の、樹脂が含有してなる未中和基の一部を中和剤で中和することによって、着色剤を製造する方法をいう。
本発明において、「酸析法」とは、樹脂と顔料とからなる含水ケーキを用意し、その含水ケーキ中の、樹脂が含有してなる未中和基の一部を中和剤で中和することによって、着色剤を製造する方法をいう。
未中和基がアニオン性の酸基であり、中和剤が塩基性化合物である場合には、具体的には、例えば、
(1)樹脂と顔料とをアルカリ性水性媒体中に分散し、また、必要に応じて加熱処理を行って樹脂のゲル化を図る工程、(2)pHを中性または酸性にすることによって樹脂を疎水化して、樹脂を顔料に強く固着する工程と、(3)必要に応じて、濾過及び水洗を行って、含水ケーキを得る工程と、(4)含水ケーキを中の、樹脂が含有してなるアニオン性基の一部または全部を塩基性化合物にて中和し、その後、水性媒体中に再分散する工程と、(5)必要に応じて加熱処理を行ない樹脂のゲル化を図る工程とを含んでなるものである。
(1)樹脂と顔料とをアルカリ性水性媒体中に分散し、また、必要に応じて加熱処理を行って樹脂のゲル化を図る工程、(2)pHを中性または酸性にすることによって樹脂を疎水化して、樹脂を顔料に強く固着する工程と、(3)必要に応じて、濾過及び水洗を行って、含水ケーキを得る工程と、(4)含水ケーキを中の、樹脂が含有してなるアニオン性基の一部または全部を塩基性化合物にて中和し、その後、水性媒体中に再分散する工程と、(5)必要に応じて加熱処理を行ない樹脂のゲル化を図る工程とを含んでなるものである。
上記の、「転相法」及び「酸析法」のより具体的な製造方法は、特開平9−151342号公報、及び特開平10−140065号公報に開示されているものと同様であってよい。
さらに、特開平11−209672号公報及び特開平11−172180号公報には、着色成分の製造方法が開示されている。この製法の概要は、基本的には次の製造工程からなる。
(1)アニオン性基を有する樹脂またはそれを有機溶剤に溶解した溶液と塩基性化合物とを混合して中和することと、(2)この混合液に顔料を混合して懸濁液とした後に、分散機等で顔料を分散して顔料分散液を得ることと、(3)必要に応じて、溶剤を蒸留して除くことと、(4)酸性化合物を加えてアニオン性基を有する樹脂を析出させることによって、顔料をアニオン性基を有する樹脂で被覆することと、(5)必要に応じて、濾過及び水洗を行うことと、(6)塩基性化合物を加えてアニオン性基を有する樹脂のアニオン性基を中和して水性媒体中に分散させて水性分散体を得ること、とを含んでなるものである。
b)得られたスラリを濃縮または希釈して顔料濃度を12〜30wt%に調整する工程では、得られた水分散体を濃縮または希釈して最終的なカーボンブラック分散液中のカーボンブラック濃度が所望の12〜30wt%の範囲になるように調整する。カーボンブラック含有量を12〜30wt%に調整することで、必要とされる高濃度水性インクに対応可能な高含有量水性カーボンブラック分散液として適用可能となる。なお、上記工程a)で記載した中和工程を本工程b)において行うことも可能である。
c)HLB値が7〜18の範囲であり、かつアセチレン骨格を有するノニオン系界面活性剤を添加・混合する工程では、上述した特定の界面活性剤を、製造した水性分散液に添加し十分に混合する。これにより高いカーボンブラック含有量の水性分散液でも経時による増粘・増粒・沈降などの不具合を抑制することができる。上記特定のノニオン系界面活性剤は1種類を単独で使用してもよく、また2種類以上を併用することも可能である。ここで使用する混合機としてはディゾルバなどの混合機のほかに、上述したジェットミル、ボールミル、アトライター、フーロジェットミキサー、インペラーミル、コロイダルミル、サンドミル等の分散機、粉砕機も好適に使用できる。混合時間、温度等の条件はカーボンブラックの種類と使用する界面活性剤との組み合わせや製造スケール等により適宜決定される。
以上詳細に説明した工程a)、b)およびc)は、別個順次に行われてもよく、または並行同時に行われても良い。いずれの場合でも本発明の好ましいカーボンブラック分散液を好適に製造できる。
本発明においては、好ましい水性インクについても開示される。すなわち本発明の水性インクは、以上詳細に説明してきた水溶性樹脂によって分散されてなるカーボンブラック分散液を用いて製造される水性インクであって、全インク量に対するカーボンブラックの配合量が4〜12wt%の範囲であることを特徴とする。本発明の高カーボンブラック含有量水性分散液を使用することで、容易にカーボンブラックの配合量が4〜12wt%の高濃度水性インクを設計、調整することができる。ここでインク中のカーボンブラック配合量が4wt%未満であるとき、プリントしたときのO.D.値が低く、所望の品質に満たない場合がある。また12wt%よりも大きいとき、それ以上カーボンブラックを増やしてもO.D.値は頭打ちになり上がらない場合があることに加え、急激なインクの初期粘度上昇によるプリント時吐出不安定等の不具合が発生する場合がある。本発明の水性インクは、上述した本発明の水溶性樹脂によって分散されてなるカーボンブラック分散液に、必要に応じて保湿剤、浸透促進剤、定着剤、pH調整剤、粘度調整剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、防腐剤等を適宜添加・混合することで製造される。
保湿剤は一般に耐目詰まり性や間欠印刷時の吐出不良を抑止することを目的に添加される材料であり、一般に水溶性かつ吸湿性の高い材料から選ばれる。保湿剤の例としては、前述したグリセリン、トリメチロールプロパン、トリエチロールプロパンなどの固体グリセリン等のグリセリン類や、エチレングリコール、プロピレングリコール、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、ジプロピレングリコールなどのアルキレングリコール類がこの目的に対しても有効に機能することが知られている他、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,2,6−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール等のポリオール類、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、ε−カプロラクタム等のラクラム類、尿素、チオ尿素、エチレン尿素、1,3−ジメチルイミダゾリジノン類等の尿素類、マルチトール、ソルビトール、グルコノラクトン、マルトース等の糖類、等が例示できる。これらの保湿剤の使用量は特に限定されないが、一般には0.5〜50重量%の範囲である。
浸透促進剤は、記録媒体への濡れ性を向上することで浸透性を早めることを目的に添加される材料であり、一般に水溶液の表面張力が小さくなる水溶性有機溶剤や界面活性剤等から選ばれる。浸透促進剤の添加により高速印刷に対応することが可能になる他、普通紙や再生紙等の様々な紙種に対して同様に優れた印刷品質を与えるインクを提供できる。浸透促進剤の例としては、前述したジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル等のアルキレングリコールアルキルエーテル類がこの目的に対しても有効に機能することが知られている他、エタノール、プロパノール等の低級アルコール、1,2−ヘキサンジオ−ル、1,2−オクタンジオール等の1,2−アルキルジオール類等が例示できる。また、界面活性剤としては、本発明の要件であるアセチレン骨格を有するノニオン系界面活性剤がこの目的に対しても有効に機能することが知られている他、脂肪酸塩類、アルキル硫酸エステル塩類等のアニオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンフェニルエーテル等のノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両イオン性界面活性剤等を用いることもできる。これらの浸透促進剤は、水溶性有機溶剤または界面活性剤単独、あるいは併用して、20℃におけるインキの表面張力が45mN/m以下、好ましくは40mN/m以下に調整して添加することが望ましい。
定着剤は本発明のインクを用いて印刷を行った際の印刷物の耐水性、耐摩擦性、耐溶剤性等を高めることを目的に添加される材料であり、一般に水溶性の樹脂類や水性エマルジョン、水性ポリマー微粒子等から選ばれる。本発明のカーボンブラックは、その分散性付与の目的で水溶性樹脂を使用しているが、これらの水溶性樹脂はその目的のためにカーボンブラックとのマッチング性を考慮して選択される。一方ここで定着性を付与するための水溶性樹脂は、前述の分散性付与樹脂と同種のものをそのまま使用することもでき、またカーボンブラックとのマッチング性を特に考慮することなく選択することも可能である。本発明に好適に適用される水溶性の樹脂類としては、水溶性ロジン類、アルギン酸類、ポリビニルアルコール、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、スチレン−アクリル酸樹脂、スチレン−アクリル酸−アクリル酸エステル樹脂、スチレン−マレイン酸樹脂、スチレン−マレイン酸半エステル樹脂、アクリル酸−アクリル酸エステル樹脂、イソブチレン−マレイン酸樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、ポリビニルピロリドン、アラビアゴムスターチ、ポリアリルアミン、ポリビニルアミン、ポリエチレンイミン等が例示できる。水性エマルジョンや水性ポリマー微粒子としては、スチレン−アクリル酸エマルジョン、アクリル酸エマルジョン等が例示できる。これらの定着剤の使用量は特に限定されないが、一般には0.5〜50重量%の範囲である。
pH調整剤はインクのpHを所望の範囲内に設定する目的で添加される材料であり、従来から水性インクに用いられているものを特に制限なく利用することができる。具体的には、水酸化リチウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等のアルカリ金属の水酸化物、アンモニア、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、ジエタノールアミン等のアミン類等が例示できる。これらは前述した顔料の中和工程で使用される材料と同種のものを使用してもよく、また異種の材料を組み合わせて使用することも可能である。また、この目的に対して、上述の材料の他にも、一般にpH緩衝剤として知られているコリジン、イミダゾール、燐酸、3−(N−モルホリノ)プロパンスルホン酸、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン、ほう酸等も好適に使用可能である。これらの材料を使用して調整されるインクのpHは、他部材とのマッチングや印刷品質等を考慮して適宜決定される。
酸化防止剤・紫外線吸収剤としては、アロハネート、メチルアロハネートなどのアロハネート類、ビウレット、ジメチルビウレット、テトラメチルビウレットなどのビウレット類など、L−アスコルビン酸およびその塩等、チバガイギー社製のTinuvin328、900、1130、384、292、123、144、622、770、292、Irgacor252、153、Irganox1010、1076、1035、MD1024など、あるいはランタニドの酸化物等が用いられる。
防腐剤・防かび剤としては、例えば安息香酸ナトリウム、ペンタクロロフェノールナトリウム、2−ピリジンチオール−1−オキサイドナトリウム、ソルビン酸ナトリウム、デヒドロ酢酸ナトリウム、1,2−ジベンジソチアゾリン−3−オン(アビシア社のプロキセルCRL、プロキセルBDN、プロキセルGXL、プロキセルXL−2、プロキセルTN)などの中から選ぶことができる。
本発明の水性インキは、筆記具用、スタンプ用等のような各種のインキとしても用いられる。特に、水性ボールペン等の筆記用インキ組成物として使用した場合に記録・筆記特性が良好で筆跡ムラのない筆記ができ、また、速記した場合に文字がかすれることはない。また本発明の水性インキは、インキの液滴を吐出し、前記液滴を記録媒体に付着させて記録を行うインクジェット記録用インキとして、更に好適に使用することができる。
本発明のインクジェット記録方法は、インキを微細なノズルより液滴として吐出して、その液滴を記録媒体に付着させるいかなる方式も使用することができる。
その幾つかを説明する。先ず静電吸引方式がある。この方式はノズルとノズルの前方に置いた加速電極の間に強電界を印可し、ノズルからインキを液滴状で連続的に噴射させ、インキ滴が偏向電極間を飛翔する間に印刷情報信号を偏向電極に与えて記録する方式、あるいはインキ滴を偏向することなく印刷情報信号に対応して噴射させる方式がある。
第二の方法としては、小型ポンプでインキ液に圧力を加え、ノズルを水晶振動子等で機械的に振動させることにより、強制的にインキ滴を噴射させる方式である。噴射したインキ滴は噴射と同時に帯電させ、インキ滴が偏向電極間を飛翔する間に印刷情報信号を偏向電極に与えて記録する。
第三の方法は圧電素子を用いる方式であり、インキに圧電素子で圧力と印刷情報信号を同時に加え、インキ滴を噴射・記録させる方式である。
第四の方式は熱エネルギーの作用によりインキを急激に体積膨張させる方式であり、インキを印刷情報信号に従って微小電極で加熱発泡させ、インキ滴を噴射・記録させる方式である。
以上のいずれの方式も本発明の水性インキを用いたインクジェット記録方法に使用することができる。
本発明の記録物は、少なくとも上記水性インキを用いて記録が行われて得られたものである。この記録物は、本発明の水性インキを用いることにより高い印字濃度を示す。
<実施例>
以下、本発明の水性カーボンブラック分散液および水性インクについて実施例を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
以下、本発明の水性カーボンブラック分散液および水性インクについて実施例を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(水性カーボンブラック分散液の製造)
(カーボンブラック分散液1;本発明の適用範囲内のカーボンブラック分散液)
市販の酸性カーボンブラックであるFW−18(Degusa社製)100g、分散性付与水溶性樹脂としてジョンクリル63(ジョンソンポリマー社製) 300g、水酸化カリウム 9g、イオン交換水800gを混合して、ジルコニアビーズによるボールミルにて10時間分散を行った。得られた分散原液を金属メッシュフィルター(400メッシュ)および限外濾過膜による精製を経てから、顔料濃度が20wt%になるまで濃縮した。この濃縮液100部に対してそれぞれ1.67部および9.44部のサーフィノール465(Air Products社製)およびイオン交換水を添加・攪拌して、顔料濃度18wt%、サーフィノール465濃度1.5wt%の最終分散液を得た。これをカーボンブラック分散液1とする。分散液1の表面張力を25℃環境において測定したところ39mN/mであった。なお、ここで使用したサーフィノール465は、分子中にエチレンオキサイドの繰り返し構造を65wt%の割合で含有し、HLB値が13であるアセチレン骨格のノニオン系界面活性剤である。
市販の酸性カーボンブラックであるFW−18(Degusa社製)100g、分散性付与水溶性樹脂としてジョンクリル63(ジョンソンポリマー社製) 300g、水酸化カリウム 9g、イオン交換水800gを混合して、ジルコニアビーズによるボールミルにて10時間分散を行った。得られた分散原液を金属メッシュフィルター(400メッシュ)および限外濾過膜による精製を経てから、顔料濃度が20wt%になるまで濃縮した。この濃縮液100部に対してそれぞれ1.67部および9.44部のサーフィノール465(Air Products社製)およびイオン交換水を添加・攪拌して、顔料濃度18wt%、サーフィノール465濃度1.5wt%の最終分散液を得た。これをカーボンブラック分散液1とする。分散液1の表面張力を25℃環境において測定したところ39mN/mであった。なお、ここで使用したサーフィノール465は、分子中にエチレンオキサイドの繰り返し構造を65wt%の割合で含有し、HLB値が13であるアセチレン骨格のノニオン系界面活性剤である。
(カーボンブラック分散液2;本発明の適用範囲内のカーボンブラック分散液)
反応液の濃縮工程まではカーボンブラック分散液1と同様の製法にて、顔料濃度が20wt%の濃縮液を得た。この濃縮液100部に対してそれぞれ5.56部、1.67部、3.33部、0.55部のグリセリン、サーフィノール465、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、およびイオン交換水を添加・攪拌して、顔料濃度18wt%、グリセリン濃度5wt%、サーフィノール465濃度1.5wt%、トリエチレングリコールモノブチルエーテル濃度3wt%の最終分散液を得た。これをカーボンブラック分散液2とする。分散液2の表面張力を25℃環境において測定したところ33mN/mであった。
反応液の濃縮工程まではカーボンブラック分散液1と同様の製法にて、顔料濃度が20wt%の濃縮液を得た。この濃縮液100部に対してそれぞれ5.56部、1.67部、3.33部、0.55部のグリセリン、サーフィノール465、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、およびイオン交換水を添加・攪拌して、顔料濃度18wt%、グリセリン濃度5wt%、サーフィノール465濃度1.5wt%、トリエチレングリコールモノブチルエーテル濃度3wt%の最終分散液を得た。これをカーボンブラック分散液2とする。分散液2の表面張力を25℃環境において測定したところ33mN/mであった。
(カーボンブラック分散液3;本発明の適用範囲内のカーボンブラック分散液)
n−ブチルメタクリレート 200g、n−ブチルアクリレート 25g、スチレン 100g、2−ヒドロキシエチルメタクリレート 75g、メタクリル酸 100gの各成分を混合し、さらに重合開始剤としてtert−ブチルパーオキシオクトエートを4g添加して、樹脂合成混合液を得た。
n−ブチルメタクリレート 200g、n−ブチルアクリレート 25g、スチレン 100g、2−ヒドロキシエチルメタクリレート 75g、メタクリル酸 100gの各成分を混合し、さらに重合開始剤としてtert−ブチルパーオキシオクトエートを4g添加して、樹脂合成混合液を得た。
次に、窒素雰囲気下で撹拌しながら75℃まで昇温させたメチルエチルケトン500gに、75℃、攪拌状態のまま上記樹脂合成混合液を3時間にわたって滴下した。さらに75℃、攪拌状態で8時間反応を続けた。その後、反応合成物を25℃まで自然冷却した後、固形分が50%になるようにメチルエチルケトンを加えて希釈した。酸価(KOH)130、平均分子量15000の樹脂溶液Aを得た。
市販の酸性カーボンブラックであるカラーブラックS170(Degusa社製) 100gを水1kgに混合して、ジルコニアビーズによるボールミルにて粉砕した。この粉砕原液に上述の樹脂溶液A 100g、5%水酸化カリウム水溶液 40gを混合し、引き続き8時間分散を行った。得られた分散原液を金属メッシュフィルター(400メッシュ)および限外濾過膜による精製を経てから、顔料濃度が20wt%になるまで濃縮した。この濃縮液100部に対してそれぞれ5.56部、1.11部、4.44部のトリエチレングリコール、サーフィノール485およびイオン交換水を添加・攪拌して、顔料濃度18wt%、トリエチレングリコール濃度5wt%、サーフィノール485濃度1.0wt%の最終分散液を得た。これをカーボンブラック分散液3とする。分散液3の表面張力を25℃環境において測定したところ42mN/mであった。なお、ここで使用したサーフィノール485は、分子中にエチレンオキサイドの繰り返し構造を85wt%の割合で含有し、HLB値が17であるアセチレン骨格のノニオン系界面活性剤である。
(カーボンブラック分散液4;本発明の適用範囲内のカーボンブラック分散液)
n−ブチルメタクリレート 200g、n−ブチルアクリレート 25g、スチレン 100g、2−ヒドロキシエチルメタクリレート 75g、メタクリル酸 100gの各成分を混合し、さらに重合開始剤としてtert−ブチルパーオキシオクトエートを4g添加して、樹脂合成混合液を得た。
n−ブチルメタクリレート 200g、n−ブチルアクリレート 25g、スチレン 100g、2−ヒドロキシエチルメタクリレート 75g、メタクリル酸 100gの各成分を混合し、さらに重合開始剤としてtert−ブチルパーオキシオクトエートを4g添加して、樹脂合成混合液を得た。
次に、窒素雰囲気下で撹拌しながら75℃まで昇温させたメチルエチルケトン500gに、75℃、攪拌状態のまま上記樹脂合成混合液を3時間にわたって滴下した。さらに75℃、攪拌状態で8時間反応を続けた。その後、反応合成物を25℃まで自然冷却した後、固形分が50%になるようにメチルエチルケトンを加えて希釈した。酸価(KOH)150、平均分子量15,000の樹脂溶液Bを得た。
市販の酸性カーボンブラックであるスペシャルブラック4(Degusa社製) 10gを水1kgに混合して、ジルコニアビーズによるボールミルにて粉砕した。この粉砕原液に上述の樹脂溶液B 100g、10重量%水酸化カリウム水溶液 50gを混合し、10時間分散を行った。得られた分散原液を金属メッシュフィルター(400メッシュ)および限外濾過膜による精製を経てから、顔料濃度が20wt%になるまで濃縮した。この分散体100部に対してそれぞれ1.67部、3.33部、6.11部のオルフィンE1010(日信化学株式会社製)、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、およびイオン交換水を添加・攪拌して、顔料濃度18wt%、オルフィンE1010濃度1.5wt%、トリエチレングリコールモノブチルエーテル濃度3wt%の最終分散液を得た。これをカーボンブラック分散液4とする。分散液4の表面張力を25℃環境において測定したところ34mN/mであった。なお、ここで使用したオルフィンE1010は、分子中にエチレンオキサイドの繰り返し構造を65wt%の割合で含有し、HLB値が13であるアセチレン骨格のノニオン系界面活性剤である。
(カーボンブラック分散液5;本発明の適用範囲内のカーボンブラック分散液)
反応液の濃縮工程まではカーボンブラック分散液1と同様の製法にて、顔料濃度が15wt%の濃縮液を得た。この濃縮液100部に対してそれぞれ6.25部、1.88部、3.75部、13.12部のグリセリン、サーフィノール465、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、およびイオン交換水を添加・攪拌して、顔料濃度12wt%、グリセリン濃度5wt%、サーフィノール465濃度1.5wt%、トリエチレングリコールモノブチルエーテル濃度3wt%の最終分散液を得た。これをカーボンブラック分散液5とする。分散液5の表面張力を25℃環境において測定したところ33mN/mであった。
反応液の濃縮工程まではカーボンブラック分散液1と同様の製法にて、顔料濃度が15wt%の濃縮液を得た。この濃縮液100部に対してそれぞれ6.25部、1.88部、3.75部、13.12部のグリセリン、サーフィノール465、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、およびイオン交換水を添加・攪拌して、顔料濃度12wt%、グリセリン濃度5wt%、サーフィノール465濃度1.5wt%、トリエチレングリコールモノブチルエーテル濃度3wt%の最終分散液を得た。これをカーボンブラック分散液5とする。分散液5の表面張力を25℃環境において測定したところ33mN/mであった。
〔比較例1〕
(カーボンブラック分散液6;本発明の適用範囲外のカーボンブラック分散液)
反応液の濃縮工程まではカーボンブラック分散液1と同様の製法にて、顔料濃度が20wt%の濃縮液を得た。この濃縮液100部に対して11.11部のイオン交換水を添加・攪拌して、顔料濃度18wt%の最終分散液を得た。これをカーボンブラック分散液6とする。分散液6の表面張力を25℃環境において測定したところ56mN/mであった。
(カーボンブラック分散液6;本発明の適用範囲外のカーボンブラック分散液)
反応液の濃縮工程まではカーボンブラック分散液1と同様の製法にて、顔料濃度が20wt%の濃縮液を得た。この濃縮液100部に対して11.11部のイオン交換水を添加・攪拌して、顔料濃度18wt%の最終分散液を得た。これをカーボンブラック分散液6とする。分散液6の表面張力を25℃環境において測定したところ56mN/mであった。
〔比較例2〕
(カーボンブラック分散液7;本発明の適用範囲外のカーボンブラック分散液)
反応液の濃縮工程まではカーボンブラック分散液1と同様の製法にて、顔料濃度が10wt%の濃縮液を得た。この濃縮液100部に対してそれぞれ6.25部、1.88部、3.75部、13.12部のグリセリン、サーフィノール465、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、およびイオン交換水を添加・攪拌して、顔料濃度8wt%、グリセリン濃度5wt%、サーフィノール465濃度1.5wt%、トリエチレングリコールモノブチルエーテル濃度3wt%の最終分散液を得た。これをカーボンブラック分散液7とする。分散液7の表面張力を25℃環境において測定したところ33mN/mであった。
(カーボンブラック分散液7;本発明の適用範囲外のカーボンブラック分散液)
反応液の濃縮工程まではカーボンブラック分散液1と同様の製法にて、顔料濃度が10wt%の濃縮液を得た。この濃縮液100部に対してそれぞれ6.25部、1.88部、3.75部、13.12部のグリセリン、サーフィノール465、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、およびイオン交換水を添加・攪拌して、顔料濃度8wt%、グリセリン濃度5wt%、サーフィノール465濃度1.5wt%、トリエチレングリコールモノブチルエーテル濃度3wt%の最終分散液を得た。これをカーボンブラック分散液7とする。分散液7の表面張力を25℃環境において測定したところ33mN/mであった。
〔比較例3〕
(カーボンブラック分散液8;本発明の適用範囲外のカーボンブラック分散液)
反応液の濃縮工程まではカーボンブラック分散液1と同様の製法にて、顔料濃度が20wt%の濃縮液を得た。この濃縮液100部に対してそれぞれ4.44部、0.56部、5.56部、0.55部のジエチレングリコール、サーフィノール420、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、およびイオン交換水を添加・攪拌して、顔料濃度18wt%、ジエチレングリコール濃度4wt%、サーフィノール420濃度0.5wt%、ジエチレングリコールモノブチルエーテル濃度5wt%の最終分散液を得た。これをカーボンブラック分散液8とする。分散液8の表面張力を25℃環境において測定したところ29mN/mであった。なお、ここで使用したサーフィノール420は、分子中にエチレンオキサイドの繰り返し構造を20wt%の割合で含有し、HLB値が4であるアセチレン骨格のノニオン系界面活性剤である。
(カーボンブラック分散液8;本発明の適用範囲外のカーボンブラック分散液)
反応液の濃縮工程まではカーボンブラック分散液1と同様の製法にて、顔料濃度が20wt%の濃縮液を得た。この濃縮液100部に対してそれぞれ4.44部、0.56部、5.56部、0.55部のジエチレングリコール、サーフィノール420、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、およびイオン交換水を添加・攪拌して、顔料濃度18wt%、ジエチレングリコール濃度4wt%、サーフィノール420濃度0.5wt%、ジエチレングリコールモノブチルエーテル濃度5wt%の最終分散液を得た。これをカーボンブラック分散液8とする。分散液8の表面張力を25℃環境において測定したところ29mN/mであった。なお、ここで使用したサーフィノール420は、分子中にエチレンオキサイドの繰り返し構造を20wt%の割合で含有し、HLB値が4であるアセチレン骨格のノニオン系界面活性剤である。
(分散液の保存安定性評価)
上記実施例1〜5および比較例1〜3で調整したカーボンブラック分散液1〜8各60gをそれぞれ100gプラスティックボトルに入れた後、密栓してから50℃環境下で1ヶ月放置した。放置前後のカーボンブラック分散液の粘度および平均粒子径を測定し、その変化率から以下の基準に基づいて保存安定性を判定した。
上記実施例1〜5および比較例1〜3で調整したカーボンブラック分散液1〜8各60gをそれぞれ100gプラスティックボトルに入れた後、密栓してから50℃環境下で1ヶ月放置した。放置前後のカーボンブラック分散液の粘度および平均粒子径を測定し、その変化率から以下の基準に基づいて保存安定性を判定した。
判定A; 放置による粘度、平均粒子径の変化率がともに±5%以内である場合
判定B; 放置による粘度、平均粒子径の変化率がともに±10%以内である場合
判定C; 放置による粘度、平均粒子径の変化率のいずれか一つでも±10%を超える場合
評価結果を表1に示す。
判定B; 放置による粘度、平均粒子径の変化率がともに±10%以内である場合
判定C; 放置による粘度、平均粒子径の変化率のいずれか一つでも±10%を超える場合
評価結果を表1に示す。
表1から明らかなように、本発明の適用範囲内であるカーボンブラック分散液1〜5は判定AまたはBを与え、優れた保存安定性を示す。中でもグリセリン、アルキレングリコール、アルキレングリコールアルキルエーテルからなる郡より選ばれる1種または2種以上の水溶性有機溶剤をさらに含んでなるカーボンブラック分散液2〜5は判定Aを与え、さらに優れた保存安定性を示す。一方、本発明の要件であるHLB値が7〜18の範囲であり、かつアセチレン骨格を有するノニオン系界面活性剤を含まないカーボンブラック分散液6(比較例1)、およびアセチレン骨格を有するノニオン系界面活性剤は含んでなるものの、そのHLB値および分散液の表面張力がともに本発明の適用範囲外であるカーボンブラック分散液8(比較例3)は判定Cを与え、保存安定性に劣る結果となった。
(水性インクの調整)
(水性インク1;本発明の適用範囲内の水性インク)
実施例1で調整したカーボンブラック分散液1 50部、グリセリン12部、トリエタノールアミン1部、トリエチレングリコールモノブチルエーテル10部、およびイオン交換水27部を混合・攪拌した後、ポリテトラフルオロエチレン製で孔径5μmのメンブランフィルター(ミリポア社製)により濾過して、カーボンブラック濃度9wt%の水性インクを得た。これを水性インク1とする。
実施例1で調整したカーボンブラック分散液1 50部、グリセリン12部、トリエタノールアミン1部、トリエチレングリコールモノブチルエーテル10部、およびイオン交換水27部を混合・攪拌した後、ポリテトラフルオロエチレン製で孔径5μmのメンブランフィルター(ミリポア社製)により濾過して、カーボンブラック濃度9wt%の水性インクを得た。これを水性インク1とする。
(水性インク2;本発明の適用範囲内の水性インク)
実施例2で調整したカーボンブラック分散液2 50部、グリセリン9.5部、トリエタノールアミン1部、ジエチレングリコールモノブチルエーテル8.5部、およびイオン交換水31部を混合・攪拌した後、ポリテトラフルオロエチレン製で孔径5μmのメンブランフィルター(ミリポア社製)により濾過して、カーボンブラック濃度9wt%の水性インクを得た。これを水性インク2とする。
実施例2で調整したカーボンブラック分散液2 50部、グリセリン9.5部、トリエタノールアミン1部、ジエチレングリコールモノブチルエーテル8.5部、およびイオン交換水31部を混合・攪拌した後、ポリテトラフルオロエチレン製で孔径5μmのメンブランフィルター(ミリポア社製)により濾過して、カーボンブラック濃度9wt%の水性インクを得た。これを水性インク2とする。
(水性インク3;本発明の適用範囲内の水性インク)
実施例3で調整したカーボンブラック分散液3 50部、グリセリン10部、トリイソプロパノールアミン1部、トリエチレングリコールモノブチルエーテル10部、およびイオン交換水29部を混合・攪拌した後、ポリテトラフルオロエチレン製で孔径5μmのメンブランフィルター(ミリポア社製)により濾過して、カーボンブラック濃度9wt%の水性インクを得た。これを水性インク3とする。
実施例3で調整したカーボンブラック分散液3 50部、グリセリン10部、トリイソプロパノールアミン1部、トリエチレングリコールモノブチルエーテル10部、およびイオン交換水29部を混合・攪拌した後、ポリテトラフルオロエチレン製で孔径5μmのメンブランフィルター(ミリポア社製)により濾過して、カーボンブラック濃度9wt%の水性インクを得た。これを水性インク3とする。
(水性インク4;本発明の適用範囲内の水性インク)
実施例4で調整したカーボンブラック分散液4 50部、グリセリン12部、トリエタノールアミン1部、トリエチレングリコールモノブチルエーテル10部、およびイオン交換水27部を混合・攪拌した後、ポリテトラフルオロエチレン製で孔径5μmのメンブランフィルター(ミリポア社製)により濾過して、カーボンブラック濃度9wt%の水性インクを得た。これを水性インク4とする。
実施例4で調整したカーボンブラック分散液4 50部、グリセリン12部、トリエタノールアミン1部、トリエチレングリコールモノブチルエーテル10部、およびイオン交換水27部を混合・攪拌した後、ポリテトラフルオロエチレン製で孔径5μmのメンブランフィルター(ミリポア社製)により濾過して、カーボンブラック濃度9wt%の水性インクを得た。これを水性インク4とする。
(水性インク5;本発明の適用範囲内の水性インク)
実施例5で調整したカーボンブラック分散液5 50部、グリセリン10部、トリエタノールアミン1部、トリエチレングリコールモノブチルエーテル2部、およびイオン交換水37部を混合・攪拌した後、ポリテトラフルオロエチレン製で孔径5μmのメンブランフィルター(ミリポア社製)により濾過して、カーボンブラック濃度6wt%の水性インクを得た。これを水性インク5とする。
実施例5で調整したカーボンブラック分散液5 50部、グリセリン10部、トリエタノールアミン1部、トリエチレングリコールモノブチルエーテル2部、およびイオン交換水37部を混合・攪拌した後、ポリテトラフルオロエチレン製で孔径5μmのメンブランフィルター(ミリポア社製)により濾過して、カーボンブラック濃度6wt%の水性インクを得た。これを水性インク5とする。
〔比較例4〕
(水性インク6;本発明の適用範囲外の水性インク)
比較例1で調整したカーボンブラック分散液6 50部、グリセリン12部、トリエタノールアミン1部、トリエチレングリコールモノブチルエーテル10部、およびイオン交換水27部を混合・攪拌した後、ポリテトラフルオロエチレン製で孔径5μmのメンブランフィルター(ミリポア社製)により濾過して、カーボンブラック濃度9wt%の水性インクを得た。これを水性インク6とする。
(水性インク6;本発明の適用範囲外の水性インク)
比較例1で調整したカーボンブラック分散液6 50部、グリセリン12部、トリエタノールアミン1部、トリエチレングリコールモノブチルエーテル10部、およびイオン交換水27部を混合・攪拌した後、ポリテトラフルオロエチレン製で孔径5μmのメンブランフィルター(ミリポア社製)により濾過して、カーボンブラック濃度9wt%の水性インクを得た。これを水性インク6とする。
〔比較例5〕
(水性インク7;本発明の適用範囲外の水性インク)
比較例2で調整したカーボンブラック分散液7 45部、グリセリン10部、トリエタノールアミン1部、トリエチレングリコールモノブチルエーテル10部、トリエチレングリコール5部およびイオン交換水29部を混合・攪拌した後、ポリテトラフルオロエチレン製で孔径5μmのメンブランフィルター(ミリポア社製)により濾過して、カーボンブラック濃度3.5wt%の水性インクを得た。これを水性インク7とする。
(水性インク7;本発明の適用範囲外の水性インク)
比較例2で調整したカーボンブラック分散液7 45部、グリセリン10部、トリエタノールアミン1部、トリエチレングリコールモノブチルエーテル10部、トリエチレングリコール5部およびイオン交換水29部を混合・攪拌した後、ポリテトラフルオロエチレン製で孔径5μmのメンブランフィルター(ミリポア社製)により濾過して、カーボンブラック濃度3.5wt%の水性インクを得た。これを水性インク7とする。
〔比較例6〕
(水性インク8;本発明の適用範囲外の水性インク)
比較例3で調整したカーボンブラック分散液8 50部、グリセリン12部、トリエタノールアミン1部、トリエチレングリコールモノブチルエーテル10部、およびイオン交換水27部を混合・攪拌した後、ポリテトラフルオロエチレン製で孔径5μmのメンブランフィルター(ミリポア社製)により濾過して、カーボンブラック濃度9wt%の水性インクを得た。これを水性インク8とする。
(水性インク8;本発明の適用範囲外の水性インク)
比較例3で調整したカーボンブラック分散液8 50部、グリセリン12部、トリエタノールアミン1部、トリエチレングリコールモノブチルエーテル10部、およびイオン交換水27部を混合・攪拌した後、ポリテトラフルオロエチレン製で孔径5μmのメンブランフィルター(ミリポア社製)により濾過して、カーボンブラック濃度9wt%の水性インクを得た。これを水性インク8とする。
(水性インクの評価)
上記実施例6〜10および比較例4〜6で調整した水性インク1〜8をそれぞれ、オンデマンド型インクジェットプリンタであるPX−V700(セイコーエプソン株式会社製)に充填した後、普通紙−はやいモードで100%ベタ印刷を行った。記録媒体として、中性普通紙としてゼロックスP、ゼロックス4024(以上、富士ゼロックス株式会社製)、酸性普通紙としてEPP(セイコーエプソン株式会社製)、再製紙としてゼロックスR(富士ゼロックス株式会社製)の4種類の紙を用い、記録物を得た。印刷後、記録物を一般環境で1時間放置した後、グレタグ濃度計(グレタグマクベス社製)を用いてベタ部分のO.D.値を測定した。測定した結果を以下の基準に基づいて判定した。
上記実施例6〜10および比較例4〜6で調整した水性インク1〜8をそれぞれ、オンデマンド型インクジェットプリンタであるPX−V700(セイコーエプソン株式会社製)に充填した後、普通紙−はやいモードで100%ベタ印刷を行った。記録媒体として、中性普通紙としてゼロックスP、ゼロックス4024(以上、富士ゼロックス株式会社製)、酸性普通紙としてEPP(セイコーエプソン株式会社製)、再製紙としてゼロックスR(富士ゼロックス株式会社製)の4種類の紙を用い、記録物を得た。印刷後、記録物を一般環境で1時間放置した後、グレタグ濃度計(グレタグマクベス社製)を用いてベタ部分のO.D.値を測定した。測定した結果を以下の基準に基づいて判定した。
判定A; O.D.値が1.30以上である場合
判定B; O.D.値が1.20以上1.30未満である場合
判定C; O.D.値が1.20未満である場合
評価結果を表2に示す。
判定B; O.D.値が1.20以上1.30未満である場合
判定C; O.D.値が1.20未満である場合
評価結果を表2に示す。
表2から明らかなように、本発明の適用範囲内である水性インク1〜5は判定AまたはBを与え、優れたO.D.値を示す。一方、カーボンブラックの配合量が本発明の適用範囲外である水性インク7(比較例5)は判定Cを与えO.D.値が低い結果となった。これは水性インク7を調整する際に使用したカーボンブラック分散液7中の顔料濃度が低く本発明の適用範囲外であることにより、水性インク中のカーボンブラック配合量が低くなっていることに起因する。このように、分散液中のカーボンブラック含有量が本発明の態様から逸脱する場合には、より高いO.D.値を与える水性インクが調整しにくい。
以上詳細に述べてきたように、本発明によれば、高品質化に応えるための高濃度水性インクに好適に適用される高含有量カーボンブラック分散液、およびその製造方法を提供される。また本発明のカーボンブラック分散液は高含有量分散液でありながらも優れた経時安定性を示すものである。
本発明によれば、高品質化に応えるための高濃度水性インクに好適に適用される高含有量カーボンブラック分散液、およびその製造方法を提供される。またこの高含有量カーボンブラック分散液を用いた高濃度水性インク、記録方法および記録物が好適に提供される。
Claims (10)
- 少なくともA)12〜30wt%の水溶性樹脂により分散されてなるカーボンブラックと、B)HLB値が7〜18の範囲であり、かつアセチレン骨格を有するノニオン系界面活性剤とを含有する水性カーボンブラック分散液であって、25℃における表面張力が30〜55mN/mの範囲であることを特徴とする水性カーボンブラック分散液。
- 前記ノニオン系界面活性剤が、その分子中にエチレンオキサイドの繰り返し構造を有し、かつそのエチレンオキサイドの分子中の含有割合が35〜90wt%であることを特徴とする請求項1に記載の水性カーボンブラック分散液。
- 前記水溶性樹脂により分散されてなるカーボンブラックとノニオン系界面活性剤の重量比率が、90:1〜3:2の範囲であることを特徴とする請求項1または2に記載の水性カーボンブラック分散液。
- グリセリン、アルキレングリコールおよびアルキレングリコールアルキルエーテルからなる郡より選ばれる1種または2種以上の水溶性有機溶剤をさらに含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の水性カーボンブラック分散液。
- 請求項1〜4に記載の水性カーボンブラック分散液を用いて製造される水性インクであって、全インク量に対するカーボンブラックの配合量が4〜12wt%の範囲であることを特徴とする水性インク。
- インクジェット記録用であることを特徴とする請求項5に記載の水性インク。
- インクを付着させて記録媒体に印字を行う記録方法であって、インクとして請求項5または6に記載の水性インクを用いることを特徴とする、記録方法。
- インクの液滴を吐出し、該液滴を記録媒体に付着させて印字を行うインクジェット記録方法であって、インクとして請求項6に記載の水性インキを用いることを特徴とする、インクジェット記録方法。
- 請求項7または8に記載の記録方法によって記録が行われたことを特徴とする記録物。
- 水性カーボンブラック分散液を製造する方法であって、少なくともa)カーボンブラックと水溶性樹脂とを粉砕・混錬する工程と、b)得られたスラリを濃縮または希釈して顔料濃度を12〜30wt%に調整する工程と、c)HLB値が7〜18の範囲であり、かつアセチレン骨格を有するノニオン系界面活性剤を添加・混合する工程とを別個に、または並行して行うことを特徴とする水性カーボンブラック分散液の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004078302A JP2005263971A (ja) | 2004-03-18 | 2004-03-18 | 水性カーボンブラック分散液、水性インクおよびこれを用いた記録方法、記録物、並びに水性カーボンブラック分散液の製造方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2015063582A (ja) * | 2013-09-24 | 2015-04-09 | Dic株式会社 | 水性顔料組成物の製造方法及び捺染用のインキ |
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2004
- 2004-03-18 JP JP2004078302A patent/JP2005263971A/ja not_active Withdrawn
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