JP2006199928A - インクジェット記録用水系インク - Google Patents

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Abstract

【課題】吐出性に優れ、かつ高い印字濃度を発現しうるインクジェット記録用水分散体及びこれを含有するインクジェット記録用水系インクを提供する。
【解決手段】着色剤を含有するポリマー粒子の水分散体であって、前記ポリマーが、α−メチルスチレンダイマーの存在下で、モノマー混合物を共重合してなるポリマーであるインクジェット記録用水分散体である。
【選択図】なし

Description

本発明は、インクジェット記録用水分散体、及びそれを含有するインクジェット記録用水系インク、並びにインクジェット記録用水分散体の製造方法に関する。
インクジェット記録方式は、非常に微細なノズルからインク液滴を記録部材に直接吐出し、付着させて文字や画像を得る記録方式である。この方式はフルカラー化が容易でかつ安価であり、記録部材として普通紙が使用可能であり、被印字物に対して非接触であるなどの多くの利点があるため普及が著しい。特に近年は、印字物の耐候性や耐水性の観点から、着色剤に顔料系インクを用いるものが主流となってきており、例えば特許文献1には、ビニルポリマーに顔料を含有させた水系インクが開示されている。
また、特許文献2には、マクロマーを特定の連鎖移動剤を用いて製造し、その後他のモノマーと反応させて得られるブロックコポリマーをインクジェットに用いることを開示している。
しかし、上記のような水系インクにおいては、更に高い吐出安定性が必要とされると共に、高い印字濃度、特に普通紙への高い印字濃度が求められており、特に、サーマル方式のインクジェット印刷においてはそのような要望は大きい。
国際公開第00/39226号パンフレット 特開平11−269418号公報
本発明は、吐出性に優れ、かつ高い印字濃度と高い耐マーカー性とを両立して発現しうるインクジェット記録用水分散体及びこれを含有するインクジェット記録用水系インクを提供することを目的とする。
本発明は、着色剤を含有するポリマー粒子の水分散体であって、前記ポリマー粒子を構成するポリマーが、α−メチルスチレンダイマーの存在下で、モノマー混合物を共重合してなるポリマーであるインクジェット記録用水分散体、及びそれを含有するインクジェット記録用水系インクを提供する。
また本発明は、着色剤を含有するポリマー粒子の水分散体であって、前記ポリマー粒子を構成するポリマーが、芳香環を有する重合開始剤及びα−メチルスチレンダイマーの存在下で、モノマー混合物を共重合してなるポリマーであるインクジェット記録用水分散体、及びそれを含有するインクジェット記録用水系インクを提供する。
更に、本発明は、下記工程(1)〜(3)を有するインクジェット記録用水分散体の製造方法を提供する。
工程(1):α−メチルスチレンダイマーの存在下で、モノマー混合物を重合して、ポリマーを合成する工程
工程(2):前記工程(1)で得られたポリマー、着色剤、有機溶媒及び水を混合し、分散処理して、着色剤を含有するポリマー粒子の分散体を得る工程、及び
工程(3):前記工程(2)で得られた分散体から有機溶媒を除去する工程
本発明の水分散体を含有するインクジェット記録用水系インクは、優れた吐出性に加え、普通紙に印字した際にも十分な印字濃度を発現することができ、また、高い印字濃度と優れた耐マーカー性とを両立して発現することができる。
本発明のインクジェット記録用水分散体は、着色剤を含有するポリマー粒子の水分散体である。以下、これについて順次説明する。
(ポリマー)
本発明において、ポリマー粒子を構成するポリマーは、着色剤を含有させるために、水不溶性ポリマーであることが好ましい。本発明において、水不溶性ポリマーとは、105℃で2時間乾燥させた後、25℃の水100gに溶解させたときに、その溶解量が10g以下、好ましくは5g以下、更に好ましくは1g以下であるポリマーをいう。上記溶解量は、ポリマーが塩生成基を有する場合は、その種類に応じて、ポリマーの塩生成基を酢酸又は水酸化ナトリウムで100%中和した時の溶解量をいう。
水不溶性ポリマーとしては、水不溶性ビニルポリマー、水不溶性エステル系ポリマー、水不溶性ウレタン系ポリマー等が挙げられる。これらの中では、水不溶性ビニルポリマーが好ましい。また、普通紙に印字した際にも十分な印字濃度と保存安定性を発現するために、水不溶性グラフトポリマーであることが好ましい。
本発明で用いられるポリマーは、モノマー混合物を共重合してなるポリマー、特に水不溶性ポリマーである。ここでモノマー混合物とは、(a)塩生成基含有モノマー(以下「(a)成分」ということがある)、疎水性モノマーとは、(b)マクロマー(以下「(b)成分」ということがある)及び/又は(c)疎水性モノマー(以下「(c)成分」ということがある)を含むモノマー混合物(以下「モノマー混合物」ということがある)である。
好ましいポリマーは、(a)塩生成基含有モノマー、(b)マクロマー及び(c)疎水性モノマーを含むモノマー混合物を共重合してなるポリマー、特に水不溶性ポリマーである。
上記(a)成分は、得られる分散体の分散安定性を高める等の観点から用いられるものであり、カチオン性モノマー、アニオン性モノマー等が挙げられる。具体的には、特開平9−286939号公報第5頁第7欄24行〜同頁第8欄29行に記載されているもの等を用いることができる。塩生成基としては、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、アミノ基、アンモニウム基等が挙げられる。
カチオン性モノマーとしては、不飽和3級アミン含有モノマー及び不飽和アンモニウム塩含有モノマーからなる群より選ばれた一種以上が挙げられる。
不飽和3級アミン含有モノマーとしては、例えば、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、2−ビニルピリジン、4−ビニルピリジン、2−メチル−6−ビニルピリジン、5−エチル−2−ビニルピリジン等が挙げられる。
不飽和アンモニウム塩含有モノマーとしては、例えば、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート四級化物、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート四級化物、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート四級化物等が挙げられる。
上記のカチオン性モノマーの中では、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N−N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミドが好ましい。
アニオン性モノマーの代表例としては、不飽和カルボン酸モノマー、不飽和スルホン酸モノマー、不飽和リン酸モノマー等が挙げられる。
上記不飽和カルボン酸モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、2−メタクリロイルオキシメチルコハク酸等が挙げられる。不飽和スルホン酸モノマーとしては、スチレンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、3−スルホプロピル(メタ)アクリレート、ビス−(3−スルホプロピル)−イタコネート等が挙げられる。不飽和リン酸モノマーとしては、ビニルホスホン酸、ビニルホスフェート、ビス(メタクリロキシエチル)ホスフェート、ジフェニル−2−アクリロイロキシエチルホスフェート、ジフェニル−2−メタクリロイロキシエチルホスフェート、ジブチル−2−アクリロイロキシエチルホスフェート等が挙げられる。上記アニオン性モノマーの中では、分散安定性、吐出性等の観点から、不飽和カルボン酸モノマーが好ましく、アクリル酸又はメタクリル酸がより好ましい。
上記(a)成分は、それぞれ単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記(b)成分は、着色剤を含有したポリマー微粒子の分散安定性、印字濃度を高める等の観点から用いられ、数平均分子量500〜100,000、好ましくは1,000〜10,000の重合可能な不飽和基を有するモノマーであるマクロマーが挙げられる。マクロマーとしては着色剤との親和性を高めるといった観点等からヒドロキシル基等の親水基が含まれていないものが好ましい。その中では、片末端に重合性官能基を有するスチレン系マクロマーおよび芳香環含有(メタ)アクリレート系マクロマーが着色剤との親和性が高いこと等から好ましい。
なお、(b)成分の上記数平均分子量は、後述のゲルクロマトグラフィー法により、標準物質としてポリスチレンを用いて測定することができる。
上記スチレン系マクロマーとしては、片末端に重合性官能基を有するスチレン単独重合体又はスチレンと他のモノマーとの共重合体が挙げられる。これらの中では、片末端に重合性官能基としてアクリロイルオキシ基又はメタクリロイルオキシ基を有するものが好ましい。マクロマー中におけるスチレン含有量は、着色剤との親和性を高くさせる観点から、好ましくは50重量%以上、より好ましくは70重量%以上である。上記スチレンと共重合される他のモノマーとしては、アクリロニトリル等が挙げられる。
上記芳香環含有(メタ)アクリレート系マクロマーとしては、片末端に重合性官能基を有する芳香環含有(メタ)アクリレートの単独重合体、および及び片末端に重合性官能基を有する、芳香環含有(メタ)アクリレートと他のモノマーとの共重合体が挙げられ、重合性官能基は、アクリロイルオキシ基又はメタクリロイルオキシ基が好ましい。
芳香環含有(メタ)アクリレートとしては、例えばベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート、2−メタクリロイロキシエチル−2−ヒドロキシプロピルフタレート等が挙げられ、ベンジル(メタ)アクリレートが好ましい。マクロマー中における芳香環含有(メタ)アクリレートの含有量は、着色剤との親和性を高くさせる観点から、好ましくは50重量%以上、より好ましくは70重量%以上である。上記芳香環含有(メタ)アクリレートと共重合される他のモノマーとしては、アクリロニトリル等が挙げられる。
本発明で用いられるポリマーは、さらに他の構成単位からなる側鎖を有していてもよい。例えば、オルガノポリシロキサン側鎖などである。この側鎖は例えば好ましくは下記式(1)で表される片末端に重合性官能基を有するシリコーン系マクロマーを共重合することで得ることができる。
CH2=C(CH3)−COOC3H6−〔Si(CH3)2−O〕t−Si(CH3)3 (1)
(式中、tは8〜40の数を示す)
(b)成分として商業的に入手しうるスチレン系マクロマーとしては、例えば、東亜合成株式会社の商品名、AS−6、AS−6S、AN−6、AN−6S、HS−6、HS−6S等が挙げられる。
上記(b)成分は、それぞれ単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記(c)成分は、印字濃度、耐マーカー性(水性蛍光ペンで印字をなぞったときの汚れ度合い)の向上等の観点から用いられ、アルキル(メタ)アクリレート、脂環式(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミド、芳香環含有モノマー等が挙げられる。
アルキル(メタ)アクリレートとしては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、(イソ)プロピル(メタ)アクリレート、(イソ又はターシャリー)ブチル(メタ)アクリレート、(イソ)アミル(メタ)アクリレート、(イソ)ヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、(イソ)オクチル(メタ)アクリレート、(イソ)デシル(メタ)アクリレート、(イソ)ドデシル(メタ)アクリレート、(イソ)ステアリル(メタ)アクリレート等の炭素数1〜22のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる。
脂環式(メタ)アクリレートの代表例としては、単環式(メタ)アクリレート、二環式(メタ)アクリレート、三環式以上の多環式(メタ)アクリレート等が挙げられる。また、これらの環構造は置換基を有していてもよい。
単環式(メタ)アクリレートの具体例としては、シクロプロピル(メタ)アクリレート、シクロブチル(メタ)アクリレート、シクロペンチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘプチル(メタ)アクリレート、シクロオクチル(メタ)アクリレート、シクロノニル(メタ)アクリレート、シクロデシル(メタ)アクリレート等のシクロアルキル基の炭素数が3〜10のシクロアルキル(メタ)アクリレート等が挙げられ、二環式(メタ)アクリレートの具体例としては、イソボルニル(メタ)アクリレート、ノルボルニル(メタ)アクリレート等が挙げられ、三環式(メタ)アクリレートとしてはアダマンチル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート等が挙げられ、これらは、それぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。(メタ)アクリルアミドは水溶性ですので削除願います。
(メタ)アクリルアミドとしては、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−エチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミドメチルエーテル、N−メチロール(メタ)アクリルアミドブチルエーテルなどの(メタ)アクリルアミドが好ましく挙げられる。
芳香環含有モノマーとしては、スチレン、2−メチルスチレン、ビニルトルエン、エチルビニルベンゼン、4−ビニルビフェニル、1,1−ジフェニルエチレン、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、ビニルナフタレン、クロロスチレン等の炭素数6〜22の芳香族炭化水素基を有するビニルモノマーが好ましく挙げられる。
なお、本明細書にいう「(イソ又はターシャリー)」及び「(イソ)」は、これらの基が存在している場合とそうでない場合の双方を含むことを意味し、これらの基が存在していない場合には、ノルマルであることを示す。また、「(メタ)アクリレート」は、アクリレートとメタクリレートの双方の場合を含むことを示す。
上記(c)成分は、それぞれ単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
(c)成分としては、印字濃度、耐マーカー性向上等の観点から、スチレン系モノマー(c−1)成分が好ましく、スチレン及び2−メチルスチレンが更に好ましい。(c)成分中における(c−1)成分の含有量は、印字濃度及び耐マーカー性向上の観点から、好ましくは10〜100重量%、より好ましくは20〜80重量%である。
また、(c)成分としては、更に印字濃度等の観点から、(メタ)アクリル酸のアリールエステル(c−2)成分が好ましく、炭素数7〜22、好ましくは炭素数7〜18、更に好ましくは炭素数7〜12のアリールアルキル基を有する(メタ)アクリレート、又は、炭素数6〜22、好ましくは炭素数6〜18、更に好ましくは炭素数6〜12のアリール基を有する(メタ)アクリレートが挙げられる。このようなモノマーとしては、具体的には、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート等が好ましく挙げられる。(c)成分中の(c−2)成分の含有量は、好ましくは10〜100重量%、より好ましくは20〜80重量%である。
(c)成分としては、印字濃度、耐マーカー性の向上等の観点からアルキル(メタ)アクリレート、脂環式(メタ)アクリレート、及び芳香環含有モノマーからなる群から選ばれる一種以上が好ましく、脂環式(メタ)アクリレート、及び芳香環含有モノマーからなる群から選ばれる一種以上が更に好ましい。
これらの中でも、ベンジル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、スチレン、α−メチルスチレンが好ましく、ベンジル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、スチレンが更に好ましい。
上記(c)成分は、それぞれ単独で又は2種以上を混合して用いることができ、(c−1)成分と(c−2)成分を併用することも好ましい。
本発明においては、上記(a)、(b)、(c)各成分を含むモノマー混合物は、さらに、(d)水酸基含有モノマー(以下「(d)成分」ということがある)を含有することが好ましい。
(d)成分は、分散安定性を高め、また印字した際に短時間で耐マーカー性を向上させるという優れた効果等を発現させるものであり、例えば、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、ポリエチレングリコール(n=2〜30、nはオキシアルキレン基の平均付加モル数を示す。以下同じ。)(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(n=2〜30)(メタ)アクリレート、ポリ(エチレングリコール(n=1〜15)・プロピレングリコール(n=1〜15))(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの中では、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノメタクリレート、ポリプロピレングリコールメタクリレートが好ましい。
上記モノマー混合物は、さらに、(e)下記式(2)で表されるモノマー(以下「(e)成分」ということがある)を含有することができる。
CH2=C(R1)COO(R2O)p3 (2)
(式中、R1は水素原子又は炭素数1〜5のアルキル基、R2はヘテロ原子を有していてもよい炭素数1〜30の2価の炭化水素基、R3はヘテロ原子を有していてもよい炭素数1〜30の1価の炭化水素基、pは平均付加モル数を示し、1〜60、好ましくは1〜30の数である。)
(e)成分は、水性インクの吐出安定性を高め、連続印字してもヨレの発生を抑制する等の優れた効果を発現するものである。
式(2)において、R2又はR3が有してもよいヘテロ原子としては、例えば、窒素原子、酸素原子、ハロゲン原子又は硫黄原子が挙げられる。
2又はR3で示される基の代表例としては、炭素数6〜30の芳香族基、炭素数3〜30のヘテロ環基、炭素数1〜30のアルキレン基等が挙げられ、これらは置換基を有していてもよい。これらの基は2種以上を組合わせたものであってもよい。置換基としては、芳香族基、ヘテロ環基、アルキル基、ハロゲン原子、アミノ基等が挙げられる。
上記R2としては、炭素数1〜24の置換基を有していてもよいフェニレン基、炭素数1〜30、好ましくは炭素数1〜20の脂肪族アルキレン基、芳香環を有する炭素数7〜30のアルキレン基及びヘテロ環を有する炭素数4〜30のアルキレン基が好ましく挙げられる。R2O基の特に好ましい具体例としては、オキシエチレン基、オキシ(イソ)プロピレン基、オキシテトラメチレン基、オキシヘプタメチレン基、オキシヘキサメチレン基又はこれらオキシアルキレンの1種以上からなる炭素数2〜7のオキシアルキレン基やオキシフェニレン基が挙げられる。
3としては、フェニル基、炭素数1〜30、好ましくは炭素数1〜20の脂肪族アルキル基、芳香環を有する炭素数7〜30のアルキル基又はヘテロ環を有する炭素数4〜30のアルキル基が好ましく挙げられる。R3のより好ましい例としては、メチル基、エチル基、(イソ)プロピル基、(イソ)ブチル基、(イソ)ペンチル基、(イソ)ヘキシル基、(イソ)オクチル基、(イソ)デシル基、(イソ)ドデシル基等の炭素数1〜12のアルキル基、及びフェニル基等が挙げられる。
(e)成分の具体例としては、メトキシポリエチレングリコール(式2におけるpが1〜30)(メタ)アクリレート、メトキシポリテトラメチレングリコール(p=1〜30)(メタ)アクリレート、エトキシポリエチレングリコール(p=1〜30)(メタ)アクリレート、(イソ)プロポキシポリエチレングリコール(p=1〜30)(メタ)アクリレート、ブトキシポリエチレングリコール(p=1〜30)(メタ)アクリレート、オクトキシポリエチレングリコール(p=1〜30)(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(p=1〜30)(メタ)アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール(p=1〜30)(メタ)アクリレート、メトキシ(エチレングリコール・プロピレングリコール共重合体)(p=1〜30、その中のエチレングリコール部分は1〜29)(メタ)アクリレート、フェノキシ(エチレングリコール・プロピレングリコール共重合体)(p=1〜30、その中のエチレングリコール部分は1〜29)(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの中では、メトキシポリエチレングリコール(p=1〜30)(メタ)アクリレート、オクトキシポリエチレングリコール(p=1〜30)(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(p=1〜30)(メタ)アクリレート、フェノキシ(エチレングリコール・プロピレングリコール共重合体)(p=1〜30、その中のエチレングリコール部分は1〜29体)(メタ)アクリレートが好ましい。
商業的に入手しうる(d)、(e)成分の具体例としては、新中村化学工業株式会社の(メタ)アクリレートモノマー(NKエステル)M−40G,同90G,同230G,日本油脂株式会社のブレンマーシリーズ、PE−90,同200,同350,PME−100,同200,同400,同1000、PP−1000,同500,同800,AP−150,同400,同550,同800,50PEP−300,50POEP−800B等が挙げられる。
上記(d)成分及び(e)成分は、それぞれ単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記(a)〜(e)成分のモノマー混合物中における含有量は、次のとおりであることが好ましい。
(a)成分の含有量は、得られる分散体の分散安定性等の観点から、好ましくは1〜50重量%、より好ましくは2〜40重量%、さらに好ましくは3〜30重量%、特に好ましくは5〜20重量%である。
(b)成分の含有量は、着色剤を含有したポリマー微粒子の分散安定性、印字濃度等の観点から、好ましくは1〜60重量%、より好ましくは5〜50重量%、さらに好ましくは10〜45重量%である。
(c)成分の含有量は、耐マーカー性、印字濃度等の観点から、好ましくは5〜98重量%、より好ましくは10〜60重量%、さらに好ましくは15〜50重量%である。
(a)成分の含有量と、(b)成分と(c)成分の合計含有量との重量比((a)/[(b)+(c)])は、得られる水系インクの長期保存安定性、吐出性等の観点から、好ましくは0.01〜1、より好ましくは0.02〜0.67、更に好ましくは0.05〜0.5、最も好ましくは0.1〜0.4である。
(d)成分の含有量は、吐出性、印字濃度、耐マーカー性等の観点から、好ましくは0〜40重量%、より好ましくは1〜20重量%である。
(e)成分の含有量は、吐出性、分散安定性等の観点から、好ましくは1〜50重量%、より好ましくは2〜40重量%である。
(a)成分と(d)成分との合計含有量は、水中での安定性、耐水性等の観点から、好ましくは6〜60重量%、より好ましくは10〜50重量%である。
また、(a)成分と(e)成分の合計含有量は、水中での分散安定性、吐出性等の観点から、好ましくは1〜60重量%、より好ましくは3〜50重量%である。
(a)成分と(d)成分と(e)成分との合計含有量は、水中での分散安定性及び吐出安定性の観点から、好ましくは6〜60重量%、より好ましくは7〜50重量%である。
本発明のポリマー粒子を構成するポリマーは、塊状重合法、溶液重合法、懸濁重合法、乳化重合法等の公知の重合法により、前記モノマー混合物を共重合させることによって製造される。これらの重合法の中では、温度制御のし易さ等の観点から溶液重合法が好ましい。
本発明において、モノマー混合物の重合は、本発明の目的、特に印字濃度と耐マーカー性を向上させる観点から、連鎖移動剤として2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン(α−メチルスチレンダイマーとも呼称される、以下、「MSD」と略称することがある)の存在下で行うことが必要であるが、メルカプタン類(オクチルメルカプタン、2−メルカプトエタノール等)、チウラムジスルフィド類等の通常用いられる連鎖移動剤を併用することもできる。該MSDは付加開裂型の連鎖移動剤として機能することができる。
有機溶剤中でモノマー混合物の重合を行う場合、MSD、重合開始剤、モノマー混合物、有機溶剤を混合し、これを撹拌しながら加熱してもよいが、反応熱による系の著しい温度上昇を抑えるために以下の(1)〜(3)の方法が好適に用いられる。
(1)MSD及び有機溶剤を反応槽に仕込み、好ましくは120〜200℃の温度で撹拌しながら、モノマー混合物と重合開始剤を所定の時間かけて混合添加又は分割添加する方法。
(2)上記(1)の方法において、MSDの一部又は全部をモノマーとともに混合添加、又は分割添加する方法。
(3)上記(1)の方法において、モノマーの一部又は全部を反応槽に仕込んでおく方法。
上記MSDの使用量は、吐出性及び印字濃度の観点から、モノマー混合物100重量部に対して、1〜30重量部、更に1〜20重量部、特に1〜10重量部の範囲内であることが好ましい。
本発明において、モノマー混合物の重合の際には、上記MSDとともに重合開始剤を用いる。重合開始剤としては、例えば、シクロヘキサノンパーオキサイド、3,3,5−トリメチルシクロヘキサノンパーオキサイド、メチルシクロヘキサノンパーオキサイド、1,1−ビス(tert−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(tert−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、n−ブチル−4,4−ビス(tert−ブチルパーオキシ)バレレート、クメンハイドロパーオキサイド、シメンハイドロパーオキサイド、2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジハイドロパーオキサイド、1,3−ビス(tert−ブチルパーオキシ−m−イソプロピル)ベンゼン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサン、ジイソプロピルベンゼンパーオキサイド、tert−ブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、デカノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ビス(tert−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネート、tert−ブチルパーオキシベンゾエート、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン等の過酸化物系重合開始剤;2,2´−アゾビス(イソブチロニトリル)、1,1−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、アゾクメン、2,2´−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2´−アゾビス-2,4-ジメチルバレロニトリル、4,4´−アゾビス(4−シアノ吉草酸)、2−(t−ブチルアゾ)−2−シアノプロパン、2,2´−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)、2,2´−アゾビス(2−メチルプロパン)、ジメチル2,2´−アゾビス(2−メチルプロピオネート)等のアゾ系重合開始剤を挙げることができる。
上記重合開始剤のうち、本発明においては、吐出性、印字濃度及び耐マーカー性の観点から、芳香環を有する重合開始剤を用いることがさらに好ましい。該重合開始剤は、本発明のポリマーの末端の一方に、芳香環を導入する作用を有するものである。なお、本発明において末端とはポリマー主鎖を形成する部分の末端を意味し、マクロマー[(b)成分]の末端部分を意味しない。
芳香環を有する重合開始剤としては、ベンゾイルパーオキサイド(過酸化ベンゾイル)、クメンハイドロパーオキシド、シメンハイドロパーオキシド、及びジクミルパーオキサイドからなる群から選ばれる一種以上が好ましく用いることができる。本発明においては、これらの中で過酸化ベンゾイルが特に好ましい。
上記重合開始剤の使用量は、スタービング性、焦げ性を抑制する観点から、通常、モノマー混合物100重量部に対して、その下限値が0.1重量部、更に0.5重量部、更に1重量部、特に1.3重量部であることが好ましく、その上限値が20重量部以下、更に10重量部、更に8重量部、特に7重量部、とりわけ5重量部である範囲内であることが好ましく、モノマー混合物100重量部に対して、0.1〜10重量部、さらには0.5〜8重量部、特に1.3〜5重量部であることが好ましい。
上記重合を有機溶剤中で行う場合に使用される有機溶剤としては、モノマー混合物及び重合によって得られる重合体を溶解又は分散できるものを使用することができる。
上記有機溶剤の具体例としては、例えば、ヘプタン、トルエン、キシレン、オクタン、ミネラルスピリット等の炭化水素系溶剤;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のエステル系溶剤;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤;メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、 sec−ブタノール、イソブタノール等のアルコール系溶剤;n−ブチルエーテル、ジオキサン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル系溶剤;コスモ石油社製のスワゾール310、スワゾール1000、スワゾール1500等の芳香族石油系溶剤等を挙げることができる。
これらの有機溶剤は1種で又は2種以上を組合せて使用することができる。重合時において、上記有機溶剤は、モノマー混合物の合計量に対して、通常、200重量%以下となる範囲で使用することが好ましい。
モノマー混合物の重合温度は、上記MSDを開裂させるため、また、吐出性、印字濃度、スタービング性、焦げ性の観点から、好ましくは100〜200℃、より好ましくは105〜200℃、更に好ましくは110〜200℃、より更に好ましくは120〜200℃、特に好ましくは130〜200℃、より特に好ましくは140〜180℃、最も好ましくは150〜180℃である。
また、初期に反応槽に仕込むMSDの濃度(仕込み量中の濃度)は、スタービング性、焦げ性を抑制する観点から、好ましくは10〜50重量%、より好ましくは10〜40重量%、特に好ましくは15〜28重量%である。
モノマー混合物の添加速度は、スタービング性、焦げ性の観点から、MSD(反応槽中に存在するMSD量)1gあたり0.5〜20g/hであることが好ましく、更に1.0〜15g/h、特に1.5〜4.5g/hであることが好ましい。
その他の重合条件は、使用する重合開始剤、モノマー、溶媒の種類等によって異なるが、重合時間は通常、1〜20時間が好ましい。重合雰囲気は、窒素ガス雰囲気、アルゴン等の不活性ガス雰囲気であることが好ましい。さらに、重合反応は一段の反応に限らず、多段階で行ってもよい。その場合、例えば重合温度100〜140℃、140〜180℃および180〜200℃の様に各段階において重合温度を変えてもよい。
重合反応の終了後、反応溶液から再沈澱、溶媒留去等の公知の方法により、生成したポリマーを単離することができる。また、得られたポリマーは、再沈澱を繰り返したり、膜分離、クロマトグラフ法、抽出法等により、未反応のモノマー等を除去して精製することができる。
上記の方法により得られるポリマーは、付加開裂型連鎖移動剤であるMSD由来の芳香族基を主鎖の少なくとも一方の末端部分に有していると考えられる。このとき重合開始剤として芳香環を有するものを用いた場合、もう一方の末端部分にも芳香族基を導入することができ、ポリマーの主鎖の両末端に芳香族基を有していると考えられる。
得られるポリマーの重量平均分子量は、着色剤の分散安定性、耐水性、印字濃度、吐出性等の観点から3,000〜200,000が好ましく、4,000〜100,000がさらに好ましい。その分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)については、ポリマーが均一化されることにより、吐出性、印字濃度等が向上する観点から1〜5であることが好ましく、更に1〜4、特に1〜3.5の範囲にあることが好ましい。
なお、ポリマーの重量平均分子量、数平均分子量は、後述する実施例で用いた方法により測定することができる。
上記ポリマーは、(a)塩生成基含有モノマー由来の塩生成基を有している場合は、中和剤により中和して用いる。中和剤としては、ポリマー中の塩生成基の種類に応じて、酸又は塩基を使用することができ、例えば、塩酸、酢酸、プロピオン酸、リン酸、硫酸、乳酸、コハク酸、グリコール酸、グルコン酸、グリセリン酸等の等の酸、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムアンモニア、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、(削除)、トリエタノールアミン、トリブチルアミン等の塩基が挙げられる。
塩生成基の中和度は、10〜200%であることが好ましく、さらに20〜150%、特に50〜150%であることが好ましい。ここで中和度は、塩生成基がアニオン性基である場合は、下記式によって求めることができる。
{[中和剤の重量(g)/中和剤の当量]/[ポリマーの酸価 (KOHmg/g)×ポリマーの重量(g)/(56×1000)]}×100
また、塩生成基がカチオン性基である場合は、下記式によって求めることができる。
{[中和剤の重量(g)/中和剤の当量]/[ポリマーのアミン価 (HCLmg/g)×ポリマーの重量(g)/(36.5×1000)]}×100
酸価やアミン価は、ポリマーの構成単位から算出することができるが、適当な溶剤(例えばメチルエチルケトン)にポリマーを溶解して滴定する方法を用いて求めることもできる。
(着色剤)
本発明の水分散体に用いられる着色剤は、耐水性の観点から、顔料及び疎水性染料が好ましい。中でも、近年要求が強い高耐候性等を発現させるため、顔料を用いることが好ましい。
顔料及び疎水性染料は、水系インクに使用する場合には、界面活性剤、水不溶性ポリマーを用いて、インク中で安定な微粒子にすることが好ましい。特に、耐滲み性、耐水性等の観点から、ポリマー粒子中に顔料及び疎水性染料を含有させることが好ましい。
顔料は、無機顔料及び有機顔料のいずれも使用できる。また、必要に応じて、それらと体質顔料を併用することもできる。
無機顔料としては、例えば、カーボンブラック、金属酸化物、金属硫化物、金属塩化物等が挙げられる。これらの中では、特に黒色水系インクにおいては、カーボンブラックが好ましい。カーボンブラックとしては、ファーネスブラック、サーマルランプブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック等が挙げられる。
有機顔料としては、例えば、アゾ顔料、ジアゾ顔料、フタロシアニン顔料、キナクリドン顔料、イソインドリノン顔料、ジオキサジン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、チオインジゴ顔料、アンソラキノン顔料、キノフタロン顔料等が挙げられる。
好ましい有機顔料の具体例としては、C.I.ピグメント・イエロー13, 17, 74, 83, 97, 109, 110, 120, 128, 139, 151, 154, 155, 174, 180、C.I.ピグメント・レッド48, 57:1, 122, 146, 176, 184, 185, 188, 202、C.I.ピグメント・バイオレット19, 23、C.I.ピグメント・ブルー15, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 16, 60、C.I.ピグメント・グリーン7, 36等の各品番製品が挙げられる。
体質顔料としては、シリカ、炭酸カルシウム、タルク等が挙げられる。
疎水性染料は、ポリマー粒子中に含有させることができるものであればいずれも使用可能であるが、ポリマー中に効率よく染料を含有させる観点から、ポリマー製造時に使用する有機溶媒に対して、2g/L以上、好ましくは20〜500g/L(25℃)溶解するものが望ましい。
疎水性染料としては、油溶性染料、分散染料等が挙げられ、これらの中では油溶性染料が好ましい。
油溶性染料としては、例えば、C.I.ソルベント・ブラック3, 7, 27, 29, 34,45、C.I.ソルベント・イエロー14, 16, 29, 56, 82,83:1、C.I.ソルベント・レッド1, 3, 8, 18, 24, 27, 43, 49,51, 72, 73、C.I.ソルベント・バイオレット3、C.I.ソルベント・ブルー2,4, 11, 44, 64, 70、C.I.ソルベント・グリーン3, 7、C.I.ソルベント・オレンジ2等の各品番製品が挙げられる。
商業的に入手しうる油溶性染料としては、例えば、Nubian Black PC-0850、Oil Black HBB 、Oil Black 860 、Oil Yellow 129、Oil Yellow 105、Oil Pink 312、OilRed 5B、Oil Scarlet 308、Vali Fast Blue 2606、Oil Blue BOS〔以上、オリエント化学株式会社、商品名〕、Neopen Yellow 075、Neopen Mazenta SE1378、Neopen Blue808、Neopen Blue807、Neopen Blue FF4012、Neopen Cyan FF4238〔以上、BASF社、商品名〕等が挙げられる。
分散染料としては、例えば、C.I.ディスパーズ・イエロー5, 42, 54, 64, 79, 82, 83, 93, 99, 100, 119, 122, 124, 126, 160, 184:1, 186, 198, 199, 204, 224, 237、C.I.ディスパーズ・オレンジ13, 29, 31:1, 33, 49, 54, 55, 66, 73, 118, 119, 163、C.I.ディスパーズ・レッド54, 60, 72, 73, 86, 88, 91, 93, 111, 126, 127, 134, 135, 143, 145, 152, 153, 154, 159, 164, 167:1, 177, 181, 204, 206, 207, 221, 239, 240, 258, 277, 278, 283, 311, 323, 343, 348, 356, 362、C.I.ディスパーズ・バイオレット33、C.I.ディスパーズ・ブルー56, 60, 73, 87, 113, 128, 143, 148, 154, 158, 165, 165:1, 165:2, 176, 183, 185, 197, 198, 201, 214, 224, 225, 257, 266, 267, 287, 354, 358, 365, 368、C.I.ディスパーズ・グリーン6:1, 9等の各品番製品が挙げられる。これらの中では、イエローとしてC.I.ソルベント・イエロー29及び30、シアンとしてC.I.ソルベント・ブルー70、マゼンタとしてC.I.ソルベント・レッド18及び49、ブラックとしてC.I.ソルベント・ブラック3及び7、及びニグロシン系の黒色染料が好ましい。
上記の着色剤は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明の水分散体及び水系インク中における着色剤の含有量は、分散安定性、印字濃度を高める等の点から、1〜30重量%が好ましく、2〜20重量%が更に好ましく、2〜10重量%が特に好ましい。
ポリマーと着色剤の量比については、印字濃度を高める等の観点から、着色剤/ポリマー固形分重量比で95/5〜40/60、更に85/15〜50/50であることが好ましい。
(水分散体及び水系インク)
本発明の水分散体は、次の工程(1)〜(3)を含む工程により得ることができる。
工程(1):α−メチルスチレンダイマーの存在下で、モノマー混合物を重合して、ポリマーを合成する工程。
工程(2):前記工程(1)で得られたポリマー、着色剤、有機溶媒、水及び必要に応じて中和剤を混合し、分散処理して、着色剤を含有するポリマー粒子の分散体を得る工程、及び
工程(3):前記工程(2)で得られた分散体から有機溶媒を除去する工程。
上記工程(1)のα−メチルスチレンダイマーの存在下で、ポリマーを合成する工程は、前記ポリマーの欄で既に述べた通りである。
上記工程(2)では、まず、ポリマーを有機溶媒に溶解させ、次に着色剤、水及び必要に応じて中和剤、界面活性剤等を、有機溶媒に加えて混合し、水中油型の分散体を得ることが好ましい。混合物中、着色剤の含有量は5〜50重量%が好ましく、5〜30重量%が更に好ましく、有機溶媒の含有量は5〜70重量%が好ましく、10〜70重量%が更に好ましく、ポリマーの含有量は1〜40重量%が好ましく、2〜40重量%が更に好ましく、水の含有量は10〜85重量%が好ましく、10〜70重量%が更に好ましい。ポリマーが塩生成基を用いる場合は中和剤を用いることが好ましい。中和度は、特に限定はないが、通常、最終的に得られる水分散体の液性が中性、例えば、pHが4.5〜10であることが好ましい。前記ポリマーの所望の中和度により、pHを決定することもできる。
工程(2)で用いられる有機溶媒としては、アルコール系溶媒、ケトン系溶媒又はエーテル系溶媒が好ましく挙げられ、水に対する溶解度が20℃において、50重量%以下でかつ10重量%以上のものが好ましい。
上記アルコール系溶媒としては、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、第3級ブタノール、イソブタノール、ジアセトンアルコール等が挙げられ、ケトン系溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン等が挙げられ、エーテル系溶媒としては、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等が挙げられる。これらの溶媒の中では、イソプロパノール、アセトン又はメチルエチルケトンが好ましく、特に、メチルエチルケトンが好ましい。
中和剤としては、水不溶性ビニルポリマー中の塩生成基の種類に応じて、酸又は塩基を使用することができ、前述の中和剤を用いることができる。
前記工程(2)における混合物の分散方法には特に制限はない。本分散だけでポリマー粒子の平均粒径を所望の粒径となるまで微粒化することもできるが、好ましくは予備分散させた後、さらに剪断応力を加えて本分散を行い、ポリマー粒子の平均粒径を所望の粒径とするよう制御することが好ましい。
混合物を予備分散させる際には、アンカー翼等の一般に用いられている混合撹拌装置を用いることができる。
本分散において剪断応力を与える手段としては、例えば、ロールミル、ビーズミル、ニーダー、エクストルーダ等の混練機、ホモバルブ式の高圧ホモジナイザー、チャンバー式の高圧ホモジナイザー等が挙げられる。これらの中では、混合物に含まれている顔料の小粒径化の観点から、高圧ホモジナイザーが好ましい。
前記工程(3)では、得られた分散体から有機溶媒を留去して水系にすることで、着色剤を含有するポリマー粒子の水分散体を得る。水分散体に含まれる有機溶媒の除去は、減圧蒸留等による公知の方法により行うことができる。得られたポリマー粒子を含む水分散体中の有機溶媒は実質的に除去されており、有機溶媒の量は好ましくは0.1重量%以下、更に好ましくは0.01重量%以下である。
着色剤を含有するポリマー粒子の水分散体は、着色剤を含有するポリマーの固体分が水を主溶媒とする中に分散しているものである。ここで、着色剤を含むポリマー粒子の形態は特に制限はなく、少なくとも着色剤とポリマーにより粒子が形成されていればよく、例えば、ポリマーに着色剤が内包された粒子形態、ポリマー中に着色剤が均一に分散された粒子形態、ポリマー粒子表面に着色剤が露出された粒子形態等が含まれる。
ポリマー粒子の水分散体はそのまま水系インクとして用いてもよいが、これにインクジェット記録用水系インクに通常用いられる湿潤剤、浸透剤、分散剤、粘度調整剤、消泡剤、防黴剤、防錆剤等を添加してもよい。
本発明の水分散体又は水系インクにおける、ポリマー粒子の平均粒径は、プリンターのノズルの目詰まり防止、分散安定性等の観点から、好ましくは0.01〜0.5μm、より好ましくは0.03〜0.3μm、特に好ましくは0.05〜0.2μmである。なお、平均粒径は、例えば大塚電子株式会社のレーザー粒子解析システムELS−8000(キュムラント解析)を用いて、下記条件で測定することができる。
温度: 25℃
入射光と検出器との角度: 90°
積算回数: 100回
分散溶媒の屈折率: 水の屈折率(1.333)
測定濃度: 5×10-3重量%程度
また、水分散体及び水系インク中、着色剤を含有するポリマー粒子の含有量(固形分)は、通常、印字濃度、吐出性等の観点から、好ましくは0.5〜30重量%、より好ましくは1〜15重量%となるように調整することが望ましい。
本発明の水分散体及び水系インク中の水の含量は、好ましくは30〜90重量%、より好ましくは40〜80重量%である。
本発明の水分散体及び水系インクの表面張力(20℃)は、通常は、水分散体としては30mN/m以上、73mN/m未満、好ましくは35mN/m以上、70mN/m未満であり、水系インクとしては、25〜50mN/m、好ましくは27〜45mN/mである。
本発明の水分散体の10重量%の粘度(20℃)は、水系インクとした時に好ましい粘度とするために、1.5〜6mPa・sが好ましく、1.5〜5mPa・sが更に好ましい。また、本発明の水系インクの粘度(20℃)は、良好な吐出性を維持するために、1.5〜12mPa・sが好ましく、1.5〜10mPa・sが更に好ましい。
以下に、実施例等を挙げて本発明を更に具体的に示すが、本発明の実体は、以下の実施例等には限定されない。また、以下の実施例及び比較例において、「部」及び「%」は特記しない限り「重量部」及び「重量%」である。
製造例1(スチレンマクロマーAの製造)
フラスコにトルエン10部、スチレン50部、メルカプトプロピオン酸0.4部を仕込み、90℃で窒素を吹き込みながら攪拌し、この中にトルエン80部、スチレン200部、メルカプトプロピオン酸12.5部及びV−65(和光純薬工業社製のアゾ系ラジカル重合開始剤、2,2´−アゾビス2.4‐ジメチルバレロニトリル)4部の混合物を4時間かけて滴下した。
同温度でさらにトルエン80部、メルカプトプロピオン酸4.7部及びV−65 4部の混合物を2時間かけて滴下した。
同温度でさらにトルエン100部、メルカプトプロピオン酸4部及びV−65 1.5部の混合物を2時間かけて滴下した。
フラスコに空気導入管を接続し空気を導入しながら攪拌し、グリシジルメタクリレート34部、トルエン5部、テトラブチルアンモニウムブロマイド5部及びメトキノン0.5部を添加し、90℃で8時間反応させてスチレンマクロマー溶液(スチレンマクロマーA)を得た。
スチレンマクロマーAを、反応温度130℃以上で使用する場合は、トルエンを減圧蒸留等による公知の方法で除去し、沸点130℃以上の有機溶媒(例えば、エチレングリコールモノブチルエーテル等)に置換して用いる事が好ましい。
得られたスチレンマクロマーの分子量を、標準物質としてポリスチレン、溶媒として50ミリモル/Lの酢酸含有テトラヒドロフランを用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定したところ、重量平均分子量は2,839、数平均分子量は1,727(分子量分布1.64)であった(50重量%溶液)。なお、以下の実施例、比較例中、特記しない限りスチレンマクロマーAの純分は50%のものを用いた。
実施例1
(反応1)
フラスコにα―メチルスチレンダイマー50部及びエチレングリコールモノブチルエーテル50部を仕込み、160℃で窒素を吹き込みながら攪拌し、この中にメタクリル酸42.6部、NKエステルEH―4E(新中村化学工業社製のオクトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート、エチレンオキサイドの平均付加モル数=4)12.5部、ベンジルメタクリレート100部、エチレングリコールモノブチルエーテル12.6部及びパーヘキシルD(日本油脂社製の過酸化物系ラジカル重合開始剤、ジ-t-ヘキシル パーオキサイド)4.6部の混合物を3時間かけて滴下し、同温度でさらに30分間熟成を行い、エチレングリコールモノブチルエーテル147部を添加して冷却し、固形分50%のポリマー溶液を得た。
(反応2)
フラスコに反応1で得られたポリマー溶液75部を仕込み、120℃で窒素を吹き込みながら攪拌し、この中にメタクリル酸29.9部、NKエステルEH―4E10.3部、ベンジルメタクリレート82.1部、スチレンマクロマーA187.1部、エチレングリコールモノブチルエーテル50.4部及びV−59(和光純薬工業社製のアゾ系ラジカル重合開始剤、2,2´−アゾビス−2‐メチルブチロニトリル)2.7部の混合物を3時間かけて滴下し、同温度でさらに30分間熟成を行い、エチレングリコールモノブチルエーテル87.5部を添加して冷却し、有効分52.9%のポリマー溶液を得た。このポリマーの分子量を、標準物質としてポリスチレン、溶媒として50ミリモル/Lの酢酸含有テトラヒドロフランを用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定したところ重量平均分子量は9,150、数平均分子量は3,316(分子量分布2.76)であった。
反応2で得られたポリマー溶液37.8部にメチルエチルケトン75.2部、5N水酸化ナトリウム水溶液5.3部、25%アンモニア水溶液1.1部及びイオン交換水260.5部、カーボンブラック(Monarch880、キャボット社製)80部を加え、ディスパー翼により15℃で1時間混合し、さらにイオン交換水214.6部を添加した。得られた混合物をマイクロフルイダイザー(Microfluidics 社製)により圧力180MPaで15パス分散処理した。
得られた分散物から減圧下、60℃で有機溶媒及び水を除去することにより濃縮し、ポアサイズ5μmのミクロフィルター(富士写真フイルム社製のアセチルセルロース膜フィルター)を取り付けた容量25mLのシリンジ(テルモ社製)で濾過し、粗大粒子を除去することにより、固形分濃度20%の顔料含有ビニルポリマー粒子の水分散体を得た。
得られた顔料含有ビニルポリマー粒子の水分散体20部、グリセリン8部、ポリエチレングリコール(分子量800)5部、アセチレノールEH(川研ファインケミカル社製のアセチレングリコール系界面活性剤)0.2部及びイオン交換水44.3部を混合し、得られた混合液をポアサイズ1.2μmのミクロフィルター(富士写真フイルム社製のアセチルセルロース膜フィルター)を取り付けた容量25mLのシリンジで濾過し、粗大粒子を除去することにより水系インクを得た。
実施例2〜6
ビニルポリマーの組成及び顔料含有ビニルポリマー粒子の水分散体の組成を表1に示すようにした以外は、実施例1と同様にして固形分濃度20%の顔料含有ビニルポリマー粒子の水分散体及び水系インクを得た。上記ビニルポリマー粒子について、実施例1と同様にして重量平均分子量及び数平均分子量を測定した。結果を表2−1及び表2−2に示す。
なお、実施例2において用いたブレンマー50POEP−800Bは、日本油脂社製のオクトキシポリエチレングリコールポリプロピレングリコールモノメタクリレート(エチレンオキサイドの平均付加モル数:8、プロピレンオキサイドの平均付加モル数:6)であり、実施例5で用いた過酸化ベンゾイルは、和光純薬工業社製の試薬であり、また、実施例6で用いたパークミルDは、日本油脂社製のジクミルパーオキシドである。
Figure 2006199928
実施例7
フラスコにα―メチルスチレンダイマー5.3部、メタクリル酸3.2部、NKエステルEH―4E1.1部、ベンジルメタクリレート9.2部及びエチレングリコールモノブチルエーテル21部を仕込み、120℃で窒素を吹き込みながら攪拌し、この中にメタクリル酸17.9部、NKエステルEH―4E6.4部、ベンジルメタクリレート52.3部、スチレンマクロマーA(純分72.16%)83.2部、エチレングリコールモノブチルエーテル23.9部及びV−59 3.5部の混合物を6時間かけて滴下した。
滴下終了から30分経過後、同温度でV−59 0.9部及びエチレングリコールモノブチルエーテル18部の混合液を1時間かけて滴下した。さらに30分間熟成させ、エチレングリコールモノブチルエーテル73.6部を添加して冷却し、固形分51.5%のポリマー溶液を得た。このポリマーの分子量を実施例1と同様の方法で測定したところ、重量平均分子量は9,691、数平均分子量は3,214(分子量分布3.02)であった。
上記ポリマー溶液37.8部にメチルエチルケトン38.8部、5N水酸化ナトリウム水溶液5.3部、25%アンモニア水溶液1.1部及びイオン交換水260.5部、カーボンブラック(Monarch880、キャボット社製)80部を加え、ディスパー翼により15℃で1時間混合し、さらにイオン交換水214.6部を添加した。得られた混合物をマイクロフルイダイザー(Microfluidics 社製)により圧力180MPaで15パス分散処理した。
得られた分散物から実施例1と同様にして固形分濃度20%の顔料含有ビニルポリマー粒子の水分散体及び水系インクを得た。
実施例8
フラスコにα―メチルスチレンダイマー5.3部及びエチレングリコールモノブチルエーテル15.8部を仕込み、160℃で窒素を吹き込みながら攪拌し、この中にメタクリル酸22.5部、NKエステルEH―4E15部、ベンジルメタクリレート82.5部、スチレンマクロマーA60部及びパーヘキシルD3.4部の混合物を9時間かけて滴下した。
さらに30分間熟成させ、エチレングリコールモノブチルエーテル112.8部を添加して冷却し、固形分50.1%のポリマー溶液を得た。このポリマーの分子量を実施例1と同様の方法で測定したところ、重量平均分子量は7,820、数平均分子量は2,272(分子量分布3.44)であった。
上記ポリマー溶液40部にメチルエチルケトン73.1部、5N水酸化ナトリウム水溶液5.6部、25%アンモニア水溶液1.2部及びイオン交換水260.4部、カーボンブラック(Monarch880、キャボット社製)80部を加え、ディスパー翼により15℃で1時間混合し、さらにイオン交換水214.6部を添加した。得られた混合物をマイクロフルイダイザー(Microfluidics 社製)により圧力180MPaで15パス分散処理した。
得られた分散物から実施例1と同様にして固形分濃度20%の顔料含有ビニルポリマー粒子の水分散体及び水系インクを得た。
比較例1
フラスコに2−メルカプトエタノール0.15部、NKエステルEH―4E0.75部、ベンジルメタクリレート6.2部及びスチレンマクロマーA12部を仕込み、70℃で窒素を吹き込みながら攪拌し、この中に2−メルカプトエタノール1.35部、メタクリル酸21部、NKエステルEH―4E6.8部、ベンジルメタクリレート55.4部、スチレンマクロマーA108部、V−65 1.4部及びメチルエチルケトン7.5部の混合物を5時間かけて滴下した。
滴下終了から30分経過後、同温度でV−65 1.8部及びメチルエチルケトン45部の混合液を6時間かけて滴下した。さらに80℃で1時間熟成させ、メチルエチルケトン42.2部を添加して冷却し、固形分35.2%のポリマー溶液を得た。このポリマーの分子量を実施例1と同様の方法で測定したところ、重量平均分子量は26,905、数平均分子量は4,325(分子量分布6.22)であった。
上記ポリマー溶液56.9部にメチルエチルケトン56.2部、5N水酸化ナトリウム水溶液5.4部、25%アンモニア水溶液1.1部及びイオン交換水260.4部、カーボンブラック(Monarch880、キャボット社製)80部を添加し、ディスパー翼により15℃で1時間混合し、さらにイオン交換水215部加えた。得られた混合物をマイクロフルイダイザーにより圧力180MPaで15パス分散処理した。
得られた分散物から実施例1と同様の方法により水系インクを得た。
上記実施例1〜8及び比較例1について、ビニルポリマーの製造に用いたMSD、重合開始剤及び各モノマーの使用割合について下記表2−1及び表2−2にまとめて示す。但し、各モノマーの割合は、モノマー混合物中の重量%で示し、MSDの割合はモノマー混合物に対する重量%で示す。
Figure 2006199928
Figure 2006199928
(評価方法)
実施例1〜8及び比較例1で得られた水系インクについて、下記方法により印字濃度及び吐出性を評価した。その結果を表3に示す。
Figure 2006199928
(1)印字濃度
市販のキヤノン社製プリンター(商品名PIXUS 560i)を用い、市販の普通紙4200(XEROX社製の普通紙)に標準モードでベタ印字し、25℃で24時間放置後、印字濃度をマクベスRD914(グレタグマクベス社製) で測定し、以下の評価基準で評価した。
〔評価基準〕
◎: 印字濃度1.4以上
○: 印字濃度1.2以上1.4未満
△: 印字濃度1.0以上1.2未満
×: 印字濃度1.0未満
(2)吐出性
市販のキヤノン社製プリンター(商品名PIXUS 560i)を用い、市販の専用紙HR−101s(キヤノン社製の高品位専用紙)に標準モードで所定のパターンを30枚印字し、以下の評価基準で目視評価した。
〔評価基準〕
◎:1枚目と30枚目に差が全くなく模様がきれいに印字されている
○:1枚目と30枚目に差がほとんどなく模様がきれいに印字されている
△:30枚目に模様の乱れがわずかに確認できる
×:30枚目に模様の乱れが明らかに見られる
(3)耐マーカー性
市販のキヤノン社製プリンター(商品名PIXUS 560i)を用い、市販の普通紙4024(XEROX社製の普通紙)に標準モードで電子協標準パターンJ5/ver1.を印字し、25℃で24時間放置後、文字部分をゼブラ社製蛍光マーカーBEAMLINER Sで1回マークし、文字の滲み具合を以下の基準で目視評価した。
〔評価基準〕
◎: 文字の滲みが見られない
○: 文字の滲みがほとんど見られない
△: 文字の滲みが目立つが判別は充分可能
×: 文字の滲みが激しく文字の判別が困難
このようにα−メチルスチレンダイマー存在下、モノマー混合物を重合したポリマーを用いたインクが吐出性に優れるのは、α−メチルスチレンダイマーが付加開裂型の連鎖移動剤として、作用することにより、ポリマーが均一化されると共に、ポリマーの末端が疎水化されているためと考えられる。さらに、芳香環を有する重合開始剤及びα−メチルスチレンダイマーの存在下で、モノマー混合物を共重合してなるポリマーを用いたインクが、耐マーカー性に優れるのは、ポリマーの両末端が疎水化されているためと考えられる。
実施例9
反応温度を140℃とした以外は、実施例8と同様にして水系インクを得た。
実施例10
MSDの初期濃度を30重量%にするために、エチレングリコールモノブチルエーテル12.4部を仕込んだ以外は実施例8と同様にして水系インクを得た。
実施例11
重合開始剤(パーヘキシルD)の濃度を1.0重量%した以外は実施例8と同様にして水系インクを得た。
実施例12
モノマー混合物の滴下速度を4.8g/hとした以外は実施例8と同様にして水系インクを得た。
なお、滴下速度(g/h)とは、反応槽中のMSD 1.0gに対して、1時間あたり滴下するモノマー混合液中のモノマー及びマクロモノマーの重量(g)をいう。
(評価方法)
実施例8〜12で得られた水系インクについて、下記方法によりスタービング性及び焦げ性を評価した。その結果を表4に示す。
Figure 2006199928
(4)スタービング性
実施例8〜12で得た水系インクを市販のキヤノン社製のインクジェットプリンター(型番:PIXUS560i)を用いて、XEROX社製4024用紙に標準モードで10枚ベタ印字し、10枚目の印字開始後の印字品質を目視にて観察し、以下の評価基準に基づいて評価した。なお、スタービングの評価については、この方法に限定されるものではない。スタービングとは、プリンターによる印字開始直後にインクカートリッジからのインクの供給が追いつかず、インク切れを起こして、印字物にかすれを生じる現象のことをいう。
〔評価基準〕
◎:かすれなし
○:殆どかすれなし
△:少しかすれあり
×:かすれあり
(5)焦げ性
実施例8〜12で得た水系インクを市販のヒューレット・パッカード(HEWLETT PACKARD )社製のインクジェットプリンター(型番:Deskjet5551)を用いて、XEROX社製4024用紙に所定のテキストパターン200枚印字し、インクカートリッジ内のヒーター部を顕微鏡によって観察し、インクの焦げ性の程度を下記基準にて評価した。なお、焦げ性の評価については、この方法に限定されるものではない。
〔評価基準〕
◎:焦げの付着がわずかに認められる
○:焦げの付着が薄っすらと全面に認められる
×:焦げの付着がはげしい
実施例13
カーボンブラック(Monarch880、キャボット社製)80部の代わりに、シアニンブルーA-334(大日精化工業社製)80部を用いた以外は、実施例8と同様にして固形分濃度20%の顔料含有ビニルポリマー粒子の水分散体及び水系インクを得た。
実施例14
カーボンブラック(Monarch880、キャボット社製)80部の代わりに、ファストイエロー7414(山陽色素社製)80部を用いた以外は実施例8と同様にして固形分濃度20%の顔料含有ビニルポリマー粒子の水分散体及び水系インクを得た。
実施例15
カーボンブラック(Monarch880、キャボット社製)80部の代わりに、ライオノゲンマゼンタRJ01(東洋インキ製造社製)80部を用いた以外は、実施例8と同様にして固形分濃度20%の顔料含有ビニルポリマー粒子の水分散体及び水系インクを得た。
(評価方法)
実施例13〜15で得られた水系インクについて、上記方法と同様にして印字濃度、スタービング性及び焦げ性を評価した。その結果を表5に示す。
Figure 2006199928
本発明の水分散体は、インクジェット記録用水系インクに好適に使用することができる。特に、本発明のインクジェット記録用水系インクは、サーマル方式のインクジェット印刷において好適に使用することができる。

Claims (13)

  1. 着色剤を含有するポリマー粒子の水分散体であって、前記ポリマー粒子を構成するポリマーが、α−メチルスチレンダイマーの存在下で、モノマー混合物を共重合してなるポリマーであるインクジェット記録用水分散体。
  2. 着色剤を含有するポリマー粒子の水分散体であって、前記ポリマー粒子を構成するポリマーが、芳香環を有する重合開始剤及びα−メチルスチレンダイマーの存在下で、モノマー混合物を共重合してなるポリマーであるインクジェット記録用水分散体。
  3. ポリマーが水不溶性グラフトポリマーである請求項1又は2に記載のインクジェット記録用水分散体。
  4. ポリマーが、(a)塩生成基含有モノマー、(b)マクロマー及び(c)疎水性モノマーを含むモノマー混合物を共重合させてなるポリマーである請求項1〜3のいずれかに記載のインクジェット記録用水分散体。
  5. ポリマーの分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)の値が1〜5の範囲内である請求項1〜4のいずれかに記載のインクジェット記録用水分散体。
  6. ポリマーの重量平均分子量が、3,000〜300,000である請求項1〜5のいずれかに記載のインクジェット記録用水分散体。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載の水分散体を含有するインクジェット記録用水系インク。
  8. 下記工程(1)〜(3)を有するインクジェット記録用水分散体の製造方法。
    工程(1):α−メチルスチレンダイマーの存在下で、モノマー混合物を重合して、ポリマーを合成する工程
    工程(2):前記工程(1)で得られたポリマー、着色剤、有機溶媒及び水を混合し、分散処理して、着色剤を含有するポリマー粒子の分散体を得る工程、及び
    工程(3):前記工程(2)で得られた分散体から有機溶媒を除去する工程
  9. 工程(1)における重合時の反応温度が、100〜200℃の範囲内である請求項8に記載のインクジェット記録用水分散体の製造方法。
  10. 工程(1)において、モノマー混合物100重量部に対して、α−メチルスチレンダイマーを1〜30重量部存在させる請求項8又は9に記載のインクジェット記録用水分散体の製造方法。
  11. 工程(1)において、α−メチルスチレンダイマーと芳香環を有する重合開始剤の存在下で、モノマー混合物を重合する請求項8〜10のいずれかに記載のインクジェット記録用水分散体の製造方法。
  12. 工程(1)において、α−メチルスチレンダイマーを含有する有機溶剤中に、モノマー混合物を添加する請求項8〜11のいずれかに記載のインクジェット記録用水分散体の製造方法。
  13. モノマー混合物の添加速度が、α−メチルスチレンダイマー1gに対し0.5〜20g/hである請求項12に記載のインクジェット記録用水分散体の製造方法。
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