JP2008214592A - 着色微粒子、該着色微粒子を含む水系分散体 - Google Patents

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宗由 坂本
Kohei Uehara
高平 上原
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浩光 三澤
Isataka Aoki
功荘 青木
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Abstract

【課題】 本発明は、インクジェット記録用インクの前駆体となる色材または色材の分散体に関し、印刷物の発色性、透明性、光沢感に優れ、耐光性、耐水性、定着性などの画像堅牢性に優れた画像が得られ、それ自体およびインク調製時の保存安定性に優れ、印刷時のヘッド目詰まりがなく吐出安定性に優れた着色微粒子、該着色微粒子を含有する水系分散体を得ることを課題とする。
【解決手段】 樹脂中に油性染料微粒子を含有する着色微粒子であり、前記油性染料微粒子の平均粒径が100nm以下であって着色微粒子の平均粒径が150nm以下であることを特徴とする着色微粒子からなる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、色材または色材の水系分散体に関する。さらに詳しくは、印刷物の発色性、透明性、光沢感に優れ、耐光性、耐水性、定着性などの画像堅牢性に優れた画像が得られ、それ自体およびそれを前駆体として用いたインクなどの最終製品における保存安定性に優れた着色微粒子、該着色微粒子を含有する水系分散体に関するものである。
インクジェット記録は小型、低ランニングコストでありながら、高画質なカラー印刷を可能とするもので、急速にオフィス用途や写真用途に使用されるようになってきた。これらの用途においては、そのインクの特性がそれぞれの用途における印刷品質を大きく左右している。そのインクは通常、色材および色材の分散体を調製し、これらにそれぞれのプリンタの特性に合わせて界面活性剤、浸透剤、湿潤剤または添加剤などを添加してプリンタごとに調製される。つまり、プリンタごとの特性を除外すれば、インクの特性は色材および色材の分散体の特性に大きく左右される。
従来、それらの色材または色材の水系分散体はプリンタからの吐出安定性、インクなどの最終製品における保存安定性、印刷物の発色性を鑑みて、染料が主体で用いられてきた。しかしながら、オフィス、写真用途といった保存性が必要とされる分野においては、染料は水系媒体に溶解するため、耐水性に問題があった。また、染料は光によって色劣化を起こしやすく耐光性に問題があった。さらには、染料は紙などの記録媒体への浸透性が高く、コックリング、フェザーリングや裏うつりなどの浸透性に由来する印刷品質の低下がしばしば見受けられる。
それゆえ、これらの不具合が解消された色材または色材の水系分散体が望まれている。
そこで、近年、耐水性や耐光性などの保存性に優れる顔料が、インクジェット記録用の色材として注目を浴びつつある。
顔料は水などの水系分散媒に溶解せず、粒子として挙動するため、記録媒体に定着した後は水分などで溶出することなく耐水性は良好なものとなる。また、発色に関わるのは粒子表面の発色団であるため、光で多少の発色団が劣化しても粒子内部の発色団が発色するので染料に比較して耐光性は良好である。さらに上記の高い保存性に加え、記録媒体には浸透しづらく、コックリング、フェザーリングや裏うつりなどの記録媒体への浸透性に由来する印刷品質の低下はあまり見受けられない。
しかしながら、その顔料は粒子として挙動しているため、十分な分散を行わないと色材として用いることができない。さらには十分な分散を行っても顔料は染料ほどの発色性を発現できす、彩度が低いことがしばしばであった。
そこで、染料の良さである印刷物の高発色性、吐出安定性、保存安定性と顔料の良さである印刷物の高保存性、記録媒体への浸透性に由来する印刷品質の低下防止を併せ持った色材の開発が求められる。
一方、記録紙や写真用紙などの記録媒体への着色を目的とする場合には、記録媒体への定着性を向上し、さらには高い発色性や光沢感を与えるための樹脂バインダーが必要となる。従来、樹脂バインダーとして溶解した樹脂や分散した樹脂エマルジョンが用いられ、単純に分散体やインクに添加することで調製されてきた。しかし、樹脂の単純添加による粘度の上昇や、顔料との相互作用による顔料分散の不安定化を招きやすく、プリンタヘッドの目詰まりの原因となりがちであった。そこで、上記の色材の開発とともに、粘度の上昇や分散の不安定化を招かない樹脂の開発が求められる。
そこで、染料の良さと顔料の良さを併せ持った色材を得る手段として、染料を粒子として取り扱えるよう微粒子化すること、調製した染料微粒子を水系分散媒に溶解することなく、また、簡便に水系分散媒中で分散できるよう染料微粒子の表面に樹脂皮膜を形成し、分散させることが挙げられ、この2つが同時に機能することによって染料の良さと顔料の良さを併せ持った色材または色材の水系分散体が調製できると考えられる。
従来の技術として、微粒子化の技術としては、色材を硫酸に溶解して水中に投入するアシッドペースティング法と呼ばれる技術(特許文献1)、水不溶性色材をアルカリ存在下で非プロトン性極性有機溶剤に溶解した後、酸で中和して微細な色材を得る技術(特許文献2)、水不溶性色材と界面活性剤をアルカリ存在下で非プロトン性極性有機溶剤に溶解し、水中に投入して微細な色材を得る技術(特許文献3)、水不溶性色材と樹脂などの分散剤をアルカリ存在下で非プロトン性極性有機溶剤に溶解し、水中に投入して微細な色材を得た後、酸析と再分散を行い、高濃度で微細な色材を得る技術(特許文献4)、水不溶性色材をアミド系有機溶剤に溶解し、水中に投入することで微細な色材を得る技術(特許文献5)、染料を樹脂に溶解し、これを微粒子化し着色した樹脂微粒子を得る技術(特許文献6〜15)が知られている。また、樹脂バインダーを粘度の上昇を伴わず添加する方法としては、水不溶性色材の周りに樹脂を被覆して分散させたマイクロカプセル分散体、インクが提案されている(特許文献16、17)
特開平9−221616号公報 特開平11−209641号公報 特開2003−26972号公報 特開2004−43776号公報 特開2004−91560号公報 特開昭62−95366号公報 特開2000−191968号公報 特開2002−97395号公報 特開2002−332441号公報 特開2004−315656号公報 特開2005−29610号公報 特開2005−68267号公報 特開2005−97347号公報 特開2005−171039号公報 特開2006−169361号公報 特開平9−151342号公報 特開平10−140065号公報
前記特許文献1には、色材を硫酸に溶解して、水中に投入した後、顔料分散剤を加えて分散させた分散体、インクが記載されているが、分散粒径は100nm以上と大きく十分な発色性、透明性が発揮されているとは言い難いものである。
また、前記特許文献2には、色材をアルカリ存在下で非プロトン性極性有機溶剤に溶解した後、酸で中和した微細な色材が記載されているが、分散までは至っていない。
また、前記特許文献3には、色材と界面活性剤をアルカリ存在下で非プロトン性極性有機溶剤に溶解し、水中に投入して微細な色材分散体を得る技術が記載されている。しかし、界面活性剤のみでの分散安定化では、インクジェット記録用インク、カラーフィルター用インクとして水性溶剤を加えた段階で凝集を起こし、上記用途では優れた特性を発揮できるとは言い難いものである。
また、前記特許文献4には、色材と樹脂などの分散剤をアルカリ存在下で非プロトン性極性有機溶剤に溶解し、水中に投入して微細な色材を得た後、酸析と再分散を行い、高濃度で微細な色材を得る技術が記載されている。しかし、酸析工程で顔料粒子の会合を防ぐことが出来ないため、その後、アルカリによる中和を行っても、サイズの整ったナノメートルオーダーの油性染料を安定して得られるとは言い難いものである。
また、前記特許文献5には、色材をアミド系有機溶剤に溶解し、水中に投入することで微細な色材を得る技術が記載されている。しかし、系内に分散を安定化させる処置がされていないので、実際に色材として使用できる濃度まで濃縮およびアミド系有機溶剤を除く操作を行うと、著しい凝集を発生し、実用には耐えられない。
また、前記特許文献6乃至15には、染料を樹脂とともに有機溶剤に溶解し、乳化剤とともに水中に投入し、乳化した後、有機溶剤を留去することで、染料で染着された樹脂微粒子、水系分散体またはインクを得る技術が記載されている。しかし、染料が樹脂中に溶解された状態で発色するものであるので、耐光性が十分とは言い難いものである。
また、前記特許文献16乃至17には、顔料の周りに樹脂を被覆することで分散した分散体、インクが記載されているが、この分散液および記録液は、顔料成分の微細化の処方を採っておらず、また、色材成分が顔料のため、発色性、透明感において十分とは言い難いものである。
そこで、本発明は、超微細な油性染料微粒子を調製し、その後に樹脂による高度な分散安定化をすることで、発色性、透明性、光沢感に優れ、耐水性、耐光性、定着性といった堅牢性を備えた画像を表現できるインクジェット記録用着色微粒子および着色微粒子を含む水系分散体を提供することを技術的課題とする。
前記技術的課題は、次のとおりの本発明によって達成することができる。
すなわち、本発明は、樹脂中に油性染料微粒子を含有する着色微粒子であり、前記油性染料微粒子の平均粒径が100nm以下であって着色微粒子の平均粒径が150nm以下であることを特徴とする着色微粒子である(本発明1)。
また、本発明は、着色微粒子中に含まれる樹脂が、スチレンアクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、またはそれら二種以上の共重合体樹脂から選ばれたアニオン樹脂であり、酸価が50mgKOH/g以上であることを特徴とする請求項1に記載の着色微粒子である(本発明2)。
また、本発明は、着色微粒子中に含まれるアニオン樹脂の酸性基の一部が架橋されていることを特徴とする本発明1または2の着色微粒子である(本発明3)。
また、本発明は、着色微粒子中に水不溶性無機微粒子を含有し、前記水不溶性無機微粒子が油性染料微粒子に対して1〜50%含まれることを特徴とする本発明1乃至3のいずれかに記載の着色微粒子である(本発明4)。
また、本発明は、着色微粒子中に含まれる水不溶性無機微粒子が、酸化ケイ素、酸化チタン、アルミニウム化合物から選ばれた一種または二種以上からなることを特徴とする本発明1乃至4のいずれかに記載の着色微粒子である(本発明5)。
また、本発明1乃至5のいずれかに記載の着色微粒子を水系分散媒に分散させたことを特徴とする水系分散体である(本発明6)。
また、本発明6に記載の水系分散体であって、水系分散体の分散粒径において、個数換算分布の累計90%粒径(P90)が200nm以下であることを特徴とする水系分散体である(本発明7)。
また、本発明6または7に記載の水系分散体であって、水系分散体の分散粒径において、個数換算分布の累計90%粒径(P90)と個数換算分布の累計50%粒径(P50)の比(P90/P50)が5以下であることを特徴とする水系分散体である(本発明8)。
本発明に係る着色微粒子は、油性染料を超微細な微粒子状態で着色微粒子中に含有するものであり、油性染料自体の高い発色性を発揮できるとともに、微細なことによる優れた発色性、透明性を呈するものである。また、油性染料が微粒子として挙動するため、通常の染料よりも耐水性、耐光性が高い。さらに、樹脂が記録媒体とのバインダーとして機能し、光沢感に優れ、耐水性、耐光性、定着性などの堅牢性を備えた画像を表現できる。
また、水系分散体調製時およびインク調製時の分散安定性が良好であるので、インクジェット記録用インクの前駆体となる色材として好適である。
本発明に係る水系分散体は、前述したとおりの特性を有する着色微粒子からなるので、発色性、透明性、光沢感に優れ、耐水性、耐光性、定着性などの堅牢性を備えた画像を表現できるとともに、それ自体およびインク調製時の分散安定性が良好であり、インクジェット記録用インクの前駆体となる色材分散体として好適である。
本発明の構成をより詳しく説明すれば次のとおりである。
まず、本発明に係る着色微粒子について述べる。
本発明に係る着色微粒子は、超微細に調製した油性染料微粒子を含有するものであり、平均粒径が150nm以下である。着色微粒子の平均粒径が150nmを超える場合、十分なインクジェット吐出性を発揮できなくなる。好ましくは平均粒径が140nm以下であり、より好ましくは30〜130nmである。
本発明に係る着色微粒子中の油性染料微粒子の平均粒径は100nm以下である。油性染料微粒子の平均粒径が100nmを超える場合、十分な透明性を発揮できなくなる。好ましくは平均粒径が80nmであり、さらに好ましくは10〜60nmである。
着色微粒子中の油性染料微粒子の平均結晶子サイズは50nm以下であることが好ましい。平均結晶子サイズが50nmを超える場合、十分な透明性を発揮できなくなる。より好ましくは45nm以下であり、さらに好ましくは10〜40nmである。
着色微粒子中の樹脂は、アニオン樹脂であり、樹脂に対し塩基性化合物を加えると酸性基が中和され、親水化する樹脂であり、スチレンアクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、または前記樹脂の二種類以上が共重合されたものが好ましい。例えば、スチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、4−エチルスチレン、α−メチルスチレン、クロロスチレン、ブロモスチレン、ジビニルベンゼン、トリビニルベンゼン、4−メトキシスチレン、4−シアノスチレン、1−ビニルナフタレン、2−ビニルナフタレン、2−ビニルフェナントレン、スチレンマクロマーなどのスチレン系モノマーおよびその誘導体から選ばれたモノマーの重合体、または、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸エチルヘキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸ラウリル、アクリロニトリル、アクリルアミド、アクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸エチルヘキシル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸グリシジル、メタクリロニトリル、メタクリルアミド、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、イタコン酸、イタコン酸メチル、イタコン酸エチル、フマル酸、フマル酸ジメチル、フマル酸ジエチル、マレイン酸、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、クロトン酸、クロトン酸メチル、クロトン酸エチル、メタクリル酸メチルマクロマーなどのアクリル酸系モノマーおよびその誘導体から選ばれたモノマーの重合体、または、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタレン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレシ−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−アクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸ハーフエステル共重合体、スチレン−マレイン酸ジエステル共重合体、アクリル酸−メタクリル酸共重合体、アクリル酸−メタクリル酸エステル共重合体、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−メタクリル酸メチル−アクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸−アクリル酸共重合体などの二種類以上のそれらのモノマーから重合されるブロック共重合体、ランダム共重合体、あるいはグラフト共重合体などのスチレンアクリル樹脂や、側鎖型、片末端型、両末端型、側鎖両末端型の変性シリコーンオイルなどのシリコーン樹脂や、テレフタル酸、イソフタル酸、オルソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、スルホイソフタル酸ナトリウム、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,10−デカンジカルボン酸、ダイマー酸などの二価カルボン酸、トリメリット酸、ピロリメット酸などの三価以上のカルボン酸などの多価カルボン酸と、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、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、1,9−ノナンジオール、ネオペンチルグリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリテトラエチレングリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物などの2価アルコール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどの3価以上のアルコールなどの多価アルコールのエステル結合による重合体、あるいはそれらのブロック共重合体、ランダム共重合体、グラフト共重合体などのポリエステル樹脂や、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリ(エチレンアジペート)、ポリ(ジエチレンアジペート)、ポリ(プロピレンアジペート)、ポリ(テトラメチレンアジペート)、ポリ(ヘキサメチレンアジペート)、ポリ−ε−カプロラクトン、ポリ(ヘキサメチレンカーボネート)、シリコーンポリオールなどのポリオールと、トリレンジイソシアネート、4,4−ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、水素化トリレンジイソシアネート、水素化4,4−ジフェニルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネートなどのイソシアネートのウレタン結合による重合体、あるいはそれらのブロック共重合体、ランダム共重合体、グラフト共重合体などのウレタン樹脂、あるいはスチレンアクリル樹脂−ポリエステル樹脂共重合体、スチレンアクリル樹脂−ウレタン樹脂共重合体などの樹脂間の共重合体などが挙げられ、樹脂中にカルボキシル基、もしくはスルホン酸基、硫酸エステル基、リン酸エステル基などの酸性基をもつアニオン樹脂である。
樹脂の中和後の親水度はその樹脂の酸価によって左右される。樹脂を水系分散媒中で良好に分散させるという点から、樹脂はある一定以上の酸価を持つことが必要とされる。樹脂の酸価としては50mgKOH/g以上であることが好ましい。より好ましくは50〜300mgKOH/gであり、さらに好ましくは100〜250mgKOH/gである。
また、油性染料微粒子との密着性を考慮に入れると、ある程度の分子量の樹脂であることが必要であり、その点から、重量平均分子量は1,000〜25,000が好ましい。より好ましくは1,500〜20,000であり、さらに好ましくは2,000〜18,000である。
着色微粒子中に含まれるアニオン樹脂の酸性基の一部は架橋剤により架橋されていてもよい。架橋により、油性染料微粒子が強く樹脂と結着し、分散安定化効果の向上が期待できる。また、水溶性の強い油性染料成分の水系分散媒中への染み出しをより抑制することも可能となる。架橋剤としては、樹脂の酸性基と反応して架橋するものが好ましく、側鎖にカルボジイミド基、ヒドラジド基、オキサゾリジン基などをもつ樹脂が好ましく、具体的には、カルボジイミド基をもつものとしては日清紡製カルボジライトV−02,V02−L2,V−04,E−01,E−02など、ヒドラジド基をもつものとしては、イソフタル酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、セバチン酸ジヒドラジド、ドデカン二酸ジヒドラジド、1,6−ヘキサメチレンビス(N,N’−ジセミカルバジド)、1,1,1’,1’−テトラメチル4,4’−(メチレン−ジ−p−フェニレン)ジセミカルバジドなど、オキサゾリジン基をもつものとすれば、日本触媒製エポクロスWS−500,WS−700,K−1010E,K−2010E,K−1020E,K−2020E,K−1030E,K−2030E、などが挙げられる。
架橋の度合いとしては、着色微粒子中のアニオン樹脂の酸性基の5〜50重量%と反応できる量の架橋剤を加えて反応させたものが好ましい。5重量%未満の場合は、架橋の効果が現れにくい。油性染料微粒子によっては水系分散媒に拡散しやすく、記録媒体に印刷した折、にじみを発生する可能性がある。50重量%を超える場合は、樹脂の親水度が損なわれ、分散の不安定化を招き易い。より好ましくは10〜40重量%である。
なお、架橋された樹脂は有機溶媒への溶解度が著しく低くなり、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、酢酸エチルなどへの溶解度が5重量%以下であることが好ましい。より好ましくは1.5重量%以下である。
着色微粒子中の樹脂の割合は、樹脂が着色微粒子中に10〜90重量%含まれることが好ましい。10重量%未満の場合は、水系分散媒に分散するとき、油性染料微粒子の表面性が分散に対して支配的となり、分散安定性が低下し、インクとして用いることが困難になる。また、90重量%を超える場合は、油性染料微粒子に対して樹脂分が多すぎ、適度な色濃度で水系分散媒に分散して用いようとする場合、粘度が上昇しやすく、使用が難しい。より好ましくは20〜80重量%である。
本発明に係る着色微粒子の油性染料としては、水系分散媒に不溶で、本発明を達成できるものであれば、いかなるものでも使用できる。さらに好ましくは、油性染料の微粒子化操作中に変質しないものがよい。具体的には印刷インキ、塗料、樹脂組成物の着色材などとして用いられている油溶性染料、分散染料、建染染料などを使用することができる。
なお、要求される色相に応じて前記油性染料を同時に用いてもよい。また、求められる色相および特性などに応じて同系色の色であっても二種以上を用いてもよい。
油溶性染料としては、Solvent−Red1、2、3、4、8、13、18、23、24、25、26、27、30、32、43、44、45、49、51、52、60、72、73、79、89、91、92、109、111、122、124、127、132、135、146、168、179、195、197、212、218、242、Solvent−Blue2、3、4、5、6、7、8、11、13、23、24、35、36、38、44、45、59、66、70、74、78、104、122、124、Solvent−Yellow2、5、6、7、13、14、15、16、18、19、21、29、32、33、44、51、56、62、72、79、82、83、83:1、93、94、98、114、116、133、145、163、167、176、Solvent−Black3、5、7、27、29、34、45、Solvent−Green1、3、5、7、28、Solvent−Orange2、5、41、45、54、56、60、62、63、86、Solvent−Violet3、8、9、11、13、31、37、49、56、59、Solvent−Brown1、41、43、53などが挙げられる。
分散染料としては、Disperse−Red1、4、11、13、17、50、54、58、60、72、73、74、82、86、88、91、92、93、111、126、127、134、135、143、145、146、152、153、154、159、164、167、167:1、177、179、181、191、204、206、207、221、239、240、258、277、278、283、311、323、338、343、348、356、362、364、Disperse−Blue1、3、7、14、26、31、35、56、60、72、73、77、79、87、106、113、124、128、143、148、154、158、165、165:1、165:2、176、183、185、197、198、201、214、224、225、257、266、267、284、287、291、301、334、354、358、359、365、366、367、368、Disperse−Yellow3、5、9、14、23、42、54、64、79、82、83、93、99、100、114、119、121、122、124、126、134、160、184、184:1、186、198、199、204、211、224、237、211、241、332、Disperse−Green6:1、9、Disperse−Orange1、3、11、25、29、30、31、31:1、33、44、49、54、56、66、73、118、119、163、Disperse−Violet1、26、27、28、33、35、63、77、93、96、Disperse−Brown1、19などが挙げられる。
建染染料としては、Vat−Red1、10、13、14、15、18、23、29、31、41、Vat−Blue1、4、5、6、14、20、21、25、26、30、43、64、Vat−Yellow1、2、4、5、10、12、20、27、28、29、33、Vat−Black16、25、27、29、Vat−Green1、3、8、9、11、12、Vat−Orange1、2、3、4、7、9、11、15、16、17、26、Vat−Violet1、9、15、16、Vat−Brown1、3、5、45、57などが挙げられる。
着色微粒子中の油性染料微粒子の割合は、着色微粒子中に油性染料微粒子が10〜90重量%含まれることが好ましい。10重量%未満の場合は、油性染料に対して樹脂分が多すぎ、適度な色濃度で水系分散媒に分散して用いようとする場合、粘度が上昇しやすく、使用が難しい。90重量%を超える場合は、水系分散媒に分散するとき、油性染料微粒子の表面性が分散に対して支配的となり、分散安定性が低下し、インクとして用いることが困難になる。より好ましくは20〜80重量%である。
本発明に係る着色微粒子は、油性染料微粒子とともに水不溶性無機微粒子を含有してもよい。この水不溶性無機微粒子は界面活性粉体として働き、系全体として微粒子の分散を微細に安定化させる機能を持つ。また、この水不溶性無機微粒子は光の紫外可視領域における短波長側に吸収帯を持つため、太陽光や蛍光灯などの光の紫外可視領域における短波長側を吸収し、色材の光による劣化を防ぎ、印刷物の耐光性を向上させることができる。
水不溶性無機微粒子の含有割合は油性染料微粒子に対して1〜50重量%が好ましい。50重量%を超える場合には、油性染料微粒子の含有量が低下するため好ましくない。より好ましくは1〜40重量%である。
水不溶性無機微粒子としては、Mg、Ca、Ba、Ti、Zr、Ta、V、Nb、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Au、Zn、Al、Ga、Si、Geから選ばれた一種または二種以上の元素の酸化物、水酸化物、炭酸塩、硫酸塩からなる化合物であり、着色とは直接関係ないものが好ましい。例えば、シリカなどの酸化ケイ素微粒子、ルチル、アナターゼなどの酸化チタン微粒子、アルミナ、ベーマイトなどのアルミニウム化合物微粒子、炭酸カルシウム微粒子、マグネシア、ハイドロタルサイトなどのマグネシウム化合物微粒子、酸化亜鉛微粒子、硫酸バリウム微粒子、ヘマタイト、マグネタイト、ゲーサイトなどの酸化鉄微粒子であり、好ましくは酸化ケイ素微粒子、酸化チタン微粒子、アルミニウム化合物微粒子である。
なお、水不溶性無機微粒子自体に着色性がある場合、例えば、ブラック(例えばC.I.Solvent−Black5,7など)を色材として用いる場合に黒色マグネタイトなどのような同色系のものを使用することができ、また、多少色相が相違する場合であっても、油性染料として使用される色材の色相を阻害しないものであれば使用することができる。
水不溶性無機微粒子の粒子形状は、球状、粒状、多面体状、針状、紡錘状、米粒状、フレーク状、鱗片状および板状など、いずれの形状であってもよいが、樹脂に含有させることや分散を考慮した場合、球状、粒状、多面体状が好ましい。
水不溶性無機微粒子の平均粒径は1〜50nmが好ましく、より好ましくは10〜45nmである。BET比表面積は1〜300m/gが好ましい。
水不溶性無機微粒子は、表面水酸基による凝集を防止する目的、界面活性や樹脂との吸着性を向上する目的のために疎水性の表面処理をされてもよい。疎水性の表面処理剤としてはシラン系表面処理剤、チタン系表面処理剤や、水不溶性無機微粒子表面に有機反応を介して結合する有機化合物、または、界面活性剤や疎水性樹脂などの疎水性の表面処理が可能な物質が挙げられ、一種または二種以上を混合して用いることができる。
シラン系表面処理剤としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、トリメチルトリメトキシシラン、トリエチルエトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、トリフェニルエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサフェニルジシラザン、トリメチルシラン、アリルジメチルクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、β−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、トリオルガノシランメルカプタン、トリメチルシリルメルカプタン、トリオルガノシリルアクリレート、ビニルジメチルアセトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン、1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン、1,3−ジフェニルテトラメチルジシロキサンなどが挙げられる。
チタン系表面処理剤としては、イソプロポキシチタン・トリイソステアレート、イソプロポキシチタン・ジメタクリレート・イソステアレート、イソプロポキシチタン・トリドデシルベンゼンスルホネート、イソプロポキシチタン・トリスジオクチルホスフェート、イソプロポキシチタン・トリN−エチルアミノエチルアミナト、チタニウムビスジオクチルピロホスフェートオキシアセテート、ビスジオクチルホスフェートエチレンジオクチルホスファイト、ジn−ブトキシ・ビストリエタノールアミナトチタンなどが挙げられる。
水不溶性無機微粒子表面に有機反応を介して結合する有機化合物としては、カプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、ベヘニン酸、牛脂脂肪酸、ヒマシ硬化脂肪酸、大豆脂肪酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、リノール酸、α−リノレイン酸、γ−リノレイン酸などの脂肪酸およびその塩あるいはそのエステルあるいはその酸クロライド、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、セチルアルコール、オクチルアルコール、デシルアルコール、セトステアリルアルコール、ステアリルアルコール、2−オクチルドデカノール、ベヘニルアルコールなどの高級アルコール、グリシン、アラニン、フェニルアラニン、ロイシン、イソロイシン、バリンなどの疎水性アミノ酸、疎水性アミノ酸を多く含むペプチドやたんぱく質、チオフェノール、ブタンチオール、ペンタンチオール、ヘキサンチオール、ヘプタンチオール、オクタンチール、デシルシオール、ドデシルチオールなどのチオール、エチルクロライド、ブチルクロライド、ペンチルクロライド、ヘキシルクロライド、ベンジルクロライドなどのハロゲン化アルキル、ベンゾイルクロライド、ヘキシルカルボキシクロライドなどの酸クロライドなどが挙げられる。
界面活性剤としては、モノステアリン酸グリセリン、モノオレイン酸グリセリン、モノカプリル酸グリセリン、モノステアリン酸プロピレングリコール、モノステアリン酸ソルビタン、ジステアリン酸ソルビタン、トリステアリン酸ソルビタン、モノオレイン酸ソルビタン、ジオレイン酸ソルビタン、トリオレイン酸ソルビタン、セスキオレイン酸ソルビタン、ヤシ油脂肪酸ソルビタン、モノパルミチン酸ソルビタン、イソステアリルグリセリルエーテル、塩化ラウリルトリメチルアンモニウム、塩化セチルトリメチルアンモニウム、塩化ステアリルトリメチルアンモニウムなどが挙げられる。疎水性樹脂としては、ポリスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレンおよびその置換体の単重合体;スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタレン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレシ−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−アクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体;ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルブチラール、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族または脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、パラフィンワックス、カルナバワックスなどが挙げられる。
疎水性の表面処理の処理量は水不溶性無機微粒子に対し、1〜50重量%が好ましく、より好ましくは1〜30重量%である。
次に、本発明に係る水系分散体について述べる。
本発明に係る水系分散体は、前記着色微粒子が水系分散媒に分散されたものである。
本発明に係る水系分散体は、水系分散媒として、水と、必要に応じて水溶性有機溶剤、界面活性剤、pH調整剤、防腐剤および添加剤を含むことができる。水系分散体における水溶性有機溶剤、界面活性剤、pH調整剤、防腐剤および添加剤の割合は、1〜50重量%が好ましく、より好ましくは1〜30重量%である。
水溶性有機溶剤としては、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、テトラエチレングリコール、ヘキシレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,3−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、グリセロール、などの多価アルコール、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、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メチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテルなどの多価アルコールアルキルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテルなどの多価アルコールアリルエーテル、N−メチル−2−ピロリドン、1,3−ジメチルイミダゾリジノン、γ−ブチロラクロン、などの含窒素複素環化合物、N,N−ジメチルホルムアミド、尿素などのアミド、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、などのアミン類、チオジエタノール、スルホラン、ジメチルスルホキシドなどの含硫黄化合物が用いられ、単独で用いても、混合して用いてもよい。
界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤もしくはノニオン系界面活性剤を用いることができる。アニオン系界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル酢酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル、ドデシルベンゼンスルホン酸塩、ラウリル酸塩などが挙げられる。ノニオン系界面活性剤としては、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アルキルエステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミド、2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオール、3,6−ジメチル−4−オクチン−3,6−ジオール、3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オールなどのアセチレングリコール系(例えばエアープロダクツ製のサーフィノール104、420、440、465、485など)などが挙げられ、一種または二種以上を混合して用いることができる。
pH調整剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどの無機塩類、または、アンモニア、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、N−メチルジエチルアミン、モルホリン、N,N−ジメチルアミノエタノール、N,N−ジエチルアミノエタノール、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール、モノエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、N−エチルジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどの有機アミン類などが挙げられ、一種または二種以上を混合して用いることができる。
防腐剤としては、必要に応じ、アルキルイソチアゾロン、クロルアルキルイソチアゾロン、ベンズイソチアゾロン、ブロモニトロアルコール、オキサゾリジン、クロルキシレノールなどが挙げられ、一種または二種以上を混合して用いることができる。
添加剤としてはエチレンジアミン四酢酸、ジアザビシクロオクタンなどのキレート剤、デオキシコール酸、ウルソデオキシコール酸、ケノデオキシコール酸などのコレステロール類、グルコース、マンノース、フルクトース、リボース、キシロース、アラビノース、ガラクトース、マルトース、セルビオース、ラクトース、スクロース、トレハロース、セルロース、デキストリン、(α−、β−、γ−)シクロデキストリンなどの糖類、カリクスアレン、クラウンエーテル、クリプタンドなどの環状化合物などが挙げられ、一種または二種以上を混合して用いることができる。
本発明に係る水系分散体の分散粒径は、個数換算分布の累積10%粒径(P10)が10nm以上が好ましく、より好ましくは30〜90nmである。また、個数換算分布の累積50%粒径(P50)は130nm以下が好ましく、より好ましくは50〜120nmである。また、個数換算分布の累積90%粒径(P90)は200nm以下が好ましく、より好ましくは195nm以下、さらに好ましくは65〜190nmである。
本発明に係る水系分散体の分散粒径において、前記個数換算分布の累積90%粒径(P90)と個数換算分布の累積50%粒径(P90)との粒径比(P90/P50)が5.0以下であることが好ましい。前記粒径比が5.0を超える場合、散乱光が発生し、透明性が低下する場合がある。より好ましくは3.0以下であり、さらにより好ましくは2.0以下である。
本発明に係る水系分散体の粘度は、10.0mPa・s以下が好ましい。粘度が10.0mPa・sを越える場合には、これを用いて調製したインクジェット用インクの粘度が大きくなり好ましくない。より好ましくは8.0mPa・s以下である。下限値は1.0mPa・s程度である。
本発明に係る水系分散体中の着色微粒子の含有量は、油性染料の濃度として1〜40%が好ましい。1%未満の場合には、色濃度が希薄であるため、各種用途におけるインクとして用いることが困難である。40%を超える場合には、十分に分散させることが困難となる。より好ましくは2〜30%である。
次に、本発明に係る着色微粒子および水系分散体の製造法について述べる。
本発明では、まず、油性染料を非プロトン性有機溶剤に溶解し、水系分散媒中で析出させて、油性染料微粒子のスラリーを得る。このスラリーを洗浄、濃縮して油性染料微粒子の高濃度スラリーを得る。これに、樹脂、界面活性剤、イオン交換水、必要に応じて水不溶性無機微粒子を加えて、樹脂が油性染料微粒子表面上に吸着した状態で油性染料微粒子を十分に分散させる。さらに、必要に応じて樹脂の架橋を行なってもよい。この段階では、樹脂が水中に拡散しやすく、経時による分散の不安定化を招き易い。そこで、一旦、酸などの樹脂成分を疎水化する成分を添加し、油性染料微粒子の周りに樹脂皮膜を形成した着色微粒子を調製する。これを水洗し、再分散することによって、着色微粒子および水系分散体を得る。
本発明に係る着色微粒子および水系分散体は微粒子化工程、濃縮工程、分散工程、析出工程、水洗工程、再分散工程および後処理工程の各工程を経て得ることができる。
微粒子化工程は、油性染料を非プロトン性有機溶剤に溶解させ、これを溶解液とし、次に、必要に応じて、界面活性剤や水性有機溶剤を含んだ水系分散媒に溶解液を速やかに添加して油性染料微粒子を調製する工程である。
非プロトン性有機溶剤としては、1−メチル−2−ピロリドン、1,3−ジメチルイミダゾリジノン、γ−ブチロラクトンなどの含窒素複素環化合物、N,N−ジメチルホルムアミド、テトラメチル尿素、ヘキサメチルホスホルアミド、ヘキサメチルホスホロトリアミドなどのアミド、ピリジン、2−メチルピリジンなどの環状アミン、アセトン、2−ブタノン、シクロヘキサノンなどのケトン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル、ジメチルスルホキシド、スルホランなどの含硫黄化合物、アセトニトリル、ベンゾニトリル、プロピオニトリルなどのニトリルなどが挙げられる。
水系分散媒に溶解液を添加して、油性染料微粒子を形成する際、晶出スピードを上げ、より微細で均一な粒子もしくは結晶とするために、微粒子化工程に高圧ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、内部循環型攪拌機、外部循環型攪拌機または薄膜旋回型高速攪拌機などの分散機を使用することができる。
濃縮工程は、微粒子化工程にて調製した油性染料微粒子の濃度を上げ、分散工程に適した濃度のスラリーに調整する工程である。
濃縮を行う際は、エバポレータ、蒸留塔などによる蒸留や、フィルター、クロスフロー濾過膜、限外濾過膜、逆浸透膜などによる濾過、遠心分離機などの遠心分離、凍結乾燥またはクロマトグラフィなどを用いることができる。
分散工程は親水化したアニオン樹脂を上記のスラリーに添加し、必要に応じて界面活性剤、水不溶性無機微粒子などを加え、高圧ホモジナイザーなどによる高圧分散機、ホモジナイザー、ホモミキサーなどによる高速攪拌機、ビーズミルやロールミルなどの混練分散機、超音波ホモジナイザーなどによる超音波分散機などの分散機により、油性染料微粒子を水系分散媒中に分散させる工程である。
さらに必要に応じ、架橋剤を加え、架橋反応を行なうことにより、アニオン樹脂の側鎖にある酸性基の一部を架橋させることもできる。この架橋は分散が安定化するとともに、油性染料成分が水系分散媒中に溶解して拡散することを抑制する効果もある。
アニオン樹脂は、樹脂に塩基性化合物を加えて酸性基を中和して親水化することができる。具体的には、スチレンアクリル樹脂、スチレンアクリルシリコーン樹脂、ポリエステル樹脂またはウレタン樹脂などのアニオン樹脂に対し、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム若しくは水酸化リチウムなどの無機塩類、または、アンモニア、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、N−メチルジエチルアミン、モルホリン、N,N−ジメチルアミノエタノール、N,N−ジエチルアミノエタノール、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール、モノエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、N−エチルジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジエタノールアミン若しくはトリエタノールアミンなどの有機アミン類などの塩基性化合物を添加して得ることができる。
析出工程は、樹脂部分の酸性基を酸化することで油性染料微粒子の周りに強固な樹脂皮膜を形成した着色微粒子を析出、沈殿させる工程である。加える酸としては硫酸、塩酸またはリン酸等の無機酸、蟻酸、酢酸、クエン酸またはシュウ酸等の有機酸などであり、析出後のpHは2〜4の範囲が好ましい。
水洗工程は、析出工程で得られた着色微粒子の沈殿物を遠心分離や吸引濾過、加圧濾過などの濾過工程により水系分散媒から分離し、さらに同操作にて洗浄することで、加えた酸、塩などの不純物を取り除く工程である。
再分散工程は、前工程で水洗された着色微粒子の沈殿物に塩基性物質を加えて、再びアニオン樹脂の一部を親水化し、水中に分散させ、着色微粒子の水系分散体を得る工程である。加える塩基性物質としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどの無機塩類、または、アンモニア、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、N−メチルジエチルアミン、モルホリン、N,N−ジメチルアミノエタノール、N,N−ジエチルアミノエタノール、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール、モノエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、N−エチルジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどの有機アミン類などであり、再分散後のpHは7〜11の範囲が好ましい。
後処理工程は、得られた水系分散体に含まれる粗大な粒子や不純物をフィルター濾過、遠心分離を行うことで取り除き、さらにイオン交換水添加による希釈もしくは限外濾過、逆浸透膜濾過、減圧蒸留などの精製濃縮を行い、着色微粒子濃度を調節する工程である。
本発明においては、着色微粒子として取り出す必要がある際には、後処理工程を経た分散体を、限外濾過、逆浸透膜濾過、遠心分離、スプレードライ、凍結乾燥などの定法により取り出せばよい。
本発明に係る着色微粒子は水性分散媒中で調製されるため、後処理工程後の水系分散体をそのまま本発明に係る水系分散体とすることができる。
<作用>
本発明に係る着色微粒子は、油性染料微粒子と、必要に応じ水不溶性無機微粒子を樹脂で包含した着色微粒子である。油性染料微粒子が顔料にはない優れた発色性、透明性を発揮している。また、水中に溶解しないため十分な耐水性を兼ね備えている。さらには水系分散体の調製時、あるいはインク調製時の分散安定性、およびインク吐出安定性を発揮する。また、水不溶性無機微粒子を含む場合は、これが界面活性粉体として働き、分散性が向上する。さらに、高発色性、高透明性を発揮できる。
また、水不溶性無機微粒子が印刷後、短波長側の光を吸収するため、色材の光による劣化を防ぎ、耐光性が向上すると本発明者は推定している。
本発明に係る水系分散体は、前述したとおりの特性を有する着色微粒子からなるので、高度の分散安定性を発揮するとともに、印刷物の高発色性、高光沢感、高透明性、高耐水性、高耐光性、高定着性を発揮する。
次に、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。尚、文中「部」および「%」とあるのは質量による基準とする。また、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。
赤外吸収スペクトルは、島津フーリエ変換赤外分光光度計FTIR−8700により測定された。
着色微粒子および油性染料微粒子の平均粒径は、日本分光製透過型電子顕微鏡JEM1200EX02によって撮影された粒子の透過像を基にして、ソフトイメージングシステム製の画像解析ソフト、アナリシスプロにて算出された個数換算分布の累積50%粒径(D50)で表示された。
BET比表面積は、ユアサアイオニクス製モノソーブMS−21により測定された。
炭素含有量は、ホリバ製炭素・硫黄分析装置EMIA−820Wにより測定された。
油性染料の平均結晶子サイズは、理学電機製X線回折装置RINT2500によって計測されたX線回折スペクトルを基に、Sherrer法によって見積もられた。
樹脂の重量平均分子量は、日立高速液体クロマトグラフLaChrom Elite、東ソー製SECカラムTSKgelMultiporeHXL−MによるGPC法によって測定された。
樹脂の酸価は、JIS K 2501の電位差滴定法(酸価)に従って測定された。
分散粒径は、大塚電子製濃厚系粒径アナライザーFPAR−1000により測定され、個数換算分布の累積10%粒径(P10)、累積50%粒径(P50)、および、累積90%粒径(P90)で表示された。
粘度は、東機産業製E型粘度計TV−30により測定された。
油性染料の濃度は、島津自記分光光度計UV−2100により、紫外・可視吸収スペクトルの極大波長における吸光係数を測定し、各油性染料の吸光係数との比較により、算出された。
(アニオン樹脂合成例1)
コンデンサー、滴下ロート、温度計、窒素導入管を備えた4ッ口フラスコに2−ブタノン1000重量部を仕込み、マグネチックスターラーにて攪拌しながら、窒素置換を行なった。この4ツ口フラスコをオイルバスにより、80℃に昇温し、滴下ロートより、スチレン30重量部、α−メチルスチレン25重量部、メタクリル酸メチル25重量部、メタクリル酸10重量部、アクリル酸10重量部を4時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で15時間反応させた。この溶液をエバポレータにかけ、2−ブタノンを留去した後、ヘキサンを加えて樹脂分を分離し、ヘキサンで洗浄、乾燥してスチレンアクリル樹脂1を得た(酸価140mgKOH/g、重量平均分子量12,000)。
(アニオン樹脂合成例2)
コンデンサー、滴下ロート、温度計、窒素導入管を備えた4ッ口フラスコに2−ブタノン1000重量部を仕込み、マグネチックスターラーにて攪拌しながら、窒素置換を行なった。この4ツ口フラスコをオイルバスにより、80℃に昇温し、滴下ロートより、スチレン25重量部、α−メチルスチレン25重量部、メタクリロキシポリジメチルシロキサン5重量部、メタクリル酸メチル25重量部、メタクリル酸10重量部、アクリル酸10重量部を、4時間かけて滴下した。滴下終了後、同温度で15時間反応させた。この溶液をエバポレータにかけ、2−ブタノンを留去した後、ヘキサンを加えて樹脂分を分離し、ヘキサンで洗浄、乾燥してスチレンアクリルシリコーン樹脂1を得た(酸価140mgKOH/g、重量平均分子量14,000)。
(アニオン樹脂合成例3)
脱水管、温度計、窒素導入管を備えた3ッ口フラスコにテレフタル酸40重量部、アジピン酸40重量部、トリメリット酸5重量部、カージュラE−10 5重量部、ネオペンチルグリコール20重量部、エチレングリコール16重量部、ジブチル錫ジオキサイド0.1重量部を入れ、180℃に昇温し、脱水縮合反応を行った。この溶液にヘキサンを加え、樹脂分を分離し、ヘキサンで洗浄、乾燥してポリエステル樹脂1を得た(酸価70mgKOH/g、重量平均分子量10,000)。
(アニオン樹脂合成例4)
コンデンサー、温度計、窒素導入管を備えた3ッ口フラスコに2−ブタノン90重量部、ジメチロールプロピオン酸13重量部、ポリラクトンジオール52重量部、イソホロンジイソシアネート35重量部を入れ、80℃にて5時間反応させた。さらにジブチル錫ジラウレート0.01重量部を加え3時間反応させた。その後、エチレンジアミン1重量部を加え、1時間攪拌した。この溶液をエバポレータにかけ、2−ブタノンを留去した後、ヘキサンを加えて樹脂分を分離し、ヘキサンで洗浄、乾燥して、ウレタン樹脂1を得た(酸価80mgKOH/g、重量平均分子量12,000)。
(水不溶性無機微粒子調製例1)
日本シリカ工業製シリカ粒子(平均粒径20nm、BET比表面積200m/g、炭素含有量0.0重量%)100重量部をトルエン300重量部、ジエチルアミン8重量部に懸濁した。この懸濁液にメチルトリエトキシシラン12重量部を添加し、30分間攪拌翼で攪拌し、その後、60℃に昇温して2時間攪拌した。懸濁液を放冷後、濾別し、トルエンにて洗浄、真空乾燥機(60℃、20mmHg)にて乾燥して、白色固形分を得た。この固形分は赤外吸収スペクトルにより、メチルシランが表面処理されたシリカであることが同定された。得られたメチルシラン表面処理シリカ(シリカ1)は、平均粒径20nm、BET比表面積147m/g、炭素含有量1.5重量%であった。
(水不溶性無機微粒子調製例2)
メチルトリエトキシシランをヘキサメチルジシラザンに変更した以外は表面処理例1と同様にしてトリメチルシラン表面処理シリカ(シリカ2)を得た。この表面処理シリカは、平均粒径20nm、BET比表面積99m/g、炭素含有量2.5重量%であった。
(水不溶性無機微粒子調製例3)
メチルトリエトキシシランをフェニルトリエトキシシランに変更した以外は表面処理例1と同様にしてフェニルシラン表面処理シリカ(シリカ3)を得た。この表面処理シリカは、平均粒径17nm、BET比表面積142m/g、炭素含有量1.8重量%であった。
(水不溶性無機微粒子調製例4)
シリカ粒子をテイカ製酸化チタン(ルチル型、平均粒径10nm、BET比表面積120m/g)に変更した以外は表面処理例1と同様にしてメチルシラン表面処理酸化チタン(酸化チタン1)を得た。この表面処理酸化チタンは、平均粒径17nm、BET比表面積75m/g、炭素含有量0.5重量%であった。
(水不溶性無機微粒子調製例5)
シリカ粒子をテイカ製酸化チタン(ルチル型、平均粒径30nm、BET比表面積400m/g)をそのまま用いた(酸化チタン2)。
(水不溶性無機微粒子調製例6)
シリカ粒子を日本アエロジル製アルミナ(平均粒径13nm、BET比表面積100m/g)に変更した以外は表面処理例1と同様にしてメチルシラン表面処理アルミナ(アルミナ1)を得た。この表面処理アルミナは、平均粒径16nm、BET比表面積68m/g、炭素含有量0.5重量%であった。
[実施例1](C.I.Solvent−Blue70の着色微粒子および水系分散体)
〈微粒子化工程〉C.I.Solvent−Blue70、10重量部をアセトン190重量部に溶解し、染料溶解液とした。次にイオン交換水2,000重量部を攪拌翼により800rpmで攪拌し、この中に染料溶解液を0.2mmのニードルから注入し、C.I.Solvent−Blue70の油性染料微粒子スラリーを得た。この油性染料微粒子の粒径は48nm、平均結晶子サイズは24nmであった。
〈濃縮工程〉このスラリーをエバポレータにかけ、系内に含まれるアセトンと一部の水を留去した。次に0.5μmのメンブランフィルターを用いて吸引濾過して濃縮、水洗を行い、トータル液量100重量部のスラリーとした。
〈分散工程〉得られたスラリー100重量部にスチレンアクリル樹脂1の5重量部を1mol/kgの水酸化ナトリウム10重量部に溶解した液とポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル硫酸エステルのアンモニウム塩1重量部を加え、超音波ホモジナイザーを用いて分散した。
〈析出工程〉得られた液を攪拌しながら、1mol/kgの塩酸を加え、沈殿を生じた。
〈水洗工程〉得られた沈殿を濾過、イオン交換水で洗浄して、100重量部のウエットケーキを得た。
〈再分散工程〉得られたウエットケーキに1mol/kgの水酸化ナトリウム水溶液5部を添加し、超音波ホモジナイザーを用いて分散を行った。
〈後処理工程〉その後、0.8μmのミリポアフィルターで濾過することにより粗大粒子を取り除き、イオン交換水を加えて油性染料の濃度として10%に調整して、本発明における着色微粒子の水系分散体を得た。
得られた水系分散体の分散粒径は、個数換算分布で累積10%粒径(P10)が62nm、累積50%粒径(P50)が78nm、累積90%粒径(P90)が92nmであった。粘度は5mPa・sであった。また、着色微粒子、およびその中に含まれる油性染料微粒子の平均粒径は、透過型電子顕微鏡を用いた解析から、それぞれ75nm、48nmであった。
また、この着色微粒子の組成を分析するため、下記のとおり組成分析を行った。
得られた水系分散体の一部に1mol/kgの塩酸を添加して着色微粒子を凝集させ、濾過、水洗、乾燥し、着色微粒子を単離した。この着色微粒子のX線回折を測定したところ、油性染料微粒子で測定されたスペクトルが得られ、その油性染料微粒子の平均結晶子サイズは24nmであった。
この着色微粒子0.10重量部を採取し、テトラヒドロフラン5重量部に溶解させた。この溶液をシリカゲルカラムクロマトグラフィ(15x300mm;WakogelC300;エフルエント=酢酸エチル:ヘキサン=8:2)にかけて樹脂と油性染料を分離したところ、樹脂が0.04重量部、油性染料が0.06重量部であり、油性染料微粒子は着色微粒子中に60重量%含まれていることが確認された。また、赤外吸収スペクトル測定により、樹脂はスチレンアクリル樹脂であることが同定された。
[実施例2](C.I.Solvent−Blue44の着色微粒子および水系分散体)
油性染料をC.I.Solvent−Blue70からC.I.Solvent−Blue44に、スチレンアクリル樹脂1、5重量部を、スチレンアクリルシリコーン樹脂1、10重量部に変更した以外は実施例1と同様にして水系分散体を得た。
得られた水系分散体の分散粒径は、個数換算分布で累積10%粒径(P10)が78nm、累積50%粒径(P50)が110nm、累積90%粒径(P90)が185nmであった。粘度は4mPa・sであった。また、着色微粒子、およびその中に含まれる油性染料微粒子の平均粒径は、それぞれ82nm、42nmであった。
さらに、前記実施例1と同様にして着色微粒子の組成を分析した結果、油性染料微粒子の平均結晶子サイズは21nmであった。油性染料微粒子は着色微粒子中に50重量%含まれていた。また、赤外吸収スペクトル測定により、樹脂はスチレンアクリルシリコーン樹脂であることが同定された。
[実施例3](C.I.Vat−Blue1の着色微粒子および水系分散体)
〈微粒子化工程〉C.I.Vat−Blue1、10重量部をアセトン190重量部に溶解し、染料溶解液とした。次にイオン交換水2,000重量部を攪拌翼により800rpmで攪拌し、この中に染料溶解液を0.2mmのニードルから注入し、C.I.Vat−Blue1の油性染料微粒子スラリーを得た。この油性染料微粒子の粒径は51nm、平均結晶子サイズは30nmであった。
〈濃縮工程〉このスラリーをエバポレータにかけ、系内に含まれるアセトンと一部の水を留去した。次に0.5μmのメンブランフィルターを用いて吸引濾過して濃縮、水洗を行い、トータル液量100重量部のスラリーとした。
〈分散工程〉得られたスラリー100重量部にスチレンアクリル樹脂1の5重量部を1mol/kgの水酸化ナトリウム10重量部に溶解した液とポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル硫酸エステルのアンモニウム塩1重量部を加え、超音波ホモジナイザーを用いて分散した。この分散液に、オキサゾリン含有ポリマー(日本触媒製エポクロスWS−700)4重量部を加え、90℃にて3時間攪拌を行った。
〈析出工程〉得られた液を攪拌しながら、1mol/kgの塩酸を加え、沈殿を生じた。
〈水洗工程〉得られた沈殿を濾過、イオン交換水で洗浄して、100重量部のウエットケーキを得た。
〈再分散工程〉得られたウエットケーキに1mol/kgの水酸化ナトリウム水溶液5部を添加し、超音波ホモジナイザーを用いて分散を行った。
〈後処理工程〉その後、0.8μmのミリポアフィルターで濾過することにより粗大粒子を取り除き、イオン交換水を加えて油性染料の濃度として10%に調整して、本発明における着色微粒子の水系分散体を得た。
得られた水系分散体の分散粒径は、個数換算分布で累積10%粒径(P10)が52nm、累積50%粒径(P50)が118nm、累積90%粒径(P90)が180nmであった。粘度は7mPa・sであった。また、着色微粒子、およびその中に含まれる油性染料微粒子の平均粒径は、それぞれ65nm、51nmであった。
また、この着色微粒子の組成を分析するため、下記のとおり組成分析を行った。
得られた水系分散体の一部に1mol/kgの塩酸を添加して着色微粒子を凝集させ、濾過、水洗、乾燥し、着色微粒子を単離した。この着色微粒子のX線回折を測定したところ、油性染料微粒子で測定されたスペクトルが得られ、その油性染料微粒子の平均結晶子サイズは30nmであった。
この着色微粒子0.10重量部を採取し、テトラヒドロフラン5重量部に混合させた。しかし、完全には溶解することなく、沈殿が発生した。そこで、この沈殿をろ過、乾燥し、0.035重量部の沈殿を得た。この沈殿の赤外吸収スペクトルを測定したところ、スチレンアクリル樹脂と同定された。一方、ろ液を濃縮したところ、0.065重量部の油性染料が得られたことから、油性染料微粒子は着色微粒子中に65重量%含まれていることが確認された。
さらに、この沈殿0.01重量部を秤量し、1重量部のジメチルスルホキシドと混合したが溶解せず、溶解度は1重量%以下であった。この低い溶解度により、樹脂が架橋されていると推定された。
[実施例4](C.I.Solvent−Red52の着色微粒子および水系分散体)
油性染料をC.I.Vat−Blue1からC.I.Solvent−Red52に、スチレンアクリル樹脂1、5重量部をウレタン樹脂1、10重量部に、オキサゾリジン含有ポリマー(日本触媒製エポクロスWS−700)をオキサゾリン含有ポリマー(日本触媒製エポクロスK−2020E)に変更した以外は実施例3と同様にして水系分散体を得た。
得られた水系分散体の分散粒径は、個数換算分布で累積10%粒径(P10)が88nm、累積50%粒径(P50)が120nm、累積90%粒径(P90)が165nmであった。粘度は7mPa・sであった。また、着色微粒子、およびその中に含まれる油性染料微粒子の平均粒径は、それぞれ90nm、45nmであった。
さらに、前記実施例3と同様にして着色微粒子の組成を分析した結果、油性染料微粒子の平均結晶子サイズは40nmであった。また、油性染料微粒子は着色微粒子中に48重量%含まれていた。また、赤外吸収スペクトル測定により、樹脂はウレタン樹脂であることが同定された。
さらに、単離された樹脂0.01重量部を秤量し、1重量部のジメチルスルホキシドと混合したが溶解せず、溶解度は1重量%以下であり、樹脂は架橋されていると推定された。
[実施例5](C.I.Solvent−Red49の着色微粒子および水系分散体)
油性染料をC.I.Vat−Blue1からC.I.Solvent−Red49に、スチレンアクリル樹脂1、5重量部をスチレンアクリルシリコーン樹脂1、10重量部に変更した以外は実施例3と同様にして水系分散体を得た。
得られた水系分散体の分散粒径は、個数換算分布で累積10%粒径(P10)が72nm、累積50%粒径(P50)が85nm、累積90%粒径(P90)が121nmであった。粘度は5mPa・sであった。また、着色微粒子、およびその中に含まれる油性染料微粒子の平均粒径は、それぞれ62nm、39nmであった。
さらに、前記実施例3と同様にして着色微粒子の組成を分析した結果、油性染料微粒子の平均結晶子サイズは24nmであった。また、油性染料微粒子は着色微粒子中に50重量%含まれていた。また、赤外吸収スペクトル測定により、樹脂はスチレンアクリルシリコーン樹脂であることが同定された。
また、単離された樹脂0.01重量部を秤量し、1重量部のジメチルスルホキシドと混合したが溶解せず、溶解度は1重量%以下であり、樹脂は架橋されていると推定された。
[実施例6](C.I.Solvent−Red218の着色微粒子および水系分散体)
油性染料をC.I.Vat−Blue1からC.I.Solvent−Red218に、スチレンアクリル樹脂1、5重量部を6重量部に、オキサゾリジン含有ポリマー(日本触媒製エポクロスWS−700)をオキサゾリン含有ポリマー(日本触媒製エポクロスK−2030E)に変更した以外は実施例3と同様にして水系分散体を得た。
得られた水系分散体の分散粒径は、個数換算分布で累積10%粒径(P10)が62nm、累積50%粒径(P50)が95nm、累積90%粒径(P90)が156nmであった。粘度は5mPa・sであった。また、着色微粒子、およびその中に含まれる油性染料微粒子の平均粒径は、それぞれ77nm、42nmであった。
さらに、前記実施例3と同様にして着色微粒子の組成を分析した結果、油性染料微粒子の平均結晶子サイズは27nmであった。また、油性染料微粒子は着色微粒子中に58重量%含まれていた。また、赤外吸収スペクトル測定により、樹脂はスチレンアクリル樹脂であることが同定された。
また、単離された樹脂0.01重量部を秤量し、1重量部のジメチルスルホキシドと混合したが溶解せず、溶解度は1重量%以下であり、樹脂は架橋されていると推定された。
[実施例7](C.I.Disperse−Yellow3の着色微粒子および水系分散体)
〈微粒子化工程〉C.I.Disperse−Yellow3、10重量部をアセトン190重量部に溶解し、染料溶解液とした。次にイオン交換水2,000重量部を攪拌翼により800rpmで攪拌し、この中に染料溶解液を0.2mmのニードルから注入し、C.I.Disperse−Yellow3の油性染料微粒子スラリーを得た。この油性染料微粒子の粒径は38nm、平均結晶子サイズは20nmであった。
〈濃縮工程〉このスラリーをエバポレータにかけ、系内に含まれるアセトンと一部の水を留去した。次に0.5μmのメンブランフィルターを用いて吸引濾過して濃縮、水洗を行い、トータル液量100重量部のスラリーとした。
〈分散工程〉得られたスラリー100重量部に、ポリエステル樹脂1の10重量部を1mol/kgの水酸化ナトリウム10重量部に溶解した液、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル硫酸エステルのアンモニウム塩1重量部、および、シリカ1の0.5重量部を加え、超音波ホモジナイザーを用いて分散した。
〈析出工程〉得られた液を攪拌しながら、1mol/kgの塩酸を加え、沈殿を生じた。
〈水洗工程〉得られた沈殿を濾過、イオン交換水で洗浄して、100重量部のウエットケーキを得た。
〈再分散工程〉得られたウエットケーキに1mol/kgの水酸化ナトリウム水溶液10部を添加し、超音波ホモジナイザーを用いて分散を行った。
〈後処理工程〉その後、0.8μmのミリポアフィルターで濾過することにより粗大粒子を取り除き、イオン交換水を加えて油性染料の濃度として10%に調整して、本発明における着色微粒子の水系分散体を得た。
得られた水系分散体の分散粒径は、個数換算分布で累積10%粒径(P10)が43nm、累積50%粒径(P50)が53nm、累積90%粒径(P90)が77nmであった。粘度は6mPa・sであった。また、着色微粒子、およびその中に含まれる油性染料微粒子の平均粒径は、それぞれ50nm、38nmであった。
また、この着色微粒子の組成を分析するため、下記のとおり組成分析を行った。
得られた水系分散体の一部に1mol/kgの塩酸を添加して着色微粒子を凝集させ、濾過、水洗、乾燥し、着色微粒子を単離した。この着色微粒子のX線回折を測定したところ、油性染料微粒子で測定されたスペクトルが得られ、その油性染料微粒子の平均結晶子サイズは20nmであった。この着色微粒子0.10重量部を採取し、テトラヒドロフラン5重量部に溶解させ、限外ろ過により、シリカ分を取り除いた。この溶液をシリカゲルカラムクロマトグラフィ(15x300mm;WakogelC300;エフルエント=酢酸エチル:ヘキサン=8:2)にかけて樹脂と油性染料を分離したところ、樹脂が0.05重量部、油性染料が0.05重量部であり、油性染料微粒子は着色微粒子中に50重量%含まれていることが確認された。また、赤外吸収スペクトル測定により、樹脂はポリエステル樹脂であることが同定された。
[実施例8](C.I.Solvent−Yellow83:1の着色微粒子および水系分散体)
油性染料をC.I.Disperse−Yellow3からC.I.Solvent−Yellow83:1に、ポリエステル樹脂1、10重量部を5重量部に、シリカ1、0.5重量部をシリカ2、1重量部に変更した以外は実施例7と同様にして水系分散体を得た。
得られた水系分散体の分散粒径は、個数換算分布で累積10%粒径(P10)が58nm、累積50%粒径(P50)が70nm、累積90%粒径(P90)が96nmであった。粘度は7mPa・sであった。また、着色微粒子、およびその中に含まれる油性染料微粒子の平均粒径は、それぞれ65nm、42nmであった。
さらに、前記実施例7と同様にして着色微粒子の組成を分析した結果、油性染料微粒子の平均結晶子サイズは30nmであった。また、油性染料微粒子は着色微粒子中に65重量%含まれていた。また、赤外吸収スペクトル測定により、樹脂はポリエステル樹脂であることが同定された。
[実施例9](C.I.Solvent−Red49の着色微粒子および水系分散体)
〈微粒子化工程〉C.I.Solvent−Red49、10重量部をアセトン190重量部に溶解し、染料溶解液とした。次にイオン交換水2,000重量部を攪拌翼により800rpmで攪拌し、この中に染料溶解液を0.2mmのニードルから注入し、C.I.Solvent−Red49の油性染料微粒子スラリーを得た。この油性染料微粒子の粒径は39nm、平均結晶子サイズは24nmであった。
〈濃縮工程〉このスラリーをエバポレータにかけ、系内に含まれるアセトンと一部の水を留去した。次に0.5μmのメンブランフィルターを用いて吸引濾過して濃縮、水洗を行い、トータル液量100重量部のスラリーとした。
〈分散工程〉得られたスラリー100重量部に、スチレンアクリル樹脂1の10重量部を1mol/kgの水酸化ナトリウム10重量部に溶解した液、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル硫酸エステルのアンモニウム塩1重量部、および、シリカ3の2重量部を加え、超音波ホモジナイザーを用いて分散した。この分散液に、オキサゾリン含有ポリマー(日本触媒製エポクロスWS−700)8重量部を加え、90℃にて3時間攪拌した。
〈析出工程〉得られた液を攪拌しながら、1mol/kgの塩酸を加え、沈殿を生じた。
〈水洗工程〉得られた沈殿を濾過、イオン交換水で洗浄して、100重量部のウエットケーキを得た。
〈再分散工程〉得られたウエットケーキに1mol/kgの水酸化ナトリウム水溶液10部を添加し、超音波ホモジナイザーを用いて分散を行った。
〈後処理工程〉その後、0.8μmのミリポアフィルターで濾過することにより粗大粒子を取り除き、イオン交換水を加えて油性染料の濃度として10%に調整して、本発明における着色微粒子の水系分散体を得た。
得られた水系分散体の分散粒径は、個数換算分布で累積10%粒径(P10)が38nm、累積50%粒径(P50)が45nm、累積90%粒径(P90)が69nmであった。粘度は5mPa・sであった。また、着色微粒子、およびその中に含まれる油性染料微粒子の平均粒径は、それぞれ48nm、39nmであった。
また、この着色微粒子の組成を分析するため、下記のとおり組成分析を行った。
得られた水系分散体の一部に1mol/kgの塩酸を添加して着色微粒子を凝集させ、濾過、水洗、乾燥し、着色微粒子を単離した。この着色微粒子のX線回折を測定したところ、油性染料微粒子で測定されたスペクトルが得られ、その油性染料微粒子の平均結晶子サイズは24nmであった。
この着色微粒子0.10重量部を採取し、テトラヒドロフラン5重量部に混合した。しかし、完全には溶解することなく、沈殿が発生した。そこで、この沈殿をろ過、乾燥し、0.058重量部の沈殿が得られた。また、ろ液を濃縮したところ、0.042重量部の油性染料が得られ、油性染料微粒子は着色微粒子中に42重量%含まれていることが確認された。
この沈殿の赤外吸収スペクトルを測定したところ、3120cm−1、1720cm−1のカルボキシル基に由来する吸収スペクトルと1090cm−1のシリケートに由来する吸収スペクトルが得られた。また、シリケートの吸収以外は原料に用いたスチレンアクリル樹脂の吸収スペクトルであり、樹脂はスチレンアクリル樹脂であると同定された。
さらに、この沈殿0.01重量部を秤量し、1重量部のジメチルスルホキシドと混合したがまったく溶解せず、溶解度は1重量%以下であった。さらにこの混合物をろ過し、沈殿の赤外吸収スペクトルを測定したところ、ジメチルスルホキシド混合前の沈殿の赤外吸収スペクトルとなんら変わりのない吸収スペクトルが得られ、樹脂単独においても溶解度は1%以下であることが分かった。この低い溶解度により、樹脂は架橋されていると推定された。
[実施例10](C.I.Solvent−Red49の着色微粒子および水系分散体)
スチレンアクリル樹脂1、10重量部をスチレンアクリルシリコーン樹脂1、3重量部に、シリカ3、2重量部を酸化チタン1、3重量部に、オキサゾリン含有ポリマー(日本触媒製エポクロスWS−700)8重量部を2重量部に変更した以外は実施例9と同様にして水系分散体を得た。
得られた水系分散体の分散粒径は、個数換算分布で累積10%粒径(P10)が46nm、累積50%粒径(P50)が63nm、累積90%粒径(P90)が110nmであった。粘度は6mPa・sであった。また、着色微粒子、およびその中に含まれる油性染料微粒子の平均粒径は、それぞれ49nm、42nmであった。
さらに、前記実施例9と同様にして着色微粒子の組成を分析した結果、油性染料微粒子の平均結晶子サイズは24nmであった。
また、油性染料微粒子は着色微粒子中に75重量%含まれていた。
また、赤外吸収スペクトル測定により、樹脂はスチレンアクリルシリコーン樹脂であることが同定された。さらに、単離された沈殿(樹脂+酸化チタン)0.01重量部を秤量し、1重量部のジメチルスルホキシドと混合したがまったく溶解せず、溶解度は1重量%以下であった。
さらにこの混合物をろ過し、沈殿の赤外吸収スペクトルを測定したところ、ジメチルスルホキシド混合前の沈殿の赤外吸収スペクトルとなんら変わりのない吸収スペクトルが得られ、樹脂単独においても溶解度は1%以下であり、樹脂は架橋されていると推定された。
[実施例11](C.I.Solvent−Blue70の着色微粒子および水系分散体)
油性染料をC.I.Solvent−Red49からC.I.Solvent−Blue70に、スチレンアクリル樹脂1、10重量部をポリエステル樹脂1、5重量部に、シリカ3、2重量部を酸化チタン2、1重量部に、オキサゾリン含有ポリマー(日本触媒製エポクロスWS−700)8重量部をカルボジイミド含有ポリマー(日清紡製カルボジライトV−02)4重量部に変更した以外は実施例9と同様にして水系分散体を得た。
得られた水系分散体の分散粒径は、個数換算分布で累積10%粒径(P10)が62nm、累積50%粒径(P50)が88nm、累積90%粒径(P90)が135nmであった。粘度は5mPa・sであった。また、着色微粒子、およびその中に含まれる油性染料微粒子の平均粒径は、それぞれ55nm、48nmであった。
さらに、前記実施例9と同様にして着色微粒子の組成を分析した結果、油性染料微粒子の平均結晶子サイズは24nmであった。
また、油性染料微粒子は着色微粒子中に62重量%含まれていた。
また、赤外吸収スペクトル測定により、樹脂はポリエステル樹脂であることが同定された。さらに、単離した沈殿(樹脂+酸化チタン)0.01重量部を秤量し、1重量部のジメチルスルホキシドと混合したがまったく溶解せず、溶解度は1重量%以下であった。
さらにこの混合物をろ過し、沈殿の赤外吸収スペクトルを測定したところ、ジメチルスルホキシド混合前の沈殿の赤外吸収スペクトルとなんら変わりのない吸収スペクトルが得られ、樹脂単独においても溶解度は1%以下であり、架橋されていることが推定された。
[実施例12](C.I.Solvent−Blue70の着色微粒子および水系分散体)
油性染料をC.I.Solvent−Red49からC.I.Solvent−Blue70に、スチレンアクリル樹脂1、10重量部をウレタン樹脂1、10重量部に、シリカ3、2重量部をアルミナ1、1重量部に、オキサゾリン含有ポリマー(日本触媒製エポクロスWS−700)8重量部をカルボジイミド含有ポリマー(日清紡製カルボジライトV−04)6重量部に変更した以外は実施例9と同様にして水系分散体を得た。
得られた水系分散体の分散粒径は、個数換算分布で累積10%粒径(P10)が41nm、累積50%粒径(P50)が72nm、累積90%粒径(P90)が128nmであった。粘度は5mPa・sであった。また、着色微粒子、およびその中に含まれる油性染料微粒子の平均粒径は、それぞれ57nm、48nmであった。
さらに、前記実施例9と同様にして着色微粒子の組成を分析した結果、油性染料微粒子の平均結晶子サイズは24nmであった。
また、油性染料微粒子は着色微粒子中に50重量%含まれていた。
また、赤外吸収スペクトル測定により、樹脂はウレタン樹脂であることが同定された。さらに、単離した沈殿(樹脂+アルミナ)0.01重量部を秤量し、1重量部のジメチルスルホキシドと混合したがまったく溶解せず、溶解度は1重量%以下であった。
さらに、この混合物をろ過し、沈殿の赤外吸収スペクトルを測定したところ、ジメチルスルホキシド混合前の沈殿の赤外吸収スペクトルとなんら変わりのない吸収スペクトルが得られ、樹脂単独においても溶解度は1%以下であり、架橋されていることが推定された。
[比較例1](油性染料微粒子化を行わず調製した場合)
(C.I.Solvent−Blue70の着色微粒子および水系分散体)
〈分散工程〉C.I.Solvent−Blue70、10重量部、イオン交換水、90部を懸濁し、スチレンアクリル樹脂1の5重量部を1mol/kgの水酸化ナトリウム10重量部に溶解した液とポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル硫酸エステルのアンモニウム塩1重量部を加え、超音波ホモジナイザーを用いて分散した。
〈析出工程〉得られた液を攪拌しながら、1mol/kgの塩酸を加え、沈殿を生じた。
〈水洗工程〉得られた沈殿を濾過、イオン交換水で洗浄して、100重量部のウエットケーキを得た。
〈再分散工程〉得られたウエットケーキに1mol/kgの水酸化ナトリウム水溶液5部を添加し、超音波ホモジナイザーを用いて分散を行った。
得られた水系分散体に含まれる着色微粒子の平均粒径は10μm以上で沈降しており、水系分散体、インクとしては全く使用できなかった。
[比較例2](水溶性染料を用いて調製した場合)
(C.I.Acid−Blue249の着色微粒子および水系分散体)
〈分散工程〉C.I.Acid−Blue249、10重量部、イオン交換水90重量部を混合し、スチレンアクリル樹脂1の5重量部を1mol/kgの水酸化ナトリウム10重量部に溶解した液とポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル硫酸エステルのアンモニウム塩1重量部を加え、超音波ホモジナイザーを用いて分散した。
〈析出工程〉得られた液を攪拌しながら、1mol/kgの塩酸を加え、沈殿を生じた。
〈水洗工程〉得られた沈殿を濾過、イオン交換水で洗浄して、100重量部のウエットケーキを得た。
〈再分散工程〉得られたウエットケーキに1mol/kgの水酸化ナトリウム水溶液5部を添加し、超音波ホモジナイザーを用いて分散を行った。
〈後処理工程〉その後、0.8μmのミリポアフィルターで濾過することにより粗大粒子を取り除き、イオン交換水を加えて染料の濃度として10%に調整した。
得られた水系染料溶解液の分散粒径は、染料が溶解したため、測定不能であった。粘度は3mPa・sであった。
[比較例3](有機顔料を用いて調製した場合)
(C.I.Pigment−Blue15:3の着色微粒子および水系分散体)
色材をC.I.Solvent−Blue70からC.I.Pigment−Blue15:3(有機顔料)に変更し、〈微粒子化工程〉のアセトン190重量部をN−メチルピロリドン20,000重量部に、イオン交換水2,000重量部を200,000重量部に変更した以外は実施例1と同様にして水系分散体を得た。
〈微粒子化工程〉C.I.Pigment−Blue15:3(有機顔料)、10重量部をN−メチルピロリドン20,000重量部に溶解し、顔料溶解液とした。次にイオン交換水200,000重量部を攪拌翼により800rpmで攪拌し、この中に染料溶解液を0.2mmのニードルから注入し、C.I.Pigment−Blue15:3の顔料微粒子スラリーを得た。この顔料微粒子の粒径は20nm、平均結晶子サイズは17nmであった。
〈濃縮工程〉このスラリーをエバポレータにかけ、系内に含まれるN−メチルピロリドンと一部の水を留去した。次に0.5μmのメンブランフィルターを用いて吸引濾過して濃縮、水洗を行い、トータル液量100重量部のスラリーとした。
〈分散工程〉得られたスラリー100重量部にスチレンアクリル樹脂1の5重量部を1mol/kgの水酸化ナトリウム10重量部に溶解した液とポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル硫酸エステルのアンモニウム塩1重量部を加え、超音波ホモジナイザーを用いて分散した。
〈析出工程〉得られた液を攪拌しながら、1mol/kgの塩酸を加え、沈殿を生じた。
〈水洗工程〉得られた沈殿を濾過、イオン交換水で洗浄して、100重量部のウエットケーキを得た。
〈再分散工程〉得られたウエットケーキに1mol/kgの水酸化ナトリウム水溶液5部を添加し、超音波ホモジナイザーを用いて分散を行った。
〈後処理工程〉その後、0.8μmのミリポアフィルターで濾過することにより粗大粒子を取り除き、イオン交換水を加えて顔料の濃度として10%に調整して、着色微粒子の水系分散体を得た。
得られた水系分散体の分散粒径は、個数換算分布で累積10%粒径(P10)が50nm、累積50%粒径(P50)が82nm、累積90%粒径(P90)が99nmであった。粘度は5mPa・sであった。また、着色微粒子、およびその中に含まれる有機顔料微粒子の平均粒径は、それぞれ50nm、20nmであった。
さらに、着色微粒子の組成を分析した結果、有機顔料微粒子の平均結晶子サイズは17nmであった。樹脂分の測定は顔料成分が溶解しにくかったため、測定不能であった。
[比較例4](油性染料微粒子を顔料分散剤で分散した場合)
(C.I.Solvent−Blue70の着色微粒子および水系分散体)
〈微粒子化工程〉C.I.Solvent−Blue70、10重量部をアセトン190重量部に溶解し、染料溶解液とした。次にイオン交換水2,000重量部を攪拌翼により800rpmで攪拌し、この中に染料溶解液を0.2mmのニードルから注入し、C.I.Solvent−Blue70の油性染料微粒子スラリーを得た。この油性染料微粒子の粒径は48nm、平均結晶子サイズは24nmであった。
〈濃縮工程〉このスラリーをエバポレータにかけ、系内に含まれるアセトンと一部の水を留去した。次に0.5μmのメンブランフィルターを用いて吸引濾過して濃縮、水洗を行い、トータル液量100重量部のスラリーとした。
〈分散工程〉得られたスラリー100重量部にアビシア製ノニオン顔料分散剤ソルスパース27000、6重量部とポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル硫酸エステルのアンモニウム塩1重量部を加え、0.3mmのジルコニアビーズを充填したビーズミルを用いて分散を行い、水系分散体を得た。
得られた水系分散体の分散粒径は、個数換算分布で累積10%粒径(P10)が70nm、累積50%粒径(P50)が91nm、累積90%粒径(P90)が108nmであった。粘度は5mPa・sであった。
また、組成を分析した結果、含まれる油性染料微粒子の平均粒径は48nmであり、この油性染料微粒子の平均結晶子サイズは24nmであった。
この系では、低粘度で十分な透明性のある水系分散体が得られたが、分散安定性が十分でなく、数日でゲル化した。
[比較例5](酸価が50以下のアニオン樹脂を用いて調製した場合)
(C.I.Solvent−Blue70の着色微粒子および水系分散体)
スチレンアクリル樹脂1を、低酸価スチレンアクリル樹脂(酸価40mgKOH/g、重量平均分子量12,000)に変更した以外は実施例1と同様にして水系分散体を得た。
得られた水系分散体の分散粒径は、個数換算分布で累積10%粒径(P10)が110nm、累積50%粒径(P50)が166nm、累積90%粒径(P90)が230nmであった。粘度は7mPa・sであった。また、着色微粒子、およびその中に含まれる油性染料微粒子の平均粒径は、それぞれ160nm、48nmであった。
さらに、着色微粒子の組成を分析した結果、油性染料微粒子の平均結晶子サイズは24nmであった。油性染料微粒子は着色微粒子中に60重量%含まれていた。この系では、低粘度の着色微粒子および水系分散体が得られたが、分散安定性が十分でなく、数日でゲル化した。
このときの製造条件を表1に、得られた着色微粒子および水系分散体の諸特性を表2に示す。
Figure 2008214592
Figure 2008214592
表2に示すとおり、本発明に係る着色微粒子は平均粒径、含まれる油性染料微粒子の平均粒径、結晶子サイズが極めて小さく、また、水系分散体は極めて微細に、低粘度に、分散されていることは明らかである。
本発明に係る着色微粒子および水系分散体のインク化安定性および印刷特性を評価するために、下記の配合割合で各原料を混合して油性染料濃度5%に調製し、本発明に係る着色微粒子および水系分散体の評価用インクを得た。そして、下記の方法で評価された。
水系分散体 50重量部
1,3−ブタンジオール 15重量部
2−エチル−1,3−ヘキサンジオール 2重量部
グリセリン 5重量部
サーフィノール465(エアープロダクツ製) 1重量部
イオン交換水 26重量部
(1)分散粒径および粘度
分散粒径は、大塚電子製濃厚系粒径アナライザーFPAR−1000により測定され、個数換算分布の累積10%粒径(P10)、累積50%粒径(P50)、および、累積90粒径(P90)で表示された。粘度は、東機産業製E型粘度計TV−30により測定された。
(2)保存安定性
保存安定性は、調製後3週間静置して、再度、前記と同様にして分散粒径を測定し、その変化がほとんどないものを◎、10%未満の変化が発生したもの○、10〜50%の変化が発生したもの△、50%を超える変化が発生したものを×で評価された。
(3)プリンタ吐出性
プリンタ吐出性は、本発明に係るインクジェット記録用インクをエプソン製インクジェットプリンターPX−V600に充填し、日本製紙製A4PPC用紙クリーンにベタ印刷を行い、50枚以上かすれなかったものを○、10枚以上50枚未満でかすれたものを△、10以下でかすれたものを×で評価された。
(4)普通紙発色性
普通紙発色性は、前述と同様に、日本製紙製A4PPC用紙クリーンにベタ印刷した印刷物の光学濃度(OD値)をX−Rite製反射型カラー分光測色計X−Rite939にて測定し、OD値が1.10以上のとき○、0.95以上1.10未満のとき△、0.95未満のとき×の評価とされた。
(5)光沢紙光沢性
光沢紙光沢性は、前述と同様に、エプソン製A4写真用紙<光沢>KA420PSKにベタ印刷したものと、何も印刷されていない写真用紙の部位との20°における光沢度差をスガ試験機製デジタル変角光度計UGV−5Dにて測定し、光沢度差が+5以上のものを○、光沢度差が0以上+5未満のものを△、光沢度差が0未満のものを×とされた。
(6)透明性
透明性は、前述と同様に、エプソン製専用OHPシートMJ0PS1Nにベタ印刷したときのヘイズ値を東洋精機製ヘイズメーターによって印刷部のヘイズ値が10未満であったものを○、10以上20未満であったものを△、20以上であったものを×とされた。
(7)耐光性
耐光性は、前述と同様に、エプソン製A4写真用紙<光沢>KA420PSKにベタ印刷したものを、岩崎電気製アイスーパー UVテスターSUV−W13にセットし、温度50℃、湿度60%で100mW/cmの強度で紫外線(限定波長295nm〜450nm)を照射して、この紫外線照射前と照射50時間後のOD値を測定し、光学濃度残存率(紫外線照射50時間後のOD値/紫外線照射前のOD値×100(%))を算出して、光学濃度残存率が70%以上のものを○、70%未満30%以上を△、30%未満を×とされた。
(8)耐水性
耐水性は、前述と同様に、日本製紙製A4PPC用紙クリーンにベタ印刷し、乾燥後水につけて、にじみのないものを○、画像のふちの一部がにじむものを△、完全ににじんで画像が判読不能となるものを×とされた。
(9)定着性
定着性は、前述と同様に、エプソン製A4写真用紙<光沢>KA420PSKにベタ印刷して、乾燥後、セロハンテープによる剥離テストによって評価された。剥離の全くないもの○、剥離のあったものを×とされた。
このときの評価結果を表3に示す。
Figure 2008214592
表3に示すとおり、本発明に係る着色微粒子および水系分散体のインク化安定性、印刷特性に優れることは明らかである。
本発明に係る着色微粒子は、発色性、透明性、光沢感に優れるとともに、耐光性、耐水性、定着性が良好であり、水系分散体調製時、およびインク調製時の分散安定性が良好であるので、インクジェット記録用インクの前駆体として好適である。
本発明に係る水系分散体は、発色性、透明性、光沢感に優れるとともに、耐光性、耐水性、定着性が良好であり、それ自体およびインク調製時の分散安定性が良好であるのでインクジェット記録用インクの前駆体として好適である。

Claims (8)

  1. 樹脂中に油性染料微粒子を含有する着色微粒子であり、前記油性染料微粒子の平均粒径が100nm以下であって、着色微粒子の平均粒径が150nm以下であることを特徴とする着色微粒子。
  2. 着色微粒子中に含まれる樹脂が、スチレンアクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、または前記二種以上の共重合体樹脂から選ばれたアニオン樹脂であり、酸価が50mgKOH/g以上であることを特徴とする請求項1に記載の着色微粒子。
  3. 着色微粒子中に含まれるアニオン樹脂の酸性基の一部が架橋されていることを特徴とする請求項1または2記載の着色微粒子。
  4. 着色微粒子中に水不溶性無機微粒子を含有し、前記水不溶性無機微粒子が油性染料微粒子に対して1〜50%含まれることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の着色微粒子。
  5. 着色微粒子中に含まれる水不溶性無機微粒子が、酸化ケイ素、酸化チタン、アルミニウム化合物から選ばれた一種または二種以上からなることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の着色微粒子。
  6. 請求項1乃至5のいずれかに記載の着色微粒子を水系分散媒に分散させたことを特徴とする水系分散体。
  7. 請求項6記載の水系分散体であって、水系分散体の分散粒径において、個数換算分布の累計90%粒径(P90)が200nm以下であることを特徴とする水系分散体。
  8. 請求項6または7に記載の水系分散体であって、水系分散体の分散粒径において、個数換算分布の累計90%粒径(P90)と個数換算分布の累計50%粒径(P50)の比(P90/P50)が5以下であることを特徴とする水系分散体。
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JP2013159659A (ja) * 2012-02-02 2013-08-19 Nippon Kayaku Co Ltd 色素組成物、水性分散液、水性インク組成物及び記録方法

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