JP2011144354A - インクジェット用インク、インクカートリッジ、及びインクジェット記録方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】自己分散顔料及びポリウレタン樹脂を含有するインクジェット用インクであって、前記ポリウレタン樹脂が、ポリイソシアネート、酸基を有さないポリオール、及び酸基を有するジオールのそれぞれに由来するユニットを有し、前記ポリウレタン樹脂が架橋構造を有しており、かつ、前記ポリウレタン樹脂の酸価が60mgKOH/g以上100mgKOH/g以下であることを特徴とするインクジェット用インク。
【選択図】なし
Description
以下、本発明のインクジェット用インクを構成する各成分について、それぞれ説明する。
本発明のインクには、少なくとも1種の親水性基が直接、又は、他の原子団を介して顔料表面に結合している自己分散顔料を含有させる。尚、インク中の親水性基の形態は、その一部が解離又は全てが解離した状態のいずれの形態であってもよい。
顔料表面に導入される親水性基としては、−COOM、−SO3M、−PO3HM、−PO3M2などが挙げられる。尚、式中「M」は、水素原子、アルカリ金属、アンモニウム、又は有機アンモニウムである。本発明においては、アンモニウム又は有機アンモニウムの場合と比較して、インクの吐出安定性が良好となるため、「M」がリチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属であることが好ましい。上記親水性基は、顔料表面に直接、又は、他の原子団(−R−)を介して結合していてもよい。他の原子団(−R−)としては、炭素原子数1乃至12のアルキレン基、置換若しくは非置換のフェニレン基、又は、置換若しくは非置換のナフチレン基などが挙げられる。
この分散方式で使用する樹脂は、インクジェット用のインクに従来から用いられているものをいずれも好ましく使用することができる。中でも、アクリル酸系樹脂が特に好ましい。顔料に結合する樹脂は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により得られるポリスチレン換算の重量平均分子量が1,000乃至12,000の範囲のものが好ましく、特には3,000乃至8,000の範囲のものが好ましい。また、樹脂はその酸価が50mgKOH/g以上300mgKOH/g以下の範囲のものが好ましい。特には、120mgKOH/g以上250mgKOH/g以下の範囲のものが好ましい。
本発明のインクに用いるポリウレタン樹脂は、ポリイソシアネート、酸基を有さないポリオール、及び酸基を有するジオールのそれぞれに由来するユニットを有し、前記ポリウレタン樹脂が架橋構造を有しており、かつ、前記ポリウレタン樹脂の酸価が60mgKOH/g以上100mgKOH/g以下である。
MEKゲル分率≧酸価×1.45−1.20 (1)
本発明において「ポリイソシアネート」とは、2つ以上のイソシアネート基を持つ化合物を指す。具体的に、本発明で用いられるポリイソシアネートとしては、脂肪族ポリイソシアネート、脂環族ポリイソシアネート、芳香族ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネートを挙げることができる。脂肪族ポリイソシアネートとしては、テトラメチレンジイソシアネート、ドデカメチ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、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、2−メチルペンタン−1,5−ジイソシアネート、3−メチルペンタン−1,5−ジイソシアネートなどを挙げることができる。脂環族ポリイソシアネートとしては、イソホロンジイソシアネート、水素添加キシリレンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサンなどを挙げることができる。芳香族ポリイソシアネートとしては、トリレンジイソシアネート、2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4−ジフェニルメタ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、4,4’−ジベンジルジイソシアネート、1,5−ナフチレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、1,3−フェニレンジイソシアネート、1,4−フェニレンジイソシアネートなどを挙げることができる。芳香脂肪族ポリイソシアネートとしては、ジアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、テトラアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、α,α,α,α−テトラメチルキシリレンジイソシアネートなどを挙げることができる。これらのポリイソシアネートは、必要に応じて1種又は2種以上を用いることができる。本発明においては、上記ポリイソシアネートの中でも、特に、脂環族ポリイソシアネートを用いることが好ましい。更に、脂環族ポリイソシアネートの中でも、イソホロンジイソシアネートを用いることがより好ましい。
ポリウレタン樹脂を合成する際に、上記ポリイソシアネートと反応してウレタン結合を形成する化合物として、2つ以上の水酸基を有する化合物を用いる。本発明者らは、画像の耐擦過性及び耐マーカー性、インクの吐出安定性の観点から、この2つ以上の水酸基を有する化合物種として、どの化学種が最適かを検討した。そこで、吐出安定性の低い顔料を含有するインクに、更に、2つ以上の水酸基を有する化合物が異なるポリウレタン樹脂3種をそれぞれ含有させたインクを比較検討した。前記2つ以上の水酸基を有する化合物が異なるポリウレタン樹脂としては、具体的に、ポリエーテルポリオールを導入したポリウレタン樹脂A、酸基を分子鎖内に含むポリオール(例えば、カルボン酸変性ポリカプロラクトンジオール)を導入したポリウレタン樹脂B、及び、ポリエーテルポリオールと酸基を有するジオール(例えば、ジメチロールプロピオン酸)を導入したポリウレタン樹脂Cを用いた。表1に3種のポリウレタン樹脂A〜Cの組成を示す。
本発明に用いられる酸基を有さないポリオールとしては、ポリエステルポリオールを用いたポリエステル系樹脂、ポリエーテルポリオールを用いたポリエーテル系樹脂、ポリカーボネートジオールを用いたポリカーボネート系樹脂、その他の酸基を有さないポリオールを用いた樹脂(例えば、ポリヒドロキシポリアセタール、ポリヒドロキシポリアクリレート、ポリヒドロキシポリエステルアミド、ポリヒドロキシポリチオエーテルなど)が挙げられる。また、これらの混合物を用いた樹脂のいずれも使用できる。本発明に用いられる酸基を有さないポリオールは炭素数が13以上250以下であることが好ましい。炭素数が13以上250以下であると、膜の柔軟性が適度となり、画像の耐擦過性及び耐マーカー性の向上効果が更に得られる。また、酸基を有さないポリオールのGPCにより得られるポリスチレン換算の数平均分子量は、600以上4,000以下であることが好ましい。600未満であると、膜の柔軟性が低くなり、画像の耐擦過性及び耐マーカー性の向上効果が充分に得られない場合がある。また、4,000より高くなると、膜の柔軟性が高くなり過ぎてしまい、画像の耐擦過性及び耐マーカー性効果が充分に得られない場合がある。
本発明における「酸基を有するジオール」とは、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基などの酸基を分子内に有するジオールを指す。本発明に用いられる酸基を有するジオールは炭素数が1以上7以下であることが好ましい。酸基を有するジオールの炭素数が8以上の場合は、得られるポリウレタン樹脂が、ソフトセグメントに酸基を有する構造になりやすく、強靭性と柔軟性のバランスが崩れ、耐擦過性や耐マーカー性が十分に得られない場合がある。本発明に用いられる酸基を有するジオールとしては、例えば、ジメチロール酢酸、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸が挙げられる。特にジメチロールプロピオン酸及びジメチロールブタン酸の少なくともいずれかを用いることが好ましい。
鎖延長剤は、ウレタンプレポリマーのポリイソシアネートユニット中のウレタン結合を形成しなかった残存イソシアネート基と反応する化合物である。本発明のインク中に含有するポリウレタン樹脂を合成する際に使用することができる鎖延長剤としては、トリメチロールメラミン及びその誘導体、ジメチロールウレア及びその誘導体、ジメチロールエチルアミン、ジエタノールメチルアミン、ジプロパノールエチルアミン、ジブタノールメチルアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ジエチレントリアミン、ヘキシレンジアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、イソホロンジアミン、キシリレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、水素添加ジフェニルメタンジアミン、ヒドラジンなどの多価アミン化合物、ポリアミドポリアミン、ポリエチレンポリイミンなどが挙げられる。これらの鎖延長剤は、必要に応じて1種又は2種以上を用いることができる。
本発明におけるポリウレタン樹脂の合成方法は、従来、一般的に用いられている方法をいずれも用いることができる。例えば、以下の方法が挙げられる。ポリイソシアネート、酸基を有さないポリオール、酸基を有するジオールをイソシアネート基が過剰になるような当量比で沸点が100℃以下である有機溶剤の存在下又は非存在下で反応させ、分子末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーを合成する。その後、中和剤により、上記ウレタンプレポリマー中のカルボキシ基及び/又はスルホニル基を中和する。ついで、この中和ウレタンプレポリマーを、鎖延長剤含有水溶液中に投入して反応させた後、系内に有機溶剤を含有する場合はそれを除去して得ることができる。
・装置:Alliance GPC 2695(Waters製)
・カラム:Shodex KF−806Mの4連カラム(昭和電工製)
・移動相:THF(特級)
・流速:1.0mL/min
・オーブン温度:40.0℃
・試料溶液の注入量:0.1mL
・検出器:RI(屈折率)
・ポリスチレン標準試料:PS−1及びPS−2(Polymer Laboratories製)
(分子量:7,500,000、2,560,000、841,700、377,400、320,000、210,500、148,000、96,000、59,500、50,400、28,500、20,650、10,850、5,460、2,930、1,300、580の17種)。
本発明のインクには、水、又は、水及び水溶性有機溶剤の混合溶媒である水性媒体を用いることができる。インク中の水溶性有機溶剤の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、3.0質量%以上50.0質量%以下であることが好ましい。水溶性有機溶剤としては、従来、インクジェット用のインクに一般的に用いられているものをいずれも用いることができる。例えば、炭素数1乃至4のアルキルアルコール類、アミド類、ケトン類、ケトアルコール類、エーテル類、ポリアルキレングリコール類、グリコール類、アルキレン基の炭素原子数が2乃至6のアルキレングリコール類、多価アルコール類、アルキルエーテルアセテート類、多価アルコールのアルキルエーテル類、含窒素化合物類、含硫黄化合物類などが挙げられる。これらの水溶性有機溶剤は、必要に応じて1種又は2種以上を用いることができる。水は脱イオン水(イオン交換水)を用いることが好ましい。インク中の水の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、50.0質量%以上95.0質量%以下であることが好ましい。尚、25℃におけるインクの粘度は6cps以下であることが好ましく、例えば水性媒体の構成や含有量によって調整することができる。25℃におけるインクの粘度が6cpsより大きいと、インクの吐出安定性の向上効果が充分に得られない場合がある。
本発明のインクは、上記の成分以外にも必要に応じて、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタンなどの多価アルコール類や、尿素、エチレン尿素などの尿素誘導体など、常温で固体の水溶性有機化合物を含有してもよい。更に、本発明のインクは必要に応じて、上記ポリウレタン樹脂以外の樹脂、界面活性剤、pH調整剤、防錆剤、防腐剤、防黴剤、酸化防止剤、還元防止剤、蒸発促進剤、及びキレート化剤などの種々の添加剤を含有してもよい。ポリウレタン樹脂以外の樹脂を更に含有する場合、インク中における全ての樹脂の含有量の合計がインク全質量を基準として0.01質量%以上10.00質量%以下であることが好ましい。
本発明のインクカートリッジは、インクを収容するインク収容部を備えてなり、前記インク収容部に、上記で説明した本発明のインクが収容されてなるものである。インクカートリッジの構造としては、インク収容部が、液体のインクを収容するインク収容室、及び負圧によりその内部にインクを保持する負圧発生部材を収容する負圧発生部材収容室で構成されるものが挙げられる。又は、液体のインクを収容するインク収容室を持たず、収容量の全量を負圧発生部材により保持する構成のインク収容部であるインクカートリッジであってもよい。更には、インク収容部と記録ヘッドとを有するように構成された形態のインクカートリッジとしてもよい。
本発明のインクジェット記録方法は、記録信号に応じて、インクジェット方式により記録ヘッドの吐出口からインクを吐出させて記録媒体に記録を行うインクジェット記録方法であり、上記で説明した本発明のインクを使用するものである。本発明においては特に、インクに熱エネルギーを作用させて記録ヘッドの吐出口からインクを吐出させる方式のインクジェット記録方法が好ましい。尚、本発明における「記録」とは、光沢紙や普通紙などの記録媒体に対して本発明のインクを用いて記録する態様、ガラス、プラスチック、フィルムなどの非吸液性の基材に対して本発明のインクを用いてプリントを行う態様を含む。
(顔料分散体Aの調製)
5.5gの水に5gの濃塩酸を溶かした溶液に、5℃に冷却した状態で4−アミノ−1,2−ベンゼンジカルボン酸1.5gを加えた。次に、この溶液の入った容器をアイスバスに入れることで溶液を常に10℃以下に保った状態にし、これに5℃の水9gに亜硝酸ナトリウム1.8gを溶かした溶液を加えた。この溶液を更に15分間撹拌後、比表面積が220m2/g、DBP吸油量が105mL/100gであるカーボンブラック6gを撹拌下で加えた。その後、更に15分間撹拌し、得られたスラリーをろ紙(商品名:標準用濾紙No.2;アドバンテック製)でろ過した後、粒子を充分に水洗した。これを110℃のオーブンで乾燥させ、自己分散カーボンブラックを調製した。更に、得られた自己分散カーボンブラックに水を加えて顔料の含有量が10.0%となるように分散させ、分散液を調製した。上記の方法により、カーボンブラック粒子表面に−C6H3−(COONa)2基が導入されてなる自己分散カーボンブラックが水中に分散された状態の顔料分散体を得た。その後、イオン交換法を用いて顔料分散体のナトリウムイオンをカリウムイオンに置換することによって、カーボンブラックの表面に−C6H3−(COOK)2基を導入した自己分散カーボンブラックが分散された顔料分散体Aを得た。
比表面積が220m2/g、DBP吸油量が112mL/100gであるカーボンブラック500g、アミノフェニル(2−スルホエチル)スルホン45g、蒸留水900gを反応器に入れ、温度55℃、回転数300rpmで20分間撹拌した。その後、25%の亜硝酸ナトリウム40gを15分間滴下し、更に蒸留水50gを加え、60℃で2時間反応させた。得られた反応物を蒸留水で希釈しながら取り出し、固形分含有量が15.0%となるように調製した。更に、遠心分離処理及び精製処理を行い、不純物を除去して、分散液(1)を得た。分散液(1)中のカーボンブラックは、表面にアミノフェニル(2−スルホエチル)スルホンの官能基が結合した状態であった。この分散液(1)中における、カーボンブラックに結合した官能基のモル数を以下のようにして求めた。分散液(1)中のナトリウムイオン濃度を、プローブ式ナトリウム電極で測定し、得られた値をカーボンブラック粉末1mol当りに換算して、カーボンブラックに結合した官能基のモル数を求めた。次に、分散液(1)をペンタエチレンヘキサミン溶液中に滴下した。この際、ペンタエチレンヘキサミン溶液を強力に撹拌しながら室温に保ち、1時間かけて分散液(1)を滴下した。このとき、ペンタエチレンヘキサミンの含有量は、先に測定したナトリウムイオンのモル数の1〜10倍とし、溶液の量は分散液(1)と同量とした。更に、この混合物を18乃至48時間撹拌した後、精製処理を行い、固形分含有量が10.0%の分散液(2)を得た。分散液(2)中のカーボンブラックは、表面にペンタエチレンヘキサミンが結合した状態であった。
比表面積が210m2/g、DBP吸油量が74mL/100gであるカーボンブラック10部、酸価が200mgKOH/gで重量平均分子量が10,000のスチレン−アクリル酸共重合体を10%水酸化カリウム水溶液で中和した樹脂20部、水70部を混合した。この混合物を、サンドグラインダーを用いて1時間分散した後、遠心分離処理を行って粗大粒子を除去し、ポアサイズ3.0μmのミクロフィルター(富士フイルム製)にて加圧ろ過を行った。上記の方法により、樹脂分散カーボンブラックが水中に分散された状態の顔料分散体Cを得た。尚、上記で調製した顔料分散体Cの固形分含有量は10.0%、pHは10.0であり、顔料の平均粒子径は120nmであった。
酸基を有さないポリオール(B部)をメチルエチルケトン中で充分撹拌溶解し、次いでポリイソシアネート(A部)、酸基を有するジオール(C部)、PU−11のみ更にトリメチロールプロパン2.0部を加え、75℃で1時間反応させウレタンプレポリマー溶液を得た。次いで得られたウレタンプレポリマー溶液を60℃まで冷却して、水酸化カリウム水溶液を加え、カルボキシ基を中和した後、40℃まで冷却してイオン交換水を添加し、ホモミキサーで高速撹拌することで乳化した。乳化後、鎖延長剤(D部)を加え、鎖延長反応を30℃にて12時間行った。FT−IRによりイソシアネート基の存在が確認されなくなったところで、この樹脂溶液を加熱減圧下、メチルエチルケトンを留去し、ポリウレタン樹脂含有量20.0%、重量平均分子量30,000のポリウレタン樹脂分散体PU−1〜PU−19を得た。得られたポリウレタン樹脂分散体を用いて、上記の水酸化カリウムメタノール滴定液を用いた電位差滴定によりポリウレタン樹脂の酸価を測定した。各ポリウレタン樹脂分散体の調製条件及び特性を表2に示す。
上記で得られたポリウレタン樹脂分散体PU−1〜19のMEKゲル分率を測定することにより、分子内に架橋構造を有しているかの検証を行った。まず、各ポリウレタン樹脂分散体をシャーレに量り取り、35℃の環境で放置し、ポリウレタン樹脂フィルムを作成した。次に、得られたフィルムをソクスレー抽出に用いる濾紙に設置し、MEKによりソクスレー抽出を行った。抽出後の濾紙に残存したフィルムの質量を測定し、抽出前のフィルムの質量で除することによって、MEKゲル分率を算出した。その後、MEKゲル分率の値が上記式(1)を満たすものかどうかを計算し、架橋構造を有するポリウレタン樹脂かどうかの判断を行った。その結果、PU−14とPU−19以外は、架橋構造を有するポリウレタン樹脂であることが確認できた。表3に代表的なポリウレタン樹脂分散体に関して、架橋構造の有無の検証結果を示す。
下記表4〜表6に示した各成分を混合し、充分に撹拌して分散した後、ポアサイズ3.0μmのミクロフィルター(富士フイルム製)にて加圧ろ過を行い、各インクを調製した。実施例1〜20の各インクの25℃における粘度は、いずれも6cps以下であった。尚、表中、Cab−O−Jet400はキャボット製の自己分散顔料(顔料の含有量は15.0%)である。また、アセチレノールE−100は川研ファインケミカル製の界面活性剤である。
ポリカーボネート/ポリエステルジオール(Desmophen VPLS2391;バイエル製)をアセトン及びジブチル錫ジラウレート(触媒)と一緒に反応器に加え、混合物を40℃に加熱した。これにIPDIを60分かけて添加し、アセトンリンスがこれに続いた。反応の間は、温度を52℃未満に維持した。プレポリマーのNCO値を滴定によって測定した。IPDI供給が行われた30分後に、DMPA、トリエチルアミン(TEA)及びアセトンリンス(10.3g)を加え、イソシアネート過剰と反応させた。反応は約60分で完了した(NCO滴定)。相反転のために1364.7g脱イオン水を10分かけて加えた。これに、6.25%EDA水溶液の添加と水リンス(34.5g)とが直ちに続いた。分散体を50℃で更に2時間撹拌した。40%固形分分散体を得るためにアセトンを減圧蒸留し、固形分20%のポリウレタン樹脂PU−20(酸価31.55mgKOH/g)を得た。
滴下装置、温度計、水冷式還流コンデンサー、及び撹拌機を備えた反応容器にイオン交換水100部を入れ、撹拌しながら窒素雰囲気70℃で、重合開始剤の過硫酸カリウムを0.2部添加した。イオン交換水7部に、ラウリル硫酸ナトリウム0.05部、スチレン15部、TDI、1,5−ペンタンジオールよりなるウレタンプレポリマー1部、ブチルメタクリレート15部及びt−ドデシルメルカプタン0.02を混合して得たモノマー溶液を、70℃で容器に滴下して反応させ、一次物質を作成した。この一次物質に、過硫酸アンモニウム10%溶液2部を添加して撹拌した。更にイオン交換水30部、ラウリル硫酸カリウム0.2部、スチレン30部、アクリルアミド1部、ブチルメタクリレート15部、ジベンタエリスリトールヘキサメタクリレート1部、t−ドデシルメルカプタン0.6部よりなる反応液を70℃で撹拌しながら反応容器に添加して重合反応させた。その後反応液をアンモニアで中和してpH8.0〜8.5とし、0.3μmのフィルターでろ過して、樹脂エマルションを得た。上記で得られた樹脂エマルションは、コアシェル型構造を有する。コア部は、ウレタン結合を有する樹脂(PU−21)とスチレンとアクリル酸との共重合体との混合物からなり、これら樹脂は架橋された構造を有する。一方、シェル部は、メタクリレートとアクリルアミドとを重合させて表面にメタアクリル酸のカルボキシ基とアクリルアミドのアミド基を有する樹脂からなる。
2,2−ジメチロールプロピオン酸65部と、ポリエステルポリオール(数平均分子量:2,000)326部とメチルエチルケトン500部とをフラスコに仕込み、窒素シール下に撹拌しながら50℃まで昇温した。これにIPDI109部を投入した後、80℃まで昇温し、2時間反応させた。赤外吸収線スペクトル分析で、イソシアネート基が無くなったことを確認し、不揮発分が80%、溶液の酸価が26mgKOH/g、溶液の水酸基価26mgKOH/gで、25℃におけるガードナー粘度がZ6であるポリウレタン樹脂PU−22を得た。次に、PU−22の700部、ラーベン5000(コロンビヤンカーボン製カーボンブラック)87部、メチルエチルケトン213部を3本ロールで1分間分散させた後、取り出した。これを3回繰り返した。
2,2−ジメチロールプロピオン酸62部と、IPDI156部と、酢酸エチル200部とをフラスコに仕込み、窒素シール下に撹拌しながら80℃まで昇温、同温度に4時間保持した。そして、イソシアネート基含有率の減少が認められなくなった後に、50℃に降温し、プラクセル212(ダイセル化学工業製、ポリカプロラクトンジオール;数平均分子量=1,250)の582部を投入し、80℃で2時間反応した。赤外吸収線スペクトル分析で、イソシアネート基が無くなったことを確認し、不揮発分が80%、溶液の酸価が26mgKOH/g、溶液の水酸基価26mgKOH/gで、25℃におけるガードナー粘度がZ6であるポリウレタン樹脂PU−23を得た。
反応容器に、プラクセル212)の186.9部及びIPDIの100.0部を仕込んだ。これを撹拌しながら、110℃に加熱した。1時間後、80℃まで冷却し、DMPAの20.1部、ジブチル錫ジラウレートの0.3部及び酢酸エチルの76.8部を加え、80℃で2時間反応させた。ここに、バーノック DN−980S(大日本インキ化学工業製、HDIをビュレット化したポリイソシアネート、NCO含量20%)の16.2部とMEKの408部を加えた。このときのNCO基含有量は固形分換算で4.9%であった。
温度計、撹拌機、窒素導入管、冷却管を設置した4つ口フラスコに、98gのプラクセル205BA(ダイセル化学工業製、カルボン酸変性ポリカプロラクトンジオール)、9gのTMP、120gのMEK、及び0.54gの1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンを投入した。プラクセル205BAは、ジメチロールブタン酸をラクトン変性したカルボン酸変性ポリカプロラクトンジオールである。プラクセル205BAの酸価は110mgKOH/g、重量平均分子量は500、水酸基価は220mgKOH/gである。プラクセル205BA、TMP、MEK及び1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンを30分間撹拌後、73gのIPDIを4つ口フラスコに投入し、室温で1時間窒素雰囲気下で撹拌後、70℃に昇温し70℃で4時間反応を行った。反応後、室温まで冷却し、濃度が60%であるウレタンプレポリマー溶液1を得た。17.7gの50%水酸化カリウム水溶液と350gのイオン交換水を四つ口フラスコ中に投入し、250gのウレタンプレポリマー溶液1とともに室温で30分間撹拌した。窒素雰囲気下で80℃に昇温後、80℃で2時間鎖延長反応を行った。反応後、ロータリーエバポレーターとアスピレーターを用いてMEKと一部の水を除去した後、回収量が429gになるようにイオン交換水を添加し、ポリウレタン樹脂濃度35%の中和剤含有水溶液(ポリウレタン樹脂PU−25)を得た。ポリウレタン樹脂PU−25における水酸基を有する全化合物中の酸基を有するポリオールの含有量は75モル%であり、水酸基を3個有する化合物の含有量は25モル%であった。また、得られたポリウレタン樹脂PU−25の酸価は74mgKOH/g、重量平均分子量は38,000であった。
比較例16と同様にして、102gのプラクセル205BA、7gのTMP、71gのIPDI、120gのMEK、及び0.54gの1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンを用いて濃度が60%であるウレタンプレポリマー溶液を得た。
添加漏斗、コンデンサー、スターラーおよび窒素ガスラインが装着された無アルカリ無酸の乾燥フラスコに699.2gのデスモフェンC200、280.0gのアセトンおよび0.06gのDBTLを添加した。内容物を40℃に加熱し、充分に混合した。その後、添加漏斗を経由して40℃で60分にわたり189.14gのIPDIをフラスコに添加した。15.5gのアセトンにより一切の残留IPDIを添加漏斗からフラスコ中にリンスした。フラスコの温度を50℃に上げ、約30分にわたり保持した。添加漏斗を経由して44.57gのDMPA、その後、25.2gのTEAをフラスコに添加した。その後、添加漏斗を15.5gのアセトンでリンスした。その後、NCO%が1.14%以下になるまでフラスコの温度を再び50℃に上げた。温度が50℃で、1498.0gの脱イオン(DI)水を10分にわたり添加し、その後、添加漏斗を経由して97.5gのEDA(水中6.25%溶液として)と29.7gのTETA(水中6.25%溶液として)の混合物を5分にわたり添加した。その後、添加漏斗を80.0gの水でリンスした。混合物を50℃で1時間にわたり保持し、その後、室温に冷却した。アセトン(31.0g)を真空下で除去し、約35.0%固形分を有するポリウレタンの最終分散体を残した。ポリウレタン分散体に関して、架橋をTETAによって達成した。以上より、酸価40mgKOH/g、粘度66cps、固形分35.2%、pH7.48、平均粒径65nm、THF不溶分5%のポリウレタン樹脂PU−27分散体を得た。
本発明においては下記の各評価項目の評価基準において、AA〜Bが好ましいレベルとし、Cは許容できないレベルとした。
上記で調製した各インクを、フィルム化したときの膜厚が0.3mm〜0.5mmになるように剥離紙上に塗布し、60℃の乾燥機中に1晩放置しフィルムを得た。次に、ダンベル型にフィルムを切断し、以下の条件にて動的粘弾性を測定し、得られた温度−貯蔵弾性率E’の曲線から屈曲点を求め、そのときの温度をガラス転移温度とした。
・測定装置:EXSTAR6000 DMS(エスアイアイ・ナノテクノロジー製)
・圧縮刺激:(荷重制御 静荷重約200mN、ひずみ振幅10.0μm、正弦波)
・温度プログラム:20℃から−100℃まで5℃/分で降温させ、5分間ホールドする。次に、−100℃から200℃まで2℃/分で昇温させる。
・周波数:0.5,1.0,2.0,5.0,10.0Hz
その結果、実施例1〜19のインクから作成したフィルムにおいては、50℃以下の領域及び50℃以上の領域において各々ガラス転移温度に由来するピークを観測した。一方で、比較例1〜18のインクから作成したフィルムにおいては、測定温度領域において観測されたガラス転移温度に由来するピークは1つ、又はピークが観測されなかった。
上記で得られた各インクをインクカートリッジに充填し、インクジェット記録装置PIXUS iP3100(キヤノン製)に装着した。そして、PPC用紙GF−500(キヤノン製)、PPC用紙4024(ゼロックス製)、PPC用紙ブライトホワイト(ヒューレッドパッカード製)、PPC用紙ハンマーミルジェットプリント(インターナショナルペーパー製)の4種類の記録媒体に対して、2cm×2cmのベタ画像(記録デューティ100%の画像)を印刷した。このときの記録条件は、温度:23℃、相対湿度:55%、1滴あたりの吐出量:28ng±10%以内とした。尚、上記インクジェット記録装置では、解像度600dpi×600dpiで1/600dpi×1/600dpiの単位領域に約28ngのインクを1滴付与する条件を、記録デューティが100%であると定義される。得られたベタ画像を1日放置した後、反射濃度計(商品名:マクベスRD−918;マクベス製)を用いて画像濃度を測定し、評価を行った。画像濃度の評価基準は以下の通りである。評価結果を表7〜10に示す。
AA:4種類の記録媒体の画像濃度の平均が1.45以上であった
A:4種類の記録媒体の画像濃度の平均が1.4以上1.45未満であった
B:4種類の記録媒体の画像濃度の平均が1.3以上1.4未満であった
C:4種類の記録媒体の画像濃度の平均が1.3未満であった。
上記で得られた各インクをインクカートリッジに充填し、インクジェット記録装置PIXUS iP3100(キヤノン製)に装着した。そして、PPC用紙GF−500(キヤノン製)に対して、1インチ×0.5インチのブラックのベタ画像(記録デューティ100%の画像)を印刷した。得られたベタ画像の上に、シルボン紙及び面圧40g/cm2の分銅を置き、ベタ画像とシルボン紙を擦り合わせた。その後、シルボン紙及び分銅を取り除き、ベタ画像の汚れ具合やシルボン紙の白地部への転写を目視により観察した。尚、上記評価は記録後10分後、及び1日後に別々のベタ画像を用いて行った。画像の耐擦過性の評価基準は下記の通りである。評価結果を表7〜10に示す。
AA:10分後及び1日後において白地部の汚れが見られなかった
A:10分後において白地部の汚れが若干見られるが、1日後は白地部の汚れが見られなかった
B:10分後において白地部の汚れが見られるが目立たないレベルであり、1日後は白地部の汚れが見られなかった
C:10分後及び1日後において白地部の汚れが見られた。
上記で得られた各インクをインクカートリッジに充填し、インクジェット記録装置PIXUS iP3100(キヤノン製)に装着した。そして、PPC用紙GF−500(キヤノン製)に対して、太さ1/10インチの縦罫線を記録した。得られた記録物上の縦罫線部に黄色ラインマーカー・OPTEX2(ゼブラ製)を用いてマーキングし、その後すぐに記録物上の白地部にマーキングし、マーカーのペン先の汚染及び白地部のマーキングの汚れを確認した。尚、上記評価は記録後5分後、及び1日後にそれぞれ行った。耐マーカー性の評価基準は下記の通りである。評価結果を表7〜10に示す。
AA:5分後及び1日後において、マーカーのペン先に着色の汚染がなく、白地部へマーキングしても汚れが発生しなかった
A:5分後において、マーカーのペン先に少し着色の汚染があるが、白地部へマーキングしても汚れがほとんど見られなかった。1日後においてはペン先に着色の汚染がなく、マーキングしても汚れが発生しなかった
B:5分後及び1日後において、マーカーのペン先に少し着色の汚染があるが、白地部へマーキングしても汚れがほとんど見られなかった
C:5分後及び1日後において、マーカーのペン先に着色の汚染があり、白地部へマーキングすると汚れが見られた。
上記で得られた各インクをインクカートリッジに充填し、インクジェット記録装置PIXUS iP3100(キヤノン製)に装着した。そして、A4サイズのPPC用紙GF−500(キヤノン製)に対して、19cm×26cmのベタ画像(記録デューティ100%の画像)を、10枚印刷した。このときの5枚目及び10枚目のベタ画像の記録物を目視で観察することにより、インクの吐出安定性を評価した。インクの吐出安定性の評価基準は下記の通りである。評価結果を表7〜10に示す。
AA:5枚目及び10枚目において、白スジやカスレが見られなかった
A:5枚目においては白スジやカスレが見られないが、10枚目において、僅かに白スジやカスレが見られるが、ほとんど気にならないレベルであった
B:5枚目においては白スジやカスレが見られないが、10枚目において、白スジやカスレがあるが、許容できるレベルであった
C:5枚目及び10枚目において、白スジやカスレが見られた。
Claims (10)
- 自己分散顔料及びポリウレタン樹脂を含有するインクジェット用インクであって、
前記ポリウレタン樹脂が、ポリイソシアネート、酸基を有さないポリオール、及び酸基を有するジオールのそれぞれに由来するユニットを有し、前記ポリウレタン樹脂が架橋構造を有しており、かつ、前記ポリウレタン樹脂の酸価が60mgKOH/g以上100mgKOH/g以下であることを特徴とするインクジェット用インク。 - 前記酸基を有するジオールが、ジメチロールプロピオン酸及びジメチロールブタン酸の少なくともいずれかである請求項1に記載のインクジェット用インク。
- 前記ポリウレタン樹脂が、3官能以上のポリアミンにより架橋されたものである請求項1又は2に記載のインクジェット用インク。
- 前記3官能以上のポリアミンが、ジエチレントリアミン及びトリエチレンテトラミンの少なくともいずれかである請求項3に記載のインクジェット用インク。
- 前記3官能以上のポリアミンの使用量が、ウレタンプレポリマーにおける残存イソシアネート基を基準として、モル換算で40%以上である請求項3又は4に記載のインクジェット用インク。
- 前記酸基を有さないポリオールが、ポリエーテルポリオールである請求項1乃至5のいずれか1項に記載のインクジェット用インク。
- 前記ポリエーテルポリオールが、ポリプロピレングリコールである請求項6に記載のインクジェット用インク。
- 前記インク中の前記ポリウレタン樹脂の含有量(質量%)が、インク全質量を基準として2.0質量%未満であり、かつ、前記ポリウレタン樹脂の含有量(質量%)が前記自己分散顔料のインク全質量を基準とした含有量(質量%)に対して、質量比率で0.1倍以上0.9倍以下である請求項1乃至7のいずれか1項に記載のインクジェット用インク。
- インクを収容するインク収容部を備えたインクカートリッジであって、前記インク収容部に収容されたインクが、請求項1乃至8のいずれか1項に記載のインクジェット用インクであることを特徴とするインクカートリッジ。
- インクをインクジェット方式で吐出する工程を有するインクジェット記録方法であって、前記インクが、請求項1乃至8のいずれか1項に記載のインクジェット用インクであることを特徴とするインクジェット記録方法。
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