JP2013091734A - 水溶性インク組成物 - Google Patents
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Landscapes
- Inks, Pencil-Leads, Or Crayons (AREA)
Abstract
【課題】印刷物の耐摩擦性に優れ、保存安定性および吐出安定性(再分散性)に優れた水溶性インク組成物を提供すること。
【解決手段】分散樹脂、顔料、塩基性化合物、水、および水溶性有機媒体を含んでなる水溶性インク組成物であって、分散樹脂が、第1の単量体として(α−メチル)スチレンおよび/または芳香族基含有(メタ)アクリル酸エステル30〜83重量%、第2の単量体として(メタ)アクリル酸40〜12重量%、および第3の単量体として下記一般式1で表されるアルキレンオキサイド基含有(メタ)アクリル酸エステル30〜5重量%を共重合して得られる重量平均分子量が12,000〜35,000、かつ酸価が100〜250mgKOH/gである共重合体であることを特徴とする水溶性インク組成物。
一般式1 CH2=C(R1)COO(CH2CH2O)n−R2
[式中、R1、R2は、HまたはCH3を表す。nは、2〜24の整数を表わす。]
【選択図】なし
【解決手段】分散樹脂、顔料、塩基性化合物、水、および水溶性有機媒体を含んでなる水溶性インク組成物であって、分散樹脂が、第1の単量体として(α−メチル)スチレンおよび/または芳香族基含有(メタ)アクリル酸エステル30〜83重量%、第2の単量体として(メタ)アクリル酸40〜12重量%、および第3の単量体として下記一般式1で表されるアルキレンオキサイド基含有(メタ)アクリル酸エステル30〜5重量%を共重合して得られる重量平均分子量が12,000〜35,000、かつ酸価が100〜250mgKOH/gである共重合体であることを特徴とする水溶性インク組成物。
一般式1 CH2=C(R1)COO(CH2CH2O)n−R2
[式中、R1、R2は、HまたはCH3を表す。nは、2〜24の整数を表わす。]
【選択図】なし
Description
本発明は、印刷用紙、特にコート紙、アート紙等の疎水性の高い用紙に印刷した際に、印刷物の耐摩擦性に優れ、保存安定性および吐出安定性(再分散性)に優れた水溶性インク組成物およびその製造方法に関する。
顔料を水媒体中に分散した水性インクは、オフセット印刷、グラビア印刷、インクジェット印刷など、多くの印刷用途で使用されている。近年では、耐光性、耐水性に優れた水性顔料インクについて多くの提案がなされている。
顔料は、基本的性質として水に不溶であるという性質を有する。したがって、それを用いた水性顔料インクは、インク中での顔料の分散状態を安定に保つべく、界面活性剤や分散樹脂を用いて分散安定化を図っているが、分散樹脂は、時として、インク保存時の粘度上昇や、インクジェット印刷時におけるインクジェットノズルでの溶剤の揮発等による付着固化を引き起こすといった問題を生じることが多い。インクジェットノズルでの付着固化は、高沸点溶剤をインク中に添加して緩和する方策があるが、インク中での顔料の分散状態が不安定となり、分散性や保存安定性が低下する懸念がある。また、高沸点溶剤を用いると、インクの乾燥に時間を要し、その結果、印刷物の色移りが生じるといった問題を生じる。
上記の問題の改善のために、例えば、特開2003−96343号公報、特開2003−183557号公報、特開2008−248049号公報などに、それら諸問題を解決する提案がなされている。
しかしながら、特にコート紙、アート紙等の疎水性の高い用紙に印刷した際に、印刷物の耐摩擦性に優れ、保存安定性および吐出安定性(再分散性)に優れた水性顔料インクは、いまだ充分満足な特性を示すものは開発できていないのが現状である。
本発明の課題は、印刷物の耐摩擦性に優れ、保存安定性および吐出安定性(再分散性)に優れた水溶性インク組成物を提供することである。
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、印刷物の耐摩擦性に優れ、保存安定性および吐出安定性(再分散性)に優れた水溶性インク組成物を開発して本発明に至った。
すなわち、本発明は、少なくとも分散樹脂、顔料、塩基性化合物、水、および水溶性有機媒体を含んでなる水溶性インク組成物であって、分散樹脂が、第1の単量体として(α−メチル)スチレンおよび/または芳香族基含有(メタ)アクリル酸エステル30〜83重量%、第2の単量体として(メタ)アクリル酸40〜12重量%、および第3の単量体として下記一般式1で表されるアルキレンオキサイド基含有(メタ)アクリル酸エステル30〜5重量%を共重合して得られる重量平均分子量(Mw)が12,000〜35,000、かつ酸価が100〜250mgKOH/gである共重合体であることを特徴とする水溶性インク組成物に関する。
一般式1 CH2=C(R1)COO(CH2CH2O)n−R2
[式中、R1、R2は、それぞれ独立に、HまたはCH3を表す。nは、2〜24の整数を表わす。]
一般式1 CH2=C(R1)COO(CH2CH2O)n−R2
[式中、R1、R2は、それぞれ独立に、HまたはCH3を表す。nは、2〜24の整数を表わす。]
また、本発明は、前記芳香族含有(メタ)アクリル酸エステルが、ベンジルメタクリレートである水溶性インク組成物に関する。
また、本発明は、前記水溶性インク組成物の製造方法であって、分散樹脂を塩基性化合物でpH7〜10とした後、顔料、水と共に混合して予備分散し、さらに、水溶性有機媒体を添加して分散することを特徴とする水溶性インク組成物の製造方法に関する。
本発明においては、特定の単量体を特定の比率で共重合した共重合体を分散樹脂に用いることで、印刷物の耐摩擦性に優れ、保存安定性および吐出安定性(再分散性)に優れた水溶性インク組成物を提供することができる。
以下に、好ましい実施の形態を挙げて、本発明の水溶性インク組成物(以下、単にインク組成物、顔料インク、インクという場合がある)について説明する。
<分散樹脂>
まず、本発明で使用する分散樹脂について説明する。
本発明で使用する顔料分散樹脂(以下、分散樹脂と表現する)は、単量体として(α−メチル)スチレンおよび/または芳香族基含有(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸、および下記一般式1で表されるアルキレンオキサイド基含有(メタ)アクリル酸エステルを共重合して得られる共重合体分散樹脂である。本明細書において、「(メタ)アクリル」とは、「アクリル」および/または「メタクリル」を意味する。
一般式1 CH2=C(R1)COO(CH2CH2O)n−R2
[式中、R1、R2は、それぞれ独立に、HまたはCH3を表す。nは、2〜24の整数を表わす。]
まず、本発明で使用する分散樹脂について説明する。
本発明で使用する顔料分散樹脂(以下、分散樹脂と表現する)は、単量体として(α−メチル)スチレンおよび/または芳香族基含有(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸、および下記一般式1で表されるアルキレンオキサイド基含有(メタ)アクリル酸エステルを共重合して得られる共重合体分散樹脂である。本明細書において、「(メタ)アクリル」とは、「アクリル」および/または「メタクリル」を意味する。
一般式1 CH2=C(R1)COO(CH2CH2O)n−R2
[式中、R1、R2は、それぞれ独立に、HまたはCH3を表す。nは、2〜24の整数を表わす。]
第1の単量体は、(α−メチル)スチレンおよび/または芳香族基含有(メタ)アクリル酸エステルである。ここで、(α−メチル)スチレンとは、スチレン、α−メチルスチレンが挙げられるが、スチレンが好ましい。
また、芳香族基含有(メタ)アクリル酸エステルとしては、分子内に芳香族基を含有する(メタ)アクリル酸エステルを意味し、具体的には、ベンジルアクリレート、ベンジルメタクリレート、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシエチルメタクリレートなどが挙げられるが、ベンジルメタクリレートが好ましい。
これらは、単独で用いても、任意の割合で混合して使用しても構わないが、(α−メチル)スチレン:芳香族基含有(メタ)アクリル酸エステルが、10:0〜2:8が好ましく、9:1〜3:7がより好ましく、8:2〜4:6が特に好ましい。
第2の単量体としては、(メタ)アクリル酸であり、具体的には、アクリル酸、メタアクリル酸が挙げられる。
第3の単量体としては、一般式1で表されるアルキレンオキサイド基含有(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる。アルキレンオキサイド基含有(メタ)アクリル酸エステルとしては、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレートがあるが、具体的には、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールモノアクリレートなどが挙げられる。入手可能な市販製品を挙げると、新中村化学工業社製 NK エステルM−90G、M−230G、AM−90G、AM−130G、日油社製、商品名: ブレンマーAE−90、AE−200、AE−400、AME−400、PE−90,PE−200、PE−350、PME−100、PME−200、PME−400,PME−1000などを好ましく使用することができる。
(単量体の組成比)
本発明で用いられる分散樹脂中の、第1の単量体(α−メチル)スチレンおよび/または芳香族基含有(メタ)アクリル酸エステルの組成比は、30〜83重量%の範囲である事が好ましく、50〜75重量%である事がより好ましく、60〜70重量%である事が更に好ましい。組成比が30重量%より減少すると、顔料表面への分散樹脂の吸着がし難くなるため、顔料の分散状態が不安定化し易くなったり、印刷物の耐摩擦性が低下し易くなり好ましくない。また、80重量%より多くなると、顔料分散安定性の低下が起こりやすくなる。
第2の単量体(メタ)アクリル酸の組成比は、40〜12重量%である事が好ましく、35〜15重量%の範囲である事が好ましく、25〜15重量%である事が更に好ましい。12重量%より少なくなると、分散樹脂の水溶性が低下と共に樹脂同士が会合体を形成し、顔料の分散工程に於いて十分にその分散能を発揮できなくなる上、顔料分散体形成時に静電反発力が低下する事により、顔料分散状態の安定性が低下する。40重量%より大きくなると、膜強度の低下による耐摩擦性の低下や、顔料表面からの樹脂脱離に伴う分散性の低下が起ころ易くなる。
第3の単量体としてアルキレンオキサイド基含有(メタ)アクリル酸エステルの組成比は30〜5重量%である事が好ましく、25〜10重量%含むことが好ましく、20〜15重量%である事が更に好ましい。5重量%より少ないと、顔料表面からの樹脂脱離に伴う分散性の低下がおき、30%より多いと耐摩擦性、耐水性が低下する。
本発明で用いられる分散樹脂中の、第1の単量体(α−メチル)スチレンおよび/または芳香族基含有(メタ)アクリル酸エステルの組成比は、30〜83重量%の範囲である事が好ましく、50〜75重量%である事がより好ましく、60〜70重量%である事が更に好ましい。組成比が30重量%より減少すると、顔料表面への分散樹脂の吸着がし難くなるため、顔料の分散状態が不安定化し易くなったり、印刷物の耐摩擦性が低下し易くなり好ましくない。また、80重量%より多くなると、顔料分散安定性の低下が起こりやすくなる。
第2の単量体(メタ)アクリル酸の組成比は、40〜12重量%である事が好ましく、35〜15重量%の範囲である事が好ましく、25〜15重量%である事が更に好ましい。12重量%より少なくなると、分散樹脂の水溶性が低下と共に樹脂同士が会合体を形成し、顔料の分散工程に於いて十分にその分散能を発揮できなくなる上、顔料分散体形成時に静電反発力が低下する事により、顔料分散状態の安定性が低下する。40重量%より大きくなると、膜強度の低下による耐摩擦性の低下や、顔料表面からの樹脂脱離に伴う分散性の低下が起ころ易くなる。
第3の単量体としてアルキレンオキサイド基含有(メタ)アクリル酸エステルの組成比は30〜5重量%である事が好ましく、25〜10重量%含むことが好ましく、20〜15重量%である事が更に好ましい。5重量%より少ないと、顔料表面からの樹脂脱離に伴う分散性の低下がおき、30%より多いと耐摩擦性、耐水性が低下する。
(分散樹脂の酸価)
本発明で用いられる分散樹脂の、酸価が100mgKOH/g以上、250mgKOH/g以下の範囲であることが好ましく、更には、酸価が120mgKOH/g以上、200mgKOH/g以下の範囲であることがより好ましい。100mgKOH/gより小さいと、水溶性低下により顔料分散性が低下し、250mgKOH/gより大きくなると耐摩擦性の低下や、樹脂の顔料表面からの脱離に伴う分散性の低下が起こり易くなる。
本発明で用いられる分散樹脂の、酸価が100mgKOH/g以上、250mgKOH/g以下の範囲であることが好ましく、更には、酸価が120mgKOH/g以上、200mgKOH/g以下の範囲であることがより好ましい。100mgKOH/gより小さいと、水溶性低下により顔料分散性が低下し、250mgKOH/gより大きくなると耐摩擦性の低下や、樹脂の顔料表面からの脱離に伴う分散性の低下が起こり易くなる。
(分散樹脂の重量平均分子量)
本発明のインク組成物の構成成分として用いる分散樹脂は、重量平均分子量が、12,000〜35,000の範囲であることが好ましく、更には、重量平均分子量が15,000〜25,000の範囲のものであることが好ましい。分散樹脂の重量平均分子量が上記範囲より低い場合、印刷物を形成した際の塗膜強度が低下し、重ねた印刷物同士の色移りや、インク保存時に分散樹脂が顔料表面から脱離する事による不安定化が起こり易くなる。また、分散樹脂の重量平均分子量が上記した範囲より大きくなると、インク粘度の上昇や再溶解性の低下により、保存安定性の低下や吐出安定性の低下が起こる懸念がある。
本発明のインク組成物の構成成分として用いる分散樹脂は、重量平均分子量が、12,000〜35,000の範囲であることが好ましく、更には、重量平均分子量が15,000〜25,000の範囲のものであることが好ましい。分散樹脂の重量平均分子量が上記範囲より低い場合、印刷物を形成した際の塗膜強度が低下し、重ねた印刷物同士の色移りや、インク保存時に分散樹脂が顔料表面から脱離する事による不安定化が起こり易くなる。また、分散樹脂の重量平均分子量が上記した範囲より大きくなると、インク粘度の上昇や再溶解性の低下により、保存安定性の低下や吐出安定性の低下が起こる懸念がある。
(分散樹脂の製造方法)
分散樹脂は、業界公知の溶剤中での重合反応により得られる。このとき分散樹脂は溶剤に溶解しているため、水性媒体中に分散樹脂を溶解させるためには、以下の方法がある。一つ目の方法としては、水と共沸する溶剤中で重合し、その後、水と塩基性化合物を加えて中和し水性化する。さらに、溶剤を水と共沸させて溶剤を除去する方法が挙げられる。二つ目の方法としては、最終的にインキに含有する水溶性有機媒体を合成溶媒に用いて重合反応させる。その後、水と塩基性化合物を加えて中和し水性化するが、水溶性有機媒体は取り除くことをせず、そのまま後述のプレミキシング、分散処理を行う。
分散樹脂は、業界公知の溶剤中での重合反応により得られる。このとき分散樹脂は溶剤に溶解しているため、水性媒体中に分散樹脂を溶解させるためには、以下の方法がある。一つ目の方法としては、水と共沸する溶剤中で重合し、その後、水と塩基性化合物を加えて中和し水性化する。さらに、溶剤を水と共沸させて溶剤を除去する方法が挙げられる。二つ目の方法としては、最終的にインキに含有する水溶性有機媒体を合成溶媒に用いて重合反応させる。その後、水と塩基性化合物を加えて中和し水性化するが、水溶性有機媒体は取り除くことをせず、そのまま後述のプレミキシング、分散処理を行う。
一つ目の方法の合成溶媒としては、水と共沸するものであれば良いが、分散樹脂に対し溶解性の高いものが良く、好ましくはエタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノールがあり、さらに好ましくは1−ブタノール等が挙げられる。
二つ目の方法の水溶性有機媒体としては、最終的にインキに含まれる水溶性有機媒体であれば良いが、分散樹脂に対し溶解性の高いものが良く、好ましくはトリエチレングリコールモノメチルエーテル、2−ピロリドン等が挙げられる。
二つ目の方法の水溶性有機媒体としては、最終的にインキに含まれる水溶性有機媒体であれば良いが、分散樹脂に対し溶解性の高いものが良く、好ましくはトリエチレングリコールモノメチルエーテル、2−ピロリドン等が挙げられる。
分散樹脂は、インク組成物中、0.3重量%以上、5重量%以下の範囲が好ましい。
<顔料>
次に、本発明で使用する顔料について説明する。
本発明においては、下記に挙げるような顔料を使用することができる。先ず、本発明で使用することのできる黒色の顔料としては、ファーネス法、チャネル法で製造されたカーボンブラックが挙げられる。例えば、これらのカーボンブラックであって、一次粒子径が11〜40mμm(nm)、BET法による比表面積が50〜400m2/g、揮発分が0.5〜10質量%、pH値が2〜10等の特性を有するものが好適である。
次に、本発明で使用する顔料について説明する。
本発明においては、下記に挙げるような顔料を使用することができる。先ず、本発明で使用することのできる黒色の顔料としては、ファーネス法、チャネル法で製造されたカーボンブラックが挙げられる。例えば、これらのカーボンブラックであって、一次粒子径が11〜40mμm(nm)、BET法による比表面積が50〜400m2/g、揮発分が0.5〜10質量%、pH値が2〜10等の特性を有するものが好適である。
このような特性を有する入手可能な市販製品を挙げると、例えば、No.33、40、45、52、900、2200B、2300、MA7、MA8、MCF88(以上、三菱化学製)、RAVEN1255(コロンビア社製)、REGAL330R、400R、660R、MOGULL(以上、キャボット社製)、Nipex 160IQ、Nipex 170IQ、Nipex 75、Printex 85、Printex 95、Printex 90、Printex 35、Printex U(以上、デグサ社製)等があり、何れも好ましく使用することができる。
本発明で使用することのできるイエローの顔料としては、例えば、C.I.Pigment Yellow 1、2、3、13、16、74、83、109、128、155等が挙げられる。また、マゼンタの顔料としては、例えば、C.I.Pigment Red 5、7、12、31、48(Ca)、48(Mn)、57(Ca)、57:1、112、122、キナクリドン固溶体、147、150、269、C.I.Pigment Violet 19等が挙げられる。また、シアンの顔料としては、例えば、C.I.Pigment Blue 1、2、3、15:3、15:4、15:6、16、22、C.I.Vat Blue 4、6等が挙げられる。上記以外の色の顔料を用いることもでき、その場合も含め、何れの顔料も各色インク組成物において単独でも、2つ以上の顔料を混合してもよい。勿論、本発明は、これらに限られるものではない。また、以上の他、自己分散型顔料等、新たに製造された顔料も使用することが可能である。
顔料は、インク組成物中、1〜20重量%、より好ましくは2〜12重量%の範囲が好ましい。
<塩基性化合物>
次に、本発明で使用する塩基性化合物について説明する。
塩基性化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム等の金属水酸化物、アンモニア水、ジメチルアミノエタノール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等の有機アミン類、更には、これらを混合したものを使用することができる。
塩基性化合物は、含有する分散樹脂を形成するための(メタ)アクリル酸を中和することで、インク組成物中での顔料粒子の分散安定化を図るために使用する。インク組成物は、中性又はアルカリ性に調整されたものであることが好ましい。但し、アルカリ性が強過ぎると、インクジェット記録装置に使われている種々の部材の腐食の原因となる場合があるので、7〜10のpH範囲とするのが好ましい。
次に、本発明で使用する塩基性化合物について説明する。
塩基性化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム等の金属水酸化物、アンモニア水、ジメチルアミノエタノール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等の有機アミン類、更には、これらを混合したものを使用することができる。
塩基性化合物は、含有する分散樹脂を形成するための(メタ)アクリル酸を中和することで、インク組成物中での顔料粒子の分散安定化を図るために使用する。インク組成物は、中性又はアルカリ性に調整されたものであることが好ましい。但し、アルカリ性が強過ぎると、インクジェット記録装置に使われている種々の部材の腐食の原因となる場合があるので、7〜10のpH範囲とするのが好ましい。
<水溶性有機媒体>
次に、本発明で使用する水溶性有機媒体について説明する。
水溶性有機媒体としては、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、secc−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、n−ペンタノール等の炭素数1〜5のアルキルアルコール類、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プロピルエーテル、ジ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ペンチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、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プロピルエーテル、トリエチレングリコールモノプロピルエーテル、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、トリプロピレングリコール等のオキシエチレン又はオキシプロピレン付加重合体、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、トリエリレングリコール、ブチレングリコール、1,2‐ヘキサンジオール、1,2,6‐ヘキサントリオール、ヘキシレングリコール等のアルキレン基が2〜6個の炭素原子を含むアルキレングリコール類、グリセリン、N−メチル‐2‐ピロリドン、2‐ピロリドン、1,3‐ジメチル−2−イミダゾリジノン等が挙げられる。
次に、本発明で使用する水溶性有機媒体について説明する。
水溶性有機媒体としては、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、secc−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、n−ペンタノール等の炭素数1〜5のアルキルアルコール類、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プロピルエーテル、ジ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ペンチルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、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プロピルエーテル、トリエチレングリコールモノプロピルエーテル、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、トリプロピレングリコール等のオキシエチレン又はオキシプロピレン付加重合体、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、トリエリレングリコール、ブチレングリコール、1,2‐ヘキサンジオール、1,2,6‐ヘキサントリオール、ヘキシレングリコール等のアルキレン基が2〜6個の炭素原子を含むアルキレングリコール類、グリセリン、N−メチル‐2‐ピロリドン、2‐ピロリドン、1,3‐ジメチル−2−イミダゾリジノン等が挙げられる。
上記水溶性有機媒体のインク組成物中における含有量は、インク組成物の全重量の3重量%以上、60重量%以下の範囲であり、より好ましくは3重量%以上、50重量%以下の範囲である。
<水>
次に、本発明で使用する水について説明する。
本発明のインク組成物を形成する場合に好適な水は、種々のイオンを含有する一般の水ではなく、イオン交換水(脱イオン水)を使用するのが好ましい。
また、水の含有量は、インク組成物の全重量の10重量%以上、90重量%以下、更に好ましくは、30重量%以上、80重量%以下の範囲である。
次に、本発明で使用する水について説明する。
本発明のインク組成物を形成する場合に好適な水は、種々のイオンを含有する一般の水ではなく、イオン交換水(脱イオン水)を使用するのが好ましい。
また、水の含有量は、インク組成物の全重量の10重量%以上、90重量%以下、更に好ましくは、30重量%以上、80重量%以下の範囲である。
<水溶性インク組成物>
本発明のインク組成物の製造方法としては、先ず初めに、塩基性化合物により可溶化された分散樹脂と、水とが少なくとも混合された水性媒体に顔料を添加し、混合撹拌した後、後述の分散手段を用いて分散処理を行い、必要に応じて遠心分離処理を行って所望の顔料分散液を得る。次に、必要に応じてこの顔料分散液に、水溶性有機媒体、或いは、上記で挙げたような適宜に選択された添加剤成分を加え、撹拌、必要に応じて濾過して本発明のインク組成物とする。ただし、本発明のインク組成物の製造方法は、これに限定されるものではない。
本発明のインク組成物の製造方法としては、先ず初めに、塩基性化合物により可溶化された分散樹脂と、水とが少なくとも混合された水性媒体に顔料を添加し、混合撹拌した後、後述の分散手段を用いて分散処理を行い、必要に応じて遠心分離処理を行って所望の顔料分散液を得る。次に、必要に応じてこの顔料分散液に、水溶性有機媒体、或いは、上記で挙げたような適宜に選択された添加剤成分を加え、撹拌、必要に応じて濾過して本発明のインク組成物とする。ただし、本発明のインク組成物の製造方法は、これに限定されるものではない。
インク組成物の作製方法においては、インク組成物の調製に分散処理を行って得られる顔料分散液を使用するが、顔料分散液の調製の際に行う分散処理の前に、プレミキシングを行うのが効果的である。即ち、プレミキシングは、少なくとも分散樹脂と水とが混合された水性媒体に顔料を加えて行えばよい。このようなプレミキシング操作は、顔料表面の濡れ性を改善し、顔料表面への分散剤の吸着を促進することができるため好ましい。
顔料の分散処理の際に使用される分散機は、一般に使用される分散機なら、如何なるものでもよいが、例えば、ボールミル、ロールミル、サンドミル、ビーズミル及びナノマイザー等が挙げられる。その中でも、ビーズミルが好ましく使用される。このようなものとしては、例えば、スーパーミル、サンドグラインダー、アジテータミル、グレンミル、ダイノーミル、パールミル及びコボルミル(何れも商品名)等が挙げられる。
さらに、顔料のプレミキシング及び分散処理において、分散樹脂は水のみに溶解した場合であっても、水溶性有機媒体と水の混合溶媒に溶解した場合であっても良い。特に分散処理においては、先述したように分散樹脂の合成溶媒とした水溶性有機媒体と水の混合溶媒に、分散樹脂が溶解もしくは分散している場合の方が、分散処理過程で安定な分散体を得ることができる場合がある。
本発明のインク組成物は、インクジェット記録用に用いられるため、顔料としては、最適な粒度分布を有するものを用いることが好ましい。即ち、顔料粒子を含有するインク組成物をインクジェット記録方法に好適に使用できるようにするためには、ノズルの耐目詰り性等の要請から、最適な粒度分布を有する顔料を用いることが好ましい。所望の粒度分布を有する顔料を得る方法としては、下記の方法が挙げられる。先に挙げたような分散機の粉砕メディアのサイズを小さくすること、粉砕メディアの充填率を大きくすること、処理時間を長くすること、粉砕後フィルターや遠心分離機等で分級すること、及びこれらの手法の組み合わせ等の手法がある。
<その他の添加剤>
本発明のインク組成物は、必要に応じて、ロジン、シェラック、デンプン等の天然樹脂や、前述した分散樹脂でない合成樹脂も併用できる。この場合の天然樹脂や合成樹脂は、前述した分散樹脂の添加量を上回らない程度に含有させることができる。
本発明のインク組成物は、必要に応じて、ロジン、シェラック、デンプン等の天然樹脂や、前述した分散樹脂でない合成樹脂も併用できる。この場合の天然樹脂や合成樹脂は、前述した分散樹脂の添加量を上回らない程度に含有させることができる。
また、本発明のインク組成物は、上記の成分の他に、必要に応じて所望の物性値を持つインク組成物とするために、界面活性剤、消泡剤、防腐剤等の添加剤を適宜に添加することができる。これらの添加剤の添加量の例としては、インクの全質量に対して、0.05質量%以上10質量%以下、好ましくは0.2質量%以上5質量%以下が好適である。
本発明のインク組成物に添加する界面活性剤としては、ノニオン性界面活性剤が好ましい。ノニオン性界面活性剤は、HLB値14.0以上、曇点90℃以上のノニオン性界面活性剤が好ましい。これによりインク組成物の乾燥付着が抑えられ、吐出安定性が向上する。
ノニオン性界面活性剤は、特に限定されるものではないが、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル エマルゲン120、147、150、ポリオキシエチレンステアリルエーテル エマルゲン350、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル エマルゲンA−90、A−500(花王社製)、ポリオキシエチレンアルキルエーテル ニューコール 2312、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル ニューコール712、714(日本乳化剤社製)等が挙げられる。以上のノニオン性界面活性剤の内、ラウリル基を有するポリオキシエチレンラウリルエーテル(HLB18.4、曇天100℃以上)のものが、吐出安定性に優れたインク組成物を得る上で特に好ましい。
ノニオン性界面活性剤の含有量は、インク組成物中の顔料に対して、質量換算で16%〜150%である事が好ましく、更には、20〜100%の範囲にあることが好ましい。顔料に対するノニオン性界面活性剤の含有量が16%以下であると、インク組成物の吐出安定効果が低下し易くなり、150%以上であると印字物の耐擦過性が低下し易くなるので好ましくない。また、インク組成物の吐出安定性及び紙面上での耐性を鑑みるに、ノニオン性界面活性剤と前記分散樹脂との間の、溶解に寄与する親水基バランスを考慮する事が必要となる。
これらのノニオン性界面活性剤は、インク組成物を製造するいかなる工程で添加してもよいが、分散工程、インク化工程のいずれかの工程で添加することが好ましい。
以下に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。なお、実施例及び比較例中、特に断りの無い限り、「部」、「%」は、それぞれ「重量部」、「重量%」を意味する。
また、以下の実施例において、重量平均分子量は、東ソー株式会社製ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)「HLC−8320GPC」において、分離カラム充填剤には東ソー株式会社製「TSK−GEL SUPER AWM−H」を2本直列に繋いで用い、移動相に濃度50mMのLiBr及び60mMのH3PO4を含むN,N−ジメチルホルムアミドを用いて測定したポリスチレン換算の値である。
まず、実施例及び比較例に使用した分散樹脂の製造例を示す。
<分散樹脂の製造>
(製造例1)分散樹脂1の製造
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、トリエチレングリコールモノメチルエーテル93.4部を仕込み、窒素ガスで置換した。反応容器内を110℃に加熱して、スチレン62.0部、メタクリル酸23.0部、アルキレンオキサイド基含有メタクリル酸エステルとしてM−90G(新中村化学工業社製、n=9)15.0部、および重合開始剤としてV−601(和光純薬工業社製)6.0部からなる混合物を、2時間かけて滴下して共重合反応を行った。滴下終了後、さらに110℃、2時間反応させた後、V−601を0.6部添加し、さらに110℃で1時間反応を続けた後、上記溶液を25℃まで冷却し、水酸化カリウム(純度85%:和光純薬工業社製)17.6部を添加して中和した。これは、分散樹脂1を完全に中和するに相当する量である。さらに、水を212.2部添加した。これを一部分取して、180℃で20分加熱乾燥して溶液中の不揮発分を測定した。分散樹脂1の不揮発分が20%となるよう水を加えた。これより、不揮発分20%の分散樹脂1の溶液を得た。分散樹脂1の重量平均分子量は20,700、酸価は150mgKOH/gであった。
(製造例1)分散樹脂1の製造
ガス導入管、温度計、コンデンサー、攪拌機を備えた反応容器に、トリエチレングリコールモノメチルエーテル93.4部を仕込み、窒素ガスで置換した。反応容器内を110℃に加熱して、スチレン62.0部、メタクリル酸23.0部、アルキレンオキサイド基含有メタクリル酸エステルとしてM−90G(新中村化学工業社製、n=9)15.0部、および重合開始剤としてV−601(和光純薬工業社製)6.0部からなる混合物を、2時間かけて滴下して共重合反応を行った。滴下終了後、さらに110℃、2時間反応させた後、V−601を0.6部添加し、さらに110℃で1時間反応を続けた後、上記溶液を25℃まで冷却し、水酸化カリウム(純度85%:和光純薬工業社製)17.6部を添加して中和した。これは、分散樹脂1を完全に中和するに相当する量である。さらに、水を212.2部添加した。これを一部分取して、180℃で20分加熱乾燥して溶液中の不揮発分を測定した。分散樹脂1の不揮発分が20%となるよう水を加えた。これより、不揮発分20%の分散樹脂1の溶液を得た。分散樹脂1の重量平均分子量は20,700、酸価は150mgKOH/gであった。
(製造例2〜8)
スチレン35.0部、メタクリル酸15.0部、M−90G15.0部を、表1の組成に変更した以外は、製造例1と同様な操作を行い、分散樹脂2〜7を製造した。得られた分散樹脂の酸価と重量平均分子量を併せて表1に示す。尚、M−230Gは、n=23のアルキレンオキサイド基含有メタクリル酸エステル(新中村化学工業社製、メトキシポリエチレングリコール#1000メタクリレート)である。
スチレン35.0部、メタクリル酸15.0部、M−90G15.0部を、表1の組成に変更した以外は、製造例1と同様な操作を行い、分散樹脂2〜7を製造した。得られた分散樹脂の酸価と重量平均分子量を併せて表1に示す。尚、M−230Gは、n=23のアルキレンオキサイド基含有メタクリル酸エステル(新中村化学工業社製、メトキシポリエチレングリコール#1000メタクリレート)である。
(製造例9、10)
仕込みモノマーをスチレン62.0部、メタクリル酸23.0部、M−90G15.0部とし、これに混合するV−601を、それぞれ15.0部、1.0部に変更した以外は、製造例1と同様な操作を行い、分散樹脂9、10をそれぞれ製造した。得られた分散樹脂の酸価と重量平均分子量を併せて表1に示す。
仕込みモノマーをスチレン62.0部、メタクリル酸23.0部、M−90G15.0部とし、これに混合するV−601を、それぞれ15.0部、1.0部に変更した以外は、製造例1と同様な操作を行い、分散樹脂9、10をそれぞれ製造した。得られた分散樹脂の酸価と重量平均分子量を併せて表1に示す。
(実施例1)インク組成物の製造
顔料としてPigment Blue 15:3(Lionogen Blue 7919、東洋インキ製造社製)を20部、製造例1で得た分散樹脂1の溶液を42.9部、水37.1部をガラス瓶に仕込み、ディスパーで予備分散した後、直径0.5mmのジルコニアビーズ250部を分散メディアとして仕込み、ペイントシェイカーにて本分散を行い、顔料分散体を得た。このとき、顔料と分散樹脂1の不揮発分の比率は、顔料/分散樹脂(不揮発分)=7/3(重量比)となっている。
引き続き、顔料分散体20部、グリセリン5部、2−ピロリドン5部、イソプロピルアルコール5部、トリエチレングリコールモノメチルエーテル5部、サーフェノール495(消泡剤、エアープロダクツジャパン社製)0.5部、プロキセルGXL(防腐剤、アビシア社製)0.2部、水59.3部を混合し、インク組成物1を作製した。このとき、インク組成物100部中には、顔料4部、分散樹脂1.7部が含まれていることになる。
顔料としてPigment Blue 15:3(Lionogen Blue 7919、東洋インキ製造社製)を20部、製造例1で得た分散樹脂1の溶液を42.9部、水37.1部をガラス瓶に仕込み、ディスパーで予備分散した後、直径0.5mmのジルコニアビーズ250部を分散メディアとして仕込み、ペイントシェイカーにて本分散を行い、顔料分散体を得た。このとき、顔料と分散樹脂1の不揮発分の比率は、顔料/分散樹脂(不揮発分)=7/3(重量比)となっている。
引き続き、顔料分散体20部、グリセリン5部、2−ピロリドン5部、イソプロピルアルコール5部、トリエチレングリコールモノメチルエーテル5部、サーフェノール495(消泡剤、エアープロダクツジャパン社製)0.5部、プロキセルGXL(防腐剤、アビシア社製)0.2部、水59.3部を混合し、インク組成物1を作製した。このとき、インク組成物100部中には、顔料4部、分散樹脂1.7部が含まれていることになる。
(実施例2〜5)
分散樹脂1を分散樹脂2〜5に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、インク組成物2〜5を得た。
分散樹脂1を分散樹脂2〜5に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、インク組成物2〜5を得た。
(比較例1〜5)
分散樹脂1を、それぞれ分散樹脂6〜10に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、それぞれインク組成物6〜10を得た。
分散樹脂1を、それぞれ分散樹脂6〜10に変更した以外は、実施例1と同様の操作を行い、それぞれインク組成物6〜10を得た。
(インク組成物の粘度測定)
上記で作成したインク組成物を、E型粘度計(東機産業社製「ELD型粘度計」)を用い、25℃、回転数20rpmの条件で粘度測定した。
上記で作成したインク組成物を、E型粘度計(東機産業社製「ELD型粘度計」)を用い、25℃、回転数20rpmの条件で粘度測定した。
(インク組成物の保存安定性)
作成したインク組成物を70℃の恒温機に1週間保存した。70℃1週間保存する前と後でのそれぞれの粘度を測定し、保存前後での粘度の変化率が、±10%以内なら○(実用上問題ない)、±10%以上±20%以内であれば△(不良)、±20%以上であれば×(極めて不良)とした。
作成したインク組成物を70℃の恒温機に1週間保存した。70℃1週間保存する前と後でのそれぞれの粘度を測定し、保存前後での粘度の変化率が、±10%以内なら○(実用上問題ない)、±10%以上±20%以内であれば△(不良)、±20%以上であれば×(極めて不良)とした。
(インク組成物の再分散性)
作成したインク組成物を、重量基準で1800倍に水で希釈した溶液について、分光スペクトルを測定し、617nmでの吸光度をAとした。
別途、インク組成物の一部を試験管に採取し、100℃で乾燥固化後、乾燥によって揮発した水と同量の水を固化物に添加し、超音波洗浄機にて分散後、0.2μmのPTFEフィルターでろ過し、同様に分光スペクトルを測定し、617nmでの吸光度をBとした。
上記で得た各々の吸光度を下記式によって計算し、インク組成物の再分散性とした。この再分散性は、インクジェット印刷する際のインクジェットノズルの吐出安定性の指標となる評価である。すなわち、インクジェット印刷では、インクジェットノズルからインク組成物が間欠的に吐出するため、ノズル先端では、インク組成物の乾燥、再分散(再溶解)が起き、再分散性が悪いと、異常吐出の原因となる。このため、吐出安定性の指標として、本方法による評価を行なった。
再分散性=A/B×100(%)
この数値が、95%以上を○(実用上問題ない)、90〜95%を△(不良)、90%以下を×(極めて不良)とした。
作成したインク組成物を、重量基準で1800倍に水で希釈した溶液について、分光スペクトルを測定し、617nmでの吸光度をAとした。
別途、インク組成物の一部を試験管に採取し、100℃で乾燥固化後、乾燥によって揮発した水と同量の水を固化物に添加し、超音波洗浄機にて分散後、0.2μmのPTFEフィルターでろ過し、同様に分光スペクトルを測定し、617nmでの吸光度をBとした。
上記で得た各々の吸光度を下記式によって計算し、インク組成物の再分散性とした。この再分散性は、インクジェット印刷する際のインクジェットノズルの吐出安定性の指標となる評価である。すなわち、インクジェット印刷では、インクジェットノズルからインク組成物が間欠的に吐出するため、ノズル先端では、インク組成物の乾燥、再分散(再溶解)が起き、再分散性が悪いと、異常吐出の原因となる。このため、吐出安定性の指標として、本方法による評価を行なった。
再分散性=A/B×100(%)
この数値が、95%以上を○(実用上問題ない)、90〜95%を△(不良)、90%以下を×(極めて不良)とした。
(印刷物の耐摩擦性)
作成したインク組成物をインクジェットプリンター(エプソン社製「PM−750C」)のカートリッジに詰めて、コート紙(王子製紙製OKトップコート+、米坪104.7g/m2)にベタ印刷を行い、50℃の温度条件の下、10分間の乾燥を行い、試験用印刷物を得た。
上記印刷物の耐摩擦性を評価するために、当印刷紙上に別の印刷していない白紙のコート紙を重ね、250gの加重を掛けて、紙面と並行方向に20往復させた。こうして得られた印刷物の状態及び、白紙のコート紙へのインクの色移りの状態を目視判定で判定し、以下に示す3段階の評価を行った。評価基準としては、印刷物から載せたコート紙への色移りが少なく印刷物状態も良好であるものは○、コート紙への色移り・印刷物の傷がやや目立つものは△、コート紙への色移り・印刷物の傷が大きいものは×とした。
作成したインク組成物をインクジェットプリンター(エプソン社製「PM−750C」)のカートリッジに詰めて、コート紙(王子製紙製OKトップコート+、米坪104.7g/m2)にベタ印刷を行い、50℃の温度条件の下、10分間の乾燥を行い、試験用印刷物を得た。
上記印刷物の耐摩擦性を評価するために、当印刷紙上に別の印刷していない白紙のコート紙を重ね、250gの加重を掛けて、紙面と並行方向に20往復させた。こうして得られた印刷物の状態及び、白紙のコート紙へのインクの色移りの状態を目視判定で判定し、以下に示す3段階の評価を行った。評価基準としては、印刷物から載せたコート紙への色移りが少なく印刷物状態も良好であるものは○、コート紙への色移り・印刷物の傷がやや目立つものは△、コート紙への色移り・印刷物の傷が大きいものは×とした。
以上の結果をまとめて表2に示した。
Claims (3)
- 少なくとも分散樹脂、顔料、塩基性化合物、水、および水溶性有機媒体を含んでなる水溶性インク組成物であって、分散樹脂が、第1の単量体として(α−メチル)スチレンおよび/または芳香族基含有(メタ)アクリル酸エステル30〜83重量%、第2の単量体として(メタ)アクリル酸40〜12重量%、および第3の単量体として下記一般式1で表されるアルキレンオキサイド基含有(メタ)アクリル酸エステル30〜5重量%を共重合して得られる重量平均分子量(Mw)が12,000〜35,000、かつ酸価が100〜250mgKOH/gである共重合体であることを特徴とする水溶性インク組成物。
一般式1 CH2=C(R1)COO(CH2CH2O)n−R2
[式中、R1、R2は、それぞれ独立に、HまたはCH3を表す。nは、2〜24の整数を表わす。] - 芳香族含有(メタ)アクリル酸エステルが、ベンジルメタクリレートである請求項1記載の水溶性インク組成物。
- 前記水溶性インク組成物の製造方法であって、分散樹脂を塩基性化合物でpH7〜10とした後、顔料、水と共に混合して予備分散し、さらに、水溶性有機媒体を添加して分散することを特徴とする水溶性インク組成物の製造方法。
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