JP2017101186A - 水性インク組成物及びインクジェット用水性インク組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】洗濯堅牢性及び摩擦堅牢性に優れ、且つ、取り扱いの容易なインクを提供する。
【解決手段】本発明に係る水性インク組成物は、多糖のナノファイバーと、ハイドロトロープ剤と、色材と、を含む。
【選択図】なし

Description

本発明は水性インク組成物及びインクジェット用水性インク組成物に関する。

特許文献１には、前処理液により目的基体上にナノファイバー層が形成され、機能性材料を含む液を付与した後も、ナノファイバーが形状を保つインクジェット記録方法が記載されている。

特許文献２には、セルロースナノファイバーを含有する塗工層を有する塗工紙が記載されている。

特許文献３には、最表層がセルロースナノファイバーを含有する塗工層が、支持体の片面又は両面に設けられた情報記録用紙が記載されている。

特開２０１３−２３０６５３号公報 国際公開第２０１０／１１３８０５号 国際公開第２０１１／００１７０６号

ところで、多糖のナノファイバーをインクに加えると、当該インクによって作製される画像層は硬度が高くなり、洗濯堅牢性及び摩擦堅牢性に優れた印刷物が得られると考えられる。

しかし、水性インクに多糖のナノファイバーを含有させると、粘度が著しく上昇して、扱い難くなる。例えば、インクジェット法によって印刷する場合、インクの粘度が高いと吐出が困難である。

本発明はこのような問題に鑑みて成されたものであり、洗濯堅牢性及び摩擦堅牢性に優れ、且つ、取り扱いの容易なインクを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る水性インク組成物は、多糖のナノファイバーと、ハイドロトロープ剤と、色材と、を含む。

本発明に係る水性インク組成物では、前記多糖がセルロースであり、色材が顔料であることがより好ましい。

本発明に係る水性インク組成物では、前記多糖がキチン又はキトサンであり、色材がアニオン性染料であることがより好ましい。

本発明に係る水性インク組成物では、前記ナノファイバーが、ＴＥＭＰＯ酸化ナノファイバーであることがより好ましい。

本発明に係る水性インク組成物では、前記ハイドロトロープ剤は、尿素及びグリコール系溶剤から選ばれる少なくとも一つであることがより好ましい。

本発明に係る水性インク組成物では、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂から選ばれる少なくとも１種の樹脂が溶解しているか、又は、分散していることがより好ましい。

本発明によれば洗濯堅牢性及び摩擦堅牢性に優れ、且つ、取り扱いの容易なインクを提供できるという効果を奏する。

＜水性インク組成物＞
本発明に係る水性インク組成物は、多糖のナノファイバーと、ハイドロトロープ剤と、色材と、を含む。ハイドロトロープ剤が多糖の水酸基に結合することで、あたかも当該水酸基の蓋をしているような状態となる。そのため、ナノファイバー同士の水素結合を防ぎ、粘度の上昇を著しく低減できる。よって、インクジェットでも吐出可能な、取り扱いの容易な水性インクを提供することができる。つまり、多糖のナノファイバーと、ハイドロトロープ剤と、色材と、を含むインクジェット用水性インク組成物も本発明の一つである。また、多糖のナノファイバーを含むので、得られる印刷物は、洗濯堅牢性及び摩擦堅牢性に優れる。なお、以下、「多糖のナノファイバー」を単に「ナノファイバー」ということもある。

〔ナノファイバー〕
本発明に係る水性インク組成物に含まれるナノファイバーは、多糖のナノファイバーである。ナノファイバーは、例えば樹木、蟹、海老等の甲殻類の殻等の、多糖の集合体を、触媒を用いる酸化処理、グラインダー等を用いる機械処理等の従来公知の方法で繊維を極めて細かく解して微細化したものである。中でも、ＴＥＭＰＯ酸化により得たＴＥＭＰＯ酸化ナノファイバーがより好ましい。

多糖の集合体中において、セルロース、キチン、キトサン等の多糖は、ミクロフィブリルと呼ばれる構造単位が互いに結束して存在している。このミクロフィブリルは、断面幅が３〜４ｎｍ、長さが数μｍ（例えば、２〜５μｍ）であるが、１本１本ほどくことは困難である。多糖の集合体を機械的に破砕する場合、多くの従来法では、幅（直径）が２０〜５０ｎｍ程度のナノファイバーとなる。しかし、ＴＥＭＰＯ酸化によれば、より細かく解すことができる。例えば、長径が３〜４ｎｍ、長さが数μｍといった極めて小さいナノファイバーが得られる。このような小さいナノファイバーは、インクジェット法に用いる場合に特に適している。なお、「ＴＥＭＰＯ酸化」とは、２，２，６，６−テトラメチル−１−ピペリジン−オキシラジカル（ＴＥＭＰＯ）を触媒とする酸化反応である。つまり、多糖の集合体をＴＥＭＰＯの存在下で酸化することで、極めて細かいナノファイバーを得ることができる。

ナノファイバーは、一般には幅が１ｎｍ〜１００ｎｍ程度であって、アスペクト比が１００以上のものとして当業者は理解する。また、本発明に係る水性インク組成物に含まれるナノファイバーはより小さいものが好ましい。つまり、本発明に係る水性インク組成物に含まれるナノファイバーの幅は、好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍであり、より好ましくは１ｎｍ〜５ｎｍである。また、本発明に係る水性インク組成物に含まれるナノファイバーの長さは、好ましくは０．５μｍ〜１５μｍであり、より好ましくは１μｍ〜５μｍであるが、これに限定されない。ナノファイバーの長さ及び幅は、例えば、電子顕微鏡を用いて測定することができる。

ＴＥＭＰＯ酸化ナノファイバーは、（ｉ）超極細で幅が均一である；（ｉｉ）７０％以上の高結晶化度であるため高強度及び低線熱膨張率（例えば６ｐｐｍ／ｋ）である；（ｉｉｉ）表面に高密度のカルボキシル基を有するため表面構造改質及び制御が可能である；（ｉｖ）完全にナノサイズの大きさの繊維に分離分散したシングルナノファイバーである；（ｖ）キャストフィルムとした際に高酸素バリア性、高強度及び高透明性である；（ｖｉ）カーボンニュートラルであるため、これを用いて得られる素材の環境適合性が優れている；（ｖｉｉ）常温常圧での水系触媒反応により形成されるため、変換プロセス及び反応の環境適合性に優れている；（ｖｉｉｉ）解繊に必要なエネルギーが極めて低いため、ナノレベルの繊維に分散させる工程における環境負荷が低い、等の点において、他のナノファイバーよりも優れた特性を有している。また、ＴＥＭＰＯ酸化ナノファイバーのサイズは様々であるため一概に特定することは困難であるが、ＴＥＭＰＯ酸化以外の方法により得られるナノファイバーよりも非常に細かいファイバーである。

さらに、ＴＥＭＰＯ酸化セルロースナノファイバーには、繊維表面に高密度でカルボキシル基が存在することから、水酸基と反応する架橋剤だけではなく、カルボキシル基とのみ反応する架橋剤を用いて通常のセルロースとは反応させずに、ＴＥＭＰＯ酸化セルロースナノファイバーだけを架橋することも可能である。このことによってセルロースの繊維の間にお互いに架橋したＴＥＭＰＯ酸化セルロースナノファイバーが楔として作用すると共に、セルロース間の架橋反応を制限することによって、紙力を増加させると同時にセルロース繊維の自由度を阻害しにくくなるため、過度の架橋反応に伴う風合いの低下を防止出来るとの効果が奏せられる。なお、カルボキシル基と反応する架橋剤は、従来公知の化合物が使用可能であり、具体的にはカルボキシル基と共有結合反応が可能な、多官能アジリジン化合物、オキサゾリン化合物、カルボキシル基と不溶性の塩を形成しうるＣａやＭｇイオン等の多価金属化合物、カチオン性や両性の化合物などが挙げられる。

本発明に係る水性インク組成物に含まれるナノファイバーにおいて、多糖はセルロース、キチン及びキトサンのうち少なくとも一つであることがより好ましい。すなわち、本発明に係る水性インク組成物に含まれるナノファイバーは、セルロースナノファイバー、キチンナノファイバー及びキトサンナノファイバーのうち少なくとも一つであることがより好ましい。

セルロースナノファイバーは、セルロースをナノファイバー化したものである。ナノファーバー化されたセルロースの形態としては、例えば、粉末セルロース、微結晶セルロース、カルボキシルメチルセルロース等が挙げられる。

セルロースナノファイバーとしては、第一工業製薬社製のレオクリスタ（登録商標）、日本製紙社製のＴＥＭＰＯ酸化セルロースナノファイバー、スギノマシン社製ＩＭａ―１０００２、ＢＭａ−１０００２、ＷＭａ―１０００２、ＡＭａ−１０００２、ＦＭａ−１０００２等を好適に利用可能である。

キチンナノファイバーは、キチンをナノファイバー化したものである。キチンナノファイバーとして、スギノマシン社製のＳＦｏ−２０００２等を好適に利用可能である。

キトサンナノファイバーは、キトサンをナノファイバー化したものである。キトサンナノファイバーとして、スギノマシン社製のＥＦｏ−０８００２等を好適に利用可能である。

本発明に係る水性インク組成物中のナノファイバーの含有量は適宜選択でき、例えば、水性インク組成物の総質量に対して、０．００１質量％以上であることが好ましく、０．０１質量％以上であることがより好ましい。ナノファイバーの含有量が０．０１質量％以上であることにより、作製される画像層をより強固にすることができる。本発明に係る水性インク組成物中のナノファイバーの含有量は、水性インク組成物の総質量に対して、１質量％以下であることが好ましく、０．５質量％以下であることがより好ましい。ナノファイバーの含有量が１質量％以下であることにより、粘度がより低減し、インクジェットによる印刷により適したインクとなる。

〔ハイドロトロープ剤〕
ハイドロトロープ剤としては、例えば、尿素、グリコール系溶剤、グリシン、アラニン等のアミノ酸、直鎖アルキルスルホン酸系の界面活性剤、酪酸ナトリウム、サリチル酸ナトリウム等のカルボン酸塩、トルエンスルホン酸ナトリウム等の芳香族スルホン酸塩、エチルアルコール等の低級アルコール、アセトアミド等が挙げられる。中でも、尿素、グリコール系溶剤が、ハイドロトロープ剤としての機能が優れているため、より好ましい。本発明に係る水性インク組成物に含まれるハイドロトロープ剤は１種のみでもよく、複数種を混合されていてもよい。

本発明に係る水性インク組成物に含まれるハイドロトロープ剤の含有量は適宜選択でき、例えば、水性インク組成物の総質量に対して、０．１質量％以上であることがより好ましく、１質量％以上がさらに好ましく、また、２０質量％以下であることがより好ましく、１０質量％以下であることがさらに好ましい。２０質量％以下であることにより粘度を十分に低くすることができ、取り扱いがより容易となり、１０質量％以下であることにより、粘度をより好適に低くすることができ、取り扱いがさらに容易となる。０．１質量％以上であれば、ハイドロトロープ剤としての機能が十分に発揮され、１質量％以上であれば、ハイドロトロープ剤としての機能がより良好に発揮される。

〔色材〕
本発明に係る水性インク組成物に含まれる色材としては、様々な色材が含まれ得る。例えば、顔料、染料が挙げられる。

本発明に係る水性インク組成物に含まれる色材が顔料である場合、様々な顔料を選択し得るので、用途等に応じて、従来公知の顔料から適宜選択すればよい。

ブラックインクとしてはカーボンブラックが好ましく、酸性、中性、塩基性いずれのカーボンブラックでも使用することができる。

本発明に係る水性インク組成物をプロセスカラー印刷に用いる場合には、シアン、イエロー、マゼンタ顔料を適宜含めばよい。

シアンインクとしては銅フタロシアニン顔料が好ましく、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５、１５：１、１５：２、１５：３、１５：４のカラーインデックスで示される顔料がより好ましい。

イエローインクとしてはニッケルアゾ錯体顔料及びベンズイミダゾロン系顔料が好ましく、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１５０、１５１、１５４、１８０のカラーインデックスで示される顔料であることがより好ましい。

マゼンタインクとしてはキナクリドン顔料が好ましく、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１２２、Ｃ．Ｉ.ピグメントバイオレット１９のカラーインデックスで示される顔料が好ましい。これらは単独で用いてもよく、混合物又は固溶体顔料で用いてもよい。固溶体顔料は耐光性に優れており、より好適に用いることができる。

その他に、公知の有機顔料及び無機顔料を目的に応じて使用することがでる。

また、染料としては、例えば、水溶性染料、油溶性染料、分散染料等が挙げられる。

また、本発明に係る水性インク組成物に含まれる色材の含有量は適宜選択でき、例えば、水性インク組成物の総質量に対して、０．１重量％以上、１０重量％以下がより好ましい。

〔多糖と色材との組み合わせ〕
本発明に係る水性インク組成物中の、多糖のナノファイバーの種類と、色材の種類との組み合わせは、所望の目的に応じて適宜選択できるが、より好適な組み合わせの一例を挙げると次の通りである。

一例として、多糖がセルロースであり、色材が顔料である組み合わせがより好ましい。セルロースは汎用のパルプ由来のものとして入手しやすく、また、顔料も容易に入手可能であり、汎用性も高い。よって、汎用性がより高いインクを得ることができる。また、従来公知の顔料インクに、セルロースのナノファイバー及びハイドロトロープ剤を含有させたものも本発明の範疇である。これによって、堅牢性の高い画像層を形成可能な水性インクを得ることができる。

また、他の例として、多糖がキチン又はキトサンであり、色材がアニオン性染料である組み合わせがより好ましい。

キチン又はキトサンのナノファイバーはカチオン性であるため、アニオン性染料とイオン結合する。このように結合したナノファイバーと染料とで、あたかも一つの色材のようになり、布帛等の記録媒体に対して、極めて強い定着性及び染色性を発揮する。

〔樹脂〕
本発明に係る水性インク組成物は、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂から選ばれる少なくとも１種の樹脂を含み、当該樹脂が溶解しているか、又は、分散していることがより好ましい。

樹脂の種類としては、例えば、水溶性のビニル系樹脂、アクリル系樹脂、アルキッド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、シリコン系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ナイロン（登録商標）、ビニロン、アセテート、ポリ乳酸等、及びこれらの変性樹脂等が挙げられる。この中でも、より好ましくは、アクリル系樹脂、水溶性ポリウレタン系樹脂、水溶性ポリエステル系樹脂、水溶性アクリル系樹脂である。

本発明に係る水性インク組成物に含まれる樹脂の含有量は適宜選択でき、例えば、水性インク組成物の総質量に対して、１重量％以上であることがより好ましく、２重量％以上がさらに好ましく、また、２０質量％以下であることがより好ましく、１０質量％以下であることがさらに好ましい。

〔溶剤〕
本発明に係る水性インク組成物に含まれる溶剤としては、水、水以外の親水性溶媒が挙げられる。中でも水がより好ましい。取り扱いが容易であり、また、乾燥により除去し易いからである。

本発明に係る水性インク組成物に含まれる溶剤の含有量は適宜選択でき、例えば、水性インク組成物の総質量に対して、５０質量％以上がより好ましく、６０質量％以上がさらに好ましく、また、９０質量％以下がより好ましく、８０質量％以下がさらに好ましい。

〔その他の成分〕
本発明に係る水性インク組成物には、必要に応じてその他の成分を加えることができる。その他の成分としては、例えば、希釈剤、粘度調整剤、表面張力調整剤等の添加剤が挙げられる。

〔記録媒体〕
本発明に係る水性インク組成物は、様々な種類の記録媒体に好適に適用できる。中でも、布帛を記録媒体として好適に利用できる。また、前述した樹脂を含む形態においては、記録媒体に対する付着性が高いため、例えば、ガラス、金属、セラミックス、プラスチック類などにも好適に利用できる。

記録媒体には、画像の品質を向上させたり、印刷の効率を上げたりするための層を適宜設けていてもよい。例えば、染料の発色層、色材の受理層等が挙げられる。

発色層は、色材として染料を用いる場合に、その染料の色を発色させるための層である。

受理層は、色材を含むインクを定着させる層である。受理層を構成する材料としては、例えば、ポリウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、未変性及び変性ポリビニルアルコール、ポリエステル、アクリルウレタン、酢酸ビニル系樹脂、無水マレイン酸重合体、アルキルエステルのナトリウム塩、ゼラチン、アルブミン、ガゼイン、でんぷん、ＳＢＲラテックス、ＮＢＲラテックス、セルロース系樹脂、アミド系樹脂、メラミン系樹脂、アクリルアミド、ポリビニルピロリドン、これらをカチオン変性したもの、また親水基を付加したもの等が挙げられる。これらを１種又は２種以上使用することも可能である。

＜水性インク組成物の製造方法＞
本発明に係る水性インク組成物は、上述の各成分を所望の濃度になるように混合すればよい。混合には従来公知の攪拌機等を用いればよい。また、ナノファイバーは、予め濃度の高い溶液を準備しておき、水性インク組成物の他の成分に対して当該溶液を加えてもよい。このようにすれば、ナノファイバーを水性インク組成物中により均一に分散させることができる。

本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、本明細書中にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は印刷分野に利用することができる。

Claims (7)

1. 多糖のナノファイバーと、ハイドロトロープ剤と、色材と、を含む水性インク組成物。
2. 前記多糖がセルロースであり、色材が顔料である、請求項１に記載の水性インク組成物。
3. 前記多糖がキチン又はキトサンであり、色材がアニオン性染料である、請求項１に記載の水性インク組成物。
4. 前記ナノファイバーが、ＴＥＭＰＯ酸化ナノファイバーである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水性インク組成物。
5. 前記ハイドロトロープ剤は、尿素及びグリコール系溶剤から選ばれる少なくとも一つである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の水性インク組成物。
6. 熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂から選ばれる少なくとも１種の樹脂が、溶解しているか、又は、分散している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の水性インク組成物。
7. 多糖のナノファイバーと、ハイドロトロープ剤と、色材と、を含む、インクジェット用水性インク組成物。