JP2022037497A - A-bブロックコポリマー、ポリマーエマルジョン、及び水性インクジェットインク - Google Patents

A-bブロックコポリマー、ポリマーエマルジョン、及び水性インクジェットインク Download PDF

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Abstract

【課題】インクジェット印刷適正に優れているとともに、ポリオレフィン系のプラスチックフィルム等の被印刷基材に密着性及び耐摩擦性等の耐久性に優れた印刷皮膜を形成することができる水性インクジェットインク用のバインダー成分として有用なポリマーエマルジョンを調製可能なA-Bブロックコポリマーを提供する。【解決手段】下記(1-1)~(1-3)の要件を満たすA-Bブロックコポリマーである。(1-1)メタクリレート系モノマー等に由来する構成単位を90質量%以上含む。(1-2)A鎖は、メタクリル酸メチル等に由来する構成単位(A-i)と、メタクリル酸2-エチルヘキシル等に由来する構成単位(A-ii)と、を有する。(1-3)B鎖は、メタクリル酸に由来する構成単位(B)と、メタクリル酸メチル等に由来する構成単位(B-i)と、メタクリル酸2-エチルヘキシル等に由来する構成単位(B-ii)と、を有する。【選択図】なし

Description

本発明は、A-Bブロックコポリマー、ポリマーエマルジョン、及び水性インクジェットインクに関する。
近年、事務用や家庭用のみならず、インクジェット印刷法による様々な印刷が広範な用途で実施されている。例えば、産業用途では、インクジェット印刷法で作製された屋外広告、施設サイン、ディスプレイ、POP広告、交通広告等がサインディスプレーとして採用されている。これらのサインディスプレーの多くは、インクジェット記録装置を使用し、大型の被印刷基材に印刷することで作製されている。なお、サインディスプレーを作製する際には、溶剤系のインクが多く用いられている(特許文献1参照)。
画像形成に用いられる被印刷基材は、紙、プラスチックフィルム、繊維、セラミックス、木材、ガラス等、多岐にわたっている。食品や日用品等に用いられるパッケージ等のプラスチックフィルムに印刷する方法としては、版を用いるグラビア印刷法が主流であった。しかし、近年、版を用いず、パソコン等に保存したデータからオンデマンドで高速印刷しうるインクジェット印刷法が採用される傾向にある。インクジェット印刷法に用いられるインクとしては、環境に対する配慮等の観点から、水性のインクジェットインクが主流になりつつある。そして、水性のインクジェットインクに対しては、密着性及び耐摩擦性等の耐久性に優れた印刷皮膜(印字物)をプラスチックフィルム等の被印刷基材に記録可能であることが必要とされている。
インクジェットインクには、通常、印刷皮膜を形成するためのポリマーバインダー等のバインダー成分が添加されている。そして、様々なプラスチックフィルムに対して高い密着性及び耐摩擦性等の耐久性に優れた印刷皮膜を形成可能であるとともに、インクジェット印刷適性(高速印刷性及び吐出安定性等)の良好なバインダー成分が必要とされている。さらに、インクジェットインクに添加されるバインダー成分に対しては、再溶解性に優れていることも要求される。インクジェット記録装置の記録ヘッドにおいては、インクが乾燥して固着しやすくなる場合がある。すなわち、バインダー成分に対しては、インクが乾燥して記録ヘッド等で固着したような場合であっても、洗浄液等に溶解又は分散し、容易に除去可能な再溶解性を有することが必要とされる。
このような状況の下、様々な皮膜形成用のバインダーが近年開発されている。例えば、アクリル系ポリマー、ウレタン系ポリマー、及びビニル系ポリマー等の水溶性ポリマーを含有する溶液やエマルジョンがバインダーとして知られている。しかし、水溶性ポリマーは、水性インクの構成成分である水系媒体に溶解するため、水溶性ポリマーをバインダー成分として用いると、得られるインクの粘度が高くなるといった課題が生じやすい。また、カルボキシ基の含有量を高め、アルカリ物質で中和することで水溶性を向上させた水溶性ポリマーがある。このような水溶性ポリマーの再溶解性は向上しているが、ほとんどが水系媒体に溶解するため、インクの粘度がさらに高くなりやすい。さらに、得られるインクが非ニュートン性の粘性を示しやすく、記録ヘッドからの吐出性が低下することがある。また、カルボキシ基の量が多いため、形成される皮膜の耐水性が低下しやすい場合もある。
これに対して、カルボキシ基の含有量を下げ、水系媒体への溶解性を低下させて、水分散体やエマルジョンとしたもの(ポリマーエマルジョン)をバインダーとして用いることが提案されている。ポリマーエマルジョンをバインダーとして用いると、インクの粘度を低下させることができるとともに、ポリマー中のカルボキシ基の含有量が多くないので、形成される皮膜の耐水性を向上させることができる。さらに、ポリマー自体が疎水性であるため、形成される皮膜と被印刷基材との密着性を高めることもできる。しかし、このようなポリマーは水溶性が乏しいため、再溶解性が低下する傾向にある。
なお、バインダー成分として用いられるポリマーエマルジョンとしては、例えば、低分子界面活性剤や反応性界面活性剤を使用した乳化重合によって得られるエマルジョン;カルボキシ基を有するモノマーを少量添加して重合した後、中和して得られる自己乳化型のエマルジョン;等が提案されている(特許文献2~4参照)。
特開2014-055263号公報 特表2003-520279号公報 特開2004-197090号公報 特開2005-179679号公報
特許文献2~4等で提案されたエマルジョンに含有されるポリマーは高分子量であるため、これらのエマルジョンをバインダー成分として含有するインクを用いれば、形成される皮膜と被印刷基材との密着性をある程度向上させることがでできる。しかしながら、これらのエマルジョンに含有されるポリマーは、乾燥して皮膜になると水系媒体に溶解しにくくなるので、インクの再分散性が低下しやすくなるといった課題があった。
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、高速印刷性、再溶解性、及び吐出安定性等のインクジェット印刷適正に優れているとともに、ポリオレフィン系のプラスチックフィルム等の被印刷基材に密着性及び耐摩擦性等の耐久性に優れた印刷皮膜を形成することができる水性インクジェットインク用のバインダー成分として有用なポリマーエマルジョンを調製可能なA-Bブロックコポリマーを提供することにある。
また、本発明の課題とするところは、高速印刷性、再溶解性、及び吐出安定性等のインクジェット印刷適正に優れているとともに、ポリオレフィン系のプラスチックフィルム等の被印刷基材に密着性及び耐摩擦性等の耐久性に優れた印刷皮膜を形成することができる水性インクジェットインク用のバインダー成分として有用なポリマーエマルジョンを提供することにある。
さらに、本発明の課題とするところは、高速印刷性、再溶解性、及び吐出安定性等のインクジェット印刷適正に優れているとともに、ポリオレフィン系のプラスチックフィルム等の被印刷基材に密着性及び耐摩擦性等の耐久性に優れた印刷皮膜を形成することができるプラスチックフィルム印刷用の水性インクジェットインクを提供することにある。
すなわち、本発明によれば、以下に示すA-Bブロックコポリマーが提供される。
[1]下記(1-1)~(1-3)の要件を満たす、A鎖及びB鎖を有するA-Bブロックコポリマー。
(1-1)メタクリル酸及びメタクリレート系モノマーからなる群より選択される少なくとも一種に由来する構成単位を90質量%以上含み、
数平均分子量が20,000~60,000であり、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1.8以下である。
(1-2)前記A鎖は、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸シクロヘキシル、及びメタクリル酸t-ブチルシクロヘキシルからなるモノマー群(i)より選択される少なくとも一種に由来する構成単位(A-i)と、メタクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸ステアリル、及びメタクリル酸ベヘニルからなるモノマー群(ii)より選択される少なくとも一種に由来する構成単位(A-ii)と、を有し、前記A鎖中、前記構成単位(A-i)及び前記構成単位(A-ii)の合計含有量が80質量%以上であるとともに、前記構成単位(A-ii)の含有量が20~80質量%であり、ガラス転移温度が30℃以下であり、数平均分子量が15,000~50,000であり、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1.6以下である。
(1-3)前記B鎖は、メタクリル酸に由来する構成単位(B)と、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸シクロヘキシル、及びメタクリル酸t-ブチルシクロヘキシルからなるモノマー群(i)より選択される少なくとも一種に由来する構成単位(B-i)と、メタクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸ステアリル、及びメタクリル酸ベヘニルからなるモノマー群(ii)より選択される少なくとも一種に由来する構成単位(B-ii)と、を有し、前記B鎖中、前記構成単位(B-i)及び前記構成単位(B-ii)の合計含有量が、前記構成単位(B)以外の構成単位の合計含有量を基準として80質量%以上であり、酸価が50~250mgKOH/gであり、数平均分子量が1,000~10,000である。
また、本発明によれば、以下に示すポリマーエマルジョンが提供される。
[2]水性インクジェットインク用のバインダー成分として用いられるポリマーエマルジョンであって、前記[1]に記載のA-Bブロックコポリマーがアルカリ物質で中和され、水系媒体中に自己乳化して分散した第1エマルジョン粒子を含有し、前記第1エマルジョン粒子の数平均粒子径が30~300nmであるポリマーエマルジョン。
さらに、本発明によれば、以下に示す水性インクジェットインクが提供される。
[3]顔料、ポリマーバインダー、水、及び水溶性有機溶剤を含有するプラスチックフィルム印刷用の水性インクジェットインクであって、前記ポリマーバインダーが、第1バインダー成分及び第2バインダー成分を含有し、前記第1バインダー成分が、前記[2]に記載のポリマーエマルジョンであり、前記第2バインダー成分が、下記(2-1)~(2-3)の要件を満たすポリマーエマルジョンである水性インクジェットインク。
(2-1)カルボキシ基を有する、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリαオレフィン、及びこれらの共重合体からなる群より選択される少なくとも一種の第2ポリマーの前記カルボキシ基がアルカリ物質で中和され、水系媒体中に自己乳化して分散した第2エマルジョン粒子を含有する。
(2-2)前記第2ポリマーの酸価が10~150mgKOH/gである。
(2-3)前記第2エマルジョン粒子の数平均粒子径が30~300nmである。
[4]前記顔料100質量部に対する、前記ポリマーバインダーの固形分含有量が50~505質量部であり、前記顔料100質量部に対する、前記第1バインダー成分の固形分含有量が5~500質量部であり、前記顔料100質量部に対する、前記第2バインダー成分の固形分含有量が5~500質量部である前記[3]に記載の水性インクジェットインク。
[5]数平均分子量が1,000~20,000であり、酸価が50~250mgKOH/gであるビニル系ポリマーがアルカリ物質で中和された顔料分散剤を、微分散又は溶解した状態でさらに含有する前記[3]又は[4]に記載の水性インクジェットインク。
[6]前記ビニル系ポリマーが、C鎖及びD鎖を有する、下記(3-1)~(3-3)の要件を満たすブロックコポリマーである前記[5]に記載の水性顔料インクジェットインク。
(3-1)メタクリレート系モノマーに由来する構成単位を90質量%以上含み、数平均分子量が3,000~20,000である。
(3-2)前記C鎖は、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸シクロヘキシル、及びメタクリル酸t-ブチルシクロヘキシルからなるモノマー群(i)より選択される少なくとも一種に由来する構成単位(C-i)を有し、前記C鎖中、前記構成単位(C-i)の含有量が80質量%以上であり、数平均分子量が2,000~10,000であり、分子量分布が1.6以下である。
(3-3)前記D鎖は、メタクリル酸に由来する構成単位(D)と、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸シクロヘキシル、及びメタクリル酸t-ブチルシクロヘキシルからなるモノマー群(i)より選択される少なくとも一種に由来する構成単位(D-i)とを有し、前記D鎖中、前記構成単位(D-i)の含有量が80質量%以上であり、酸価が70~250mgKOH/gである。
[7]前記顔料100質量部に対する、前記顔料分散剤の固形分含有量が5~100質量部である前記[5]又は[6]に記載の水性インクジェットインク。
[8]前記水溶性有機溶剤が、プロピレングリコールと、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、及びジプロピレングリコールモノメチルエーテルからなる群より選択される少なくとも一種と、を含み、前記水溶性有機溶剤の含有量が3~30質量%である前記[3]~[7]のいずれかに記載の水性インクジェットインク。
[9]前記プラスチックフィルムが、ポリエチレン系基材及びポリプロピレン系基材からなる群より選択される少なくとも一種である前記[3]~[8]のいずれかに記載の水性インクジェットインク。
本発明によれば、高速印刷性、再溶解性、及び吐出安定性等のインクジェット印刷適正に優れているとともに、ポリオレフィン系のプラスチックフィルム等の被印刷基材に密着性及び耐摩擦性等の耐久性に優れた印刷皮膜を形成することができる水性インクジェットインク用のバインダー成分として有用なポリマーエマルジョンを調製可能なA-Bブロックコポリマーを提供することができる。
また、本発明によれば、高速印刷性、再溶解性、及び吐出安定性等のインクジェット印刷適正に優れているとともに、ポリオレフィン系のプラスチックフィルム等の被印刷基材に密着性及び耐摩擦性等の耐久性に優れた印刷皮膜を形成することができる水性インクジェットインク用のバインダー成分として有用なポリマーエマルジョンを提供することができる。
さらに、本発明によれば、高速印刷性、再溶解性、及び吐出安定性等のインクジェット印刷適正に優れているとともに、ポリオレフィン系のプラスチックフィルム等の被印刷基材に密着性及び耐摩擦性等の耐久性に優れた印刷皮膜を形成することができるプラスチックフィルム印刷用の水性インクジェットインクを提供することができる。
<A-Bブロックコポリマー>
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明のA-Bブロックコポリマーの一実施形態は、下記(1-1)~(1-3)の要件を満たす、A鎖及びB鎖を有するA-Bブロックコポリマーである。
(1-1)メタクリル酸及びメタクリレート系モノマーからなる群より選択される少なくとも一種に由来する構成単位を90質量%以上含み、数平均分子量が20,000~60,000であり、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1.8以下である。
(1-2)A鎖は、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸シクロヘキシル、及びメタクリル酸t-ブチルシクロヘキシルからなるモノマー群(i)より選択される少なくとも一種に由来する構成単位(A-i)と、メタクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸ステアリル、及びメタクリル酸ベヘニルからなるモノマー群(ii)より選択される少なくとも一種に由来する構成単位(A-ii)と、を有し、A鎖中、構成単位(A-i)及び構成単位(A-ii)の合計含有量が80質量%以上であるとともに、構成単位(A-ii)の含有量が20~80質量%であり、ガラス転移温度が30℃以下であり、数平均分子量が15,000~50,000であり、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1.6以下である。
(1-3)B鎖は、メタクリル酸に由来する構成単位(B)と、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸シクロヘキシル、及びメタクリル酸t-ブチルシクロヘキシルからなるモノマー群(i)より選択される少なくとも一種に由来する構成単位(B-i)と、メタクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸ステアリル、及びメタクリル酸ベヘニルからなるモノマー群(ii)より選択される少なくとも一種に由来する構成単位(B-ii)と、を有し、B鎖中、構成単位(B-i)及び構成単位(B-ii)の合計含有量が、前記構成単位(B)以外の構成単位の合計含有量を基準として80質量%以上であり、酸価が50~250mgKOH/gであり、数平均分子量が1,000~10,000である。
(A-Bブロックコポリマー)
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される、A-Bブロックコポリマーのポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)は、20,000~60,000であり、好ましくは25,000~50,000である。数平均分子量を上記の範囲内とすることで、ポリオレフィン系のプラスチックフィルム等に対する密着性が良好であるとともに、耐摩擦性に優れた皮膜を形成することができる。数平均分子量が20,000未満であると、形成される皮膜の物性を十分に向上させることができない。一方、数平均分子量が60,000超のA-Bブロックコポリマーを重合するのに過剰な時間を要するとともに、A-Bブロックコポリマーの粒子径が過度に大きくなる等の不具合が生ずることがある。
A-Bブロックコポリマーの分子量分布(重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)(以下、「PDI」とも記す)は1.8以下であり、好ましくは1.6以下である。A-Bブロックコポリマーの分子量分布(PDI)が1.8超であると、小さい分子量のものから大きい分子量のものまで幅広く含有することとなるので、プラスチックフィルムに対する密着性に優れた皮膜を形成することが困難になる。
(A鎖)
A-Bブロックコポリマーを構成するポリマー鎖のうち、A鎖は、耐久性を有する水不溶性の皮膜となるポリマー鎖(ポリマーブロック)である。このA鎖に含まれる、モノマー群(i)のモノマーに由来する構成単位(A-i)は、プラスチックフィルムとの密着性及び親和性を示すとともに、皮膜の強度を向上させる構成単位である。そして、モノマー群(i)のモノマーは、いずれも汎用性が高く、比較的安価である。また、モノマー群(ii)のモノマーは、いずれも長鎖アルキル鎖を有する。モノマー群(ii)のモノマーに由来する構成単位(A-ii)は、皮膜の軟質性及び可塑性、基材との親和性及び密着性、並びにバインダー成分との親和性に寄与する構成単位である。
A鎖中の構成単位(A-ii)の含有量は20~80質量%であり、好ましくは30~60質量%である。A鎖中の構成単位(A-ii)の含有量が20質量%未満であると、後述する第2バインダー成分等の他のバインダー成分との親和性が低下するとともに、皮膜の軟質性が不足する。一方、A鎖中の構成単位(A-ii)の含有量が80質量%超であると、皮膜の強度が不足する。
A鎖中の構成単位(A-i)及び構成単位(A-ii)の合計含有量は80質量%以上であり、好ましくは90質量%以上であり、さらに好ましくは100質量%である。すなわち、A鎖は構成単位(A-i)及び構成単位(A-ii)のみで実質的に構成されていることが好ましい。但し、20質量%未満であれば、モノマー群(i)及びモノマー群(ii)以外のメタクリレート系モノマー(その他のメタクリレート系モノマー)に由来する構成単位がA鎖に含まれていてもよい。その他のメタクリレート系モノマーとしては、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸t-ブチル、メタクリル酸ヘキシル等のメタクリル酸アルキルエステル;メタクリル酸イソボルニル、メタクリル酸ジシクロペンタニル等のメタクリル酸脂環族アルキルエステル;メタクリル酸2-ヒドロキシエチル、メタクリル酸2-ヒドロキシプロピル、メタクリル酸ブトキシエチル、メタクリル酸ジシクロペンテニルオキシエチル、ポリエチレングリコールモノメタクリレート、メタクリル酸ポリエチレングリコールモノメチルエーテル等のグリコール系メタクリル酸エステル;メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル等のアミノ基含有メタクリレート;等を挙げることができる。
メタクリル酸に由来する構成単位がA鎖に含まれていてもよい。但し、A鎖中のメタクリル酸に由来する構成単位の量は、中和されることでA鎖が水に溶解しない範囲とすることが好ましい。すなわち、A鎖の酸価は50mgKOH/g以下であることが好ましく、30mgKOH/g以下であることがさらに好ましい。さらに、ポリエチレングリコール鎖を有するメタクリレートに由来する構成単位がA鎖に含まれていてもよい。但し、A鎖中のポリエチレングリコール鎖を有するメタクリレートに由来する構成単位の量は、A鎖が水に溶解しない範囲とすることが好ましい。
A鎖のガラス転移温度(Tg)は30℃以下であり、好ましくは10℃以下である。Tgを30℃以下とすることでA鎖の軟質性を高めることができ、軟質性、柔軟性、フィルム追従性、耐摩耗性、及び造膜性等の特性に優れた皮膜を形成可能なA-Bブロックコポリマーとすることができる。ガラス転移温度(Tg)は、視差熱熱分析装置で測定される値(実測値)、ホモポリマーのTgから算出される値(理論値)のいずれであってもよい。但し、本明細書におけるガラス転移温度(Tg)は、ホモポリマーのTgから算出される値(理論値)である。例えば、x種類のモノマーを共重合したポリマー(共重合体)の場合、それぞれモノマーの質量(g)を「W1、W2、・・・Wx」と仮定し、それぞれのモノマーのホモポリマーのTg(℃)を「T1、T2、・・・Tx」と仮定すると、以下の式(1)からこの共重合体のTg(T(℃))を算出することができる。
1/T=W1/(T1+273)+W2/(T2+273)+・・・Wx/(Tx+273) ・・・(1)
ホモポリマーのTgの値は、「ポリマーハンドブック 第4版」に記載の値を使用してもよいし、その他、様々な文献の値を使用してもよい。本明細書においては、「ポリマーハンドブック 第4版」に記載の値を使用する。
A鎖は水不溶性であり、水系媒体中で粒子化するポリマー鎖であることから、A-Bブロックコポリマーを含有するポリマーエマルジョンの粘度は低下する。このため、本実施形態のA-Bブロックコポリマーを用いたポリマーエマルジョンをバインダー成分としてインクに添加しても、インクの粘度を過度に上昇させることがなく、インクの吐出安定性を良好な状態に維持することができる。また、本実施形態のA-Bブロックコポリマーは実質的に水に不溶であるため、このA-Bブロックコポリマーを含有するポリマーエマルジョンをバインダー成分として含有するインクを用いれば、プラスチックフィルム等の基材に対して高い密着性を示す印刷皮膜を形成することができる。
GPCにより測定されるポリスチレン換算のA鎖の数平均分子量は、15,000~50,000であり、好ましくは17,000~40,000である。A鎖の数平均分子量を上記の範囲とすることで、密着性及び耐摩擦性等の性能に優れた皮膜を形成することができる。A鎖の数平均分子量が15,000未満であると、形成される皮膜のプラスチックフィルム等への密着性が不十分になる。一方、A鎖の数平均分子量が50,000超であると、粒子化したA鎖の粒子径が大きくなりすぎることがあるとともに、高分子量であるため、重合時間が長くなりすぎる場合がある。
A鎖の分子量分布(PDI)は1.6以下であり、好ましくは1.5以下である。A鎖の分子量分布(PDI)が1.6超であると、小さい分子量のものから大きい分子量のものまで幅広く含有することとなるので、プラスチックフィルムに対する密着性に優れた皮膜を形成することが困難になる。
(B鎖)
A-Bブロックコポリマーを構成するポリマー鎖のうちB鎖は、メタクリル酸に由来する構成単位(B)を含むポリマー鎖(ポリマーブロック)である。すなわち、B鎖はカルボキシ基を有するので、水に親和して溶解するポリマー鎖である。水系媒体中では、水不溶性のA鎖が粒子化し、水に溶解したB鎖が粒子化したA鎖を安定化させ、水系媒体中に乳化及び分散させることができる。また、B鎖は水に溶解するので、乾燥した場合であっても、A-Bブロックコポリマーを再度水に溶解させる性質(再溶解性)を有する。さらに、カルボキシ基がプラスチックフィルム等の基材と水素結合等するので、密着性に優れた皮膜を形成することができる。
B鎖の酸価は50~250mgKOH/gであり、好ましくは55~200mgKOH/gであり、さらに好ましくは75~150mgKOH/gである。酸価が50mgKOH/g未満であると、B鎖が水に溶解せず、A-Bブロックコポリマーを水系媒体中に分散及び乳化させることが困難になる。一方、酸価が250mgKOH/g超であると、B鎖の親水性が高すぎるので、皮膜の耐水性や耐薬品性が低下する場合がある。
B鎖中の構成単位(B-i)及び構成単位(B-ii)の合計含有量は、構成単位(B)以外の構成単位の合計含有量を基準として80質量%以上であり、好ましくは90質量%以上であり、さらに好ましくは100質量%である。すなわち、B鎖は、メタクリル酸に由来する構成単位(B)以外の部分が、構成単位(B-i)及び構成単位(B-ii)のみで実質的に構成されていることが好ましい。構成単位(B-i)及び構成単位(B-ii)を有するB鎖は、A鎖との相溶性が良好である。また、構成単位(B-ii)を有するB鎖は、後述する第2バインダー成分との親和性も高いと考えられる。
B鎖には、モノマー群(i)及びモノマー群(ii)以外のメタクリレート系モノマー(その他のメタクリレート系モノマー)に由来する構成単位が含まれていてもよい。その他のメタクリレート系モノマーとしては、前述の「その他のメタクリレート系モノマー」と同様のものを挙げることができる。
GPCにより測定されるポリスチレン換算のB鎖の数平均分子量は、1,000~10,000であり、好ましくは2,000~8,000である。B鎖の数平均分子量が1,000未満であると、水溶解性のB鎖が短すぎてしまい、粒子化したA鎖の分散性や乳化性が低下するとともに、全体の粒子径が大きくなる場合がある。一方、B鎖の数平均分子量が10,000超であると、親水性が高くなりすぎてしまい、形成される皮膜の耐水性が低下するとともに、インク等に配合した場合に、インクの粘度を過度に高めてしまう場合がある。
(A-Bブロックコポリマーの製造)
A-Bブロックコポリマーは、従来公知の方法によって合成することができる。なかでも、リビングアニオン重合法、リビングカチオン重合法、及びリビングラジカル重合法等のリビング性を有する重合法が好ましく、条件、材料、及び装置等の観点からリビングラジカル重合法が特に好ましい。リビングラジカル重合法としては、原子移動ラジカル重合法(ATRP法)、可逆的付加開裂型連鎖移動重合法(RAFT法)、ニトロキサイド法(NMP法)、有機テルル法(TERP法)、可逆的移動触媒重合法(RTCP法)、可逆的触媒媒介重合法(RCMP法)等等を挙げることができる。なかでも、有機化合物を触媒として用いるとともに、有機ヨウ化物を重合開始化合物として用いるRTCP法やRCMP法が好ましい。これらの方法は、比較的安全な市販の化合物を使用し、重金属や特殊な化合物を使用せず、コスト及び精製の面で有利である。さらに、成長末端を第3級のヨウ素とすることで、精度のよいブロック構造を一般的なの設備で容易に形成することができる。
重合は、熱重合及び光重合のいずれであってもよく、アゾ系ラジカル発生剤、過酸化物系ラジカル発生剤、光増感剤等を重合反応系に添加してもよい。重合形式は、無溶剤、溶液重合、及び乳化重合のいずれであってもよく、なかでも溶液重合が好ましい。得られるA-Bブロックコポリマーを水系媒体中に分散させてポリマーエマルジョンを製造する場合、水系媒体に用いる水溶性有機溶剤と同一の有機溶剤を溶液重合の際に用いることで、重合反応後の反応液をそのまま使用できるために好ましい。
A鎖とB鎖のいずれを先に重合してもよい。但し、B鎖を先に重合すると、重合系にメタクリル酸が残存する場合がある。この場合、その後に重合するA鎖にメタクリル酸に由来する構成単位が導入されてしまうことがあるので、A鎖を先に重合した後、B鎖を重合することが好ましい。
<ポリマーエマルジョン>
次に、本発明のポリマーエマルジョンの実施形態について説明する。本発明のポリマーエマルジョンの一実施形態は、水性インクジェットインク用のバインダー成分として用いられるポリマーエマルジョンであり、前述のA-Bブロックコポリマーがアルカリ物質で中和され、水系媒体中に自己乳化して分散した第1エマルジョン粒子を含有する。そして、この第1エマルジョン粒子の数平均粒子径が、30~300nmである。
第1エマルジョンの数平均粒子径は30~300nmであり、好ましくは50~150nmである。第1エマルジョンの数平均粒子径が30nm未満であると、このポリマーエマルジョンを配合して調製されるインクジェットインクの粘度が過度に高くなることがあるとともに、親水性が高くなるので、形成される皮膜の物性が低下する。一方、第1エマルジョンの数平均粒子径が300nm超であると、形成される印刷皮膜に、いわゆる「ブツ」と呼ばれる異物等が形成されやすくなる。さらに、このポリマーエマルジョンを配合して得られるインクジェットインクが記録ヘッドのノズルに詰まりやすくなる等、インクの吐出性やろ過性が低下することがある。エマルジョン粒子の数平均粒子径は、動的光散乱式の粒子径分布測定装置により測定及び算出される値である。
A-Bブロックコポリマーを中和するアルカリ物質としては、アンモニア;モノメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン等の脂肪族第1~3級アミン;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、モノプロパノールアミン、ジプロパノールアミン、トリプロパノールアミン、メチルエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、メチルイソプロピルアミン等のアルコールアミン;ピペリジン、モルホリン、N-メチルモルホリン等の複素環式アミン;水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物;等を挙げることができる。アルカリ物質の量は、A-Bブロックコポリマー中のカルボキシ基等の酸性基の一部又は全部を中和する量とすることが好ましい。
A-Bブロックコポリマーを中和し、乳化及び分散させる方法は、従来公知である。例えば、溶液重合によりA-Bブロックコポリマーを合成した後、重合溶液を撹拌しながらアルカリ水を添加して分散乳化することができる。また、重合後に(i)乾燥する;(ii)貧溶剤中に析出させる;又は(iii)中和して水に溶解させた後に酸を添加して析出させる;等の方法によって取り出したA-Bブロックコポリマーを中和しながら水に乳化及び分散させてもよく、必要に応じて加熱してもよい。
<水性インクジェットインク>
次に、本発明の水性インクジェットインクの実施形態について説明する。本発明の水性インクジェットインク(以下、単に「インクジェットインク」又は「インク」とも記す)の一実施形態は、顔料、ポリマーバインダー、水、及び水溶性有機溶剤を含有するプラスチックフィルム印刷用のインクである。ポリマーバインダーは、第1バインダー成分及び第2バインダー成分を含有し、第1バインダー成分は、前述のポリマーエマルジョンである。そして、第2バインダー成分が、下記(2-1)~(2-3)の要件を満たすポリマーエマルジョンである。
(2-1)カルボキシ基を有する、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリαオレフィン、及びこれらの共重合体からなる群より選択される少なくとも一種の第2ポリマーの前記カルボキシ基がアルカリ物質で中和され、水系媒体中に自己乳化して分散した第2エマルジョン粒子を含有する。
(2-2)前記第2ポリマーの酸価が10~150mgKOH/gである。
(2-3)前記第2エマルジョン粒子の数平均粒子径が30~300nmである。
(ポリマーバインダー)
ポリマーバインダーは、被印刷基材にインクを付与して形成される印刷皮膜(乾燥皮膜)を構成する成分であり、プラスチックフィルム等の被印刷基材への密着性、耐摩擦性、耐水性、耐薬品性、耐溶剤性、及び表面保護性等の効果を発揮するポリマー成分である。本実施形態のインクに用いるポリマーバインダーは、第1バインダー成分及び第2バインダー成分を含有する。そして、この第1バインダー成分が、前述のポリマーエマルジョンである。
[第1バインダー成分]
第1バインダー成分として用いるポリマーエマルジョンは、A-Bブロックコポリマーがアルカリ物質で中和され、水系媒体中に自己乳化して分散した第1エマルジョン粒子を含有する。前述の通り、A-BブロックコポリマーのA鎖は水不溶性のポリマー鎖である。このため、A鎖は、プラスチックフィルムへの密着性、柔軟性、及び耐摩擦性等の特性を発揮するポリマー鎖である。一方、A-BブロックコポリマーのB鎖はカルボキシ基を有する。このカルボキシ基を中和してイオン化することで、B鎖が水に親和して溶解する。このため、B鎖は、A-Bブロックコポリマーを水系媒体中に分散及び乳化させる機能を有するポリマー鎖である。また、記録ヘッドのノズル等でインクが乾燥した場合であってもB鎖が水に溶解しやすいので、良好な再溶解性が発揮される。さらに、B鎖はカルボキシ基を有するので、プラスチックフィルムに対する密着性の向上にも寄与する。
A鎖及びB鎖のいずれにも長鎖アルキレン基が導入されているので、これらのA鎖及びB鎖を有するA-Bブロックコポリマーを用いたポリマーエマルジョンを含有させることで、プラスチックフィルムに追随しうる軟質で柔軟な印刷皮膜を形成することができる。さらに、A-Bブロックコポリマーは、ポリオレフィン系フィルム等のプラスチックフィルムに対する親和性が高いとともに、第2バインダー成分との親和性も高い。このため、第1バインダー成分と第2バインダー成分を併用することで、相乗的な効果を発揮させることができる。
[第2バインダー成分]
第2バインダー成分は、カルボキシ基を有するポリオレフィン系樹脂(第2ポリマー)のカルボキシ基がアルカリ物質で中和され、水系媒体中に自己乳化して分散した第2エマルジョン粒子を含有するポリマーエマルジョンである。第2エマルジョン粒子を構成する第2ポリマーは、ポリオレフィン系フィルム等のプラスチックフィルムに対する親和性が高い。このため、第2エマルジョン粒子を含有するポリマーエマルジョンを第2バインダー成分として用いることで、プラスチックフィルムに対する密着性が向上した印刷皮膜を形成することができる。さらに、第2ポリマーは疎水性が高いので、脱膜しにくく、耐久性に優れた印刷皮膜を形成することができる。
また、第2ポリマーはカルボキシ基を有するので、第2エマルジョン粒子を含有するポリマーエマルジョンを第2バインダー成分として用いることで、水素結合によってポリオレフィン系フィルム等のプラスチックフィルムとの密着性を向上させることができる。
さらに、第2ポリマーは、第1バインダー成分を形成するA-Bブロックコポリマーとも親和性を有するので、相乗効果により、印刷皮膜のプラスチックフィルムへの密着性及び耐摩擦性を向上させることができる。
第2ポリマーは、カルボキシ基を有する、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリαオレフィン、及びこれらの共重合体からなる群より選択される少なくとも一種である。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリαオレフィン、及びこれらの共重合体の具体例としては、1-ブテン、1-ヘキセン、1-オクテン、及び1-オクタデセン等のα-オレフィンの単独重合体や共重合体等を挙げることができる。第2ポリマーは分岐構造を有していてもよく、ブロック共重合体であってもよい。ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリαオレフィン、及びこれらの共重合体等のポリマーを(i)酸化する;(ii)無水マレイン酸等を付加する;(iii)熱分解する;(iv)アクリル酸やメタクリル酸を共重合させる;ことで、カルボキシ基が導入された第2ポリマーとすることができる。
第2ポリマーの酸価は10~150mgKOH/gであり、好ましくは20~100mgKOH/gである。第2ポリマーの酸価が10mgKOH/g未満であると、十分に乳化することができない。一方、第2ポリマーの酸価が150mgKOH/g超であると、乳化や分散が困難になり、形成される印刷皮膜の耐水性が低下する。
第2ポリマーは、その数平均分子量が10,000以下のワックスであってもよく、その数平均分子量が数万以上のポリマーであってもよい。第2ポリマーの融点又は軟化点は、通常、0~180℃である。なお、第2ポリマーの融点は120℃以下であることが、エマルジョン化するのにより適しているために好ましい。
第2ポリマーによって形成される第2エマルジョン粒子の数平均粒子径は、30~300nmであり、好ましくは、50~120nmである。第2エマルジョンの数平均粒子径が30nm未満であると、インクの粘度が過度に高くなる。一方、第2エマルジョンの数平均粒子径が300nm超であると、インクが記録ヘッドのノズルに詰まりやすくなる等、インクの吐出性やろ過性が低下することがある。
第2ポリマーをエマルジョン化する方法は、従来公知の方法である。例えば、第2ポリマーを加熱して溶融させる、又はトルエン等の溶媒に必要に応じて加熱して溶解させた後、アルカリ物質の水溶液等を添加して、カルボキシ基を中和する。トルエン等の溶媒を用いた場合には、用いた溶媒を留去する。これにより、水系媒体中に自己乳化して分散した第2エマルジョン粒子を含有するポリマーエマルジョン(第2バインダー成分)を得ることができる。
(顔料)
顔料としては、インクジェットインクに用いられる従来公知の有機顔料及び無機顔料を用いることができる。有機顔料としては、フタロシアニン系、アゾ系、アゾメチンアゾ系、アゾメチン系、アンスラキノン系、ぺリノン・ペリレン系、インジゴ・チオインジゴ系、ジオキサジン系、キナクリドン系、イソインドリン系、イソインドリノン系、ジケトピロロピロール系、キノフタロン系、インダスレン系顔料等の有彩色顔料;ファーネスブラック、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のカーボンブラック顔料等を挙げることができる。無機顔料としては、体質顔料、酸化チタン系顔料、酸化鉄系顔料、スピンネル顔料等を挙げることができる。
印刷物(画像)に隠蔽力が必要とされる場合以外は、有機系の微粒子顔料を用いることが好ましい。高精彩で透明性を示す印刷物が必要とされる場合には、ソルトミリング等の湿式粉砕又は乾式粉砕で微細化した顔料を用いることが好ましい。ノズル詰まりの回避等を考慮すると、1.0μm超の粒子径を有する顔料を除去した、数平均粒子径0.2μm以下の有機顔料や、数平均粒子径0.4μm以下の無機顔料を用いることが好ましい。
顔料の具体例をカラーインデックス(C.I.)ナンバーで示すと、C.I.ピグメントイエロー12、13、14、17、20、24、74、83、86、93、94、95、97、109、110、117、120、125、128、129、137、138、139、147、148、150、151、153、154、155、166、168、175、180、181、185、191;C.I.ピグメントオレンジ16、36、43、51、55、59、61、64、71、73;C.I.ピグメントレッド4、5、9、23、48、49、52、53、57、97、112、122、123、144、146、147、149、150、166、168、170、176、177、180、184、185、192、202、207、214、215、216、217、220、221、223、224、226、227、228、238、240、242、254、255、264、269、272;C.I.ピグメントバイオレット19、23、29、30、37、40、50;C.I.ピグメントブルー15、15:1、15:3、15:4、15:6、22、60、64;C.I.ピグメントグリーン7、36;C.I.ピグメントブラック7;C.I.ピグメントホワイト6;等を挙げることができる。
発色性、分散性、及び耐候性等の観点から、C.I.ピグメントイエロー74、83、109、128、139、150、151、154、155、180、181、185等の黄色顔料;C.I.ピグメントレッド122、170、176、177、185、269、C.I.ピグメントバイオレット19、23等の赤色顔料;C.I.ピグメントブルー15:3、15:4、15:6等の青色顔料;C.I.ピグメントブラック7等の黒色顔料;C.I.ピグメントホワイト6等の白色顔料;が好ましい。
顔料は、未処理の顔料;その表面に官能基が導入された自己分散性顔料;カップリング剤や活性剤等の表面処理剤若しくはポリマー等で表面処理された、又はカプセル化等された処理顔料;のいずれであってもよい。自己分散性顔料は、カルボキシ基、スルホン酸基、及びリン酸基等の酸性基が顔料粒子の表面に導入されており、これらの酸性基を中和して水に親和させることで、顔料分散剤を用いなくてもインク中に分散しうる易分散化顔料である。これに対して、未処理の顔料、表面処理された顔料、及びカプセル化された顔料は、顔料分散剤を併用することが好ましい。
インク中の顔料の含有量は、インク全量を基準として、0.1~25質量%であることが好ましく、0.2~20質量%であることがさらに好ましい。
(水)
本実施形態のインクジェットインクは、水を必須成分として含有する水性インクである。水としては、イオン交換水、蒸留水、及び精製水等を用いることが好ましい。インク中の水の含有量は、インク全量を基準として、30~90質量%であることが好ましい。
(水溶性有機溶剤)
本実施形態のインクジェットインクは、水溶性有機溶剤を含有する。本実施形態のインクは、インクの浸透性が低いプラスチックフィルムに印刷するために用いるインクである。このため、水溶性有機溶剤としては、溶媒は、保湿剤として機能するだけでなく、被印刷基材であるプラスチックフィルムに対する濡れ性が良好なものを用いることが好ましい。さらには、被印刷基材表面のレベリング剤として機能しうるとともに、インク中のポリマーバインダーの造膜性を向上させる造膜助剤としても機能しうる水溶性有機溶剤を用いることが好ましい。
水溶性有機溶剤としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系溶媒;アセトン等のケトン系溶媒;エチレングリコール、ジ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等のアルキレングリコール系溶媒;エチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル等のアルキレングリコールモノアルキルエーテル系溶媒;グリセリン、ジグリセリン、グリセリンのエチレンオキサイド付加物等のグリセリン系溶媒;2-ピロリドン、N-メチルピロリドン、3-メトキシ-N,N-ジメチプロピオンアミド、3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド等のアミド系溶媒;テトラメチル尿素、ジメチルイミダゾリジノン等の尿素系溶媒;エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート等のカーボネート系溶媒;等を挙げることができる。
被印刷基材に付与されたインク中のポリマーバインダーによって形成される印刷皮膜中に水溶性有機溶媒が多く残存すると、印刷皮膜の耐水性、被印刷基材への密着性、及び耐摩擦性が低下することがある。また、溶液重合等の方法でポリマーバインダーを合成する際に用いた有機溶媒が、そのままインクに配合される場合がある。このため、ある程度揮発性が高い水溶性有機溶剤を用いることが好ましい。具体的には、水溶性有機溶剤は、プロピレングリコール(沸点188℃)と、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(沸点230℃)、プロピレングリコールモノメチルエーテル(沸点121℃)、プロピレングリコールモノエチルエーテル(沸点132.8℃)、プロピレングリコールモノプロピルエーテル(沸点150℃)、及びジプロピレングリコールモノメチルエーテル(沸点189.6℃)からなる群より選択される少なくとも一種と、を含むことが好ましい。
インク中の水溶性有機溶剤の含有量は、インク全量を基準として、3~30質量%であることが好ましく、5~25質量%であることがさらに好ましい。水溶性有機溶剤の含有量が3質量%未満であると、インクが乾燥しやすくなるとともに、プラスチックフィルムの表面においてレベリング剤としての機能が発揮されにくくなることがある。一方、水溶性有機溶剤の含有量が30質量%超であると、インクの粘度が高くなり、インクの吐出性が低下する場合があるとともに、インクの安定性が低下しやすくなることがある。また、ポリマーバインダーが析出したり、顔料が凝集したりする場合がある。さらに、水溶性有機溶剤の含有量が多すぎると、印刷皮膜中に水溶性有機溶剤が残存しやすくなるので、ブロッキングが生じやすくなるとともに、画像の耐水性や耐擦性等の物性が低下することがある。
(顔料分散剤)
自己分散性顔料以外の顔料を用いる場合、インクは、インク中に顔料を分散させる顔料分散剤をさらに含有することが好ましい。例えば、インクは、数平均分子量が1,000~20,000であり、酸価が50~250mgであるビニル系ポリマーがアルカリ物質で中和された顔料分散剤を、微分散又は溶解した状態でさらに含有することが好ましい。
ビニル系ポリマーは、カルボキシ基、スルホン酸基、及びリン酸基等の酸性基を有することが好ましい。カルボキシ基等の酸性基をアルカリ物質で中和することで水に親和させ、インク中に微分散又は溶解させることができる。酸性基を有するビニル系ポリマーは、酸性基を有するモノマーに由来する構成単位を有する。酸性基を有するモノマーとしては、(メタ)アクリル酸、(無水)マレイン酸、(無水)イタコン酸、スチレンカルボン酸、水酸基を有する(メタ)アクリレート系モノマーに無水カルボン酸、二塩基酸、又はポリカルボン酸を反応させてモノエステル化したモノマー、ビニルスルホン酸、アクリルアミドメチルプロピンスルホン酸、ビニルリン酸、メタクリロイルオキシエチルリン酸等を挙げることができる。
ビニル系ポリマーは、ビニル系モノマーに由来する構成単位を有する。ビニル系モノマーとしては、スチレン、ビニルトルエン、ビニルナフタレン等の芳香族ビニルモノマー;アクリル酸ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル等のアクリレート系モノマー;前述の「その他のメタクリレート系モノマー」;酢酸ビニル等のビニルエステル系モノマー;ビニルピリジン、ビニルイミダゾール等の複素環ビニルモノマー;等を挙げることができる。
ビニル系ポリマーの具体例としては、スチレンアクリル酸共重合体、スチレンマレイン酸共重合体、スチレンアクリル酸エチルアクリル酸共重合体、スチレンアクリル酸アクリル酸エトキシエチル共重合体、スチレンメタクリル酸共重合体、スチレンメタクリル酸メタクリル酸2-ヒドロキシエチル共重合体、メタクリル酸ベンジルメタクリル酸共重合体、スチレンメタクリル酸メタクリル酸ジメチルアミノエチルアクリル酸ブチル共重合体、スチレンマレイン酸マレイン酸のポリエチレングリコールプロピレングリコールモノブチルエーテルモノアミンのアミド化物共重合体、スチレンメタクリル酸メチルメタクリル酸2-エチルヘキシルメタクリル酸共重合体等を挙げることができる。
顔料分散剤として用いるビニル系ポリマーの数平均分子量は1,000~20,000であることが好ましく、3,000~15,000であることがさらに好ましく、5,000~13,000であることが特に好ましい。ビニル系ポリマーの数平均分子量が1,000未満であると、顔料に対する吸着性が不足する場合があるとともに、形成される印刷皮膜の強度が低下することがある。一方、ビニル系ポリマーの数平均分子量が20,000超であると、インクの粘度が過度に上昇するとともに、非ニュートニアン性の粘度を示しやすくなり、インクの吐出安定性が低下することがある。
顔料分散剤として用いるビニル系ポリマーの酸価は50~250mgKOH/gであることが好ましく、75~150mgKOH/gであることがさらに好ましく、85~130mgKOH/であることが特に好ましい。ビニル系ポリマーの酸価が50mgKOH/g未満であると、アルカリ物質で中和しても水に溶解しにくくなり、顔料分散剤としての機能が不足する場合がある。一方、ビニル系ポリマーの酸価が250mgKOH/g超であると、水溶解性が高くなりすぎる場合がある。このため、インクの粘度が過度に上昇するとともに、カルボキシ基等の親水性の酸性基の量が多くなるので、形成される印刷皮膜の耐水性が低下する場合がある。
ビニル系ポリマーは、従来公知の方法にしたがって合成することができる。例えば、アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ系開始剤や過酸化ベンゾイル等の過酸化物系開始剤の存在下、モノマー単独の塊状重合、乳化重合、インクジェットインク用の水溶性有機溶剤を用いる溶液重合によって、ビニル系ポリマーを得ることができる。そして、得られたビニル系ポリマーをアルカリ物質で中和すれば、顔料分散剤とすることができる。また、顔料分散剤の溶液を顔料と混合した後、貧溶剤に添加する又は酸で処理することで、顔料分散剤を析出させ、顔料を処理又はカプセル化してポリマー処理顔料を調製してもよい。ビニル系ポリマーを製造する重合法としては、リビングラジカル重合法が好ましい。ビニル系ポリマーは、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、グラフトコポリマー、グラジエントコポリマー、星形ポリマー、デンドリマー等の高次構造を有するポリマーのいずれであってもよい。
顔料分散剤として用いるビニル系ポリマーは、C鎖及びD鎖を有する、下記(3-1)~(3-3)の要件を満たすブロックコポリマーであることが好ましい。このようなブロックコポリマーは、第1バインダー成分として用いるA-Bブロックコポリマーとの相溶性及び親和性が良好であるために好ましい。
(3-1)メタクリレート系モノマーに由来する構成単位を90質量%以上含み、数平均分子量が3,000~20,000である。
(3-2)C鎖は、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸シクロヘキシル、及びメタクリル酸t-ブチルシクロヘキシルからなるモノマー群(i)より選択される少なくとも一種に由来する構成単位(C-i)を有し、C鎖中、構成単位(C-i)の含有量が80質量%以上であり、数平均分子量が2,000~10,000であり、分子量分布が1.6以下である。
(3-3)D鎖は、メタクリル酸に由来する構成単位(D)と、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸シクロヘキシル、及びメタクリル酸t-ブチルシクロヘキシルからなるモノマー群(i)より選択される少なくとも一種に由来する構成単位(D-i)とを有し、D鎖中、構成単位(D-i)の含有量が80質量%以上であり、酸価が70~250mgKOH/gである。
C鎖は水不溶性のポリマー鎖であり、顔料に吸着してカプセル化するポリマーブロックである。D鎖はカルボキシ基を有するポリマー鎖であり、水溶解性のポリマーブロックである。C鎖が顔料に吸着するとともに、D鎖が水に溶解して顔料粒子どうしの接近を防止するので、高度な分散安定性を付与することができる。また、D鎖は水溶解性のポリマーブロックであるので、インクが乾燥しても水系媒体に再度溶解させることができる。
ブロックコポリマーの数平均分子量は3,000~20,000であることが好ましく、4,000~15,000であることがさらに好ましい。ブロックコポリマーの数平均分子量が3,000未満であると、分散安定性が不十分になる場合がある。一方、ブロックコポリマーの数平均分子量が20,000超であると、インクの粘度が過度に上昇しやすいとともに、顔料への吸着性が低下しやすくなることがある。
C鎖は、前述のモノマー群(i)より選択される少なくとも一種に由来する構成単位(C-i)を80質量%以上有するので、第1バインダー成分として用いるA-Bブロックコポリマーとの相溶性が高く、インク中で凝集や析出しにくい。C鎖の数平均分子量は2,000~10,000であり、好ましくは2,500~7,500である。C鎖の数平均分子量が2,000未満であると、顔料のカプセル化が不十分になることがあり、分散安定性がやや低下する場合がある。一方、C鎖の数平均分子量が10,000超であると、顔料への吸着性が低下しやすく、カプセル化が困難になる場合がある。C鎖の分子量分布は1.6以下であり、好ましくは1.2~1.5である。すなわち、分子量をある程度揃えることで、顔料に対する吸着性を向上させることができる。
D鎖は、メタクリル酸に由来する構成単位(D)と、前述のモノマー群(i)より選択される少なくとも一種に由来する構成単位(D-i)とを有する。C鎖と同様、D鎖も前述のモノマー群(i)より選択される少なくとも一種に由来する構成単位(D-i)を有するので、第1バインダー成分として用いるA-Bブロックコポリマーとの相溶性が高い。C鎖及びD鎖を有する上記のブロックコポリマーは、リビングラジカル重合法によって合成することが、分子量をある程度揃えることができるために好ましい。
(その他の成分)
インクには、界面活性剤を含有させることができる。界面活性剤を含有させることで、インクの表面張力を所定の値に維持することができる。なお、インクの表面張力は15~45mN/mであることが好ましく、20~40mN/mであることがさらに好ましい。界面活性剤としては、シリコーン系、アセチレングリコール系、フッ素系、アルキレンオキサイド系、及び炭化水素系の界面活性剤等を挙げることができる。なかでも、フッ素系界面活性剤が好ましい。界面活性剤は、一般的に、インクが発泡する原因となったり、フィルム表面でインクが弾かれる原因となったりすることがある。さらに、界面活性剤を用いることで顔料が凝集しやすくなることがあるので、界面活性剤の添加量を抑えることが好ましい。
インクには、防腐剤を含有させることができる。防腐剤としては、安息香酸ナトリウム、ベンズイミダゾール、チアベンダゾール、ソルビタン酸カリウム、ソルビタン酸ナトリウム、デヒドロ酢酸ナトリウム、チアゾスルファミド、及びピリジンチオールオキシド等を挙げることができる。インク中の防腐剤の含有量は、インク全量を基準として、0.05~2.0質量%であることが好ましく、0.1~1.0質量%であることがさらに好ましい。
また、インクには、必要に応じて、前述の水溶性有機溶剤以外の有機溶剤、レベリング剤、表面張力調整剤、pH調整剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤、染料、フィラー、ワックス、増粘剤、消泡剤、防カビ剤、帯電防止剤、金属微粒子、磁性粉等の添加剤を含有させることができる。
(水性インクジェットインクの製造)
インク中、顔料100質量部に対する、ポリマーバインダーの固形分含有量は、50~505質量部であることが好ましく、100~400質量部であることがさらに好ましい。顔料100質量部に対するポリマーバインダーの固形分含有量が50質量部未満であると、形成される印刷皮膜のプラスチックフィルムへの密着性や耐摩耗性がやや不足する場合がある。一方、顔料100質量部に対するポリマーバインダーの固形分含有量が505質量部超であると、顔料濃度が相対的に低下するので、画像の発色性等がやや低下する場合がある。
インク中、顔料100質量部に対する、第1バインダー成分の固形分含有量は5~500質量部であることが好ましく、第2バインダー成分の固形分含有量は5~500質量部であることが好ましい。すなわち、インク中の第1バインダー成分の固形分含有量と、第2バインダー成分の固形分含有量との質量比は、第1:第2=5~500:500~5の範囲内であることが好ましく、第1:第2=50~400:10~200の範囲内であることがさらに好ましい。第1バインダー成分の固形分含有量と、第2バインダー成分の固形分含有量との質量比を上記の範囲内とすることで、良好な印刷皮膜を形成することができる。
インク中、顔料100質量部に対する、顔料分散剤の固形分含有量は、5~100質量部であることが好ましく、7.5~50質量部であることがさらに好ましい。顔料100質量部に対する顔料分散剤の含有量が5部未満であると、顔料の分散安定性がやや不十分になることがある。一方、顔料100質量部に対する顔料分散剤の含有量が100質量部超であると、低分子量のポリマー(顔料分散剤)の含有量が相対的に多くなるので、印刷皮膜の物性や耐久性がやや低下することがある。
本実施形態のインクジェットインクは、従来公知の方法にしたがって製造することができる。以下、インクを製造する一連の手順を例示する。まず、顔料及び顔料分散剤を含有する顔料分散液を調製する。具体的には、水、顔料、及び顔料分散剤を含有し、必要に応じて水溶性有機溶媒をさらに含有する混合物を得る。ペイントシェイカー、ボールミル、アトライター、サンドミル、横型メディアミル、コロイドミル、ロールミル等を使用して得られた混合物を処理し、顔料を微分散させて顔料分散液を調製する。次いで、得られた顔料分散液に、水、ポリマーバインダー、水溶性有機溶剤、必要に応じて用いられるその他の添加剤等を添加するとともに、アルカリ物質等をさらに添加してpHを調整する。さらに、界面活性剤、防腐剤等の各種添加剤を必要に応じて添加すれば、目的とする本実施形態のインクを得ることができる。顔料分散液やインクは、遠心分離処理又はフィルターでろ過して粗大粒子や凝集物を除去することが好ましい。
インクは、顔料の種類等に応じて、記録ヘッドのノズルからインクジェット方式によって吐出しうる適度な粘度に調整される。例えば、有機顔料を用いた場合のインクの粘度は、2~10mPa・sであることが好ましい。また、無機顔料を用いた場合のインクの粘度は、5~30mPa・sであることが好ましい。
インクのpHは7.0~10.0であることが好ましく、7.5~9.5であることがさらに好ましい。インクのpHが7.0未満であると、ポリマーバインダーが析出しやすくなるとともに、顔料が凝集しやすくなることがある。一方、インクのpHが10.0超であると、アルカリ性が強くなるので、取り扱いにくくなる場合がある。
(被印刷基材)
本実施形態のインクジェットインクを用いれば、インクジェット記録法によって様々な被印刷基材に画像を記録する(印刷する)ことができる。なかでも、ポリエチレン系基材及びポリプロピレン系基材等のポリオレフィン系のプラスチックフィルムに対しても、密着性及び耐摩擦性等の耐久性に優れた印刷皮膜を形成することができるので、本実施形態のインクはプラスチックフィルム印刷用のインクジェットインクとして好適である。
プラスチックフィルムの構成材料となるプラスチックとしては、ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリハロゲン化ビニル系、セルロース系、ポリスチレン系、ポリメタクリレート系、ポリアクリロニトリル系、ポリカーボネート系、ポリイミド系、ポリビニルアセタール系、ポリビニルアルコール系等の各種の樹脂を挙げることができる。ポリオレフィン系樹脂としては、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリαオレフィン、ポリエチレン酢酸ビニル、ポリエチレンビニルアルコール、ポリシクロオレフィン等を挙げることができる。ポリエステル系樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレチンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリ乳酸等を挙げることができる。ポリアミド系樹脂としては、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン610等を挙げることができる。ポリハロゲン化ビニル系樹脂としては、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフロロエチレン等を挙げることができる。なかでも、安価で入手が容易であるとともに、密着性や耐摩擦性に優れた印刷皮膜が一般的に形成されにくい、ポリオレフィン系樹脂製のフィルムに印刷することが好ましく、ポリエチレン系樹脂のフィルムやポリプロピレン系樹脂製のフィルムに印刷することがさらに好ましい。
プラスチックフィルムは無延伸であってもよいし、一軸延伸や二軸延伸等の延伸されたものであってもよい。プラスチックフィルムの表面(印刷面)は、無処理であってもよいし、プラズマ処理、コロナ処理、放射線処理、シランカップリング処理等の表面処理がなされていてもよい。プラスチックフィルムは、単層構造であっても多層構造であってもよいし、アルミ蒸着や透明蒸着がなされていてもよい。プラスチックフィルムの厚さは、1~500μmであることが好ましく、5~200μmであることがさらに好ましい。プラスチックフィルムは、顔料や染料で着色されていてもよいし、カーボンブラック、シリカ、炭酸カルシウム、ガラス繊維、セルロースナノフィバー等の補強用フィラーが添加されたものであってもよい。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例、比較例中の「部」及び「%」は、特に断らない限り質量基準である。
<ポリマーエマルジョン(第1バインダー成分)の製造>
(合成例1)
撹拌機、逆流コンデンサー、温度計、及び窒素導入管を取り付けた反応容器に、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(BDG)252.8部、ヨウ素0.4部、2,2-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)(商品名「V-70」、富士フィルム和光純薬製)(V-70)1.4部、ジフェニルメタン(DPM)0.1部、メタクリル酸ベンジル(BzMA)80.4部、メタクリル酸2-エチルへキシル(EHMA)90.5部、及びメタクリル酸2-ヒドロキシエチル(HEMA)15.2部を入れた。窒素をバブリングしながら撹拌し、45℃に加温して4.5時間重合し、ポリマー(A鎖)を合成した。反応溶液の一部をサンプリングして測定した固形分は33.5%であり、固形分に基づいて算出した重合転化率は78.5%であった。テトラヒドロフラン(THF)を展開溶媒とするGPCにより測定した、A鎖のポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)は26,000、分散度(PDI)は1.28であった。
得られたA鎖の溶液を40℃まで降温させた後、V-70 1.9部、メタクリル酸(MAA)11.8部、BzMA24.1部、及びEHMA27.1部を添加した。40℃で4時間重合してB鎖を形成し、ブロックコポリマーを得た。B鎖の酸価(理論酸価)は、121.8mgKOH/gであった。B鎖の理論酸価は以下の手順にしたがって算出した。
まず、B鎖1部当たりのMAAに由来する構成単位の量を下記式により求める。
11.8/(11.8+24.1+27.1)=0.187部
次いで、MAAの分子量「86.1」及びKOHの分子量「56.1」を用い、下記式によりB鎖の理論酸価を算出する。
(0.187/86.1)×56.1×1,000=121.8mgKOH/g
反応溶液の一部をサンプリングして測定した固形分は48.5%であり、重合転化率は約100%であった。得られたブロックコポリマーのMnは30,000、PDIは1.43であった。エタノール性0.1N水酸化カリウム溶液を用い、滴定により測定したブロックコポリマーの酸価(実測酸価)は、30.8mgKOH/gであった。
得られたブロックコポリマーの溶液にBDG56.2部を添加して希釈した。室温条件下、28%アンモニア水9.1部及びイオン交換水327.6部の混合液を添加して中和し、ポリマーエマルジョンE-1を得た。E-1の固形分は26.4%であった。動的光散乱式の粒子径分布測定装置(粒度測定器、商品名「NICOMP 380ZLS-S」、インターナショナル・ビジネス社製)を使用して測定したエマルジョン粒子の数平均粒子径は86.0nmであった。
(合成例2~4)
表1に示す処方としたこと以外は、前述の合成例1と同様にして、ポリマーエマルジョンE-2~E-4を得た。表1中の略号の意味を以下に示す。
・MMA:メタクリル酸メチル
・CHMA:メタクリル酸シクロヘキシル
・LMA:メタクリル酸ラウリル
・TBCHMA:メタクリル酸t-ブチルシクロヘキシル
・DMAE:ジメチルアミノエタノール
・AMP:2-アミノ-2-メチル-1-プロパノール
Figure 2022037497000001
ポリマーのガラス転移温度は、以下の式を用いて算出した。
1/Tg=(W/Tg)+(W/Tg)+(W/Tg)・・・・・・
:モノマーAの重量分率
Tg:モノマーAのホモポリマーのガラス転移温度(K)
:モノマーBの重量分率
Tg:モノマーBのホモポリマーのガラス転移温度(K)
(合成例5~7、比較合成例1~3)
ヨウ素及びV-70の量を適宜調整するとともに、表2及び3に示す処方としたこと以外は、前述の合成例1と同様にして、ポリマーエマルジョンE-5~E-7、F-1~F-3を得た。
Figure 2022037497000002
Figure 2022037497000003
(比較合成例4)
合成例1で用いた反応容器と同様の反応容器にイオン交換水300部を入れ、75℃に加温した後、過硫酸ナトリウム1部を添加した。別容器に、スチレン100部、アクリル酸ブチル50部、アクリル酸2-エチルヘキシル50部、及び反応性界面活性剤(商品名「アクアロンKH-10」、第一工業薬品社製)6部を入れて混合し、均一なモノマー混合液を調製した。滴下ロートを使用し、調製したモノマー混合液を2時間かけて反応容器内に滴下した後、75℃で4時間反応させて、若干透明感のある青白色のポリマーエマルジョンF-4を得た。得られたポリマーエマルジョンF-4の固形分は39.6%、粘度は53mPa・s、エマルジョン粒子の数平均粒子径は115nmであった。
(比較合成例5)
合成例1で用いた反応容器と同様の反応容器にイオン交換水200部を入れ、室温で撹拌しながら、スチレンアクリル酸(酸価260mgKOH/g、数平均分子量2,300)80部及び28%アンモニア水22.5部を添加し、スチレンアクリル酸をイオン化して水に溶解させた。75℃に加温した後、過硫酸カリウム6部を添加した。滴下ロートを使用し、スチレン30部及びアクリル酸ブチル30部の混合物を2時間かけて反応容器内に滴下した後、75℃で3時間反応させて、黄味白色の半透明のポリマーエマルジョンF-5を得た。得られたポリマーエマルジョンF-5の固形分は39.9%、粘度は288mPa・s、エマルジョン粒子の数平均粒子径は80nmであった。
<ポリマーエマルジョン(第2バインダー成分)の製造>
(合成例8)
合成例1で用いた反応容器と同様の反応容器に、酸化ポリエチレンワックス(融点100℃、酸価20mgKOH/g)100部及びトルエン100部を入れ、90℃に加熱して均一化した。激しく撹拌しながら、ジメチルアミノエタノール3.3部及びイオン交換水368.1部の混合物を温度が低下しないように徐々に添加し、相転換してエマルジョン化させた。加熱してトルエン及び水を留去し、ガスクロマトグラフィーによりトルエンが検出されなくなるまで継続した。固形分20%となるようにイオン交換水を添加して、黄味がかった半透明のポリマーエマルジョンO-1を得た。得られたポリマーエマルジョンO-1のpHは8.8であり、エマルジョン粒子の数平均粒子径は86.3nmであった。
(合成例9~11)
表4に示す種類のポリオレフィンを用いたこと以外は、前述の合成例8と同様にして、ポリマーエマルジョンO-2~O-4を得た。
Figure 2022037497000004
<顔料分散剤の製造>
(合成例12)
合成例1で用いた反応容器と同様の反応容器に、プロピレングリコールモノプロピルエーテル(PGP)50部及びジプロピレングリコールモノメチルエーテル(DPGM)50部を入れ、80℃に加温した。別容器に、スチレン20部、MMA20部、アクリル酸ブチル20部、HEMA20部、MAA20部、及び2,2-アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)1.5部を入れ、撹拌して均一なモノマー溶液を調製した。調製したモノマー溶液を反応容器内に2時間かけて滴下した。滴下してから1時間後にAIBN1.5部を添加し、80℃でさらに5時間反応させた。冷却後、水酸化ナトリウム9.3部及びイオン交換水190.7部の混合物を添加して、顔料分散剤G-1の水溶液を得た。得られた顔料分散剤G-1(ポリマー)のMnは13,200、PDIは2.15、酸価は129.0mgKOH/g、NVは25.0%であった。
(合成例13)
合成例1で用いた反応容器と同様の反応容器に、BDG350.5部、ヨウ素2.0部、V-70 7.4部、アイオドスクシンイミド(NIS)0.1部、BzMA52.8部、及びCHMA99.4部を入れた。45℃に加温して2時間撹拌し、ヨウ素の褐色が消失して、重合開始化合物(ヨウ素化合物)が形成されたことを確認した。45℃でさらに3時間撹拌して反応させ、ポリマー(C鎖)を合成した。反応溶液の一部をサンプリングして測定した固形分は30.1%であり、重合転化率は約100%であった。C鎖のMnは5,600、PDIは1.19であった。
得られたC鎖の溶液を40℃まで降温させた後、MAA15.1部及びBzMA61.6部を添加した。40℃で4時間重合してD鎖を形成し、ブロックコポリマーを得た。重合転化率は約100%であった。D鎖の酸価(理論酸価)は、128.4mgKOH/gであった。得られたブロックコポリマーのMnは8,800、PDIは1.29、酸価は43.0mgKOH/gであった。得られたブロックコポリマーの溶液に、28%アンモニア水12部及び水217部の混合物を添加して、黄色透明の顔料分散剤G-2の水溶液(固形分27.9%)を得た。
<水性インクジェットインクの製造>
(実施例1)
イオン交換水675部及びBDG50部に、顔料分散剤G-1の水溶液140部(ポリマー35部、PGP17.5部、及びDPGM17.5部を含有)及びC.I.ピグメントブルー15:3(PB15:3、大日精化工業社製)150部を添加し、ディゾルバーで十分撹拌混合して、顔料と顔料分散剤を含む混合物を得た。得られた混合物を、ジルコニアビーズ(直径1mm)を分散メディアとし、分散メディアの充填率が40体積%であるペイントシェイカーに入れ、120分間分散処理して顔料分散液を得た。得られた顔料分散液を遠心分離処理(7,500rpm、20分間)した後、10μmのメンブレンフィルターでろ過して粗粒を除去した。イオン交換水を添加して濃度を調整し、顔料濃度14%である青色の水性顔料分散液を得た。
ポリマーエマルジョンE-1 145.5部(ポリマー38.4部及びBDG50.0部を含有)及び水405.5部を混合して均一化した。ポリマーエマルジョンO-1 48.0部、プロピレングリコール120部、アンモニア水1部、フッ素系界面活性剤(商品名「サーフロンS-211」(旭硝子社製)の1%水溶液30部、及び青色の水性顔料分散液250部を添加し、合計1,000部とした。10分間撹拌後、5μmのメンブランフィルターでろ過して粗粒を除去し、インクジェット用の青色のインクIJI-01を得た。
E型粘度計を使用し、60回転の条件で測定した25℃におけるインクIJI-01の粘度は3.63mPa・sであり、pHメータを使用して測定したpHは8.9であった。また、インクIJI-01中の粒子の数平均粒子径は123nmであった。インクIJI-01を恒温槽に入れ、70℃で1週間保存した。保存後のインクIJI-01の粘度は3.86mPa・sであり、粒子の数平均粒子径は132nmであった。
さらに、以下に示す手順にしたがってインク(ポリマー)の再溶解性を評価した。まず、ガラスプレート上にインクIJI-01を一滴落とし、室温で24時間放置して、若干乾いた膜を形成した。次いで、水/アンモニア水/プロピレングリコール/BDG(体積比=60/10/15/15)の混合液を形成した膜に添加した。そして、以下に示す評価基準にしたがってインク(ポリマー)の再溶解性を評価した。インクIJI-01の再溶解性は「△」であった。
[再溶解性の評価基準]
◎:混合液を添加した時点で膜が溶解し、速やかにインク状態に戻った。
〇:膜片がほとんど残らず、インク状態に戻った。
△:膜片が若干残ったが、インク状態に戻った。
×:にじみが認められるが、大きな膜片が残った。
××:膜は溶解せず、変化しなかった。
(実施例2~5)
表5及び6に示す処方としたこと以外は、前述の実施例1と同様にして、インクジェット用のインクIJI-02~IJI-05を得た。得られた各インクの物性等を表5及び6に示す。なお、表5及び6中の略号(顔料)の意味を以下に示す。
・PR122:C.I.ピグメントレッド122(大日精化工業社製)
・PY155:C.I.ピグメントイエロー155(クラリアントジャパン社製)
・PBk7:C.I.ピグメントブラック7(デグサ社製)
(実施例6)
イオン交換水271部及びBDG50部に、顔料分散剤G-2の水溶液179部(ポリマー50部及びBDG76.7部を含有)及びC.I.ピグメントホワイト6(PW6、石原産業業社製)500部を添加し、ディゾルバーで十分撹拌混合して、顔料と顔料分散剤を含む混合物を得た。得られた混合物を、ジルコニアビーズ(直径1mm)を分散メディアとし、分散メディアの充填率が40体積%であるペイントシェイカーに入れ、120分間分散処理して顔料分散液を得た。得られた顔料分散液を10μmのメンブレンフィルターでろ過して粗粒を除去し、顔料濃度50%である白色の水性顔料分散液を得た。
ポリマーエマルジョンE-1 170.5部(ポリマー45部及びBDG61.2部を含有)、ポリマーエマルジョンO-1 56.2部(ポリマー11.2部を含有)、イオン交換水443.3部、プロピレングリコール120質量部、アセチレン系界面活性剤(商品名「サーフィノール465」、日信化学工業社製)の1%水溶液30部、及び水性顔料分散液180部を混合し、合計1,000部とした。10分間撹拌後、5μmのメンブランフィルターでろ過して粗粒を除去し、インクジェット用の白色のインクIJI-06を得た。得られたインクIJI-06の物性等を表6に示す。
Figure 2022037497000005
Figure 2022037497000006
(実施例7~17)
表7及び8に示す処方としたこと以外は、前述の実施例1と同様にして、インクジェット用のインクIJI-07~IJI-17を得た。得られた各インクの物性等を表7及び8に示す。
Figure 2022037497000007
Figure 2022037497000008
(比較例1~7)
表9に示す処方としたこと以外は、前述の実施例1と同様にして、インクジェット用のインクCIJI-01~CIJI-07を得た。得られた各インクの物性等を表9に示す。
Figure 2022037497000009
<印刷物の製造>
(実施例18~36、比較例8~14)
プレートヒーター付きのインクジェット印刷機(商品名「MMP825H(商品名)」、マスターマインド社製)、及び以下に示す被印刷基材を用意した。そして、調製したインクジェット用のインクをそれぞれ使用し、インクジェット記録方式により画像を記録して印刷物を得た。具体的には、プレートヒーターを用いて表面温度が50℃になるように被印刷基材を加熱してから各インクを付与して印刷し、印刷物を得た。
[被印刷基材(フィルム)]
・ポリ塩化ビニル:商品名「コントロールタック180-10」、3M社製
・ポリエチレン:LDPEフィルム、タキガワ社製、厚さ30μm
・ポリプロピレン:商品名「ユポ80(UV)KV11」、リンテック社製
<評価>
(吐出性)
インクジェット印刷機の記録ヘッドからのインクの吐出状態等を目視で観察し、以下に示す評価基準にしたがってインクの吐出性を評価した。結果を表10に示す。
○:問題なく吐出できており、良好な画像を印刷することができた。
△:微小液滴の飛び散りが認められた。
×:吐出の際に液滴が飛び散り、画像が乱れた。
(密着性)
セロハンテープ剥離試験によって、被印刷基材への画像の密着性を評価した。具体的には、ドライヤーを使用して印刷物を十分に乾燥させてから、画像のベタ部分にセロハンテープ(商品名「セロテープ(登録商標)、ニチバン社製」を十分に押し当てた後、セロハンテープを剥離した。そして、画像の剥がれ具合を目視で観察し、以下に示す評価基準にしたがって密着性を評価した。結果を表10に示す。
◎:画像が全く剥がれなかった。
○:画像が僅かに剥がれた。
△:剥がれた画像の面積の方が、剥がれずに残った画像の面積よりも小さかった。
×:剥がれた画像の面積の方が、剥がれずに残った画像の面積よりも大きかった。
(耐摩擦性)
学振型摩擦堅牢度試験機(商品名「RT-300」、大栄科学社製)を使用し、得られた印刷物の画像の表面を、(1)荷重500gの白布で20往復する乾摩擦;及び(2)荷重500gの水で湿らせた白布で20往復する湿摩擦;をそれぞれ実施した。摩擦後の画像の状態を目視で観察し、以下に示す評価基準にしたがって耐摩擦性を評価した。結果を表10に示す。
◎:画像が全く剥がれなかった。
○:画像が僅かに剥がれた。
△:剥がれた画像の面積の方が、剥がれずに残った画像の面積よりも小さかった。
×:剥がれた画像の面積の方が、剥がれずに残った画像の面積よりも大きかった。
Figure 2022037497000010
本発明のA-Bブロックコポリマーは、インクジェット印刷適正に優れているとともに、ポリオレフィン系のプラスチックフィルムに耐久性に優れた印刷皮膜を形成しうる水性インクジェットインク用のバインダー成分として有用である。

Claims (9)

  1. 下記(1-1)~(1-3)の要件を満たす、A鎖及びB鎖を有するA-Bブロックコポリマー。
    (1-1)メタクリル酸及びメタクリレート系モノマーからなる群より選択される少なくとも一種に由来する構成単位を90質量%以上含み、
    数平均分子量が20,000~60,000であり、
    分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1.8以下である。
    (1-2)前記A鎖は、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸シクロヘキシル、及びメタクリル酸t-ブチルシクロヘキシルからなるモノマー群(i)より選択される少なくとも一種に由来する構成単位(A-i)と、メタクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸ステアリル、及びメタクリル酸ベヘニルからなるモノマー群(ii)より選択される少なくとも一種に由来する構成単位(A-ii)と、を有し、
    前記A鎖中、前記構成単位(A-i)及び前記構成単位(A-ii)の合計含有量が80質量%以上であるとともに、前記構成単位(A-ii)の含有量が20~80質量%であり、
    ガラス転移温度が30℃以下であり、
    数平均分子量が15,000~50,000であり、
    分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1.6以下である。
    (1-3)前記B鎖は、メタクリル酸に由来する構成単位(B)と、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸シクロヘキシル、及びメタクリル酸t-ブチルシクロヘキシルからなるモノマー群(i)より選択される少なくとも一種に由来する構成単位(B-i)と、メタクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸ステアリル、及びメタクリル酸ベヘニルからなるモノマー群(ii)より選択される少なくとも一種に由来する構成単位(B-ii)と、を有し、
    前記B鎖中、前記構成単位(B-i)及び前記構成単位(B-ii)の合計含有量が、前記構成単位(B)以外の構成単位の合計含有量を基準として80質量%以上であり、
    酸価が50~250mgKOH/gであり、
    数平均分子量が1,000~10,000である。
  2. 水性インクジェットインク用のバインダー成分として用いられるポリマーエマルジョンであって、
    請求項1に記載のA-Bブロックコポリマーがアルカリ物質で中和され、水系媒体中に自己乳化して分散した第1エマルジョン粒子を含有し、
    前記第1エマルジョン粒子の数平均粒子径が30~300nmであるポリマーエマルジョン。
  3. 顔料、ポリマーバインダー、水、及び水溶性有機溶剤を含有するプラスチックフィルム印刷用の水性インクジェットインクであって、
    前記ポリマーバインダーが、第1バインダー成分及び第2バインダー成分を含有し、
    前記第1バインダー成分が、請求項2に記載のポリマーエマルジョンであり、
    前記第2バインダー成分が、下記(2-1)~(2-3)の要件を満たすポリマーエマルジョンである水性インクジェットインク。
    (2-1)カルボキシ基を有する、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリαオレフィン、及びこれらの共重合体からなる群より選択される少なくとも一種の第2ポリマーの前記カルボキシ基がアルカリ物質で中和され、水系媒体中に自己乳化して分散した第2エマルジョン粒子を含有する。
    (2-2)前記第2ポリマーの酸価が10~150mgKOH/gである。
    (2-3)前記第2エマルジョン粒子の数平均粒子径が30~300nmである。
  4. 前記顔料100質量部に対する、前記ポリマーバインダーの固形分含有量が50~505質量部であり、
    前記顔料100質量部に対する、前記第1バインダー成分の固形分含有量が5~500質量部であり、
    前記顔料100質量部に対する、前記第2バインダー成分の固形分含有量が5~500質量部である請求項3に記載の水性インクジェットインク。
  5. 数平均分子量が1,000~20,000であり、酸価が50~250mgKOH/gであるビニル系ポリマーがアルカリ物質で中和された顔料分散剤を、微分散又は溶解した状態でさらに含有する請求項3又は4に記載の水性インクジェットインク。
  6. 前記ビニル系ポリマーが、C鎖及びD鎖を有する、下記(3-1)~(3-3)の要件を満たすブロックコポリマーである請求項5に記載の水性顔料インクジェットインク。
    (3-1)メタクリレート系モノマーに由来する構成単位を90質量%以上含み、
    数平均分子量が3,000~20,000である。
    (3-2)前記C鎖は、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸シクロヘキシル、及びメタクリル酸t-ブチルシクロヘキシルからなるモノマー群(i)より選択される少なくとも一種に由来する構成単位(C-i)を有し、
    前記C鎖中、前記構成単位(C-i)の含有量が80質量%以上であり、
    数平均分子量が2,000~10,000であり、
    分子量分布が1.6以下である。
    (3-3)前記D鎖は、メタクリル酸に由来する構成単位(D)と、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸シクロヘキシル、及びメタクリル酸t-ブチルシクロヘキシルからなるモノマー群(i)より選択される少なくとも一種に由来する構成単位(D-i)とを有し、
    前記D鎖中、前記構成単位(D-i)の含有量が80質量%以上であり、
    酸価が70~250mgKOH/gである。
  7. 前記顔料100質量部に対する、前記顔料分散剤の固形分含有量が5~100質量部である請求項5又は6に記載の水性インクジェットインク。
  8. 前記水溶性有機溶剤が、プロピレングリコールと、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、及びジプロピレングリコールモノメチルエーテルからなる群より選択される少なくとも一種と、を含み、
    前記水溶性有機溶剤の含有量が3~30質量%である請求項3~7のいずれか一項に記載の水性インクジェットインク。
  9. 前記プラスチックフィルムが、ポリエチレン系基材及びポリプロピレン系基材からなる群より選択される少なくとも一種である請求項3~8のいずれか一項に記載の水性インクジェットインク。

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