JP2023056341A - 顔料分散液の製造方法、インクの製造方法、及びインクジェット記録方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】分散安定性に優れた顔料分散液を容易に得ることが可能な顔料分散液の製造方法を提供する。【解決手段】顔料、樹脂、及び液媒体を含有する、インクジェット用のインクに用いられる顔料分散液の製造方法である。混練装置を用いて顔料及び液媒体を含む原材料を混合して混合物を得る第1工程と、混合物に樹脂を含有する溶液を添加し、混練装置を用いて混練して混練物を得る第2工程と、混練物を液媒体で希釈して顔料分散液を得る第3工程とを有し、混練装置が、撹拌槽と、撹拌槽内に収容される、自転軸を中心に自転するとともに、自転軸と平行な公転軸を中心に自転方向と逆方向に撹拌槽内を公転する撹拌羽根とを備える。【選択図】なし
Description
本発明は、顔料分散液の製造方法、インクの製造方法、及びインクジェット記録方法に関する。
近年、インクジェット記録装置を用いることで、銀塩写真やオフセット印刷で実現されているような高精細で高い光沢性を有する画像や、耐擦過性などに優れた画像を一般家庭においても容易かつ安価に記録することが可能になっている。このようなインクジェット記録装置を用いた記録方法(インクジェット記録方法)によって、耐光性、耐水性、及び耐ガス性などの堅牢性に優れた画像を記録しようとする場合には、色材として顔料を含有する顔料インクが用いられることが多くなっている。
顔料インクの調製に用いる顔料分散液を製造する方法として、例えば、顔料及びポリマーを含有する混合物を閉鎖系の混練装置で混錬して得た混練物を溶剤中に分散させることを含む顔料分散液の製造方法が提案されている(特許文献1)。
本発明者らは、特許文献1で提案された方法で製造される顔料分散液について検討した。その結果、製造した顔料分散液を長期間保存した際に、顔料の粒径が変化することが判明した。すなわち、特許文献1で提案された方法であっても、分散安定性に優れた顔料分散液を製造することは困難であることがわかった。
したがって、本発明の目的は、分散安定性に優れた顔料分散液を容易に得ることが可能な顔料分散液の製造方法を提供することにある。また、本発明の別の目的は、この顔料分散液の製造方法によって製造された顔料分散液を用いるインクの製造方法、及びこのインクの製造方法によって製造されたインクを用いるインクジェット記録方法を提供することにある。
すなわち、本発明によれば、顔料、樹脂、及び液媒体を含有する、インクジェット用のインクに用いられる顔料分散液の製造方法であって、混練装置を用いて前記顔料及び前記液媒体を含む原材料を混合して混合物を得る第1工程と、前記混合物に前記樹脂を添加し、前記混練装置を用いて混練して混練物を得る第2工程と、前記混練物を前記液媒体で希釈して顔料分散液を得る第3工程と、を有し、前記混練装置が、撹拌槽と、前記撹拌槽内に収容される、自転軸を中心に自転するとともに、前記自転軸と平行な公転軸を中心に自転方向と逆方向に前記撹拌槽内を公転する撹拌羽根と、を備えることを特徴とする顔料分散液の製造方法が提供される。
本発明によれば、分散安定性に優れた顔料分散液を容易に得ることが可能な顔料分散液の製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、この顔料分散液の製造方法によって製造された顔料分散液を用いるインクの製造方法、及びこのインクの製造方法によって製造されたインクを用いるインクジェット記録方法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、さらに本発明を詳細に説明する。本明細書における「混練」とは、高粘度で流動性の低い混合物を機械的に練り混ぜることを意味する。また、「顔料分散液」とは、液媒体中に顔料が分散した状態の、流動性を有する混合物を意味する。インクジェット用のインクのことを、単に「インク」と記載することがある。物性値は、特に断りのない限り、常温(25℃)における値である。
本発明者らは、顔料の分散安定性に優れた顔料分散液を製造する方法について検討した。顔料の粒子表面に吸着した樹脂が立体斥力や静電斥力を顔料に付与することで、液媒体中に顔料を安定して分散させることができる。顔料の粒子表面に吸着している樹脂の分布に偏りが生ずると、顔料が吸着せずに露出した顔料の粒子表面同士が接触した際に顔料が凝集し、分散性が低下することがある。本発明者らは、顔料の粒子表面に樹脂を偏ることなくより均一に吸着させることが、顔料の分散安定性を高めるのに有効であると推測した。このような推測の下、顔料の粒子表面に樹脂が接触しやすくなるように、顔料を液媒体で十分に濡らすこと、及び強力な剪断力で顔料の解砕及び樹脂の吸着を促進することについて検討し、本発明に至った。
本発明の顔料分散液の製造方法では、まず、混練装置を用いて顔料及び液媒体を含む原材料を混合して混合物を得る(第1工程)。このとき、混練装置として、撹拌槽と、撹拌槽内に収容される、自転軸を中心に自転するとともに、自転軸と平行な公転軸を中心に自転方向と逆方向に撹拌槽内を公転する撹拌羽根とを備える混練装置を使用する。この混練装置を構成する撹拌羽根は、自転しながら公転する、いわゆる遊星運動によって撹拌槽の内容物を撹拌する撹拌羽根である。このような構成の撹拌装置を使用することで、混合物に剪断力が効率よく加えられるため、顔料の粒子表面を液媒体で十分に濡らすことができる。これに対して、相互に同方向に自転及び公転して遊星運動する撹拌羽根を備える混練装置を使用すると、撹拌羽根と撹拌槽との間に液媒体が集まりやすくなり、顔料の粒子表面を液媒体で十分に濡らすことができない。その結果、以降の工程で顔料の粒子表面に吸着させる樹脂にも偏りが生じやすくなり、分散安定性に優れた顔料分散液を得ることが困難になる。
本発明の顔料分散液の製造方法では、第1工程で得た混合物に樹脂を添加し、上記の混練装置を用いて混練して混練物を得る(第2工程)。これにより、顔料の解砕及び樹脂の吸着を偏りなく進めることができる。これに対して、相互に同方向に自転及び公転して遊星運動する撹拌羽根を備える混練装置を使用すると、剪断力が集中する撹拌羽根と撹拌槽との間でのみ顔料の解砕及び樹脂の吸着が進みやすくなる。その結果、得られる顔料分散液の分散安定性を向上させることが困難になる。
本発明の顔料分散液の製造方法では、第2工程で得た混練物を液媒体で希釈して顔料分散液を得る(第3工程)。混練物に液媒体を添加して希釈することで、内部の均一性が保持された顔料分散液を得ることができる。第2工程で得た混練物は高粘度であり、流動性が低いため、混練物内部で成分の拡散が進みにくい。このため、液媒体で希釈せずに得た顔料分散液は、保存状態によっては、外部環境との接触箇所(表層)の組成と内部の組成に差が生じやすくなり、保存安定性が低下することがある。
<顔料分散液の製造方法>
本発明の顔料分散液の製造方法は、顔料、樹脂、及び液媒体を含有する、インクジェット用のインクに用いられる顔料分散液を製造する方法であり、第1工程、第2工程、及び第3工程を有する。第1工程は、混練装置を用いて顔料及び液媒体を含む原材料を混合して混合物を得る工程である。第2工程は、第1工程で得た混合物に樹脂を添加し、混練装置を用いて混練して混練物を得る工程である。第3工程は、第2工程で得た混練物を液媒体で希釈して顔料分散液を得る工程である。第1工程及び第2工程で使用する混練装置は、撹拌槽と、撹拌槽内に収容される撹拌羽根とを備える装置である。そして、この撹拌羽根が、自転軸を中心に自転するとともに、自転軸と平行な公転軸を中心に自転方向と逆方向に撹拌槽内を公転する部材である。以下、本発明の顔料分散液の製造方法の詳細について説明する。
本発明の顔料分散液の製造方法は、顔料、樹脂、及び液媒体を含有する、インクジェット用のインクに用いられる顔料分散液を製造する方法であり、第1工程、第2工程、及び第3工程を有する。第1工程は、混練装置を用いて顔料及び液媒体を含む原材料を混合して混合物を得る工程である。第2工程は、第1工程で得た混合物に樹脂を添加し、混練装置を用いて混練して混練物を得る工程である。第3工程は、第2工程で得た混練物を液媒体で希釈して顔料分散液を得る工程である。第1工程及び第2工程で使用する混練装置は、撹拌槽と、撹拌槽内に収容される撹拌羽根とを備える装置である。そして、この撹拌羽根が、自転軸を中心に自転するとともに、自転軸と平行な公転軸を中心に自転方向と逆方向に撹拌槽内を公転する部材である。以下、本発明の顔料分散液の製造方法の詳細について説明する。
(第1工程)
顔料の粒子表面のうち、液媒体で濡れている部分と、液媒体で濡れていない部分とでは、樹脂の吸着のしやすさが大きく異なる。このため、その粒子表面が液媒体で十分に濡れていない顔料と樹脂を混合すると、樹脂の吸着に偏りが生じてしまい、分散安定性に優れた顔料分散液を得ることが困難になる。つまり、顔料と樹脂とを接触させる以前に、顔料の粒子表面を液媒体に十分に濡らしておくことが重要である。このため、第1工程では、特定の混練装置を用いて顔料及び液媒体を含む原材料を混合する。これにより、顔料の粒子表面が液媒体で十分に濡れた混合物を得ることができる。
顔料の粒子表面のうち、液媒体で濡れている部分と、液媒体で濡れていない部分とでは、樹脂の吸着のしやすさが大きく異なる。このため、その粒子表面が液媒体で十分に濡れていない顔料と樹脂を混合すると、樹脂の吸着に偏りが生じてしまい、分散安定性に優れた顔料分散液を得ることが困難になる。つまり、顔料と樹脂とを接触させる以前に、顔料の粒子表面を液媒体に十分に濡らしておくことが重要である。このため、第1工程では、特定の混練装置を用いて顔料及び液媒体を含む原材料を混合する。これにより、顔料の粒子表面が液媒体で十分に濡れた混合物を得ることができる。
疎水性が強く、液媒体に対する濡れ性がさほど良好ではない顔料を用いる場合には、親水性を持つ有機溶剤、又は水と水溶性有機溶剤の混合溶媒を液媒体として用いることで、濡れ性を高めることができる。顔料の粒子表面を液媒体によってより短時間で十分に濡らすには、使用する混練装置の電流負荷が小さいことが好ましい。
第1工程で得る混合物中の顔料の含有量(質量%)は、混合物全質量を基準として、40.0質量%以上90.0質量%以下であることが好ましく、50.0質量%以上80.0質量%以下であることがさらに好ましい。混合物中の顔料の含有量が40.0質量%未満であると、液媒体と顔料が分離しやすく、装置内で顔料が均一に分布しにくくなることがある。その結果、以降の工程で顔料に吸着させる樹脂に偏りが生じやすくなり、顔料分散液の分散性を向上し、到達粒径を小さくする効果がやや低下する場合がある。一方、混合物中の顔料の含有量が90.0質量%超であると、液媒体の量がやや少なく、顔料の粒子表面が十分に濡れにくくなることがある。その結果、以降の工程で顔料に吸着させる樹脂に偏りが生じやすくなり、顔料分散液の分散安定性を向上する効果がやや低下する場合がある。
(第2工程)
第2工程では、第1工程で得た混合物に樹脂を添加し、第1工程で用いた混練装置と同様の特定の混練装置を用いて混練し、混練物を得る。すなわち、この第2工程では混練装置を用いて混合物に剪断力を加え、顔料を解砕するとともに、顔料に樹脂を吸着させる。第1工程で得た混合物中の顔料の粒子表面は液媒体で十分に濡れているため、顔料の粒子表面に均一に樹脂を吸着させることができる。樹脂を添加することで、効果的に剪断力を加えることができるようになる。このため、より短時間で均一に樹脂を顔料に吸着させるには、使用する混練装置に電流負荷が発生していることが好ましい。
第2工程では、第1工程で得た混合物に樹脂を添加し、第1工程で用いた混練装置と同様の特定の混練装置を用いて混練し、混練物を得る。すなわち、この第2工程では混練装置を用いて混合物に剪断力を加え、顔料を解砕するとともに、顔料に樹脂を吸着させる。第1工程で得た混合物中の顔料の粒子表面は液媒体で十分に濡れているため、顔料の粒子表面に均一に樹脂を吸着させることができる。樹脂を添加することで、効果的に剪断力を加えることができるようになる。このため、より短時間で均一に樹脂を顔料に吸着させるには、使用する混練装置に電流負荷が発生していることが好ましい。
第2工程で得る混練物中の顔料の含有量(質量%)は、混練物全質量を基準として、30.0質量%以上80.0質量%以下であることが好ましく、40.0質量%以上70.0質量%以下であることがさらに好ましい。混練物中の顔料の含有量が30.0質量%未満であると、混練時の粘度が低下するために剪断力がやや弱くなり、混練に長時間を要する場合がある。その結果、混練時間が短い場合には、顔料に吸着させる樹脂に偏りが生じやすくなり、顔料分散液の分散性を向上し、到達粒径を小さくする効果がやや低下する場合がある。一方、混練物中の顔料の含有量が80.0質量%超であると、液媒体の含有量が相対的に少なくなるので、混練に長時間を要する場合がある。その結果、混練時間が短い場合には、顔料に吸着させる樹脂に偏りが生じやすくなり、顔料分散液の分散安定性を向上する効果がやや低下する場合がある。
第2工程で用いる樹脂の量は、顔料の粒子表面に均一吸着しうるとともに、保存安定性の向上に必要な斥力を生じさせる量とすることが好ましい。具体的には、第2工程で用いる樹脂の量は、顔料の量を基準として、2.0質量%以上40.0質量%以下であることが好ましく、10.0質量%以上30.0質量%以下であることがさらに好ましい。つまり、「(樹脂の量/顔料の量)×100(%)」の比率が、2.0質量%以上40.0質量%以下であることが好ましい。前記比率が2.0質量%未満であると、樹脂が十分に吸着していない顔料の粒子表面が残存するので、顔料が凝集しやすくなることがあり、顔料分散液の分散性を向上し、到達粒径を小さくする効果がやや低下する場合がある。一方、前記比率が40.0質量%超であると、顔料の粒子表面に吸着しきれずに遊離する樹脂の量が多くなることがあり、凝集や塩析によって、得られる顔料分散液の分散安定性がやや低下する場合がある。
(第3工程)
第3工程では、第2工程で得た混練物を液媒体で希釈し、顔料の含有量を調整して顔料分散液を得る。混練物を液媒体で希釈することで、解砕された顔料の運動性が高まり、得られる顔料分散液の内部の均一性を高めることができる。一方、第2工程で得た混練物を液媒体で希釈しないままであると流動性が低く、混練物の内部拡散が進行しない。このため、例えば、顔料が凝集しやすい保存条件に曝されたような場合には均一化されず、分散安定性が低下する。
第3工程では、第2工程で得た混練物を液媒体で希釈し、顔料の含有量を調整して顔料分散液を得る。混練物を液媒体で希釈することで、解砕された顔料の運動性が高まり、得られる顔料分散液の内部の均一性を高めることができる。一方、第2工程で得た混練物を液媒体で希釈しないままであると流動性が低く、混練物の内部拡散が進行しない。このため、例えば、顔料が凝集しやすい保存条件に曝されたような場合には均一化されず、分散安定性が低下する。
第3工程は、第2工程に引き続いて同一の混練装置の撹拌槽内で実施することができる。また、得られた混練物を混練装置の撹拌槽から取り出し、別の装置などを用いて第3工程を実施してもよい。混練物を希釈する液媒体としては、第1工程及び第2工程で用いた液媒体と同一のものを用いることが好ましい。
得られる顔料分散液中の顔料の含有量(質量%)は、顔料分散液全質量を基準として、5.0質量%以上30.0質量%以下であることが好ましい。顔料分散液中の顔料の含有量が5.0質量%未満であると、この顔料分散液を用いて調製されるインクジェット用のインク中の顔料の含有量がやや少なくなる場合がある。一方、顔料分散液中の顔料の含有量が30.0質量%超であると、顔料分散液の流動性がやや低下し、保存安定性が十分に得られない場合がある。
(混練装置)
第1工程及び第2工程で使用する混練装置は、撹拌槽と、撹拌槽内に収容される撹拌羽根とを備える装置である。そして、この撹拌羽根が、自転軸を中心に自転するとともに、自転軸と平行な公転軸を中心に自転方向と逆方向に撹拌槽内を公転する部材である。このような構成の撹拌羽根を備えた混練装置を用いることで、内容物を均一に撹拌するとともに、剪断力を効率的に加えることができるので、顔料の分散安定性に優れた顔料分散液を製造することができる。撹拌羽根の自転方向と公転方向が同一方向であると、撹拌槽の内部において、剪断力が強く生ずる箇所に偏りが生ずる。このため、顔料の粒子表面への樹脂の吸着が不均一になるなどして、得られる顔料分散液の分散安定性が低下する。自転軸及び公転軸が「平行」であることとは、各軸(の延長線)のなす角が0°±1°の範囲内にあることを意味する。つまり、自転軸及び公転軸は平行(なす角が0°)であることが好ましいが、混練装置内の各部材の配置状況などにより生じうるわずかなずれは許容される。
第1工程及び第2工程で使用する混練装置は、撹拌槽と、撹拌槽内に収容される撹拌羽根とを備える装置である。そして、この撹拌羽根が、自転軸を中心に自転するとともに、自転軸と平行な公転軸を中心に自転方向と逆方向に撹拌槽内を公転する部材である。このような構成の撹拌羽根を備えた混練装置を用いることで、内容物を均一に撹拌するとともに、剪断力を効率的に加えることができるので、顔料の分散安定性に優れた顔料分散液を製造することができる。撹拌羽根の自転方向と公転方向が同一方向であると、撹拌槽の内部において、剪断力が強く生ずる箇所に偏りが生ずる。このため、顔料の粒子表面への樹脂の吸着が不均一になるなどして、得られる顔料分散液の分散安定性が低下する。自転軸及び公転軸が「平行」であることとは、各軸(の延長線)のなす角が0°±1°の範囲内にあることを意味する。つまり、自転軸及び公転軸は平行(なす角が0°)であることが好ましいが、混練装置内の各部材の配置状況などにより生じうるわずかなずれは許容される。
撹拌羽根の数は2以上であることが好ましく、3以上であることがさらに好ましい。撹拌羽根の数を2以上とすることで、撹拌槽内におけるデッドスペースを減少させることが可能となり、より効率的に撹拌、混合、及び混練することができる。自転軸を中心に自転するとともに、自転軸と平行な公転軸を中心に自転方向と逆方向に撹拌槽内を公転する撹拌羽根を備えた混練装置としては、例えば、トリミックス(商品名、井上製作所製)などを挙げることができる。
混合及び混練時の混合物や混練物に剪断力が加わっている際には、高いトルクが必要となり、混練装置の消費電流値が上昇する。消費電流値は、剪断力が発生している瞬間と、発生していない瞬間とで周期的に変動する。瞬間最大消費電流値と、瞬間最小消費電流値との差が、定格電流値の3.5%以上であると剪断力が発生していると判断することができる。第2工程において剪断力が発生していない場合には、撹拌槽の温度や撹拌羽根の回転周速を変更し、剪断力が発生している(電流負荷が発生している)状態とすることが好ましい。
(顔料)
顔料としては、カーボンブラック、炭酸カルシウム、及び酸化チタンなどの無機顔料;アゾ、フタロシアニン、及びキナクリドンなどの有機顔料;などを用いることができる。なかでも、カーボンブラックや有機顔料を用いることが好ましい。カーボンブラックとしては、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、及びチャンネルブラックなどのいずれのカーボンブラックも使用することができる。
顔料としては、カーボンブラック、炭酸カルシウム、及び酸化チタンなどの無機顔料;アゾ、フタロシアニン、及びキナクリドンなどの有機顔料;などを用いることができる。なかでも、カーボンブラックや有機顔料を用いることが好ましい。カーボンブラックとしては、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、及びチャンネルブラックなどのいずれのカーボンブラックも使用することができる。
(樹脂)
樹脂としては、顔料の粒子表面に吸着し、液媒体中に顔料を分散させる作用を示す、いわゆる樹脂分散剤を用いることが好ましい。このような樹脂(樹脂分散剤)としては、例えば、(メタ)アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エステル樹脂などを挙げることができる。これらの樹脂は、ランダム共重合体、ブロック共重合体、及びグラフト共重合体のいずれであってもよい。なかでも、親水性基及び疎水性基を有するスチレン-(メタ)アクリル樹脂は、顔料への粒子表面への吸着性、及び水中での分散性が良好であるために好ましい。「(メタ)アクリル樹脂」は、「アクリル樹脂」及び「メタクリル樹脂」の総称である。用いる樹脂はそのアニオン性基がカチオンと結合して塩を形成していてもよい。
樹脂としては、顔料の粒子表面に吸着し、液媒体中に顔料を分散させる作用を示す、いわゆる樹脂分散剤を用いることが好ましい。このような樹脂(樹脂分散剤)としては、例えば、(メタ)アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エステル樹脂などを挙げることができる。これらの樹脂は、ランダム共重合体、ブロック共重合体、及びグラフト共重合体のいずれであってもよい。なかでも、親水性基及び疎水性基を有するスチレン-(メタ)アクリル樹脂は、顔料への粒子表面への吸着性、及び水中での分散性が良好であるために好ましい。「(メタ)アクリル樹脂」は、「アクリル樹脂」及び「メタクリル樹脂」の総称である。用いる樹脂はそのアニオン性基がカチオンと結合して塩を形成していてもよい。
第2工程では、混合物に樹脂を添加する。樹脂としては、樹脂そのもの、樹脂を液媒体に溶解させた溶液、又は樹脂を液媒体に分散させた分散液を用いることができる。液媒体に樹脂を溶解又は分散させた液体を用いることで、混練装置の撹拌槽内で顔料の粒子表面に樹脂を速やかに行き渡らせることが可能であり、顔料の粒子表面に樹脂を確実に接触させることができる。
樹脂を溶解又は分散させる液媒体としては、第1工程で用いた液媒体と同一のものを用いることが好ましい。樹脂を含む液体中の樹脂の含有量(質量%)は、液体の扱いやすさや、顔料の含有量変化を小さく抑えるなどの観点から、液体全質量を基準として、1.0質量%以上40.0質量%以下であることが好ましい。
(液媒体)
液媒体としては、適度な流動性を有する任意の液体を単独で、又は複数種の液体を任意の割合で混合して用いることができる。水性の顔料分散液を製造する場合には、水、又は水と水溶性有機溶剤の混合溶剤を液媒体として用いることができる。水としては、イオン交換水や純水を用いることができる。水溶性有機溶剤としては、アルコール、多価アルコール、ポリグリコール、グリコールエーテル、含窒素極性溶媒、含硫黄極性溶媒などを用いることができる。非水性(油性)の顔料分散液を製造する場合には、有機溶剤(の混合溶剤)を液媒体として用いることができる。有機溶剤としては、上述の水溶性有機溶剤や、インクジェット用の非水性(油性)のインクに汎用の有機溶剤をいずれも用いることができる。
液媒体としては、適度な流動性を有する任意の液体を単独で、又は複数種の液体を任意の割合で混合して用いることができる。水性の顔料分散液を製造する場合には、水、又は水と水溶性有機溶剤の混合溶剤を液媒体として用いることができる。水としては、イオン交換水や純水を用いることができる。水溶性有機溶剤としては、アルコール、多価アルコール、ポリグリコール、グリコールエーテル、含窒素極性溶媒、含硫黄極性溶媒などを用いることができる。非水性(油性)の顔料分散液を製造する場合には、有機溶剤(の混合溶剤)を液媒体として用いることができる。有機溶剤としては、上述の水溶性有機溶剤や、インクジェット用の非水性(油性)のインクに汎用の有機溶剤をいずれも用いることができる。
(添加剤)
第1工程、第2工程、及び第3工程においては、必要に応じて、各種の添加剤を必要に応じて系内に添加してもよい。添加剤としては、pH調整剤、レオロジー調整剤、界面活性剤、キレート剤、防腐剤、防黴剤などを挙げることができる。
第1工程、第2工程、及び第3工程においては、必要に応じて、各種の添加剤を必要に応じて系内に添加してもよい。添加剤としては、pH調整剤、レオロジー調整剤、界面活性剤、キレート剤、防腐剤、防黴剤などを挙げることができる。
(その他の工程)
第3工程で得た顔料分散液を、必要に応じて精製してもよい。すなわち、本発明の顔料分散液の製造方法は、さらに、第3工程で得た顔料分散液を精製する精製工程などのその他の工程を有してもよい。精製工程としては、例えば、遠心分離などの処理を行って粗大粒子を除去する工程;イオン交換樹脂やキレート交換樹脂などを用いて無機不純物を除去する工程;ろ過膜やろ紙を用いて不純物を除去する工程;などを挙げることができる。
第3工程で得た顔料分散液を、必要に応じて精製してもよい。すなわち、本発明の顔料分散液の製造方法は、さらに、第3工程で得た顔料分散液を精製する精製工程などのその他の工程を有してもよい。精製工程としては、例えば、遠心分離などの処理を行って粗大粒子を除去する工程;イオン交換樹脂やキレート交換樹脂などを用いて無機不純物を除去する工程;ろ過膜やろ紙を用いて不純物を除去する工程;などを挙げることができる。
<インクの製造方法>
本発明のインクの製造方法は、顔料を含有するインクジェット用のインクを製造する方法であり、上述の顔料分散液の製造方法によって製造された顔料分散液を用いる。具体的には、上述の製造方法によって製造された顔料分散液と、インクジェット用のインクに一般的に配合される各種の成分とを混合することによって、顔料の分散安定性に優れたインクジェット用のインクを得ることができる。前述の製造方法で製造された顔料分散液を用いること以外、インクの製造方法の工程は公知のものとすればよい。
本発明のインクの製造方法は、顔料を含有するインクジェット用のインクを製造する方法であり、上述の顔料分散液の製造方法によって製造された顔料分散液を用いる。具体的には、上述の製造方法によって製造された顔料分散液と、インクジェット用のインクに一般的に配合される各種の成分とを混合することによって、顔料の分散安定性に優れたインクジェット用のインクを得ることができる。前述の製造方法で製造された顔料分散液を用いること以外、インクの製造方法の工程は公知のものとすればよい。
インクには、調色などのために、顔料とともに染料などをさらに含有させてもよい。顔料分散液と、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とを混合することで、水性インクとすることができる。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、10.0質量%以上90.0質量%以下とすることが好ましく、50.0質量%以上90.0質量%以下とすることがさらに好ましい。
水溶性有機溶剤としては、アルコール、多価アルコール、ポリグリコール、グリコールエーテル、含窒素極性溶媒、含硫黄極性溶媒などを用いることができる。なかでも、25℃における蒸気圧が水よりも低い水溶性有機溶剤を用いることが好ましい。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、5.0質量%以上90.0質量%以下とすることが好ましく、10.0質量%以上50.0質量%以下とすることがさらに好ましい。
上記した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;尿素、エチレン尿素、ヒダントイン類などの尿素誘導体;糖類などの、常温で固体の水溶性有機化合物をインクに含有させてもよい。さらに、必要に応じて、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、キレート化剤、及び水溶性樹脂など、種々の添加剤をインクに含有させてもよい。
界面活性剤としては、アニオン性、カチオン性、ノニオン性などの界面活性剤を挙げることができる。インク中の界面活性剤の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、0.1質量%以上5.0質量%以下とすることが好ましく、0.1質量%以上2.0質量%以下とすることがさらに好ましい。
<インクジェット記録方法>
本発明のインクジェット記録方法は、上記で説明した製造方法によって製造されたインクをインクジェット方式の記録ヘッドから吐出して記録媒体に画像を記録する方法である。インクを吐出する方式としては、インクに力学的エネルギーを付与する方式や、インクに熱エネルギーを付与する方式が挙げられる。本発明においては、インクに熱エネルギーを付与してインクを吐出する方式を採用することが特に好ましい。前述の製造方法で製造されたインクを用いること以外、インクジェット記録方法の工程は公知のものとすればよい。
本発明のインクジェット記録方法は、上記で説明した製造方法によって製造されたインクをインクジェット方式の記録ヘッドから吐出して記録媒体に画像を記録する方法である。インクを吐出する方式としては、インクに力学的エネルギーを付与する方式や、インクに熱エネルギーを付与する方式が挙げられる。本発明においては、インクに熱エネルギーを付与してインクを吐出する方式を採用することが特に好ましい。前述の製造方法で製造されたインクを用いること以外、インクジェット記録方法の工程は公知のものとすればよい。
図1は、本発明のインクジェット記録方法に用いられるインクジェット記録装置の一例を模式的に示す図であり、(a)はインクジェット記録装置の主要部の斜視図、(b)はヘッドカートリッジの斜視図である。インクジェット記録装置には、記録媒体32を搬送する搬送手段(不図示)、及びキャリッジシャフト34が設けられている。キャリッジシャフト34にはヘッドカートリッジ36が搭載可能となっている。ヘッドカートリッジ36は記録ヘッド38及び40を具備しており、インクカートリッジ42がセットされるように構成されている。ヘッドカートリッジ36がキャリッジシャフト34に沿って主走査方向に搬送される間に、記録ヘッド38及び40から記録媒体32に向かってインク(不図示)が吐出される。そして、記録媒体32が搬送手段(不図示)により副走査方向に搬送されることによって、記録媒体32に画像が記録される。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、下記の実施例によって何ら限定されるものではない。成分量に関して「部」及び「%」と記載しているものは特に断らない限り質量基準である。
<樹脂分散剤を含む液体の調製>
(樹脂分散剤を含む液体1)
樹脂分散剤1(スチレン-アクリル酸エチル-アクリル酸共重合体、重量平均分子量:約10,000、酸価:150mgKOH/g)10.0部、水30.0部、及び樹脂の酸価の90mol%に相当する量の水酸化カリウムをビーカーに入れた。内容物を撹拌しながら80℃に昇温し、80℃で2時間撹拌した。室温まで冷却した後、適量の水を添加して樹脂分散剤の含有量を調整し、樹脂分散剤の含有量が20.0%である樹脂分散剤を含む液体1を得た。
(樹脂分散剤を含む液体1)
樹脂分散剤1(スチレン-アクリル酸エチル-アクリル酸共重合体、重量平均分子量:約10,000、酸価:150mgKOH/g)10.0部、水30.0部、及び樹脂の酸価の90mol%に相当する量の水酸化カリウムをビーカーに入れた。内容物を撹拌しながら80℃に昇温し、80℃で2時間撹拌した。室温まで冷却した後、適量の水を添加して樹脂分散剤の含有量を調整し、樹脂分散剤の含有量が20.0%である樹脂分散剤を含む液体1を得た。
(樹脂分散剤を含む液体2)
樹脂分散剤1に代えて、樹脂分散剤2(商品名「ジョンクリル683」、BASFジャパン製、重量平均分子量:約8,000、酸価:160mgKOH/g)を用いた。このこと以外は、前述の樹脂分散剤を含む液体1の場合と同様にして、樹脂分散剤の含有量が20.0%である樹脂分散剤を含む液体2を得た。
樹脂分散剤1に代えて、樹脂分散剤2(商品名「ジョンクリル683」、BASFジャパン製、重量平均分子量:約8,000、酸価:160mgKOH/g)を用いた。このこと以外は、前述の樹脂分散剤を含む液体1の場合と同様にして、樹脂分散剤の含有量が20.0%である樹脂分散剤を含む液体2を得た。
(樹脂分散剤を含む液体3)
樹脂分散剤1に代えて、樹脂分散剤3(商品名「ジョンクリル819」、BASFジャパン製、重量平均分子量:約15,000、酸価:75mgKOH/g)を用いた。このこと以外は、前述の樹脂分散剤を含む液体1の場合と同様にして、樹脂分散剤の含有量が20.0%である樹脂分散剤を含む液体3を得た。
樹脂分散剤1に代えて、樹脂分散剤3(商品名「ジョンクリル819」、BASFジャパン製、重量平均分子量:約15,000、酸価:75mgKOH/g)を用いた。このこと以外は、前述の樹脂分散剤を含む液体1の場合と同様にして、樹脂分散剤の含有量が20.0%である樹脂分散剤を含む液体3を得た。
(樹脂分散剤を含む液体4)
商品名「DISPERBYK-140」(ビックケミー・ジャパン製、酸価:73mgKOH/g、樹脂の含有量:52.0%、メトキシプロピルアセテート溶液)を、適量のメトキシプロピルアセテートを添加して濃度を調整した。このようにして、樹脂分散剤の含有量が20.0%である樹脂分散剤を含む液体4を得た。
商品名「DISPERBYK-140」(ビックケミー・ジャパン製、酸価:73mgKOH/g、樹脂の含有量:52.0%、メトキシプロピルアセテート溶液)を、適量のメトキシプロピルアセテートを添加して濃度を調整した。このようにして、樹脂分散剤の含有量が20.0%である樹脂分散剤を含む液体4を得た。
<顔料分散液の製造>
(実施例1~22)
[第1工程]
相互に逆方向に自転及び公転して遊星運動する撹拌羽根を備えた混練装置(商品名「トリミックスTX-15」、井上製作所製、撹拌羽根の数:3)の撹拌槽に、表1-1に示す種類及び量の顔料と液媒体Aを入れた。撹拌槽の内温を60℃に昇温した後、10分間撹拌及び混合して混合物を得た。撹拌及び混合時の瞬間最大・最小消費電流値の差は、いずれの実施例においても、定格電流値13Aに対して0.4A以下であった。
(実施例1~22)
[第1工程]
相互に逆方向に自転及び公転して遊星運動する撹拌羽根を備えた混練装置(商品名「トリミックスTX-15」、井上製作所製、撹拌羽根の数:3)の撹拌槽に、表1-1に示す種類及び量の顔料と液媒体Aを入れた。撹拌槽の内温を60℃に昇温した後、10分間撹拌及び混合して混合物を得た。撹拌及び混合時の瞬間最大・最小消費電流値の差は、いずれの実施例においても、定格電流値13Aに対して0.4A以下であった。
[第2工程]
第1工程で得た混合物を撹拌槽内で撹拌しながら、表1-2に示す種類及び量の樹脂分散剤を含む液体を添加した後、60分間混練して混練物を得た。混練時の瞬間最大・最小消費電流値の差は、いずれの実施例においても、定格電流値13Aに対して0.5A以上であった。
第1工程で得た混合物を撹拌槽内で撹拌しながら、表1-2に示す種類及び量の樹脂分散剤を含む液体を添加した後、60分間混練して混練物を得た。混練時の瞬間最大・最小消費電流値の差は、いずれの実施例においても、定格電流値13Aに対して0.5A以上であった。
[第3工程]
第2工程で得た混練物を撹拌槽内で撹拌しながら、表1-2に示す種類及び量の液媒体Bを添加して、顔料の含有量が20.0%である顔料分散液1~22を得た。表1-1及び1-2中の略号の意味を以下に示す。
・CB:カーボンブラック
・PB15:3:C.I.ピグメントブルー15:3
・PR122:C.I.ピグメントレッド122
・PY74:C.I.ピグメントイエロー74
・DEG:ジエチレングリコール
・DMSO:ジメチルスルホキシド
・MPA:メトキシプロピルアセテート
第2工程で得た混練物を撹拌槽内で撹拌しながら、表1-2に示す種類及び量の液媒体Bを添加して、顔料の含有量が20.0%である顔料分散液1~22を得た。表1-1及び1-2中の略号の意味を以下に示す。
・CB:カーボンブラック
・PB15:3:C.I.ピグメントブルー15:3
・PR122:C.I.ピグメントレッド122
・PY74:C.I.ピグメントイエロー74
・DEG:ジエチレングリコール
・DMSO:ジメチルスルホキシド
・MPA:メトキシプロピルアセテート
(比較例1)
[第1工程]
相互に同方向に自転及び公転して遊星運動する撹拌羽根を備えた混練装置(商品名「プラネタリーミキサーPLM-15」、井上製作所製、撹拌羽根の数:3)の撹拌槽に、カーボンブラック10.0部及び純水3.0部を入れた。撹拌槽の内温を60℃に昇温した後、10分間撹拌及び混合して混合物を得た。撹拌及び混合時の瞬間最大・最小消費電流値の差は、定格電流値13Aに対して0.4A以下であった。混合物中の顔料の含有量P1は76.9%であった。
[第1工程]
相互に同方向に自転及び公転して遊星運動する撹拌羽根を備えた混練装置(商品名「プラネタリーミキサーPLM-15」、井上製作所製、撹拌羽根の数:3)の撹拌槽に、カーボンブラック10.0部及び純水3.0部を入れた。撹拌槽の内温を60℃に昇温した後、10分間撹拌及び混合して混合物を得た。撹拌及び混合時の瞬間最大・最小消費電流値の差は、定格電流値13Aに対して0.4A以下であった。混合物中の顔料の含有量P1は76.9%であった。
[第2工程]
第1工程で得た混合物を撹拌槽内で撹拌しながら、樹脂分散剤を含む液体1 10.0部を添加した後、60分間混練して混練物を得た。混練時の瞬間最大・最小消費電流値の差は、定格電流値13Aに対して0.5A以上であった。混練物中の顔料の含有量P2は43.5%、樹脂の含有量R2は8.7%、(R2/P2)×100の値は20.0%であった。
第1工程で得た混合物を撹拌槽内で撹拌しながら、樹脂分散剤を含む液体1 10.0部を添加した後、60分間混練して混練物を得た。混練時の瞬間最大・最小消費電流値の差は、定格電流値13Aに対して0.5A以上であった。混練物中の顔料の含有量P2は43.5%、樹脂の含有量R2は8.7%、(R2/P2)×100の値は20.0%であった。
[第3工程]
第2工程で得た混練物を撹拌槽内で撹拌しながら、純水27.0部を添加して、顔料の含有量が20.0%である顔料分散液23を得た。
第2工程で得た混練物を撹拌槽内で撹拌しながら、純水27.0部を添加して、顔料の含有量が20.0%である顔料分散液23を得た。
(比較例2)
[混練工程]
相互に逆方向に自転及び公転して遊星運動する撹拌羽根を備えた混練装置(商品名「トリミックスTX-15」、井上製作所製、撹拌羽根の数:3)の撹拌槽に、カーボンブラック10.0部、純水3.0部、及び樹脂分散剤を含む液体1 10.0部を入れた。撹拌槽の内温を60℃に昇温した後、60分間混練して混練物を得た。混練時の瞬間最大・最小消費電流値の差は、定格電流値13Aに対して0.5A以上であった。混練物中の顔料の含有量P2は43.5%、樹脂の含有量R2は8.7%、(R2/P2)×100の値は20.0%であった。
[混練工程]
相互に逆方向に自転及び公転して遊星運動する撹拌羽根を備えた混練装置(商品名「トリミックスTX-15」、井上製作所製、撹拌羽根の数:3)の撹拌槽に、カーボンブラック10.0部、純水3.0部、及び樹脂分散剤を含む液体1 10.0部を入れた。撹拌槽の内温を60℃に昇温した後、60分間混練して混練物を得た。混練時の瞬間最大・最小消費電流値の差は、定格電流値13Aに対して0.5A以上であった。混練物中の顔料の含有量P2は43.5%、樹脂の含有量R2は8.7%、(R2/P2)×100の値は20.0%であった。
[希釈工程]
混練工程で得た混合物を撹拌槽内で撹拌しながら、純水27.0部を添加して、顔料の含有量が20.0%である顔料分散液24を得た。
混練工程で得た混合物を撹拌槽内で撹拌しながら、純水27.0部を添加して、顔料の含有量が20.0%である顔料分散液24を得た。
(比較例3)
[混練工程]
特許文献1(特開2015-147888号公報)における「実施例1」に記載を参考にし、以下に示す手順にしたがって顔料分散液を製造した。相互に同方向に自転及び公転して遊星運動する撹拌羽根を備えた混練装置(商品名「プラネタリーミキサーPLM-15」、井上製作所製、撹拌羽根の数:3)の撹拌槽に、カーボンブラック10.0部及び樹脂分散剤を含む液体1 15.0部を入れた。撹拌槽の内温を80℃に昇温して混練した後、ジエチレングリコール4.4部及び水酸化カリウム水溶液1.2部を添加し、さらに60分間混合して混練物を得た。混練物中の顔料の含有量P2は32.7%、樹脂の含有量R2は9.8%、(R2/P2)×100の値は30.0%であった。
[混練工程]
特許文献1(特開2015-147888号公報)における「実施例1」に記載を参考にし、以下に示す手順にしたがって顔料分散液を製造した。相互に同方向に自転及び公転して遊星運動する撹拌羽根を備えた混練装置(商品名「プラネタリーミキサーPLM-15」、井上製作所製、撹拌羽根の数:3)の撹拌槽に、カーボンブラック10.0部及び樹脂分散剤を含む液体1 15.0部を入れた。撹拌槽の内温を80℃に昇温して混練した後、ジエチレングリコール4.4部及び水酸化カリウム水溶液1.2部を添加し、さらに60分間混合して混練物を得た。混練物中の顔料の含有量P2は32.7%、樹脂の含有量R2は9.8%、(R2/P2)×100の値は30.0%であった。
[希釈工程]
混練工程で得た混合物を撹拌槽内で撹拌しながら、純水30.0部を徐々に添加した。その後、純水12.4部及びジエチレングリコール5.8部の混合液を添加して、顔料の含有量が12.7%である顔料分散液25を得た。
混練工程で得た混合物を撹拌槽内で撹拌しながら、純水30.0部を徐々に添加した。その後、純水12.4部及びジエチレングリコール5.8部の混合液を添加して、顔料の含有量が12.7%である顔料分散液25を得た。
<評価>
本発明においては、以下に示す各項目の評価基準で、「A」及び「B」を許容できるレベル、「C」を許容できないレベルとした。評価結果を表3に示す。顔料分散液中の顔料の粒径は、ナノ粒子径測定装置(商品名「Nanotrac Wave」、MicrotracBEL製)を使用して測定した、体積基準の累積50%粒径である。
本発明においては、以下に示す各項目の評価基準で、「A」及び「B」を許容できるレベル、「C」を許容できないレベルとした。評価結果を表3に示す。顔料分散液中の顔料の粒径は、ナノ粒子径測定装置(商品名「Nanotrac Wave」、MicrotracBEL製)を使用して測定した、体積基準の累積50%粒径である。
(分散安定性)
製造直後の顔料分散液中の顔料の粒径、及び顔料分散液を容器に入れて密閉して80℃で4日間静置した後の顔料分散液中の顔料の粒径をそれぞれ測定した。そして、下記式(1)より「保存前後の粒径変化率(%)」を算出し、以下に示す評価基準にしたがって分散安定性を評価した。
保存前後の粒径変化(%)=
{(保存後の粒径)-(保存前の粒径)}/(保存前の粒径)×100 ・・(1)
製造直後の顔料分散液中の顔料の粒径、及び顔料分散液を容器に入れて密閉して80℃で4日間静置した後の顔料分散液中の顔料の粒径をそれぞれ測定した。そして、下記式(1)より「保存前後の粒径変化率(%)」を算出し、以下に示す評価基準にしたがって分散安定性を評価した。
保存前後の粒径変化(%)=
{(保存後の粒径)-(保存前の粒径)}/(保存前の粒径)×100 ・・(1)
A:保存前後の粒径変化率が10%未満であった。
B:保存前後の粒径変化率が10%以上20%未満であった。
C:保存前後の粒径変化率が20%以上であった。
B:保存前後の粒径変化率が10%以上20%未満であった。
C:保存前後の粒径変化率が20%以上であった。
(到達粒径)
製造直後の顔料分散液中の顔料の粒径の測定結果から、表2に示す顔料の種類に応じた評価基準にしたがって到達粒径を評価した。
製造直後の顔料分散液中の顔料の粒径の測定結果から、表2に示す顔料の種類に応じた評価基準にしたがって到達粒径を評価した。
Claims (6)
- 顔料、樹脂、及び液媒体を含有する、インクジェット用のインクに用いられる顔料分散液の製造方法であって、
混練装置を用いて前記顔料及び前記液媒体を含む原材料を混合して混合物を得る第1工程と、
前記混合物に前記樹脂を添加し、前記混練装置を用いて混練して混練物を得る第2工程と、
前記混練物を前記液媒体で希釈して顔料分散液を得る第3工程と、を有し、
前記混練装置が、撹拌槽と、前記撹拌槽内に収容される、自転軸を中心に自転するとともに、前記自転軸と平行な公転軸を中心に自転方向と逆方向に前記撹拌槽内を公転する撹拌羽根と、を備えることを特徴とする顔料分散液の製造方法。 - 前記第1工程で得られる前記混合物中の前記顔料の含有量(質量%)が、前記混合物全質量を基準として、40.0質量%以上90.0質量%以下である請求項1に記載の顔料分散液の製造方法。
- 前記第2工程で得られる前記混練物中の前記顔料の含有量(質量%)が、前記混練物全質量を基準として、30.0質量%以上80.0質量%以下である請求項1又は2に記載の顔料分散液の製造方法。
- 前記第2工程で用いる前記樹脂の量が、前記第1工程で用いる前記混合物中の前記顔料の量を基準として、2.0質量%以上40.0質量%以下である請求項1乃至3のいずれか1項に記載の顔料分散液の製造方法。
- 顔料を含有するインクジェット用のインクの製造方法であって、
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の製造方法によって製造された顔料分散液を用いることを特徴とするインクの製造方法。 - インクをインクジェット方式の記録ヘッドから吐出して記録媒体に画像を記録するインクジェット記録方法であって、
前記インクとして、請求項5に記載の製造方法によって製造されたインクを用いることを特徴とするインクジェット記録方法。
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