JP2023147670A - 水系金属顔料組成物及び着色方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐水性に優れる水系金属顔料組成物を提供する。【解決手段】金属顔料と、水と、を含有し、前記金属顔料は、フッ素系化合物を含む表面処理剤により表面処理された金属顔料であり、前記金属顔料の表面において、X線光電子分光法(XPS)により測定されたフッ素元素濃度が、27atm%以上50atm%以下である、水系金属顔料組成物。【選択図】なし
Description
本発明は、水系金属顔料組成物及び着色方法に関する。
メタリック顔料を用いたメタリック顔料組成物は、金属光沢の優れた記録物、被着物を提供することを可能にすることから、インクジェット印刷分野や塗料の分野等において、その用途に適した開発が進められている。
例えば、特許文献1には、水系媒体中での耐水性および分散安定性が良好な卑金属顔料を提供することを目的として、水性インク組成物用の卑金属顔料であって、上記卑金属顔料がフッ素系化合物によって表面処理されたものであり、所定のゼータ電位を有する、卑金属顔料、が開示されている。
特許文献1に記載のようにフッ素系化合物による表面処理によって、耐水性や分散性の向上が見込まれる。しかしながら、水系インク中で用いる金属顔料には、より一層の耐水性や分散性、あるいは分散安定性の向上が望まれる。また、当然ながら、光沢性の向上も求められる。
本発明の水系金属顔料組成物は、金属顔料と、水と、を含有し、上記金属顔料は、フッ素系化合物を含む表面処理剤により表面処理されたものであり、上記金属顔料の表面において、X線光電子分光法(XPS)により測定されたフッ素元素濃度が、27atm%以上50atm%以下である。
本発明の着色方法は、上記の水系金属顔料組成物を含む着色用組成物を、被着媒体に付着させる付着工程を備える。
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明の実施の形態(以下、「本実施形態」という。)について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。なお、図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。また、上下左右などの位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
1.水系金属顔料組成物
本実施形態に係る水系金属顔料組成物(以下、単に「顔料組成物」ともいう。)は、金属顔料と、水と、を含有し、上記金属顔料は、フッ素系化合物を含む表面処理剤により表面処理されたものであり、上記金属顔料の表面において、X線光電子分光法(XPS)により測定されたフッ素元素濃度が、27atm%以上50atm%以下である水系金属顔料組成物である。
本実施形態に係る水系金属顔料組成物(以下、単に「顔料組成物」ともいう。)は、金属顔料と、水と、を含有し、上記金属顔料は、フッ素系化合物を含む表面処理剤により表面処理されたものであり、上記金属顔料の表面において、X線光電子分光法(XPS)により測定されたフッ素元素濃度が、27atm%以上50atm%以下である水系金属顔料組成物である。
従来、水系の金属顔料組成物における耐水性等を向上させることを目的として、フッ素系表面処理剤などの表面処理剤により表面処理した金属顔料を含む金属顔料組成物が検討されてきた。しかしながら、耐水性の向上にはさらなる検討の余地があった。
また、光沢をさらに向上させることを目的として、鱗片状(平板状)で、厚みが薄い金属顔料が開発されている。このように、金属顔料のそれぞれ粒子の表面積が大きくて厚みが薄いほど、同一の質量あたりの金属顔料の表面積が大きく、鱗片状の金属顔料の面方向が記録媒体の面方向により平行になるように配向しやすく、鱗片状の金属顔料が光沢性のある層を形成することで、得られる記録物の光沢性が優れる。なお、このように配向することを「リーフィング」ともいう。
しかしながら、このような鱗片上の金属顔料は、得られる記録物の光沢は向上する一方で、凝集しやすく、分散性が低下しやすい傾向にある。さらに、凝集することによって、期待するような光沢性が得られないこともある。
そこで、表面処理剤としてフッ素系表面処理剤を用いることが検討されているが、その表面処理の程度を定量化し、効果を評価することはこれまでなされていなかった。この点について、本発明者らがX線光電子分光法(XPS)を用いて表面の元素濃度に関してさらに検討をした。その結果、金属表面に対する表面処理が不十分である場合には、耐水性、分散性、及び光沢が低下しやすい一方で、金属表面に対する表面処理が過度である場合にも、処理された表面同士がかえって相互作用しやすくなり、それにより分散性や光沢性が低下することもわかってきた。つまり、表面処理剤が、水中における金属顔料の耐水性、分散性、及び光沢性を向上するためには、金属顔料に対する表面処理剤の結合の程度を調整する必要があることが分かってきた。
そこで、本実施形態の金属顔料組成物は、X線光電子分光法(XPS)を用いて測定されるフッ素元素濃度を所定の範囲内となるように調整する。これにより、耐水性の向上を図り、また分散性や光沢性についても向上させることができる。
なお、本実施形態において、水系の組成物とは、組成物における水の含有量が、溶媒成分全体に対して20質量%以上である組成物を意味する。
また、「水系の金属顔料組成物」とは、インクジェットインクの調製に用いる顔料分散液であってもよいし、インクジェットインクそのものであってもよいし、インクジェットインク以外の塗料組成物であってもよいし、その塗料組成物の調整に用いる顔料分散液であってもよい。さらに、「着色用組成物」とは、上記インクジェットインクや塗料組成物など、それ自体を着色方法に用いることのできる組成物を言い、含量分散液などの原料とは区別する。
以下、本実施形態に係る金属顔料組成物、及びその付着方法等について詳説する。
1.1.金属顔料
本実施形態の金属顔料は、フッ素系化合物を含む表面処理剤により表面処理されたものであり、X線光電子分光法による上記金属顔料の表面のフッ素元素濃度が、27atm%以上50atm%以下である。
本実施形態の金属顔料は、フッ素系化合物を含む表面処理剤により表面処理されたものであり、X線光電子分光法による上記金属顔料の表面のフッ素元素濃度が、27atm%以上50atm%以下である。
本実施形態の金属顔料と表面処理剤の関係については、特に限定されないが、例えば、表面処理剤により表面修飾されることで、金属顔料の表面の-OH基等と表面処理剤の官能基とが反応することにより、金属粒子と上記表面処理剤とが化学的に結合していてもよい。
金属顔料は、特に限定されないが、例えば、金属顔料全体が金属材料で構成されたものであってもよいし、非金属材料で構成された基部と、当該基部の表面を被覆する金属材料で構成された被膜とを有するものであってもよい。なお、非金属材料で構成された基部とは、例えば鱗片状の樹脂であり、その表面全体が金属材料で被覆されていてもよい。
金属顔料の含有量は、金属顔料組成物が顔料分散液であるか着色組成物であるかなどの用途によって、適宜調整することができる。それら各種用途における一例として、金属顔料の含有量は、金属顔料組成物の総量に対して、好ましくは、0.1質量%以上であってもよく、0.3質量%以上であってもよく、0.5質量%以上であってもよく、1.0質量%以上であってもよい。また、金属顔料の含有量は、金属顔料組成物の総量に対して、好ましくは、20質量%以下であってもよく、15質量%以下であってもよく、10質量%以下であってもよく、5.0質量%以下であってもよく、3.0質量%以下であってもよく、2.0質量%以下であってもよい。
1.1.1.構成材料
金属顔料を構成する金属種としては、特に限定されないが、例えば、単体としての金属や各種合金等を用いることができる。そのような金属種としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、銀、金、白金、ニッケル、クロム、銀、亜鉛、インジウム、チタン、鉄、及び銅が挙げられる。このなかでも、アルミニウム又はアルミニウム合金を含む金属顔料が好ましい。それにより、各種金属材料の中でも特に光沢感に優れる傾向にあり、また、他種金属材料に対して比較的低比重であることから、分散性及び再分散性に優れる傾向にある。さらに、金属顔料組成物を用いて製造される記録物の生産コストの上昇を抑制する点においても優れる。なお、金属顔料は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
金属顔料を構成する金属種としては、特に限定されないが、例えば、単体としての金属や各種合金等を用いることができる。そのような金属種としては、特に限定されないが、例えば、アルミニウム、銀、金、白金、ニッケル、クロム、銀、亜鉛、インジウム、チタン、鉄、及び銅が挙げられる。このなかでも、アルミニウム又はアルミニウム合金を含む金属顔料が好ましい。それにより、各種金属材料の中でも特に光沢感に優れる傾向にあり、また、他種金属材料に対して比較的低比重であることから、分散性及び再分散性に優れる傾向にある。さらに、金属顔料組成物を用いて製造される記録物の生産コストの上昇を抑制する点においても優れる。なお、金属顔料は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
1.1.2.形状
金属顔料の形状としては、特に限定されないが、例えば、鱗片状(平板状)、球状、紡錘形状、針状等、いかなる形状のものであってもよい。その中でも、好ましくは鱗片状であり、より好ましくは金属顔料が鱗片状かつその厚みが薄いものである。金属顔料が鱗片状であると、記録媒体上において、粒子の広い面が記録媒体の表面に沿って配置されることにより、得られる記録物の光沢度が一層向上する傾向にある。
金属顔料の形状としては、特に限定されないが、例えば、鱗片状(平板状)、球状、紡錘形状、針状等、いかなる形状のものであってもよい。その中でも、好ましくは鱗片状であり、より好ましくは金属顔料が鱗片状かつその厚みが薄いものである。金属顔料が鱗片状であると、記録媒体上において、粒子の広い面が記録媒体の表面に沿って配置されることにより、得られる記録物の光沢度が一層向上する傾向にある。
本実施形態において鱗片状とは、平板状、湾曲板状等のように、所定の角度から観察した際、例えば、平面視した際の面積が、当該観察方向と直交する角度から観察した際の面積よりも大きい形状のことをいう。このような鱗片状を示す指標として、投影面積が最大となる方向から観察した際、すなわち、平面視した際の面積S1[μm2]と、当該観察方向と直交する方向のうち観察した際の面積が最大となる方向から観察した際の面積S0[μm2]に対する比率S1/S0を用いることができる。比率S1/S0は、好ましくは2以上1000以下であり、より好ましくは5以上500以下であり、更に好ましくは8以上100以下であり、より更に好ましくは10以上80以下である。
S1/S0の算出に際しては、特に限定されないが、例えば、任意の50個の金属顔料の粒子について観察を行い、これらの粒子についての算出される値の平均値を採用することができる。そのような観察は、特に限定されないが、例えば、電子顕微鏡、原子間力顕微鏡(以下、AFM法、ともいう。)などを用いて行うことができる。
金属顔料の形状が鱗片状である場合は、表面処理した場合であっても、分散性を向上させにくい傾向にあるが、本実施形態によれば金属顔料が鱗片状である場合であっても、鱗片状による優れた光沢を担保しつつ、分散性を向上させることができる。
以下、特段の記載が無い限りは、観察に基づく顔料粒子の物性値は、AFM法に基づくものとする。平均厚さは、原子間力顕微鏡を用いて測定することができる。原子間力顕微鏡としては、特に限るものではないが、例えば、NanoNavi E-Sweep(SIIナノテクノロジー社製)を用いることができる。
1.1.3.厚み
金属顔料は、35nm以下の平均厚さZ(μm)を有する鱗片状粒子であることが好ましい。平均厚さZは、より好ましくは5nm以上30nm以下であり、更に好ましくは7.5nm以上25nm以下であり、より更に好ましくは10nm以上20nm以下である。鱗片状粒子の平均厚さZが上記範囲内にあることにより、得られる記録物の光沢性が一層向上する傾向にある。
金属顔料は、35nm以下の平均厚さZ(μm)を有する鱗片状粒子であることが好ましい。平均厚さZは、より好ましくは5nm以上30nm以下であり、更に好ましくは7.5nm以上25nm以下であり、より更に好ましくは10nm以上20nm以下である。鱗片状粒子の平均厚さZが上記範囲内にあることにより、得られる記録物の光沢性が一層向上する傾向にある。
1.1.4.体積平均粒子径
金属顔料組成物における金属顔料の体積平均粒子径D50は、大きいほど光沢に優れる傾向にあり、小さいほど分散性に優れる傾向にあるが、金属顔料組成物の用途からその好ましい範囲を規定してもよい。例えば、塗料やその成分として好適に用いる観点から、金属顔料組成物における金属顔料の体積平均粒子径D50は、好ましくは3.0μm以上15μm以下であり、より好ましくは5.0以上12μm以下であり、更に好ましくは7.0以上9.0μm以下である。
金属顔料組成物における金属顔料の体積平均粒子径D50は、大きいほど光沢に優れる傾向にあり、小さいほど分散性に優れる傾向にあるが、金属顔料組成物の用途からその好ましい範囲を規定してもよい。例えば、塗料やその成分として好適に用いる観点から、金属顔料組成物における金属顔料の体積平均粒子径D50は、好ましくは3.0μm以上15μm以下であり、より好ましくは5.0以上12μm以下であり、更に好ましくは7.0以上9.0μm以下である。
また、金属顔料の体積平均粒子径D50は、インクジェットインク組成物やその成分として好適に用いる観点から、好ましくは1.0μm以下であり、より好ましくは100nm以上1.0μm以下であり、より好ましくは200nm以上800nm以下であり、更に好ましくは400nm以上600nm以下であってもよい。
本実施形態の体積平均粒子径D50とは、粒子分散液をレーザー回折・散乱法を用いて測定された体積分布のメジアン径のことを指し、多数個の測定結果を大きさ毎の存在比率の累積として表した場合に、累積でちょうど中央値の50%を示す粒子のサイズである。金属粒子が鱗片状をなすものである場合、体積平均粒子径は、金属粒子を球状換算した際の形状、大きさに基づいて求められるものとする。
1.1.5.金属顔料表面の元素濃度
本実施形態の金属顔料は、X線光電子分光法による金属顔料の表面のフッ素元素濃度(atm%)が、27atm%以上50atm%以下であり、好ましくは27atm%以上40atm%以下、より好ましくは27atm%以上35atm%以下であり、27atm%以上33atm%以下である。
本実施形態の金属顔料は、X線光電子分光法による金属顔料の表面のフッ素元素濃度(atm%)が、27atm%以上50atm%以下であり、好ましくは27atm%以上40atm%以下、より好ましくは27atm%以上35atm%以下であり、27atm%以上33atm%以下である。
金属顔料の表面のフッ素元素濃度(atm%)が27atm%以上であることにより、金属顔料表面に対する処理剤が十分に反応しており、耐水性、分散性、及び光沢に優れる。また、金属顔料の表面のフッ素元素濃度(atm%)が50atm%以下であることにより、分散性及び光沢に優れる。金属顔料の表面のフッ素元素濃度(atm%)が高く、表面処理が過度であると、例えば顔料同士の疎水性相互作用が過剰に働くことでかえって凝集性が向上し、結果として分散性が低下し、リーフィングも達成しにくくなるため光沢も低下し得る。
金属顔料の表面において、X線光電子分工法(XPS)により測定されたアルミニウム金属元素濃度(atm%)に対する上記フッ素元素濃度(atm%)の比(F/Al)は、0.96以上1.60以下であることが好ましく、0.98以上1.55以下であることがより好ましく、1.00以上1.50以下であることが更に好ましい。
比(F/Al)が、0.96以上上であることにより、金属顔料表面に対する処理剤が十分に反応しており、耐水性、分散性、及び光沢に優れる傾向にある。また、比(F/Al)が1.60以下であることにより、分散性及び光沢に優れる傾向にある。
本実施形態において、表面処理された金属顔料の表面状態は、X線光電子分光法(XPS)によりその表面の元素濃度を測定することにより確認できる。また、フッ素元素濃度(atm%)や、比(P/Al)を調整するための方法としては、特に限定されないが、例えば、後述する表面処理剤により処理する際の金属顔料に対する処理剤の質量比、処理温度、処理時間、及び金属顔料の粒径等を調整することが挙げられる。
1.2.表面処理剤
本実施形態の金属顔料は、表面処理剤により表面処理されたものを用いる。表面処理された金属顔料は、その表面が修飾される。表面処理剤としては、フッ素系化合物の少なくとも1種が用いられる。フッ素系化合物以外の表面処理剤としては、特に限定されないが、例えば、シラン系化合物が挙げられる。なお、表面処理剤としては1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよいが、本発明による効果を確実にする観点から、1種を用いることが好ましい。
本実施形態の金属顔料は、表面処理剤により表面処理されたものを用いる。表面処理された金属顔料は、その表面が修飾される。表面処理剤としては、フッ素系化合物の少なくとも1種が用いられる。フッ素系化合物以外の表面処理剤としては、特に限定されないが、例えば、シラン系化合物が挙げられる。なお、表面処理剤としては1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよいが、本発明による効果を確実にする観点から、1種を用いることが好ましい。
なお、本明細書において、フッ素系化合物とは、少なくとも1つ以上のフッ素原子を有する化合物を表す。
表面処理剤として用いられるフッ素系化合物は、特に限定されず、例えば、フッ素系ホスホン酸、フッ素系カルボン酸、フッ素系スルホン酸、フッ素系シラン、およびこれらの塩が挙げられる。これらフッ素系化合物は、ホスホン酸基、カルボキシ基、スルホン酸基などが、金属顔料の表面に結合することにより被膜を形成することができる。そのため、金属顔料をフッ素系化合物が修飾し酸化を防止し、耐水性、分散性、及び光沢性の向上に寄与する。
フッ素系化合物として、例えば、下記式(A)~(D)で表される化合物を含んでいてもよい。また、下記式(A)~(D)において、Rfはフッ素置換されたアルキル基であり、Mはそれぞれ独立して、水素原子、1価の金属イオン、炭素数1以上5以下のアルキル基、又はアンモニウムイオンである。
式(A)~(D)のなかでも、得られる組成物の耐水性を一層向上させる観点からは、式(A)又は(B)で表される化合物のうち少なくとも1種を表面処理剤として用いることが好ましい。
上記式(A)~(D)において、Rfはフッ素置換されたアルキル基である。Rfにおいて、フッ素原子の数は、特に限定されず、例えば、1以上41以下であってもよい。また、Rfにおけるフッ素原子の数は、5以上30以下であることが好ましく、7以上20以下であることがより好ましく、10以上15以下であることが更に好ましい。Rfにおけるフッ素原子の数が上記範囲内にあることにより、耐水性、分散性、及び光沢性が一層向上する傾向にある。
Rfの炭素数は、特に限定されず、例えば、1以上20以下であってもよい。また、Rfの炭素数は1以上15以下であることが好ましく、2以上12以下であることがより好ましく、3以上9以下であることが更に好ましく、4以上8以下であることがより更に好ましい。Rfの炭素数が上記範囲内にあることにより、耐水性、分散性、及び光沢性が一層向上する傾向にある。
さらに、Rfにおいて、フッ素原子の数は、その炭素数の0.5倍以上2倍以下であることが好ましい。そのような態様によれば、耐水性が一層向上する傾向にある。
顔料組成物のフッ素系化合物として、炭素数1以上10以下のパーフルオロアルキル基を有する化合物を用いることが好ましい。そのようなフッ素系化合物を用いると、得られる耐水性、分散性、及び光沢性に一層優れる傾向にある。同様の観点から、フッ素系化合物として、炭素数2以上9以下のパーフルオロアルキル基を有する化合物がより好ましく、炭素数3以上8以下のパーフルオロアルキル基を有する化合物が更に好ましい。
本実施形態の顔料組成物は、フッ素系化合物以外に、他の化合物を更に表面処理剤として含んでいてもよい。そのような化合物としては、特に限定されず、例えば、シラン系化合物等が挙げられる。なお、本明細書において、フッ素原子を有する化合物は、他の化合物の分類より優先し、フッ素系化合物として分類される。すなわち、例えば、シラン系化合物がフッ素原子を有する場合、本明細書においてはフッ素系化合物として分類される。
表面処理剤として、具体的には、例えば、2-(パーフルオロヘキシル)エチルホスホン酸、1H,1H,2H,2H-パーフルオロオクチルトリエトキシシラン、フルオロオクタデシルトリメトキシシラン、リン酸トリデシル、リン酸イソトリデシル、リン酸セチル、リン酸オクタデシル、オクタデシルホスホン酸、リン酸オレイル、リン酸テトラコシル等が挙げられる。本発明による効果を一層確実に奏する観点からは、表面処理剤として、2-(パーフルオロヘキシル)エチルホスホン酸、及び1H,1H,2H,2H-パーフルオロオクチルトリエトキシシランのうち少なくとも1種を用いることが好ましい。
表面処理に用いる表面処理剤の量は、金属顔料の総量に対し、好ましくは10質量%以上50質量%以下であり、より好ましくは15質量%以上45質量%以下であり、更に好ましくは20質量%以上40質量%以下であり、より更に好ましくは25質量%以上40質量%以下である。表面処理剤の含有量が、10質量%以上であることにより、耐水性に優れる傾向にあり、表面処理剤の含有量が、40質量%以下であることにより、分散性及び光沢に優れる傾向にある。
1.3.水
本実施形態の金属顔料組成物は、水を含む水系金属顔料組成物である。水系金属顔料組成物は、顔料組成物の主要な溶媒成分として少なくとも水を含む金属顔料組成物である。
本実施形態の金属顔料組成物は、水を含む水系金属顔料組成物である。水系金属顔料組成物は、顔料組成物の主要な溶媒成分として少なくとも水を含む金属顔料組成物である。
水の含有量は、金属顔料組成物が顔料分散液であるか着色組成物であるかなどの用途によって、適宜調整することができる。それら各種用途における一例として、水の含有量は、顔料組成物の総量に対して、好ましくは、30質量%以上であってもよく、40質量%以上あってもよく、50質量%以上あってもよく、60質量%以上あってもよく、70質量%以上あってもよく、80質量%以上あってもよい。また、水の含有量は、顔料組成物の総量に対して、好ましくは、98質量%以上であってもよく、90質量%以上あってもよく、80質量%以上あってもよく、70質量%以上あってもよく、60質量%以上あってもよく、50質量%以上あってもよく、40質量%以上あってもよい。
1.4.有機溶剤
本実施形態の金属顔料組成物は、水溶性の有機溶剤を含んでいてもよい。そのような有機溶剤としては、特に限定されず、例えば、アルコール類、炭化水素系化合物、エーテル系化合物、ケトン類、エステル類や、プロピレンカーボネート、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノン、アセトニトリル等を用いてもよい。
本実施形態の金属顔料組成物は、水溶性の有機溶剤を含んでいてもよい。そのような有機溶剤としては、特に限定されず、例えば、アルコール類、炭化水素系化合物、エーテル系化合物、ケトン類、エステル類や、プロピレンカーボネート、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノン、アセトニトリル等を用いてもよい。
これらの中でも、有機溶剤としてアルコール類を用いることが好ましい。アルコール類を用いることにより、上述の表面処理剤との相乗的効果として、耐水性、分散性、及び光沢性が一層向上する傾向にある。なお、有機溶剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
アルコール類の有機溶剤として、具体的には、例えば、メタノール、エタノール、n-プロピルアルコール、iso-プロピルアルコール、n-ブタノール、2-ブタノール、tert-ブタノール、iso-ブタノール、n-ペンタノール、2-ペンタノール、3-ペンタノール、及びtert-ペンタノール等のモノアルコール系化合物;1,2-ヘキサンジオール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリ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、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,2-ペンタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール等のグリコール系化合物;2-フェノキシエタノール、フェノキシジグリコール、(メトキシフェノキシ)エタノール、メチルフェノキシエタノール、ビス(β-ヒドロキシエチル)ヒドロキノンエーテル、ノニルフェノール、フェノール、クレゾール、レゾルシノール、カテコール、ヒドロキノン、ナフトール、及び、フルフリルアルコール等の芳香族アルコール系化合物;グリセリンなどの多価アルコール系化合物等が挙げられる。
これらの中でも、顔料組成物に含まれる有機溶剤として、グリコール系化合物及び芳香族アルコール系化合物のうち少なくとも1種を含むことが好ましく、芳香族アルコール系化合物を含むことがより好ましく、一価の芳香族アルコールを含むと更に好ましい。そのようなアルコール化合物を有機溶剤として用いることで、上述の表面処理剤との相乗的効果として、得られる組成物の耐水性及び分散性、並びに記録物の光沢性が一層向上する傾向にある。さらに、同様の観点から、1,2-ヘキサンジオール及び2-フェノキシエタノールのうち少なくとも1種を用いると好ましく、1,2-ヘキサンジオール及び2-フェノキシエタノールを両方用いるとより好ましい。
有機溶剤の含有量は、金属顔料組成物が顔料分散液であるか着色組成物であるかなどの用途によって、適宜調整することができる。それら各種用途における一例として、有機溶剤の含有量は、顔料組成物の総量に対して、好ましくは、15質量%以上であってもよく、20質量%以上であってもよく、25質量%以上であってもよく、30質量%以上であってもよく、35質量%以上であってもよい。また、有機溶剤の含有量は、顔料組成物の総量に対して、好ましくは、70質量%以下であってもよく、65質量%以下であってもよく、60質量%以下であってもよく、55質量%以下であってもよく、50質量%以下であってもよく、45質量%以下であってもよく、40質量%以下であってもよい。
1.5.分散剤
本実施形態の顔料組成物は、顔料を分散させるための分散剤を含むことが好ましい。分散剤としては、特に限定されず、例えば、ポリオキシアルキレンアミン、ポリエーテルアミン、ポリアリルアミン、アミノエチル化アクリレート等が挙げられる。このなかでも、分散剤としてポリオキシアルキレンアミン化合物を含有することが好ましい。ポリオキシアルキレンアミンを用いることにより、顔料組成物中における金属顔料の分散性がより向上する傾向にある。特に、組成物中の金属顔料の分散性は、経時的に低下したり、加熱時に低下したりすることがあるが、ポリオキシアルキレンアミン化合物を用いると、このような経時的又は加熱時における分散性の低下をより抑制することが可能となる。そのため、長期保存あるいは高温下保存された後であっても、比較的高い光沢の記録物を与える顔料組成物を提供することができる。
なお、分散剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本実施形態の顔料組成物は、顔料を分散させるための分散剤を含むことが好ましい。分散剤としては、特に限定されず、例えば、ポリオキシアルキレンアミン、ポリエーテルアミン、ポリアリルアミン、アミノエチル化アクリレート等が挙げられる。このなかでも、分散剤としてポリオキシアルキレンアミン化合物を含有することが好ましい。ポリオキシアルキレンアミンを用いることにより、顔料組成物中における金属顔料の分散性がより向上する傾向にある。特に、組成物中の金属顔料の分散性は、経時的に低下したり、加熱時に低下したりすることがあるが、ポリオキシアルキレンアミン化合物を用いると、このような経時的又は加熱時における分散性の低下をより抑制することが可能となる。そのため、長期保存あるいは高温下保存された後であっても、比較的高い光沢の記録物を与える顔料組成物を提供することができる。
なお、分散剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ここで、ポリオキシアルキレンアミン化合物とは、分子内にポリオキシアルキレン構造を有するアミン化合物であれば特に限定されないが、その中でも、下記式(1)で示される化合物若しくはその塩、又は、下記式(2)で示される化合物若しくはその塩からなる群より選ばれる1種以上であることが好ましい。
上記式(1)中のR1は、好ましくは水素原子または炭素数が3以下のアルキル基であり、より好ましくは水素原子またはメチル基であって、下記式(3)で示される化合物であることがより好ましい。
また、上記式(3)におけるx1に対するx2の比率であるx2/x1の値、すなわち、ポリオキシアルキレンアミン化合物の分子内におけるオキシエチレンユニットの物質量に対するオキシプロピレンユニットの物質量の比率は、好ましくは0.15以上0.50以下であり、より好ましくは0.20以上0.45以下であり、更に好ましくは0.25以上0.40以下であり、より更に好ましくは0.30以上0.35以下である。
また、ポリオキシアルキレンアミンの重合平均分子量は、好ましくは500以上3500以下であり、更に好ましくは1000以上3000以下であり、より更に好ましくは1500以上2500以下である。分散剤の重量平均分子量が上記範囲内であることにより、長期保存若しくは高温下における保存において、金属顔料の分散性及び得られる記録物の光沢度の低下が抑制される傾向にある。
分散剤の含有量は、金属顔料の総量に対して、好ましくは1質量%以上20質量%以下であり、より好ましくは2質量%以上15質量%以下であり、更に好ましくは3質量%以上10質量%以下である。金属顔料の総量に対する分散剤の含有量が上記範囲内であることにより、金属顔料の分散性と、得られる組成物の耐水性が一層向上する傾向にある。
また、分散剤の含有量は、顔料組成物の総量に対して、好ましくは0.01質量%以上1質量%以下であり、より好ましくは0.03質量%以上0.5質量%以下であり、更に好ましくは0.05質量%以上0.3質量%以下である。顔料組成物の総量に対する分散剤の含有量が上記範囲内であることにより、金属顔料の分散性及び/又は得られる組成物の耐水性が一層向上する傾向にある。
1.6.金属顔料の製造方法
金属顔料の調製方法は、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば、シート状基材の一方の面に蒸着法を用いて金属膜を形成し、その後シート状基材から金属膜を剥離および粉砕することにより、鱗片状の金属顔料を得ることができる。この蒸着法によれば、膜厚のバラツキが少なく、かつ、表面の平坦性が高い鱗片状の金属顔料を得ることができ、金属顔料が本来有する金属光沢性などをより効果的に発現させることができる。なお、薄膜の厚さが鱗片状の金属顔料の厚さとなる。また、このようにして得られた金属顔料は、必要に応じて分級し、その粒度分布を任意に調整してもよい。さらに、上記の蒸着法に代えて、イオンプレーティングまたはスパッタリング法を用いてもよい。
金属顔料の調製方法は、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば、シート状基材の一方の面に蒸着法を用いて金属膜を形成し、その後シート状基材から金属膜を剥離および粉砕することにより、鱗片状の金属顔料を得ることができる。この蒸着法によれば、膜厚のバラツキが少なく、かつ、表面の平坦性が高い鱗片状の金属顔料を得ることができ、金属顔料が本来有する金属光沢性などをより効果的に発現させることができる。なお、薄膜の厚さが鱗片状の金属顔料の厚さとなる。また、このようにして得られた金属顔料は、必要に応じて分級し、その粒度分布を任意に調整してもよい。さらに、上記の蒸着法に代えて、イオンプレーティングまたはスパッタリング法を用いてもよい。
また、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属顔料を調製する場合は、その光沢感等を一層効果的に表現させる観点から、気相成膜法により形成された膜を用いて、粉砕することで調製すると好ましい。なお、このような方法は、比較的薄い金属顔料を調製する際にも用いることができる。
上記蒸着法で用いるシート状基材としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)等のプラスチックフィルムを用いることができる。また、シート状基材の成膜面には、あらかじめ剥離性を良くするためにシリコーンオイルなどの離型剤を塗布しておいてもよく、剥離用樹脂層を形成しておいてもよい。剥離用樹脂層に用いられる樹脂としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリルアミド、セルロースアセテートブチレート等のセルロース誘導体、変性ナイロン樹脂などが挙げられる。
金属膜の剥離および粉砕は、例えば有機溶剤中において膜に超音波を照射したり、ホモジナイザーなどで撹拌したりして外力を加えることにより行われる。その際に用いる有機溶剤としては、特に限定されず、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類;n-ヘプタン、n-オクタン、デカン、ドデカン、テトラデカン、トルエン、キシレン、シメン、デュレン、インデン、ジペンテン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレン、シクロヘキシルベンゼンなどの炭化水素系化合物;エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールn-ブチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、1,2-ジメトキシエタン、ビス(2-メトキシエチル)エーテル、p-ジオキサンなどのエーテル系化合物;プロピレンカーボネート、γ-ブチロラクトン、N-メチル-2-ピロリドン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、シクロヘキサノン、アセトニトリルなどの極性有機溶媒を好適に用いることができる。このような有機溶剤を用いることにより、金属顔料の不本意な酸化などを防止しつつ、各粒子間での大きさ、形状、特性のばらつきを小さくすることができる。
1.7.表面処理方法
金属顔料を表面処理して用いる場合には、公知の表面処理方法を用いることができる。例えば、金属顔料が有機溶剤中に分散した分散液に表面処理剤を添加して、超音波を照射することにより、金属顔料表面に表面処理剤を結合させることができる。この際、用いる表面処理剤の添加量は、上述した量を適宜添加すればよい。また、超音波照射を行い表面処理する際には、加熱をしてもよい。加熱する際の温度としては、40℃以上であることが好ましく、50℃以上であることがより好ましい。このような温度で加熱処理を行うことで、金属顔料の表面と表面処理剤とが共有結合を形成し、結合力が上昇することが起因すると考えられる。
金属顔料を表面処理して用いる場合には、公知の表面処理方法を用いることができる。例えば、金属顔料が有機溶剤中に分散した分散液に表面処理剤を添加して、超音波を照射することにより、金属顔料表面に表面処理剤を結合させることができる。この際、用いる表面処理剤の添加量は、上述した量を適宜添加すればよい。また、超音波照射を行い表面処理する際には、加熱をしてもよい。加熱する際の温度としては、40℃以上であることが好ましく、50℃以上であることがより好ましい。このような温度で加熱処理を行うことで、金属顔料の表面と表面処理剤とが共有結合を形成し、結合力が上昇することが起因すると考えられる。
さらに、上記表面処理剤は、金属顔料の表面に直接処理するものであってもよいが、あらかじめ酸又は塩基による前処理をした金属顔料に対して表面処理剤による処理を行ってもよい。これにより、金属顔料表面に、表面処理剤による化学的な修飾をより確実に行うことができ、上述したような本発明による効果をより効果的に発現させることができる。また、酸又は塩基による処理をすることで金属顔料の酸化被膜を除去することができ、これにより光沢性を向上することができる。
前処理に用いる酸としては、特に限定されないが、例えば、塩酸、硫酸、リン酸、硝酸、ホウ酸、酢酸、炭酸、蟻酸、安息香酸、亜塩素酸、次亜塩素酸、亜硫酸、次亜硫酸、亜硝酸、次亜硝酸、亜リン酸、次亜リン酸等のプロトン酸が挙げられる。一方、前処理に用いる塩基としては、特に限定されないが、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等が挙げられる。
顔料組成物は、上述したもの以外の成分を含んでいてもよい。このような成分としては、例えば、レベリング剤、バインダー、界面活性剤、浸透促進剤、保湿剤、キレート剤等が挙げられ、適宜必要に応じて添加することができる。
1.8.用途
本実施形態の金属顔料組成物は、着色用組成物の原料として用いられることが好ましい。そのような着色用組成物としては、特に限定されないが、例えば、塗料やインクジェットインク組成物等が挙げられる。また、金属顔料組成物は、着色用組成物の原料として用いることもでき、単独で上記着色用組成物として用いることもできる。
本実施形態の金属顔料組成物は、着色用組成物の原料として用いられることが好ましい。そのような着色用組成物としては、特に限定されないが、例えば、塗料やインクジェットインク組成物等が挙げられる。また、金属顔料組成物は、着色用組成物の原料として用いることもでき、単独で上記着色用組成物として用いることもできる。
2.着色方法
本実施形態の着色方法は、上記の金属顔料組成物を含む着色用組成物を、被着媒体に付着させる付着工程を備える。本実施形態にける「着色方法」は、ノズルからインクを吐出して記録媒体に付着するインクジェット法による印刷であってもよいし、スプレーや刷毛、バーコーターなどを用いて塗料を被着体に付着させる塗装であってもよい。
本実施形態の着色方法は、上記の金属顔料組成物を含む着色用組成物を、被着媒体に付着させる付着工程を備える。本実施形態にける「着色方法」は、ノズルからインクを吐出して記録媒体に付着するインクジェット法による印刷であってもよいし、スプレーや刷毛、バーコーターなどを用いて塗料を被着体に付着させる塗装であってもよい。
以下、本実施形態の金属顔料組成物を、塗料及びインクジェットインク組成物の原料として用いた場合の着色方法について詳説する。
2.1.塗料の着色方法
本実施形態の金属顔料組成物は、塗料の原料として用いることもでき、単独で塗料として用いることもできる。
本実施形態の金属顔料組成物は、塗料の原料として用いることもでき、単独で塗料として用いることもできる。
付着工程は、本実施形態の金属顔料組成物を含む着色用組成物を被着媒体に塗布する。塗布方法としては、特に限定されないが、例えば、ハケ塗り法、スプレー法、ディッピング法、フローコート法、及びスピンコート法等が挙げられる。
また、付着工程の後に、加熱乾燥工程を備えていてもよい。該加熱乾燥工程は、上記着色用組成物を塗布し被着媒体を加熱乾燥する。
2.2.インクジェットインク組成物の着色方法
本実施形態の金属顔料組成物は、インクジェットインク組成物の原料として用いることもでき、単独でインクジェットインク組成物として用いることもできる。
本実施形態の金属顔料組成物は、インクジェットインク組成物の原料として用いることもでき、単独でインクジェットインク組成物として用いることもできる。
付着工程では、インクジェットヘッドからインクジェットインク組成物を吐出して被着媒体に付着させる。より具体的には、インクジェットヘッド内に設けられた圧力発生手段を駆動させて、インクジェットヘッドの圧力発生室内に充填されたインクをノズルから吐出させる。
付着工程において用いるインクジェットヘッドとしては、ライン方式により記録を行うラインヘッドと、シリアル方式により記録を行うシリアルヘッドが挙げられる。
ラインヘッドを用いたライン方式では、例えば、被着媒体の記録幅以上の幅を有するインクジェットヘッドを記録装置に固定する。そして、被着媒体を副走査方向(被着媒体の搬送方向)に沿って移動させ、この移動に連動してインクジェットヘッドのノズルからインク滴を吐出させることにより、被着媒体上に画像を記録する。
シリアルヘッドを用いたシリアル方式では、例えば、被着媒体の幅方向に移動可能なキャリッジにインクジェットヘッドを搭載する。そして、キャリッジを主走査方向(被着媒体の幅方向)に沿って移動させ、この移動に連動してインクジェットヘッドのノズルからインク滴を吐出させることにより、被着媒体上に画像を記録する。
また、インクジェットインク組成物の着色方法においては、搬送工程を備えていてもよい。搬送工程は、記録装置内で所定の方向に被着媒体を搬送する。より具体的には、記録装置内に設けられた搬送ローラーや搬送ベルトを用いて、記録装置の給紙部から排紙部へと被着媒体を搬送する。その搬送過程において、インクジェットヘッドから吐出されたインクが被着媒体に付着し、記録物が形成される。搬送は、連続的に行ってもよいし断続的に行ってもよい。
3.着色装置
以下、本実施形態の金属顔料組成物をインクジェットインク組成物に用いる場合における、インクジェット記録に用いることができる記録装置の一例について詳説する。
以下、本実施形態の金属顔料組成物をインクジェットインク組成物に用いる場合における、インクジェット記録に用いることができる記録装置の一例について詳説する。
そのようなインクジェット記録装置は、インクジェットインクを被着媒体に対して吐出するノズルを有するインクジェットヘッドと、被着媒体を搬送する搬送手段と、を備える。インクジェットヘッドは、インクが供給される圧力室と、インクを吐出するノズルと、を備える。また、搬送手段は、記録装置内に設けられた搬送ローラーや搬送ベルトから構成される。
以下、本実施形態に係る記録装置の一例について、図1を参照して説明する。なお、図1において示すX-Y-Z座標系はX方向が被着媒体の長さ方向、Y方向が記録装置内の搬送経路における被着媒体の幅方向、Z方向が装置高さ方向を示している。
記録装置10は一例として、高速及び高密度の印刷が可能なライン型インクジェットプリンタである。記録装置10は、用紙等の被着媒体Pを収納する給送部12と、搬送部14と、ベルト搬送部16と、記録部18と、「排出部」としてのFd(フェイスダウン)排出部20と、「載置部」としてのFd(フェイスダウン)載置部22と、「反転搬送機構」としての反転経路部24と、Fu(フェイスアップ)排出部26と、Fu(フェイスアップ)載置部28とを備えている。
給送部12は、記録装置10において装置下部に配置されている。給送部12は、被着媒体Pを収納する給送トレイ30と、該給送トレイ30に収納された被着媒体Pを搬送経路11に送り出す給送ローラー32とを備えている。
給送トレイ30に収納された被着媒体Pは、給送ローラー32により搬送経路11に沿って搬送部14に給送される。搬送部14は、搬送駆動ローラー34と搬送従動ローラー36とを備えている。搬送駆動ローラー34は、図示しない駆動源により回転駆動される。搬送部14において、被着媒体Pは、搬送駆動ローラー34と搬送従動ローラー36との間に狭持(ニップ)されて搬送経路11の下流側に位置するベルト搬送部16へと搬送される。
ベルト搬送部16は、搬送経路11において上流側に位置する第1ローラー38と、下流側に位置する第2ローラー40と、第1ローラー38及び第2ローラー40に回転移動可能に取り付けられた無端ベルト42と、第1ローラー38と第2ローラー40との間において無端ベルト42の上側区間42aを支持する支持体44とを備える。
無端ベルト42は、図示しない駆動源により駆動された第1ローラー38または第2ローラー40により上側区間42aにおいて+X方向から-X方向に移動するように駆動される。このため、搬送部14から搬送された被着媒体Pは、ベルト搬送部16においてさらに搬送経路11の下流側に搬送される。
記録部18は、ライン型のインクジェットヘッド48と、該インクジェットヘッド48を保持するヘッドホルダー46とを備えている。尚、該記録部18は、Y軸方向に往復移動するキャリッジにインクジェットヘッドが設けられたシリアル型のものであってもよい。インクジェットヘッド48は、支持体44に支持された無端ベルト42の上側区間42aと対向するように配置されている。インクジェットヘッド48は、無端ベルト42の上側区間42aにおいて被着媒体Pが搬送される際、被着媒体Pに向けてインクを吐出し、記録を実行する。被着媒体Pは、記録が行われつつベルト搬送部16により搬送経路11の下流側に搬送される。
なお、「ライン型のインクジェットヘッド」とは、被着媒体Pの搬送方向と交差する方向に形成されたノズルの領域が、被着媒体Pの交差方向全体をカバー可能なように設けられ、ヘッド又は被着媒体Pの一方を固定し他方を移動させて画像を形成する記録装置に用いられるヘッドである。なお、ラインヘッドの交差する方向のノズルの領域は、記録装置が対応している全ての被着媒体Pの交差方向全体をカバー可能でなくてもよい。
また、ベルト搬送部16の搬送経路11の下流側には、第1分岐部50が設けられている。第1分岐部50は、被着媒体PをFd排出部20またはFu排出部26へ搬送する搬送経路11と、被着媒体Pの記録面を反転させて再度被着媒体Pを記録部18に搬送する反転経路部24の反転経路52とに切り替え可能に構成されている。尚、第1分岐部50により反転経路52に切り替えられて搬送される被着媒体Pは、反転経路52における搬送過程において記録面が反転され、最初の記録面と反対側の面がインクジェットヘッド48と対向するように記録部18に再度搬送される。
搬送経路11に沿って第1分岐部50の下流側には、さらに第2分岐部54が設けられている。第2分岐部54は、被着媒体PをFd排出部20へ向けて搬送し、または被着媒体PをFu排出部26へ向けて搬送するように被着媒体Pの搬送方向を切り替え可能に構成されている。
第2分岐部54においてFd排出部20へ向けて搬送される被着媒体Pは、Fd排出部20から排出され、Fd載置部22に載置される。このとき、被着媒体Pの記録面は、Fd載置部22に対向するように載置される。また、第2分岐部54においてFu排出部26へ向けて搬送される被着媒体Pは、Fu排出部26から排出され、Fu載置部28に載置される。このとき、被着媒体Pの記録面は、Fu載置部28と反対側に向くように載置される。
なお、上記では、ライン型のインクジェットヘッドを用いる場合の例について説明したが、本実施形態に係る記録装置は、シリアル型のインクジェットヘッドを用いるプリンタ(シリアルプリンタ)であってもよい。シリアルプリンタでは、被着媒体を搬送方向に搬送させつつ、インクジェットヘッドを当該搬送方向と交差する方向に移動させることにより、印刷が行われる。
4.被着媒体
本実施形態で用いる被着媒体としては、特に制限されないが、例えば、吸収性又は非吸収性の被着媒体が挙げられる。
本実施形態で用いる被着媒体としては、特に制限されないが、例えば、吸収性又は非吸収性の被着媒体が挙げられる。
吸収性被着媒体としては、特に限定されないが、例えば、インクジェットインクの浸透性が高い電子写真用紙などの普通紙、インクジェット用紙(シリカ粒子やアルミナ粒子から構成されたインク吸収層、あるいは、ポリビニルアルコール(PVA)やポリビニルピロリドン(PVP)等の親水性ポリマーから構成されたインク吸収層を備えたインクジェット専用紙)から、インクの浸透性が比較的低い一般のオフセット印刷に用いられるアート紙、コート紙、キャスト紙等が挙げられる。
非吸収性被着媒体としては、特に限定されないが、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリウレタン等のプラスチック類のフィルムやプレート;鉄、銀、銅、アルミニウム等の金属類のプレート;又はそれら各種金属を蒸着により製造した金属プレートやプラスチック製のフィルム、ステンレスや真鋳等の合金のプレート;紙製の基材にポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリウレタン等のプラスチック類のフィルムを接着(コーティング)した被着媒体等が挙げられる。
以下、本発明を実施例及び比較例を用いてより具体的に説明する。本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
1.金属顔料組成物の調製
表1~3に記載の組成となるように、混合物用タンクに各成分を入れ、混合攪拌し、さらにメンブランフィルターでろ過することにより各例の金属顔料組成物を得た。なお、表中の各例に示す各成分の数値は特段記載のない限り質量%を表す。また、表中における金属顔料の数値は、固形分の質量%を表す。
表1~3に記載の組成となるように、混合物用タンクに各成分を入れ、混合攪拌し、さらにメンブランフィルターでろ過することにより各例の金属顔料組成物を得た。なお、表中の各例に示す各成分の数値は特段記載のない限り質量%を表す。また、表中における金属顔料の数値は、固形分の質量%を表す。
表1~3で使用した略号や製品成分の詳細は以下のとおりである。
<金属顔料>
・アルミニウム系金属顔料:以下のとおり作製した顔料である。
ポリエチレンテレフタレート(PET)基材上に離型樹脂のアセトン溶液をロールコーターによりコーティングすることで離型層を形成した。次いで、真空蒸着装置内で、離型層上に15~20nmの膜厚となるようにアルミニウム層を形成した。
<金属顔料>
・アルミニウム系金属顔料:以下のとおり作製した顔料である。
ポリエチレンテレフタレート(PET)基材上に離型樹脂のアセトン溶液をロールコーターによりコーティングすることで離型層を形成した。次いで、真空蒸着装置内で、離型層上に15~20nmの膜厚となるようにアルミニウム層を形成した。
アルミニウム層が形成されたPET基材をテトラヒドロフラン(THF)槽内に浸漬し、超音波を照射することで、アルミニウム層をPET基材から剥離するとともに、粉砕し、アルミニウム粒子がTHFに分散した分散液を得た。次いで、遠心分離機にてTHFを除去した後のアルミニウム粒子に、ジエチレングリコールジエチルエーテルを適当量添加してアルミニウム濃度5%のアルミニウム顔料懸濁液を得た。
得られたアルミニウム顔料懸濁液(5%、ジエチレングリコールジエチルエーテル)を循環型の高出力超音波粉砕機(20kHz)でさらに粉砕し、目的の平均粒子径になるまで粉砕を行うことで、表1~3に記載の大きさを有するアルミニウム顔料を得た。
そして、アルミニウム顔料懸濁液に対して、ポリ(オキシエチレン/オキシプロピレン)アミン分散剤としてJeffamine M2070をアルミニウム濃度比で5%になるように添加し、超音波処理のもと55℃1時間 熱処理を行うことで、凝集を解して一次粒子までアルミニウム顔料を分散した。
一次粒子まで分散したアルミニウム顔料懸濁液に対し、上記分散液に表1~3に記載の表面処理剤を、Al粒子に対する質量比が表1~3中の値になる割合で加えた。28kHz超音波照射のもと、55℃で3時間の熱処理を施すことにより、Al粒子の表面において表面処理剤を反応させ、表面処理剤で表面修飾されたAl粒子の分散液を得た。得られたAl粒子の分散液に遠心分離を行い、溶媒を水系溶媒(表1~3の有機溶剤)に置換した。
<表面処理剤>
・FHP-2-OH(CHEMINOX FHP-2-OH(商品名)、2-(パーフルオロヘキシル)エチルホスホン酸、ユニマテック株式会社製)
・FAS13(1H,1H,2H,2H-パーフルオロオクチルトリエトキシシラン、和光純薬工業株式会社製)
・FHP-2-OH(CHEMINOX FHP-2-OH(商品名)、2-(パーフルオロヘキシル)エチルホスホン酸、ユニマテック株式会社製)
・FAS13(1H,1H,2H,2H-パーフルオロオクチルトリエトキシシラン、和光純薬工業株式会社製)
<分散剤>
・M2070(JEFFAMINE M2070(商品名)、メトキシポリ(オキシエチレン/オキシプロピレン)-2-プロピルアミン、重量平均分子量:2000、PO/EO=10/31、ハンツマン社製)
・M2070(JEFFAMINE M2070(商品名)、メトキシポリ(オキシエチレン/オキシプロピレン)-2-プロピルアミン、重量平均分子量:2000、PO/EO=10/31、ハンツマン社製)
<有機溶剤>
・1,2-ヘキサンジオール
・2-フェノキシエタノール
・1,2-ヘキサンジオール
・2-フェノキシエタノール
2.測定方法及び評価方法
2.1.金属表面の元素濃度測定
金属顔料組成物をメンブレンフィルター上、好ましくはフッ素を含まないメンブレンフィルター上に滴下し、一晩以上大気中で乾燥させた。乾燥させた水性金属顔料分散液の電子状態についてXPS(X線光電子分光法)を用いて評価することで表面処理された金属顔料分散液の表面処理の状態を判別することができた。
測定には、日本FEI株式会社製X線光電子分光装置 ESCALAB250を使用した。測定条件として、以下の測定条件を用いた。
[測定条件]
X線源:単色化AlKα
X線ビーム径:500μmφ
パスエネルギー:「ナロースキャン:20eV」
帯電中和:有り
エネルギーステップ:「ナロースキャン:0.1eV」
2.1.金属表面の元素濃度測定
金属顔料組成物をメンブレンフィルター上、好ましくはフッ素を含まないメンブレンフィルター上に滴下し、一晩以上大気中で乾燥させた。乾燥させた水性金属顔料分散液の電子状態についてXPS(X線光電子分光法)を用いて評価することで表面処理された金属顔料分散液の表面処理の状態を判別することができた。
測定には、日本FEI株式会社製X線光電子分光装置 ESCALAB250を使用した。測定条件として、以下の測定条件を用いた。
[測定条件]
X線源:単色化AlKα
X線ビーム径:500μmφ
パスエネルギー:「ナロースキャン:20eV」
帯電中和:有り
エネルギーステップ:「ナロースキャン:0.1eV」
上記により得られたXPSスペクトルについてはC1sのC-C,C-H結合由来のピークを284.8eVとしてピーク帰属させた。上記の手法で得られた存在元素比の結果から、表面処理の状態を同定することができた。その結果を表1~3に示す。
2.2.形状等
金属顔料の体積平均粒子径(D50)は、マイクロトラックMT-3300(マイクロトラック・ベル社製、レーザー回析・散乱式粒子径分布測定装置)を用いて測定した。金属顔料の平均厚さZは、NanoNavi E-Sweep(SIIナノテクノロジー社製)を用い原子間力顕微鏡法により測定した。なお、いずれの金属顔料も鱗片状であった。
金属顔料の体積平均粒子径(D50)は、マイクロトラックMT-3300(マイクロトラック・ベル社製、レーザー回析・散乱式粒子径分布測定装置)を用いて測定した。金属顔料の平均厚さZは、NanoNavi E-Sweep(SIIナノテクノロジー社製)を用い原子間力顕微鏡法により測定した。なお、いずれの金属顔料も鱗片状であった。
2.3.耐水性
上記にて得られた金属顔料組成物をアルミパックに10cc封入した。そのアルミパックを70℃恒温下にて6日間貯蔵した。金属顔料組成物を上記アルミパックに封入する前、及び封入して上記条件下で貯蔵後のガス発生量をそれぞれアルキメデス法により測定し、以下の評価基準により耐水性を評価した。耐水性の評価結果を表1~3に示す。
(評価基準)
A:発生ガス量が初期値の5%未満である。
B:発生ガス量が初期値の5%以上15%未満である。
C:発生ガス量が初期値の15%以上25%未満である。
D:発生ガス量が初期値の25%以上である。
上記にて得られた金属顔料組成物をアルミパックに10cc封入した。そのアルミパックを70℃恒温下にて6日間貯蔵した。金属顔料組成物を上記アルミパックに封入する前、及び封入して上記条件下で貯蔵後のガス発生量をそれぞれアルキメデス法により測定し、以下の評価基準により耐水性を評価した。耐水性の評価結果を表1~3に示す。
(評価基準)
A:発生ガス量が初期値の5%未満である。
B:発生ガス量が初期値の5%以上15%未満である。
C:発生ガス量が初期値の15%以上25%未満である。
D:発生ガス量が初期値の25%以上である。
2.4.光沢度
ポリ塩化ビニル製のフィルム上に、付着量5mg/inch2となるようにバーコーターで上記インク組成物を付着させて、乾燥することで記録物を得た。こうして得た記録物の記録部部分を、光沢度計であるMINOLTA MULTI GLOSS 268を用い、煽り角度60°での光沢度を測定し、以下の評価基準に従い評価した。この値が大きいほど金属光沢感が優れている傾向にある。また、体積平均粒子径(D50)が1μm以下である金属顔料については、いずれのインク組成物もインクジェット記録装置により吐出可能であった。評価結果を表1~3に示す。
(評価基準)
A:光沢度が400以上である。
B:光沢度が300以上400未満である。
C:光沢度が200以上300未満である。
D:光沢度が200未満。
ポリ塩化ビニル製のフィルム上に、付着量5mg/inch2となるようにバーコーターで上記インク組成物を付着させて、乾燥することで記録物を得た。こうして得た記録物の記録部部分を、光沢度計であるMINOLTA MULTI GLOSS 268を用い、煽り角度60°での光沢度を測定し、以下の評価基準に従い評価した。この値が大きいほど金属光沢感が優れている傾向にある。また、体積平均粒子径(D50)が1μm以下である金属顔料については、いずれのインク組成物もインクジェット記録装置により吐出可能であった。評価結果を表1~3に示す。
(評価基準)
A:光沢度が400以上である。
B:光沢度が300以上400未満である。
C:光沢度が200以上300未満である。
D:光沢度が200未満。
2.5.分散性
上記にて調製した金属顔料組成物を容器に入れ密閉した後、容器を45℃の恒温槽で10日間放置し、その後、室温まで徐冷した。続けて、これらの金属顔料組成物について、粒度分布計(Microtrac社製、MT3300EXII)を用いた測定を行い、金属顔料の体積平均粒子径D50を測定した。恒温槽に入れる前の金属顔料組成物中に含まれる金属顔料の体積平均粒子径D50からの増加率を求め、以下の評価基準により分散性を評価した。体積平均粒子径D50の増加率が小さいほど、金属顔料は、分散性に優れている傾向にある。評価結果を表1~3に示す。
(評価基準)
A:インク中の粒子径(D50)が粉砕粒子径の110%未満である。1週間の室温放置によっても沈降しない。
B:インク中の粒子径(D50)が粉砕粒子径の110%以上200%未満である。
C:インク中の粒子径(D50)が粉砕粒子径の200%以上である。
Z:インク中の粒子径(D50)が粉砕粒子径の110%未満である。1週間の室温放置により沈降するが、再度撹拌した場合に再分散可能なため塗料用途では使用可能。
上記にて調製した金属顔料組成物を容器に入れ密閉した後、容器を45℃の恒温槽で10日間放置し、その後、室温まで徐冷した。続けて、これらの金属顔料組成物について、粒度分布計(Microtrac社製、MT3300EXII)を用いた測定を行い、金属顔料の体積平均粒子径D50を測定した。恒温槽に入れる前の金属顔料組成物中に含まれる金属顔料の体積平均粒子径D50からの増加率を求め、以下の評価基準により分散性を評価した。体積平均粒子径D50の増加率が小さいほど、金属顔料は、分散性に優れている傾向にある。評価結果を表1~3に示す。
(評価基準)
A:インク中の粒子径(D50)が粉砕粒子径の110%未満である。1週間の室温放置によっても沈降しない。
B:インク中の粒子径(D50)が粉砕粒子径の110%以上200%未満である。
C:インク中の粒子径(D50)が粉砕粒子径の200%以上である。
Z:インク中の粒子径(D50)が粉砕粒子径の110%未満である。1週間の室温放置により沈降するが、再度撹拌した場合に再分散可能なため塗料用途では使用可能。
3.評価結果
表1~3に、各例で用いたインクの組成、並びに評価結果を示した。表1~3から、金属顔料と、水とを含有し、金属顔料がフッ素系化合物を含む表面処理剤により表面処理されたものであり、さらに、その金属顔料の表面において、X線光電子分光法(XPS)により測定されたフッ素元素濃度が、27atm%以上50atm%以下であることにより、得られる組成物が耐水性に優れることが分かる。
表1~3に、各例で用いたインクの組成、並びに評価結果を示した。表1~3から、金属顔料と、水とを含有し、金属顔料がフッ素系化合物を含む表面処理剤により表面処理されたものであり、さらに、その金属顔料の表面において、X線光電子分光法(XPS)により測定されたフッ素元素濃度が、27atm%以上50atm%以下であることにより、得られる組成物が耐水性に優れることが分かる。
特に、比較例1~6によれば、金属顔料の表面において、XPSにより測定されたフッ素元素濃度が、27atm%以上50atm%以下以外の範囲にある場合は、耐水性がより低下することが分かる。
10…記録装置、11…搬送経路、12…給送部、14…搬送部、16…ベルト搬送部、18…記録部、20…Fd排出部、22…Fd載置部、24…反転経路部、26…Fu排出部、28…Fu載置部、30…給送トレイ、32…給送ローラー、34…搬送駆動ローラー、36…搬送従動ローラー、38…第1ローラー、40…第2ローラー、42…無端ベルト、42a…無端ベルトの上側区間、44…支持体、46…ヘッドホルダー、48…インクジェットヘッド、50…第1分岐部、52…反転経路、54…第2分岐部、56…排出ローラー対、64…排出駆動ローラー、68…駆動軸、76…載置面、78…凸状部、80…第1付勢部材、82…第2付勢部材、84、86…支持軸、P…記録媒体。
Claims (13)
- 金属顔料と、水と、を含有し、
前記金属顔料は、フッ素系化合物を含む表面処理剤により表面処理されたものであり、
前記金属顔料の表面において、X線光電子分光法(XPS)により測定されたフッ素元素濃度が、27atm%以上50atm%以下である、
水系金属顔料組成物。 - 前記金属顔料は、35nm以下の平均厚さを有する鱗片状粒子である、
請求項1に記載の水系金属顔料組成物。 - 前記金属顔料は、5nm以上30nm以下の平均厚さを有する鱗片状粒子である、
請求項1又は2に記載の水系金属顔料組成物。 - 前記フッ素系化合物が、炭素数1以上10以下のパーフルオロアルキル基を有する、
請求項1~3のいずれか1項に記載の水系金属顔料組成物。 - ポリオキシアルキレンアミン化合物を含有する分散剤を含む、
請求項1~4のいずれか1項に記載の水系金属顔料組成物。 - 一価の芳香族アルコールを含有する水溶性有機溶剤を含む、
請求項1~5のいずれか1項に記載の水系金属顔料組成物。 - 前記金属顔料の体積平均粒子径D50が、3.0μm以上15μm以下である、
請求項1~6のいずれか1項に記載の水系金属顔料組成物。 - 前記金属顔料の体積平均粒子径D50が、1.0μm以下である、請求項1~6のいずれか1項に記載の水系金属顔料組成物。
- 前記金属顔料が、アルミニウム及びアルミニウム合金からなる群より選ばれる1種以上を含む、
請求項1~8のいずれか1項に記載の水系金属顔料組成物。 - 前記金属顔料の表面において、X線光電子分光法(XPS)により測定されたアルミニウム金属元素濃度(atm%)に対する前記フッ素元素濃度(atm%)の比(F/Al)が、0.96以上1.60以下である、
請求項1~9のいずれか1項に記載の水系金属顔料組成物。 - 前記表面処理剤の含有量が、前記金属顔料の総量に対し、10質量%以上50質量%以下である、
請求項1~10のいずれか1項に記載の水系金属顔料組成物。 - 着色用組成物の原料として用いられる、
請求項1~11のいずれか1項に記載の水系金属顔料組成物。 - 請求項1~12のいずれか1項に記載の水系金属顔料組成物を含む着色用組成物を、被着媒体に付着させる付着工程を備える、
着色方法。
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JP2022055311A JP2023147670A (ja) | 2022-03-30 | 2022-03-30 | 水系金属顔料組成物及び着色方法 |
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