JP3718150B2 - Coating agent for ink jet recording paper and ink jet recording paper coated with the same - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェット記録紙用塗工剤およびそれを塗布したインクジェット記録紙に関する。
【0002】
【従来の技術】
インクジェット記録は、記録装置が簡単で、普通紙や塗工紙が使用でき、しかもカラー化が容易で、美麗なフルカラーの画像や文字図形の記録が容易にできるという特徴を有しており、今日急激に広まりつつある。
【0003】
インクジェット記録では一般に染料を着色剤とする水性インクが使用されているが、この水性インクは媒体として水を使用するためインク定着性(インク乾燥性)が劣るという問題があり、また染料を使用するため記録した画像の耐水性が劣るなどの問題がある。これらの問題の解決のため、紙基材に各種薬剤を塗工することが行われており、たとえば、ジシアンジアミド縮合物、ポリアミン、ポリエチレンイミンなどのカチオン性樹脂を塗工すること提案されている。このようなカチオン性樹脂を塗工したインクジェット記録紙に水性インクで記録した場合、インク中の染料と塗工層のカチオン性樹脂が結合して耐水性が向上されることを期待したものであるが、インク定着性、耐水性とも充分とはいえない。
【0004】
また、特許第2845832号公報には、カチオン性ポリウレタン樹脂をインクジェット記録紙用塗工剤として用いることが提案されているが、具体的に開示されているカチオン性ポリウレタン樹脂は、ジオールと、三級アミノ基を有するジオールと、脂肪族系ジイソシアネートとを反応させてウレタンプレポリマーを得、ついで該ウレタンプレポリマー中の三級アミノ基を酸で中和してカチオン性ウレタンプレポリマーとし、その後該カチオン性ウレタンプレポリマーを水で鎖伸長して、重量平均分子量2千〜5万のカチオン性ポリウレタン樹脂としたものである。
【0005】
このカチオン性ポリウレタン樹脂では、インク定着性、耐水性はかなり改善されているが、塗工面を擦ると傷がつきやすい(耐擦過性が劣る)、水性インクで印刷すると記録紙が延びる(印刷時の寸法安定性が劣る)、印刷物を高温で保存すると画像が変色する(耐熱性が劣る)、印刷面を有機溶剤で擦ると画像が脱落する(耐溶剤性が劣る)、無機充填剤に対するバインダー能力に劣るなどの問題があり、合成面でも、反応性の高い芳香族系イソシアネートを使用する場合や、三級アミノ基含有ジオールの使用量が多い場合などにおいて、ウレタン化反応における副反応を抑制できず、反応制御が困難になり、異常増粘による乳化不良やウレタン合成段階でゲル化を生じるなどの惧れがあり、これらの点の改善が望まれている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来技術の問題点に鑑み、インク定着性、耐水性はもとより、耐擦過性、印刷時の寸法安定性、耐熱性、耐溶剤性、無機充填剤に対するバインダー能力などがともに優れているカチオン性ポリウレタン樹脂からなるインクジェット記録紙用塗工剤を提供することを課題とする。
【0007】
さらに本発明は、反応性の高い芳香族系イソシアネートを使用する場合や、三級アミノ基含有ジオールの使用量が多い場合などにおいても、安定して製造ができるカチオン性ポリウレタン樹脂からなるインクジェット記録紙用塗工剤を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明はつぎのインクジェット記録紙用塗工剤およびそれを塗布したインクジェット記録紙を提供する。
【0009】
(1)(A)有機ポリイソシアネートから誘導される構成単位と、(B)NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物から誘導される構成単位と、(C)分子中に酸で中和するかまたは四級化剤で四級化した三級アミノ基を有し、かつ、NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物から誘導される構成単位とからなり、分岐密度が1000原子量当たり0.08〜0.25であるカチオン性ウレタンプレポリマーをポリアミン化合物により鎖伸長したカチオン性水系ポリウレタン樹脂のエマルジョンを含有することを特徴とするインクジェット記録紙用塗工剤。
【0010】
(2)ポリヒドロキシ化合物(B)とポリヒドロキシ化合物(C)の平均活性水素濃度が100〜800(mgKOH/g)である前記(1)記載のインクジェット記録紙用塗工剤。
【0011】
(3)前記カチオン性水系ポリウレタン樹脂のエマルジョンの平均粒子径が0.001〜0.1μmである前記(1)または(2)記載のインクジェット記録紙用塗工剤。
【0012】
(4)前記カチオン性ウレタンプレポリマーが、有機ポリイソシアネート(A)、ポリヒドロキシ化合物(B)、分子中に三級アミノ基を有し、かつ、NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物(Cp)とを反応させてウレタンプレポリマーを得、ついで該ウレタンプレポリマーの三級アミノ基を酸で中和するかまたは四級化剤で四級化して得られたものである前記(1)〜(3)のいずれかに記載のインクジェット記録紙用塗工剤。
【0013】
(5)有機ポリイソシアネート(A)が芳香族ポリイソシアネートである場合、前記カチオン性ウレタンプレポリマーが、有機ポリイソシアネート(A)、ポリヒドロキシ化合物(B)、分子中に酸で中和するかまたは四級化剤で四級化した三級アミノ基を有し、かつ、NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物(C)とを反応させて得られたものである前記(1)〜(3)のいずれかに記載のインクジェット記録紙用塗工剤。
【0014】
(6)前記水系ポリウレタン樹脂の重量平均分子量が10万〜100万である前記(1)〜(5)のいずれかに記載のインクジェット記録紙用塗工剤。
【0015】
(7)前記(1)〜(6)のいずれかに記載の塗工剤を紙基材に塗工してなるインクジェット記録紙。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明のインクジェット記録紙用塗工剤は、(A)有機ポリイソシアネートから誘導される構成単位と、(B)NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物から誘導される構成単位と、(C)分子中に酸で中和するかまたは四級化剤で四級化した三級アミノ基を有し、かつ、NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物から誘導される構成単位とからなり、分岐密度が1000原子量当たり0.08〜0.25であるカチオン性ウレタンプレポリマーをポリアミン化合物により鎖伸長したカチオン性水系ポリウレタン樹脂のエマルジョンを含有することを特徴とするものである。
【0017】
ここで、本発明にいうカチオン性ウレタンプレポリマーの1000原子量当たりの分岐密度は、つぎのようにして求められる値である。すなわち、有機ポリイソシアネート(A)が、A1、A2……Aj(ここで、jは1以上の整数)の成分からなり、成分A1、A2……Ajについて、分子量がそれぞれMWA1、MWA2……MWAjであり、官能基数がそれぞれFA1、FA2……FAjであり、使用量(g)がそれぞれWA1、WA2……WAjであるとする。また、NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物(B)が、B1、B2……Bk(ここで、kは1以上の整数)の成分からなり、成分B1、B2……Bkについて、分子量がそれぞれMWB1、MWB2……MWBKであり、官能基数がそれぞれFB1、FB2……FBkであり、使用量(g)がそれぞれWB1、WB2……WBkであるとする。また、分子中に酸で中和するかまたは四級化剤で四級化した三級アミノ基を有し、かつ、NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物(C)が、C1、C2……Cm(ここで、mは1以上の整数)の成分からなり、成分C1、C2……Cmついて、分子量がそれぞれMWC1、MWC2、MWCmであり、官能基数がそれぞれFC1、FC2……FCmであり、使用量(g)がそれぞれWC1、WC2……WCmであるとする。このような成分A1、A2……Ajと、成分B1、B2……Bkと、成分C1、C2……Cmとを反応させて得られるカチオン性ウレタンプレポリマーの1000原子量当たりの分岐密度は、次式:
【0018】
【数1】

Figure 0003718150
【0019】
によって求められる。
【0020】
本発明においては、インクジェット記録紙用塗工剤として、分岐密度が1000原子量当たり0.08〜0.25であるカチオン性ウレタンプレポリマーをポリアミン化合物で鎖伸長したカチオン性水系ポリウレタン樹脂を使用することにより、インク定着性(乾燥性)、耐水性が優れることはもとより、耐擦過性、印刷時の寸法安定性、耐熱性、耐溶剤性、無機充填剤に対するバインダー能力が優れることが見出された。すなわち、分岐密度が1000原子量当たり0.08〜0.25であるカチオン性ウレタンプレポリマーをポリアミン化合物で鎖伸長したカチオン性水系ポリウレタン樹脂を塗工したインクジェット記録紙は、塗工面を擦っても傷がつきにくい(耐擦過性がすぐれる)、水性インクで印刷した場合でも記録紙が延びることがない(印刷時の寸法安定性が優れる)、印刷物を高温で保存しても画像が変色することがない(耐熱性がすぐれる)、印刷面を有機溶剤で擦っても画像の脱落が生じない(耐溶剤性が優れる)、無機充填剤を併用する場合においても、塗工性よく均質な塗工層を形成できる(無機充填剤に対するバインダー能力が優れる)という優れた効果が発揮される。
【0021】
分岐密度が0.08未満では、耐擦過性、印刷時の寸法安定性、耐熱性が劣る。分岐密度が0.25を超えると、ポリウレタン樹脂の最低造膜温度が高くなりすぎ、加工上好ましくない。
【0022】
また、優れた耐擦過性、印刷時の安定性、耐熱性、耐溶剤性を得るためには、カチオン性水系ポリウレタン樹脂の重量平均分子量が10万〜100万であるのが好ましく、より好ましくは40万〜100万である。カチオン性水系ポリウレタン樹脂の重量平均分子量が前記範囲未満では、耐擦過性、印刷時の安定性、耐熱性、耐溶剤性が劣る傾向にある。一方、重量平均分子量が前記範囲をこえると、ポリウレタン樹脂の造膜温度が高くなり、加工性が劣るようになる傾向がある。
【0023】
本発明で使用する有機ポリイソシアネート(A)としては、たとえば、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,2′−ジフェニルメタンジイソシアネート、3,3′−ジメチル−4,4′−ビフェニレンジイソシアネート、3,3′−ジクロロ−4,4′−ビフェニレンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、1,5−テトラヒドロナフタレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,3−シクロヘキシレンジイソシアネート、1,4−シクロヘキシレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、水素添加キシリレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、4,4′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートなどがあげられる。これら有機ポリイソシアネートは単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
【0024】
本発明で用いるポリヒドロキシ化合物(B)としては、、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコールジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ビスヒドロキシエトキシベンゼン、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールA、ビスフェノールS、水素添加ビスフェノールA、ハイドロキノン、これらジオールのアルキレンオキシド付加体などのジオール類;ソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトラオール、1,4−ソルビタン、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリール、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどの3官能以上のポリオール類;ポリエステルジオールなどのポリエステルポリオール、ポリエーテルジオールなどのポリエーテルポリオール、ポリカーボネートジオールなどのポリカーボネートポリオールなどがあげられる。これらポリヒドロキシ化合物は単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
【0025】
前記ポリエステルポリオールとしては、たとえば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコールジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ビスヒドロキシエトキシベンゼン、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールA、ビスフェノールS、水素添加ビスフェノールA、ハイドロキノン、これらジオールのアルキレンオキシド付加体などのジオール成分の1種または2種以上と、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ヘンデカンジカルボン酸、デカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸、無水マレイン酸、フマル酸、1,3−シクロペンタンジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、2,5−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、ナフタル酸、ビフェニルジカルボン酸、1,2−ビスフェノキシエタン−p,p′−ジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、これらジカルボン酸の無水物ないしエステル形成性誘導体などの酸成分の1種または2種以上とから、脱水縮合反応によって得られるポリエステル類をはじめとして、さらにはε−カプロラクトンなどの環状エステル化合物の開環重合反応によって得られるポリエステル類、またはそれらの共重合ポリエステル類などがあげられる。
【0026】
前記ポリエーテルポリオールとしては、たとえば、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、トリメチレングリコール、1,3−ブタンジオール、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、ネオペンチルグリコール、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ソルビトール、蔗糖、ビスフェノールA、ビスフェノールS、水素添加ビスフェノールA、アコニット酸、トリメリット酸、ヘミメリット酸、燐酸、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリイソプロパノールアミン、ピロガロール、ジヒドロキシ安息香酸、ヒドロキシフタール酸、1,2,3−プロパントリチオールなどの活性水素を少なくとも2個有する化合物またはエチレンジアミン、プロピレンジアミン等の1級アミノ基を少なくとも2個有する化合物を開始剤として、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド、スチレンオキサイド、エピクロロヒドリン、テトラヒドロフラン、シクロヘキシレンなどのモノマーの1種または2種以上を用いて、常法により付加重合したものなどがあげられる。
【0027】
前記ポリカーボネートポリオールとしては、たとえば、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ジエチレングリコールなどのジオール類とジフェニルカーボネートおよびホスゲンとの反応によって得られる化合物などがあげられる。
【0028】
本発明に使用するポリヒドロキシ化合物(C)の酸で中和または四級化剤で四級化する前の三級アミノ基を有するポリヒドロキシ化合物(Cp)としては、たとえば、下記一般式(I):
【0029】
【化1】
Figure 0003718150
【0030】
(式中、Rは炭素数1〜4のアルキル基またはヒドロキシアルキル基を表し、R1およびR2は同一であっても相異なっていてもよく、それぞれ炭素数1〜4のアルキレン基を表す)で示される化合物があげられる。一般式(I)で示される化合物には、三級アミノ基を有するジオール化合物、三級アミノ基を有するトリオール化合物が含まれる。このような化合物のうち、ジオール化合物(Rがアルキル基である化合物)としては、N−メチル−N,N−ジエタノールアミン、N−エチル−N,N−ジエタノールアミン、N−イソブチル−N,N−ジエタノールアミンなどがあげられ、トリオール化合物(Rがヒドロキシアルキル基である化合物)としてはトリエタノールアミンなどがあげられる。
【0031】
本発明においては、NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物(B)および分子中に酸で中和するかまたは四級化剤で四級化した三級アミノ基を有し、かつ、NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物(C)〔または分子中に三級アミノ基を有し、かつ、NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物(Cp)〕の平均活性水素濃度が100〜800(mgKOH/g)であるのが好ましい。平均活性水素濃度が100未満の場合は、耐擦過性、耐熱性が劣る傾向にあり、一方800を超える場合は紙加工特性が低下する傾向にある。
【0032】
ここで、ポリヒドロキシ化合物(B)およびポリヒドロキシ化合物(C)の平均活性水素濃度は、つぎのようにして求められる値である。NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物(B)が、B1、B2……Bk(ここで、kは1以上の整数)の成分からなり、成分B1、B2……Bkについて、活性水素濃度(mgKOH/g)がそれぞれHB1、HB2……HBKであり、使用量(g)がそれぞれWB1、WB2……WBkであるとする。また、分子中に酸で中和するかまたは四級化剤で四級化した三級アミノ基を有し、かつ、NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物(C)が、C1、C2……Cm(ここで、mは1以上の整数)の成分からなり、成分C1、C2……Cmついて、活性水素濃度(mgKOH/g)がそれぞれHC1、HC2、HCmであり、使用量(g)がそれぞれWC1、WC2……WCmであるとする。このような成分B1、B2……Bk、成分C1、C2……Cmの混合物についての平均活性水素濃度は、次式:
【0033】
【数2】
Figure 0003718150
【0034】
によって求められる。
【0035】
ポリヒドロキシ化合物(B)とポリヒドロキシ化合物(Cp)の平均活性水素濃度も、前記と同様にして求められる。
【0036】
本発明のカチオン性水性ポリウレタン樹脂は、
[I](1)有機ポリイソシアネート(A)、ポリヒドロキシ化合物(B)、分子中に三級アミノ基を有し、かつ、NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物(Cp)とを反応させてウレタンプレポリマーを得、ついで該ウレタンプレポリマーの三級アミノ基を酸で中和するかまたは四級化剤で四級化してカチオン性ウレタンプレポリマーを得るか、あるいは
(2)有機ポリイソシアネート(A)、ポリヒドロキシ化合物(B)、分子中に酸で中和するかまたは四級化剤で四級化した三級アミノ基を有し、かつ、NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物(C)とを反応させてカチオン性ウレタンプレポリマーを得るカチオン性ウレタンプレポリマーの製造工程と、
[II]該カチオン性ウレタンプレポリマーをポリアミン化合物で鎖伸長してカチオン性水系ポリウレタン樹脂を得る工程
からなる製造方法によって製造することができる。
【0037】
前記三級アミノ基を中和するために用いられる酸としては、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、乳酸、リンゴ酸、クエン酸などの有機酸および塩酸、リン酸、亜リン酸、硝酸などの無機酸があげられる。また、四級化剤としては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキサイド、スチレンオキサイド、エピクロロヒドリンなどのエポキシ化合物、ジメチル硫酸、ジエチル硫酸などのジアルキル硫酸類、パラトルエンスルホン酸メチルなどのスルホン酸アルキル類、メチルクロライド、エチルクロライド、ベンジルクロライド、メチルブロマイド、エチルブロマイドなどのハロゲン化アルキル類などがあげられる。
【0038】
有機ポリイソシアネート(A)が芳香族イソシアネートなどの反応性の高いイソシアネートの場合は、工程[I]において、三級アミノ基を有するポリヒドロキシ化合物(Cp)を用いてウレタンプレポリマーを製造したのち、三級アミノ基をカチオン化する方法(1)を採ると、ゲル化などの惧れがあるので、カチオン化した三級アミノ基を有するポリヒドロキシ化合物(C)を用いてウレタンプレポリマーを製造する方法(2)が好ましい。
【0039】
工程[I]においては、有機ポリイソシアネート(A)と、ポリヒドロキシ化合物(B)および分子中に酸で中和するかまたは四級化剤で四級化した三級アミノ基を有し、かつ、NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物(C)〔またはポリヒドロキシ化合物(B)および分子中に三級アミノ基を有し、かつ、NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物(Cp)〕とを、好ましくは、(A)のイソシアネート基の当量と(B)および(C)〔または(Cp)〕の活性水素原子の当量の合計の比が1.0/1.0〜1.0/0.5となるように反応させて、末端イソシアネート基のウレタンプレポリマーを製造する。
【0040】
分岐密度が0.08〜0.25のカチオン性ウレタンプレポリマーを製造するには、ポリヒドロキシ化合物(B)として、ジオールと官能基数が3以上のポリオールの混合物を使用し、さらに、ポリヒドロキシ化合物(C)〔またはポリヒドロキシ化合物(Cp)〕として官能基数が2の化合物を使用し、有機ポリイソシアネートとして、ジイソシアネートを使用すると、分岐密度の調節が容易である。
【0041】
工程[I]におけるイソシアネート重付加反応は、組成によって無溶剤下に行うこともできるが、反応系の反応抑制やベース粘度コントロールなどの目的でイソシアネート重付加反応系に直接関与しない親水性有機溶剤を反応溶媒として用いて実施することが一般的である。かかる親水性有機溶剤としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトンなどのケトン類、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸プロピル、蟻酸ブチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ブチルなどの有機酸エステル、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドンのなどのアミン類などがあげられる。反応に使用した親水性有機溶剤は最終的には取り除かれるのが好ましい。
【0042】
工程[II]では、工程[I]で得られたカチオン性ウレタンプレポリマーをポリアミン化合物で鎖伸長する。たとえば、工程[I]で得られたカチオン性ウレタンプレポリマーの溶液に水を加えて乳化した後、ポリアミン化合物を加えて鎖伸長反応を行わせ、ついで溶剤を除去すると、カチオン性水系ポリウレタン樹脂のエマルジョンが得られる。ポリアミン化合物で鎖伸長することにより、前記のような高分子量のポリウレタン樹脂を容易に得ることができる。
【0043】
鎖伸長剤として用いるポリアミン化合物としては、たとえばエチレンジアミン、トリメチレンジアミン、プロピレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなどの一級アミノ基を2個有する脂肪族ジアミン化合物;トリレンジアミン、キシレンジアミン、ジアミノジフェニルメタンなどの一級アミノ基を2個有する芳香族ジアミン化合物;ジアミノシクロヘキシルメタンなどの一級アミノ基を2個有する脂環式ジアミン化合物;ピペラジン、2−メチルピペラジンなどのピペラジン誘導体;イソホロンジアミン;ジエチレントリアミン、ジプロピレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミンなどの一級アミノ基を2個有し、2級アミノ基を1個以上有する脂肪族ポリアミン化合物;ヒドラジン、アジピン酸ヒドラジドなどのジヒドラジン誘導体;メラミンなどの一級アミノ基を3個以上有するポリアミン化合物などがあげられる。
【0044】
カチオン性水系ポリウレタン樹脂エマルジョンの平均粒子径は、紙に対する浸透性の関係から、0.001〜0.1μmの範囲が好ましい。
【0045】
本発明のインクジェット記録紙用塗工剤は前記カチオン性水系ポリウレタン樹脂のエマルジョンを含有するものであるが、インクジェット記録紙用塗工剤に一般に使用されている、たとえば水溶性高分子、無機充填剤などの各種添加剤を配合してもよい。水溶性高分子としては、たとえば、酸化デンプン、ポリビニルアルコール、ゼラチン、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ソーダ、カゼイン、カルボキシメチルセルロースなどがあげられる。無機充填剤としては、たとえば、軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、カオリン、タルク、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸亜鉛、炭酸亜鉛、サチンホワイト、珪酸アルミニウム、ケイソウ土、珪酸カルシウム、無定形シリカ、水酸化アルミニウム、アルミナ、リトポンなどがあげられる。印字速度、発色性などの点からは、無定形シリカが好ましい。
【0046】
本発明のインクジェット記録紙用塗工剤における前記カチオン性水系ポリウレタン樹脂の含有量は、その優れた性能を充分に発揮させる点から、5重量%以上であるのが好ましい。
【0047】
本発明のインクジェット記録紙用塗工剤を紙基材に塗布することによって、インクジェット記録紙が得られる。紙基材としては、普通紙、塗工紙などが使用できる。塗工剤の乾燥後の塗布厚さは3〜30μm程度が適当である。
【0048】
【実施例】
つぎに本発明を実施例をあげて説明する。
【0049】
下記の実施例で得られたカチオン性ポリウレタン樹脂の重量平均分子量は、カチオン性ポリウレタン樹脂の相対分子量分布をGPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)により求め、ポリエチレングリコール換算重量平均分子量として求めた。GPCの測定条件はつぎのとおりである。
【0050】
測定機種:東ソー(株)製SC−8010システム
カラム:Shodex Ohpak SB−G+Ohpak SB−806MHQ×2本
溶解液:DMF/0.06M LiBr/0.04M H3PO3
温度:カラム恒温槽40℃
流速:1.0ml/分
濃度:0.1wt/Vol%
注入量:100μl
溶解性:完全溶解
前処理:0.45μmフィルター
検出器:示差屈折計
【0051】
用いたポリヒドロキシ化合物の活性水素濃度は次のようにして求める。
【0052】
試料を推定活性水素濃度に応じてサンプリングし重量を測定した後、5mlのアセチル化試薬(使用直前に無水酢酸1容量部とピリジン2容量部を混合して調製する)を加え10〜15分間加熱してアセチル化を行う。その後水2mlを加え冷却し、約20分間放置して過剰の無水酢酸を加水分解する。これに中性エタノール60mlを加え、フエノールフタレイン指示薬0.2mlを加えて1mol/l水酸化カリウム標準液で滴定し、つぎの式により求める。
【0053】
活性水素濃度(mgKOH/g)
=[(B−S)×f×56.11]/試料の質量(g)+AV
B:空試験に要した1mol/l水酸化カリウム標準液のml
S:実試験に要した1mol/l水酸化カリウム標準液のml
f:1mol/l水酸化カリウム標準液の力価
AV:同一試料の酸価
【0054】
実施例1
ポリブチレンアジペートジオール(重量平均分子量2000、商品名ニッポラン4010、日本ポリウレタン工業(株)製)300重量部、トリメチロールプロパン(分子量134)9.0重量部、N−メチル−N,N−ジエタノールアミン49重量部、イソホロンジイソシアネート180重量部、メチルエチルケトン377重量部を反応容器にとり、70〜75℃に保ちながら90分間反応させ、ついでジメチル硫酸38.1重量部を添加し、50〜60℃で20分間反応させて、NCO含有率が2.2重量%であるカチオン性ウレタンポリマーの溶液を得た。この溶液に撹拌下に水1370重量部を一括添加して乳化後、ただちにエチレンジアミン8.4重量部を水40重量部に溶解した溶液を添加し、30℃で60分間反応させて鎖伸長を行わせ、次いでメチルエチルケトンを留去させることにより、重量平均分子量75万のカチオン性ポリウレタン樹脂のエマルジョン(固形分濃度30重量%、エマルジョン平均粒子径0.03μm)を得た。なお、前記ポリブチレンアジペートジオールとトリメチロールプロパンとN−メチル−N,N−ジエタノールアミンの平均活性水素濃度は207(mgKOH/g)であった。また前記カチオン性ウレタンプレポリマーの分岐密度は0.12であった。
【0055】
実施例2
1,6−ヘキサンジオールおよびエチレングリコールとイソフタル酸およびアジピン酸から得られたポリエステルジオール(重量平均分子量1000、商品名TA−22−419A、日立化成ポリマー(株)製)240重量部、トリメチロールプロパン(分子量134)8.0重量部、N−メチル−N,N−ジエタノールアミン41重量部、イソホロンジイソシアネート180重量部、メチルエチルケトン310重量部を反応容器にとり、70〜75℃に保ちながら60分間反応させ、ついでジメチル硫酸32.5重量部を添加し、50〜60℃で20分間反応させて、NCO含有率が2.3重量%であるカチオン性ウレタンポリマーの溶液を得た。この溶液に撹拌下に水1290重量部を一括添加して乳化後、ただちにエチレンジアミン7.7重量部を水40重量部に溶解した溶液を添加し、30℃で60分間反応させて鎖伸長を行わせ、次いでメチルエチルケトンを留去させることにより、重量平均分子量45万のカチオン性ポリウレタン樹脂のエマルジョン(固形分濃度28重量%、エマルジョン平均粒子径0.02μm)を得た。なお、前記ポリエステルジオールとトリメチロールプロパンとN−メチル−N,N−ジエタノールアミンの平均活性水素濃度は261(mgKOH/g)であった。また前記カチオン性ウレタンプレポリマーの分岐密度は0.13であった。
【0056】
実施例3
ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物(重量平均分子量330、商品名ニューポールBPE−20NK、三洋化成工業(株)製)150重量部、トリメチロールプロパン(分子量134)11重量部、N−メチル−N,N−ジエタノールアミン44重量部、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート300重量部、メチルエチルケトン450重量部を反応容器にとり、70〜75℃に保ちながら120分間反応させ、ついでジメチル硫酸32.7重量部を添加し、50〜60℃で20分間反応させて、NCO含有率が3.1重量%であるカチオン性ウレタンポリマーの溶液を得た。この溶液に撹拌下に水1577重量部を一括添加して乳化後、ただちにエチレンジアミン11.2重量部を水50重量部に溶解した溶液を添加し、30℃で60分間反応させて鎖伸長を行わせ、次いでメチルエチルケトンを留去させることにより、重量平均分子量90万のカチオン性ポリウレタン樹脂のエマルジョン(固形分濃度27重量%、エマルジョン平均粒子径0.04μm)を得た。なお、前記ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物とトリメチロールプロパンとN−メチル−N,N−ジエタノールアミンの平均活性水素濃度は520(mgKOH/g)であった。また前記カチオン性ウレタンプレポリマーの分岐密度は0.16であった。
【0057】
実施例4
N−メチル−N,N−ジエタノールアミン39.6重量部とメチルエチルケトン175重量部を反応容器にとり、これにジメチル硫酸41.9重量部をメチルエチルケトン70重量部に溶解した溶液を徐々に滴下し、40〜50℃で10分間四級化反応を行わせた。この反応容器に、ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物(重量平均分子量330、商品名ニューポールBPE−20NK、三洋化成工業(株)製)123.8重量部、トリメチロールプロパン(分子量134)9.9重量部、トリレンジイソシアネート175.8重量部、メチルエチルケトン350重量部を加え、70〜75℃に保ちながら180分間反応させ、NCO含有率が4.4重量%であるカチオン性ウレタンポリマーの溶液を得た。この溶液に撹拌下に水912重量部を一括添加して乳化後、ただちにアジピン酸ヒドラジド31.8重量部を水120重量部に溶解した溶液を添加し、30℃で30分間反応させて鎖伸長を行わせ、次いでメチルエチルケトンを留去させることにより、重量平均分子量95万のカチオン性ポリウレタン樹脂のエマルジョン(固形分濃度27重量%、エマルジョン平均粒子径0.04μm)を得た。なお、前記ビスフェノールAのエチレンオキサイド2モル付加物とトリメチロールプロパンと四級化N−メチル−N,N−ジエタノールアミンの平均活性水素濃度は531(mgKOH/g)であった。また前記カチオン性ウレタンプレポリマーの分岐密度は0.21であった。
【0058】
実施例5
ポリテトラメチレングリコール(重量平均分子量250、商品名TERATHANE250、デュポン社製)34重量部、1,4−シクロヘキサンジメタノール(分子量144.2)45.8重量部、トリメチロールプロパン(分子量134)8.9重量部、N−メチル−N,N−ジエタノールアミン36重量部、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート268重量部、メチルエチルケトン300重量部を反応容器にとり、70〜75℃に保ちながら120分間反応させ、ついでジメチル硫酸29.7重量部を添加し、50〜60℃で20分間反応させて、NCO含有率が3.6重量%であるカチオン性ウレタンポリマーの溶液を得た。この溶液に撹拌下に水1420重量部を一括添加して乳化後、ただちにエチレンジアミン9.8重量部を水50重量部に溶解した溶液を添加し、30℃で60分間反応させて鎖伸長を行わせ、次いでメチルエチルケトンを留去させることにより、重量平均分子量75万のカチオン性ポリウレタン樹脂のエマルジョン(固形分濃度26重量%、エマルジョン平均粒子径0.01μm)を得た。なお、前記ポリテトラメチレングリコールと1,4−シクロヘキサンジメタノールとトリメチロールプロパンとN−メチル−N,N−ジエタノールアミンの平均活性水素濃度は770(KOHmg/g)であった。また前記カチオン性ウレタンプレポリマーの分岐密度は0.17であった。
【0059】
実施例6
ポリカーボネートジオール(重量平均分子量1000、商品名ニッポラン981、日本ポリウレタン工業(株)製)250重量部、ポリエチレングリコール(重量平均分子量600、商品名PEG600S、第一工業製薬(株)製)10重量部、トリメチロールプロパン(分子量134)7.0重量部、N−メチル−N,N−ジエタノールアミン31重量部、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート200重量部、メチルエチルケトン400重量部を反応容器にとり、70〜75℃に保ちながら120分間反応させ、ついでジメチル硫酸32重量部を添加し、50〜60℃で20分間反応させて、NCO含有率が2.5重量%であるカチオン性ウレタンポリマーの溶液を得た。この溶液に撹拌下に水1320重量部を一括添加して乳化後、ただちにエチレンジアミン8.9重量部を水50重量部に溶解した溶液を添加し、30℃で60分間反応させて鎖伸長を行わせ、次いでメチルエチルケトンを留去させることにより、重量平均分子量73万のカチオン性ポリウレタン樹脂のエマルジョン(固形分濃度25重量%、エマルジョン平均粒子径0.03μm)を得た。なお、前記ポリカーボネートジオールとポリエチレングリコールとトリメチロールプロパンとN−メチル−N,N−ジエタノールアミンの平均活性水素濃度は228(mgKOH/g)であった。また前記カチオン性ウレタンプレポリマーの分岐密度は0.10であった。
【0060】
比較例1
ポリテトラメチレングリコール(重量平均分子量2000、商品名PTMG1000、三菱化学(株)製)238重量部、N−メチル−N,N−ジエタノールアミン38.1重量部、イソホロンジイソシアネート137重量部、メチルエチルケトン210重量部を反応容器にとり、70〜75℃に保ちながら150分間反応させ、ついでジメチル硫酸32.3重量部を添加し、50〜60℃で20分間反応させて、NCO含有率が2.0重量%であるカチオン性ウレタンポリマーの溶液を得た。この溶液に撹拌下に水1155重量部を一括添加して乳化後、ただちにエチレンジアミン6.0重量部を水40重量部に溶解した溶液を添加し、30℃で60分間反応させて鎖伸長を行わせ、次いでメチルエチルケトンを留去させることにより、重量平均分子量62万のカチオン性ポリウレタン樹脂のエマルジョン(固形分濃度30重量%、エマルジョン平均粒子径0.02μm)を得た。なお、前記ポリテトラメチレングリコールとN−メチル−N,N−ジエタノールアミンの平均活性水素濃度は227(mgKOH/g)であった。また前記カチオン性ウレタンプレポリマーの分岐密度はゼロであった。
【0061】
比較例2
ポリエステルジオール(重量平均分子量4000、商品名HOKOKUOL HT−400、豊国製油(株)製)400重量部、トリメチロールプロパン(分子量134)24重量部、N−メチル−N,N−ジエタノールアミン18重量部、イソホロンジイソシアネート150重量部、メチルエチルケトン592重量部を反応容器にとり、70〜75℃に保ちながら150分間反応させ、ついでジメチル硫酸18.0重量部を添加し、50〜60℃で20分間反応させて、NCO含有率が3.2重量%であるカチオン性ウレタンポリマーの溶液を得た。この溶液に撹拌下に水1520重量部を一括添加して乳化後、ただちにエチレンジアミン6.0重量部を水40重量部に溶解した溶液を添加し、30℃で60分間反応させて鎖伸長を行わせ、次いでメチルエチルケトンを留去させることにより、重量平均分子量76万のカチオン性ポリウレタン樹脂のエマルジョン(固形分濃度30重量%、エマルジョン平均粒子径0.15μm)を得た。なお、前記ポリエステルジオールとトリメチロールプロパンとN−メチル−N,N−ジエタノールアミンの平均活性水素濃度は132(mgKOH/g)であった。また前記カチオン性ウレタンプレポリマーの分岐密度は0.29であった。
【0062】
実施例7〜12および比較例3、4
実施例1〜6および比較例1、2で得られた各カチオン性ポリウレタン樹脂エマルジョン50重量部に無定形シリカ50重量部、20重量%ポリビニルアルコール水溶液200重量部を配合してインクジェット記録紙用塗工液を調製し、これを上質紙にバーコーターにより乾燥後厚さが25μmになるように塗布し、100℃で3分間乾燥して、インクジェット記録紙を得た。
【0063】
得られたインクジェット記録紙について、下記の項目について評価した。結果を表1に示す。
【0064】
(1)インク定着性
前記インクジェット記録紙の塗工面にインクジェットプリンター(セイコーエプソン(株)製MACHJET MJ−830C)で印刷し、記録画像に指触したときにインクが付着しなくなるまでの時間により評価した。
評価基準
◎:20秒未満
○:20〜60秒
×:60秒を超える
【0065】
(2)耐水性
前記(1)と同様に印刷し、印字部と非印字部の境界にスポイトで水を1滴滴下して印字の滲みを目視で観察して評価した。
評価基準
◎:まったく滲まない
○:僅かに滲む(印字の識別可能)
×:滲む(印字の識別不可能)
【0066】
(3)紙加工性
インクジェット記録紙用塗工液を塗布し乾燥した後の塗工面のひび割れを目視で観察して評価した。
評価基準
◎:ひび割れなし
○:2mm以内のひび割れあり
×:2mmを超えるひび割れあり
【0067】
(4)耐擦過性
印字していないA4サイズのインクジェット記録紙について、インクジェットプリンター(セイコーエプソン(株)製MACHJET MJ−830C)を用いて紙送りを繰り返すことにより評価した。
評価基準
◎:非常に良好(50回紙送りしても塗工面に傷つきなし)
○:良好(30回紙送りしても塗工面に傷つきなし)
△:やや良好(10〜30回の紙送りで塗工面に傷発生)
×:不良(10回未満の紙送りで塗工面に傷発生)
【0068】
(5)寸法安定性
前記インクジェット記録紙の塗工面にインクジェットプリンター(セイコーエプソン(株)製MACHJET MJ−830C)でベタ印刷し、印刷前の用紙寸法と印刷後の用紙寸法を比較することにより評価した(印刷前の用紙面積に対する印刷後の用紙面積の増加率で比較した)。
評価基準
◎:非常に優れる(寸法変化なし)
○:良好(寸法変化1%以内)
×:不良(寸法変化が1%を超える)
【0069】
(6)耐熱性
前記インクジェット記録紙の塗工面にインクジェットプリンター(セイコーエプソン(株)製MACHJET MJ−830C)でカラー印刷した後、60℃で3日間保存して各色の変化を目視観察して判定した。このテストは、高温で保存した場合にインクジェット記録紙用塗工剤がインクの色目に影響する度合いを調べるものである。
評価基準
◎:非常に優れる(まったく変化なし)
○:良好(僅かに変化が認められる)
×:不良(変化あり、画像としての価値がないレベル)
【0070】
(7)耐溶剤性
前記インクジェット記録紙の塗工面にインクジェットプリンター(セイコーエプソン(株)製MACHJET MJ−830C)で印刷した後、メタノールをつけた綿棒で印字面を軽く擦ることにより評価した。
評価基準
◎:非常に優れる(50回擦っても、くもり、脱落なし)
○:良好(30回擦っても、くもり、脱落なし)
△:やや劣る(10〜30回の擦りで、くもり、脱落発生)
×:不良(10回未満の擦りで、くもり、脱落発生)
【0071】
【表1】
Figure 0003718150
【0072】
【発明の効果】
本発明の特定のカチオン性水系ポリウレタン樹脂からなるインクジェット記録紙用塗工剤は、インク定着性、耐水性はもとより、耐擦過性、印刷時の寸法安定性、耐熱性、耐溶剤性、無機充填剤に対するバインダー能力などがともに優れている。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a coating agent for inkjet recording paper and an inkjet recording paper coated with the same.
[0002]
[Prior art]
Inkjet recording has the characteristics that the recording device is simple, plain paper or coated paper can be used, colorization is easy, and beautiful full-color images and text figures can be recorded easily. It is spreading rapidly.
[0003]
Ink-jet recording generally uses a water-based ink containing a dye as a colorant. However, this water-based ink uses water as a medium, and thus has a problem that ink fixability (ink drying property) is inferior, and a dye is used. Therefore, there are problems such as poor water resistance of recorded images. In order to solve these problems, various chemicals are applied to a paper substrate. For example, it has been proposed to apply a cationic resin such as dicyandiamide condensate, polyamine, or polyethyleneimine. When water-based ink is recorded on an ink jet recording paper coated with such a cationic resin, it is expected that the water resistance is improved by combining the dye in the ink with the cationic resin of the coating layer. However, neither ink fixing property nor water resistance is sufficient.
[0004]
Japanese Patent No. 2884532 proposes using a cationic polyurethane resin as a coating agent for ink jet recording paper, but the specifically disclosed cationic polyurethane resin contains diol, tertiary A diol having an amino group and an aliphatic diisocyanate are reacted to obtain a urethane prepolymer, and then a tertiary amino group in the urethane prepolymer is neutralized with an acid to form a cationic urethane prepolymer, and then the cation A cationic polyurethane resin having a weight average molecular weight of 2,000 to 50,000 is obtained by chain-extending a functional urethane prepolymer with water.
[0005]
In this cationic polyurethane resin, the ink fixing property and water resistance are considerably improved, but scratches are easily caused by rubbing the coated surface (poor scratch resistance), and the recording paper extends when printed with aqueous ink (when printing) Binders for inorganic fillers, images are discolored when the printed matter is stored at high temperature (heat resistance is poor), and images are removed when the printed surface is rubbed with an organic solvent (solvent resistance is poor). Suppresses side reactions in the urethanization reaction when there is a problem such as inferior ability and the use of highly reactive aromatic isocyanate or a large amount of tertiary amino group-containing diol is used. However, it is difficult to control the reaction, and there is a concern that the emulsification may be poor due to abnormal thickening or gelation may occur in the urethane synthesis stage. Improvement of these points is desired.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the problems of the prior art, the present invention has excellent ink fixing properties, water resistance, scratch resistance, dimensional stability during printing, heat resistance, solvent resistance, binder ability for inorganic fillers, and the like. It is an object of the present invention to provide a coating agent for inkjet recording paper comprising a cationic polyurethane resin.
[0007]
Furthermore, the present invention relates to an inkjet recording paper comprising a cationic polyurethane resin that can be stably produced even when a highly reactive aromatic isocyanate is used or when the amount of tertiary amino group-containing diol is large. An object is to provide a coating agent.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides the following coating agent for ink jet recording paper and ink jet recording paper coated therewith.
[0009]
(1) (A) a structural unit derived from an organic polyisocyanate, (B) a structural unit derived from a polyhydroxy compound having at least two active hydrogen atoms reactive with an NCO group, and (C) a molecule Derived from a polyhydroxy compound having a tertiary amino group neutralized with acid or quaternized with a quaternizing agent and having at least two active hydrogen atoms reactive with NCO groups An ink jet recording comprising an emulsion of a cationic water-based polyurethane resin comprising a constituent unit and having a chain extension of a cationic urethane prepolymer having a branch density of 0.08 to 0.25 per 1000 atomic weights by a polyamine compound Paper coating agent.
[0010]
(2) The coating agent for inkjet recording paper according to (1), wherein the average active hydrogen concentration of the polyhydroxy compound (B) and the polyhydroxy compound (C) is 100 to 800 (mg KOH / g).
[0011]
(3) The coating agent for inkjet recording paper according to (1) or (2), wherein the emulsion of the cationic aqueous polyurethane resin has an average particle size of 0.001 to 0.1 μm.
[0012]
(4) The cationic urethane prepolymer has at least an active hydrogen atom having an organic polyisocyanate (A), a polyhydroxy compound (B), a tertiary amino group in the molecule and reactive with an NCO group. It was obtained by reacting with two polyhydroxy compounds (Cp) to obtain a urethane prepolymer, and then neutralizing the tertiary amino group of the urethane prepolymer with an acid or quaternizing with a quaternizing agent. The coating agent for inkjet recording paper according to any one of (1) to (3), which is a product.
[0013]
(5) When the organic polyisocyanate (A) is an aromatic polyisocyanate, the cationic urethane prepolymer is neutralized with an acid in the organic polyisocyanate (A), the polyhydroxy compound (B), or the molecule It is obtained by reacting a polyhydroxy compound (C) having a tertiary amino group quaternized with a quaternizing agent and having at least two active hydrogen atoms reactive with an NCO group. The coating agent for inkjet recording paper according to any one of (1) to (3).
[0014]
(6) The coating agent for inkjet recording paper according to any one of (1) to (5), wherein the water-based polyurethane resin has a weight average molecular weight of 100,000 to 1,000,000.
[0015]
(7) An ink jet recording paper obtained by applying the coating agent according to any one of (1) to (6) onto a paper substrate.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The coating agent for inkjet recording paper of the present invention is derived from (A) a structural unit derived from an organic polyisocyanate and (B) a polyhydroxy compound having at least two active hydrogen atoms reactive with NCO groups. And (C) a tertiary amino group neutralized with an acid or quaternized with a quaternizing agent in the molecule, and at least 2 active hydrogen atoms reactive with the NCO group An emulsion of a cationic water-based polyurethane resin comprising a cationic urethane prepolymer having a branch density of 0.08 to 0.25 per 1000 atomic weights and chain-extended with a polyamine compound. It is characterized by containing.
[0017]
Here, the branch density per 1000 atomic weight of the cationic urethane prepolymer referred to in the present invention is a value determined as follows. That is, the organic polyisocyanate (A) is composed of components A1, A2... Aj (where j is an integer of 1 or more), and the molecular weights of components A1, A2... Aj are MW A1 , MW A2 . ... a MW Aj, functionality is F A1, F A2 ...... F Aj, respectively, the amount (g) is assumed to be W A1, W A2 ...... W Aj, respectively. In addition, the polyhydroxy compound (B) having at least two active hydrogen atoms reactive with the NCO group is composed of components B1, B2... Bk (where k is an integer of 1 or more), and component B1, For B2, Bk, the molecular weights are MW B1 , MW B2, MW BK , the number of functional groups is F B1 , F B2, F Bk , and the usage (g) is W B1 , W B2 , respectively ... W Bk . Further, a polyhydroxy compound having a tertiary amino group neutralized with an acid or quaternized with a quaternizing agent in the molecule and having at least two active hydrogen atoms reactive with an NCO group ( C) is composed of components C1, C2... Cm (where m is an integer of 1 or more), and the components C1, C2... Cm have molecular weights MW C1 , MW C2 , and MW Cm , respectively. radix is F C1, F C2 ...... F Cm respectively, the amount (g) is assumed to be W C1, W C2 ...... W Cm, respectively. The branch density per 1000 atomic weight of the cationic urethane prepolymer obtained by reacting such components A1, A2... Aj, components B1, B2... Bk and components C1, C2. formula:
[0018]
[Expression 1]
Figure 0003718150
[0019]
Sought by.
[0020]
In the present invention, a cationic aqueous polyurethane resin obtained by chain-extending a cationic urethane prepolymer having a branch density of 0.08 to 0.25 per 1000 atomic weight with a polyamine compound is used as a coating agent for inkjet recording paper. As a result, it was found that ink fixing properties (drying properties) and water resistance were excellent, as well as scratch resistance, dimensional stability during printing, heat resistance, solvent resistance, and binder ability for inorganic fillers. . That is, an ink jet recording paper coated with a cationic aqueous polyurethane resin obtained by chain-extending a cationic urethane prepolymer having a branch density of 0.08 to 0.25 per 1000 atomic weight with a polyamine compound is scratched even if the coated surface is rubbed. Difficult to scratch (excellent scratch resistance), recording paper does not stretch even when printed with water-based ink (excellent dimensional stability during printing), and color changes even when the printed matter is stored at high temperatures Even when an inorganic filler is used in combination, the coating surface is uniform and has good coatability even when the printed surface is rubbed with an organic solvent and the image does not fall off (excellent solvent resistance). The excellent effect that a work layer can be formed (the binder ability with respect to an inorganic filler is excellent) is exhibited.
[0021]
When the branch density is less than 0.08, the scratch resistance, dimensional stability during printing, and heat resistance are poor. When the branch density exceeds 0.25, the minimum film-forming temperature of the polyurethane resin becomes too high, which is not preferable for processing.
[0022]
In order to obtain excellent scratch resistance, printing stability, heat resistance, and solvent resistance, the cationic water-based polyurethane resin preferably has a weight average molecular weight of 100,000 to 1,000,000, more preferably 400,000 to 1 million. When the weight average molecular weight of the cationic water-based polyurethane resin is less than the above range, the scratch resistance, stability during printing, heat resistance, and solvent resistance tend to be inferior. On the other hand, when the weight average molecular weight exceeds the above range, the film forming temperature of the polyurethane resin tends to be high, and the processability tends to deteriorate.
[0023]
Examples of the organic polyisocyanate (A) used in the present invention include 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, m-phenylene diisocyanate, p-phenylene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 2,4'-diphenylmethane diisocyanate, 2,2'-diphenylmethane diisocyanate, 3,3'-dimethyl-4,4'-biphenylene diisocyanate, 3,3'-dichloro-4,4'-biphenylene diisocyanate, 1,5- Naphthalene diisocyanate, 1,5-tetrahydronaphthalene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate, 1,6-hexamethylene diisocyanate, dodecamethylene diisocyanate, trimethylhexamethylene diiso Anate, 1,3-cyclohexylene diisocyanate, 1,4-cyclohexylene diisocyanate, xylylene diisocyanate, tetramethylxylylene diisocyanate, hydrogenated xylylene diisocyanate, lysine diisocyanate, isophorone diisocyanate, 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, etc. can give. These organic polyisocyanates may be used alone or in combination of two or more.
[0024]
Examples of the polyhydroxy compound (B) used in the present invention include ethylene glycol, propylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, and 3-methyl-1,5-pentane. Diol, 1,6-hexanediol, neopentyl glycol diol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, bishydroxyethoxybenzene, 1,4-cyclohexanedimethanol, bisphenol A , Bisphenol S, hydrogenated bisphenol A, hydroquinone, diols such as alkylene oxide adducts of these diols; sorbitol, 1,2,3,6-hexanetetraol Tri- or higher functional polyols such as 1,4-sorbitan, 1,2,4-butanetriol, 1,2,5-pentanthryl, glycerin, trimethylolethane, trimethylolpropane, pentaerythritol; polyester such as polyester diol Examples thereof include polyether polyols such as polyols and polyether diols, and polycarbonate polyols such as polycarbonate diols. These polyhydroxy compounds may be used alone or in combination of two or more.
[0025]
Examples of the polyester polyol include ethylene glycol, propylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 1,6- Hexanediol, neopentyl glycol diol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol, bishydroxyethoxybenzene, 1,4-cyclohexanedimethanol, bisphenol A, bisphenol S, hydrogenated One or more diol components such as bisphenol A, hydroquinone, alkylene oxide adducts of these diols, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, Dipic acid, Pimelic acid, Suberic acid, Azelaic acid, Sebacic acid, Hendecanedicarboxylic acid, Decanedicarboxylic acid, Dodecanedicarboxylic acid, Maleic anhydride, Fumaric acid, 1,3-cyclopentanedicarboxylic acid, Terephthalic acid, Isophthalic acid, Phthalic acid, 1,4-naphthalenedicarboxylic acid, 2,5-naphthalenedicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, naphthalic acid, biphenyldicarboxylic acid, 1,2-bisphenoxyethane-p, p'-dicarboxylic acid, 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, one or more acid components such as anhydrides or ester-forming derivatives of these dicarboxylic acids, and polyesters obtained by dehydration condensation reaction as well as ε-caprolactone By ring-opening polymerization reaction of cyclic ester compounds such as Polyesters obtained from the above, or copolymerized polyesters thereof.
[0026]
Examples of the polyether polyol include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, trimethylene glycol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6- Hexanediol, neopentyl glycol, glycerin, trimethylolethane, trimethylolpropane, sorbitol, sucrose, bisphenol A, bisphenol S, hydrogenated bisphenol A, aconitic acid, trimellitic acid, hemimellitic acid, phosphoric acid, ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylene Has at least two active hydrogens such as isopropanolamine, pyrogallol, dihydroxybenzoic acid, hydroxyphthalic acid, 1,2,3-propanetrithiol One type of monomer such as ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, styrene oxide, epichlorohydrin, tetrahydrofuran, cyclohexylene, etc., starting from a compound or a compound having at least two primary amino groups such as ethylenediamine and propylenediamine Or the thing etc. which carried out addition polymerization by the conventional method using 2 or more types are mention | raise | lifted.
[0027]
Examples of the polycarbonate polyol include compounds obtained by reacting diols such as 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, and diethylene glycol with diphenyl carbonate and phosgene.
[0028]
Examples of the polyhydroxy compound (Cp) having a tertiary amino group before neutralization with an acid of the polyhydroxy compound (C) used in the present invention or quaternization with a quaternizing agent include the following general formula (I) ):
[0029]
[Chemical 1]
Figure 0003718150
[0030]
(In the formula, R represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a hydroxyalkyl group, and R 1 and R 2 may be the same or different, and each represents an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms. ). The compound represented by the general formula (I) includes a diol compound having a tertiary amino group and a triol compound having a tertiary amino group. Among such compounds, diol compounds (compounds in which R is an alkyl group) include N-methyl-N, N-diethanolamine, N-ethyl-N, N-diethanolamine, N-isobutyl-N, N-diethanolamine. Examples of the triol compound (a compound in which R is a hydroxyalkyl group) include triethanolamine.
[0031]
In the present invention, a polyhydroxy compound (B) having at least two active hydrogen atoms reactive with an NCO group and a tertiary amino group neutralized with an acid in the molecule or quaternized with a quaternizing agent And a polyhydroxy compound (C) having at least two active hydrogen atoms reactive with the NCO group [or an activity having a tertiary amino group in the molecule and reactive with the NCO group The average active hydrogen concentration of the polyhydroxy compound (Cp) having at least two hydrogen atoms] is preferably 100 to 800 (mgKOH / g). When the average active hydrogen concentration is less than 100, the scratch resistance and heat resistance tend to be inferior. On the other hand, when it exceeds 800, the paper processing characteristics tend to deteriorate.
[0032]
Here, the average active hydrogen concentration of the polyhydroxy compound (B) and the polyhydroxy compound (C) is a value determined as follows. A polyhydroxy compound (B) having at least two active hydrogen atoms reactive with an NCO group is composed of components B1, B2... Bk (where k is an integer of 1 or more), and components B1, B2,. for ... Bk, active hydrogen concentration (mg KOH / g) is H B1, H B2 ...... H BK respectively, the amount (g) is assumed to be respectively W B1, W B2 ...... W Bk . Further, a polyhydroxy compound having a tertiary amino group neutralized with an acid or quaternized with a quaternizing agent in the molecule and having at least two active hydrogen atoms reactive with an NCO group ( C) is composed of components of C1, C2... Cm (where m is an integer of 1 or more), and the active hydrogen concentration (mgKOH / g) of components C1, C2... Cm is H C1 and H C2 , respectively. , H Cm , and the usage (g) is W C1 , W C2 ... W Cm , respectively. The average active hydrogen concentration for such a mixture of components B1, B2... Bk, components C1, C2.
[0033]
[Expression 2]
Figure 0003718150
[0034]
Sought by.
[0035]
The average active hydrogen concentration of the polyhydroxy compound (B) and the polyhydroxy compound (Cp) is also determined in the same manner as described above.
[0036]
The cationic aqueous polyurethane resin of the present invention is
[I] (1) Organic polyisocyanate (A), polyhydroxy compound (B), polyhydroxy having a tertiary amino group in the molecule and having at least two active hydrogen atoms reactive with NCO groups Is it possible to obtain a urethane prepolymer by reacting with the compound (Cp) and then neutralize the tertiary amino group of the urethane prepolymer with an acid or quaternize with a quaternizing agent to obtain a cationic urethane prepolymer? Or (2) an organic polyisocyanate (A), a polyhydroxy compound (B), a tertiary amino group neutralized with an acid or quaternized with a quaternizing agent in the molecule, and an NCO group Of a cationic urethane prepolymer obtained by reacting a polyhydroxy compound (C) having at least two reactive active hydrogen atoms and a reactive urethane prepolymer And the extent,
[II] The cationic urethane prepolymer can be produced by a production method comprising a step of obtaining a cationic aqueous polyurethane resin by extending a chain with a polyamine compound.
[0037]
Examples of the acid used to neutralize the tertiary amino group include organic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, lactic acid, malic acid and citric acid, and hydrochloric acid, phosphoric acid, phosphorous acid, nitric acid and the like. Examples include inorganic acids. Quaternizing agents include ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, styrene oxide, epichlorohydrin and other epoxy compounds, dimethyl sulfate and dialkyl sulfates such as diethyl sulfate, and alkyl sulfonates such as methyl paratoluenesulfonate. And alkyl halides such as methyl chloride, ethyl chloride, benzyl chloride, methyl bromide and ethyl bromide.
[0038]
When the organic polyisocyanate (A) is a highly reactive isocyanate such as an aromatic isocyanate, a urethane prepolymer is produced using a polyhydroxy compound (Cp) having a tertiary amino group in the step [I], When the method (1) for cationizing a tertiary amino group is employed, gelation or the like may occur. Therefore, a urethane prepolymer is produced using a polyhydroxy compound (C) having a cationized tertiary amino group. Method (2) is preferred.
[0039]
In step [I], the organic polyisocyanate (A), the polyhydroxy compound (B), and a tertiary amino group neutralized with an acid or quaternized with a quaternizing agent in the molecule, and , A polyhydroxy compound (C) having at least two active hydrogen atoms reactive with an NCO group [or a polyhydroxy compound (B) and a tertiary amino group in the molecule, and reactive with the NCO group A polyhydroxy compound (Cp)] having at least two active hydrogen atoms, preferably the equivalent of the isocyanate group of (A) and the equivalent of the active hydrogen atom of (B) and (C) [or (Cp)] The urethane prepolymer having a terminal isocyanate group is produced by reacting so that the total ratio is 1.0 / 1.0 to 1.0 / 0.5.
[0040]
In order to produce a cationic urethane prepolymer having a branch density of 0.08 to 0.25, a mixture of a diol and a polyol having 3 or more functional groups is used as the polyhydroxy compound (B). When a compound having 2 functional groups is used as (C) [or polyhydroxy compound (Cp)] and diisocyanate is used as the organic polyisocyanate, the branch density can be easily adjusted.
[0041]
The isocyanate polyaddition reaction in step [I] can be carried out in the absence of a solvent depending on the composition, but a hydrophilic organic solvent that does not directly participate in the isocyanate polyaddition reaction system is used for the purpose of suppressing the reaction of the reaction system or controlling the base viscosity. It is common to use it as a reaction solvent. Examples of such hydrophilic organic solvents include ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and diisobutyl ketone, methyl formate, ethyl formate, propyl formate, butyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate and methyl propionate. And organic acid esters such as ethyl propionate and butyl propionate, and amines such as N, N-dimethylformamide and N-methylpyrrolidone. The hydrophilic organic solvent used for the reaction is preferably finally removed.
[0042]
In step [II], the cationic urethane prepolymer obtained in step [I] is chain-extended with a polyamine compound. For example, after adding water to the cationic urethane prepolymer solution obtained in the step [I] and emulsifying it, a polyamine compound is added to cause chain elongation reaction, and then the solvent is removed. An emulsion is obtained. By chain extension with a polyamine compound, a high molecular weight polyurethane resin as described above can be easily obtained.
[0043]
Examples of the polyamine compound used as the chain extender include aliphatic diamine compounds having two primary amino groups such as ethylenediamine, trimethylenediamine, propylenediamine, tetramethylenediamine, pentamethylenediamine, hexamethylenediamine; tolylenediamine, xylene Aromatic diamine compounds having two primary amino groups such as diamine and diaminodiphenylmethane; alicyclic diamine compounds having two primary amino groups such as diaminocyclohexylmethane; piperazine derivatives such as piperazine and 2-methylpiperazine; isophoronediamine; Aliphatic polyamines having two primary amino groups and one or more secondary amino groups, such as diethylenetriamine, dipropylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine Emissions compounds; hydrazine, di hydrazine derivative, such as adipic acid hydrazide; and a polyamine compound having a primary amino group three or more, such as melamine and the like.
[0044]
The average particle diameter of the cationic water-based polyurethane resin emulsion is preferably in the range of 0.001 to 0.1 μm from the viewpoint of permeability to paper.
[0045]
The ink jet recording paper coating agent of the present invention contains an emulsion of the cationic aqueous polyurethane resin, and is generally used for ink jet recording paper coating agents, such as water-soluble polymers and inorganic fillers. You may mix | blend various additives, such as. Examples of the water-soluble polymer include oxidized starch, polyvinyl alcohol, gelatin, polyvinyl pyrrolidone, polyacrylamide, sodium polyacrylate, casein, and carboxymethyl cellulose. Examples of inorganic fillers include light calcium carbonate, heavy calcium carbonate, kaolin, talc, calcium sulfate, barium sulfate, titanium oxide, zinc oxide, zinc sulfate, zinc carbonate, satin white, aluminum silicate, diatomaceous earth, calcium silicate. And amorphous silica, aluminum hydroxide, alumina, lithopone and the like. Amorphous silica is preferred from the standpoint of printing speed and color developability.
[0046]
The content of the cationic water-based polyurethane resin in the coating agent for ink jet recording paper of the present invention is preferably 5% by weight or more from the viewpoint of sufficiently exerting its excellent performance.
[0047]
An ink jet recording paper is obtained by applying the ink jet recording paper coating agent of the present invention to a paper substrate. As the paper substrate, plain paper, coated paper, etc. can be used. The coating thickness after drying of the coating agent is suitably about 3 to 30 μm.
[0048]
【Example】
Next, the present invention will be described with reference to examples.
[0049]
The weight average molecular weight of the cationic polyurethane resin obtained in the following examples was obtained as a weight average molecular weight in terms of polyethylene glycol by determining the relative molecular weight distribution of the cationic polyurethane resin by GPC (gel permeation chromatography). The GPC measurement conditions are as follows.
[0050]
Measurement model: SC-8010 manufactured by Tosoh Corp. Column: Shodex Ohpak SB-G + Ohpak SB-806MHQ × 2 solution: DMF / 0.06M LiBr / 0.04MH 3 PO 3
Temperature: Column thermostat 40 ° C
Flow rate: 1.0 ml / min Concentration: 0.1 wt / Vol%
Injection volume: 100 μl
Solubility: Complete dissolution Pretreatment: 0.45 μm Filter detector: Differential refractometer
The active hydrogen concentration of the polyhydroxy compound used is determined as follows.
[0052]
Sample was sampled according to estimated active hydrogen concentration and weighed, then added 5 ml acetylating reagent (prepared by mixing 1 part by volume acetic anhydride and 2 parts by volume pyridine just before use) and heated for 10-15 minutes To acetylate. Thereafter, 2 ml of water is added and cooled, and the mixture is left for about 20 minutes to hydrolyze excess acetic anhydride. To this, 60 ml of neutral ethanol is added, 0.2 ml of phenolphthalein indicator is added, and titrated with a 1 mol / l potassium hydroxide standard solution.
[0053]
Active hydrogen concentration (mgKOH / g)
= [(B−S) × f × 56.11] / mass of sample (g) + AV
B: ml of 1 mol / l potassium hydroxide standard solution required for the blank test
S: ml of 1 mol / l potassium hydroxide standard solution required for the actual test
f: Potency of 1 mol / l potassium hydroxide standard solution AV: Acid value of the same sample
Example 1
300 parts by weight of polybutylene adipate diol (weight average molecular weight 2000, trade name NIPPOLAN 4010, manufactured by Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd.), 9.0 parts by weight of trimethylolpropane (molecular weight 134), N-methyl-N, N-diethanolamine 49 Part by weight, 180 parts by weight of isophorone diisocyanate and 377 parts by weight of methyl ethyl ketone are placed in a reaction vessel and reacted for 90 minutes while maintaining at 70 to 75 ° C. Then, 38.1 parts by weight of dimethyl sulfate is added and reacted at 50 to 60 ° C. for 20 minutes. Thus, a cationic urethane polymer solution having an NCO content of 2.2% by weight was obtained. To this solution, 1370 parts by weight of water was added at a time under emulsification and emulsified. Immediately after that, a solution in which 8.4 parts by weight of ethylenediamine was dissolved in 40 parts by weight of water was added and reacted at 30 ° C. for 60 minutes for chain extension. Next, methyl ethyl ketone was distilled off to obtain an emulsion of a cationic polyurethane resin having a weight average molecular weight of 750,000 (solid content concentration 30% by weight, emulsion average particle size 0.03 μm). The average active hydrogen concentration of the polybutylene adipatediol, trimethylolpropane, and N-methyl-N, N-diethanolamine was 207 (mgKOH / g). The branch density of the cationic urethane prepolymer was 0.12.
[0055]
Example 2
Polyester diol obtained from 1,6-hexanediol and ethylene glycol, isophthalic acid and adipic acid (weight average molecular weight 1000, trade name TA-22-419A, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) 240 parts by weight, trimethylolpropane (Molecular weight 134) 8.0 parts by weight, 41 parts by weight of N-methyl-N, N-diethanolamine, 180 parts by weight of isophorone diisocyanate, 310 parts by weight of methyl ethyl ketone are placed in a reaction vessel and reacted for 60 minutes while maintaining at 70 to 75 ° C. Next, 32.5 parts by weight of dimethyl sulfuric acid was added and reacted at 50-60 ° C. for 20 minutes to obtain a cationic urethane polymer solution having an NCO content of 2.3% by weight. To this solution, 1290 parts by weight of water was added all at once with emulsification, followed by emulsification. Immediately after that, a solution in which 7.7 parts by weight of ethylenediamine was dissolved in 40 parts by weight of water was added and reacted at 30 ° C. for 60 minutes for chain extension. Then, methyl ethyl ketone was distilled off to obtain an emulsion of a cationic polyurethane resin having a weight average molecular weight of 450,000 (solid content concentration 28% by weight, emulsion average particle size 0.02 μm). The average active hydrogen concentration of the polyester diol, trimethylolpropane, and N-methyl-N, N-diethanolamine was 261 (mgKOH / g). The branch density of the cationic urethane prepolymer was 0.13.
[0056]
Example 3
Ethylene oxide 2 mol adduct of bisphenol A (weight average molecular weight 330, trade name Newpol BPE-20NK, Sanyo Chemical Industries, Ltd.) 150 parts by weight, trimethylolpropane (molecular weight 134) 11 parts by weight, N-methyl- 44 parts by weight of N, N-diethanolamine, 300 parts by weight of 4,4′-dicyclohexylmethane diisocyanate and 450 parts by weight of methyl ethyl ketone are placed in a reaction vessel, reacted for 120 minutes while maintaining at 70 to 75 ° C., and then 32.7 parts by weight of dimethyl sulfate. Was added and reacted at 50 to 60 ° C. for 20 minutes to obtain a cationic urethane polymer solution having an NCO content of 3.1 wt%. To this solution, 1577 parts by weight of water was added at once with emulsification and emulsified. Immediately after that, a solution in which 11.2 parts by weight of ethylenediamine was dissolved in 50 parts by weight of water was added and reacted at 30 ° C. for 60 minutes for chain extension. Then, methyl ethyl ketone was distilled off to obtain an emulsion of a cationic polyurethane resin having a weight average molecular weight of 900,000 (solid content concentration 27% by weight, emulsion average particle size 0.04 μm). The average active hydrogen concentration of the bisphenol A ethylene oxide 2-mole adduct, trimethylolpropane and N-methyl-N, N-diethanolamine was 520 (mgKOH / g). The branch density of the cationic urethane prepolymer was 0.16.
[0057]
Example 4
A solution prepared by dissolving 39.6 parts by weight of N-methyl-N, N-diethanolamine and 175 parts by weight of methyl ethyl ketone in a reaction vessel and dissolving 41.9 parts by weight of dimethyl sulfate in 70 parts by weight of methyl ethyl ketone is gradually added dropwise to the reaction mixture. The quaternization reaction was performed at 50 ° C. for 10 minutes. In this reaction vessel, ethylene oxide 2-mole adduct of bisphenol A (weight average molecular weight 330, trade name Newpol BPE-20NK, Sanyo Chemical Industries Co., Ltd.) 123.8 parts by weight, trimethylolpropane (molecular weight 134) 9 .9 parts by weight, tolylene diisocyanate 175.8 parts by weight, and methyl ethyl ketone 350 parts by weight, reacted for 180 minutes while maintaining at 70 to 75 ° C., and a solution of a cationic urethane polymer having an NCO content of 4.4% by weight Got. To this solution, 912 parts by weight of water was added all at once with emulsification, and immediately after emulsification, a solution in which 31.8 parts by weight of adipic hydrazide was dissolved in 120 parts by weight of water was added and reacted at 30 ° C. for 30 minutes to chain-extend. Then, methyl ethyl ketone was distilled off to obtain an emulsion of a cationic polyurethane resin having a weight average molecular weight of 950,000 (solid content concentration 27 wt%, emulsion average particle size 0.04 μm). The average active hydrogen concentration of the ethylene oxide 2-mole adduct of bisphenol A, trimethylolpropane, and quaternized N-methyl-N, N-diethanolamine was 531 (mgKOH / g). The branch density of the cationic urethane prepolymer was 0.21.
[0058]
Example 5
7. 34 parts by weight of polytetramethylene glycol (weight average molecular weight 250, trade name TERATHANE250, manufactured by DuPont), 45.8 parts by weight of 1,4-cyclohexanedimethanol (molecular weight 144.2), trimethylolpropane (molecular weight 134) 9 parts by weight, 36 parts by weight of N-methyl-N, N-diethanolamine, 268 parts by weight of 4,4′-dicyclohexylmethane diisocyanate and 300 parts by weight of methyl ethyl ketone were placed in a reaction vessel and reacted for 120 minutes while maintaining at 70 to 75 ° C. Subsequently, 29.7 parts by weight of dimethyl sulfuric acid was added and reacted at 50 to 60 ° C. for 20 minutes to obtain a cationic urethane polymer solution having an NCO content of 3.6% by weight. To this solution, 1420 parts by weight of water was added all at once with emulsification, and immediately after emulsification, a solution in which 9.8 parts by weight of ethylenediamine was dissolved in 50 parts by weight of water was added and reacted at 30 ° C. for 60 minutes for chain extension. Then, methyl ethyl ketone was distilled off to obtain an emulsion of a cationic polyurethane resin having a weight average molecular weight of 750,000 (solid content concentration 26 wt%, emulsion average particle diameter 0.01 μm). The average active hydrogen concentration of the polytetramethylene glycol, 1,4-cyclohexanedimethanol, trimethylolpropane, and N-methyl-N, N-diethanolamine was 770 (KOHmg / g). Further, the branch density of the cationic urethane prepolymer was 0.17.
[0059]
Example 6
250 parts by weight of polycarbonate diol (weight average molecular weight 1000, trade name NIPPOLAN 981, manufactured by Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd.), polyethylene glycol (weight average molecular weight 600, trade name PEG600S, manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.), Trimethylolpropane (molecular weight 134) 7.0 parts by weight, N-methyl-N, N-diethanolamine 31 parts by weight, 4,4′-dicyclohexylmethane diisocyanate 200 parts by weight, and methyl ethyl ketone 400 parts by weight are placed in a reaction vessel. The mixture was reacted at 120 ° C. for 120 minutes, then 32 parts by weight of dimethyl sulfate was added, and reacted at 50-60 ° C. for 20 minutes to obtain a solution of a cationic urethane polymer having an NCO content of 2.5% by weight. . To this solution, 1320 parts by weight of water was added all at once with emulsification, and immediately after emulsification, a solution in which 8.9 parts by weight of ethylenediamine was dissolved in 50 parts by weight of water was added and reacted at 30 ° C. for 60 minutes for chain extension. Then, methyl ethyl ketone was distilled off to obtain an emulsion of a cationic polyurethane resin having a weight average molecular weight of 730,000 (solid content concentration 25% by weight, emulsion average particle size 0.03 μm). The average active hydrogen concentration of the polycarbonate diol, polyethylene glycol, trimethylolpropane, and N-methyl-N, N-diethanolamine was 228 (mgKOH / g). Further, the branch density of the cationic urethane prepolymer was 0.10.
[0060]
Comparative Example 1
Polytetramethylene glycol (weight average molecular weight 2000, trade name PTMG1000, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) 238 parts by weight, N-methyl-N, N-diethanolamine 38.1 parts by weight, isophorone diisocyanate 137 parts by weight, methyl ethyl ketone 210 parts by weight In a reaction vessel and allowed to react for 150 minutes while maintaining at 70 to 75 ° C., then 32.3 parts by weight of dimethyl sulfuric acid was added and reacted at 50 to 60 ° C. for 20 minutes to obtain an NCO content of 2.0% by weight. A cationic urethane polymer solution was obtained. To this solution, 1155 parts by weight of water was added all at once with emulsification, followed by emulsification. Immediately after that, a solution in which 6.0 parts by weight of ethylenediamine was dissolved in 40 parts by weight of water was added and reacted at 30 ° C. for 60 minutes for chain extension. Then, methyl ethyl ketone was distilled off to obtain an emulsion of a cationic polyurethane resin having a weight average molecular weight of 620,000 (solid content concentration 30% by weight, emulsion average particle diameter 0.02 μm). The average active hydrogen concentration of the polytetramethylene glycol and N-methyl-N, N-diethanolamine was 227 (mgKOH / g). The branch density of the cationic urethane prepolymer was zero.
[0061]
Comparative Example 2
400 parts by weight of polyester diol (weight average molecular weight 4000, trade name HOKKUOL HT-400, manufactured by Toyokuni Oil Co., Ltd.), 24 parts by weight of trimethylolpropane (molecular weight 134), 18 parts by weight of N-methyl-N, N-diethanolamine, 150 parts by weight of isophorone diisocyanate and 592 parts by weight of methyl ethyl ketone are placed in a reaction vessel and reacted for 150 minutes while maintaining the temperature at 70 to 75 ° C. Then, 18.0 parts by weight of dimethyl sulfate is added and reacted at 50 to 60 ° C. for 20 minutes. A cationic urethane polymer solution having an NCO content of 3.2% by weight was obtained. To this solution, 1520 parts by weight of water was added at once with emulsification and emulsified. Immediately after that, a solution in which 6.0 parts by weight of ethylenediamine was dissolved in 40 parts by weight of water was added and reacted at 30 ° C. for 60 minutes for chain extension. Then, methyl ethyl ketone was distilled off to obtain an emulsion of a cationic polyurethane resin having a weight average molecular weight of 760,000 (solid content concentration 30% by weight, emulsion average particle size 0.15 μm). The average active hydrogen concentration of the polyester diol, trimethylolpropane, and N-methyl-N, N-diethanolamine was 132 (mgKOH / g). The branch density of the cationic urethane prepolymer was 0.29.
[0062]
Examples 7 to 12 and Comparative Examples 3 and 4
50 parts by weight of each of the cationic polyurethane resin emulsions obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 were blended with 50 parts by weight of amorphous silica and 200 parts by weight of a 20% by weight polyvinyl alcohol aqueous solution. A working solution was prepared, applied to high-quality paper with a bar coater so as to have a thickness of 25 μm, and dried at 100 ° C. for 3 minutes to obtain an ink jet recording paper.
[0063]
The obtained inkjet recording paper was evaluated for the following items. The results are shown in Table 1.
[0064]
(1) Ink fixability Evaluation was made based on the time until the ink no longer adheres when the printed image is printed on the coated surface of the inkjet recording paper with an inkjet printer (MACHJET MJ-830C, manufactured by Seiko Epson Corporation) and touches the recorded image. did.
Evaluation criteria ◎: Less than 20 seconds ○: 20-60 seconds ×: More than 60 seconds
(2) Water resistance Printing was carried out in the same manner as in (1) above, and one drop of water was dropped with a dropper at the boundary between the printing part and the non-printing part, and the bleeding of the printing was visually observed and evaluated.
Evaluation standard ◎: No bleeding ○: Slight bleeding (printing can be identified)
×: bleeding (printing cannot be identified)
[0066]
(3) Paper workability Cracks on the coated surface after applying and drying the coating liquid for inkjet recording paper were visually observed and evaluated.
Evaluation standard ◎: No crack ○: There is a crack within 2 mm ×: There is a crack exceeding 2 mm [0067]
(4) A4 size ink jet recording paper not subjected to scratch-resistant printing was evaluated by repeating paper feeding using an ink jet printer (MACHJET MJ-830C manufactured by Seiko Epson Corporation).
Evaluation criteria A: Very good (the coated surface is not damaged even when paper is fed 50 times)
○: Good (the coated surface is not damaged even when paper is fed 30 times)
Δ: Slightly good (scratches occur on the coated surface after 10 to 30 paper feeds)
X: Defect (scratches occur on the coated surface by feeding the paper less than 10 times)
[0068]
(5) Dimensional stability Solid printing was performed on the coated surface of the inkjet recording paper using an inkjet printer (MACHJET MJ-830C, manufactured by Seiko Epson Corporation), and evaluation was made by comparing the paper dimensions before printing with the paper dimensions after printing. (Compared by the rate of increase of the paper area after printing relative to the paper area before printing)
Evaluation standard ◎: Excellent (no dimensional change)
○: Good (within 1% dimensional change)
X: Defect (dimensional change exceeds 1%)
[0069]
(6) Heat resistance After color printing on the coated surface of the inkjet recording paper with an inkjet printer (MACHJET MJ-830C, manufactured by Seiko Epson Corporation), it is stored at 60 ° C. for 3 days, and the change in each color is visually observed and determined. did. This test examines the degree to which the inkjet recording paper coating agent affects the color of ink when stored at high temperatures.
Evaluation standard ◎: Excellent (no change at all)
○: Good (slight change is observed)
X: Defect (there is a level that has no change as an image)
[0070]
(7) Solvent resistance After printing on the coated surface of the inkjet recording paper with an inkjet printer (MACHJET MJ-830C, manufactured by Seiko Epson Corporation), evaluation was performed by lightly rubbing the printed surface with a cotton swab attached with methanol.
Evaluation standard ◎: Excellent (no cloudiness or dropout even after rubbing 50 times)
○: Good (no cloudiness or dropout even after rubbing 30 times)
Δ: Slightly inferior (10-30 times of rubbing, cloudiness, falling off)
X: Defect (fogging or falling off due to rubbing less than 10 times)
[0071]
[Table 1]
Figure 0003718150
[0072]
【The invention's effect】
The coating agent for inkjet recording paper comprising the specific cationic water-based polyurethane resin of the present invention is not only ink fixability and water resistance, but also scratch resistance, dimensional stability during printing, heat resistance, solvent resistance, and inorganic filling. Excellent binder ability for the agent.

Claims (7)

(A)有機ポリイソシアネートから誘導される構成単位と、(B)NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物から誘導される構成単位と、(C)分子中に酸で中和するかまたは四級化剤で四級化した三級アミノ基を有し、かつ、NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物から誘導される構成単位とからなり、分岐密度が1000原子量当たり0.08〜0.25であるカチオン性ウレタンプレポリマーをポリアミン化合物により鎖伸長したカチオン性水系ポリウレタン樹脂のエマルジョンを含有することを特徴とするインクジェット記録紙用塗工剤。(A) a structural unit derived from an organic polyisocyanate; (B) a structural unit derived from a polyhydroxy compound having at least two active hydrogen atoms reactive with an NCO group; and (C) an acid in the molecule. A structural unit derived from a polyhydroxy compound having a tertiary amino group neutralized with or quaternized with a quaternizing agent and having at least two active hydrogen atoms reactive with an NCO group; And an emulsion of a cationic water-based polyurethane resin obtained by chain-extending a cationic urethane prepolymer having a branch density of 0.08 to 0.25 per 1000 atomic weight with a polyamine compound. Agent. ポリヒドロキシ化合物(B)とポリヒドロキシ化合物(C)の平均活性水素濃度が100〜800(mgKOH/g)である請求項1記載のインクジェット記録紙用塗工剤。The coating agent for inkjet recording paper according to claim 1, wherein the average active hydrogen concentration of the polyhydroxy compound (B) and the polyhydroxy compound (C) is from 100 to 800 (mgKOH / g). 前記カチオン性水系ポリウレタン樹脂のエマルジョンの平均粒子径が0.001〜0.1μmである請求項1または2記載のインクジェット記録紙用塗工剤。The coating agent for inkjet recording paper according to claim 1 or 2, wherein an average particle size of the emulsion of the cationic aqueous polyurethane resin is 0.001 to 0.1 µm. 前記カチオン性ウレタンプレポリマーが、有機ポリイソシアネート(A)、ポリヒドロキシ化合物(B)、分子中に三級アミノ基を有し、かつ、NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物(Cp)とを反応させてウレタンプレポリマーを得、ついで該ウレタンプレポリマーの三級アミノ基を酸で中和するかまたは四級化剤で四級化して得られたものである請求項1〜3のいずれかに記載のインクジェット記録紙用塗工剤。The cationic urethane prepolymer has an organic polyisocyanate (A), a polyhydroxy compound (B), a tertiary amino group in the molecule, and at least two active hydrogen atoms reactive with an NCO group. It is obtained by reacting with a polyhydroxy compound (Cp) to obtain a urethane prepolymer, and then neutralizing the tertiary amino group of the urethane prepolymer with an acid or quaternizing with a quaternizing agent. The coating agent for inkjet recording paper in any one of Claims 1-3. 有機ポリイソシアネート(A)が芳香族ポリイソシアネートである場合、前記カチオン性ウレタンプレポリマーが、有機ポリイソシアネート(A)、ポリヒドロキシ化合物(B)、分子中に酸で中和するかまたは四級化剤で四級化した三級アミノ基を有し、かつ、NCO基と反応性のある活性水素原子を少なくとも2個有するポリヒドロキシ化合物(C)とを反応させて得られたものである請求項1〜3のいずれかに記載のインクジェット記録紙用塗工剤。When the organic polyisocyanate (A) is an aromatic polyisocyanate, the cationic urethane prepolymer is neutralized or quaternized with an organic polyisocyanate (A), a polyhydroxy compound (B), an acid in the molecule A product obtained by reacting a polyhydroxy compound (C) having a tertiary amino group quaternized with an agent and having at least two active hydrogen atoms reactive with an NCO group. The coating agent for inkjet recording papers in any one of 1-3. 前記カチオン性水系ポリウレタン樹脂の重量平均分子量が10万〜100万である請求項1〜5のいずれかに記載のインクジェット記録紙用塗工剤。The coating agent for inkjet recording paper according to any one of claims 1 to 5, wherein the cationic aqueous polyurethane resin has a weight average molecular weight of 100,000 to 1,000,000. 請求項1〜6のいずれかに記載の塗工剤を紙基材に塗工してなるインクジェット記録紙。An ink jet recording paper obtained by coating the coating agent according to any one of claims 1 to 6 on a paper substrate.
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WO2006001421A1 (en) * 2004-06-29 2006-01-05 Dainippon Ink And Chemicals, Inc. Aqueous dispersions of cationic polyurethane resins, ink -jet receiving agents containing the same, and ink-jet recording media made by using the agents
JP2006265525A (en) * 2005-02-25 2006-10-05 Canon Finetech Inc Polymeric compound and recording medium
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JP5800663B2 (en) 2010-11-24 2015-10-28 キヤノン株式会社 Transfer type inkjet recording method
JP6468458B2 (en) * 2014-12-24 2019-02-13 Dic株式会社 Urethane resin composition and laminate using the same
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