JP4438207B2 - 表面処理シリカ粉末及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタに用いる記録材に添加する表面処理シリカ粉末及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インクジェットプリンタは、低価格、静音性、低ランニングコスト、高印字品質などの利点により、家庭用及びオフィス用として広く利用されている。インクジェットプリンタの目覚ましい進歩により、フルカラーでしかも高精細な画像が得られるようになってきていること、カラーレーザープリンタと比較して値段が安いことなどが要因である。今後、さらなるコンピューターの普及に伴い、インクジェットプリンタの需要がますます高まるものと考えられる。
インクジェットプリンタは、コンピュータからの電気信号に従い、インクタンク内のインク色素が小滴となってノズルから噴出し、記録材上に書体または画像を記録するものである。インクジェットプリンタ記録材は基材シートに透明な受容層を一層コーティングして形成される。基材シートは合成紙、ポリエチレンテレフタレート製フィルムなどが挙げられる。受容層はバインダ、無機酸化物、水等を母材として用い、これらを混合してスラリー状に形成される。バインダの材質はポリビニルアルコールであり、無機酸化物にはシリカ、アルミナなどが挙げられる。受容層にインク色素が接触すると、バインダがインクの吸収をし、無機酸化物がインクの滲みを抑制する役目をする。
インクジェットプリンタ記録材に要求される特性として、インクの吸収が早いこと、インクの滲みがないこと、色調が明るく、鮮やかであることなどが挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
最近になり、画像の高精細化への要求が高まってきているが、特に写真を印刷する場合など、現状のインクジェットプリンタ用記録材ではインクの滲み、色調などの点で問題があった。
本発明の目的は、インク色素の吸着能に優れた表面処理シリカ粉末及びその製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、基材シートに透明な受容層を一層コーティングして形成されたインクジェットプリンター用記録材の受容層を形成する母材に添加剤として使用され、複数のエポキシ基を有するエポキシ化合物により表面処理されたシリカ粉末であって、エポキシ化合物が２つ以上のエポキシ環を有するグリシジルエーテル類であり、エポキシ化合物の１つ以上のエポキシ基が開環してシリカ粉末の表面に結合し、エポキシ化合物の残りのエポキシ基がアミン化合物と反応し結合したことを特徴とする表面処理シリカ粉末である。
請求項１に係る発明では、複数のエポキシ基を有するエポキシ化合物の１つ以上のエポキシ基が開環してシリカ粉末の表面に結合し、エポキシ化合物の残りのエポキシ基がアミン化合物と反応し結合して表面にアミノ基が形成された表面処理シリカ粉末をインクジェットプリンタ記録材の添加剤として用いることにより、インクの吸着性が高まり、インクの滲みも抑制できる。
【０００５】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、エポキシ化合物が金属を含有しない化合物であり、かつ２００〜１０００の範囲内の分子量である表面処理シリカ粉末である。
請求項２に係る発明では、エポキシ化合物は金属を含有しない。エポキシ化合物に金属を含有すると、シリカ粉末表面に対する金属の表面占有率が高くなるため、多くのエポキシ基を粉末表面に付与できない。エポキシ化合物の分子量は２００〜１０００である。好ましくは２００〜７００である。１０００を越える分子量のエポキシ化合物は粘度が高いので、噴霧時に大量の溶媒で希釈する必要性を生じるため、多くのエポキシ基をシリカ粉末に付与できない。
【０００６】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明であって、シリカ粉末の一次平均粒径が５〜５０ｎｍである表面処理シリカ粉末である。
請求項３に係る発明では、シリカ粉末の一次平均粒径は５〜５０ｎｍである。好ましくは５〜７ｎｍである。一次平均粒径が５０ｎｍを越えると、インクジェットプリンター用記録材の母材として用いた場合、インクの吸着能が低下し、にじみの原因となる。
【０００７】
請求項４に係る発明は、請求項１に係る発明であって、アミン化合物が脂肪族系であり、かつ窒素原子を少なくとも１つ以上含有するアミンである表面処理シリカ粉末である。
請求項４に係る発明では、アミン化合物は１分子中に２つ以上の窒素原子を含有するアミンが好ましい。このアミン化合物を用いて製造したシリカ粉末は表面に多くの非共有電子対を有するため、インク吸着能が向上する。
【０００８】
請求項５に係る発明は、請求項１に係る発明であって、比表面積が５０〜３８０ｍ2／ｇである表面処理シリカ粉末である。
請求項５に係る発明では、比表面積は５０〜３８０ｍ2／ｇである。好ましくは３００〜３８０ｍ2／ｇである。比表面積が５０ｍ2／ｇ未満のシリカ粉末を記録材の母材に用いると、シリカ粉末のインク吸着量が少なくなり、インクによる滲みを生じるため不鮮明になる。３８０ｍ2／ｇを越えるとシリカ粉末の分散性が悪くなる不具合を生じる。
【０００９】
請求項６に係る発明は、請求項１に係る発明であって、アミノ基当量が６．０×１０-6〜１．２×１０-2ｍｏｌ／ｇである表面処理シリカ粉末である。
請求項６に係る発明では、アミノ基当量は６．０×１０-6〜１．２×１０-2ｍｏｌ／ｇである。好ましくは４．０×１０-4〜１．２×１０-2ｍｏｌ／ｇである。アミノ基当量が６．０×１０-6ｍｏｌ／ｇ未満のシリカ粉末を記録材の母材に用いると、シリカ粉末のインク吸着量が少なくなり、インクによる滲みを生じるため不鮮明になる。１．２×１０-2ｍｏｌ／ｇを越えるとシリカ粉末の分散性が悪くなる不具合を生じる。
【００１０】
請求項７に係る発明は、基材シートに透明な受容層を一層コーティングして形成されたインクジェットプリンター用記録材の受容層を形成する母材に添加剤として使用される請求項１ないし６いずれか１項に記載の表面処理シリカ粉末を製造する方法であって、シリカ粉末を２つ以上のエポキシ環を有するグリシジルエーテル類であるエポキシ化合物とアミン化合物を用いて表面処理することを特徴とする表面処理シリカ粉末の製造方法である。
請求項７に係る発明では、上記方法を用いることにより、吸着能に優れた表面処理シリカ粉末を製造できる。
【００１１】
請求項８に係る発明は、請求項７に係る発明であって、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、流動状態に保持したシリカ粉末１０に複数のエポキシ基を有する液状のエポキシ化合物１１を滴下又は噴霧する工程と、エポキシ化合物１１を滴下又は噴霧したシリカ粉末１０を流動状態で９０〜２００℃に加熱して一次処理物１２を得る工程と、流動状態の一次処理物１２に液状のアミン化合物１３を滴下又は噴霧する工程と、アミン化合物１３を滴下又は噴霧した一次処理物１２を流動状態で９０〜２００℃に加熱して処理する工程とを含む表面処理シリカ粉末の製造方法である。
請求項８に係る発明では、エポキシ化合物は反応性に富むため、シリカ粉末表面に存在する水酸基と開環反応して、粉末表面と結合する。次に、エポキシ基を有する一次処理物の表面とアミン化合物とが反応する。上記方法により表面にアミノ基を有する表面処理シリカ粉末を製造できる。表面処理温度は９０〜２００℃である。９０℃未満であるとエポキシ化合物の粉末表面への反応が十分に進行しない、第１溶媒及び第２溶媒を用いた場合、溶媒が完全に蒸発せずに残留して粉末の性能を妨害するなどの不具合を生じる。２００℃を越えるとエポキシ化合物やアミン化合物が熱分解してしまうおそれがある。
【００１２】
請求項９に係る発明は、請求項８に係る発明であって、請求項１２に係る発明は、請求項１１に係る発明であって、液状のエポキシ化合物がエポキシ化合物を第１溶媒により溶解して調製され、液状のアミン化合物がアミン化合物を第２溶媒により溶解して調製された表面処理シリカ粉末の製造方法である。
請求項９及び１２に係る発明では、エポキシ化合物及びアミン化合物をそれぞれ第１溶媒及び第２溶媒により溶解して液状にして滴下又は噴霧することにより、シリカ粉末表面に均一に付着する。
【００１３】
請求項１０に係る発明は、請求項９に係る発明であって、請求項１３に係る発明は、請求項１２に係る発明であって、第１溶媒及び第２溶媒が、それぞれアセトン、ヘキサン、トルエン、クロロホルム、ジイソプロピルエーテル又はテトラヒドロフランである表面処理シリカ粉末の製造方法である。
請求項１０及び１３に係る発明では、第１溶媒はエポキシ化合物と反応せず、かつ有害性が少なく安価なアセトンが好ましい。また、第２溶媒は有害性が少なく安価なテトラヒドロフラン（以下、ＴＨＦという。）やアセトンが好ましい。
【００１４】
請求項１１に係る発明は、請求項７に係る発明であって、流動状態に保持したシリカ粉末に複数のエポキシ基を有する液状のエポキシ化合物及び液状のアミン化合物を同時に滴下又は噴霧する工程と、エポキシ化合物及びアミン化合物を滴下又は噴霧したシリカ粉末を流動状態で９０〜２００℃に加熱して処理する工程とを含む表面処理シリカ粉末の製造方法である。
請求項１１に係る発明では、エポキシ化合物とアミン化合物の双方で同時に表面処理する。上記方法ではアミン化合物に比べ反応性の富むエポキシ基が優先的に粉末表面と結合するため請求項８と同様の表面処理シリカ粉末が得られる。
【００１５】
請求項１４に係る発明は、請求項８又は１１に係る発明であって、シリカ粉末の表面処理をシリカ粉末１００重量部に対してそれぞれエポキシ化合物０．１〜６０重量部及びアミン化合物０．１〜５０重量部の配合割合で行う表面処理シリカ粉末の製造方法である。
請求項１４に係る発明では、エポキシ化合物の配合割合は０．１〜６０重量部である。好ましくは２０〜６０重量部である。０．１重量部未満ではシリカ粉末の表面に未反応の水酸基が残ってしまう。６０重量部を越えるとシリカ粉末が凝集するおそれがある。アミン化合物の配合割合は０．１〜５０重量部である。好ましくは５〜５０重量部である。０．１重量部未満ではアミノ基が粉末表面に充分に付与されない。５０重量部を越えるとシリカ粉末が凝集するおそれがある。
【００１６】
請求項１５に係る発明は、請求項８又は１１に係る発明であって、エポキシ化合物が２つ以上のエポキシ基を有し、金属を含有しない化合物であり、かつ２００〜１０００の範囲内の分子量である表面処理シリカ粉末の製造方法である。
請求項１５に係る発明では、エポキシ化合物の有するエポキシ基が１つのみであると、エポキシ基は粉末表面との結合で開環反応してしまうため、アミン化合物がシリカ粉末に修飾されない。
【００１７】
請求項１６に係る発明は、請求項８又は１１に係る発明であって、シリカ粉末又は一次処理物の表面処理を不活性ガス雰囲気下で行う表面処理シリカ粉末の製造方法である。
請求項１６に係る発明では、不活性ガス雰囲気下で表面処理することが好ましい。不活性ガス雰囲気下以外で表面処理するとエポキシ基は反応性に富むため開環反応を起こすおそれがある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明において表面処理されるシリカ粉末は、湿式法又は乾式法により製造される。また、本発明の製造方法に用いられるエポキシ化合物としては２つ以上のエポキシ環を有するグリシジルエーテル類（グリセロールトリグリシジルエーテル（図２（ａ））、グリセロールジグリシジルエーテル（図２（ｂ））、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル（図２（ｃ））、エチレングリコールジグリシジルエーテル（図２（ｄ））、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル（図２（ｅ））、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル（図２（ｆ））、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル（図２（ｇ））など）が例示される。更にアミン化合物としては、ジエチルアミン（(Ｃ2Ｈ5)2ＮＨ)）、ジエタノールアミン（(Ｃ2Ｈ4ＯＨ)2ＮＨ）、Ｎ−メチルエタノールアミン（ＣＨ3ＮＨＣＨ2ＣＨ2ＯＨ）、エチレンジアミン（Ｈ2ＮＣＨ2ＣＨ2ＮＨ2）、ジエチレントリアミン（(Ｈ2ＮＣＨ2ＣＨ2)2ＮＨ）、テトラエチレンペンタミンなどが例示される。
【００１９】
本実施の形態における製造方法について図１に基づいて説明する。
先ず、図１（ａ）に示すように、一次平均粒径が５〜５０ｎｍのシリカ粉末１０をエポキシ化合物１１により表面処理する。
シリカ粉末が乾式法により製造された場合は、乾式法で製造されたシリカ粉末固有の特性、特に凝集しておらず、分散性に優れているという特性を損なわないために、エポキシ化合物による表面処理も乾式法で行うことが好ましい。乾式法による表面処理は、この利点に加えて、表面処理に用いるエポキシ化合物、アミン化合物の量が少量で済み、その付着量の制御が容易であり、更に湿式法では必要な処理後の粉末の分離が不要であるという利点もある。
なお、エポキシ化合物によるシリカ粉末の表面処理は、エポキシ化合物を適当な溶媒に溶解させた溶液中にシリカ粉末を懸濁させる湿式法で行うことも可能である。
【００２０】
エポキシ化合物の乾式法によるシリカ粉末の表面処理方法について説明する。先ずシリカ粉末１０を容器内で高速攪拌機などにより流動状態に保持する。次いでエポキシ化合物１１が粘性の低い液体である場合には、流動状態に保持したシリカ粉末に対して液状のエポキシ化合物を滴下又は噴霧する。また、エポキシ化合物が固体又は粘性が高い液体である場合には、エポキシ化合物を第１溶媒により溶解した希釈液を流動状態に保持したシリカ粉末に対して滴下又は噴霧する。これにより、シリカ粉末表面にエポキシ化合物が均一に付着する。次にシリカ粉末を９０〜２００℃の温度に加熱して、反応を十分に進行させることにより一次処理物１２が得られる。エポキシ化合物が粘度の低い液体の場合でも、エポキシ化合物を第１溶媒により溶解した希釈液にしてシリカ粉末に対して滴下又は噴霧することが好ましい。これによりシリカ粉末表面にエポキシ化合物をより均一に付着させることができる。第１溶媒は、使用するエポキシ化合物を溶解できるものであれば特に限定されない。具体的には、アセトン、ヘキサン、トルエン、クロロホルム、ジイソプロピルエーテル、ＴＨＦなどが挙げられる。
【００２１】
この表面処理により、エポキシ化合物が持っている複数のエポキシ基の１つ以上がシリカ粉末の表面に存在する水酸基と反応して開環するが、残りのエポキシ基は未反応のまま残り、少なくとも１つの未反応のエポキシ基が残留した状態でエポキシ化合物がエポキシ基の開環反応によってシリカ粉末に化学的に結合し、粉末表面に効果的にエポキシ基を付与することができる。即ち、シリカ粉末は、粉末表面に化学的に結合したエポキシを含有する有機物で被覆されるようになり、多量のエポキシ基を粉末表面に付与することが可能となる。表面処理に使用するエポキシ化合物は、２個以上のエポキシ基を有している有機化合物であればよい。分子中のエポキシ基の結合位置も特に限定されないが、分子の両端に２個のエポキシ基が存在する化合物が好ましい。
【００２２】
次に図１（ｂ）に示すように、一次処理物１２をアミン化合物１３により更に表面処理する。この表面処理により未反応のまま粉末表面に残留しているエポキシ基とアミン化合物とが反応して表面にアミノ基を有するシリカ粉末となる。即ち、表面に残留しているエポキシ基とアミン化合物とが開環反応を起こし、表面にアミノ基を有する二次処理物１４を得る。
シリカ粉末が乾式法により製造された場合は、前述したエポキシ化合物によるシリカ粉末の表面処理と同様に、乾式法で製造されたシリカ粉末が凝集しておらず、分散性に優れているという特性を損なわないために、乾式法で表面処理することが好ましい。
なお、アミン化合物による一次処理物の表面処理は湿式法で行うことも可能である。
【００２３】
アミン化合物の乾式法による一次処理物の表面処理方法について説明する。先ず一次処理物１２を容器内で高速攪拌機などにより流動状態に保持する。次いでアミン化合物１３が粘性の低い液体である場合には、流動状態に保持した一次処理物に対して液状のアミン化合物を滴下又は噴霧する。また、アミン化合物が固体又は粘性が高い液体である場合には、アミン化合物を第２溶媒により溶解した希釈液を流動状態に保持した一次処理物に対して滴下又は噴霧する。これにより、一次処理物表面にアミン化合物が均一に付着する。次に一次処理物を９０〜２００℃の温度に加熱して、反応を進行させてアミン化合物を一次処理物に固定化して二次処理物１４を得る。アミン化合物が粘度の低い液体の場合でも、アミン化合物１３を第２溶媒により溶解した希釈液にして一次処理物に対して滴下又は噴霧することが好ましい。これにより一次処理物表面にアミン化合物をより均一に付着させることができる。第２溶媒は、使用するアミン化合物を溶解できるもので、なおかつエポキシ化合物と反応しないものであれば特に限定しない。代表例としては、アセトン、ヘキサン、トルエン、クロロホルム、ジイソプロピルエーテル、ＴＨＦなどが挙げられる。
【００２４】
シリカ粉末表面に存在する水酸基とエポキシ化合物の１つ以上のエポキシ基との反応、残りのエポキシ基とアミン化合物との反応をそれぞれ進行させるため、シリカ粉末を加熱する。この熱処理は、エポキシ化合物の酸化を防ぐため不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウムなどが挙げられる。また、熱処理時間は熱処理温度やエポキシ化合物、アミン化合物の種類によっても異なるが、好ましくは１〜６時間、より好ましくは１〜３時間である。熱処理時間が短すぎると、熱処理温度が低すぎる場合と同様にエポキシ化合物の粉末表面への反応が十分に進行しない、溶媒が完全に蒸発せずに残留して粉末の性能を妨害するなどの不具合を生じる。
【００２５】
上記方法により製造された表面処理シリカ粉末をインクジェットプリンター用記録材の受容層を形成する母材として使用すると、アミノ基が有する非共有電子対にプロトン化(protonation)が起こるため、シリカ粉末表面は電気的にプラスとなる。一方、インク色素成分（シアン、マゼンタ、イエローの３原色及びブラック）を形成するアニオン化合物は発色をする原子団が電気的にマイナスイオンを持つため、アミノ基が有するプラスイオンと引合いシリカ粉末表面に捕獲される。その結果、インク色素成分はバインダに分散しないので、鮮やかな色彩が得られる。
【００２６】
本発明により製造された表面処理シリカ粉末表面に付与されているアミノ基をアミノ基当量として測定する。ここでアミノ基当量とは粉末１ｇ当たりについているアミノ基のモル数である。アミノ基当量の測定方法はまずクロロホルム：酢酸＝１：２の混合液４０ｍｌ、０．１ｍｏｌ／ｌの過塩素酸−酢酸溶液を用意する。次に表面処理したシリカ粉末１ｇをクロロホルム−酢酸混合液４０ｍｌ、回転子とともにビーカに入れ、スターラにて液を撹拌しながら電位差滴定装置により過塩素酸−酢酸溶液で滴定する。得られた滴定曲線の変曲点を滴定の終点とし、滴定量（ｍｌ）に基づいて下記式（１）によりアミノ基当量が求められる。
アミノ基当量＝((過塩素酸の濃度)×(過塩素酸のファクタ)×(滴定量))/１０００…（１）
【００２７】
【実施例】
次に本発明の実施例を比較例とともに説明する。
＜実施例１＞
比表面積が１３０ｍ2／ｇのシリカ粉末（日本アエロジル社製アエロジル＃１３０）を１００ｇ用意した。エポキシ化合物にグリセロールトリグリシジルエーテル（ナガセ化成製ＥＸ−３１４）３１ｇを、第１溶媒にアセトンをそれぞれ用意した。このエポキシ化合物をアセトンに溶解してエポキシ希釈液を調製した。アミン化合物にジエチルアミン２２ｇを、第２溶媒にアセトンをそれぞれ用意した。このアミン化合物をアセトンに溶解してアミン希釈液を調製した。
先ずシリカ粉末をミキサーに入れ、撹拌して流動状態に保持した。次いでエポキシ希釈液を上記流動状態にあるシリカ粉末に対して添加し、シリカ粉末にエポキシ化合物を均一に付着させた。エポキシ化合物を付着させたシリカ粉末を不活性ガス雰囲気の気流下で温度１８０℃で加熱し、そのまま１時間保持して一次処理物を得た。次にこの一次処理物を流動状態に保持したまま、アミン希釈液を上記流動状態にあるシリカ粉末に対して更に添加し、一次処理物にアミン化合物を均一に付着させた。アミン化合物を付着させた一次処理物を不活性ガス雰囲気の気流下で温度１８０℃で加熱し、そのまま２時間保持して二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
【００２８】
＜実施例２＞
アミン化合物にジエタノールアミン８ｇを用いた以外は実施例１と同一のシリカ粉末及びエポキシ化合物を用意し、実施例１と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例３＞
アミン化合物にジエタノールアミン２３ｇを、第２溶媒にＴＨＦをそれぞれ用意し、このアミン化合物をＴＨＦに溶解してアミン希釈液を調製した以外は実施例１と同一のシリカ粉末及びエポキシ化合物を用意し、実施例１と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例４＞
アミン化合物にＮ−メチルエタノールアミン６ｇを、第２溶媒にＴＨＦをそれぞれ用意し、このアミン化合物をＴＨＦに溶解してアミン希釈液を調製し、一次処理物を１５０℃で加熱した以外は実施例１と同一のシリカ粉末及びエポキシ化合物を用意し、実施例１と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
【００２９】
＜実施例５＞
比表面積が３８０ｍ2／ｇのシリカ粉末（日本アエロジル社製アエロジル＃３８０Ｓ）を１００ｇ用意した。エポキシ化合物にグリセロールトリグリシジルエーテル（ナガセ化成製ＥＸ−３１４）４５ｇを、第１溶媒にアセトンをそれぞれ用意した。このエポキシ化合物をアセトンに溶解してエポキシ希釈液を調製した。アミン化合物としてジエタノールアミン２４ｇを、第２溶媒にアセトンをそれぞれ用意した。このアミン化合物をアセトンに溶解してアミン希釈液を調製した。
先ずシリカ粉末をミキサーに入れ、撹拌して流動状態に保持した。次いでエポキシ希釈液を上記流動状態にあるシリカ粉末に対して添加し、シリカ粉末にエポキシ化合物を均一に付着させた。エポキシ化合物を付着させたシリカ粉末を不活性ガス雰囲気の気流下で温度１８０℃で加熱し、そのまま１時間保持して一次処理物を得た。次にこの一次処理物を流動状態に保持したまま、アミン希釈液を上記流動状態にあるシリカ粉末に対して更に添加し、一次処理物にアミン化合物を均一に付着させた。アミン化合物を付着させた一次処理物を不活性ガス雰囲気の気流下で温度１８０℃で加熱し、そのまま２時間保持して二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
【００３０】
＜実施例６＞
アミン化合物にジエチルアミン２２ｇを、第２溶媒にＴＨＦをそれぞれ用意し、このアミン化合物をＴＨＦに溶解してアミン希釈液を調製した以外は実施例５と同一のシリカ粉末及びエポキシ化合物を用意し、実施例５と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例７＞
アミン化合物にエチレンジアミン１３ｇを、第２溶媒にトルエンをそれぞれ用意し、このアミン化合物をトルエンに溶解してアミン希釈液を調製した以外は実施例５と同一のシリカ粉末及びエポキシ化合物を用意し、実施例５と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例８＞
エチレンジアミン５ｇを用意し、一次処理物を１１０℃で加熱した以外は実施例７と同一のシリカ粉末及びエポキシ化合物を用意し、実施例７と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
【００３１】
＜実施例９＞
エチレンジアミン１６ｇを用意し、一次処理物を１５０℃で加熱した以外は実施例７と同一のシリカ粉末及びエポキシ化合物を用意し、実施例７と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例１０＞
エチレンジアミン１６ｇを用意し、一次処理物を１５０℃で加熱し、そのまま１時間保持した以外は実施例７と同一のシリカ粉末及びエポキシ化合物を用意し、実施例７と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例１１＞
一次処理物を９０℃で加熱した以外は実施例９と同一のシリカ粉末、エポキシ化合物及びアミン化合物を用意し、実施例９と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
【００３２】
＜実施例１２＞
一次処理物を９０℃で加熱した以外は実施例１０と同一のシリカ粉末、エポキシ化合物及びアミン化合物を用意し、実施例１０と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例１３＞
アミン化合物にジエチレントリアミン１６ｇを用意し、一次処理物を１３０℃で加熱した以外は実施例５と同一のシリカ粉末及びエポキシ化合物を用意し、実施例５と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例１４＞
アミン化合物にテトラエチレンペンタミン２０ｇを、第２溶媒にＴＨＦをそれぞれ用意して、このアミン化合物をＴＨＦに溶解してアミン希釈液を調製し、一次処理物を１３０℃で加熱した以外は実施例５と同一のシリカ粉末及びエポキシ化合物を用意し、実施例５と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
【００３３】
＜実施例１５＞
エポキシ化合物にペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル（ナガセ化成製ＥＸ−４１１）６０ｇ、アミン化合物にエチレンジアミン１３ｇをそれぞれ用意し、一次処理物を１１０℃で加熱し、そのまま１時間保持した以外は実施例５と同一のシリカ粉末を用意し、実施例５と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例１６＞
エポキシ化合物にトリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル（阪本薬品工業製ＳＲ−ＴＭＰ）４４ｇ、アミン化合物にエチレンジアミン１３ｇをそれぞれ用意し、一次処理物を１１０℃で加熱し、そのまま１時間保持した以外は実施例５と同一のシリカ粉末を用意し、実施例５と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例１７＞
エポキシ化合物にポリグリセロールポリグリシジルエーテル（阪本薬品工業製ＳＲ−４ＧＬ）４５ｇ、アミン化合物にエチレンジアミン１３ｇを、第２溶媒にＴＨＦをそれぞれ用意して、このアミン化合物をＴＨＦに溶解してアミン希釈液を調製し、一次処理物を１１０℃で加熱し、そのまま１時間保持した以外は実施例５と同一のシリカ粉末を用意し、実施例５と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
【００３４】
＜実施例１８＞
実施例５と同一のシリカ粉末を１００ｇ用意した。エポキシ化合物にグリセロールトリグリシジルエーテル（ナガセ化成製ＥＸ−３１４）４５ｇを用意した。アミン化合物にエチレンジアミン５ｇを用意した。このエポキシ化合物をアセトンに溶解してエポキシ希釈液を調製し、更にアミン化合物をエポキシ希釈液に溶解して混合液を調製した。
先ずシリカ粉末をミキサーに入れ、撹拌して流動状態に保持した。次いで混合液を上記流動状態にあるシリカ粉末に対して添加し、シリカ粉末にエポキシ化合物及びアミン化合物を均一に付着させた。シリカ粉末を不活性ガス雰囲気の気流下で温度１５０℃で加熱し、そのまま２時間保持して二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例１９＞
シリカ粉末を１８０℃で加熱した以外は実施例１８と同一のシリカ粉末、エポキシ化合物及びアミン化合物を用意し、実施例１８と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
【００３５】
＜実施例２０＞
エポキシ化合物にグリセロールトリグリシジルエーテル（ナガセ化成製ＥＸ−３１４）６０ｇ、アミン化合物にＮ−メチルエタノールアミン０．２ｇをそれぞれ用意し、一次処理物を１６０℃で加熱した以外は実施例５と同一のシリカ粉末を用意し、実施例５と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例２１＞
エポキシ化合物にグリセロールトリグリシジルエーテル（ナガセ化成製ＥＸ−３１４）０．１ｇ、アミン化合物にエチレンジアミン４５ｇを、第２溶媒にＴＨＦをそれぞれ用意して、このアミン化合物をＴＨＦに溶解してアミン希釈液を調製し、一次処理物を１５０℃で加熱した以外は実施例５と同一のシリカ粉末を用意し、実施例５と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
【００３６】
＜比較例１＞
実施例５と同一のシリカ粉末を１００ｇ用意し、表面処理せずにアニオン吸着能を評価した。
＜比較評価＞
実施例１〜２１で得られた二次処理物である表面処理シリカ粉末及び比較例１のシリカ粉末を下記の方法を用いてアニオン吸着能を評価した。
シリカ粉末２ｇに１０ｍｍｏｌ／ｌの２−ナフタレンスルホン酸ナトリウム水溶液を１００ｍｌ添加して混合液とした。この混合液を５分間撹拌して粉末にアニオン種を吸着させた。このアニオン種を吸着させた混合液をろ過し、ろ液の１ｍｌをメスフラスコに取り、１００ｍｌの水で希釈した。得られた希釈液を紫外分光光度計で測定し、表面処理したシリカ粉末のアニオン吸着能を評価した。また、表面処理したシリカ粉末のアミノ基当量を前述した方法により測定した。実施例１〜１２を表１に、実施例１３〜２１及び比較例１を表２に示す。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
表１及び表２より明らかなように、表面処理を行っていない比較例１に対して実施例１〜２１はアニオンの吸着率が高いことが判る。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明ではエポキシ化合物の１つのエポキシ基が開環してシリカ粉末の表面に結合し、エポキシ化合物の残りの１つ又は２つ以上のエポキシ基が開環してアミン化合物と結合したことにより、表面にアミノ基が付与されたシリカ粉末である。この表面処理シリカ粉末をインクジェットプリンター用記録材の受容層を形成する母材として使用すると、シリカ粉末表面に付与されたアミノ基は電気的にプラスを有するため、電気的にマイナスを有するインク色素をシリカ粉末表面に捕獲できる。インク色素成分はバインダに分散しないので、鮮やかな色彩が得られる。従って、インク色素の吸着能に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の表面にアミノ基を有する表面処理シリカ粉末を製造する順序を示す図。
【図２】 本発明の製造方法に用いられるエポキシ化合物を示す化学式。
【符号の説明】
１０ シリカ粉末
１１ エポキシ化合物
１２ 一次処理物
１３ アミン化合物
１４ 二次処理物
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットプリンタに用いる記録材に添加する表面処理シリカ粉末及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インクジェットプリンタは、低価格、静音性、低ランニングコスト、高印字品質などの利点により、家庭用及びオフィス用として広く利用されている。インクジェットプリンタの目覚ましい進歩により、フルカラーでしかも高精細な画像が得られるようになってきていること、カラーレーザープリンタと比較して値段が安いことなどが要因である。今後、さらなるコンピューターの普及に伴い、インクジェットプリンタの需要がますます高まるものと考えられる。
インクジェットプリンタは、コンピュータからの電気信号に従い、インクタンク内のインク色素が小滴となってノズルから噴出し、記録材上に書体または画像を記録するものである。インクジェットプリンタ記録材は基材シートに透明な受容層を一層コーティングして形成される。基材シートは合成紙、ポリエチレンテレフタレート製フィルムなどが挙げられる。受容層はバインダ、無機酸化物、水等を母材として用い、これらを混合してスラリー状に形成される。バインダの材質はポリビニルアルコールであり、無機酸化物にはシリカ、アルミナなどが挙げられる。受容層にインク色素が接触すると、バインダがインクの吸収をし、無機酸化物がインクの滲みを抑制する役目をする。
インクジェットプリンタ記録材に要求される特性として、インクの吸収が早いこと、インクの滲みがないこと、色調が明るく、鮮やかであることなどが挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
最近になり、画像の高精細化への要求が高まってきているが、特に写真を印刷する場合など、現状のインクジェットプリンタ用記録材ではインクの滲み、色調などの点で問題があった。
本発明の目的は、インク色素の吸着能に優れた表面処理シリカ粉末及びその製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、基材シートに透明な受容層を一層コーティングして形成されたインクジェットプリンター用記録材の受容層を形成する母材に添加剤として使用され、複数のエポキシ基を有するエポキシ化合物により表面処理されたシリカ粉末であって、エポキシ化合物が２つ以上のエポキシ環を有するグリシジルエーテル類であり、エポキシ化合物の１つ以上のエポキシ基が開環してシリカ粉末の表面に結合し、エポキシ化合物の残りのエポキシ基がアミン化合物と反応し結合したことを特徴とする表面処理シリカ粉末である。
請求項１に係る発明では、複数のエポキシ基を有するエポキシ化合物の１つ以上のエポキシ基が開環してシリカ粉末の表面に結合し、エポキシ化合物の残りのエポキシ基がアミン化合物と反応し結合して表面にアミノ基が形成された表面処理シリカ粉末をインクジェットプリンタ記録材の添加剤として用いることにより、インクの吸着性が高まり、インクの滲みも抑制できる。
【０００５】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、エポキシ化合物が金属を含有しない化合物であり、かつ２００〜１０００の範囲内の分子量である表面処理シリカ粉末である。
請求項２に係る発明では、エポキシ化合物は金属を含有しない。エポキシ化合物に金属を含有すると、シリカ粉末表面に対する金属の表面占有率が高くなるため、多くのエポキシ基を粉末表面に付与できない。エポキシ化合物の分子量は２００〜１０００である。好ましくは２００〜７００である。１０００を越える分子量のエポキシ化合物は粘度が高いので、噴霧時に大量の溶媒で希釈する必要性を生じるため、多くのエポキシ基をシリカ粉末に付与できない。
【０００６】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明であって、シリカ粉末の一次平均粒径が５〜５０ｎｍである表面処理シリカ粉末である。
請求項３に係る発明では、シリカ粉末の一次平均粒径は５〜５０ｎｍである。好ましくは５〜７ｎｍである。一次平均粒径が５０ｎｍを越えると、インクジェットプリンター用記録材の母材として用いた場合、インクの吸着能が低下し、にじみの原因となる。
【０００７】
請求項４に係る発明は、請求項１に係る発明であって、アミン化合物が脂肪族系であり、かつ窒素原子を少なくとも１つ以上含有するアミンである表面処理シリカ粉末である。
請求項４に係る発明では、アミン化合物は１分子中に２つ以上の窒素原子を含有するアミンが好ましい。このアミン化合物を用いて製造したシリカ粉末は表面に多くの非共有電子対を有するため、インク吸着能が向上する。
【０００８】
請求項５に係る発明は、請求項１に係る発明であって、比表面積が５０〜３８０ｍ2／ｇである表面処理シリカ粉末である。
請求項５に係る発明では、比表面積は５０〜３８０ｍ2／ｇである。好ましくは３００〜３８０ｍ2／ｇである。比表面積が５０ｍ2／ｇ未満のシリカ粉末を記録材の母材に用いると、シリカ粉末のインク吸着量が少なくなり、インクによる滲みを生じるため不鮮明になる。３８０ｍ2／ｇを越えるとシリカ粉末の分散性が悪くなる不具合を生じる。
【０００９】
請求項６に係る発明は、請求項１に係る発明であって、アミノ基当量が６．０×１０-6〜１．２×１０-2ｍｏｌ／ｇである表面処理シリカ粉末である。
請求項６に係る発明では、アミノ基当量は６．０×１０-6〜１．２×１０-2ｍｏｌ／ｇである。好ましくは４．０×１０-4〜１．２×１０-2ｍｏｌ／ｇである。アミノ基当量が６．０×１０-6ｍｏｌ／ｇ未満のシリカ粉末を記録材の母材に用いると、シリカ粉末のインク吸着量が少なくなり、インクによる滲みを生じるため不鮮明になる。１．２×１０-2ｍｏｌ／ｇを越えるとシリカ粉末の分散性が悪くなる不具合を生じる。
【００１０】
請求項７に係る発明は、基材シートに透明な受容層を一層コーティングして形成されたインクジェットプリンター用記録材の受容層を形成する母材に添加剤として使用される請求項１ないし６いずれか１項に記載の表面処理シリカ粉末を製造する方法であって、シリカ粉末を２つ以上のエポキシ環を有するグリシジルエーテル類であるエポキシ化合物とアミン化合物を用いて表面処理することを特徴とする表面処理シリカ粉末の製造方法である。
請求項７に係る発明では、上記方法を用いることにより、吸着能に優れた表面処理シリカ粉末を製造できる。
【００１１】
請求項８に係る発明は、請求項７に係る発明であって、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、流動状態に保持したシリカ粉末１０に複数のエポキシ基を有する液状のエポキシ化合物１１を滴下又は噴霧する工程と、エポキシ化合物１１を滴下又は噴霧したシリカ粉末１０を流動状態で９０〜２００℃に加熱して一次処理物１２を得る工程と、流動状態の一次処理物１２に液状のアミン化合物１３を滴下又は噴霧する工程と、アミン化合物１３を滴下又は噴霧した一次処理物１２を流動状態で９０〜２００℃に加熱して処理する工程とを含む表面処理シリカ粉末の製造方法である。
請求項８に係る発明では、エポキシ化合物は反応性に富むため、シリカ粉末表面に存在する水酸基と開環反応して、粉末表面と結合する。次に、エポキシ基を有する一次処理物の表面とアミン化合物とが反応する。上記方法により表面にアミノ基を有する表面処理シリカ粉末を製造できる。表面処理温度は９０〜２００℃である。９０℃未満であるとエポキシ化合物の粉末表面への反応が十分に進行しない、第１溶媒及び第２溶媒を用いた場合、溶媒が完全に蒸発せずに残留して粉末の性能を妨害するなどの不具合を生じる。２００℃を越えるとエポキシ化合物やアミン化合物が熱分解してしまうおそれがある。
【００１２】
請求項９に係る発明は、請求項８に係る発明であって、請求項１２に係る発明は、請求項１１に係る発明であって、液状のエポキシ化合物がエポキシ化合物を第１溶媒により溶解して調製され、液状のアミン化合物がアミン化合物を第２溶媒により溶解して調製された表面処理シリカ粉末の製造方法である。
請求項９及び１２に係る発明では、エポキシ化合物及びアミン化合物をそれぞれ第１溶媒及び第２溶媒により溶解して液状にして滴下又は噴霧することにより、シリカ粉末表面に均一に付着する。
【００１３】
請求項１０に係る発明は、請求項９に係る発明であって、請求項１３に係る発明は、請求項１２に係る発明であって、第１溶媒及び第２溶媒が、それぞれアセトン、ヘキサン、トルエン、クロロホルム、ジイソプロピルエーテル又はテトラヒドロフランである表面処理シリカ粉末の製造方法である。
請求項１０及び１３に係る発明では、第１溶媒はエポキシ化合物と反応せず、かつ有害性が少なく安価なアセトンが好ましい。また、第２溶媒は有害性が少なく安価なテトラヒドロフラン（以下、ＴＨＦという。）やアセトンが好ましい。
【００１４】
請求項１１に係る発明は、請求項７に係る発明であって、流動状態に保持したシリカ粉末に複数のエポキシ基を有する液状のエポキシ化合物及び液状のアミン化合物を同時に滴下又は噴霧する工程と、エポキシ化合物及びアミン化合物を滴下又は噴霧したシリカ粉末を流動状態で９０〜２００℃に加熱して処理する工程とを含む表面処理シリカ粉末の製造方法である。
請求項１１に係る発明では、エポキシ化合物とアミン化合物の双方で同時に表面処理する。上記方法ではアミン化合物に比べ反応性の富むエポキシ基が優先的に粉末表面と結合するため請求項８と同様の表面処理シリカ粉末が得られる。
【００１５】
請求項１４に係る発明は、請求項８又は１１に係る発明であって、シリカ粉末の表面処理をシリカ粉末１００重量部に対してそれぞれエポキシ化合物０．１〜６０重量部及びアミン化合物０．１〜５０重量部の配合割合で行う表面処理シリカ粉末の製造方法である。
請求項１４に係る発明では、エポキシ化合物の配合割合は０．１〜６０重量部である。好ましくは２０〜６０重量部である。０．１重量部未満ではシリカ粉末の表面に未反応の水酸基が残ってしまう。６０重量部を越えるとシリカ粉末が凝集するおそれがある。アミン化合物の配合割合は０．１〜５０重量部である。好ましくは５〜５０重量部である。０．１重量部未満ではアミノ基が粉末表面に充分に付与されない。５０重量部を越えるとシリカ粉末が凝集するおそれがある。
【００１６】
請求項１５に係る発明は、請求項８又は１１に係る発明であって、エポキシ化合物が２つ以上のエポキシ基を有し、金属を含有しない化合物であり、かつ２００〜１０００の範囲内の分子量である表面処理シリカ粉末の製造方法である。
請求項１５に係る発明では、エポキシ化合物の有するエポキシ基が１つのみであると、エポキシ基は粉末表面との結合で開環反応してしまうため、アミン化合物がシリカ粉末に修飾されない。
【００１７】
請求項１６に係る発明は、請求項８又は１１に係る発明であって、シリカ粉末又は一次処理物の表面処理を不活性ガス雰囲気下で行う表面処理シリカ粉末の製造方法である。
請求項１６に係る発明では、不活性ガス雰囲気下で表面処理することが好ましい。不活性ガス雰囲気下以外で表面処理するとエポキシ基は反応性に富むため開環反応を起こすおそれがある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明において表面処理されるシリカ粉末は、湿式法又は乾式法により製造される。また、本発明の製造方法に用いられるエポキシ化合物としては２つ以上のエポキシ環を有するグリシジルエーテル類（グリセロールトリグリシジルエーテル（図２（ａ））、グリセロールジグリシジルエーテル（図２（ｂ））、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル（図２（ｃ））、エチレングリコールジグリシジルエーテル（図２（ｄ））、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル（図２（ｅ））、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル（図２（ｆ））、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル（図２（ｇ））など）が例示される。更にアミン化合物としては、ジエチルアミン（(Ｃ2Ｈ5)2ＮＨ)）、ジエタノールアミン（(Ｃ2Ｈ4ＯＨ)2ＮＨ）、Ｎ−メチルエタノールアミン（ＣＨ3ＮＨＣＨ2ＣＨ2ＯＨ）、エチレンジアミン（Ｈ2ＮＣＨ2ＣＨ2ＮＨ2）、ジエチレントリアミン（(Ｈ2ＮＣＨ2ＣＨ2)2ＮＨ）、テトラエチレンペンタミンなどが例示される。
【００１９】
本実施の形態における製造方法について図１に基づいて説明する。
先ず、図１（ａ）に示すように、一次平均粒径が５〜５０ｎｍのシリカ粉末１０をエポキシ化合物１１により表面処理する。
シリカ粉末が乾式法により製造された場合は、乾式法で製造されたシリカ粉末固有の特性、特に凝集しておらず、分散性に優れているという特性を損なわないために、エポキシ化合物による表面処理も乾式法で行うことが好ましい。乾式法による表面処理は、この利点に加えて、表面処理に用いるエポキシ化合物、アミン化合物の量が少量で済み、その付着量の制御が容易であり、更に湿式法では必要な処理後の粉末の分離が不要であるという利点もある。
なお、エポキシ化合物によるシリカ粉末の表面処理は、エポキシ化合物を適当な溶媒に溶解させた溶液中にシリカ粉末を懸濁させる湿式法で行うことも可能である。
【００２０】
エポキシ化合物の乾式法によるシリカ粉末の表面処理方法について説明する。先ずシリカ粉末１０を容器内で高速攪拌機などにより流動状態に保持する。次いでエポキシ化合物１１が粘性の低い液体である場合には、流動状態に保持したシリカ粉末に対して液状のエポキシ化合物を滴下又は噴霧する。また、エポキシ化合物が固体又は粘性が高い液体である場合には、エポキシ化合物を第１溶媒により溶解した希釈液を流動状態に保持したシリカ粉末に対して滴下又は噴霧する。これにより、シリカ粉末表面にエポキシ化合物が均一に付着する。次にシリカ粉末を９０〜２００℃の温度に加熱して、反応を十分に進行させることにより一次処理物１２が得られる。エポキシ化合物が粘度の低い液体の場合でも、エポキシ化合物を第１溶媒により溶解した希釈液にしてシリカ粉末に対して滴下又は噴霧することが好ましい。これによりシリカ粉末表面にエポキシ化合物をより均一に付着させることができる。第１溶媒は、使用するエポキシ化合物を溶解できるものであれば特に限定されない。具体的には、アセトン、ヘキサン、トルエン、クロロホルム、ジイソプロピルエーテル、ＴＨＦなどが挙げられる。
【００２１】
この表面処理により、エポキシ化合物が持っている複数のエポキシ基の１つ以上がシリカ粉末の表面に存在する水酸基と反応して開環するが、残りのエポキシ基は未反応のまま残り、少なくとも１つの未反応のエポキシ基が残留した状態でエポキシ化合物がエポキシ基の開環反応によってシリカ粉末に化学的に結合し、粉末表面に効果的にエポキシ基を付与することができる。即ち、シリカ粉末は、粉末表面に化学的に結合したエポキシを含有する有機物で被覆されるようになり、多量のエポキシ基を粉末表面に付与することが可能となる。表面処理に使用するエポキシ化合物は、２個以上のエポキシ基を有している有機化合物であればよい。分子中のエポキシ基の結合位置も特に限定されないが、分子の両端に２個のエポキシ基が存在する化合物が好ましい。
【００２２】
次に図１（ｂ）に示すように、一次処理物１２をアミン化合物１３により更に表面処理する。この表面処理により未反応のまま粉末表面に残留しているエポキシ基とアミン化合物とが反応して表面にアミノ基を有するシリカ粉末となる。即ち、表面に残留しているエポキシ基とアミン化合物とが開環反応を起こし、表面にアミノ基を有する二次処理物１４を得る。
シリカ粉末が乾式法により製造された場合は、前述したエポキシ化合物によるシリカ粉末の表面処理と同様に、乾式法で製造されたシリカ粉末が凝集しておらず、分散性に優れているという特性を損なわないために、乾式法で表面処理することが好ましい。
なお、アミン化合物による一次処理物の表面処理は湿式法で行うことも可能である。
【００２３】
アミン化合物の乾式法による一次処理物の表面処理方法について説明する。先ず一次処理物１２を容器内で高速攪拌機などにより流動状態に保持する。次いでアミン化合物１３が粘性の低い液体である場合には、流動状態に保持した一次処理物に対して液状のアミン化合物を滴下又は噴霧する。また、アミン化合物が固体又は粘性が高い液体である場合には、アミン化合物を第２溶媒により溶解した希釈液を流動状態に保持した一次処理物に対して滴下又は噴霧する。これにより、一次処理物表面にアミン化合物が均一に付着する。次に一次処理物を９０〜２００℃の温度に加熱して、反応を進行させてアミン化合物を一次処理物に固定化して二次処理物１４を得る。アミン化合物が粘度の低い液体の場合でも、アミン化合物１３を第２溶媒により溶解した希釈液にして一次処理物に対して滴下又は噴霧することが好ましい。これにより一次処理物表面にアミン化合物をより均一に付着させることができる。第２溶媒は、使用するアミン化合物を溶解できるもので、なおかつエポキシ化合物と反応しないものであれば特に限定しない。代表例としては、アセトン、ヘキサン、トルエン、クロロホルム、ジイソプロピルエーテル、ＴＨＦなどが挙げられる。
【００２４】
シリカ粉末表面に存在する水酸基とエポキシ化合物の１つ以上のエポキシ基との反応、残りのエポキシ基とアミン化合物との反応をそれぞれ進行させるため、シリカ粉末を加熱する。この熱処理は、エポキシ化合物の酸化を防ぐため不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウムなどが挙げられる。また、熱処理時間は熱処理温度やエポキシ化合物、アミン化合物の種類によっても異なるが、好ましくは１〜６時間、より好ましくは１〜３時間である。熱処理時間が短すぎると、熱処理温度が低すぎる場合と同様にエポキシ化合物の粉末表面への反応が十分に進行しない、溶媒が完全に蒸発せずに残留して粉末の性能を妨害するなどの不具合を生じる。
【００２５】
上記方法により製造された表面処理シリカ粉末をインクジェットプリンター用記録材の受容層を形成する母材として使用すると、アミノ基が有する非共有電子対にプロトン化(protonation)が起こるため、シリカ粉末表面は電気的にプラスとなる。一方、インク色素成分（シアン、マゼンタ、イエローの３原色及びブラック）を形成するアニオン化合物は発色をする原子団が電気的にマイナスイオンを持つため、アミノ基が有するプラスイオンと引合いシリカ粉末表面に捕獲される。その結果、インク色素成分はバインダに分散しないので、鮮やかな色彩が得られる。
【００２６】
本発明により製造された表面処理シリカ粉末表面に付与されているアミノ基をアミノ基当量として測定する。ここでアミノ基当量とは粉末１ｇ当たりについているアミノ基のモル数である。アミノ基当量の測定方法はまずクロロホルム：酢酸＝１：２の混合液４０ｍｌ、０．１ｍｏｌ／ｌの過塩素酸−酢酸溶液を用意する。次に表面処理したシリカ粉末１ｇをクロロホルム−酢酸混合液４０ｍｌ、回転子とともにビーカに入れ、スターラにて液を撹拌しながら電位差滴定装置により過塩素酸−酢酸溶液で滴定する。得られた滴定曲線の変曲点を滴定の終点とし、滴定量（ｍｌ）に基づいて下記式（１）によりアミノ基当量が求められる。
アミノ基当量＝((過塩素酸の濃度)×(過塩素酸のファクタ)×(滴定量))/１０００…（１）
【００２７】
【実施例】
次に本発明の実施例を比較例とともに説明する。
＜実施例１＞
比表面積が１３０ｍ2／ｇのシリカ粉末（日本アエロジル社製アエロジル＃１３０）を１００ｇ用意した。エポキシ化合物にグリセロールトリグリシジルエーテル（ナガセ化成製ＥＸ−３１４）３１ｇを、第１溶媒にアセトンをそれぞれ用意した。このエポキシ化合物をアセトンに溶解してエポキシ希釈液を調製した。アミン化合物にジエチルアミン２２ｇを、第２溶媒にアセトンをそれぞれ用意した。このアミン化合物をアセトンに溶解してアミン希釈液を調製した。
先ずシリカ粉末をミキサーに入れ、撹拌して流動状態に保持した。次いでエポキシ希釈液を上記流動状態にあるシリカ粉末に対して添加し、シリカ粉末にエポキシ化合物を均一に付着させた。エポキシ化合物を付着させたシリカ粉末を不活性ガス雰囲気の気流下で温度１８０℃で加熱し、そのまま１時間保持して一次処理物を得た。次にこの一次処理物を流動状態に保持したまま、アミン希釈液を上記流動状態にあるシリカ粉末に対して更に添加し、一次処理物にアミン化合物を均一に付着させた。アミン化合物を付着させた一次処理物を不活性ガス雰囲気の気流下で温度１８０℃で加熱し、そのまま２時間保持して二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
【００２８】
＜実施例２＞
アミン化合物にジエタノールアミン８ｇを用いた以外は実施例１と同一のシリカ粉末及びエポキシ化合物を用意し、実施例１と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例３＞
アミン化合物にジエタノールアミン２３ｇを、第２溶媒にＴＨＦをそれぞれ用意し、このアミン化合物をＴＨＦに溶解してアミン希釈液を調製した以外は実施例１と同一のシリカ粉末及びエポキシ化合物を用意し、実施例１と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例４＞
アミン化合物にＮ−メチルエタノールアミン６ｇを、第２溶媒にＴＨＦをそれぞれ用意し、このアミン化合物をＴＨＦに溶解してアミン希釈液を調製し、一次処理物を１５０℃で加熱した以外は実施例１と同一のシリカ粉末及びエポキシ化合物を用意し、実施例１と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
【００２９】
＜実施例５＞
比表面積が３８０ｍ2／ｇのシリカ粉末（日本アエロジル社製アエロジル＃３８０Ｓ）を１００ｇ用意した。エポキシ化合物にグリセロールトリグリシジルエーテル（ナガセ化成製ＥＸ−３１４）４５ｇを、第１溶媒にアセトンをそれぞれ用意した。このエポキシ化合物をアセトンに溶解してエポキシ希釈液を調製した。アミン化合物としてジエタノールアミン２４ｇを、第２溶媒にアセトンをそれぞれ用意した。このアミン化合物をアセトンに溶解してアミン希釈液を調製した。
先ずシリカ粉末をミキサーに入れ、撹拌して流動状態に保持した。次いでエポキシ希釈液を上記流動状態にあるシリカ粉末に対して添加し、シリカ粉末にエポキシ化合物を均一に付着させた。エポキシ化合物を付着させたシリカ粉末を不活性ガス雰囲気の気流下で温度１８０℃で加熱し、そのまま１時間保持して一次処理物を得た。次にこの一次処理物を流動状態に保持したまま、アミン希釈液を上記流動状態にあるシリカ粉末に対して更に添加し、一次処理物にアミン化合物を均一に付着させた。アミン化合物を付着させた一次処理物を不活性ガス雰囲気の気流下で温度１８０℃で加熱し、そのまま２時間保持して二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
【００３０】
＜実施例６＞
アミン化合物にジエチルアミン２２ｇを、第２溶媒にＴＨＦをそれぞれ用意し、このアミン化合物をＴＨＦに溶解してアミン希釈液を調製した以外は実施例５と同一のシリカ粉末及びエポキシ化合物を用意し、実施例５と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例７＞
アミン化合物にエチレンジアミン１３ｇを、第２溶媒にトルエンをそれぞれ用意し、このアミン化合物をトルエンに溶解してアミン希釈液を調製した以外は実施例５と同一のシリカ粉末及びエポキシ化合物を用意し、実施例５と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例８＞
エチレンジアミン５ｇを用意し、一次処理物を１１０℃で加熱した以外は実施例７と同一のシリカ粉末及びエポキシ化合物を用意し、実施例７と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
【００３１】
＜実施例９＞
エチレンジアミン１６ｇを用意し、一次処理物を１５０℃で加熱した以外は実施例７と同一のシリカ粉末及びエポキシ化合物を用意し、実施例７と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例１０＞
エチレンジアミン１６ｇを用意し、一次処理物を１５０℃で加熱し、そのまま１時間保持した以外は実施例７と同一のシリカ粉末及びエポキシ化合物を用意し、実施例７と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例１１＞
一次処理物を９０℃で加熱した以外は実施例９と同一のシリカ粉末、エポキシ化合物及びアミン化合物を用意し、実施例９と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
【００３２】
＜実施例１２＞
一次処理物を９０℃で加熱した以外は実施例１０と同一のシリカ粉末、エポキシ化合物及びアミン化合物を用意し、実施例１０と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例１３＞
アミン化合物にジエチレントリアミン１６ｇを用意し、一次処理物を１３０℃で加熱した以外は実施例５と同一のシリカ粉末及びエポキシ化合物を用意し、実施例５と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例１４＞
アミン化合物にテトラエチレンペンタミン２０ｇを、第２溶媒にＴＨＦをそれぞれ用意して、このアミン化合物をＴＨＦに溶解してアミン希釈液を調製し、一次処理物を１３０℃で加熱した以外は実施例５と同一のシリカ粉末及びエポキシ化合物を用意し、実施例５と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
【００３３】
＜実施例１５＞
エポキシ化合物にペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル（ナガセ化成製ＥＸ−４１１）６０ｇ、アミン化合物にエチレンジアミン１３ｇをそれぞれ用意し、一次処理物を１１０℃で加熱し、そのまま１時間保持した以外は実施例５と同一のシリカ粉末を用意し、実施例５と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例１６＞
エポキシ化合物にトリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル（阪本薬品工業製ＳＲ−ＴＭＰ）４４ｇ、アミン化合物にエチレンジアミン１３ｇをそれぞれ用意し、一次処理物を１１０℃で加熱し、そのまま１時間保持した以外は実施例５と同一のシリカ粉末を用意し、実施例５と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例１７＞
エポキシ化合物にポリグリセロールポリグリシジルエーテル（阪本薬品工業製ＳＲ−４ＧＬ）４５ｇ、アミン化合物にエチレンジアミン１３ｇを、第２溶媒にＴＨＦをそれぞれ用意して、このアミン化合物をＴＨＦに溶解してアミン希釈液を調製し、一次処理物を１１０℃で加熱し、そのまま１時間保持した以外は実施例５と同一のシリカ粉末を用意し、実施例５と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
【００３４】
＜実施例１８＞
実施例５と同一のシリカ粉末を１００ｇ用意した。エポキシ化合物にグリセロールトリグリシジルエーテル（ナガセ化成製ＥＸ−３１４）４５ｇを用意した。アミン化合物にエチレンジアミン５ｇを用意した。このエポキシ化合物をアセトンに溶解してエポキシ希釈液を調製し、更にアミン化合物をエポキシ希釈液に溶解して混合液を調製した。
先ずシリカ粉末をミキサーに入れ、撹拌して流動状態に保持した。次いで混合液を上記流動状態にあるシリカ粉末に対して添加し、シリカ粉末にエポキシ化合物及びアミン化合物を均一に付着させた。シリカ粉末を不活性ガス雰囲気の気流下で温度１５０℃で加熱し、そのまま２時間保持して二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例１９＞
シリカ粉末を１８０℃で加熱した以外は実施例１８と同一のシリカ粉末、エポキシ化合物及びアミン化合物を用意し、実施例１８と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
【００３５】
＜実施例２０＞
エポキシ化合物にグリセロールトリグリシジルエーテル（ナガセ化成製ＥＸ−３１４）６０ｇ、アミン化合物にＮ−メチルエタノールアミン０．２ｇをそれぞれ用意し、一次処理物を１６０℃で加熱した以外は実施例５と同一のシリカ粉末を用意し、実施例５と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
＜実施例２１＞
エポキシ化合物にグリセロールトリグリシジルエーテル（ナガセ化成製ＥＸ−３１４）０．１ｇ、アミン化合物にエチレンジアミン４５ｇを、第２溶媒にＴＨＦをそれぞれ用意して、このアミン化合物をＴＨＦに溶解してアミン希釈液を調製し、一次処理物を１５０℃で加熱した以外は実施例５と同一のシリカ粉末を用意し、実施例５と同様の条件で反応を行って二次処理物である表面処理シリカ粉末を得た。
【００３６】
＜比較例１＞
実施例５と同一のシリカ粉末を１００ｇ用意し、表面処理せずにアニオン吸着能を評価した。
＜比較評価＞
実施例１〜２１で得られた二次処理物である表面処理シリカ粉末及び比較例１のシリカ粉末を下記の方法を用いてアニオン吸着能を評価した。
シリカ粉末２ｇに１０ｍｍｏｌ／ｌの２−ナフタレンスルホン酸ナトリウム水溶液を１００ｍｌ添加して混合液とした。この混合液を５分間撹拌して粉末にアニオン種を吸着させた。このアニオン種を吸着させた混合液をろ過し、ろ液の１ｍｌをメスフラスコに取り、１００ｍｌの水で希釈した。得られた希釈液を紫外分光光度計で測定し、表面処理したシリカ粉末のアニオン吸着能を評価した。また、表面処理したシリカ粉末のアミノ基当量を前述した方法により測定した。実施例１〜１２を表１に、実施例１３〜２１及び比較例１を表２に示す。
【００３７】
【表１】
【表２】
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明ではエポキシ化合物の１つのエポキシ基が開環してシリカ粉末の表面に結合し、エポキシ化合物の残りの１つ又は２つ以上のエポキシ基が開環してアミン化合物と結合したことにより、表面にアミノ基が付与されたシリカ粉末である。この表面処理シリカ粉末をインクジェットプリンター用記録材の受容層を形成する母材として使用すると、シリカ粉末表面に付与されたアミノ基は電気的にプラスを有するため、電気的にマイナスを有するインク色素をシリカ粉末表面に捕獲できる。インク色素成分はバインダに分散しないので、鮮やかな色彩が得られる。従って、インク色素の吸着能に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の表面にアミノ基を有する表面処理シリカ粉末を製造する順序を示す図。
【図２】 本発明の製造方法に用いられるエポキシ化合物を示す化学式。
【符号の説明】
１０ シリカ粉末
１１ エポキシ化合物
１２ 一次処理物
１３ アミン化合物
１４ 二次処理物
Claims (16)
- 基材シートに透明な受容層を一層コーティングして形成されたインクジェットプリンター用記録材の前記受容層を形成する母材に添加剤として使用され、複数のエポキシ基を有するエポキシ化合物(11)により表面処理されたシリカ粉末(10)であって、
前記エポキシ化合物(11)が２つ以上のエポキシ環を有するグリシジルエーテル類であり、
前記エポキシ化合物(11)の１つ以上のエポキシ基が開環して前記シリカ粉末(10)の表面に結合し、
前記エポキシ化合物(11)の残りのエポキシ基がアミン化合物(13)と反応し結合したことを特徴とする表面処理シリカ粉末。 - エポキシ化合物(11)が金属を含有しない化合物であり、かつ２００〜１０００の範囲内の分子量である請求項１記載の表面処理シリカ粉末。
- シリカ粉末(10)の一次平均粒径が５〜５０ｎｍである請求項１記載の表面処理シリカ粉末。
- アミン化合物(13)が脂肪族系であり、かつ窒素原子を少なくとも１つ以上含有するアミンである請求項１記載の表面処理シリカ粉末。
- 比表面積が５０〜３８０ｍ2／ｇである請求項１記載の表面処理シリカ粉末。
- アミノ基当量が６．０×１０-6〜１．２×１０-2ｍｏｌ／ｇである請求項１記載の表面処理シリカ粉末。
- 基材シートに透明な受容層を一層コーティングして形成されたインクジェットプリンター用記録材の前記受容層を形成する母材に添加剤として使用される請求項１ないし６いずれか１項に記載の表面処理シリカ粉末を製造する方法であって、
シリカ粉末(10)を２つ以上のエポキシ環を有するグリシジルエーテル類であるエポキシ化合物(11)とアミン化合物(13)を用いて表面処理することを特徴とする表面処理シリカ粉末の製造方法。 - 流動状態に保持したシリカ粉末(10)に複数のエポキシ基を有する液状のエポキシ化合物(11)を滴下又は噴霧する工程と、
前記エポキシ化合物(11)を滴下又は噴霧したシリカ粉末(10)を流動状態で９０〜２００℃に加熱して一次処理物(12)を得る工程と、
前記流動状態の一次処理物(12)に液状のアミン化合物(13)を滴下又は噴霧する工程と、
前記アミン化合物(13)を滴下又は噴霧した一次処理物(12)を流動状態で９０〜２００℃に加熱して処理する工程と
を含む請求項７記載の表面処理シリカ粉末の製造方法。 - 液状のエポキシ化合物がエポキシ化合物を第１溶媒により溶解して調製され、液状のアミン化合物がアミン化合物を第２溶媒により溶解して調製された請求項８記載の表面処理シリカ粉末の製造方法。
- 第１溶媒及び第２溶媒が、それぞれアセトン、ヘキサン、トルエン、クロロホルム、ジイソプロピルエーテル又はテトラヒドロフランである請求項９記載の表面処理シリカ粉末の製造方法。
- 流動状態に保持したシリカ粉末(10)に複数のエポキシ基を有する液状のエポキシ化合物(11)及び液状のアミン化合物(13)を同時に滴下又は噴霧する工程と、
前記エポキシ化合物(11)及び前記アミン化合物(13)を滴下又は噴霧したシリカ粉末(10)を流動状態で９０〜２００℃に加熱して処理する工程と
を含む請求項７記載の表面処理シリカ粉末の製造方法。 - 液状のエポキシ化合物がエポキシ化合物を第１溶媒により溶解して調製され、液状のアミン化合物がアミン化合物を第２溶媒により溶解して調製された請求項１１記載の表面処理シリカ粉末の製造方法。
- 第１溶媒及び第２溶媒が、それぞれアセトン、ヘキサン、トルエン、クロロホルム、ジイソプロピルエーテル又はテトラヒドロフランである請求項１２記載の表面処理シリカ粉末の製造方法。
- シリカ粉末の表面処理をシリカ粉末１００重量部に対してそれぞれエポキシ化合物０．１〜６０重量部及びアミン化合物０．１〜５０重量部の配合割合で行う請求項８又は１１記載の表面処理シリカ粉末の製造方法。
- エポキシ化合物(11)が２つ以上のエポキシ基を有し、金属を含有しない化合物であり、かつ２００〜１０００の範囲内の分子量である請求項８又は１１記載の表面処理シリカ粉末の製造方法。
- シリカ粉末(10)又は一次処理物(12)の表面処理を不活性ガス雰囲気下で行う請求項８又は１１記載の表面処理シリカ粉末の製造方法。
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