JP5186198B2 - 非水系顔料インク - Google Patents
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Description
このような観点から、顔料をカプセル化して水系媒体に分散させることを可能とした水系顔料インク提案されている(特許文献1、2)。しかし、水系であるが故に、耐水性が悪いという問題は否めない。
さらに別の本発明は、構成モノマーとしてアルキル(メタ)アクリレートを、全構成モノマー中85モル%以上含むアクリル系ポリマーからなる非水系顔料インク用顔料分散剤であって、全アルキル(メタ)アクリレートモノマーのうち、アルキル鎖長が炭素数12以上であるモノマーが82モル%以上、ドデシル(メタ)アクリレートが70〜85モル%、かつ、ドコシル(メタ)アクリレートが12〜26モル%それぞれ含まれている、非水系顔料インク用顔料分散剤に関する。
顔料としては、たとえば、アゾ系、フタロシアニン系、染料系、縮合多環系、ニトロ系、ニトロソ系等の有機顔料(ブリリアントカーミン6B、レーキレッドC、ウォッチングレッド、ジスアゾイエロー、ハンザイエロー、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、アルカリブルー、アニリンブラック等);コバルト、鉄、クロム、銅、亜鉛、鉛、チタン、バナジウム、マンガン、ニッケル等の金属類、金属酸化物および硫化物、ならびに黄土、群青、紺青等の無機顔料、ファーネスカーボンブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック等のカーボンブラック類を用いることができる。これらの顔料は、いずれか1種が単独で用いられるほか、2種以上が組み合わせて使用されてもよい。
インク中の顔料の含有量は、通常0.01〜20重量%であり、印刷濃度とインク粘度の観点から1〜15重量%であることが好ましく、5〜10重量%であることが一層好ましい。
このアクリル系ポリマーを構成する全モノマーのうち、アルキル(メタ)アクリレートモノマーは、インクの保存安定性を確保する観点から、さらには普通紙への印刷物濃度を確保する観点から、85モル%以上含まれており、より好ましくは90モル%以上含まれている。
エステル部分のアルキル鎖は、直鎖であっても分岐鎖であってもよい。
すなわち、全アルキル(メタ)アクリレートモノマーのうち、アルキル鎖長が炭素数12以上であるモノマーが82モル%以上含まれ、さらに、アルキル鎖の炭素数が12であるドデシル(メタ)アクリレート(ラウリル(メタ)アクリレート)が70〜85モル%含まれ、かつ、アルキル鎖の炭素数が22であるドコシル(メタ)アクリレート(ベヘニル(メタ)アクリレート)が12〜26モル%含まれている。このモノマー構成により、インクの凝固点低下と顔料分散体の低粘度化を両立することができるため、長期保存安定性に優れるインクを提供することができる。さらに、アルキル鎖長が炭素数12以上であるモノマーが所定量含まれていることにより、このインクを用いて、印刷濃度の高い印刷印刷物を提供することができる。
より具体的には、ドデシル(メタ)アクリレートおよびドコシル(メタ)アクリレート以外のアルキル鎖長が炭素数12以上であるアルキル(メタ)アクリレートとしては、セチル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート等の直鎖アルキル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレートのような分岐鎖アルキル(メタ)アクリレートが挙げられる。これらは単独で、または2種以上を組み合わせて使用できる。
メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート等の比較的短鎖のアルキル(メタ)アクリレートを用いることも可能であるが、これらのモノマーは非極性溶剤中で重合する場合にポリマーが析出しやすく、かつ、臭気が強く皮膚刺激性も高いため、必要な場合に限って、必要最少量を使用することが望ましい。
たとえば、アミノ基、カルボキシ基(酸、またはその塩/エステル等)、スルホ基(酸、またはその塩/エステル等)、グリシジル基等の顔料吸着能のある官能基を有するモノマーを使用することができる。これにより、分散剤への顔料の吸着性が向上し、顔料分散性をより向上させることができる。具体的には、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸、グリシジル(メタ)アクリレート、スチレン、N−メチルピロリドン、またはスチレンマクロモノマー等が使用できる。これらは、単独で用いられるほか、2種以上を組み合わせて用いることもできる。
反応性官能基としては、グリシジル基、オキセタン基、イソシアネート基などが挙げられるが、なかでも反応性の観点から、グリシジル基が最も好ましい。モノマーとしては、グリシジル(メタ)アクリレート、イソシアナトエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
この場合、重合後のアクリル系ポリマーの分子量を上記好ましい範囲とするために、重合時に連鎖移動剤を併用することが有効である。連鎖移動剤としては、たとえば、n−ブチルメルカプタン、ラウリルメルカプタン、ステアリルメルカプタン、シクロヘキシルメルカプタンなどのチオール類が用いられる。
溶液重合に用いる重合溶媒には、たとえば石油系溶剤(アロマフリー(AF)系)などを使用できる。この重合溶媒は、そのままインクの非水系溶剤として使用できる溶媒(後述)のなかから1種以上を選択することが好ましい。
重合反応に際し、その他、通常使用される重合禁止剤、重合促進剤、分散剤等を反応系に添加することもできる。
インク総量に対しては、顔料分散剤は、0.5〜10重量%程度含まれていることが好ましく、1〜5重量%であることが一層好ましい。
たとえば、非極性有機溶剤としては、脂肪族炭化水素溶剤、脂環式炭化水素系溶剤、芳香族炭化水素溶剤等を好ましく挙げることができる。脂肪族炭化水素溶剤、脂環式炭化水素系溶剤としては、たとえば、日本石油(株)製「テクリーンN−16、テクリーンN−20、テクリーンN−22、日石ナフテゾールL、日石ナフテゾールM、日石ナフテゾールH、0号ソルベントL、0号ソルベントM、0号ソルベントH、日石アイソゾール300、日石アイソゾール400、AF−4、AF−5、AF−6、AF−7」、Exxon社製「Isopar(アイソパー)G、IsoparH、IsoparL、IsoparM、ExxsolD40、ExxsolD80、ExxsolD100、ExxsolD130、ExxsolD140」等を好ましく挙げることができる。芳香族炭化水素溶剤としては、日本石油(株)製「日石クリーンソルG」(アルキルベンゼン)、Exxon社製「ソルベッソ200」等を好ましく挙げることができる。
これらの非水系溶剤は、単独で、または2種以上を混合して用いることができる。
さらに、このアミン化合物は、1分子中に2個以上のアミノ基を有することでそれ自身が極性の高い化合物となる。これが顔料を取り囲むように存在することにより、顔料の非水系溶剤に対する溶剤リリース性が高まり、その結果、高い印刷物濃度が得られ、かつ、裏面へのインクの裏抜けが防止できると推測できる。
加えて、顔料と分散剤とアミン化合物とが顔料複合体を形成することにより、溶剤に不溶化する。その結果、記録媒体にインクが転移した際、溶剤のリリース速度が速くなり、インクの裏抜けが防止できることも考えられる。
アミン化合物は、ハンドリング性の観点から、常温で液体のものを用いることが好ましい。常温で固体あるいは粘稠性の高いアミン化合物を使用する場合は、必要に応じて使用時に加温することが好ましい。
なかでも、R1およびR2のどちらか少なくとも一方は、保存安定性の観点から、炭素数12以上の置換または無置換の直鎖または分岐鎖アルキル基であることがより好ましい。さらに、アルキル基は不飽和結合を持たない飽和アルキル基であることが好ましい。
市販品としては、広栄化学工業(株)製の各種ジアミン、ライオンアクゾ(株)製の商品名「デュオミン」シリーズ(デュオミンC、CD、M、O、OX、T、HT等)、花王(株)製の商品名「ジアミンR−86」、「ジアミンRRT」、日本油脂(株)製の商品名「アスファゾール#10、#20」等が挙げられる。
なかでも、R1、R2およびR3のいずれか1以上が、保存安定性の観点から、炭素数12以上の置換または無置換の直鎖または分岐鎖アルキル基であることがより好ましい。さらに、アルキル基は不飽和結合を持たない飽和アルキル基であることが好ましい。
市販品としては、広栄化学工業(株)製の各種トリアミン、ライオンアクゾ(株)製の商品名「トリアミン」シリーズ(トリアミンC、OV、T、Y12D、YT等)を好ましく用いることができる。
インク総量に対しては、アミン化合物は、0.1〜5重量%程度含まれていることが好ましく、0.5〜1.5重量%であることが一層好ましい。
さらに、油性溶剤への溶解性や、画像の裏抜け防止の観点から、分子量100以下のカルボン酸であることがさらに好ましい。これは、カルボン酸の分子量が大きすぎると分子の非極性部分の割合が高くなって、油性溶剤への親和性が高まるため、顔料複合体が溶剤に伴われて紙内部に浸透しやすくなるためではないかと推測できる。
したがって、分子量100以下のモノカルボン酸を最も好ましく用いることができ、具体的には、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、および酪酸のなかから選ばれる1種以上を好ましく使用できる。
フリーのアミノ基の酸アミド変性は、常温でも進行するが、80〜100℃程度に加温して行うことが好ましい。また、反応後の過剰のカルボン酸は、エバポレータ等の溶剤蒸留装置を用いて流去することが好ましい。
顔料と分散剤と非水系溶剤とを含む顔料分散体は、これら3者を混合し、ボールミル、ビーズミル等の任意の分散手段を用いて顔料を分散させることにより、好ましく得ることができる。
ここで、あまり低温下で両者が反応をするようでは、両者の混合時の反応を防ぐために冷却下で混合する必要があり、むしろ非効率的である。したがって、両者は、熱を加えた状態で反応するものであることが好ましい。すなわち、分散剤の反応性官能基は、アミノ基との熱時反応性を有する官能基であって、分散剤とアミン化合物との反応は加熱反応(熱時反応)であることが好ましい。
インク中の顔料複合体(固形分)の配合量は、0.1〜25重量%程度であることが好ましく、1〜20重量%であることがより好ましく、5〜15重量%であることが一層好ましい。
具体的には、顔料分散剤、消泡剤、表面張力低下剤等として、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン界面活性剤、または高分子系、シリコーン系、フッ素系の界面活性剤をインクに含有させることができる。
高い吐出安定性と普通紙での高濃度化、および低温環境下での保存安定性の観点から、酸価エチレンの付加モル数(上記一般式におけるxとyの合計量)は2〜8であることが好ましく、3〜7であることがより好ましい。
ポリオキシエチレンアルキルアミンを配合する場合のインク中への配合量は、高い吐出安定性と普通紙での高濃度化の観点から、1.0〜5.0重量%であることが好ましい。
印刷方法は、特に限定されないが、インクジェット記録装置を用いて行われることが好ましい。インクジェットプリンタは、ピエゾ方式、静電方式、サーマル方式など、いずれの方式のものであってもよい。インクジェット記録装置を用いる場合は、デジタル信号に基づいてインクジェットヘッドから本発明に係るインクを吐出させ、吐出されたインク液滴を記録媒体に付着させるようにする。
本発明に係るインクは、低温環境下でも良好に使用することができ、かつインクジェット記録システムに使用した場合には吐出安定性にも優れている。
<顔料分散剤の合成>
500ml四つ口フラスコに、ラウリルメタクリレート(日本油脂(株))72.5g、ベヘニルメタクリレート(日本油脂(株))20.0g、ジメチルアミノエチルメタクリレート(和光純薬工業(株))5.0g、グリシジルメタクリレート(和光純薬工業(株))2.5gを混合し、さらに重合開始剤としてV−65(和光純薬工業(株))1.5g、連鎖移動剤としてステアリルメルカプタン(和光純薬工業(株))1.2g、AF7(AFソルベント7号、ナフテン系溶剤、新日本石油(株))230.9gを加え、61℃±3℃の条件下で、還流させながら5時間反応を行って、顔料分散剤A溶液(固形分30%)を得た。反応後に、重合禁止剤としてメトキノン(p−メトキシフェノール)を微量(0.002g)添加した。
得られた顔料分散剤A溶液10gを120℃のホットプレートで5時間加熱した後に得られたポリマーは2.64g(収率88%)であり、その重量平均分子量(GPC法、標準ポリスチレン換算)は、18000であった。
得られたポリマーは、いずれも重量平均分子量15000〜30000であり、反応収率は85〜94%であった。
250mlのポリプロピレン製容器に、上記の顔料分散剤A溶液を45.0g、黒色顔料S170(デグサ社製カーボンブラック、一次粒子径17nm)27.0g、パルミチン酸イソオクチル(日光ケミカルズ(株))31.5g、AF7(上記同)31.5gを混合し、ジルコニアビーズ(直径0.5mm)450gを入れて、ロッキングミル((株)セイワ技研)により60分間分散したのち、ジルコニアビーズを濾別して顔料分散体を得た。
表2に示す組成で、上記実施例1と同様にして、各インクを調製した。
実施例6および比較例6〜7では、顔料複合体化は行わず、顔料分散体を非水系溶剤で希釈するようにした。
得られたインクは、全て、インクジェットインクとしての適正範囲の粘度・顔料粒径を備えたものであった。粘度は、23℃において0.1Pa/sの速度で剪断応力を0Paから増加させたときの10Paにおける粘度であり、ハーケ社製応力制御式レオメータRS75(コーン角度1°、直径60mm)で測定した。
<−5℃でのインク状態>
実施例および比較例の各インクを密閉容器に入れて−5℃の環境下に置き、インクの状態を目視で観察した。
各インクを密閉容器に入れて、70℃の環境下で4週間放置し、その後インクの粘度変化を測定し、その測定結果を以下のように評価した。
粘度変化率:
[(4週間後の粘度値×100)/(粘度の初期値)]−100(%)
粘度変化率が5%未満のものをA、粘度変化率が5%以上10%未満のものをB、粘度変化率が10%以上のものをCとした。
各インクを密閉容器に入れて、50℃〜−20℃のサイクル環境下で4週間放置し、その後インクの粘度変化を測定し、その測定結果を以下のように評価した。
粘度変化率:
[(4週間後の粘度値×100)/(粘度の初期値)]−100(%)
粘度変化率が5%未満のものをA、粘度変化率が5%以上10%未満のものをB、粘度変化率が10%以上のものをCとした。
各インクを、インクジェット記録装置「HC5500」(理想科学工業(株))に装填し、普通紙(理想用紙薄口(理想科学工業(株))に印字して、印刷物を得た。HC5000は、300dpiのライン型インクジェットヘッド(各ノズルが約85μm間隔で並ぶ)を使用し、主走査方向(ノズルが並んでいる方向)に直交する副走査方向に用紙を搬送して、印字を行うシステムである。
得られた印刷物の印刷面(表)のOD値を光学濃度計(RD920、マクベス社製)で測定して、1.1以上のものをA、1.0以上1.1未満のものをB、1.0未満のものをCとして評価した。
上記得られた印刷物の非印刷面(裏)を目視で観察し、目立った裏抜けが無いものをA、裏抜けはあるが軽度のものをB、裏抜けが目立つものをCとして評価した。
印刷動作を行った後、30分間印刷機を停止状態で放置し、その後印刷操作を再開したときに、全く不吐出が発生しないものをA、時々不吐出ノズルが発生するが、吸引クリーニング動作により回復するものをB、不吐出ノズルが頻発するものをCとして評価した。
各インクをインクジェットヘッドに充填し、温度45℃、湿度85%の環境下で4週間放置し、その後HC5500でインクを吐出させ、吐出状態を評価した。クリーニング動作により正常吐出できるものをA、クリーニング動作をかけても正常吐出できないものをCとして評価した。
以上の結果を、同じく表2に示す。
Claims (4)
- 顔料と顔料分散剤と非水系溶剤とを含む非水系顔料インクにおいて、
前記顔料分散剤が、構成モノマーとしてアルキル(メタ)アクリレートを、全構成モノマー中85モル%以上含むアクリル系ポリマーであり、
全アルキル(メタ)アクリレートモノマーのうち、アルキル鎖長が炭素数12以上であるモノマーが82モル%以上、ドデシル(メタ)アクリレートが70〜85モル%、かつ、ドコシル(メタ)アクリレートが12〜26モル%それぞれ含まれている、非水系顔料インク。 - 前記アクリル系ポリマーが、構成モノマーとしてさらに、アミノ基、カルボキシ基、スルホ基、およびグリシジル基から選ばれる1種以上の官能基を有するモノマーを含むものである、請求項1記載の非水系顔料インク。
- 請求項1または2記載の非水系顔料インクを用いて印刷された印刷物。
- 構成モノマーとしてアルキル(メタ)アクリレートを、全構成モノマー中85モル%以上含むアクリル系ポリマーからなる非水系顔料インク用顔料分散剤であって、
全アルキル(メタ)アクリレートモノマーのうち、アルキル鎖長が炭素数12以上であるモノマーが82モル%以上、ドデシル(メタ)アクリレートが70〜85モル%、かつ、ドコシル(メタ)アクリレートが12〜26モル%それぞれ含まれている、非水系顔料インク用顔料分散剤。
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