JP5611660B2 - 低分子量第４級アンモニウム塩分散剤 - Google Patents

低分子量第４級アンモニウム塩分散剤 Download PDF

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Description

本明細書では、多くのコピー機および印刷装置において使用される可能性のある固体相変化インクまたはホットメルトインクなどのインクを記載する。
様々な分散剤を含む着色（ｐｉｇｍｅｎｔｅｄ）相変化インク組成物もまた公知である。例えば、ソルスパース（ＳＯＬＳＰＥＲＳＥ、商標）分散剤を含む着色相変化インク組成物が、国際公開公報第９９／４２５２３号および米国特許出願公開第２００３／０１２７０２１号において記載されている。
国際公開公報第９９／４２５２３号 米国特許出願公開第２００３／０１２７０２１号 米国特許第６，８６０，９３０号明細書
公知の組成物およびプロセスはそれらの所期の目的に対しては適しているが、改善された着色相変化インク組成物が依然として必要とされている。例えば、顔料粒子がインク中で、安定で、よく分散されている顔料着色剤を有する相変化インク、改善された画像品質、改善された耐光性、および低減した透き通しを有する相変化インク、インクが長期間高温に暴露された場合のインク中での着色剤の凝塊化（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ）および沈降が減少した着色相変化インク、ならびにプリントヘッドにおけるジェット詰まりが減少した着色相変化インクが必要とされている。
本開示は、低分子量第４級アンモニウム塩分散剤を含む改善された着色相変化インク、そのような分散剤として作用することができる新規化合物、およびこれらの化合物を製造する方法を提供することにより、これらのおよび他の要求に対処する。
インク比較例１と比較した、分散剤実施例３を含む相変化インク実施例１および２の時間に伴う顔料Ｚ−平均粒径を示すグラフである。 インク比較例２と比較した、分散剤実施例３を含む相変化インク実施例１の時間に伴う顔料Ｚ−平均粒径を示すグラフである。 インク比較例１と比較した、分散剤実施例３および１をそれぞれ含む相変化インク実施例１および３の顔料Ｚ−平均粒径を示すグラフである。 比較例である分散剤を含む相変化インクから作製したプリントの光学密度を示すグラフである。 本開示による分散剤を含む相変化インクから作製したプリントの光学密度を示すグラフである。
分散剤化合物：
下記式を有する化合物を、相変化インク中で分散剤として使用してもよい。一般に、化合物は下記式により表すことができる。
式中、
Ｒ１は、下記の通りであり：
（ｉ）アルキル基、これは、直鎖または分枝、環状または非環式、置換または非置換であってもよく、ここで、酸素、窒素、硫黄、ケイ素、リンなどのヘテロ原子がアルキル基中に存在しても、しなくてもよく、１つの実施形態では、少なくとも約１つの炭素原子、または少なくとも約１６の炭素原子、または少なくとも約２３の炭素原子、かつ、約２００以下の炭素原子、または約１５０以下の炭素原子、または約１００以下の炭素原子を有する、
（ｉｉ）アリールアルキル基、これは置換または非置換であってもよく、ここで、アリールアルキル基のアルキル部分は直鎖または分枝、環状または非環式、置換または非置換とすることができ、ここで、酸素、窒素、硫黄、ケイ素、リンなどのヘテロ原子がアリールアルキル基のアリールまたはアルキル部分のいずれか中に存在しても、しなくてもよく、１つの実施形態では、少なくとも約６の炭素原子、または少なくとも約２３の炭素原子を有し、かつ、１つの実施形態では、約２００以下の炭素原子、または約１５０以下の炭素原子、または約１００以下の炭素原子を有する、または、
（ｉｉｉ）アルキルアリール基、これは置換または非置換であってもよく、ここで、アルキルアリール基のアルキル部分は直鎖または分枝、環状または非環式、置換または非置換とすることができ、ここで、酸素、窒素、硫黄、ケイ素、リンなどのヘテロ原子がアルキルアリール基のアリールまたはアルキル部分のいずれか中に存在しても、しなくてもよく、１つの実施形態では、少なくとも約６の炭素原子、または少なくとも約２３の炭素原子を有し、かつ、約２００以下の炭素原子、または約１５０以下の炭素原子、または約１００以下の炭素原子を有する、
Ｒ２は、下記の通りであり：
（ｉ）アルキレン基、これは、直鎖または分枝、飽和または不飽和、環状または非環式、置換または非置換であってもよく、ここで、酸素、窒素、硫黄、ケイ素、リンなどのヘテロ原子がアルキレン基中に存在しても、しなくてもよく、１つの実施形態では、少なくとも約１つの炭素原子、または少なくとも約２の炭素原子、かつ、約２０以下の炭素原子、または約１０以下の炭素原子、または約８以下の炭素原子を有する、
（ｉｉ）アリーレン基、これは、置換または非置換であってもよく、ここで、ヘテロ原子がアリーレン基中に存在しても、しなくてもよく、１つの実施形態では、少なくとも約６の炭素原子、または少なくとも約７の炭素原子、かつ、約２０以下の炭素原子、または約１５以下の炭素原子、または約１０以下の炭素原子を有する、
（ｉｉｉ）アリールアルキレン基、これは、置換または非置換であってもよく、ここで、アリールアルキレン基のアルキル部分は直鎖または分枝、飽和または不飽和、環状または非環式、置換または非置換とすることができ、ここで、酸素、窒素、硫黄、ケイ素、リンなどのヘテロ原子がアリールアルキレン基のアリールまたはアルキル部分のいずれか中に存在しても、しなくてもよく、１つの実施形態では、少なくとも約７の炭素原子、または少なくとも約８の炭素原子を有し、かつ、約２０以下の炭素原子、または約１５以下の炭素原子、または約１０以下の炭素原子を有する、または、
（ｉｖ）アルキルアリーレン基、これは、置換または非置換であってもよく、ここで、アルキルアリーレン基のアルキル部分は直鎖または分枝、飽和または不飽和、環状または非環式、置換または非置換とすることができ、ここで、酸素、窒素、硫黄、ケイ素、リンなどのヘテロ原子がアルキルアリーレン基のアリールまたはアルキル部分のいずれか中に存在しても、しなくてもよく、１つの実施形態では、少なくとも約７の炭素原子、または少なくとも約８の炭素原子を有し、かつ、約２０以下の炭素原子、または約１５以下の炭素原子、または約１０以下の炭素原子を有する、
Ｘは第４級アンモニウム塩である。
特定の実施形態では、Ｒ１は式ＣＨ３（ＣＨ２）ｎ−のアルキル直鎖とすることができる。１つの実施形態では、ｎは２８炭素の平均値を有し、かつ、約２０から約４０の範囲を有し、または、ｎは３６の平均値を有し、かつ、約３４から約４０の範囲を有し、または、ｎは４６の平均値を有し、かつ、約４０から約５２の範囲を有する。
アミド基と第４級アンモニウム塩基（ｓａｌｔ ｇｒｏｕｐ）との間のＲ２基は一般に、任意のアルキレン、アリーレンなどとすることができる。一般に、アルキレンまたはアリーレン基は第２級炭素原子、すなわち２つの置換基を有するものを示す。実施形態では、Ｒ２は２から４の間の炭素原子を有する直鎖アルキレン基とすることができる。例えば、Ｒ２は２、３または４の炭素原子を有する直鎖アルキレン基としてもよい。一般に、Ｒ２基の長さは、下記で記載するように、カルボン酸と反応させられる前駆体化合物の性質によって決定される。１つの実施形態では、Ｒ２は式−ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２−を有する。
第４級アンモニウム塩基「Ｘ」は一般に、塩イオンにイオン結合した任意の第４級アンモニウム官能基とすることができる。「Ｘ」基は一般に分散剤化合物の「アンカー」と呼ばれる。実施形態では、第４級アンモニウム塩は下記塩基のいずれかとすることができる。
分散剤化合物を製造するための方法：
上記分散剤化合物は、２つの一般的な反応プロセスにより合成することができる。第１の反応プロセスは「ツーポット（ｔｗｏ−ｐｏｔ）」反応プロセスであり、このプロセスでは、中間体が形成され、続いて単離され、その後、さらなる反応工程が実施される。第２の反応プロセスは「ワンポット」反応プロセスであり、このプロセスでは、反応工程の全てが中間体の単離なしで起こる。
第１の反応プロセスは、本明細書では「ツーポットプロセス」と呼ばれるが、一般に下記６つの工程を含む：（１）約１モル当量の式ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＣＯＯＨのカルボン酸を、不活性雰囲気下で溶融させる工程；（２）溶融カルボン酸を約１モル当量の下記式のジアミンと、不活性雰囲気下、高温、例えば約１７０から約２００℃で反応させ、
（式中、Ｒ３は下記で説明する）
下記式の前駆体アミド化合物を形成させる工程；
（３）前駆体アミド化合物を冷却させる工程；（４）前駆体アミド化合物を有機溶媒中に、不活性雰囲気下で溶解させる工程；（５）約０．８５モル当量の硫酸ジメチルまたはメチルｐ−トルエンスルホネートのいずれかを約１モル当量の溶解前駆体アミドと約９０℃から約１２０℃などの高温で、非極性溶媒中、不活性雰囲気下で反応させ、所望の化合物を形成させる工程；および（６）分散剤化合物を分離し、単離する工程。「ツーポットプロセス」は下記のように進行する。
（式中、ＭｅＹは塩析剤（ｓａｌｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ）である。）
実施形態では、ツーポットプロセスは追加のプロセス工程を含んでもよい。例えば、工程（２）は例えば蒸発による、水の除去を含むことができる。さらに、ツーポットプロセスの工程（６）は、蒸留、溶媒の真空除去および、例えば、残留硫酸ジメチルまたはメチルｐ−トルエンスルホネートのいずれかの真空除去を含んでもよい。
実施形態では、ツーポットプロセスは、当業者の知識にしたがい、任意の追加の化学合成工程を含んでもよく、または、ツーポットプロセスは本質的には上記で列挙した６つの工程から構成され、または上記で列挙した６つの工程のみで構成される。
カルボン酸は一般に、得られた化合物が少なくとも２３の炭素原子を含む直鎖アルキル基Ｒ１を有するような、任意のカルボン酸とすることができる。得られた分散剤化合物中のＲ１基はカルボン酸アルキル鎖から形成され、そのため、Ｒ１の所望の長さに基づき特別なカルボン酸が選択される。例えば、カルボン酸は炭素原子数が上記の通りであるアルキル鎖を有するカルボン酸としてもよい。
不活性雰囲気は、化学プロセスにおいて化合物と反応する化合物を含まない任意の雰囲気とすることができる。例えば、不活性雰囲気は、アルゴンなどの希ガスのみから構成された雰囲気としてもよい。
ジアミンは、これらの官能基を有する任意のジアミンとすることができる。すなわち、ジアミンは少なくとも１つの第１級アミン−ＮＨ２基、および少なくとも１つの第３級アミン−Ｎ（Ｒ３）２基を有さなければならない。一般に、ジアミンは一般式ＮＨ２−Ｒ２−Ｎ（Ｒ３）２を有する任意の化合物とすることができ、ここで、Ｒ２は上記のように規定され、Ｒ３は任意の適したアミン置換基であり、例えば、（ｉ）アルキル基（これは直鎖または分枝、環状または非環式、置換または非置換であってもよく、ヘテロ原子がアルキル基中に存在してもよく、またはしなくてもよい）；（ｉｉ）アルキルアリール基（これは置換または非置換であってもよく、アルキルアリール基のアルキル部分は直鎖または分枝、環状または非環式、置換または非置換とすることができ、ヘテロ原子がアルキルアリール基のアリールまたはアルキル部分のいずれか中に存在してもよく、またはしなくてもよい）である。実施形態では、ジアミンは３−（ジメチルアミノ）−１−プロピルアミン、またはアミノプロピルモルホリンとすることができる。
工程（４）で使用した非極性溶媒は一般に、任意の非極性有機溶媒とすることができる。例えば、有機溶媒はトルエン、ジクロロメタン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、または他の適した有機溶媒とすることができる。
工程（１）〜（４）により形成させて得られた前駆体アミドを硫酸ジメチルまたはメチルｐ−トルエンスルホネートのいずれかと反応させ、第３級アミド基から第４級アンモニウム塩基を形成させる。例えば、硫酸ジメチルまたはメチルｐ−トルエンスルホネートは、適度な加熱下で第４級アンモニウム塩基を形成するので適切に選択することができる。
前駆体アミドおよび塩析剤（ＭｅＹ）は、任意の所望のまたは有効な相対量で存在し、１つの実施形態では、１モルのアミド前駆体あたり少なくとも約０．５０モルの塩析剤、または少なくとも約０．６５モルの塩析剤、または少なくとも約０．８５モルの塩析剤、かつ１モルのアミド前駆体あたり約１モル以下の塩析剤、または約０．９８モル以下の塩析剤、または約０．９５モル以下の塩析剤である。
工程（３）および（６）における冷却および単離工程は公知である。
工程（２）におけるアミド前駆体および塩析剤（ＭｅＹ）は、任意の所望のまたは有効な相対量で存在し、１つの実施形態では、１モルのアミド前駆体あたり少なくとも約０．５０モルの塩析剤、または少なくとも約０．６５モルのジアミン、または少なくとも約０．８５モルの塩析剤、かつ、１つの実施形態では、０．９９モルのアミド前駆体あたり約１モル以下の塩析剤、または１モルのアミド前駆体あたり約０．９５モル以下の塩析剤、または１モルのアミド前駆体あたり約１モル以下の塩析剤である。
アミド前駆体はまた、単離された第４級アンモニウム塩中に存在することができ、１つの実施形態では、アミド前駆体は最終生成物中に約１モル％、または約５モル％、または約１５モル％のレベルで、１つの実施形態では、約５０モル％以下、または約３５モル％以下、または約２５モル％以下で存在することができる。
工程（１）におけるカルボン酸とジアミンとの間の反応は、任意の所望のまたは有効な期間の間実行させることができ、１つの実施形態では、少なくとも約１時間、または少なくとも約２時間、または少なくとも約３時間、および別の実施形態では、約１０時間以下とすることができる。
工程（２）における塩析剤（ＭｅＹ）とアミド前駆体との間の反応は任意の所望のまたは有効な期間の間実行させることができ、１つの実施形態では、少なくとも約０．２時間、別の実施形態では、少なくとも約０．５時間、さらに別の実施形態では、約１時間、別の実施形態では、約５時間以下とすることができるが、期間はこれらの範囲外とすることができる。
本明細書で「ワンポットプロセス」と呼ばれる第２の反応プロセスは一般に、下記５つの工程を含む：（１）約１モル当量の式ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＣＯＯＨのカルボン酸を、不活性雰囲気下で溶融させる工程；（２）溶融カルボン酸を約１モル当量の下記式のジアミンと、不活性雰囲気下、高温、例えば約１７０から約２００℃で反応させ、
下記式の前駆体アミド化合物を形成させる工程；
（３）温度を、例えば約１３０から約１６０℃までの温度に低下させる工程；（４）約０．８５モル当量の硫酸ジメチルまたはメチルｐ−トルエンスルホネートのいずれかを前駆体アミド化合物と高温、例えば約１３０℃から約１６０℃までで、不活性雰囲気下で反応させる工程；および（５）分散剤化合物を単離する工程。必要に応じて、生成物の単離前に温度を、例えば約１５０℃から約１８０℃の温度まで上昇させると、全ての残留塩析剤、例えば硫酸ジメチルまたはメチルｐ−トルエンスルホネートが蒸留除去されると考えられる。「ワンポットプロセス」は下記のように進行する。
アミド前駆体および塩析剤（ＭｅＹ）は、任意の所望のまたは有効な相対量で存在し、１つの実施形態では、１モルのアミド前駆体あたり少なくとも約０．５０モルの塩析剤、または少なくとも約０．６５モルの塩析剤、または少なくとも約０．８５モルの塩析剤、かつ、１つの実施形態では、１モルのアミド前駆体あたり約１モル以下の塩析剤、または約０．９８モル以下の塩析剤、または約０．９５モル以下の塩析剤である。
アミド前駆体はまた、単離された第４級アンモニウム塩中に存在することができ、１つの実施形態では、アミド前駆体は最終生成物中に約１モル％、または約５モル％、または約１５モル％のレベルで、１つの実施形態では、約５０モル％以下、または約３５モル％以下、または約２５モル％以下で存在することができる。
工程（１）におけるカルボン酸とジアミンとの間の反応は、任意の所望のまたは有効な期間の間実行させることができ、１つの実施形態では、少なくとも約１時間、または少なくとも約２時間、または少なくとも約３時間、および別の実施形態では、約１０時間以下とすることができる。
工程（２）における塩析剤（ＭｅＹ）とアミド前駆体との間の反応は任意の所望のまたは有効な期間の間実行させることができ、１つの実施形態では、少なくとも約０．２時間、または少なくとも約０．５時間、または１時間、別の実施形態では、５時間以下とすることができる。
実施形態では、ワンポットプロセスは、追加のプロセス工程を含んでもよい。例えば、工程（２）は水の除去を含むことができる。別の実施形態では、ワンポットプロセスは、残留硫酸ジメチルまたはメチルｐ−トルエンスルホネートの蒸留工程を含んでもよい。
実施形態では、ワンポットプロセスは、任意の追加の化学合成工程を含んでもよい。ワンポットプロセスは、プロセスが本質的には上記で列挙した５つの工程から構成される場合に特に有用であり、上記ツーポットプロセスにおける工程（３）などの中間体分離工程を含まない。
上記分散剤化合物は相変化インク中の分散剤として使用することができる。「分散剤として使用される」という句は、分散剤化合物がインクビヒクル中で、顔料粒子が綿状凝集し、より大きな凝塊物にならないように阻止し、このように沈降を遅らせることにより、顔料粒子を安定化させることを意味する。一般に、分散剤化合物は、顔料粒子に固着し、立体的安定化を提供することによりこの機能を達成する。分散剤化合物は、例えば、顔料粒子に吸収され、付着されまたはグラフトされることにより顔料に固着する。実施形態では、分散剤化合物は、インク中に、約０．１から約２５重量％のインクの量で、または約１から約１０重量％、または約１から約５重量％の量で存在してもよい。
本明細書における相変化インクの例は、約２３℃から約２７℃の温度、例えば室温で固体である、または約６０℃未満の温度で固体であるインクビヒクルを含むインクである。しかしながら、インクは加熱されると相変化し、噴射温度では溶融状態となる。このように、インクはインクジェット印刷のために適した高温、例えば約６０℃から約１５０℃の温度で、約１から約２０センチポアズ（ｃＰ）、または約５から約１５ｃＰまたは約８から約１２ｃＰの粘度を有する。
この関連で、本明細書のインクは低エネルギーインクまたは高エネルギーインクのいずれかとしてもよい。低エネルギーインクは約４０℃未満の温度で固体であり、約６０から約１２５℃、例えば、約８０から約１２５℃、例えば約１００から約１２０℃の噴射温度では、約１から約２０ｃＰ、例えば約５から約１５ｃＰ、例えば約８から約１２ｃＰの粘度を有する。高エネルギーインクは４０℃未満の温度で固体であり、約１００から約１８０℃、例えば、約１２０から約１６０℃または約１２５から約１５０℃の噴射温度では、約５から約１５ｃＰの粘度を有する。
インクは、例えば、インクビヒクルと、顔料粒子と、上記分散剤と、他の必要に応じて用いられる添加物とを含んでもよい。インクは、上記分散剤を使用するように変更された、当技術分野において公知の従来の方法により製造することができる。
分散剤の合成：
下記分散剤化合物は、下記の通りに合成した。
分散剤実施例１：
加熱マントル、機械的撹拌、ディーンスタークトラップ、還流冷却器および温度センサが取り付けられた２リットルの樹脂製ケトルに、ユニシド（Ｕｎｉｃｉｄ）４２５（商標）（式ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＣＯＯＨのベーカーペトロライト（Ｂａｋｅｒ Ｐｅｔｒｏｌｉｔｅ）からの一酸、式中、ｎは２８炭素の平均値を有し、約２０から約４０までの範囲を有すると考えられる）２４６．０５ｇおよびＮ，Ｎ−ジメチル−１−プロピルアミン（３５．７６ｇ）（アルドリッチ（Ａｌｄｒｉｃｈ））を導入した。アルゴン流下、ケトル内の温度を９０℃まで上昇させ、樹脂を溶融させた。樹脂が完全に溶融した時に、温度を徐々に、撹拌しながら１８０℃まで上昇させ、反応を５時間進行させた。水（４ｍｌ）をディーンスタークトラップ中に収集した。反応を中止させ、１２０℃まで冷却し、アルミニウム製トレー中に排出させると、２４３ｇの前駆体アミドが得られた。アミド前駆体（１５０ｇ）を、加熱マントル、機械的撹拌、ディーンスタークトラップ、還流冷却器および温度センサが取り付けられた２Ｌの樹脂製ケトルに添加した。トルエン（３００ｍｌ）を反応フラスコに添加した。アルゴン流下、温度を徐々に１００℃まで上昇させ、その間、前駆体アミドを溶解させた。硫酸ジメチル（１６．８ｇ）をシリンジにより徐々に添加した。反応を１００℃で３時間維持した。温度を１３０℃まで上昇させると、トルエンが蒸留除去され始めた。温度を、１８０℃に達するまで徐々に上昇させた。真空を適用し、過剰のトルエンおよび硫酸ジメチルを３０分間除去させた。真空をアルゴンと置換し、反応を中止させ、Ａｌトレー中に排出させると、塩が淡褐色固体として得られた（１４６ｇ；酸価１４．８６、アミン価４．１０）。
分散剤実施例２：
ユニシド５５０（商標）（式ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＣＯＯＨのベーカーペトロライトからの一酸、式中、ｎは３６炭素の平均値を有し、約３４から約４０までの範囲を有すると考えられる）をユニシド４２５（商標）の代わりに下記スケールで使用したことを除き、上記分散剤実施例１に対して概説した同じ手順を用いて分散剤実施例２を調製した：ユニシド５５０（２５０ｇ）、Ｎ，Ｎ−ジメチル−１−プロピルアミン（３２．８３ｇ）、アミド前駆体（２００ｇ）、硫酸ジメチル（２３．４ｇ）、トルエン（２４０ｍｌ）。生成物が淡褐色固体として得られた（２０８ｇ；酸価８．４９、アミン価１．１４）。
分散剤実施例３：
ユニシド７００（商標）（式ＣＨ３（ＣＨ２）ｎＣＯＯＨのベーカーペトロライトからの一酸、式中、ｎは４６炭素の平均値を有し、約４０から約５２までの範囲を有すると考えられる）をユニシド４２５（商標）の代わりに下記スケールで使用したことを除き、上記分散剤実施例１に対して概説した同じ手順を用いて分散剤実施例３を調製した：ユニシド７００（４８１．１５ｇ）、Ｎ，Ｎ−ジメチル−１−プロピルアミン（４８．０２ｇ）、アミド前駆体（４５２ｇ）、硫酸ジメチル（３４．２ｇ）、トルエン（５００ｍｌ）。生成物が淡褐色固体として得られた（４８６ｇ；酸価９．９６、アミン価６．５４）。１Ｈ ＮＭＲ分析（Ｃ６Ｄ６、５００ＭＨｚ、７０℃）により、アミド前駆体が１１モル％で存在することが示された。
分散剤実施例４：
分散剤実施例４は、ワンポットプロセスを用いて製造した。加熱マントル、機械的撹拌、ディーンスタークトラップ、還流冷却器および温度センサが取り付けられた１リットルの樹脂製ケトルに、ユニシド７００（商標）樹脂２５９ｇおよびＮ，Ｎ−ジメチル−１−プロピルアミン（ハンツマン（Ｈｕｎｔｓｍａｎ））２６．５ｇを導入した。アルゴン流下、ケトル内の温度を９０℃まで上昇させ、樹脂を溶融させた。樹脂が完全に溶融した時に、温度を徐々に、撹拌しながら１８０℃まで上昇させ、反応を３時間進行させた。水（７．８ｍｌ）をディーンスタークトラップ中に収集した。１８０℃で３時間反応させた後、ケトル内の温度を１５０℃まで低下させた。温度が１５０℃に到達した時に、硫酸ジメチル２１．２ｇを混合物に、１５分の期間にわたって、約１ｍｌ／分の速度で滴下した。添加の終わりに、反応物を１時間１５０℃で撹拌させた。温度を１８０℃まで上昇させ、ケトルを温めて空にした。塩が淡褐色固体として得られた（２７５ｇの生成物、酸価９．３９、アミン価８．５９）。
分散剤実施例５：
メチルｐ−トルエンスルホネートを硫酸ジメチルの代わりに下記スケールで使用したことを除き、上記分散剤実施例３に対して概説した同じ手順を用いて分散剤実施例５を調製した：アミド前駆体（２００ｇ）、メチルｐ−トルエンスルホネート（２９．０ｇ）、トルエン（２４０ｍｌ）。生成物が淡褐色固体として得られた（２３１ｇ；酸価５．８７、アミン価４．２４）。
分散剤実施例６：
アミノプロピルモルホリンをＮ，Ｎ−ジメチル−１−プロピルアミンの代わりに下記スケールで使用したことを除き、上記分散剤実施例３に対して概説した同じ手順を用いて分散剤実施例６を調製した：ユニシド７００（商標）（２００ｇ）、アミノプロピルモルホリン（２８．１７ｇ）、アミド前駆体（１５０ｇ）、硫酸ジメチル（１２．５３ｇ）、トルエン（１８０ｍｌ）。生成物が淡褐色固体として得られた（１５７ｇ；酸価１３．９、アミン価：＜１）。
分散剤実施例１〜６は下記の特性を有することが見出された。
インクの調製：
比較例１：
下記成分を使用して噴射可能な固体インクを製造した。その量は特に記載がなければ質量部で示した。インク濃縮ベースは、１２０℃でオーバーヘッドスターラーを用いて、下記成分を混合し、溶融し、均一に共にブレンドすることにより調製した：３７．５３部の蒸留ポリエチレンワックス（ベーカーペトロライト）、２０．００部のトリアミドワックス（米国特許第６，８６０，９３０号において記載されているトリアミド）、２０．００部のＳ−１８０（ステアリルステアラミド）（クロンプトンコーポレーション（Ｃｒｏｍｐｔｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ））、２０．００部のＫＥ−１００樹脂（アラカワコーポレーション（Ａｒａｋａｗａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ））、アラカワケミカルインダストリーズ社（Ａｒａｋａｗａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｌｔｄ．）からの水素化アビエチン（ロジン）酸のトリグリセリド、２．２６部のフォーラル（Ｆｏｒａｌ、登録商標）８５、水素化樹脂のエステル（ハーキュレス社（Ｈｅｒｃｕｌｅｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ））、０．２１部のナウガード（Ｎａｕｇａｒｄ）４４５（クロンプトンコーポレーション）、および３．２３部のソルスパース（Ｓｏｌｓｐｅｒｓｅ）１７０００（ルーブリゾールコーポレーション（Ｌｕｂｒｉｚｏｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ））。１１０℃まで予熱したセグバリ（Ｓｚｅｇｖａｒｉ）０１アトリターに、１２０℃まで予熱した１８００ｇの１／８”４４０Ｃグレード２５のステンレス鋼球（フーバープレシジョンプロダクツ社（Ｈｏｏｖｅｒ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ））を添加した。アトリターは３０分間平衡化させ、その時に４．８４部のパーマネントルービン（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｒｕｂｉｎｅ）Ｌ５Ｂ０１顔料（クラリアント（Ｃｌａｒｉａｎｔ）ＧｍｂＨ）を徐々にインクベースに添加した。その後、多段羽根車をアトリターに取り付け、速度を調節して羽根車先端速度が約７ｃｍ／ｓとなるようにした。着色混合物を一晩中１９時間磨滅させ、その時点で、得られたインク顔料濃縮物は、溶融状態で排出され、鋼球から分離された時に、優れた自由流動挙動を示した。
その後、上記インク顔料濃縮物から比較例１のインクを製造した。具体的には、下記成分混合物の溶融均一溶液７０．１ｇを調製した：７２．９８部の蒸留ポリエチレンワックス（ベーカーペトロライト）、３．７０部のトリアミドワックス（米国特許第６，８６０，９３０号において記載されているトリアミド）、１７．１１部のＳ−１８０（ステアリルステアラミド）（クロンプトンコーポレーション）、５．２０部のＫＥ−１００樹脂（アラカワコーポレーション）、水素化アビエチン（ロジン）酸のトリグリセリド類（アラカワケミカルインダストリーズ社）、０．２３部のナウガード４４５（クロンプトンコーポレーション）、および０．７８部のソルスパース１７０００（ルーブリゾールコーポレーション）。この溶液を、１２０℃のオーブン中で比較例１からのインク顔料濃縮物７４．９ｇに、４００ＲＰＭで撹拌しながら徐々に添加した。得られた着色インクを１２０℃で６μｍガラスファイバフィルタ（ポールコーポレーション（Ｐａｌｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ））を通過させて粗く濾過させた。その後すぐに、インクを１μｍガラスファイバフィルタ（ポールコーポレーション）を通して濾過した。１１５℃でのせん断速度粘度を、ＲＦＳ３レオメータ（レオメトリックスサイエンティフィック（Ｒｈｅｏｍｅｔｒｉｃｓ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ））で円錐平板法を用いてインクの１μｍ浸透に対し測定した。インクはニュートニアンであることがわかり、１および１００ｓ−１でそれぞれ、１０．０および９．９ｃＰのせん断速度粘度を有した。
比較例２：
インク顔料濃縮物を、ソルスパース１７０００の代わりに、３．２３部の、分散剤実施例３からのアミド前駆体を使用したことを除き、比較例１と同じように製造した。
このインク顔料濃縮物からインクを調製した。このインク濃縮物の製造は、ソルスパース１７０００の代わりに、０．７８部の分散剤実施例３のアミド前駆体を使用したことを除き、比較例１と同様に進めた。得られた着色インクは１２０℃で６μｍガラスファイバフィルタ（ポールコーポレーション）を通過させて粗く濾過させた。その後すぐに、インクを１μｍガラスファイバフィルタ（ポールコーポレーション）を通して濾過した。１１５℃でのせん断速度粘度を、ＲＦＳ３レオメータ（レオメトリックスサイエンティフィック）で円錐平板法を用いてインクの１μｍ浸透に対し測定した。インクはニュートニアンであることがわかり、１および１００ｓ−１でそれぞれ、１４．７および１１．２ｃＰのせん断速度粘度を有した。
実施例１：
インク顔料濃縮物を、ソルスパース１７０００の代わりに、３．２３部の分散剤実施例３を使用したことを除き、比較例１と同様に製造した。
このインク顔料濃縮物からインクを調製した。このインク濃縮物の製造は、ソルスパース１７０００の代わりに、０．７８部の分散剤実施例３を使用したことを除き、比較例１と同様に進めた。得られた着色インクは１２０℃で６μｍガラスファイバフィルタ（ポールコーポレーション）を通過させて粗く濾過させた。その後すぐに、インクを１μｍガラスファイバフィルタ（ポールコーポレーション）を通して濾過した。１１５℃でのせん断速度粘度を、ＲＦＳ３レオメータ（レオメトリックスサイエンティフィック）で円錐平板法を用いてインクの１μｍ浸透に対し測定した。インクはニュートニアンであることがわかり、１および１００ｓ−１でそれぞれ、１０．３および１０．５ｃＰのせん断速度粘度を有した。
実施例２：
実施例２は実施例１で記載したものとは異なるインク製造プロセスで進行した。最初に、顔料押出成形物を下記手順にしたがい調製した。
トリアミド樹脂、Ｔｒｉ−Ａ−３７を米国特許第６，８６０，９３０号において記載されているように調製した。本来、チップまたはチャンクの形態であり、これをグラインダーにより処理し、粉末形態とした。その後、７００．５５部の微粉トリアミド樹脂および１５５．１３部のパーマネントルービンＬ５Ｂ０１顔料（クラリアントＧｍｂＨ）および１２６．９５部の分散剤実施例３（グラインダーにより粉末形態に処理）をリトルフォード（ＬＩＴＴＬＥＦＯＲＤ）Ｍ５ブレンダー内で３０分間０．８Ａで混合した。その後、粉末混合物を０．８ｌｂｓ／ｈｒの速度で、７０℃で加熱されたＤＡＶＯカウンター回転（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｒｏｔａｔｉｎｇ）二軸押出機（モデルＶＳ１０４（ドイツアパレート−ベルトリボーガニゼイション（Ｄｅｕｔｓｃｈｅ Ａｐｐａｒａｔｅ−Ｖｅｒｔｒｉｅｂｏｒｇａｎｉｓａｔｉｏｎ） ＧｍｂＨ＆Ｃｏ、ドイツのトロイスドルフ））に添加した。押出機内の溶融内容物をその後、５０ＲＰＭで混合し、ストランドダイを通して７５℃で排出させた。最後に、押出分散物、押出成形物Ｘを他のインク成分と溶融混合しインクを形成させた。
次に、顔料押出成形物から、下記のようにインクを調製した。下記成分を２Ｌビーカー（Ａ）中、１２５℃で溶融させ、混ぜ合わせた：上記押出成形物Ｘ（１５８．４部）、フォーラル（登録商標）８５、水素化樹脂のエステル（ハーキュレス社）（２．８部）、ケマミドＳ１８０（クロンプトンコーポレーション）（１８６．８９部）、ＫＥ１００樹脂（アラカワケミカルインダストリーズ社）（１２０．１０部）、およびナウガードＮ４４５（クロンプトンコーポレーション）（２．１０部）。ビーカー（Ａ）には加熱マントルおよびメカニカルスターラーを取り付けた。顔料分散物を９０分間、１２０℃で加熱、撹拌した。顔料分散物をビーカー（Ａ）内で調製している間、ポリエチレンワックスＸ１１９７（ベーカーペトロライト）（５２９．７５部）を、加熱マントルおよびメカニカルスターラーが取り付けられたビーカー（Ｂ）内で溶融させた。ビーカー（Ｂ）内の樹脂分散物を１２０℃で１時間加熱、撹拌し、確実に樹脂を完全に溶融混合させた。
イカウルトラツラックス（ＩＫＡ Ｕｌｔｒａ Ｔｕｒｒａｘ）Ｔ５０ホモジナイザをその後使用して、成分をビーカー（Ａ）内で１８分間、温度を１２０℃に維持しながら均一化した。１２０℃で維持したビーカー（Ｂ）内の溶融樹脂をその後、ビーカー（Ａ）内の均一化した顔料分散物中に添加した。ビーカー（Ａ）内の得られた混合インク分散物をその後、さらに３６分間均一化させた。得られたインクを、１μｍパーカーフィルタを通して濾過した後、インクを室温まで冷却し、その後、ＡＲ２０００レオメーターを用いてそのレオロジーを測定した。１１５℃でのせん断速度粘度を、ＲＦＳ３レオメータ（レオメトリックスサイエンティフィック）で円錐平板法を用いてインクの１μｍ浸透に対し測定した。インクはニュートニアンであることがわかり、１および１００ｓ−１でそれぞれ、９．０５および９．２２ｃＰのせん断速度粘度を有した。
実施例３：
実施例３は、インク顔料濃縮物の製造中、分散剤実施例３の代わりに分散剤実施例１を３．２３ｇ使用し、濃縮物からインクを製造する間、分散剤実施例３の代わりに分散剤実施例１を０．７８ｇ使用したことを除き、実施例１で記載したプロセスにしたがい進行した。得られた着色インクを、１２０℃で６μｍガラスファイバフィルタ（ポールコーポレーション）を通して粗く濾過した。その後すぐに、インクを１μｍガラスファイバフィルタ（ポールコーポレーション）を通して濾過した。１１５℃でのせん断速度粘度を、ＲＦＳ３レオメータ（レオメトリックスサイエンティフィック）で円錐平板法を用いてインクの１μｍ浸透に対し測定した。インクはニュートニアンであることがわかり、１および１００ｓ−１でそれぞれ、１０．３および１０．５ｃＰのせん断速度粘度を有した。
実施例４：
実施例４は、インク顔料濃縮物の製造中、分散剤実施例３の代わりに分散剤実施例２を３．２３ｇ使用し、濃縮物からインクを製造する間、分散剤実施例３の代わりに分散剤実施例２を０．７８ｇ使用したことを除き、実施例１で記載したプロセスにしたがい進行した。得られた着色インクを、１２０℃で１μｍガラスファイバフィルタ（ポールコーポレーション）を通して濾過した。１１５℃でのせん断速度粘度を、ＲＦＳ３レオメータ（レオメトリックスサイエンティフィック）で円錐平板法を用いてインクの１μｍ浸透に対し測定した。インクはニュートニアンであることがわかり、１および１００ｓ−１でそれぞれ、９．７および１０．０ｃＰのせん断速度粘度を有した。
実施例５：
実施例５は、分散剤実施例３の代わりに分散剤実施例５を使用したことを除き、実施例１で記載したプロセスにしたがい進行した。得られたインクを、１μｍパーカーフィルタを通して濾過した後、インクを室温まで冷却した。１１５℃でのせん断速度粘度を、ＲＦＳ３レオメータ（レオメトリックスサイエンティフィック）で円錐平板法を用いてインクの１μｍ浸透に対し測定した。インクはニュートニアンであることがわかり、１および１００ｓ−１でそれぞれ、８．１および９．６ｃＰｃＰのせん断速度粘度を有した。
実施例６：
実施例６は、インク顔料濃縮物の製造中、分散剤実施例３の代わりに分散剤実施例６を３．２３ｇ使用し、濃縮物からインクを製造する間、分散剤実施例３の代わりに分散剤実施例６を０．７８ｇ使用したことを除き、実施例２で記載したプロセスにしたがい進行した。得られた着色インクを、１２０℃で６μｍガラスファイバフィルタ（ポールコーポレーション）を通して粗く濾過した。その後すぐに、インクを１μｍガラスファイバフィルタ（ポールコーポレーション）を通して濾過した。１１５℃でのせん断速度粘度を、ＲＦＳ３レオメータ（レオメトリックスサイエンティフィック）で円錐平板法を用いてインクの１μｍ浸透に対し測定した。インクはニュートニアンであることがわかり、１および１００ｓ−１でそれぞれ、１１．４および９．９ｃＰのせん断速度粘度を有した。
上記インクのいくつかについて次に、時間経過に伴う顔料凝塊化の程度を決定するために試験した。４つのインク（比較例１および２、実施例１および２）を１２０℃のオーブンでエージングさせ、本明細書で粒径と呼ばれるＺ−平均粒径を１１２℃でマルバーンゼータサイザー（Ｍａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ）粒径分析計を用いて測定した。図１に示されるように、本開示にしたがい製造された２つのインク（実施例１および実施例２）は１４日にわたって安定な粒径を有した。さらに、実施例２のインクをさらに３ヶ月以上１２０℃でエージングさせたが、依然として粒径の成長はほとんどなく、あるいはまったくないことが示された。対照的に、市販の分散剤を用いて製造した比較例１は、１２０℃でエージング中、たった２日後には大きな粒径成長を示した。
真上で記載した試験と同様に、実施例１を比較例２と比較した。結果を図２に示す。図２からわかるように、実施例３からのアミド前駆体から製造した比較例２のインクは約８日後に顔料粒子成長（すなわち、凝塊化）を経験した。これにより、凝塊化の阻止にはアンカー基が必須であることが示される。それにもかかわらず、比較例２は依然として比較例１よりも良好に機能し（粒径が、６日後市販の分散剤では１０００ｎｍであるのに対し１０日後２００ｎｍ未満）、なお、分散剤の鎖長が粒径安定性に対し重要であることが強調される。
重ねて、真上で記載した試験と同様に、実施例３を比較例１および実施例１と比較した。結果を図３に示す。図３からわかるように、短鎖を有する分散剤から製造した実施例３のインクは急速に顔料粒子成長（すなわち、凝塊化）を経験した。これにより、鎖長が凝塊化を阻止するのには重要であることが示される。
最後に、プリントヘッドにより適用された時のインクの安定性もまた試験した。比較例１および実施例２のインクの各々を、１１２℃のプリンタ内で最大１０日までエージングさせ、プリントをこの期間毎日作製させ、プリントの光学密度を図４Ａおよび図４Ｂに示されるように測定した。比較例１のインクから作製したプリントは、バンディングとして公知の現象を示した。バンディングは非均一噴射であり、これによりページ全体の光学密度が減少する。図４Ａに示されるように、比較例１から作製されたプリントの光学密度は、５日間のプリンタ内でのエージング後、著しく減少した。対照的に、図４Ｂに示されるように、実施例２によるインクは１０日間のプリンタ内でのエージング後、有意の光学密度変化を示さなかった。
一般に、これらの結果から、新規分散剤から製造したインクは、オーブン内およびプリンタ内の両方で決定されるように安定な粒径を表すことが示される。これにより、新規分散剤は非極性インク媒質中、高温下でマゼンタピグメントレッド（Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ）５７：１粒子を安定化させることができることが示された。この新規分散剤は、ろう様インクビヒクルと適合可能であり、第４級アンモニウム塩は顔料マゼンタピグメントレッド５７：１に対する強力なアンカー基となり、そのため、高温下で粒子を安定化させることができる。
これらの研究から、１２０℃などの高温での、顔料粒子の凝塊化、凝集および沈降に抵抗する印刷可能で安定なインクが示される。

Claims (4)

  1. 次式で表される化合物であって、
    式中、ｎは２８〜４６、Ｒ 2 は−ＣＨ 2 ＣＨ 2 ＣＨ 2 −、Ｘは−Ｎ + Ｍｅ 3 ＭｅＳＯ - 4 である、化合物。
  2. 前記ｎが３６である、請求項１に記載の化合物。
  3. 前記ｎが４６である、請求項１に記載の化合物。
  4. 前記化合物は、結晶化の開始温度が９０℃以上であり、溶融ピーク温度が１００℃以上である、請求項１に記載の化合物。
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