JP6162069B2 - 水系インクジェット用顔料分散体及びその製造方法、並びに水系インクジェットインク - Google Patents
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Description
また、インク及び顔料分散体に、分散剤として添加された成分の中には、一定量以上含まれていると、かえって調製されたインク及び顔料分散体の保存安定性を低下させ、また、吐出性を低下させるもの(アビエチン酸など)がある。そのため、調製されたインク及び顔料分散体において、保存安定性及び吐出性を低下させるものの含有量を低減させることで、保存安定性及び吐出性をより改善できる余地がある。
特に特許文献3のように、顔料自体にアビエチン酸などの構造が含まれている場合、アビエチン酸などを除去することが難しいため、分散性と保存安定性を両立することが困難であった。
すなわち、本発明の目的は、分散性、及び分散後の保存安定性、並びにインクとしたときの吐出性に優れた水系インクジェット用顔料分散体及びその製造方法、並びに水系インクジェットインクを提供することにある。
<1> 水と、顔料と、顔料分散ポリマーと、顔料の全質量に対して3質量%以上30質量%以下のロジン酸と、の混合液を製造する混合液製造工程と、混合液製造工程より得られた混合液に含まれるロジン酸の量を、顔料の全質量に対して3.0質量%未満に低減する低減工程と、を含み、前記混合液製造工程は、前記顔料と前記ロジン酸とを混合した後、前記顔料分散ポリマーを混合する工程であるか、又は、前記顔料分散ポリマーと前記ロジン酸とを混合した後、前記顔料を混合する工程である水系インクジェット用顔料分散体の製造方法。
<3> 低減工程は、限外ろ過を用いてロジン酸の量を低減する<1>又は<2>に記載の水系インクジェット用顔料分散体の製造方法。
<4> 混合液製造工程の後、顔料分散ポリマーを架橋させる工程を含む<1>〜<3>のいずれか1つに記載の水系インクジェット用顔料分散体の製造方法。
<6> 顔料分散ポリマーの酸価が、100mgKOH/g〜120mgKOH/gである<1>〜<5>のいずれか1つに記載の水系インクジェット用顔料分散体の製造方法。
<7> 顔料分散ポリマーが、親水性構造単位と、疎水性構造単位と、を有する<1>〜<6>のいずれか1つに記載の水系インクジェット用顔料分散体の製造方法。
<8> 顔料分散ポリマーが、(メタ)アクリル酸に由来の親水性構造単位と、炭素数1〜炭素数20のアルキル(メタ)アクリレート及びその誘導体、ベンジル(メタ)アクリレート及びその誘導体、並びにフェノキシエチル(メタ)アクリレート及びその誘導体から選ばれる少なくとも1つに由来の疎水性構造単位と、を有する<1>〜<7>のいずれか1つに記載の水系インクジェット用顔料分散体の製造方法。
<9> 混合液製造工程において、さらに2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオール、3,6−ジメチル−4−オクチン−3,6−ジオール、3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール、又はアセチレンジオールのエチレンオキサイド付加物を混合する<1>〜<8>のいずれか1つに記載の水系インクジェット用顔料分散体の製造方法。
本明細書において、「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
本発明の水系インクジェット用顔料分散体の製造方法は、水と、顔料と、顔料分散ポリマーと、顔料の全質量に対して3質量%以上30質量%以下のロジン酸と、の混合液を製造する混合液製造工程と、混合液製造工程より得られた混合液に含まれるロジン酸の量を、顔料の全質量に対して3.0質量%未満に低減する低減工程と、を含む。
本明細書において、「ロジン酸の量」とは、「ロジン酸」に含まれる成分の合計量を意味する。
すなわち、本発明の顔料分散体の製造方法は、混合液製造工程において、顔料と顔料分散ポリマーと所定量のロジン酸との混合液を製造することで、ロジン酸が顔料表面の濡れ性を向上させ、顔料表面に顔料分散ポリマーが効率よく被覆する。その結果、顔料分散体の分散性を向上させることができると考えられる。
さらに、顔料表面に被覆した顔料分散ポリマーを架橋させる場合において、混合液が、ロジン酸を含むことで、顔料分散ポリマーの架橋が促進され、顔料分散体の分散性がより向上する。
本発明の顔料分散体の製造方法における低減工程において、混合液に含まれるロジン酸の量を一定量まで低減させることで、ロジン酸による影響が解除され、顔料分散体の保存安定性、及びインクとしたときの吐出性を向上させることができると考えられる。
以上のように、本発明の顔料分散体の製造方法は、上記の混合液製造工程と低減工程とを有することで、優れた分散性を維持しつつ、保存安定性及び吐出性に優れる顔料分散体を得ることができる。
以下に本発明の製造方法における各工程について説明する。
本発明の顔料分散体の製造方法は、少なくとも、水と、顔料と、顔料分散ポリマーと、顔料の全質量に対して3質量%以上30質量%以下のロジン酸と、の混合液を製造する混合液製造工程を有する。
なお、ここでいうロジン酸の配合量は、後述する顔料中のロジン酸の量も含まれる。
本発明の混合液製造工程において、ロジン酸の配合量を上記の範囲とすることで、顔料分散体に含まれるポリマー被覆顔料の多分散性指数(PDI)を好適な範囲に調整することができる。多分散性指数については、後述する。
顔料とロジン酸とを混合した後、顔料分散ポリマーを混合する場合、後述するロジン酸が添加されている顔料を用いることが好ましい。すなわち、ロジン酸が添加されている顔料と顔料分散ポリマーを混合することが好ましい。
なお、混練、分散についての詳細は、T.C. Patton著”Paint Flow and Pigment Dispersion”(1964年 John Wiley and Sons社刊)等に記載を参照できる。
本発明においては、ロジン酸とは、上記のように、アビエチン酸及びその塩、ネオアビエチン酸及びその塩、デヒドロアビエチン酸及びその塩、パラストリン酸及びその塩、レボビマル酸及びその塩、ピマール酸及びその塩、イソピマール酸及びその塩、並びにシトロネル酸及びその塩から選ばれる1種又は2種以上からなる混合物である。
ロジン酸に含まれる塩としては、金属塩が好ましく、カルシウム塩がより好ましい。
これらのロジン酸の中でも、本発明の顔料分散体において、ガムロジンを好適に用いることができる。
本発明における顔料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、有機顔料、無機顔料のいずれであってもよい。
アゾ顔料としては、例えば、アゾレーキ、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ顔料、などが挙げられる。
多環式顔料としては、例えば、フタロシアニン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサジン顔料、インジゴ顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフタロン顔料、などが挙げられる。
染料キレートとしては、例えば、塩基性染料型キレート、酸性染料型キレート、などが挙げられる。
上記の顔料は、単独種で使用してもよく、また上記した各群内もしくは各群間より複数種選択してこれらを組み合わせて使用してもよい。
本発明におけるポリマー(以下適宜、分散剤と称す)としては、ポリマー分散剤が挙げられる。ポリマー分散剤は、非水溶性の分散および水溶性の分散剤のいずれでもよい。
本発明において、水溶性ポリマーの「水溶性」とは、ポリマーを105℃で2時間減圧乾燥させた後、25℃の水100g中に溶解させたときに、その溶解量が5.0g以上であることをいい、その溶解量が好ましくは10.0g以上、更に好ましくは15.0g以上である。溶解量は、ポリマーが有する塩生成基を、水酸化カリウムで100%中和した時の溶解量である。
親水性構造単位とは少なくとも1つの親水性基を含む構造単位である。親水性基としては、ノニオン性基、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基等を挙げることができる。なお、ノニオン性基としては、水酸基、(窒素原子が無置換の)アミド基、アルキレンオキシド重合体(例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等)に由来する基、糖アルコールに由来する基等が挙げられる。親水性構造単位と疎水性構造単位の含有比率は(親水性部位:疎水性部位)=15:85〜40:60の範囲が好ましく、(親水性部位:疎水性部位)=15:85〜30:70の範囲が最も好ましい。
カルボキシ基を有する構成単位としては、(メタ)アクリル酸、β−カルボキシエチルアクリレート、フマル酸、イタコン酸、マレイン酸、クロトン酸等に由来の構成単位が挙げられ、これらの中でも(メタ)アクリル酸及びβ−カルボキシエチルアクリレートに由来の構造単位が好ましく、(メタ)アクリル酸に由来の構造単位がさらに好ましい。
これらの中でも、疎水性構造単位としては、炭素数1〜炭素数20のアルキル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、その誘導体から選ばれる少なくとも1つに由来する構造単位が好ましい。
これらの疎水性構造単位は、ポリマー分散剤中に、1種単独で含まれても、2種以上含まれてもよい。
なお、酸価は、JIS規格(JISK0070、1992)記載の方法により測定される。
顔料分散体は、水を含有するものであるが、水の量には特に制限はない。中でも、水の好ましい含有量は、40質量%〜99質量%であり、より好ましくは50質量%〜95質量%であり、更に好ましくは60質量%〜95質量%である。
本発明は、混合液製造時の濡れ性と分散性をさらに向上させたい場合に界面活性剤を用いてもよい。
界面活性剤としては、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、ベタイン系界面活性剤等が挙げられる。
また、N,N−ジメチル−N−アルキルアミンオキシド等のアミンオキシド型の両性界面活性剤も好ましい。
更に、特開昭59−157636号の第(37)〜(38)頁、リサーチ・ディスクロージャーNo.308119(1989年)に界面活性剤として挙げられたものも用いることができる。
また、特開2003−322926号、特開2004−325707号、特開2004−309806号の各公報に記載のフッ素(フッ化アルキル系)系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤等を用いることにより、耐擦性を良化することもできる。
本発明におけるアセチレンジオール基を有する化合物は、アセチレンジオールのエチレンオキサイド付加物であることがより好ましい。
また、アセチレンジオール基を有する化合物は、市販品を用いることができる。具体的には、例えば、AirProducts&Chemicals社製のSURFYNOL82、465、485、DYNOL604、607、日信化学工業社製のオルフィンSTG、オルフィンE1010等が挙げられる。
界面活性剤のHLB(Hydrophile−Lipophile Balance)値は、6〜13が好ましく、8〜13がより好ましい。
HLBはGRIFFINのHLB値(20Mw/M Mw=親水性部位の分子量、M=非イオン界面活性剤の分子量)により算出された値である。
本発明の顔料分散体の製造方法は、混合液製造工程の後、顔料分散ポリマー(以下、ポリマーとも称す)を架橋させる工程を含むことが好ましい。
ポリマーを架橋させる工程では、ポリマー分散剤間の架橋を行う。
ポリマーを架橋させる工程は、混合液製造工程の後であればよく、低減工程の前後のいずれでもよい。
ポリマーを架橋させる際の条件としては、混合液製造工程で得られた混合液体を攪拌しながら加熱し、混合液の液温を60℃〜80℃にする。続けて架橋剤を入れ、攪拌しながら液温を保つように6時間加熱を行い、ポリマー分散剤の架橋を行う。その後、液温を25℃に冷却し、ポリマーを架橋させた混合液を得る。ポリマーを架橋させる工程における混合液の液温は、70℃〜80℃が好ましい。
架橋構造を形成することが可能な官能基としては、特に限定されず、カルボキシル基またはその塩、イソシアナート基、エポキシ基等が挙げられる。これらの中でも、分散性向上の観点からカルボキシル基またはその塩を有していることが好ましい。
具体的には、エポキシ樹脂の場合は、例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、m−フェニレンジアミン、メチレンジアニリン、ポリカルボン酸、ジカルボン酸、フタール酸無水物、ベンゾフェノンテトラ酸無水物、ヘキサヒドロフタール酸無水物、ピロメリット酸ジ無水物、シリコーン樹脂の場合は、例えば、ポリメチルシロキサン、水酸基官能性アクリル樹脂の場合は、例えば、アミノ樹脂、イソシアナート化合物が挙げられる。
具体例としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、1,6−へキサンジオールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ジプロピレングリコールジ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、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル等が挙げられ、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテルが好ましい。
本発明の顔料分散体の製造方法は、少なくとも、混合液製造工程により得られた混合液に含まれるロジン酸の量を、顔料の全質量に対して3.0質量%未満に低減する低減工程を有する。
すなわち、本発明の顔料分散体の製造方法は、上記の混合液製造工程で、顔料の分散性を向上させるために加えたロジン酸の量を、低減工程で所定の量まで低減させることで、優れた分散性を維持しつつ、保存安定性及びインクジェットインクとしたときの吐出性にも優れる顔料分散体を得ることができる。
ロジン酸は、最初に添加した量を50質量%以下に低減することが好ましく、0.83質量%〜40質量%に低減することがより好ましい。
ロジン酸の量が0.25質量%以上であると、顔料分散体としたときの分散性をより向上させることができる。
一般的に、限外ろ過に用いるろ過膜の形状は、平面状のもの、パイプ状のもの、中空糸状のものがあり、ろ過膜の材質は、ポリエーテルスルホン(PESU)、ポリアクリロニトリルなどの合成高分子やセラミックがあり、用途によって選択される。
平均粒子径は、既述の方法により測定できる。
本発明でいう多分散性指数(PDI:polydispersity index)とは、分散粒子の粒子径分布を定義する指数であり、これは下記式(1)により定義されるものである。
なお、D90、D50、D10は、ナノトラック粒度分布測定装置UPA−EX150(日機装(株)製)を用いて動的光散乱法により測定される平均粒子径から見積もることができる。測定するときの顔料濃度は0.75%に調整し、25℃で測定を行う。
顔料分散体の多分散性指数は、既述の本発明の混合液製造工程においてロジン酸の配合量を、顔料の全質量に対して3質量%以上30質量%以下とすることで、上記範囲に調整することができる。
本発明の顔料分散体は、さらにアセチレンジオール基を有する化合物を含むことが好ましい。アセチレンジオール基を有する化合物は、界面活性剤が好ましく、具体的には、SURFYNOLS82、465、485、DYNOL604、607(AirProducts&ChemicaLs社製)などが好ましい。
本発明の水系インクジェットインク(以下適宜、インクと称す)は、少なくとも既述の顔料分散体を含む。
インク中の顔料の含有量は、インクの全固形分にして4質量%〜15質量%程度であり、好ましくは4質量%〜10質量%、4質量%〜6質量%がさらに好ましい。
本発明のインクは、更に水溶性溶剤、その他の添加剤を含んでもよい。
本発明のインクは、既述の顔料分散体を含むため、顔料の分散性に優れ、かつ保存安定性及び吐出性にも優れるものとなる。
本発明のインクは、水溶性有機溶媒の少なくとも1種を含有してもよい。水溶性有機溶媒は、乾燥防止、湿潤あるいは浸透促進の効果を得ることができる。乾燥防止には、噴射ノズルのインク吐出口においてインクが付着乾燥して凝集体ができ、目詰まりするのを防止する乾燥防止剤として用いられ、乾燥防止や湿潤には、水より蒸気圧の低い水溶性有機溶媒が好ましい。また、浸透促進には、紙へのインク浸透性を高める浸透促進剤として用いることができる。
このうち、乾燥防止剤としては、グリセリン、ジエチレングリコール等の多価アルコールが好ましい。
乾燥防止剤は、1種単独で用いても2種以上併用してもよい。乾燥防止剤の含有量は、インク中に10質量%〜50質量%の範囲とするのが好ましい。
浸透促進剤は、1種単独で用いても2種以上併用してもよい。浸透促進剤の含有量は、インク中に5質量%〜30質量%の範囲であるのが好ましい。また、浸透促進剤は、画像の滲み、紙抜け(プリントスルー)を起こさない量の範囲内で使用することが好ましい。
インクは、水を含有するものであるが、水の量には特に制限はない。中でも、水の好ましい含有量は、10質量%〜99質量%であり、より好ましくは30質量%〜80質量%であり、更に好ましくは50質量%〜70質量%である。
本発明のインクは、上記成分以外にその他の添加剤を用いて構成することができる。その他の添加剤としては、例えば、水溶性重合性化合物、重合開始剤、樹脂粒子、褪色防止剤、乳化安定剤、浸透促進剤、紫外線吸収剤、防腐剤、防黴剤、pH調整剤、表面張力調整剤、消泡剤、粘度調整剤、分散剤、分散安定剤、防錆剤、キレート剤等の公知の添加剤が挙げられる。これらの各種添加剤は、インクに直接添加する。
表面張力調整剤の添加量は、インクの表面張力を20mN/m〜60mN/mに調整できる範囲が好ましく、20mN/m〜45mN/mに調整できる範囲がより好ましく、25mN/m〜40mN/mに調整できる範囲が更に好ましい。添加量が範囲内であると、インクジェット法で良好に打滴することができる。
既述の顔料分散体の製造方法における各工程と、顔料分散体と水溶性有機溶剤とその他の添加剤とを混合してインクを作製する工程と、を含んで構成され、必要に応じて、その他の工程を有することができる。
本発明は、上記構成とすることにより、顔料の分散性に優れ、かつ保存安定性及び吐出性にも優れるものとなる。
(顔料分散ポリマーP−1の合成)
顔料分散ポリマーP−1は、下記に従って合成した。
モノマー供給組成物を、メタクリル酸(170部)、メタクリル酸ベンジル(830部)、及びイソプロパノール(375部)を混合することにより調製した。開始剤供給組成物を、2,2−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)(22.05部)及びイソプロパノール(187.5部)を混合することにより調製した。
次に、イソプロパノール(187.5部)を窒素雰囲気下、80℃に加温した中に、モノマー供給組成物及び開始剤供給組成物の混合物を2時間かけて滴下した。滴下終了後、更に4時間、80℃に保った後に、25℃まで冷却した。冷却後、溶媒を減圧除去することにより、重量平均分子量(Mw)が29000、酸価が110.8mgKOH/gの顔料分散ポリマーP−1を得た。
なお、顔料分散ポリマーP−1の重量平均分子量及び酸価は、既述の方法により測定した。
P−1の合成におけるメタクリル酸の配合量を170部から228部に変え、メタクリル酸ベンジルの配合量を830部から772部に変えた以外は、P−1と同様にして、合成し、Mwが27000、酸価が148.6mgKOH/gの顔料分散ポリマーP−2を得た。
顔料分散ポリマーP−3は、下記に従って合成した。
攪拌機、冷却管を備えた500mlの三口フラスコにメチルエチルケトン330部を加え、窒素雰囲気下で75℃に加熱した。その後、三口フラスコにジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート20部、フェノキシエチルメタクリレート500部、メタクリル酸150部、及びメチルメタクリレート350部をメチルエチルケトン700部に溶解した。この溶液を3時間かけて滴下した。
滴下終了後、さらに1時間反応させた後、ジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート2部をメチルエチルケトン20部に溶解した溶液を加え、78℃に昇温し、4時間加熱した。得られた反応溶液は大過剰量のヘキサンに2回再沈殿させ、析出したポリマーを乾燥させ、Mwが30700、酸価が97.8mgKOH/gの顔料分散ポリマーP−3を得た。
P−1の合成におけるメタクリル酸の配合量を170部から265部に変え、メタクリル酸ベンジルの配合量を830部から735部に変えた以外は、P−1と同様にして、合成し、Mwが31000、酸価が172.8mgKOH/gの顔料分散ポリマーP−4を得た。
P−1の合成におけるメタクリル酸の配合量を170部から100部に変え、メタクリル酸ベンジルの配合量を830部から570部に変えた以外は、P−1と同様にして、合成し、Mwが28000、酸価が65.1mgKOH/gの顔料分散ポリマーP−5を得た。
[顔料分散体の作製]
上記で得られた顔料分散ポリマーP−1の150部を水に溶解し、水酸化カリウム水溶液を用いて、中和後のpHが9、顔料分散ポリマーの濃度が約25質量%となるように顔料分散ポリマー水溶液を調製した。
この顔料分散ポリマー水溶液180部と、ロジン酸Ca(アビエチン酸カルシウム、ネオアビエチン酸カルシウム、パラストリン酸カルシウムの混合物)が添加してあるピグメントレッド(ロジン酸Ca添加PR)122(冨士色素株式会社製、FUJI FAST RED、顔料に対するロジン酸Caの添加量5質量%)(以下、ロジン酸Ca添加顔料Aとも称する)94.5部と、水325.5部と、を混合し、ビーズミル(ビーズ径:0.1mmΦ、ジルコニアビーズ)で3時間分散処理を行った。この分散処理により、顔料固形分濃度15質量%の未架橋の顔料含有ポリマー粒子の混合液(未架橋混合液)を得た。
得られた未架橋混合液136部に対し、Denacol EX521(ナガセケムテックス(株)製、架橋剤)0.23部を添加し、70℃で6時間反応させた。反応後、25℃に冷却することにより、顔料固形分濃度11質量%の架橋された顔料含有ポリマー粒子の分散体(架橋混合液)を得た。
架橋混合液を、クロスフロー型ウルトラフィルター(UF)(ザルトリウス社製、限外ろ過装置)を用いて、微細孔のサイズが0.1μmのポリエーテルスルホン(PESU)膜で1分間600mLの流量で液を流した。このときの温度は25℃となるように調整し、仕込んだ液の体積倍率の1倍を1回として10回限外ろ過を行い、顔料分散体1(顔料固形分濃度15質量%)を得た。
上記で得られた顔料分散ポリマーP−1の150部と、ガムロジン(荒川化学工業(株)製、ロジン酸)4.5部を水に溶解し、水酸化カリウム水溶液を用いて、中和後のpHが9、顔料分散ポリマーの濃度が約25質量%となるように顔料分散ポリマー水溶液を調製した。
この顔料分散ポリマー水溶液180部と、クロモファインレッド(大日精化(株)製、PR122)90部と、水325.5部と、を混合し、ビーズミル(ビーズ径:0.1mmΦ、ジルコニアビーズ)で3時間分散処理を行った。この分散処理により、顔料固形分濃度15質量%の未架橋の顔料含有ポリマー粒子の混合液(未架橋混合液)を得た。
得られた未架橋混合液136部に対し、Denacol EX521(ナガセケムテックス(株)製、架橋剤)0.23部を添加し、70℃で6時間反応させ、反応後、25℃に冷却することにより、顔料固形分濃度11質量%の架橋された顔料含有ポリマー粒子の混合液(架橋混合液)を得た。
架橋混合液を、クロスフロー型UF(ザルトリウス社製、限外ろ過装置)を用いて、0.1μmのPESU膜で1分間600mLの流量で液を流した。このときの温度は25℃となるように調整し、仕込んだ液の体積倍率の1倍を1回として10回限外ろ過を行い、顔料分散体2(顔料固形分濃度15質量%)を得た。
上記で得られた顔料分散ポリマーP−1の150部を水に溶解し、水酸化カリウム水溶液を用いて、中和後のpHが9、顔料分散ポリマーの濃度が約25%となるように顔料分散ポリマー水溶液を調製した。
この顔料分散ポリマー水溶液180部と、ロジン酸Ca添加顔料A94.5部と、水318.8部と、DYNOL607(AirProducts&ChemicaLs社製、アセチレンジオール基を有する化合物)6.75部と、を混合し、ビーズミル(ビーズ径:0.1mmΦ、ジルコニアビーズ)で3時間分散処理を行った。この分散処理により、顔料固形分濃度15質量%の未架橋の顔料含有ポリマー粒子の混合液(未架橋混合液)を得た。
得られた未架橋混合液136部に対し、Denacol EX521(ナガセケムテックス(株)製、架橋剤)0.23部を添加し、70℃で6時間反応させ、反応後、25℃に冷却することにより、顔料固形分濃度11質量%の架橋された顔料含有ポリマー粒子の混合液(架橋混合液)を得た。
架橋混合液を、クロスフロー型UF(ザルトリウス社製、限外ろ過装置)を用いて、0.1μmのPESU膜で1分間600mLの流量で液を流した。このときの温度は25℃となるように調整し、仕込んだ液の体積倍率の1倍を1回として10回限外ろ過を行い、顔料分散体3(顔料固形分濃度15質量%)を得た。
実施例4〜実施例11における顔料分散体4〜顔料分散体11の作製は、顔料分散体1における顔料分散ポリマー、ロジン酸Caの添加量、限外ろ過回数、又はフィルターの種類を下記表2に示すように変更した以外は、顔料分散体1と同様にして、それぞれ作製した。
なお、顔料分散体6では、顔料分散体1におけるロジン酸Ca添加顔料Aを、ロジン酸Ca添加PR122(冨士色素株式会社製、FUJI FAST RED、顔料に対するロジン酸の添加量30質量%)(以下、ロジン酸Ca添加顔料Bとも称す)117部、水303部に変更してロジン酸Caの添加量を調整した。顔料分散体7では、顔料分散体1におけるロジン酸Ca添加顔料Aを、ロジン酸Ca添加PR122(冨士色素株式会社製、FUJI FAST RED、顔料に対するロジン酸の添加量15質量%)(以下、ロジン酸Ca添加顔料Cとも称す)103.5部、水316.5部に変更してロジン酸Caの添加量を調整した。
実施例1において顔料分散体1におけるロジン酸Ca添加顔料Aをクロモファインレッド(大日精化(株)製、PR122)に変えた以外は、顔料分散体1と同様にして、比較例1における顔料分散体12を作製した。
実施例1において顔料分散体1におけるロジン酸Caの添加量、及び限外ろ過回数を下記表2に示すように変更した以外は、顔料分散体1と同様にして、比較例2、比較例3、比較例5及び比較例6における顔料分散体13、顔料分散体14、顔料分散体16及び顔料分散体17をそれぞれ作製した。
なお、顔料分散体13は顔料分散体6と同様にして、顔料分散体14は顔料分散体7と同様にして、ロジン酸Caの添加量を調整した。
顔料分散体16では、顔料分散体1におけるロジン酸Ca添加顔料Aを、ロジン酸Ca添加PR122(冨士色素株式会社製、FUJI FAST RED、顔料に対するロジン酸の添加量1.5質量%)(以下、ロジン酸Ca添加顔料Dとも称す)91.4部、水328.6部に変更してロジン酸Caの添加量を調整した。
顔料分散体17では、ロジン酸Ca添加顔料Aを、ロジン酸Ca添加PR122(冨士色素株式会社製、FUJI FAST RED、顔料に対するロジン酸の添加量50質量%)(以下、ロジン酸Ca添加顔料Eとも称す)135部、水285部を変更してロジン酸Caの添加量を調整した。
実施例1における顔料分散体1の作製において、架橋分散体の限外ろ過を行わない以外は、顔料分散体1と同様にして、比較例4における顔料分散体15を作製した。なお、顔料分散体15は、架橋混合液(顔料固形分濃度11質量%)をエバポレーターにより減圧蒸留して顔料固形分濃度を15質量%に調整した。
上記で得られた顔料分散ポリマーP−1の150部を水に溶解し、水酸化カリウム水溶液を用いて、中和後のpHが9、顔料分散ポリマーの濃度が約25質量%となるように顔料分散ポリマー水溶液を調製した。
この顔料分散ポリマー水溶液180部と、ロジン酸Ca添加顔料A94.5部と、水323部と、を混合し、ビーズミル(ビーズ径:0.1mmΦ、ジルコニアビーズ)で3時間分散処理を行った。この分散処理により、顔料固形分濃度15質量%の未架橋の顔料含有ポリマー粒子の混合液(未架橋混合液)を得た。
得られた未架橋混合液136部に対し、Denacol EX521(ナガセケムテックス(株)製、架橋剤)0.23部を添加し、70℃で6時間反応させ、反応後、25℃に冷却することにより、顔料固形分濃度11質量%の架橋された顔料含有ポリマー粒子の混合液(架橋混合液)を得た。
架橋混合液を、KS-25Sステンレスラインホルダーをフィルトレーション用加圧タンクとハンディポンプ(ADVANTEC社製)につないだ加圧ろ過装置を用いて、0.5μmのフィルターで10回加圧ろ過を行い、顔料分散体18(顔料固形分濃度15%)を得た。
上記で得られた実施例1〜実施例11及び比較例1〜比較例7(顔料分散体1〜18)と、下記の成分と、を下記の組成になるよう混合し、プラスチック製のディスポーザブルシリンジに詰め、PVDF5μmフィルター(Millex−SV、直径25mm、ミリポア社製)で濾過することで、インク1を得た。
得られたインクについて、吐出性の評価を行った。評価結果は下記表2に示す。
・顔料分散体(顔料固形分濃度 15質量%) … 6.5部
・トリプロピレングリコールモノメチルエーテル(TPGmME)
(和光純薬工業社製、水溶性有機溶剤) … 2.0部
・ジプロピレングリコール(DPG)
(和光純薬工業社製、水溶性有機溶剤) … 2.0部
・サンニックスGP250(三洋化成工業社製、水溶性有機溶剤) …10.0部
・尿素 … 5.0部
・オルフィンE1010(日信化学工業(株)製、界面活性剤) … 1.5部
・イオン交換水 …全体で100部となる残量
(ロジン酸の含有量)
よって、上記実施例及び比較例の顔料分散体について以下の手順でロジン酸の抽出を行い、ガスクロマトグラフィ(GC)を用いて定量し、各顔料分散体に含まれるロジン酸の合計量を求めた。
1)顔料分散体25gをクロロホルム25gに混合し、分液漏斗に移してよく振った。分液漏斗に水50gを加え、十分混合し、平衡状態になるようにした。
2)分液漏斗の下方のコックから下層(有機層)を抜き出し、別の容器(フラスコ等)に移した。次に上層(水層)を分液漏斗の上方から抜き出し、水層を移した容器とは別の容器に移した。
3)水層を再び分液漏斗に戻し、クロロホルム25gを加え、上記2)を5回繰り返し行った。
4)全ての有機層を分液漏斗に入れ、超純水(不純物の量が0.01μg/L以下の水)50g加え、十分混合し、平衡状態になるようにした。
5)上層(超純水層)と下層(有機層)を分液し、有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を留去し、ロジン酸を抽出した。
装置 : ガスクロマトグラフィ−14B、島津製作所製
使用カラム : 長さ2.1m、径が5φ×2.6φのガラスカラム
カラム充填剤 : Silicone SE−30 Uniport B
上記実施例及び比較例の顔料分散体についてナノトラック粒度分布測定装置UPA−EX150(日機装(株)製)を用いて動的光散乱法により、ポリマー被覆顔料の粒度分布を測定した。
得られた粒度分布から平均粒子径、D90、D50、及びD10(D90、D50、及びD10はそれぞれ分散粒子の全粒子数の0.9(90個数%)、0.5(50個数%)及び0.1(10個数%)に等しい粒子径を表す)を算出し、下記式(1)の多分散性指数(PDI)を見積もった。
PDI=(D90−D10)/D50 式(1)
上記実施例及び比較例で調製したインクを、密閉状態で60℃、336時間放置した後、ポリマー被覆顔料の凝集及び増粘について、平均粒子径、粘度の測定を行い、経時前後の液物性の変化率を算出した。変化率はそれぞれ[(経時後の粘度−初期粘度)/初期粘度]×100、[(経時後の平均粒径−初期の平均粒径)/初期の平均粒径]×100で求めることができる。
なお、平均粒子径は既述の方法で測定した。粘度は、B型粘度計(BROOK FIELD社製) を用いて30℃で、測定した。
AA: ポリマー被覆顔料の平均粒子径の経時前後の変化率も粘度の変化率も1%未満であった。
A : ポリマー被覆顔料の平均粒子径の経時前後の変化率は1%以上2%未満であり、粘度の 変化率は1%以上6%未満であった。
B : ポリマー被覆顔料の平均粒子径の経時前後の変化率は2%以上5%未満であり、粘度の 変化率は6%以上15%未満であった。
C : ポリマー被覆顔料の平均粒子径の経時前後の変化率は5%以上10%未満であり、粘度 の変化率は15%以上25%未満であった。
D : ポリマー被覆顔料の平均粒子径の経時前後の変化率は10%以上であり、粘度の変化率 は25%未満であった。
(株)リコー製GELJET GX5000プリンターヘッドを500mm/秒で所定の直線方向に移動可能なステージの移動方向(副走査方向)と直交する方向に、ノズルが並ぶラインヘッドの方向(主走査方向)を合わせて固定した。
次にこれに繋がる貯留タンクに上記インク1を詰め替えた。記録媒体として富士フイルム(株)製の画彩写真仕上げProを、ステージに貼り付けた。
次に、ステージを248mm/分で移動させ、インク滴量3.4pL、吐出周波数10kHz、ノズル配列方向×搬送方向75dpi×1200dpi(dots per inch)で96本のラインを搬送方向に対して平行に1ノズル(1つの吐出孔)当り2000発のインク滴を吐出して、印画サンプルを作製した。
得られた印画サンプルを目視で観察して、すべてのノズル(吐出孔)からインクが吐出されていることを確認した。
上記インク吐出後、25℃、80%RHの環境下で3時間ヘッドをそのままの状態で放置した後、新しい記録媒体を貼り付けて、再び同様の条件でインクを吐出して印画サンプルを作製した。
得られた印画サンプルを目視で観察し、2000発吐出した後の不吐ノズル数を評価した。
不吐ノズル数(単位:本)に応じてA〜Dの評価をつけた。このとき、不吐ノズル数が10本以下であれば、実用上の許容範囲内である。
A : 不吐ノズル数が0本〜5本であった。
B : 不吐ノズル数が6本〜10本であった。
C : 不吐ノズル数が11本〜15本であった。
D : 不吐ノズル数が16本以上であった。
A : ロジン酸Ca添加顔料A(顔料に対するロジン酸Caの添加量5質量%)
B : ロジン酸Ca添加顔料B(顔料に対するロジン酸Caの添加量30質量%)
C : ロジン酸Ca添加顔料C(顔料に対するロジン酸Caの添加量15質量%)
D : ロジン酸Ca添加顔料D(顔料に対するロジン酸Caの添加量1.5質量%)
E : ロジン酸Ca添加顔料E(顔料に対するロジン酸Caの添加量50質量%)
PR122 : クロモファインレッド
また、実施例1と実施例2の比較より、混合液製造工程において顔料とロジン酸とを混合した後、顔料分散ポリマーを混合することで、保存安定性がより優れるものとなることがわかる。
また、実施例1と実施例3の比較より、混合液製造工程においてさらにアセチレンジオール基を有する化合物を混合することで、保存安定性がより優れるものとなることがわかる。
比較例1及び比較例5は、混合液製造工程におけるロジン酸の配合量が所定の範囲より少なく、保存安定性が特に劣ることがわかる。
比較例2、比較例3及び比較例7は、低減工程におけるロジン酸の含有量が所定の範囲を超え、インクとしたときの吐出性が特に劣ることがわかる。
Claims (9)
- 水と、顔料と、顔料分散ポリマーと、前記顔料の全質量に対して3質量%以上30質量%以下のロジン酸と、の混合液を製造する混合液製造工程と、
前記混合液製造工程より得られた混合液に含まれるロジン酸の量を、前記顔料の全質量に対して3.0質量%未満に低減する低減工程と、
を含み、
前記混合液製造工程は、前記顔料と前記ロジン酸とを混合した後、前記顔料分散ポリマーを混合する工程であるか、又は、前記顔料分散ポリマーと前記ロジン酸とを混合した後、前記顔料を混合する工程である
水系インクジェット用顔料分散体の製造方法。 - 前記低減工程で低減されたロジン酸の量が、前記顔料の全質量に対して0.25質量%以上3.0質量%未満である請求項1に記載の水系インクジェット用顔料分散体の製造方法。
- 前記低減工程は、限外ろ過を用いて前記ロジン酸の量を低減する請求項1又は請求項2に記載の水系インクジェット用顔料分散体の製造方法。
- 前記混合液製造工程の後、前記顔料分散ポリマーを架橋させる工程を含む請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の水系インクジェット用顔料分散体の製造方法。
- 前記顔料分散ポリマーの酸価が、90mgKOH/g〜150mgKOH/gである請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の水系インクジェット用顔料分散体の製造方法。
- 前記顔料分散ポリマーの酸価が、100mgKOH/g〜120mgKOH/gである請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の水系インクジェット用顔料分散体の製造方法。
- 前記顔料分散ポリマーが、親水性構造単位と、疎水性構造単位と、を有する請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の水系インクジェット用顔料分散体の製造方法。
- 前記顔料分散ポリマーが、(メタ)アクリル酸に由来の親水性構造単位と、炭素数1〜炭素数20のアルキル(メタ)アクリレート及びその誘導体、ベンジル(メタ)アクリレート及びその誘導体、並びにフェノキシエチル(メタ)アクリレート及び誘導体から選ばれる少なくとも1つに由来の疎水性構造単位と、を有する請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の水系インクジェット用顔料分散体の製造方法。
- 前記混合液製造工程において、さらに2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオール、3,6−ジメチル−4−オクチン−3,6−ジオール、3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール、又はアセチレンジオールのエチレンオキサイド付加物を混合する請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の水系インクジェット用顔料分散体の製造方法。
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