JP6188443B2 - 記録媒体及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は記録媒体及びその製造方法に関する。
近年のインクジェット記録装置などを用いた画像記録の高速化に伴い、インクを付与する記録媒体には、得られる画像の発色性が高いことに加えて、インク吸収性が高いことが求められている。また、記録媒体を高速で搬送する際、記録媒体に強い力がかかるような場合があるため、記録媒体には耐傷性が高いことも求められている。
従来、得られる記録媒体のインク吸収性や耐傷性を改善する目的で、インク受容層のバインダーとして、シラノール基を有するポリビニルアルコール(以下、「シラノール変性PVA」ともいう)を用いた記録媒体が検討されてきた(特許文献1〜4)。特許文献1〜4には、無機粒子であるコロイダルシリカと、シラノール変性PVAとを含有するインク受容層を有する記録媒体が開示されている。
特開平11−129611号公報 特開2013−022733号公報 特開2010−099991号公報 特開2010−100976号公報
本発明者らの検討によると、特許文献1〜4に記載の記録媒体は、耐傷性やインク吸収性が改善はされてはいるものの、近年求められているレベルには達していなかった。また、得られる画像の発色性も低い場合があった。
したがって、本発明の目的は、耐傷性及びインク吸収性が高く、得られる画像の発色性に優れる記録媒体体及びその製造方法を提供することにある。
上記の目的は以下の本発明によって達成される。即ち、本発明にかかる記録媒体は、基材とインク受容層とを有する記録媒体であって、前記インク受容層が、アルミナ粒子と、シリカ粒子と、バインダーとを含有し、前記アルミナ粒子が、アルミナ水和物及び気相法アルミナであり、前記シリカ粒子が、平均一次粒径が30nm以上100nm以下のコロイダルシリカであり、前記バインダーが、シラノール基を有するポリビニルアルコールであり、前記記録媒体を、記録媒体の表面に対して略垂直方向に、表面側から基材側に向かって、下記のエッチング条件でエッチングしながら、X線光電子分光法による組成分析を行ったときに、エッチング時間0分でのAl元素とSi元素の合計の存在量に対するSi元素の存在量の比率が、10atom%以上90atom%以下であり、エッチング時間5分でのAl元素とSi元素の合計の存在量に対するSi元素の存在量の比率が、50atom%以上であり、エッチング時間20分でのAl元素とSi元素の合計の存在量に対するSi元素の存在量の比率が、15atom%以上50atom%以下であることを特徴とする。
(エッチング条件)
アルゴンガスを用い、出力を25.6W(4kV×6.4μA)とし、エッチング角度45度でエッチングを行う。
また、本発明にかかる記録媒体の製造方法は、前記記録媒体を製造する記録媒体の製造方法であって、基材上に、アルミナ粒子を含有する塗工液と、シリカ粒子及びバインダーを含有する塗工液とを同時多層塗工法により塗工することで前記インク受容層を形成する工程を有し、前記アルミナ粒子が、アルミナ水和物及び気相法アルミナであり、前記シリカ粒子が、平均一次粒径が30nm以上100nm以下のコロイダルシリカであり、前記バインダーが、シラノール基を有するポリビニルアルコールであることを特徴とする。
本発明によれば、耐傷性及びインク吸収性が高く、得られる画像の発色性に優れる記録媒体及びその製造方法を提供することができる。
本発明におけるX線光電子分光法による組成分析の分析方法を説明するための模式図である。 本発明におけるX線光電子分光法による組成分析の結果の一例を示す図である。
以下、好適な実施の形態を挙げて、本発明を詳細に説明する。
本発明者らは、先ずインク受容層に用いる無機粒子の種類に着目して検討を行った。その結果、インク吸収性及び得られる画像の発色性を高めるためには、無機粒子として、アルミナ粒子やシリカ粒子を用いることが重要であることが分かった。これは、アルミナ粒子やシリカ粒子は、インクを吸収する多孔質構造を形成しやすく、かつ、粒子自体の透明性が高く画像の発色性を損ねにくいためである。
ところが、アルミナ粒子やシリカ粒子をそれぞれ単独で用いると、それぞれの粒子の性質に応じて、耐傷性、インク吸収性、得られる画像の発色性の全てを達成することができない場合があった。具体的には、インク受容層の無機粒子としてアルミナ粒子を単独で用いた場合は、アルミナ粒子が応力を受けた際に変形しやすく、耐傷性が十分に得られない場合があった。一方、シリカ粒子はアルミナ粒子と比較して応力を受けた際に変形しにくい性質を有する。そのため、インク受容層の無機粒子としてシリカ粒子を単独で用いた場合は耐傷性が比較的高いものの、アルミナ粒子を単独で用いた場合と比較するとインク吸収性や画像の発色性で劣る場合があった。
そこで、本発明者らは、アルミナ粒子及びシリカ粒子を併用する方法を検討した。しかしながら、インク受容層中にアルミナ粒子及びシリカ粒子を均一に分散させたような場合はアルミナ粒子やシリカ粒子をそれぞれ単独で用いた場合と比較して、耐傷性、インク吸収性、得られる画像の発色性が改善はするものの、3つの効果の全てを高いレベルで達成するまでには至らなかった。
次いで、本発明者らは、インク受容層中のアルミナ粒子及びシリカ粒子の分布状態に着目して検討を行った。具体的には、様々な粒子の分布状態のインク受容層を有する記録媒体について、その分布と上記3つの効果との関係を検討した。インク受容層中のアルミナ粒子及びシリカ粒子の分布状態は、記録媒体の表面側から基材側に向かってエッチングしながらX線光電子分光法によって組成分析を行うことで、Al元素とSi元素の合計の存在量に対するSi元素の存在量の比率(Si元素/Al元素+Si元素)を算出することで評価した。尚、この組成分析の測定条件などの詳細に関しては後述する。
その結果、Si元素/Al元素+Si元素が、エッチング時間0分において、10atom%以上90atom%以下であり、エッチング時間5分において、50atom%以上であるような記録媒体が、上記3つの効果の全てを高いレベルで達成できることが分かった。
「エッチング時間0分」におけるSi元素/Al元素+Si元素は、記録媒体(インク受容層)の最表面におけるアルミナ粒子及びシリカ粒子の分布を表す。そして、「エッチング時間5分」におけるSi元素/Al元素+Si元素は、記録媒体(インク受容層)の最表面より少し内部(基材側)の領域におけるアルミナ粒子及びシリカ粒子の分布を表す。つまり、上記3つの効果が何れも高いレベルで得られた記録媒体のインク受容層において、その最表面ではアルミナ粒子及びシリカ粒子が特定の比率で共存しており、その最表面より少し内部の領域ではシリカ粒子とアルミナ粒子が同量又はシリカ粒子の方が多いような分布となっていることを意味している。このようなアルミナ粒子及びシリカ粒子の分布状態となることで、上記3つの効果の全てを高いレベルで達成できる理由は明らかではないが、本発明者らは以下のように推測している。
「エッチング時間0分」の領域、即ち、記録媒体(インク受容層)の最表面は、インクが記録媒体(インク受容層)と最初に接触する領域であり、かつ、記録媒体(インク受容層)が外部応力を最初に受ける領域であるので、インク吸収性及び画像の発色性がより高いアルミナ粒子と耐傷性がより高いシリカ粒子が存在することで、何れの効果も奏することが可能となると考えられる。更に、アルミナ粒子とシリカ粒子とを併用すると、アルミナ粒子とシリカ粒子とが凝集することで、それぞれの粒子を単独で用いた場合と比較すると、より大きい細孔が形成されやすい。この細孔によってインク吸収容量が多くなるため、インク吸収性がより高くなると考えられる。
一方、最表面より少し内部の領域は、シリカ粒子とアルミナ粒子が同量又はシリカ粒子の方が多いような分布、即ち、耐傷性がより高いシリカ粒子が、シリカ粒子と比較して耐傷性が低いアルミナ粒子よりも少なくならないような分布とすることで、最表層で受けた外部応力に対し、高い耐性を保つことができると考えられる。
以上の通り、本発明における重要なポイントは、一般的にはインク受容層の最表面近傍の領域として一括りで捉えるような領域を、「最表面の領域」と「最表面より少し内部の領域」とに分けて捉え、それぞれの領域におけるアルミナ粒子とシリカ粒子の分布状態を規定した点にある。
本発明者らの検討によると、更に、エッチング時間20分における、Al元素とSi元素の合計の存在量に対するSi元素の存在量の比率が90atom%以下とすることで、よりインク吸収性が高まることが分かった。
以上のメカニズムのように、各構成が相乗的に効果を及ぼし合うことによって、本発明の効果を達成することが可能となる。
[記録媒体]
本発明の記録媒体は、基材と、少なくとも1層のインク受容層とを有する。本発明においては、インクジェット記録方法に用いるインクジェット用記録媒体であることが好ましい。
本発明において、記録媒体の表面のJIS B 0601:2001で規定される算術平均粗さRaは0.13μm以下であることが好ましく、更には、0.05μm以上であることがより好ましく、0.10μm以上であることが特に好ましい。記録媒体の表面粗さを調整する方法としては、樹脂被覆基材を用い樹脂被覆基材の表面を特定の凹凸を有するロールで押し付け、その上にインク受容層用塗工液を塗工する方法や、記録媒体の表面に特定の凹凸を有するロールで押し付ける方法などが挙げられる。
以下、本発明の記録媒体を構成する各成分について、それぞれ説明する。
<基材>
基材に用いることが可能な材料としては、紙、フィルム、ガラス及び金属などが挙げられる。中でも、紙を用いた基材、所謂、基紙を用いることが好ましい。
基紙を用いる場合、基紙のみで基材としてもよいし、基紙を樹脂層で被覆したものを基材としてもよい。本発明においては、基紙と樹脂層を有する基材を用いることが好ましい。その場合、樹脂層は、基紙の片面のみに設けられていてもよいが、両面に設けられていることが好ましい。
(基紙)
基紙は、木材パルプを主原料とし、必要に応じてポリプロピレンなどの合成パルプや、ナイロンやポリエステルなどの合成繊維を加えて抄紙される。木材パルプとしては広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP)、広葉樹晒サルファイトパルプ(LBSP)、針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP)、針葉樹晒サルファイトパルプ(NBSP)、広葉樹溶解パルプ(LDP)、針葉樹溶解パルプ(NDP)、広葉樹未晒クラフトパルプ(LUKP)、針葉樹未晒クラフトパルプ(NUKP)などが挙げられる。これらは、必要に応じて1種又は2種以上を用いることができる。木材パルプの中でも短繊維成分の多いLBKP、NBSP、LBSP、NDP、LDPを用いることが好ましい。パルプとしては、不純物の少ない化学パルプ(硫酸塩パルプや亜硫酸塩パルプ)が好ましい。また、漂白処理を行って白色度を向上させたパルプも好ましい。基紙中には、サイズ剤、白色顔料、紙力増強剤、蛍光増白剤、水分保持剤、分散剤、柔軟化剤などを適宜添加してもよい。
本発明において、基紙の膜厚は、50μm以上130μm以下であることが好ましく、更には、90μm以上120μm以下であることがより好ましい。尚、本発明において、基紙の膜厚は、以下の方法で算出する。まず、記録媒体の断面をマイクロトームで切り出し、その断面を走査型電子顕微鏡で観察する。そして、基紙の任意の100点以上の膜厚を測定し、その平均値を基紙の膜厚とする。尚、本発明におけるその他の層の膜厚も同様の方法で算出するものとする。
本発明において、基紙のJIS P 8118で規定される紙密度は、0.6g/cm以上1.2g/cm以下であることが好ましい。更には、0.7g/cm以上1.2g/cm以下であることがより好ましい。
(樹脂層)
本発明において、基紙が樹脂で被覆されている場合は、樹脂層は基紙の表面の一部を被覆するように設けられていればよい。更には、樹脂層の被覆率(樹脂層で被覆された基紙の表面の面積/基紙の表面の全面積)が70%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましく、100%であること、即ち、基紙の表面の全面が樹脂層で被覆されていることが特に好ましい。
また、本発明において、樹脂層の膜厚は、20μm以上60μm以下であることが好ましく、更には、35μm以上50μm以下であることがより好ましい。樹脂層を基紙の両面に設ける場合は、両面の樹脂層の膜厚がそれぞれ上記範囲を満足することが好ましい。
樹脂層に用いられる樹脂としては、熱可塑性樹脂が好ましい。熱可塑性樹脂としては、アクリル樹脂、アクリルシリコーン樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレン−ブタジエン共重合体などが挙げられる。これらの中でも、ポリオレフィン樹脂を用いることが好ましい。本発明において、ポリオレフィン樹脂とは、モノマーとしてオレフィンを用いた重合体を意味する。具体的には、エチレン、プロピレン、イソブチレンなどの単重合体や共重合体が挙げられる。ポリオレフィン樹脂は、必要に応じて1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも、ポリエチレンを用いることが好ましい。ポリエチレンとしては、低密度ポリエチレン(LDPE)や高密度ポリエチレン(HDPE)を用いることが好ましい。
本発明において、樹脂層は、不透明度や白色度や色相を調整するために、白色顔料や蛍光増白剤や群青などを含有してもよい。中でも、不透明度を向上することができるため、白色顔料を含有することが好ましい。白色顔料としては、ルチル型又はアナターゼ型の酸化チタンが挙げられる。本発明において、樹脂層中の白色顔料の含有量は、3g/m以上30g/m以下であることが好ましい。尚、樹脂層を基紙の両面に設ける場合は、2つの樹脂層中の白色顔料の合計の含有量が、上記範囲を満足することが好ましい。また、樹脂層中の、白色顔料の含有量は、樹脂の含有量に対して、25質量%以下であることが好ましい。25質量%より大きいと、白色顔料の分散安定性が十分に得られない場合がある。
本発明において、樹脂層のJIS B 0601:2001で規定される算術平均粗さRaは、0.01μm以上5μm以下であることが好ましく、更には、0.03μm以上4μm以下であることがより好ましい。
<インク受容層>
本発明において、インク受容層はアルミナ粒子と、シリカ粒子と、バインダーとを含有する。本発明において、アルミナ粒子と、シリカ粒子と、バインダーとを含有するインク受容層が、記録媒体の最表面のインク受容層であることが好ましい。更に、インク受容層は単層でもよいし、2層以上の複層でもよい。また、インク受容層は、上記基材の片面のみに設けられてもよく、両面に設けられてもよい。本発明においては両面に設けられていることが好ましい。基材の片面における、インク受容層の膜厚は、10μm以上60μm以下であることが好ましく、更には、15μm以上45μm以下であることがより好ましい。
(Al元素とSi元素の合計の存在量に対するSi元素の存在量の比率)
上述の通り、本発明において、Al元素とSi元素の合計の存在量に対するSi元素の存在量の比率は、記録媒体の表面に対して略垂直方向に、表面側から基材側に向かって、エッチングしながらX線光電子分光法による組成分析を行うことで得る。本発明の記録媒体は、エッチング時間0分でのAl元素とSi元素の合計の存在量に対するSi元素の存在量の比率(Si元素/Al元素+Si元素)が10atom%以上90atom%以下であり、エッチング時間5分でのSi元素/Al元素+Si元素が50atom%以上である。また、エッチング時間0分において、40atom%以上90atom%以下となることが好ましく、60atom%以上80atom%以下となることがより好ましい。エッチング時間5分において、50atom%以上99atom%以下となることが好ましく、75atom%以上95atom%以下であることがより好ましい。更には、エッチング時間20分において、90atom%以下となることが好ましく、80atom%以下となることがより好ましく、15atom%以上50atom%以下となることが特に好ましい。
上記組成分析の方法を、図1を用いて説明する。先ず、記録媒体を所定の大きさ(本発明の実施例においては、1cm×1cm)に切りだし試料Xとする。次いで、この試料Xにアルゴンガスをあててエッチングしながら、X線電子分光法により組成分析を行う。本発明において、「記録媒体の表面に対して略垂直方向に、表面側から基材側に向かって、エッチングする」とは、図1におけるY方向にエッチングを行うことを意味する。エッチングは、アルゴンガスを用い、出力を25.6W(4kV×6.4μA)とし、試料X中の所定領域(本発明の実施例においては、2mm×2mm)に対しエッチング角度45度で行う(図1における(a))。本発明の実施例において、X線電子分光法による組成分析は、X線源としてAlのKα線(1486.7eV)を用い、試料Xに対して垂直方向からX線をあてて(図1における(b))、光電子受光角45度で分析を行った(図1における(c))。このときのX線の出力は25W(15kV×1.7mA)であり、測定エリアを100μmφとした。
図2に組成分析結果を示す。図2のグラフの横軸はエッチング時間を表し、縦軸はAl元素とSi元素の合計の存在量に対するSi元素の存在量の比率(Si元素/Al元素+Si元素)を表している。
以下、インク受容層に含有することができる材料について、それぞれ説明する。
(アルミナ粒子)
本発明においてアルミナ粒子の平均一次粒径は、5nm以上50nm以下が好ましく、更には、10nm以上40nm以下がより好ましく、10nm以上30nm以下が特に好ましい。尚、本発明において、アルミナ粒子の平均一次粒径は、電子顕微鏡によって観察したときのアルミナ粒子の一次粒子の投影面積と等しい面積を有する円の直径の数平均粒径である。このとき少なくとも100点以上で測定を行う。
また、本発明において、アルミナ粒子の平均二次粒径は、10nm以上1,000nm以下が好ましく、更には、30nm以上300nm以下がより好ましく、50nm以上300nm以下が特に好ましい。尚、アルミナ粒子の平均二次粒径は、動的光散乱法により測定することができる。
本発明において、インク受容層に用いるアルミナ粒子としては、アルミナ水和物や気相法アルミナが挙げられる。本発明においては、アルミナ水和物及び気相法アルミナを併用することが好ましい。これは、発色性に優れるアルミナ水和物とインク吸収性に優れる気相法アルミナを併用することで、それぞれを単独で用いた場合と比較して、インク吸収性及び発色性を高いレベルで両立することができるからである。
インク受容層に用いるアルミナ水和物は、
Al3−n(OH)2n・mH
(式中、nは0、1、2又は3であり、mは0以上10以下、好ましくは0以上5以下である。ただし、mとnは同時に0にはならない。)
により表されるものを好適に用いることができる。尚、mHOは、多くの場合、結晶格子の形成に関与しない脱離可能な水相を表すものであるため、mは整数でなくてもよい。また、アルミナ水和物を加熱するとmは0となり得る。
本発明においてアルミナ水和物は、公知の方法で製造することができる。具体的には、アルミニウムアルコキシドを加水分解する方法、アルミン酸ナトリウムを加水分解する方法、アルミン酸ナトリウムの水溶液に、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウムの水溶液を加えて中和する方法などが挙げられる。
アルミナ水和物の結晶構造としては、熱処理する温度に応じて、非晶質、ギブサイト型、ベーマイト型が知られている。尚、アルミナ水和物の結晶構造は、X線回折法によって分析することができる。本発明においては、これらの中でも、非晶質又はベーマイト型のアルミナ水和物アルミナ水和物を用いることが好ましい。具体例としては、特開平7−232473号公報、特開平8−132731号公報、特開平9−66664号公報、特開平9−76628号公報などに記載されたアルミナ水和物が挙げられる。また、市販品としてはDisperal HP14、HP18(以上、サソール製)などが挙げられる。これらのアルミナ水和物は、必要に応じて1種又は2種以上を用いることができる。
また、本発明において、アルミナ水和物のBET法で求められる比表面積が100m/g以上200m/g以下であることが好ましく、125m/g以上175m/g以下であることがより好ましい。ここでBET法とは、試料表面に大きさの分かっている分子やイオンを吸着させて、その吸着量から、試料の比表面積を測定する方法である。本発明における上記アルミナ水和物のBET法で求められる比表面積は、アルミナ水和物に吸着させる気体として、窒素ガスを用いた場合の値である。
インク受容層に用いるアルミナとしては、気相法アルミナが好ましい。気相法アルミナとしては、γ−アルミナ、α−アルミナ、δ−アルミナ、θ−アルミナ、χ−アルミナなどが挙げられる。これらの中でも、画像の光学濃度やインク吸収性の観点から、γ−アルミナを用いることが好ましい。気相法アルミナの具体例としては、AEROXIDE;Alu C、Alu130、Alu65(以上、EVONIK製)などが挙げられる。
本発明において、気相法アルミナのBET法で求められる比表面積が50m/g以上が好ましく、80m/g以上がより好ましい。また、200m/g以下が好ましく、100m/g以下がより好ましい。本発明における上記気相法アルミナのBET法で求められる比表面積は、気相法アルミナに吸着させる気体として、窒素ガスを用いた場合の値である。
本発明に用いるアルミナ粒子は、水分散液としてインク受容層用塗工液に混合することが好ましく、その分散剤として酸を使用することが好ましい。酸としては、
R−SO
(式中、Rは水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基、炭素数1以上4以下のアルケニル基の何れかを表す。Rは、更にオキソ基、ハロゲン原子、アルコキシ基、及びアシル基で置換されていてもよい。)
で表されるスルホン酸を用いることが、画像の滲みを抑制する効果が得られるため好ましい。本発明においては、上記酸の含有量は、アルミナ粒子の含有量に対して、1.0質量%以上2.0質量%以下であることが好ましく、1.2質量%以上1.6質量%以下であることがより好ましい。
また、アルミナ粒子として、アルミナ水和物及び気相法アルミナを併用する場合は、インク受容層に含まれる、アルミナ水和物の含有量(質量%)が、気相法アルミナの含有量(質量%)に対して、質量比率で1.5倍以上9.0倍以下であることが好ましい。
(シリカ粒子)
本発明においてシリカ粒子の平均一次粒径は、5nm以上100nm以下が好ましい。尚、本発明において、シリカ粒子の平均一次粒径は、電子顕微鏡によって観察したときのシリカ粒子の一次粒子の投影面積と等しい面積を有する円の直径の数平均粒径である。このとき少なくとも100点以上で測定を行う。
また、本発明において、シリカ粒子の平均二次粒径は、10nm以上1,000nm以下が好ましく、更には、30nm以上300nm以下がより好ましく、50nm以上300nm以下が特に好ましい。尚、シリカ粒子の平均二次粒径は、動的光散乱法により測定することができる。
シリカ粒子としては、湿式法シリカと気相法(乾式法)シリカが挙げられる。湿式法シリカとしては、ケイ酸塩の酸分解により活性ケイ酸を生成し、これを適度に重合させ、更にゲル化させることで得られるゲル法シリカや、更に沈降させることで得られる沈降法シリカ、また、活性ケイ酸をコロイド粒子状に重合させて得られるコロイダルシリカが挙げられる。
一方、気相法(乾式法)シリカとしては、ハロゲン化珪素の高温気相加水分解による方法(火炎加水分解法)によって得られるシリカや、ケイ砂とコークスとを電気炉中でアークによって加熱還元気化し、これを空気で酸化する方法(アーク法)によって得られるシリカが挙げられる。
本発明においては、耐傷性向上の観点から、コロイダルシリカを用いることが好ましい。コロイダルシリカの中でも、球状コロイダルシリカが、耐傷性が高く、更に、透明性がより高く得られる画像の発色性が高まるため好ましい。ここでいう「球状」とは走査型電子顕微鏡によって観察したときのコロイダルシリカ粒子(50個以上100個以下)の平均長径aと平均短径bの比b/aが0.80以上1.00以下の範囲に入ることを意味する。b/aは0.90以上1.00以下がより好ましく、0.95以上1.00以下が特に好ましい。更には、球状のカチオン性コロイダルシリカであることが好ましい。具体的に、球状のカチオン性コロイダルシリカとしては、スノーテックスAK、スノーテックスAK−L(以上、日産化学工業製)などが挙げられる。
また、コロイダルシリカの平均一次粒径は30nm以上100nm以下であることが好ましい。平均粒径が30nmより小さいとインク吸収性の向上効果が十分に得られない場合があり、100nmより大きいと透明性が低下して得られる画像の発色性の向上効果が十分に得られない場合がある。
本発明においては、上記アルミナ粒子やシリカ粒子以外にその他の無機粒子を含有していてもよい。その他の無機粒子としては、例えば、二酸化チタン、ゼオライト、カオリン、タルク、ハイドロタルサイト、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、珪酸アルミニウム、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、酸化ジルコニウム、水酸化ジルコニウムなどが挙げられる。
本発明において、インク受容層中の、無機粒子の含有量は、50質量%以上98質量%以下であることが好ましく、更には、70質量%以上96質量%以下であることがより好ましい。ここでいう「無機粒子の含有量」とは、アルミナ粒子やシリカ粒子や上記その他の無機粒子の合計の含有量を意味する。特には、インク受容層中の、アルミナ粒子及びシリカ粒子の合計の含有量は、50質量%以上98質量%以下であることが好ましく、更には、70質量%以上96質量%以下であることがより好ましい。
(バインダー)
本発明において、インク受容層はバインダーを含有する。本発明において、バインダーとは、アルミナ粒子やシリカ粒子といった無機粒子を結着し、被膜を形成することができる材料を意味する。
本発明においては、インク吸収性の観点から、インク受容層中の、バインダーの含有量が、無機粒子の含有量に対して、50.0質量%以下が好ましく、30.0質量%以下がより好ましい。また、インク受容層の結着性の観点から、上記比率は、5.0質量%以上が好ましく、8.0質量%以上がより好ましい。特には、バインダーの含有量は、アルミナ粒子及びシリカ粒子の合計の含有量に対して、8.0質量%以上30.0質量%以下であることが好ましい。
バインダーとしては例えば、酸化澱粉、エーテル化澱粉、エステル化澱粉などの澱粉;スチレン−ブタジエン共重合体やアクリロニトリル−ブタジエン共重合体などのラテックス;ポリビニルアルコールやポリビニルアルコール誘導体;カゼイン、ゼラチン、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、ポリウレタン樹脂、酢酸ビニル、不飽和ポリエステル樹脂などが挙げられる。これらのバインダーは、必要に応じて1種又は2種以上を用いることができる。
上記したバインダーの中でも、ポリビニルアルコールやポリビニルアルコール誘導体を用いることが好ましい。ポリビニルアルコール誘導体としては、カチオン変性ポリビニルアルコール、アニオン変性ポリビニルアルコール、シラノール変性ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタールなどが挙げられる。本発明においては、バインダーがシラノール変性ポリビニルアルコールであることが特に好ましい。尚、上述の通り、本発明において、「シラノール変性ポリビニルアルコール」とは、「シラノール基を有するポリビニルアルコール」を意味する。シラノール変性ポリビニルアルコールを用いることで、上記特定のAl元素とSi元素の合計の存在量に対するSi元素の存在量の比率を満足する記録媒体を効率的に得ることができる。
ポリビニルアルコールは、例えば、ポリ酢酸ビニルをけん化して合成することができる。ポリビニルアルコールのけん化度としては、80mol%以上100mol%以下が好ましく、85mol%以上98mol%以下がより好ましい。尚、けん化度とは、ポリ酢酸ビニルをけん化してポリビニルアルコールを得た際の、けん化反応によって生じた水酸基のモル数の割合であり、本発明においては、JIS−K6726の方法で測定した値を用いるものとする。また、ポリビニルアルコールの平均重合度は、2,000以上が好ましく、2,000以上5,000以下がより好ましい。尚、本発明において平均重合度は、JIS−K6726の方法で求めた粘度平均重合度を用いるものとする。
インク受容層用塗工液を調製する際は、ポリビニルアルコールやポリビニルアルコール誘導体を水溶液として使用することが好ましい。その際、水溶液中のポリビニルアルコール及びポリビニルアルコール誘導体の含有量は、3質量%以上20質量%以下が好ましい。
(架橋剤)
本発明において、インク受容層は更に架橋剤を含有することが好ましい。架橋剤としては、例えば、アルデヒド系化合物、メラミン系化合物、イソシアネート系化合物、ジルコニウム系化合物、アミド系化合物、アルミニウム系化合物、ホウ酸、及びホウ酸塩などが挙げられる。これらの架橋剤は、必要に応じて1種又は2種以上を用いることができる。特にバインダーとしてポリビニルアルコールやポリビニルアルコール誘導体を用いる場合は、上記した架橋剤の中でも、ホウ酸やホウ酸塩を用いることが好ましい。
ホウ酸としては、オルトホウ酸(HBO)、メタホウ酸、ジホウ酸などが挙げられる。ホウ酸塩としては、上記ホウ酸の水溶性の塩、例えば、ホウ酸のナトリウム塩やカリウム塩などのホウ酸のアルカリ金属塩;ホウ酸のマグネシウム塩やカルシウム塩などのホウ酸のアルカリ土類金属塩;ホウ酸のアンモニウム塩などが挙げられる。これらホウ酸やホウ酸塩の中でも、オルトホウ酸を用いることが、塗工液の経時安定性とクラックの発生を抑制する効果の観点から好ましい。
架橋剤の使用量は、製造条件などに応じて適宜調整することができる。本発明においては、インク受容層中の、架橋剤の含有量が、バインダーの含有量に対して、1.0質量%以上50質量%以下であることが好ましく、5質量%以上40質量%以下であることがより好ましい。
更に、バインダーがポリビニルアルコールであり、架橋剤がホウ酸及び/又はホウ酸塩である場合には、インク受容層中の、ポリビニルアルコールの含有量に対する、ホウ酸及びホウ酸塩の合計の含有量が、5質量%以上30質量%以下であることが好ましい。
(その他の添加剤)
本発明において、インク受容層は、これまで述べてきたもの以外のその他の添加剤を含有してもよい。その他の添加剤としては、pH調整剤、増粘剤、流動性改良剤、消泡剤、抑泡剤、界面活性剤、離型剤、浸透剤、着色顔料、着色染料、蛍光増白剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、防腐剤、防黴剤、耐水化剤、染料定着剤、硬化剤、耐候材料などが挙げられる。
<下塗り層>
本発明においては、基材とインク受容層との間に下塗り層を設けてもよい。下塗り層を設けることで、基材とインク受容層との密着性を向上することができる。下塗り層は、水溶性ポリエステル樹脂、ゼラチン、ポリビニルアルコールなどを含有することが好ましい。下塗り層の膜厚は、0.01μm以上5μm以下が好ましい。
<バックコート層>
本発明においては、基材のインク受容層が設けられる面とは反対側の面にバックコート層を設けてもよい。バックコート層を設けることで、ハンドリング性、搬送適性、多数枚積載での連続印字時の耐搬送傷性を向上することができる。バックコート層は、白色顔料やバインダーなどを含有することが好ましい。
[記録媒体の製造方法]
本発明において、記録媒体を製造する方法としては、基材を作製する工程と、インク受容層用の塗工液を調製する工程と、インク受容層用塗工液を基材に塗工する工程とを有する方法が好ましい。以下、記録媒体の製造方法について説明する。
<基材の作製方法>
本発明において、基紙の作製方法としては、一般的に用いられている抄紙方法を適用することができる。抄紙装置としては、例えば長網抄紙機、丸網抄紙機、円胴、ツインワイヤーなどが挙げられる。基紙の表面平滑性を高めるために、抄紙工程中又は抄紙工程後に、熱及び圧力を加えて表面処理してもよい。具体的な表面処理方法としては、マシンカレンダーやスーパーカレンダーといったカレンダー処理が挙げられる。
基紙の上に樹脂層を設ける方法、即ち、基紙を樹脂で被覆する方法としては、溶融押出法、ウェットラミネーション、ドライラミネーションなどが挙げられる。中でも、基紙の片面又は両面に溶融した樹脂を押し出しコーティングする溶融押出法が好ましい。溶融押出法としては、搬送されてきた基紙と押出ダイから押し出された樹脂を、ニップローラと冷却ローラーとの間のニップ点において接触させ圧着することで樹脂層を基紙上にラミネートする方法(押出コーティング方法ともいう)が広く採用されている。溶融押出法により、樹脂層を設ける際には、基紙と樹脂層の接着がより強固となるように、前処理を施してもよい。前処理としては、硫酸クロム酸混液による酸エッチング処理、ガス炎による火炎処理、紫外線照射処理、コロナ放電処理、グロー放電処理、アルキルチタネートなどのアンカーコート処理などが挙げられる。中でも、コロナ放電処理が好ましい。また、樹脂層に白色顔料を含有させる場合は、樹脂と白色顔料を混合したもので、基紙を被覆すればよい。
上記のようにして作製した基材を、インク受容層を形成する前に、巻芯にロール状に巻き取る工程を有することが好ましい。巻芯は、直径が50mm以上300mm以下のものが好ましく用いられる。また、巻き取る際の張力としては、50N/m以上800N/m以下が好ましい。尚、巻き取る際の張力は、巻き始めから巻き終わりまで一定でもよい。また、巻き始めの圧力集中を緩和するために、巻き始めから巻き終わりにかけて徐々に張力を低下させてもよい。
<インク受容層の形成方法>
本発明の記録媒体において、基材にインク受容層を形成する方法としては、例えば以下の方法を挙げることができる。まず、インク受容層用塗工液を調製する。そして、基材に上記塗工液を塗工及び乾燥することで、本発明の記録媒体を得ることができる。塗工液の塗工方法としては、カーテンコーター、エクストルージョン方式を用いたコーター、スライドホッパー方式を用いたコーターなどを用いることができる。尚、塗工時に塗工液を加温してもよい。また、塗工後の乾燥方法としては、直線トンネル乾燥機、アーチドライヤー、エアループドライヤー、サインカーブエアフロートドライヤーなどの熱風乾燥機を使用する方法、赤外線、加熱ドライヤー、マイクロ波などを利用した乾燥機を使用する方法が挙げられる。
本発明においては、記録媒体を、基材に、アルミナ粒子を含有する塗工液と、シリカ粒子及びシラノール基を有するポリビニルアルコールを含有する塗工液とを同時多層塗工法により塗工することで得ることが好ましい。本発明において、「同時多層塗工法」とは、複数の塗工液を傾斜したスライド面上で予め多層化し、その多層化された塗工液を基材上に転移させて多層のインク受容層を形成する塗工方法である。ここでいう「同時」とは、複数の層を複数の工程に分けて塗工する(例えば、2層を1層ずつ2工程に分けて塗工する)のではなく、1つの工程で塗工することを意味している。この同時多層塗工法により塗工することで、上記特定のAl元素とSi元素の合計の存在量に対するSi元素の存在量の比率を満足する記録媒体を効率的に得ることができるため好ましい。
本発明において、インク受容層を形成する際に塗工する無機粒子の乾燥塗工量は、8g/m以上45g/m以下であることが好ましい。上記範囲とすることで、上述した好ましいインク受容層の膜厚となりやすい。特に、アルミナ粒子を含有する塗工液の乾燥塗工量は、8g/m以上45g/m以下が好ましく、15g/m以上42g/m以下がより好ましい。また、シリカ粒子及びシラノール基を有するポリビニルアルコールを含有する塗工液の乾燥塗工量は、0.1g/m以上3.0g/m以下が好ましく、0.3g/m以上2.0g/m以下がより好ましい。
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を更に詳細に説明する。本発明は、その要旨を超えない限り、下記の実施例によって何ら限定されるものではない。尚、以下の実施例の記載において、「部」とあるのは特に断りのない限り質量基準である。
[記録媒体の作製]
<基材の作製>
カナダ標準濾水度が450mLCSFのLBKP80部、カナダ標準濾水度が480mLCSFのNBKP20部、カチオン化澱粉0.60部、重質炭酸カルシウム10部、軽質炭酸カルシウム15部、アルキルケテンダイマー0.10部、カチオン性ポリアクリルアミド0.030部を混合し、固形分の含有量が3.0質量%となるように水を加えて、紙料を得た。次いで、紙料を長網抄紙機で抄造し、3段のウエットプレスを行った後、多筒式ドライヤーで乾燥した。その後、サイズプレス装置で乾燥後の固形分が1.0g/mとなるように酸化澱粉水溶液を含浸、乾燥させた。更に、マシンカレンダー仕上げをして、坪量が170g/m、ステキヒトサイズ度100秒、透気度50秒、ベック平滑度30秒、ガーレー剛度11.0mN、膜厚が100μmの基紙を作製した。次いで、低密度ポリエチレン70部と、高密度ポリエチレン20部と、酸化チタン10部とからなる樹脂組成物を、乾燥塗工量が25g/mとなる様に、基紙の片面(表面とする)に塗工した。更に、基紙の裏面に低密度ポリエチレン50部と、高密度ポリエチレン50部とからなる樹脂組成物を、乾燥塗工量が25g/mとなる様に塗工して、基材を得た。
<無機粒子分散液の調製>
(アルミナ水和物分散液の調製)
イオン交換水333部に対して、解膠酸として、メタンスルホン酸1.65部を添加した。このメタンスルホン酸水溶液をホモミキサー T.K.ホモミクサーMARKII2.5型(特殊機化工業製)で3,000rpmの回転条件で攪拌しながらアルミナ水和物DISPERAL HP14(平均二次粒径が140nm)(サソール製)100部を少量ずつ添加した。添加終了後もそのまま30分間攪拌し、固形分の含有量が23質量%のアルミナ水和物分散液を調製した。
(気相法アルミナ分散液の調製)
イオン交換水333部に対して、解膠酸として、メタンスルホン酸1.65部を添加した。このメタンスルホン酸水溶液をホモミキサー T.K.ホモミクサーMARKII2.5型で3,000rpmの回転条件で攪拌しながら気相法γ−アルミナAeroxide Alu C(平均二次粒径が160nm)(Evonik製)100部を少量ずつ添加した。添加終了後もそのまま30分間攪拌し、固形分の含有量が23質量%の気相法アルミナ分散液を調製した。
(気相法シリカ分散液1の調製)
イオン交換水420部に対し、ジメチルジアリルアンモニウムクロライドホモポリマー シャロールDC902P(第一工業製薬製)5部を吸引型分散撹拌機Conti−TDS(YSTRAL製)に添加した。更に、最大回転数で気相法シリカ AEROSIL50(平均一次粒径が30nm)(日本アエロジル製)を少量ずつ100部添加し、24時間分散を行い固形分の含有量が20質量%の気相法シリカ分散液1を得た。
(気相法シリカ分散液2の調製)
上記(気相法シリカ分散液1の調製)において、AEROSIL50をAEROSIL200(平均一次粒径が12nm)(日本アエロジル製)にかえた以外は同様にして、固形分の含有量が20質量%の気相法シリカ分散液2を得た。
(コロイダルシリカ分散液)
コロイダルシリカ分散液としては、以下の表1に記載したものを用いた。
<インク受容層用塗工液の調製>
(塗工液1−1〜1−5の調製)
塗工液1−1〜1−5は、上記で調製した無機粒子分散液と、バインダーであるポリビニルアルコールPVA235(クラレ製)と、架橋剤であるオルトホウ酸とを、固形分の含有量の部数が表2の値となるように混合したものをそれぞれ用いた。
(塗工液2−1〜2−10の調製)
塗工液2−1〜2−10は、上記で調製した無機粒子分散液と、バインダーであるポリビニルアルコールPVA235(表3中の「PVA」)又はシラノール変性ポリビニルアルコールR−1130(クラレ製)(表3中の「シラノール変性PVA」)と、架橋剤であるオルトホウ酸と、アセチレンジオール系界面活性剤であるサーフィノール440(日信化学製)を、固形分の含有量の部数が表3の値となるように混合したものをそれぞれ用いた。
(塗工液2−11の調製)
上記で調製した塗工液1−1と塗工液2−1を質量比率で1:9となるように混合し、塗工液2−11とした。
<記録媒体の作製>
上記で得た基材上に、上記で調製したインク受容層用塗工液を塗工した。塗工液を2種類(第1の塗工液と第2の塗工液)塗工する場合は、それぞれの塗工液の乾燥塗工量(g/m)が表4に記載の値となるように多層スライドホッパー型塗工装置にて同時多層塗工法により塗工した。更に、塗工後、120℃の熱風で乾燥し、記録媒体を得た。得られた記録媒体について、上述のエッチング条件及び分析条件により、エッチングしながらX線光電子分光法による組成分析を行った。そして、エッチング時間0分、5分及び20分でのAl元素とSi元素の合計の存在量に対するSi元素の存在量の比率(Si元素/Al元素+Si元素)を得た。結果を表4に示す。
[評価]
本発明においては、下記の各評価項目の評価基準のAA〜Bを好ましいレベルとし、C及びDを許容できないレベルとした。下記の各評価において、記録媒体に画像を記録する際は、インクジェット記録装置PIXUS MP990(キヤノン製)に、インクカートリッジBCI−321(キヤノン製)を装着して、温度:23℃、相対湿度:50%の条件で記録した。尚、上記インクジェット記録装置では、解像度600dpi×600dpiで1/600インチ×1/600インチの単位領域に約11ngのインクを1滴付与する条件で記録された画像を、記録デューティが100%であると定義する。
(インク吸収性の評価)
記録媒体に、上記インクジェット記録装置を用いて、記録デューティが200%、250%、300%、350%のグリーン色のベタ画像4つを記録した。得られた画像におけるビーディング現象の発生の有無を目視で確認することで、インク吸収性を評価した。尚、ビーディング現象とは、記録媒体に吸収される前のインク滴同士が合体する現象で、インク吸収性と相関が高いことが知られている。即ち、記録デューティが高い画像でもビーディング現象が発生しなければ記録媒体のインク吸収性が高いと判断することができる。評価結果を表5に示す。
AA:記録デューティが350%の画像でもビーディング現象が発生していなかった
A:記録デューティが350%の画像ではビーディング現象が発生していたが、300%の画像では発生していなかった
B:記録デューティが300%の画像ではビーディング現象が発生していたが、250%の画像では発生していなかった
C:記録デューティが250%の画像ではビーディング現象が発生していたが、200%の画像では発生していなかった
D:記録デューティが200%の画像でもビーディング現象が発生していた。
(得られる画像の発色性の評価)
記録媒体に、上記インクジェット記録装置を用いて、記録デューティが100%のブラック色のベタ画像を記録した。得られた画像の光学濃度を光学反射濃度計 530分光濃度計(X−Rite製)を用いて測定し、以下の基準で画像の発色性を評価した。評価結果を表5に示す。
AA:画像の光学濃度が2.30以上であった
A:画像の光学濃度が2.20以上2.30未満であった
B:画像の光学濃度が2.10以上2.20未満であった
C:画像の光学濃度が2.00以上2.10未満であった
D:画像の光学濃度が2.00未満であった。
(耐傷性の評価)
JIS−L0849に準じた学振型摩擦試験機II型(テスター産業製)を用いて、記録媒体の耐傷性の評価を行った。具体的には以下の通りである。摩擦試験機の振動台に記録媒体をインク受容層側が上になるようにセットした。そして、100gの重りを載せた摩擦子にキムタオルを装着したものを、記録媒体の表面を擦るように5往復させた。その後、擦った領域と、擦っていない領域の20°光沢度を測定し、その20°光沢度の差[=(擦った領域の20°光沢度)−(擦っていない領域の20°光沢度)]を算出した。擦った領域は、記録媒体の耐傷性が低い程、20°光沢度が高くなる傾向があるため、上記20°光沢度の差が大きくなる。尚、20°光沢度は、JIS−Z8741に記載の方法で測定した。評価基準は以下の通りである。評価結果を表5に示す。
AA:20°光沢度の差が2%未満であった
A:20°光沢度の差が2%以上5%未満であった
B:20°光沢度の差が5%以上10%未満であった
C:20°光沢度の差が10%以上15%未満であった
D:20°光沢度の差が15%以上であった。
(光沢性の評価)
記録媒体の20°光沢度をJIS−Z8741に記載の方法で測定し、以下の基準で光沢性を評価した。評価結果を表5に示す。
AA:20°光沢度が25%以上であった
A:20°光沢度が20%以上25%未満であった
B:20°光沢度が15%以上20%未満であった
C:20°光沢度が10%以上15%未満であった
D:20°光沢度が10%未満であった。


Claims (6)

  1. 基材とインク受容層とを有する記録媒体であって、
    前記インク受容層が、アルミナ粒子と、シリカ粒子と、バインダーとを含有し、
    前記アルミナ粒子が、アルミナ水和物及び気相法アルミナであり、
    前記シリカ粒子が、平均一次粒径が30nm以上100nm以下のコロイダルシリカであり、
    前記バインダーが、シラノール基を有するポリビニルアルコールであり、
    前記記録媒体を、記録媒体の表面に対して略垂直方向に、表面側から基材側に向かって下記のエッチング条件でエッチングしながら、X線光電子分光法による組成分析を行ったときに、エッチング時間0分でのAl元素とSi元素の合計の存在量に対するSi元素の存在量の比率が、10atom%以上90atom%以下であり、エッチング時間5分でのAl元素とSi元素の合計の存在量に対するSi元素の存在量の比率が、50atom%以上であり、エッチング時間20分でのAl元素とSi元素の合計の存在量に対するSi元素の存在量の比率が、15atom%以上50atom%以下であることを特徴とする記録媒体。
    (エッチング条件)
    アルゴンガスを用い、出力を25.6W(4kV×6.4μA)とし、エッチング角度45度でエッチングを行う。
  2. 前記アルミナ粒子の平均二次粒径が、50nm以上300nm以下である請求項1に記載の記録媒体。
  3. 前記インク受容層中の、前記アルミナ粒子及び前記シリカ粒子の合計の含有量が、50質量%以上98質量%以下である請求項1又は2に記載の記録媒体。
  4. 前記インク受容層中の、前記バインダーの含有量が、前記アルミナ粒子及び前記シリカ粒子の合計の含有量に対して、8.0質量%以上30.0質量%以下である請求項1乃至の何れか1項に記載の記録媒体。
  5. 請求項1乃至の何れか1項に記載の記録媒体を製造する記録媒体の製造方法であって、
    基材上に、アルミナ粒子を含有する塗工液と、シリカ粒子及びバインダーを含有する塗工液とを同時多層塗工法により塗工することで前記インク受容層を形成する工程を有し、
    前記アルミナ粒子が、アルミナ水和物及び気相法アルミナであり、
    前記シリカ粒子が、平均一次粒径が30nm以上100nm以下のコロイダルシリカであり、
    前記バインダーが、シラノール基を有するポリビニルアルコールであることを特徴とする記録媒体の製造方法。
  6. 前記アルミナ粒子を含有する塗工液の乾燥塗工量が、15g/m以上42g/m以下であり、前記シリカ粒子及びシラノール基を有するポリビニルアルコールを含有する塗工液の乾燥塗工量が、0.3g/m以上2.0g/m以下である請求項に記載の記録媒体の製造方法。
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