JP6325513B2 - 顔料を含有する改質ポリマー粒子の製造方法 - Google Patents

顔料を含有する改質ポリマー粒子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、顔料を含有する改質ポリマー粒子の製造方法、その方法により得られる該改質ポリマー粒子の顔料水分散体、及びそれを含有するインクに関する。
インクジェット記録方式は、非常に微細なノズルからインク液滴を記録媒体に直接吐出し、付着させて、文字や画像を得る記録方式である。この方式は、フルカラー化が容易で、かつ安価であり、記録媒体として普通紙が使用可能、被印字物に対して非接触、という数多くの利点があるため普及が著しい。
最近では、印刷物に耐候性や耐水性を付与するために、着色剤として顔料を用いるインクが広く用いられている。そして、吐出安定性や保存安定性の点から、顔料をインク中に安定に配合するために、顔料の表面の修飾する分散剤を用いて顔料をポリマーで内包する等の技術が開発されている。
特許文献1には、顔料成分の長期保存安定性、形成画像の濃度、鮮明度等に優れた記録媒体液を提供することを目的に、顔料表面の官能基と反応し得る反応性基を有するセグメント(A)と、反応性基を有さずかつ前記セグメント(A)よりも液媒体に対し高い親和性を示すセグメントとを有する重合体を、顔料と加熱して得られる顔料複合ポリマーを含有するインクジェット記録媒体液が開示されている。
特許文献2には、高い画像濃度と優れた耐擦過性等を備えた画像を与え、インクジェット吐出安定性にも優れたインクを提供することを目的に、顔料を内包する樹脂と顔料とを含有するインクであり、顔料がその表面に少なくとも1つの親水性基が結合している自己分散型カーボンブラックであるインクが開示されている。
特許文献3には、印字濃度、保存安定性等に優れたインクジェット記録用水系インクを提供することを目的に、表面にアルキレングリコールの構成単位をもつ有機基を有する表面処理カーボンブラックを含有するインクジェット記録用水分散体が開示されている。
特開平9−272831号公報 特開平11−343439号公報 特開2010−13525号公報
特許文献1及び3では、顔料の表面に重合体や特定の有機基を反応させた顔料粒子を製造しているが、顔料粒子の製造の際には粗大粒子が含まれる場合があった。そして、顔料粒子を含むインクの水が乾燥し濃縮していく際の粘度上昇が急激で、ノズルに残留するインクのために吐出安定性が不十分であった。また、これらのインクを用いて低吸水性の記録媒体に印刷した際に、得られる画像の耐擦過性が不十分であった。
本発明は、微細な顔料粒子の製造性に優れ、インクの水が蒸発し濃縮していく際の粘度上昇が抑制され、低吸水性の記録媒体に印字した際には耐擦過性に優れる顔料を含有する改質ポリマー粒子の製造方法、その方法により得られた顔料を含有する改質ポリマー粒子の顔料水分散体及びインクを提供することを課題とする。
本発明者らは、顔料を含有するポリマー粒子(A)と、ポリマー粒子(A)の官能基と反応する反応性基を1個有する化合物(B)とを、特定のモル比で反応させて、改質することにより、前記課題を解決しうることを見出した。
すなわち、本発明は、次の〔1〕〜〔3〕を提供する。
〔1〕顔料を含有するポリマー粒子(A)と、該ポリマー粒子(A)の官能基と反応する反応性基を1個有する化合物(B)とを、媒体中で、該ポリマー粒子(A)の官能基の合計モル数に対する該化合物(B)の反応性基の合計モル数の比〔(B)/(A)〕が0.10以上0.62以下の条件下で反応させる、顔料を含有する改質ポリマー粒子の製造方法。
〔2〕前記〔1〕に記載の製造方法で得られた改質ポリマー粒子が水系媒体中に分散してなる顔料水分散体。
〔3〕前記〔2〕に記載の顔料水分散体と、水及び有機溶媒から選ばれる1種以上とを含有するインク。
本発明は、微細な顔料粒子の製造性に優れ、インクの水が蒸発し濃縮していく際の粘度上昇が抑制され、低吸水性の記録媒体に印字した際には耐擦過性に優れる顔料を含有する改質ポリマー粒子の製造方法、その方法により得られた顔料を含有する改質ポリマー粒子の顔料水分散体及びインクを提供することができる。また、本発明によれば、改質ポリマー粒子の分散体の濾過性が良好であるため製造負荷が低減される。
本発明の顔料水分散体を含むインクは、インクジェット記録用として好適である。
[顔料を含有する改質ポリマー粒子の製造方法]
本発明の顔料を含有する改質ポリマー粒子の製造方法は、顔料を含有するポリマー粒子(A)(以下、単に「ポリマー粒子(A)」ともいう)と、該ポリマー粒子(A)の官能基と反応する反応性基を1個有する化合物(B)とを、媒体中で、該ポリマー粒子(A)の官能基の合計モル数に対する該化合物(B)の反応性基の合計モル数の比〔(B)/(A)〕が0.10以上0.62以下の条件下で反応させることを特徴とする。
本発明によれば、微細な顔料粒子の製造性に優れ、インクの粘度上昇を抑えつつインク中の水が乾燥した時のインクの安定性悪化(濃縮による粘度上昇)を抑制し、低吸水性の記録媒体に印字した際には耐擦過性に優れたインク物性を達成することができる。その理由は明らかではないが、以下のように考えられる。
顔料を含有するポリマー粒子(A)は顔料単体に比べて媒体中での分散効率が高く微粒子化でき、この微粒子化したポリマー粒子(A)に対して化合物(B)を反応させるので、粗大粒子の発生を抑制できると考えられる。
また、ポリマー粒子(A)の表面に存在する官能基と化合物(B)の反応性基が反応し、化合物(B)由来の構造が粒子表面に結合する構造となり、ポリマー粒子(A)由来の分散性と化合物(B)由来の構造の立体反発によって、インクの水が蒸発し濃縮していく際の粘度上昇が抑制されると考えられる。
さらに、記録媒体上のインクが乾燥した後には、粗大粒子が低減されていることから、記録媒体表面の平滑性が向上し、また、ポリマー粒子(A)同士の間で化合物(B)由来の構造同士が凝集し、ポリマー粒子(A)間の結合力が増大することにより、耐擦過性が向上すると考えられる。
以下、本発明に用いられる各成分、及び製造方法について説明する。
<顔料を含有するポリマー粒子(a)>
(顔料)
本発明に用いられる顔料は、特に限定されず、有機顔料、無機顔料、又はそれらの混合物であってもよい。
有機顔料としては、アントラキノン系顔料、キナクリドン系顔料、インジゴ系顔料、ジオキサジン系顔料、ペリレン系顔料、ペリノン系顔料、イソインドリノン系顔料、イソインドリン系顔料、フタロシアニン系顔料、キノフタロン系顔料、ジケトピロロピロール系顔料等の縮合多環系顔料、及びジスアゾ系顔料、縮合アゾ系顔料等のアゾ系顔料から選ばれる1種以上が挙げられる。これらの中でも、得られる画像の色再現性の観点から、好ましくはキナクリドン系顔料、アゾ系顔料及びフタロシアニン系顔料から選ばれる1種以上である。
キナクリドン系顔料の具体例としては、C.I.PR(ピグメントレッド)122、PR192、PR202、PR207、PR209、及びC.I.PV(ピグメントバイオレット)19等が挙げられ、C.I.PR122、及びC.I.PV19から選ばれる1種以上がより好ましい。アゾ系顔料の具体例としてはC.I.PY(ピグメントイエロー)74、PY151、PY154、PY155、PY180、PY213が挙げられ、C.I.PY74、及びPY154から選ばれる1種以上がより好ましい。フタロシアニン系顔料の具体例としてはC.I.PB(ピグメントブルー)15:1、PB15:2、PB15:3、PB15:4、PB15:5、PB15:6、PB16、PG(ピグメントグリーン)7、PG36が挙げられ、C.I.PB15:3、及びPB15:4から選ばれる1種以上がより好ましい。
有機顔料には、原料である有機顔料の誘導体が含まれる。顔料誘導体は、水酸基、カルボキシ基、カルバモイル基、スルホ基、スルホンアミド基、フタルイミドメチル基等の官能基を有機顔料表面に結合する処理を行うことにより調製することができる。
無機顔料としては、カーボンブラック、アルミナ、二酸化チタン等の金属酸化物が挙げられる。これらの無機顔料は、チタンカップリング剤、シランカップリング剤、高級脂肪酸金属塩等の公知の疎水化処理剤で処理されたものであってもよい。
黒色インクにおいては、カーボンブラックが好ましい。カーボンブラックとしては、ファーネスブラック、サーマルランプブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック等が挙げられ、表面処理したものであってもよい。
(ポリマー)
本発明において、ポリマーは顔料の媒体中での分散を安定化するために用いられる。
ポリマーは、顔料の分散性の観点から、アニオン性ポリマーが好ましい。ここで、「アニオン性」とは、未中和の物質を、純水に分散又は溶解させた場合、pHが7未満となること、又は物質が純水に不溶であり、pHが明確に測定できない場合には、純水に分散させた分散体のゼータ電位が負となることをいう。当該ポリマーとしては、カルボキシ基、スルホン酸基、リン酸基、ホスホン酸基、水酸基、及びグリシジル基から選ばれる1種以上を含むポリマーが挙げられるが、好ましくはカルボキシ基、スルホン酸基、及びリン酸基から選ばれる1種以上を含むポリマーである。
(アニオン性ポリマー)
アニオン性ポリマーは、顔料水分散体を含むインクの印字濃度向上の観点から、水不溶性ポリマーであることが好ましい。ここで、「水不溶性ポリマー」とは、105℃で2時間乾燥させ、恒量に達したポリマーを、25℃の水100gに溶解させたときに、その溶解量が10g以下であるポリマーをいい、好ましくは5g以下、より好ましくは1g以下の溶解量を示すポリマーである。アニオン性ポリマーの場合、溶解量は、ポリマーのアニオン性基を水酸化ナトリウムで100%中和した時の溶解量である。
用いられるアニオン性ポリマーとしては、ポリエステル、ポリウレタン、ビニル系ポリマー等が挙げられるが、顔料水分散体の保存安定性の観点から、好ましくはビニル系ポリマーであり、より好ましくはビニル化合物、ビニリデン化合物及びビニレン化合物から選ばれる1種以上のビニル系モノマーの付加重合により得られるビニル系ポリマーである。
アニオン性ビニル系ポリマーとしては、(a)アニオン性モノマー(以下「(a)成分」ともいう)と、(b)疎水性モノマー(以下「(b)成分」ともいう)とを含むモノマー混合物(以下、単に「モノマー混合物」ともいう)を共重合させてなるビニル系ポリマーが好ましい。このビニル系ポリマーは、(a)成分由来の構成単位と(b)成分由来の構成単位を有する。なかでも、更に(c)マクロマー(以下「(c)成分」ともいう)由来の構成単位を含有するものが好ましい。
〔(a)アニオン性モノマー〕
(a)アニオン性モノマーは、顔料を含有するポリマー粒子(A)をインク中で安定に分散させる観点から、アニオン性ポリマーの構成成分として用いられる。
(a)アニオン性モノマー由来の構成単位は、静電反発により顔料を水分散体中で安定に分散させると考えられる。
また、例えば、アニオン性基がカルボキシ基の場合は、前記ポリマー粒子(A)表面の官能基はカルボキシ基となり、化合物(B)が有する1個の反応性基と該カルボキシ基とが反応して、ポリマー粒子(A)は顔料を含有する改質ポリマー粒子へと改質される。
アニオン性モノマーとしては、カルボン酸モノマー、スルホン酸モノマー、リン酸モノマー等が挙げられる。
カルボン酸モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、2−メタクリロイルオキシメチルコハク酸等が挙げられる。
スルホン酸モノマーとしては、スチレンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、3−スルホプロピル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
リン酸モノマーとしては、ビニルホスホン酸、ビニルホスフェート、ビス(メタクリロキシエチル)ホスフェート、ジフェニル−2−アクリロイルオキシエチルホスフェート、ジフェニル−2−メタクリロイルオキシエチルホスフェート等が挙げられる。
上記アニオン性モノマーの中では、アニオン性ポリマー粒子のインク中での分散安定性の観点から、カルボン酸モノマーが好ましく、アクリル酸及びメタクリル酸がより好ましい。また、「(メタ)アクリレート」は、アクリレート及び/又はメタクリレートを示す。
〔(b)疎水性モノマー〕
(b)疎水性モノマーは、顔料表面へのポリマーの吸着を促進させることにより、顔料の分散安定性を向上させる観点、及び得られる顔料水分散体を含むインクの印字濃度を向上させる観点から、アニオン性ポリマーの構成成分として用いられる。
疎水性モノマーとしては、ポリマーの製造容易性の観点から、アルキル(メタ)アクリレート、芳香族基含有モノマー等から選ばれる1種以上が挙げられる。
アルキル(メタ)アクリレートとしては、炭素数1〜22、好ましくは炭素数6〜18のアルキル基を有するものが好ましく、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、(イソ)プロピル(メタ)アクリレート、(イソ又はターシャリー)ブチル(メタ)アクリレート、(イソ)アミル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、(イソ)オクチル(メタ)アクリレート、(イソ)デシル(メタ)アクリレート、(イソ)ドデシル(メタ)アクリレート、(イソ)ステアリル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
なお、「(イソ又はターシャリー)」及び「(イソ)」は、これらの基が存在する場合としない場合の双方を意味し、これらの基が存在しない場合には、ノルマルを示す。
芳香族基含有モノマーとしては、ヘテロ原子を含む置換基を有していてもよい、炭素数6〜22の芳香族基を有するビニルモノマーが好ましく、スチレン系モノマー、芳香族基含有(メタ)アクリレートがより好ましく、これらを併用することも好ましい。
スチレン系モノマーとしてはスチレン、2−メチルスチレン、及びジビニルベンゼンが好ましく、スチレンがより好ましい。
また、芳香族基含有(メタ)アクリレートとしては、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート等が好ましく、ベンジル(メタ)アクリレートがより好ましい。
〔(c)マクロマー〕
(c)マクロマーは、片末端に重合性官能基を有する数平均分子量500〜100,000の化合物であり、アニオン性ポリマー粒子のインク中での分散安定性の観点から、アニオン性ポリマーの構成成分として用いることが好ましい。片末端に存在する重合性官能基としては、アクリロイルオキシ基又はメタクリロイルオキシ基が好ましく、メタクリロイルオキシ基がより好ましい。
(c)マクロマーの数平均分子量は好ましくは1000以上であり、そして、好ましくは10,000以下である。なお、数平均分子量は、溶媒として1mmol/Lのドデシルジメチルアミンを含有するクロロホルムを用いたゲルクロマトグラフィー法により、標準物質としてポリスチレンを用いて測定される。
(c)マクロマーとしては、アニオン性ポリマー粒子のインク中での分散安定性の観点から、芳香族基含有モノマー系マクロマー及びシリコーン系マクロマーが好ましく、芳香族基含有モノマー系マクロマーがより好ましい。
芳香族基含有モノマー系マクロマーを構成する芳香族基含有モノマーとしては、前記(b)疎水性モノマーで記載した芳香族基含有モノマーが挙げられ、スチレン及びベンジル(メタ)アクリレートが好ましく、スチレンがより好ましい。
スチレン系マクロマーの市販品としては、東亞合成株式会社製のAS−6(S)、AN−6(S)、HS−6(S)等が挙げられる。
シリコーン系マクロマーは、片末端に重合性官能基を有するオルガノポリシロキサンである。シリコーンマクロマーの代表例としては、下記式で表されるもの等が挙げられる。
CH=CR−COOC−[Si(R−O]−Si(R
(式中、Rは水素原子又はメチル基、Rは水素原子又は炭素数1〜5のアルキル基、bは5〜60の数を示す。)
シリコーンマクロマーの市販例としては、チッソ株式会社製のサイラプレーンFM−0711、同FM−0721、同FM−0725等が挙げられる。
〔(d)ノニオン性モノマー〕
アニオン性ビニル系ポリマーは、更に(d)ノニオン性モノマー(以下「(d)成分」ともいう)をその構成成分として用いることができる。
(d)成分としては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(n=2〜30、nはオキシアルキレン基の平均付加モル数を示す。以下同じ)(メタ)アクリレート等のポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(n=1〜30)(メタ)アクリレート等のアルコキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシ(エチレングリコール・プロピレングリコール共重合)(n=1〜30、その中のエチレングリコールのn=1〜29)(メタ)アクリレート等が挙げられ、なかでもポリプロピレングリコール(n=2〜30)(メタ)アクリレート、フェノキシ(エチレングリコール・プロピレングリコール共重合)(メタ)アクリレートが好ましく、これらを併用することがより好ましい。
(d)成分の市販例としては、日油株式会社のブレンマーPE−90、同200、同350、PME−100、同200、同400、同1000等、PP−500、同800、同1000等、AE−90、同200、同400、AP−150、同400、同550等、50PEP−300(以上いずれも水酸基有)、50POEP−800B、43PAPE−600B、GLM(水酸基あり)、LA、CA、SA、LMA、CMA、SMA、G(グリシジル基あり)、エピオールシリーズのA(グリシジル基あり)、新中村化学工業株式会社のNKエステルM−20G、同40G、同90G、同230G、同S等(単官能性メタクリレート)等が挙げられる。
上記(a)〜(d)成分は、それぞれ単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
アニオン性ビニル系ポリマー中における(a)〜(c)成分に由来する構成単位の含有量(未中和量としての含有量。以下同じ)は、次のとおりである。
(a)成分の含有量は、ポリマー粒子(A)のインク中での分散安定性の観点から、好ましくは2質量%以上、より好ましくは5質量%以上、更に好ましくは10質量%以上であり、そして、好ましくは40質量%以下、より好ましくは30質量%以下、更に好ましくは25質量%以下である。
(b)成分の含有量は、インクの印字濃度向上の観点から、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは50質量%以上であり、好ましくは90質量%以下、より好ましくは80質量%以下、更に好ましくは70質量%以下である。
(c)成分の含有量は、ポリマー粒子(A)のインク中での分散安定性の観点から、好ましくは2質量%以上、より好ましくは4質量%以上、更に好ましくは6質量%以上であり、そして、好ましくは30質量%以下、より好ましくは25質量%以下、更に好ましくは20質量%以下である。
また、〔(a)成分/[(b)成分+(c)成分]〕の質量比は、ポリマー粒子(A)のインク中での分散安定性及びインクの印字濃度の観点から、好ましくは0.02以上、より好ましくは0.05以上、更に好ましくは0.10以上であり、そして、好ましくは0.8以下、より好ましくは0.6以下、更に好ましくは0.4以下である。
(アニオン性ビニル系ポリマーの製造)
前記アニオン性ビニル系ポリマーは、モノマー混合物を公知の重合法により共重合させることによって製造される。重合法としては溶液重合法が好ましい。
溶液重合法で用いる溶媒に特に制限はないが、顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体の製造における生産性を向上させる観点から、炭素数3以上8以下のケトン、アルコール、エーテル及びエステルから選ばれる1種以上の有機溶媒が好ましく、炭素数4以上8以下のケトンがより好ましく、メチルエチルケトンが更に好ましい。
重合の際には、重合開始剤や重合連鎖移動剤を用いることができる。重合開始剤は、好ましくはアゾ化合物であり、より好ましくは2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)であり、重合連鎖移動剤は、好ましくはメルカプタン類であり、より好ましくは2−メルカプトエタノールである。
好ましい重合条件は、重合開始剤、モノマー、溶媒の種類等によって異なるが、重合温度は好ましくは50℃以上、より好ましくは55℃以上であり、そして、好ましくは90℃以下、より好ましくは80℃以下である。重合時間は1時間以上20時間以下であることが好ましい。また、重合雰囲気は、窒素ガス雰囲気、アルゴン等の不活性ガス雰囲気であることが好ましい。
重合反応の終了後、反応溶液から再沈澱、溶媒留去等の公知の方法により、生成したポリマーを単離することができる。また、得られたポリマーは、再沈澱、膜分離、クロマトグラフ法、抽出法等により、未反応のモノマー等を除去することができる。
ポリマーは、顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体の生産性を向上させる観点から、重合反応に用いた溶剤を除去せずに、そのままポリマー溶液として用いることが好ましい。
得られるポリマー溶液の固形分濃度は、顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体の生産性を向上させる観点から、好ましくは30質量%以上、より好ましくは35質量%以上であり、そして、好ましくは60質量%以下、より好ましくは50質量%以下である。
本発明で用いられるアニオン性ポリマーの重量平均分子量は、顔料を含有するポリマー粒子(A)のインク中での分散安定性と印字濃度の観点から、好ましくは5,000以上、より好ましくは1万以上、更に好ましくは2万以上、より更に好ましくは3万以上、より更に好ましくは5万以上であり、そして、好ましくは50万以下、より好ましくは40万以下、更に好ましくは30万以下、より更に好ましくは20万以下である。
なお、重量平均分子量の測定は実施例に記載の方法により行うことができる。
本発明で用いるポリマーは、上記の方法を用いて製造することが好ましいが、市販品を用いることもできる。
市販ポリマーとしては、(a)成分に由来する構成単位を、好ましくは2重量%以上、より好ましくは5重量%以上、更に好ましくは10重量%以上、より更に好ましくは15重量%以上含有し、そして、好ましくは80重量%以下、より好ましくは60重量%以下、更に好ましくは40重量%以下、より更に好ましくは30重量%以下、より更に好ましくは25重量%以下含有し、(b)成分に由来する構成単位を、好ましくは15重量%以上、より好ましくは20重量%以上、より好ましくは30重量%以上、更に好ましくは40重量%以上、より更に好ましくは50重量%以上、より更に好ましくは60重量%以上含有し、そして、好ましくは95重量%以下、より好ましくは90重量%以下、より好ましくは85重量%以下、更に好ましくは80重量%以下、更に好ましくは70重量%以下含有するポリマーが好ましい。
(a)成分に由来する構成単位としては、アクリル酸及び/又はメタクリル酸に由来する構成単位が好ましく、(b)成分に由来する構成単位としては、スチレンモノマーに由来する構成単位が好ましい。以上の観点から、水溶性ポリマーは、アクリル酸及び/又はメタクリル酸と、スチレンモノマーを由来とする構成単位を含有するスチレン・アクリル系ポリマーが好ましい。
前記スチレン・アクリル系ポリマーの重量平均分子量は、顔料を含有するポリマー粒子(A)のインク中での分散安定性と印字濃度の観点から、好ましくは1,000以上、より好ましくは2,000以上、更に好ましくは5,000以上、より更に好ましくは1万以上であり、そして、好ましくは50万以下、より好ましくは40万以下、更に好ましくは30万以下、より更に好ましくは20万以下、より更に好ましくは10万以下である。
前記スチレン・アクリル系ポリマーの酸価は、好ましくは100KOHmg/g以上、より好ましくは120KOHmg/g以上、更に好ましくは150KOHmg/g以上であり、そして、好ましくは300KOHmg/g以下、より好ましくは280KOHmg/g以下、更に好ましくは250KOHmg/g以下である。
上記スチレン・アクリル系ポリマーの市販品としては、BASF社製のスチレン・アクリル系ポリマーであるジョンクリル(JONCRYL、登録商標)67、同68、同678、同680、同682、同683、同690、同819等が挙げられる。
<顔料を含有するポリマー粒子(A)の製造>
顔料を含有するポリマー粒子(A)は、水分散体として下記の工程(1)及び(2)を有する方法により、効率的に製造することができる。
工程(1):アニオン性ポリマー、有機溶媒、顔料、及び水を含有する混合物を分散処理して、顔料を含有するポリマー粒子の分散体を得る工程
工程(2):工程(1)で得られた分散体から前記有機溶媒を除去して、顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体を得る工程
〔工程(1)〕
工程(1)では、まず、アニオン性ポリマーを有機溶媒に溶解させ、次に顔料、水、及び必要に応じて中和剤、界面活性剤等を、得られた有機溶媒溶液に加えて混合し、水中油型の分散体を得る方法が好ましい。アニオン性ポリマーの有機溶媒溶液に加える順序に制限はないが、中和剤、水、顔料の順に加えることが好ましい。
アニオン性ポリマーを溶解させる有機溶媒に制限はなく、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトン等のケトン系溶媒、及びジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒が挙げられる。有機溶媒は、水100gに対する溶解量が20℃において、5g以上のものが好ましく、10g以上のものがより好ましく、より具体的には5〜80gのものが好ましく、10〜50gのものがより好ましく、特に、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンが好ましい。
アニオン性ポリマーを溶液重合法で合成した場合には、重合で用いた溶媒をそのまま用いてもよい。
中和剤を用いる場合、水分散体のpHが好ましくは6.5以上、より好ましくは7以上であり、そして、好ましくは11以下、より好ましくは10以下となるように中和することが好ましい。中和剤としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、各種アミン等の塩基が挙げられる。また、アニオン性ポリマーを予め中和しておいてもよい。
アニオン性ポリマーのアニオン性基の中和度は、分散安定性の観点から、好ましくは10モル%以上、より好ましくは20モル%以上、更に好ましくは30モル%以上であり、顔料の分散性の観点から、好ましくは90モル%以下、より好ましくは80モル%以下、更に好ましくは70モル%以下である。
ここで中和度とは、中和剤のモル当量をアニオン性ポリマーのアニオン性基のモル量で除したものである。
ポリマーの中和度は、下記式によって求めることができる。
中和度(モル%)={[中和剤の質量(g)/中和剤のグラム当量]/[ポリマーの酸価(mgKOH/g)×ポリマーの質量(g)/(56×1000)]}×100
ポリマーの酸価は、ポリマーの製造時におけるモノマー成分の比から、計算で算出することができる。また、メチルエチルケトン等のポリマーを溶解できる溶媒にポリマーを溶解して、アルカリ剤で滴定する方法で求めることができる。
工程(1)の混合物中、顔料は、顔料を含有するポリマー粒子の分散体の生産性の観点から、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上であり、そして好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下である。有機溶媒は、顔料を含有するポリマー粒子の分散体の生産性の観点から、0質量%以上、好ましくは10質量%以上であり、そして好ましくは70質量%以下、より好ましくは50質量%以下である。
アニオン性ポリマーは、分散安定性の観点から、好ましくは2質量%以上、より好ましくは5質量%以上であり、そして好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下である。
水は、顔料を含有するポリマー粒子の分散体の生産性の観点から、好ましくは10質量%以上、より好ましくは30質量%以上であり、そして、好ましくは90質量%以下、より好ましくは80質量%以下である。
アニオン性ポリマーの量に対する顔料の量の質量比〔顔料/アニオン性ポリマー〕は、分散安定性の観点から、好ましくは50/50〜90/10、より好ましくは70/30〜85/15である。
工程(1)における混合物の分散方法に特に制限はない。本分散だけで顔料を含有するアニオン性ポリマー粒子の平均粒径を所望の粒径となるまで微粒化することもできるが、好ましくは予備分散させた後、さらに剪断応力を加えて本分散を行い、顔料を含有するアニオン性ポリマー粒子の平均粒径を所望の粒径とするよう制御することが好ましい。
工程(1)の分散における温度は、好ましくは0℃以上、より好ましくは5℃以上であり、そして、好ましくは50℃以下、より好ましくは40℃以下、更に好ましくは35℃以下である。分散時間は、好ましくは1時間以上、より好ましくは2時間以上であり、そして、好ましくは30時間以下、より好ましくは25時間以下、更に好ましくは20時間以下である。
混合物を予備分散させる際には、アンカー翼、ディスパー翼等の一般に用いられている混合撹拌装置を用いることができる。混合撹拌装置の中では、ウルトラディスパー(淺田鉄工株式会社、商品名)、エバラマイルダー(株式会社荏原製作所、商品名)、TKホモディスパー(プライミクス株式会社、商品名)等の高速撹拌混合装置が好ましい。
本分散の剪断応力を与える手段としては、例えば、ロールミル、ビーズミル、ニーダー、エクストルーダ等の混練機、高圧分散機、ペイントシェーカー、ビーズミル等のメディア式分散機が挙げられる。これらの装置は複数を組み合わせることもできる。
これらの中では、顔料を含有するアニオン性ポリマー粒子を小粒子径化する観点から、ディスパー等を用いて予備分散した後、高圧分散処理することが好ましい。ここで、「高圧分散」とは、20MPa以上の分散圧力で分散することを意味する。
分散圧力は、小粒子径化する観点及び分散処理効率の観点から、好ましくは50MPa以上、より好ましくは100MPa以上、更に好ましくは130MPa以上であり、好ましくは250MPa以下、より好ましくは200MPa以下である。
高圧分散処理のパス数は、上記と同様の観点から、好ましくは2パス以上、より好ましくは4パス以上、更に好ましくは6パス以上、より更に好ましくは8パス以上であり、そして、好ましくは20パス以下、より好ましくは15パス以下である。
用いられる高圧分散機としては、高圧ホモゲナイザー(株式会社イズミフードマシナリ、商品名)、ミニラボ8.3H型(Rannie社、商品名)に代表されるホモバルブ式の高圧ホモジナイザー、マイクロフルイダイザー(Microfluidics 社、商品名)、ナノマイザー(ナノマイザー株式会社、商品名)等のチャンバー式の高圧ホモジナイザーが好ましい。
高圧分散処理時の分散体の温度は特に限定されないが、好ましくは5℃以上、より好ましくは10℃以上であり、そして、好ましくは80℃以下、より好ましくは70℃以下である。
〔工程(2)〕
工程(2)では、得られた分散体から、公知の方法で有機溶媒を留去することで、顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体を得ることができる。得られたポリマー粒子(A)を含む水分散体中の有機溶媒は実質的に除去されていることが好ましいが、本発明の目的を損なわない限り、残存していてもよい。残留有機溶媒の量は0.1質量%以下が好ましく、0.01質量%以下であることがより好ましい。
また必要に応じて、有機溶媒を留去する前に分散体を加熱撹拌処理することもできる。
有機溶媒の除去装置としては、回分単蒸留装置、減圧蒸留装置、フラッシュエバポレーター等の薄膜式蒸留装置、回転式蒸留装置、撹拌式蒸発装置等が挙げられる。
有機溶媒を除去する際の分散処理物の温度は、用いる有機溶媒の種類によって適宜選択できるが、減圧下、好ましくは20℃以上、より好ましくは25℃以上、更に好ましくは30℃以上であり、そして、好ましくは80℃以下、より好ましくは70℃以下、更に好ましくは65℃以下である。
有機溶媒の除去は、有機溶媒を除去した分散体の不揮発成分(固形分)濃度が、好ましく18質量%以上、より好ましくは20質量%以上、更に好ましくは22質量%以上になるまで行うことが好ましく、そして、好ましくは60質量%以下、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは35質量%以下になるまで行うことが好ましい。
得られた顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体は、顔料を含有する該ポリマーの固体分が水を主媒体とする中に分散しているものである。ここで、ポリマー粒子(A)の形態は特に制限はなく、少なくとも顔料とアニオン性ポリマーにより粒子が形成されていればよい。例えば、該ポリマーに顔料が内包された粒子形態、該ポリマー中に顔料が均一に分散された粒子形態、該ポリマー粒子表面に顔料が露出された粒子形態等が含まれ、これらの混合物も含まれる。
ポリマー粒子(A)の平均粒径は、濃縮時のインク粘度の上昇を抑え、記録媒体に印字した際の耐擦過性を向上させる観点から、好ましくは50nm以上、より好ましくは70nm以上、更に好ましくは80nm以上、より更に好ましくは90nm以上であり、そして、好ましくは200nm以下、より好ましくは150nm以下、更に好ましくは140nm以下、より更に好ましくは130nm以下である。
なお、ポリマー粒子(A)の平均粒径は、実施例に記載の方法により測定される。
<化合物(B)>
化合物(B)は、顔料を含有するポリマー粒子(A)の官能基と反応する反応性基を1個有する化合物である。化合物(B)の反応性基は、ポリマー粒子(A)の官能基と反応させて、共有結合を形成させることが好ましい。好ましい共有結合は、エステル結合、チオエステル結合、アミド結合、アミノ結合、エーテル結合、チオエーテル結合、カルボニル結合、チオカルボニル結合及びスルホニル結合から選ばれる1種以上であり、より好ましくはエステル結合、チオエステル結合及びアミド結合から選ばれる1種以上である。特に、ポリマーがカルボキシ基を有する場合、カルボキシ基は、エポキシ基、グリシジル基、イソシアネート基、アジリジノ基、アミノ基及びオキサゾリン基と熱反応により高収率で不可逆的付加反応が進み、共有結合が形成されるため好ましい。
上記の観点から、化合物(B)の反応性基は、好ましくはエポキシ基、グリシジル基、イソシアネート基、アジリジノ基、アミノ基及びオキサゾリン基から選ばれる1種以上であり、経済性の観点から、より好ましくはエポキシ基又はグリシジル基であり、更に好ましくはエポキシ基である。化合物(B)の反応性基は必ずしもこれらに限定されるものではないが、これらの反応性基以外の基を有する化合物を用いると、使用できるポリマー及び顔料種に制限が生ずることがある。
化合物(B)は、顔料表面へのポリマーの吸着を促進させることにより、顔料の分散安定性を向上させる観点から、少なくとも一つのエーテル結合を有するものが好ましく、また、炭素数2以上4以下のアルキレングリコールの構成単位を有するものが好ましく、炭素数2又は3のアルキレングリコールの構成単位を有するものがより好ましく、炭素数2のアルキレングリコールの構成単位を有するものがより更に好ましい。
炭素数2以上4以下のアルキレングリコールの構成単位を与えるアルキレンオキシドとしては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド及びブチレンオキシド等が挙げられる。アルキレングリコールの構成単位の数、いわゆる平均付加モル数は、インクの水が蒸発し濃縮していく際の粘度上昇を抑制する観点から、好ましくは1以上、より好ましくは2以上、更に好ましくは3以上、より更に好ましくは5以上、より更に好ましくは7以上であり、インク粘度低減の観点から、好ましくは50以下、より好ましくは25以下、更に好ましくは20以下、より更に好ましくは15以下、より更に好ましくは12以下である。
化合物(B)の分子量は、得られる顔料水分散体を含むインクの印字濃度を向上させる観点から、好ましくは250以上、より好ましくは280以上、更に好ましくは300以上であり、そして、好ましくは1200以下、より好ましくは1000以下、更に好ましくは950以下、より更に好ましくは900以下である。
化合物(B)の反応性基がエポキシ基である場合、エポキシ当量(g/eq)は、インクの水が蒸発し濃縮していく際の粘度上昇を抑制する観点から、好ましくは90以上、より好ましくは150以上、更に好ましくは250以上、より更に好ましくは330以上、より更に好ましくは380以上、より更に好ましくは420以上であり、そしてインク粘度低減の観点から、好ましくは1600以下、より好ましくは1500以下、更に好ましくは1200以下、より更に好ましくは1000以下、より更に好ましくは900以下、より更に好ましくは600以下である。
なお、エポキシ当量の測定は、実施例に記載の方法により行うことができる。
エポキシ基又はグリシジル基を持つ化合物(B)の具体例としては、メチルグリシジルエーテル、エチルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、tert−ブチルフェニルグリシジルエーテル、アルキルポリエチレンオキシドグリシジルエーテル、アルキルポリプロピレンオキシドグリシジルエーテル、フェノールポリエチレンオキシドグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ブトキシポリエチレンオキシド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等から選ばれる1種以上のグリシジルエーテルや、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、スチレンオキシド、シクロヘキシレンオキシド、1−フェニルプロピレンオキシド等のアルキレンオキシド等が挙げられる。
化合物(B)の市販品としては、ナガセケムテックス株式会社製のデナコールEX−145(フェノールポリエチレンオキシド(5モル)グリシジルエーテル)、同EX−171(ラウリルポリエチレンオキシド(15モル)グリシジルエーテル)、同EX―321(トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル)、日油株式会社製のエピオールBE−200(ブトキシポリエチレンオキシド(4.5モル)グリシジルエーテル)、同B−1000(ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、EO平均付加数23)等が挙げられる。
<顔料を含有する改質ポリマー粒子の製造>
本発明の顔料を含有する改質ポリマー粒子の製造方法は、前記工程(1)及び(2)により得られた顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体を、媒体中で、化合物(B)と反応させる。
ポリマー粒子(A)と化合物(B)の反応は、ポリマー粒子(A)の官能基の合計モル数に対する該化合物(B)の反応性基の合計モル数の比〔(B)/(A)〕が0.10以上0.62以下の条件下で行う。ポリマー粒子(A)の官能基の合計のモル数及び化合物(B)の反応性基の合計のモル数は、それぞれの基の量の指標となる値から計算で求めることができる。例えば、ポリマー粒子(A)の反応する官能基がアニオン性基の場合、官能基の合計モル数は酸価から計算で求めることができる。化合物(B)の反応性基がエポキシ基の場合、反応性基の合計モル数はエポキシ当量から計算で求めることができる。
モル比〔(B)/(A)〕は、化合物(B)をポリマー粒子(A)の表面に良好に結合させて、ポリマー粒子(A)を改質させることにより、インクの水が蒸発し濃縮していく際の粘度上昇を抑制する観点、顔料の分散安定性を向上させる観点、及び得られる顔料水分散体を含むインクの印字濃度を向上させる観点から、好ましくは0.11以上、より好ましくは0.12以上、更に好ましくは0.15以上、より更に好ましくは0.20以上、より更に好ましくは0.28以上であり、そして、好ましくは0.60以下、より好ましくは0.55以下、更に好ましくは0.40以下、より更に好ましくは0.35以下である。
ポリマー粒子(A)と化合物(B)との反応においては、所望する改質ポリマーに応じて、前記モル比〔(B)/(A)〕の範囲内で、触媒、溶媒、温度、時間、反応器を適宜決定することができる。
また保存安定性、製造し易さの観点から、化合物(B)と官能基を2以上有する架橋剤とを用い、ポリマーに架橋構造を導入することもできる。特に分子量が約3万以下で、酸価が150KOHmg/g以上のようなポリマーを分散剤として使用する場合は、インクビヒクルとの相互作用によりポリマーが顔料表面より脱離しやすい状況になるため、インクの安定性向上のためポリマーを架橋させることが好ましい。
顔料を含有する改質ポリマー粒子を含有するインクは、粘度が低く、かつインク中の水が蒸発した後の濃縮粘度の上昇を抑制することができるため、吐出安定性に優れたものとなる。
化合物(B)の使用量は、インク粘度及び濃縮後のインク粘度の上昇を抑制する観点から、顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体の固形分(不揮発成分)1gに対して、好ましくは0.7×10−4mol以上、より好ましくは1.0×10−4mol以上、更に好ましくは1.2×10−4mol以上であり、そして、好ましくは6.0×10−4mol以下、より好ましくは5.5×10−4mol以下、更に好ましくは5.0×10−4mol以下、より更に好ましくは3.0×10−4mol以下である。
化合物(B)がエチレンオキサイド(EO)基を持つ場合、1分子当たりのEO数は、インク粘度及び濃縮後のインク粘度の上昇を抑制する観点、経済的な観点から、好ましくは1以上、より好ましくは2以上、更に好ましくは4以上、より更に好ましくは6以上であり、そして、好ましくは23以下、より好ましくは15以下である。
化合物(B)がエポキシ基、グリシジル基を持つ場合のエポキシ当量(g/eq)は、上記と同様の観点から、好ましくは90以上、より好ましくは150以上、更に好ましくは250以上、より更に好ましくは330以上、より更に好ましくは380以上、より更に好ましくは420以上であり、そしてインク粘度低減の観点から好ましくは1600以下、より好ましくは1500以下、更に好ましくは1200以下、より更に好ましくは1000以下、より更に好ましくは900以下、より更に好ましくは600以下である。
ポリマー粒子(A)と化合物(B)の反応は、水系媒体中で行うことが好ましい。ここで、水系媒体とは、水を主成分とするもの、すなわち、水が好ましくは50質量%以上、より好ましくは80質量%以上、更に好ましくは90質量%以上であり、より更に好ましくは100質量%である媒体をいう。水以外の成分としては、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトン等のケトン系溶媒等が挙げられる。
反応温度は、反応効率の観点から、好ましくは40℃以上、より好ましくは50℃以上であり、そして、好ましくは100℃以下、より好ましくは95℃以下である。また、反応の時間は、反応温度等にもよるが、好ましくは0.5時間以上、より好ましくは1.0時間以上であり、そして、好ましくは10時間以下、より好ましくは5時間以下である。
本発明の顔料を含有する改質ポリマー粒子の製造方法では、粗大粒子を除去する観点から、反応終了後にフィルターでろ過する工程を有することが好ましい。本発明方法で得られる改質ポリマー粒子の顔料分散体はろ過性に優れるため、ろ過工程を効率よく進めることができる。ろ過に用いるフィルターの目開きは、粗大粒子を除去する観点から、好ましくは20μm以下、より好ましくは10μm以下であり、そして、ろ過処理の時間を短縮する観点から、好ましくは1μm以上である。
[顔料水分散体、インク]
本発明の顔料水分散体は、本発明の前記製造方法で得られた改質ポリマー粒子が水系媒体中に分散してなる顔料水分散体である。
本発明のインクは、前記製造方法で得られた改質ポリマー粒子の顔料水分散体と、水及び有機溶媒から選ばれる1種以上とを配合してなる。
用いることができる有機溶媒としては、多価アルコール、多価アルコールアルキルエーテル、多価アルコールアルキルエーテルアセテート、含窒素複素環化合物が挙げられる。
多価アルコールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、1,2−ヘキサンジオール、1,3−ヘキサンジオール、1,6−ヘキサンジオール、トリエチレングリコール、グリセリン、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール等が挙げられる。これらの中では、耐擦過性を向上させる観点から、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール等が好ましい。
多価アルコールアルキルエーテルとしては、ジエチレングリコールモノアルキルエーテル、トリエチレングリコールモノアルキルエーテル等が挙げられる。これらの中では、耐擦過性を向上させる観点から、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル等が好ましい。
多価アルコールアルキルエーテルアセテートとしては、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート(BCA)等が挙げられ、含窒素複素環化合物としては、N−メチル−2−ピロリドン、2−ピロリドン等が挙げられる。
上記の有機溶媒は、1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
インクを製造する工程で、所望の濃度、粘度、湿潤性等の物性を調整することができる。また、上記の水及び有機溶媒の他、インクに通常用いられる保湿剤、湿潤剤、浸透剤、分散剤、界面活性剤、粘度調整剤、消泡剤、防腐剤、防黴剤、防錆剤等を添加することができる。
また、必要に応じて濾過し、インクジェット印刷時に目詰まり等の原因となる大粒径の不純物を除去したり、加熱処理を行うことができる。
(インクの各成分の含有量)
インクジェット記録用インク等のインク中の顔料の含有量は、印字物の印字濃度を向上させる観点から、好ましくは1質量%以上、より好ましくは2質量%以上、更に好ましくは3質量%以上であり、そして、好ましくは20質量%以下、より好ましくは15質量%以下、更に好ましくは12質量%以下である。
インク中のポリマーの含有量は、耐擦過性を向上させる観点から、好ましくは1質量%以上、より好ましくは2質量%以上、更に好ましくは4質量%以上、より更に好ましくは6質量%以上であり、そして、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下、更に好ましくは15質量%以下である。
インクの固形分濃度は、高印字濃度のインクを得る観点から、好ましくは2質量%以上、より好ましくは3質量%以上、更に好ましくは5質量%以上であり、分散安定性の観点から、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下、更に好ましくは15質量%以下である。なお、インクの固形分濃度は、実施例に記載の方法により測定される。
インク中の水の含有量は、耐擦過性に優れた印字物を得る観点から、インク中、好ましくは20質量%以上、より好ましくは30質量%以上、更に好ましくは40質量%以上である。また、インクの吐出性を向上させる観点から、好ましくは70質量%以下、より好ましくは65質量%以下、更に好ましくは60質量%以下である。
インク中のポリマーに対する顔料の質量比〔顔料/ポリマー〕は、耐擦過性に優れた印字物を得る観点から、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.2以上、更に好ましくは0.4以上であり、そして、好ましくは4.0以下、より好ましくは2.0以下、更に好ましくは1.0以下である。
(インクの物性)
インク中のポリマー粒子(A)の平均粒径は、濃縮時のインク粘度の上昇を抑え、記録媒体に印字した際の耐擦過性を向上させる観点から、好ましくは50nm以上、より好ましくは70nm以上、更に好ましくは80nm以上、より更に好ましくは90nm以上であり、そして、好ましくは200nm以下、より好ましくは150nm以下、更に好ましくは140nm以下、より更に好ましくは130nm以下である。
なお、ポリマー粒子(A)の平均粒径は、実施例に記載の方法により測定される。
インクの20℃の粘度は、インクの保存安定性及び耐擦過性を向上させる観点から、好ましくは4mPa・s以上、より好ましくは6mPa・s以上、更に好ましくは8mPa・s以上であり、そして、好ましくは20mPa・s以下、より好ましくは15mPa・s以下、更に好ましくは13mPa・s以下である。
なお、20℃におけるインクの粘度は、実施例に記載の方法により測定される。
インクの水を蒸発させた後の濃縮後のインクの粘度(32℃)は、長期吐出安定性の観点から、好ましくは700mPa・s以下、より好ましくは600mPa・s以下、更に好ましくは500mPa・s以下、より更に好ましくは400mPa・s以下、より更に好ましくは300mPa・s以下、より更に好ましくは200mPa・s以下、より更に好ましくは150mPa・s以下である。そして、インクの水を蒸発させた後の濃縮後のインクの粘度(32℃)は、記録媒体に印刷した際の画質向上の観点から、好ましくは8mPa・s以上、より好ましくは50mPa・s以上である。
なお、インクの水を蒸発させた後の濃縮後のインクの32℃の粘度は、実施例に記載の方法により測定される。
インクの20℃における静的表面張力は、インクの吐出性を良好にする観点から、好ましくは20mN/m以上、より好ましくは25mN/m以上であり、そして、好ましくは50mN/m以下、より好ましくは40mN/m以下、更に好ましくは35mN/m以下である。なお、20℃におけるインクの静的表面張力は、実施例に記載の方法により測定される。
インクのpHは、インクの保存安定性及び耐擦過性を向上させる観点から、好ましくは7.0以上、より好ましくは7.5以上、更により好ましくは8.0以上であり、部材耐性、皮膚刺激性低減の観点から、好ましくは11.0以下、より好ましくは10.0以下、更により好ましくは9.5以下である。
本発明のインクは、普通紙やインクジェット専用紙等の記録媒体に記録するインクジェット記録方法に用いることができるが、耐擦過性に優れることから、コート紙や合成樹脂フィルム等の低吸水性の記録媒体に記録するインクジェット記録方法にも好適に用いることができる。
上述した実施形態に関し、本発明はさらに以下の顔料を含有する改質ポリマー粒子の製造方法、その方法により得られる該改質ポリマー粒子の顔料水分散体、及びそれを含有するインクを開示する。
<1> 顔料を含有するポリマー粒子(A)と、該ポリマー粒子(A)の官能基と反応する反応性基を1個有する化合物(B)とを、媒体中で、該ポリマー粒子(A)の官能基の合計モル数に対する該化合物(B)の反応性基の合計モル数の比〔(B)/(A)〕が0.10以上0.62以下の条件下で反応させる、顔料を含有する改質ポリマー粒子の製造方法。
<2> ポリマー粒子(A)を構成するポリマーが、アニオン性ポリマーである、上記<1>に記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
<3> ポリマーがアニオン性ビニル系ポリマーである、上記<2>に記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
<4> アニオン性ビニル系ポリマーが、(a)アニオン性モノマー由来の構成単位と(b)疎水性モノマー由来の構成単位と(c)マクロマー由来の構成単位を含有する、上記<3>に記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
<5> (a)成分の含有量が、好ましくは2質量%以上、より好ましくは5質量%以上、更に好ましくは10質量%以上であり、そして、好ましくは40質量%以下、より好ましくは30質量%以下、更に好ましくは25質量%以下である、上記<4>に記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
<6> (b)成分の含有量が、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは50質量%以上であり、好ましくは90質量%以下、より好ましくは80質量%以下、更に好ましくは70質量%以下である、上記<4>又は<5>に記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
<7> (c)成分の含有量が、好ましくは2質量%以上、より好ましくは4質量%以上、更に好ましくは6質量%以上であり、そして、好ましくは30質量%以下、より好ましくは25質量%以下、更に好ましくは20質量%以下である、上記<4>〜<6>のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
<8> 〔(a)成分/[(b)成分+(c)成分]〕の質量比が、好ましくは0.02以上、より好ましくは0.05以上、更に好ましくは0.10以上であり、そして、好ましくは0.8以下、より好ましくは0.6以下、更に好ましくは0.4以下である、上記<4>〜<7>のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
<9> 顔料を含有するポリマー粒子(A)における、アニオン性ポリマーの量に対する顔料の量の質量比〔顔料/アニオン性ポリマー〕が、好ましくは50/50〜90/10、より好ましくは70/30〜85/15である、上記<1>〜<8>のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
<10> 顔料を含有するポリマー粒子(A)の平均粒径が、好ましくは50nm以上、より好ましくは70nm以上、更に好ましくは80nm以上、より更に好ましくは90nm以上であり、そして、好ましくは200nm以下、より好ましくは150nm以下、更に好ましくは140nm以下、より更に好ましくは130nm以下である、上記<1>〜<9>のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
<11> 媒体が水系媒体である、上記<1>〜<10>のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
<12> 化合物(B)の有する反応性基が、エポキシ基、グリシジル基、イソシアネート基、アジリジノ基、アミノ基及びオキサゾリン基から選ばれる少なくとも1種であり、好ましくはエポキシ基又はグリシジル基であり、より好ましくはエポキシ基である、上記<1>〜<11>のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
<13> 化合物(B)が、少なくとも一つのエーテル結合を有するものであり、好ましくは炭素数2以上4以下のアルキレングリコールの構成単位を有するものであり、より好ましくは炭素数2又は3のアルキレングリコールの構成単位を有するものであり、更に好ましくは炭素数2のアルキレングリコールの構成単位を有するものである、上記<1>〜<12>のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
<14> 化合物(B)が、炭素数2以上4以下のアルキレングリコールの構成単位を有する、上記<1>〜<13>のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
<15> 化合物(B)が、メチルグリシジルエーテル、エチルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、tert−ブチルフェニルグリシジルエーテル、アルキルポリエチレンオキシドグリシジルエーテル、アルキルポリプロピレンオキシドグリシジルエーテル、フェノールポリエチレンオキシドグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ブトキシポリエチレンオキシドグリシジルエーテル、及びポリエチレングリコールジグリシジルエーテルから選ばれる1種以上のグリシジルエーテルである、上記<1>〜<14>のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
<16> 化合物(B)の分子量が、好ましくは250以上、より好ましくは280以上、更に好ましくは300以上であり、そして、好ましくは1200以下、より好ましくは1000以下、更に好ましくは950以下、より更に好ましくは900以下である、上記<1>〜<15>のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
<17> ポリマー粒子(A)の官能基が、カルボキシ基、スルホン酸基、及びリン酸基から選ばれる1種以上である、上記<1>〜<16>のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
<18> ポリマー粒子(A)の官能基がカルボキシ基であり、化合物(B)の反応性基がエポキシ基又はグリシジル基である、上記<1>〜<17>のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
<19> 化合物(B)の反応性基がエポキシ基であり、そのエポキシ当量(g/eq)が、好ましくは90以上、より好ましくは150以上、更に好ましくは250以上、より更に好ましくは330以上、より更に好ましくは380以上、より更に好ましくは420以上であり、そして、好ましくは1600以下、より好ましくは1500以下、更に好ましくは1200以下、より更に好ましくは1000以下、より更に好ましくは900以下、より更に好ましくは600以下である、上記<1>〜<18>のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
<20> モル比〔(B)/(A)〕が、好ましくは0.11以上、より好ましくは0.12以上、更に好ましくは0.15以上、より更に好ましくは0.20以上、より更に好ましくは0.28以上であり、そして、好ましくは0.60以下、より好ましくは0.55以下、更に好ましくは0.40以下、より更に好ましくは0.35以下である、上記<1>〜<19>のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
<21> 化合物(B)の使用量が、顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体の固形分(不揮発成分)1gに対して、好ましくは0.7×10−4mol以上、より好ましくは1.0×10−4mol以上、更に好ましくは1.2×10−4mol以上であり、そして、好ましくは6.0×10−4mol以下、より好ましくは5.5×10−4mol以下、更に好ましくは5.0×10−4mol以下、より更に好ましくは3.0×10−4mol以下である、上記<1>〜<20>のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
<22> 化合物(B)がエチレンオキサイド(EO)基を持つ場合、1分子当たりのEO数が、好ましくは1以上、より好ましくは2以上、更に好ましくは4以上、より更に好ましくは6以上であり、そして、好ましくは23以下、より好ましくは15以下である、上記<1>〜<21>のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
<23> 化合物(B)がエポキシ基、グリシジル基を持つ場合のエポキシ当量(g/eq)が、好ましくは90以上、より好ましくは150以上、更に好ましくは250以上、より更に好ましくは330以上、より更に好ましくは380以上、より更に好ましくは420以上であり、そして、好ましくは1600以下、より好ましくは1500以下、更に好ましくは1200以下、より更に好ましくは1000以下、より更に好ましくは900以下、より更に好ましくは600以下である、上記<1>〜<22>のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
<24> ポリマー粒子(A)と化合物(B)の反応温度が、好ましくは40℃以上、より好ましくは50℃以上であり、そして、好ましくは100℃以下、より好ましくは95℃以下である、上記<1>〜<23>のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
<25> 上記<1>〜<24>のいずれかに記載の製造方法で得られた改質ポリマー粒子が水系媒体中に分散してなる顔料水分散体。
<26> 上記<25>に記載の顔料水分散体と、水及び有機溶媒から選ばれる1種以上とを配合してなるインク。
<27> 有機溶媒が、多価アルコール、多価アルコールアルキルエーテル、多価アルコールアルキルエーテルアセテート、及び含窒素複素環化合物から選ばれる1種以上である、上記<26>に記載のインク。
<28> 多価アルコールが、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、1,2−ヘキサンジオール、1,3−ヘキサンジオール、1,6−ヘキサンジオール、トリエチレングリコール、グリセリン、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオールから選ばれる1種以上であり、好ましくはジエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオールから選ばれる1種以上である、上記<27>に記載のインク。
<29> 多価アルコールアルキルエーテルが、ジエチレングリコールモノアルキルエーテル、トリエチレングリコールモノアルキルエーテルから選ばれる1種以上であり、好ましくはジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテルから選ばれる1種以上である、上記<27>又は<28>に記載のインク。
<30> 多価アルコールアルキルエーテルアセテートが、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートから選ばれる1種以上であり、含窒素複素環化合物が、N−メチル−2−ピロリドン、2−ピロリドンから選ばれる1種以上である、上記<27>〜<29>のいずれかに記載のインク。
<31> インク中の顔料の含有量が、好ましくは1質量%以上、より好ましくは2質量%以上、更に好ましくは3質量%以上であり、そして、好ましくは20質量%以下、より好ましくは15質量%以下、更に好ましくは12質量%以下である、上記<26>〜<30>のいずれかに記載のインク。
<32> 20℃における粘度が、好ましくは4mPa・s以上、より好ましくは6mPa・s以上、更に好ましくは8mPa・s以上であり、そして、好ましくは20mPa・s以下、より好ましくは15mPa・s以下、更に好ましくは13mPa・s以下であり、インクジェット記録用である、上記<26>〜<31>のいずれかに記載のインク。
<33> インクの水を蒸発させた後の濃縮後のインクの粘度(32℃)が、好ましくは700mPa・s以下、より好ましくは600mPa・s以下、更に好ましくは500mPa・s以下、より更に好ましくは400mPa・s以下、より更に好ましくは300mPa・s以下、より更に好ましくは200mPa・s以下、より更に好ましくは150mPa・s以下であり、そして、好ましくは8mPa・s以上、より好ましくは50mPa・s以上である、上記<26>〜<32>のいずれかに記載のインク。
<34> 上記<26>〜<33>のいずれかに記載のインクのインクジェット記録用インクとしての使用。
以下の製造例、実施例及び比較例において、「部」及び「%」は特記しない限り「質量部」及び「質量%」である。なお、各種の物性の測定及び評価は、以下の方法で行った。
(1)ポリマーの重量平均分子量の測定
標準物質としてポリスチレン、カラムとして東ソー株式会社製、G4000HXL+G2000HXLを用い、溶離液として50mM 酢酸(1級)を含有するテトラヒドロフラン(THF)を用いたゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより重量平均分子量を測定した。
(2)インク中のポリマー粒子(A)の平均粒径の測定
大塚電子株式会社のレーザー粒子解析システムELS−8000(キュムラント解析)を用いて測定した。測定条件は、温度25℃、入射光と検出器との角度90°、積算回数100回であり、分散溶媒の屈折率として水の屈折率(1.333)を入力した。測定濃度は、通常5×10−3質量%程度で行った。
(3)水分散体及びインクの固形分濃度の測定
赤外線水分計(株式会社ケツト科学研究所製、商品名:FD−230)を用いて、水性分散液5gを乾燥温度150℃、測定モード96(監視時間2.5分/変動幅0.05%)の条件にて乾燥させ、水性分散液のウェットベースの水分(質量%)を測定した。固形分濃度は下記の式に従って算出した。
固形分濃度(重量%)=100−水性分散液のウェットベース水分(質量%)
(4)エポキシ当量の測定
合成例1〜4で得られた化合物(B)のエポキシ当量は、JISK7236に従い、京都電子工業株式会社製、電位差自動滴定装置、AT−610を用いて電位差滴定法により測定した。
(5)インクの粘度測定
E型粘度計(東機産業株式会社製)を用い、標準ローター(1°34′×R24)を使用し、測定温度20℃、測定時間1分、回転数20〜100rpmのうち、該インクで装置が許容する最高回転数の条件で測定した。
(6)濃縮後のインクの粘度測定
調製したインク100gをガラス容器に入れ、インク質量が60gになるまでインク中の水分を揮発させてインクを乾燥させた。乾燥させた後の濃縮後のインクの粘度を、E型粘度計(東機産業株式会社製)を用い、標準ローター(1°34′×R24)を使用し、測定温度32℃、測定時間1分、回転数0.5〜100rpmのうち、該インクで装置が許容する最高回転数の条件で測定した。
(7)インクジェット印字物の作製
市販のインクジェットプリンター(株式会社リコー製、GX−2500、ピエゾ方式)に実施例で得られたインクを充填し、23℃、相対湿度50%で、A4サイズの微塗工紙(Ziegler社製、商品名:Ziegler Evolution、坪量90g/m)上に、「光沢紙、きれい、カラーマッチングなし」の条件にてA4ベタ画像(単色)の印字を行った。印字終了後24時間室温で放置し、乾燥して、耐擦性の評価用印字物とした。
(8)印刷物の耐擦過性の評価
重さ460gの錘の底面(1インチ×1インチ)に、微塗工紙(Ziegler Evolution、坪量90g/m、Ziegler社製)を両面テープで貼り付けた。
次いで、実施例及び比較例で得られた印刷物の印刷面上に、上記錘底面の微塗工紙と印字物の印字面が接触する様に置いて、ベタ印字部分に対し、4インチの幅で5回往復擦過した。擦過した印字物について、目視により以下の評価基準にて評価を行った。
<評価基準>
A:目視で傷が確認できない。
B:目視で傷が確認できるが紙表面の露出はない。
C:目視で傷が確認でき、一部紙表面が露出される。
D:全面紙表面が露出される。
(9)水分散体の濾過性評価
工程(II)終了時点(工程(II)がない場合は工程(I))での水分散体の5μmのフィルター(ザルトリウス社製、酢酸セルロース膜)1個の通液量
<評価基準>
A:100ml以上である。
B:20ml以上100ml未満である。
C:2ml以上20ml未満である。
D:2ml未満である。
製造例1〜3(ポリマー溶液の製造)
反応容器内に、メチルエチルケトン(MEK)200g、重合連鎖移動剤(2−メルカプトエタノール)0.3g、及び表1に示す質量比のモノマー混合物200gを入れて混合し、窒素ガス置換を十分に行い、混合溶液を得た。
滴下ロートに、表1に示す質量比のモノマー混合物1800g、前記重合連鎖移動剤0.27g、MEK600g、及びラジカル重合開始剤〔2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)〕12gを入れて混合し、十分に窒素ガス置換を行い、混合溶液を得た。
窒素雰囲気下、反応容器内の混合溶液を撹拌しながら65℃まで昇温し、ここに滴下ロート中の混合溶液を3時間で滴下した。滴下終了後、65℃で2時間撹拌した後、前記ラジカル重合開始剤3gをMEK50gに溶解した溶液を加え、更に65℃で2時間、70℃で2時間撹拌した。反応容器内の溶液の固形分が40質量%となるように、MEKを加え、更に30分間撹拌し、ポリマー溶液(固形分濃度40質量%)を得た。
得られた水不溶性ポリマー1〜3の溶液の一部を、減圧下、105℃で2時間乾燥させ、溶媒を除去して水不溶性ポリマー1〜3を単離し、その重量平均分子量を測定した。結果を表1に示す。
なお、表1中の各モノマーの数値は、有効分の重量部を示す。
・AS−6S
東亜合成株式会社製、スチレンマクロマー、商品名:AS−6S、数平均分子量:6000、重合性官能基:メタクロイルオキシ基
・NM−95:下記の製造法により得られたる片末端に重合性官能基を有するスチレン系マクロマー、数平均分子量:3200、重合性官能基:メタクリロイルオキシ基
(片末端に重合性官能基を有するスチレン系マクロマーの製造)
反応容器内に、トルエン25重量部、スチレン50重量部、メルカプトプロピオン酸1重量部を入れて混合し、窒素ガス置換を行い、混合溶液を得た。
一方、滴下ロート1に、トルエン60重量部、スチレン200重量部、メルカプトプロピオン酸4重量部、40重量部のエタノールに溶解した2重量部の4,4−アゾビス(4−シアノ吉草酸)を入れて混合し、窒素ガス置換を行い、混合溶液を得た。また、滴下ロート2にトルエン20重量部、メルカプトプロピオン酸1.2重量部、40重量部のエタノールに溶解した1重量部の4,4−アゾビス(4−シアノ吉草酸)を入れて混合し、窒素ガス置換を行い、混合溶液を得た。
窒素雰囲気下、反応容器内の混合溶液を撹拌しながら90℃まで昇温し、滴下ロート1中の混合溶液を4時間かけて徐々に滴下した後、滴下ロート2中の混合溶液を4時間かけて徐々に滴下し、更に95℃で1時間熟成させ、スチレン系マクロマー溶液を得た。
・M−40G:ポリエチレングリコールモノメタクリレート(エチレンオキシド平均付加モル数9、末端メチル基)、新中村化学工業株式会社製、商品名:NKエステルM−40G
・ステアリルメタクリレート:新中村化学工業株式会社製、商品名:NKエステルS
・PP−800:ポリプロピレングリコールモノメタクリレート(プロピレンオキシド(PO)平均付加モル数13、末端水酸基)、日油株式会社製、商品名:ブレンマーPP−800
・PP−1000:ポリプロピレングリコールモノメタクリレート(PO平均付加モル数16、末端水酸基)、日油株式会社製、商品名:ブレンマーPP−1000
・43PAPE600B:フェノキシポリエチレングリコールポリプロピレングリコールモノメタクリレート(エチレンオキシド(EO)平均付加モル数6、PO平均付加モル数6)、末端フェニル基、日油株式会社製、商品名:ブレンマー43PAPE600B
合成例1(化合物(B1)の合成)
ナガセケムテックス株式会社製のデナコールEX―810(エチレングリコールジグリシジルエーテル:エポキシ当量113g/eq.、エポキシ基数2、EO平均付加数1)22.6g(0.1mol)をアセトン20mlに溶解し50℃に加熱した。この溶液を50℃に加熱し、ナトリウムエトキシド(和光純薬工業株式会社)3.4g(0.05mol)をエタノール12mlに溶かした溶液を20分間かけて滴下した。さらに50℃で10分間撹拌し、その後、酢酸で中和した。溶媒を留去後、室温の真空乾燥機中で48時間放置して、官能基を1個有する化合物(B1)を得た。
得られた化合物(B1)のエポキシ当量は230であった。
合成例2(化合物(B2)の合成)
ナガセケムテックス株式会社製のデナコールEX―850(ジエチレングリコールジグリシジルエーテル:エポキシ当量122g/eq.、エポキシ基数2、EO平均付加数2)24.4g(0.1mol)をアセトン20mlに溶解し50℃に加熱した。この溶液を50℃に加熱し、ナトリウムエトキシド(和光純薬工業株式会社)3.4g(0.05mol)をエタノール12mlに溶かした溶液を20分間かけて滴下した。さらに50℃で10分間撹拌し、その後、酢酸で中和した。溶媒を留去後、室温の真空乾燥機中で48時間放置して、官能基を1個有する化合物(B2)を得た。
得られた化合物(B2)のエポキシ当量は300であった。
合成例3(化合物(B3)の合成)
ナガセケムテックス株式会社製のデナコールEX―830(ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル:エポキシ当量268g/eq.、エポキシ基数2、EO平均付加数9)26.8g(0.05mol)をアセトン20mlに溶解し50℃に加熱した。この溶液を50℃に加熱し、ナトリウムエトキシド(和光純薬工業株式会社)1.7g(0.025mol)をエタノール12mlに溶かした溶液を20分間かけて滴下した。さらに50℃で10分間撹拌し、その後、酢酸で中和した。溶媒を留去後、室温の真空乾燥機中で48時間放置して、官能基を1個有する化合物(B3)を得た。
得られた化合物(B3)のエポキシ当量は550であった。
合成例4(化合物(B4)の合成)
日油株式会社製のエピオールE−1000(ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル:エポキシ当量680g/eq.、エポキシ基数2、EO平均付加数23)34g(0.025mol)をアセトン20mlに溶解し50℃に加熱した。この溶液を50℃に加熱し、ナトリウムエトキシド(和光純薬工業株式会社)0.85g(0.0125mol)をエタノール12mlに溶かした溶液を20分間かけて滴下した。さらに50℃で10分間撹拌し、その後、酢酸で中和した。溶媒を留去後、室温の真空乾燥機中で48時間放置して、官能基を1個有する化合物(B4)を得た。
得られた化合物(B4)のエポキシ当量は1350であった。
実施例1
<工程(I):顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体の製造>
製造例1で得られたポリマー1の溶液(固形分濃度40質量%)129gを、MEK117gに溶かし、その中に、5N(16.8質量)水酸化ナトリウム水溶液11.1g及びイオン交換水578gを加え、ディスパー(プライミクス株式会社製、T.K.ホモディスパー40型、直径:0.11m、以下単に「ディスパー」ともいう)を用いて15℃、1400rpmで10分間撹拌した。
得られた混合物にマゼンタ顔料(PR122、大日精化工業株式会社製、CFR6114JC)120gを加え、ディスパーを用い、15℃、6400rpmで1時間撹拌し、混合液を得た。次いで、Microfluidics社製「マイクロフルイダイザー」を用いて、混合物温度15℃、圧力150MPaで分散処理を10パス行い、分散体を得た。その後、減圧下60℃で、分散体からMEK及び一部の水を除去した。更に、遠心分離した後、5μmのフィルター(ザルトリウス社製、酢酸セルロース膜)でろ過することで不揮発成分(ポリマー1+顔料の合計量)26質量%の顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体を得た。
<工程(II)>
前記工程(I)で得られた水分散体300gに化合物(B)としてEX―145(ナガセケムテックス株式会社製、フェノールポリエチレンオキシド(5モル)グリシジルエーテル、エポキシ当量400)を4.68g(工程(I)で得られた分散体の不揮発成分1gに対して1.5×10―4mol)とイオン交換水26gを添加して混合し、200rpmで撹拌しながら90℃で90分間反応を行った。25℃に冷却後、5μmのフィルター(ザルトリウス社製、酢酸セルロース膜)でろ過することで不揮発成分(ポリマー1+顔料+化合物(B)の合計量)26質量%の顔料を含有する改質ポリマー粒子の顔料水分散体を得た。
<工程(III)>
前記工程(II)で得られた顔料水分散体63.6gのインクジェット記録用水分散体に対し、グリセリンを9g、プロピレングリコールを11g、2−ピロリドンを7g、日信化学工業株式会社製、オルフィンE1010(濡れ剤、アセチレンジオールのエチレンオキサイド(10モル)付加物)を0.5g、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオールを1g、トリエチレングリコールモノブチルエーテルを7g、イオン交換水を0.9g加えて混合した。得られた混合液を5μmのフィルター(ザルトリウス社製、酢酸セルロース膜)でろ過して、顔料濃度が10質量%のインク1を調製した。
比較例1
実施例1の工程(II)を行わなかった以外は、実施例1と同様の方法で比較インク1を調製した。
実施例2
実施例1の工程(I)でポリマー1溶液の代りにポリマー2溶液(固形分濃度40質量%)を使用した以外は、実施例1と同様の方法でインク2を調製した。
比較例2
実施例2の工程(II)を行わなかった以外は、実施例2と同様の方法で比較インク2を調製した。
実施例3
実施例1の工程(I)でポリマー1溶液の代りにポリマー3溶液(固形分濃度40質量%)を使用した以外は、実施例1と同様の方法でインク3を調製した。
比較例3
実施例3の工程(II)を行わなかった以外は、実施例3と同様の方法で比較インク3を調製した。
表2から、実施例1〜3で得られたインクは、比較例1〜3で得られたインクに比べインク濃縮後の粘度及び耐擦過性に優れることが分かる。
実施例4
<工程(I):顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体の製造>
BASF社製のジョンクリル(JONCRYL)68(スチレン/アクリル酸共重合体、Mw12000、酸価195KOHmg/g)51.43gを5N(16.8質量%)水酸化ナトリウム水溶液21.16gとイオン交換水432gからなる水溶液に加え200rpmで撹拌しながら90℃で8時間加熱溶解することでポリマー分散液を得た。そのポリマー分散液にマゼンタ顔料(PR122、大日精化工業株式会社製、CFR6114JC)120gを加え、ディスパーを用い、15℃、6400rpmで1時間撹拌し、混合液を得た。次いで、Microfluidics社製のマイクロフルイダイザーを用いて、混合物温度15℃、圧力150MPaで分散処理を10パス行い、分散体を得た。その後遠心分離し5μmのフィルター(ザルトリウス社製、酢酸セルロース膜)でろ過した後イオン交換水を加えて不揮発成分(ジョンクリル68+顔料の合計量)27質量%の顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体を得た。
<工程(II)>
前記工程(I)で得られた水分散体300gに架橋剤としてEX―321(ナガセケムテックス株式会社製、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、エポキシ当量140)2.37g、化合物(B)として前記EX―145(ナガセケムテックス株式会社製)を4.68g(工程(I)で得られた分散体の不揮発成分1gに対して1.5×10―4mol)とイオン交換水19.0gを添加して混合し、200rpmで撹拌しながら90℃で90分間反応を行った。25℃に冷却後、5μmのフィルター(ザルトリウス社製、酢酸セルロース膜)でろ過することで不揮発成分(ジョンクリル68+顔料+化合物(B)の合計量)27質量%の顔料を含有する改質ポリマー粒子の顔料水分散体を得た。
<工程(III)>
前記工程(II)で得られた顔料水分散体57.5gのインクジェット記録用水分散体に対し、グリセリンを9g、プロピレングリコールを11g、2−ピロリドンを7g、日信化学工業株式会社製のオルフィンE1010を0.5g、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオールを1g、トリエチレングリコールモノブチルエーテルを7g、イオン交換水を7g加えて混合した。得られた混合液を5μmのフィルター(ザルトリウス社製、酢酸セルロース膜)でろ過して、顔料濃度が10質量%のインク4を調製した。
比較例4
<工程(I):顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体の製造>
実施例4の工程(I)と同様の操作を行った。
<工程(II)>
工程(II)で化合物(B)として前記EX―145(ナガセケムテックス株式会社製)を1.56g(工程(I)で得られた水分散体の不揮発成分1gに対して0.5×10―4mol)、イオン交換水10.6gとした以外は、実施例4の工程(II)と同様の操作を行い、顔料水分散体を得た。
<工程(III)>
前記工程(II)で得られた顔料水分散体55.5g、イオン交換水を9.0gとした以外は、実施例4と同様の操作を行い、比較インク4を得た。
実施例5
<工程(I):顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体の製造>
実施例4の工程(I)と同様の操作を行った。
<工程(II)>
工程(II)で化合物(B)として前記EX―145(ナガセケムテックス株式会社製)を14.05g(工程(I)で得られた水分散体の不揮発成分1gに対して4.5×10―4mol)、イオン交換水44.4gとした以外は、実施例4の工程(II)と同様の操作を行い、顔料水分散体を得た。
<工程(III)>
前記工程(II)で得られた顔料水分散体63.6g、イオン交換水を0.9とした以外は、実施例4と同様の操作を行い、インク5を得た。
比較例5
<工程(I):顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体の製造>
実施例4の工程(I)と同様の操作を行った。
<工程(II)>
工程(II)で化合物(B)として前記EX―145(ナガセケムテックス株式会社製)を18.72g(工程(I)で得られた分散体の不揮発成分1gに対して6.0×10―4mol)、イオン交換水57gとした以外は実施例4と同様の操作を行った。しかし反応物はゲル化したためインク化できなかった。おそらくカルボキシル基と反応する化合物(B)量が多すぎて電化反発基であるカルボキシル基が減少し不安定化したためと考えられる。
表3から、比較例4で得られたインクは、化合物(B)が少ないためインク濃縮後の粘度が高くなりすぎ、比較例5で得られたインクは化合物(B)が多すぎて製造できないことが分かる。
比較例6
<工程(I):顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体の製造>
実施例4の工程(I)と同様の操作を行った。
<工程(II)>
前記工程(I)で得られた水分散体300gに架橋剤として前記EX―321(ナガセケムテックス株式会社製)2.37g、とイオン交換水19.0gを添加して混合し、200rpmで撹拌しながら90℃で90分間反応を行った。25℃に冷却後、化合物(B)として前記EX―145(ナガセケムテックス株式会社製)を4.68g(工程(I)で得られた分散体の不揮発成分1gに対して1.5×10―4mol)加えた後、5μmのフィルター(ザルトリウス社製、酢酸セルロース膜)でろ過することで不揮発成分(ジョンクリル68+顔料+化合物(B)の合計量)27質量%の顔料水分散体を得た。
添加したEX―145は、混合しただけで、反応はしていない。
<工程(III)>
実施例4と同様の操作を行い、比較インク6を得た。
比較例7
<工程(I):顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体の製造>
実施例4の工程(I)と同様の操作を行った。
<工程(II)>
前記工程(I)で得られた水分散体300gに架橋剤として前記EX―321(ナガセケムテックス株式会社製)2.37g、と更にEO基を持つ2官能セグメントとして前記EX―850(ナガセケムテックス株式会社製)を1.43g(工程(I)で得られた分散体の不揮発成分1gに対して1.5×10―4mol)加えてから、イオン交換水10.3gを添加して混合し、200rpmで撹拌しながら90℃で90分間反応を行った。25℃に冷却後、5μmのフィルター(ザルトリウス社製、酢酸セルロース膜)でろ過することで不揮発成分(ジョンクリル68+顔料+EX―850の合計量)27質量%の顔料水分散体を得た。
<工程(III)>
前記工程(II)で得られた顔料水分散体55.4g、イオン交換水を9.1gとした以外は、実施例4と同様の操作を行い、比較インク7を得た。
比較例8
<工程(I):顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体の製造>
BASF社製の前記ジョンクリル68(スチレン/アクリル酸重合体)51.43gを5N(16.8質量%)水酸化ナトリウム水溶液21.16gとイオン交換水432gからなる水溶液に加え、200rpmで撹拌しながら90℃で8時間加熱溶解することでポリマー分散液を得た。このポリマー溶液へ化合物(B)である前記EX―145(ナガセケムテックス株式会社製)を9.94g(この工程(I)で得られる分散体の不揮発成分(顔料+ジョンクリル68)1gに対して1.5×10―4molとなる量)を添加して混合し、200rpmで撹拌しながら90℃で90分間反応を行った。更に得られたポリマー分散液にマゼンタ顔料(PR122、大日精化工業株式会社製、CFR6114JC)120gを加え、ディスパーを用い、15℃、6400rpmで1時間撹拌し、混合液を得た。次いで、Microfluidics社製「マイクロフルイダイザー」を用いて、混合物温度15℃、圧力150MPaで分散処理を10パス行い、分散体を得た。その後遠心分離し5μmのフィルター(ザルトリウス社製、酢酸セルロース膜)でろ過した後イオン交換水を加えて不揮発成分(ジョンクリル68+顔料の合計量)27質量%の顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体を得た。
<工程(II)>
前記工程(I)で得られた水分散体300gに架橋剤として前記EX―321(ナガセケムテックス株式会社製)2.37g、イオン交換水6.4gを添加して混合し、200rpmで撹拌しながら90℃で90分間反応を行った。25℃に冷却後、5μmのフィルター(ザルトリウス社製、酢酸セルロース膜)でろ過することで不揮発成分(ジョンクリル68+顔料+化合物(B)の合計量)27質量%の顔料水分散体を得た。
なお、化合物(B)である前記EX―145は工程(II)では用いていない。
<工程(III)>
前記工程(II)で得られた顔料水分散体54.6g、イオン交換水10gとした以外は、実施例4と同様の操作を行い、比較インク8を得た。
比較例9(表面処理カーボンブラックの製造)
ペルオキソ二硫酸塩で酸化処理された自己分散型カーボンブラック(酸性基量800μmol/g、DBP吸油量105ml/100g、固形分濃度15質量%)80部に対して化合物(B)としてメチルグリシジルエーテル(分子量88、和光純薬工業株式会社製)0.46部を加え、イオン交換水2.59部を添加して80℃で3時間撹拌して表面処理カーボンブラックの水分散体を得た。このときのカーボンブラック100部に対するメチルグリシジルエーテルの使用量は3.8部であった。
その後、減圧下60℃で、分散体から一部の水を除去した。更に、遠心分離した後、5μmのフィルター(ザルトリウス社製、酢酸セルロース膜)でろ過することで不揮発成分(顔料の合計量)18質量%の分散体を得た。
前記工程(II)で得られた顔料水分散体57.7g、イオン交換水を6.8gとした以外は、実施例4と同様の操作を行い、比較インク9を得た。
表4から、化合物(B)とポリマー粒子(A)を反応させない比較例6のインクは、インク濃縮後の粘度が高く、また耐擦過性が劣り、2官能の化合物(B)を用いた比較例7は、製造性と耐擦過性が劣り、ポリマー分散液の調製時に化合物(B)を反応させた比較例8のインクは製造性に劣り、顔料に直接化合物(B)を反応させた比較例9のインクは、インク濃縮後の粘度が高く、また耐擦過性に劣ることが分かる。
実施例6
<工程(I):顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体の製造>
実施例4の工程(I)と同様の操作を行った。
<工程(II)>
工程(II)で、合成例1で得られた化合物(B1)(エポキシ当量230、EO平均付加数1)を2.62g(工程(I)で得られた分散体の不揮発成分1gに対して1.50×10―4mol)、イオン交換水13.7gとした以外は、実施例4の工程(II)と同様の操作を行い、顔料水分散体を得た。
<工程(III)>
前記工程(II)で得られた顔料水分散体56.2g、イオン交換水を8.3gとした以外は、実施例4と同様の操作を行い、インク6を得た。
実施例7
<工程(I):顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体の製造>
実施例4の工程(I)と同様の操作を行った。
<工程(II)>
工程(II)で、合成例2で得られた化合物(B2)(エポキシ当量300、EO平均付加数2)を3.51g(工程(I)で得られた分散体の不揮発成分1gに対して1.50×10―4mol)、イオン交換水15.9gとした以外は、実施例4の工程(II)と同様の操作を行い、顔料水分散体を得た。
<工程(III)>
前記工程(II)で得られた顔料水分散体56.8g、イオン交換水を7.8gとした以外は、実施例4と同様の操作を行い、インク7を得た。
実施例8
<工程(I):顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体の製造>
実施例4の工程(I)と同様の操作を行った。
<工程(II)>
工程(II)でラウリルポリエチレンオキシド(5モル)グリシジルエーテル(ナガセケムテックス株式会社製、エポキシ当量347、EO平均付加数5)を4.06g(工程(I)で得られた分散体の不揮発成分1gに対して1.50×10―4mol)、イオン交換水17.4gとした以外は、実施例4の工程(II)と同様の操作を行い、顔料水分散体を得た。
<工程(III)>
前記工程(II)で得られた顔料水分散体57.1g、イオン交換水を7.4gとした以外は、実施例4と同様の操作を行い、インク8を得た。
実施例9
<工程(I):顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体の製造>
実施例4の工程(I)と同様の操作を行った。
<工程(II)>
工程(II)で、合成例3で得られた化合物(B3)(エポキシ当量550、EO平均付加数9)を6.44g(工程(I)で得られた分散体の不揮発成分1gに対して1.50×10―4mol)、イオン交換水23.8gとした以外は、実施例4の工程(II)と同様の操作を行い、顔料水分散体を得た。
<工程(III)>
前記工程(II)で得られた顔料水分散体58.7g、イオン交換水を5.8gとした以外は、実施例4と同様の操作を行い、インク9を得た。
実施例10
<工程(I):顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体の製造>
実施例4の工程(I)と同様の操作を行った。
<工程(II)>
工程(II)でEX―171(ナガセケムテックス株式会社製、ラウリルポリエチレンオキシド(15モル)グリシジルエーテル、エポキシ当量971、EO平均付加数15)を11.36g(工程(I)で得られた分散体の不揮発成分1gに対して1.50×10―4mol)、イオン交換水37.1gとした以外は、実施例4の工程(II)と同様の操作を行い、顔料水分散体を得た。
<工程(III)>
前記工程(II)で得られた顔料水分散体61.9g、イオン交換水を2.6gとした以外は、実施例4と同様の操作を行い、インク10を得た。
実施例11
<工程(I):顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体の製造>
実施例4の工程(I)と同様の操作を行った。
<工程(II)>
工程(II)でラウリルポリエチレンオキシド(15モル)グリシジルエーテル(ナガセケムテックス株式会社製、エポキシ当量1100)を12.87g(工程(I)で得られた分散体の不揮発成分1gに対して1.50×10―4mol)、イオン交換水41.2gとした以外は実施例4と同様の操作を行い、顔料水分散体を得た。
<工程(III)>
前記工程(II)で得られた顔料水分散体62.9g、イオン交換水を1.6gとした以外は、実施例4の工程(II)と同様の操作を行い、インク11を得た。
実施例12
<工程(I):顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体の製造>
実施例4の工程(I)と同様の操作を行った。
<工程(II)>
工程(II)で、合成例4で得られた化合物(B4)(エポキシ当量1350、EO平均付加数23)を10.53g(工程(I)で得られた分散体の不揮発成分1gに対して1.00×10―4mol)、イオン交換水34.9gとした以外は、実施例4の工程(II)と同様の操作を行い、顔料水分散体を得た。
<工程(III)>
前記工程(II)で得られた顔料水分散体61.3g、イオン交換水を3.2gとした以外は、実施例4と同様の操作を行い、インク12を得た。
実施例13
<工程(I):顔料を含有するポリマー粒子(A)の水分散体の製造>
実施例4の工程(I)と同様の操作を行った。
<工程(II)>
工程(II)で化合物(B)としてメチルグリシジルエーテル(分子量88、和光純薬工業株式会社製、エポキシ当量88、EO平均付加数0)を1.03g(工程(I)で得られた分散体の不揮発成分1gに対して1.50×10―4mol)、イオン交換水9.2gとした以外は、実施例4の工程(II)と同様の操作を行い、顔料水分散体を得た。
<工程(III)>
前記工程(II)で得られた顔料水分散体55.1g、イオン交換水を9.4gとした以外は、実施例4と同様の操作を行い、インク13を得た。
表5から、実施例4及び実施例6〜13で得られたインクは、顔料粒子の製造の際に粗大粒子が生じることがなく、製造性に優れ、インクの水が蒸発し濃縮していく際の粘度上昇が抑制され、低吸水性の記録媒体に印字した際には耐擦過性に優れることが分かる。
さらに、ポリマー粒子(A)と未反応の化合物(B)を用いてインクを調製した場合は、表4の比較例6の結果から、濃縮後のインク粘度が1000mPa・sを超え、耐擦過性がCとなるのに対し、実施例4及び実施例6〜13で得られたインクは、インクの水が蒸発し濃縮していく際の粘度上昇が抑制され、耐擦過性に優れていることが分かる。

Claims (12)

  1. 顔料を含有するポリマー粒子(A)と、該ポリマー粒子(A)の官能基と反応する反応性基を1個有する化合物(B)とを、媒体中で、該ポリマー粒子(A)の官能基の合計モル数に対する該化合物(B)の反応性基の合計モル数の比〔(B)/(A)〕が0.10以上0.62以下の条件下で反応させる、顔料を含有する改質ポリマー粒子の製造方法。
  2. 媒体が水系媒体である、請求項1に記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
  3. 化合物(B)の有する反応性基が、エポキシ基、グリシジル基、イソシアネート基、アジリジノ基、アミノ基及びオキサゾリン基から選ばれる少なくとも1種である、請求項1又は2に記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
  4. 化合物(B)が少なくとも一つのエーテル結合を有する、請求項1〜3のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
  5. 化合物(B)が、炭素数2以上4以下のアルキレングリコールの構成単位を有する、請求項1〜4のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
  6. 化合物(B)の反応性基がエポキシ基であり、化合物(B)のエポキシ当量が、90以上1600以下である、請求項1〜5のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
  7. ポリマー粒子(A)を構成するポリマーが、アニオン性ポリマーである、請求項1〜6のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
  8. ポリマー粒子(A)の官能基が、カルボキシ基、スルホン酸基、及びリン酸基から選ばれる1種以上である、請求項1〜7のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
  9. ポリマー粒子(A)の官能基がカルボキシ基であり、化合物(B)の反応性基がエポキシ基又はグリシジル基である、請求項1〜8のいずれかに記載の改質ポリマー粒子の製造方法。
  10. 請求項1〜9のいずれかに記載の製造方法で得られた改質ポリマー粒子が水系媒体中に分散してなる顔料水分散体。
  11. 請求項10に記載の顔料水分散体と、水及び有機溶媒から選ばれる1種以上とを配合してなるインク。
  12. 20℃における粘度が4mP・s以上20mP・s以下であり、インクジェット記録用である、請求項11に記載のインク。
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