JP6435917B2 - 水性顔料分散体および水性インク - Google Patents
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水性インクは、オフセット印刷方式、グラビア印刷方式、あるいはインクジェット記録方式等各々な印刷方式に適用されるが、中でもインクジェット記録方式はオンデマンド印刷が可能なことから、オフィス等で使用される電子写真(トナー)方式の代替を目的とし現在数多くの検討がなされている。
本発明で使用する顔料は、公知慣用の有機顔料あるいは無機顔料の中から選ばれる少なくとも一種の顔料である。また、本発明は未処理顔料、処理顔料のいずれでも適用することができる。普通紙を被記録材とする印刷の場合、イエローインク、シアンインク、マゼンタインク、ブラックインク等が使用される。これらの使用される顔料は特に限定はなく、通常水性インク用の顔料として使用されているものが使用できる。具体的には、水や水溶性有機溶剤に分散可能であり、公知の無機顔料や有機顔料が使用できる。無機顔料としては例えば、酸化鉄、コンタクト法、ファーネス法、サーマル法等の公知の方法によって製造されたカーボンブラック等がある。また、有機顔料としては、アゾ顔料(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を含む)、多環式顔料(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、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフラロン顔料など)、染料キレート(例えば、塩基性染料型キレート、酸性染料型キレートなど)、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラックなどを使用することができる。
本発明の水性顔料分散体において、溶媒としては水溶性溶媒及び/または水等の水性媒体を使用する。これらは水単独で使用してもよいし、水と水溶性溶媒からなる混合溶媒でもよい。水溶性溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、等のケトン類;メタノール、エタノール、2−プロパノール、2−メチル−1−プロパノール、1−ブタノール、2−メトキシエタノール、等のアルコール類;テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、等のエーテル類;ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、等のアミド類が挙げられ、とりわけ炭素数が3〜6のケトン及び炭素数が1〜5のアルコールからなる群から選ばれる化合物を用いるのが好ましい。
また、その他、水性に溶解しうる水溶性有機溶剤も使用することができる。例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのグリコール類;ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、およびこれらと同族のジオールなどのジオール類;ラウリン酸プロピレングリコールなどのグリコールエステル;ジエチレングリコールモノエチル、ジエチレングリコールモノブチル、ジエチレングリコールモノヘキシルの各エーテル、プロピレングリコールエーテル、ジプロピレングリコールエーテル、およびトリエチレングリコールエーテルを含むセロソルブなどのグリコールエーテル類;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、ブチルアルコール、ペンチルアルコール、およびこれらと同族のアルコールなどのアルコール類;あるいは、スルホラン;γ−ブチロラクトンなどのラクトン類;N−(2−ヒドロキシエチル)ピロリドンなどのラクタム類;グリセリンおよびその誘導体、ポリオキシエチレンベンジルアルコールエーテルなど、水溶性有機溶剤として知られる他の各種の溶剤などを挙げることができる。これらの水溶性有機溶剤は1種または2種以上混合して用いることができる。
中でも、高沸点、低揮発性で、高表面張力のグリコール類やジオール類等多価アルコール類が好ましく、特にジエチレングリコール、トリエチレングリコール等のグリコール類が好ましい。
本発明で使用するアニオン性基含有有機高分子化合物は、例えば、カルボキシル基、スルホン酸基または燐酸基を含有する、有機高分子化合物が挙げられる。この様なアニオン性基含有有機高分子化合物としては、例えばアニオン性基を有するポリビニル系樹脂、アニオン性基を有するポリエステル系樹脂、アニオン性基を有するアミノ系樹脂、アニオン性基を有するアクリル系樹脂、アニオン性基を有するエポキシ系樹脂、アニオン性基を有するポリウレタン系樹脂、アニオン性基を有するポリエーテル系樹脂、アニオン性基を有するポリアミド系樹脂、アニオン性基を有する不飽和ポリエステル系樹脂、アニオン性基を有するフェノール系樹脂、アニオン性基を有するシリコーン系樹脂、アニオン性基を有するフッ素系高分子化合物、アニオン性基を有する多糖類誘導体等が挙げられる。
中でもアニオン性基を有するアクリル系樹脂やアニオン性基を有するポリウレタン系樹脂は、原料が豊富であり設計が容易であること、顔料分散機能に優れることから好ましい。
アニオン性基を有するアクリル系樹脂は、具体的には、(メタ)アクリル酸等のアニオン性基を有する単量体とそれと共重合可能なその他のエチレン性不飽和単量体との共重合体からなる樹脂が挙げられる。尚、本発明において(メタ)アクリル酸とは、アクリル酸とメタクリル酸との総称を意味するものとする。(メタ)アクリル酸の各種エステルの場合も前記と同様に解釈される。
前記スチレン−アクリル酸系共重合体においてスチレン系モノマーとアクリル酸モノマーとメタクリル酸モノマーの共重合時の総和は、全モノマー成分に対して95質量%以上であることが好ましい。
酸価が低すぎる場合には顔料分散や保存安定性が低下し、また後記するインクジェット記録用水性顔料分散体を調製した場合に、印字安定性が悪くなるので好ましくない。酸価が高すぎる場合には、着色記録画像の耐水性が低下するのでやはり好ましくない。共重合体を該酸価の範囲内とするには、(メタ)アクリル酸を、前記酸価の範囲内となる様に含めて共重合すれば良い。
本発明で使用するアニオン性基を有するポリウレタン系樹脂は、具体的には、カルボキシ基やスルホン酸基等のアニオン性基を有するポリオールとポリイソシアネート、さらに必要に応じて汎用のアニオン性基を有さないポリオールや鎖伸長剤を反応させて得たウレタン樹脂があげられる。
また、スルホン酸基を有するポリオールとしては、例えば5−スルホイソフタル酸、スルホテレフタル酸、4−スルホフタル酸、5[4−スルホフェノキシ]イソフタル酸等のジカルボン酸、及びそれらの塩と、前記低分子量ポリオールとを反応させて得られるポリエステルポリオールが挙げられる。
中でも、印字画像の耐光変色が起こり難い点では、脂肪族ジイソシアネート化合物または脂環族ジイソシアネートが好ましい。
また前記ポリオールのほか、印字物における皮膜硬度の調整等を目的として、低分子量のジオールを適宜併用しても良い。例としては、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、ジプロピレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール等が挙げられる。
酸価が低すぎる場合には顔料分散や保存安定性が低下するおそれがあり、酸価が高すぎる場合には形成画像の耐水性が低下するおそれがある。共重合体を該酸価の範囲内とするには、カルボキシ基を有するポリオールを、前記酸価の範囲内となる様に含めて共重合すれば良い。
本発明においてアニオン性基を有するアクリル系樹脂及びアニオン性基を有するポリウレタン系樹脂は、塩基性化合物により中和して使用することが好ましい。塩基性化合物としては公知のものを使用でき、例えばカリウム、ナトリウムなどのアルカリ金属の水酸化物;カリウム、ナトリウムなどのアルカリ金属の炭酸塩;カルシウム、バリウムなどのアルカリ土類金属などの炭酸塩;水酸化アンモニウム等の無機系塩基性化合物や、トリエタノールアミン、N,N−ジメタノールアミン、N−アミノエチルエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、N−N−ブチルジエタノールアミンなどのアミノアルコール類、モルホリン、N−メチルモルホリン、N−エチルモルホリンなどのモルホリン類、N−(2−ヒドロキシエチル)ピペラジン、ピペラジンヘキサハイドレートなどのピペラジン等の有機系塩基性化合物が挙げられる。中でも、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウムに代表されるアルカリ金属水酸化物は、水性顔料分散体の低粘度化に寄与し、水性インクジェット記録用インクとした場合に吐出安定性の面から好ましく、特に水酸化カリウムが好ましい。
本発明に用いる一般式(1)で示される構造単位を有する重合体は、(a)アクリル酸、メタクリル酸およびそれらのエステル(例えば、アルキルエステル)よりなる群から選択される少なくとも1種と、(b)イタコン酸とポリオキシエチレンアルキルエーテルとのエステルとの共重合体から選ばれる重合体であり、この重合体のアルカリ金属塩又はアンモニウム塩であってもよい。
本発明の水性顔料分散体の製造方法は、特に限定なく公知の方法で得ることができる。すなわち、一般式(1)で示される構造単位を有する重合体は、任意のタイミングで配合することが可能である。例えば、(1)本発明の少なくとも顔料と一般式(1)で示される構造単位を有する重合体を含んでなる水性顔料分散体を、必要に応じてその他の添加剤を添加して、メディアレス分散により調製する方法、
(2)予め顔料の高濃度水性分散液(顔料ペースト)を作成し、それを水性媒体で希釈する際に同時に一般式(1)で示される構造単位を有する重合体、必要に応じてその他の添加剤を添加して調製する方法、等があげられる。
本発明において、(1)メディアレス分散とは、具体的には、超音波分散法、高速ディスクインペラー、コロイドミル、ロールミル、高圧ホモジナイザー、ナノマイザー、アルティマイザー等による分散法等があげられるが、生産性やメディアの摩耗によるコンタミ(異物の混入や汚染)などを顧慮すると超音波分散法が好ましい。
予め顔料ペーストを作成する方法は、特に限定はなく、公知の分散方法を使用することができる。
(i)顔料分散剤及び水を含有する水性媒体に、顔料を添加した後、攪拌・分散装置を用いて顔料を該水性媒体中に分散させることにより、顔料ペーストを調製する方法。
(ii)顔料、及び顔料分散剤を2本ロール、ミキサー等の混練機を用いて混練し、得られた混練物を、水を含む水性媒体中に添加し、攪拌・分散装置を用いて顔料ペーストを調製する方法。
(iii)メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン等のような水との相溶性を有する有機溶剤中に顔料分散剤を溶解して得られた溶液に顔料を添加した後、攪拌・分散装置を用いて顔料を有機溶液中に分散させ、次いで水性媒体を用いて転相乳化させた後、前記有機溶剤を留去し顔料ペーストを調製する方法。
また、攪拌・分散装置としても特に限定されることなく、例えば、超音波ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、ペイントシェーカー、ボールミル、ロールミル、サンドミル、サンドグラインダー、ダイノーミル、ディスパーマット、SCミル、ナノマイザー等を挙げられる。これらのうちの1つを単独で用いてもよく、2種類以上装置を組み合わせて用いてもよい。
前記水性顔料分散体は、必要に応じて、任意のタイミングで、水溶性溶媒で希釈する、あるいは湿潤剤(乾燥抑止剤)、浸透剤、あるいはその他の添加剤、いわゆる公知慣用の添加剤を添加することもできる。当該添加により、自動車や建材用の塗料分野や、オフセットインキ、グラビアインキ、フレキソインキ、シルクスクリーンインキ等の印刷インキ分野、あるいはインキジェット記録用インク分野等様々な用途に使用することができる。インクの調製後に、遠心分離あるいは濾過処理工程を追加して、粗大粒子除去を行うこともできる。ここでは、インクジェット記録用水性インクについて、詳述する。
前記湿潤剤は、インクの乾燥防止を目的として添加する。乾燥防止を目的とする湿潤剤のインク中の含有量は3〜50質量%であることが好ましい。
本発明で使用する湿潤剤としては特に限定はないが、水との混和性がありインクジェットプリンターのヘッドの目詰まり防止効果が得られるものが好ましい。例えば、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、分子量2000以下のポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、イソプロピレングリコール、イソブチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、メソエリスリトール、ペンタエリスリトール、等が挙げられる。中でも、プロピレングリコール、1,3−ブチルグリコールを含むことが安全性を有し、かつインク乾燥性、吐出性能に優れた効果が見られる。
前記浸透剤は、被記録媒体への浸透性改良や記録媒体上でのドット径調整を目的として添加する。
浸透剤としては、例えばエタノール、イソプロピルアルコール等の低級アルコール、エチレングリコールヘキシルエーテルやジエチレングリコールブチルエーテル等のアルキルアルコールのエチレンオキシド付加物やプロピレングリコールプロピルエーテル等のアルキルアルコールのプロピレンオキシド付加物等が挙げられる。
インク中の浸透剤の含有量は0.01〜10質量%であることが好ましい。
前記界面活性剤は、表面張力等のインク特性を調整するために添加する。このために添加することのできる界面活性剤は特に限定されるものではなく、各種のアニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤などが挙げられ、これらの中では、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤が好ましい。
本発明の水性顔料分散体は、特に普通紙に対しても高い光学濃度を発現する。その他の吸収性の記録部材に使用してももちろん構わない。吸水性の記録媒体の例には、普通紙、(微)塗工紙、布帛、インクジェット専用紙、インクジェット光沢紙、ダンボール、木材、などが含まれる。
なお、特に断りがない限り、「部」は「質量部」、「%」は「質量%」である。
一般式(1)で示される構造単位を有する重合体としては、以下の重合体を使用した。
STRUCTURER 2001(商品名):
INCI名: Acrylates / Steareth-20 Itaconate Copolymer
アグゾノーベル株式会社製、水分散液、ポリマー含有量29%)
STRUCTURER 3001(商品名):
INCI名: Acrylates / Ceteth-20 Itaconate Copolymer
アグゾノーベル株式会社製、水分散液、ポリマー含有量30%)
STRUCTURER CEL500HM(商品名):
INCI名: C12-16 Alkyl PEG-2 Hydroxypropyl Hydroxyethyl Ethylcellulose
アグゾノーベル株式会社製、粉体
モノマー組成比において、スチレン/メタアクリル酸/アクリル酸=77/13/10(質量比)であり、質量平均分子量8800、酸価150mgKOH/g、ガラス転移点107℃である樹脂Aを作製した。メチルエチルケトン(以下、MEKと略記する)50部、前記樹脂A50部、これにイオン交換水87.4部、34質量%の水酸化カリウム(KOH)水溶液22gを加え、良く撹拌し、樹脂溶液を得た。この樹脂溶液について、ウォーターバス温度45℃、40hPaの減圧条件でMEKを除去し、樹脂固形分20%としたものをアニオン性基含有有機高分子化合物の溶液(SA−1)とした。
下記組成の混合物をプラネタリーミキサー(愛工舎製作所ACM04LVTJ−B)に仕込み、ジャケット温度60℃、攪拌羽根回転数25rpm(公転数80rpm)にて60分間混練を行なった。
カーボンブラック(三菱化学社#960):50部
アニオン性基含有有機高分子化合物(樹脂A):10部
塩基性化合物(34%水酸化カリウム水溶液):4.4部
水性媒体(トリエチレングリコール):50部
(pH測定方法)
MM−60R(東亜ディーケーケー(株)製)を用いて測定(供試サンプル温度25℃)した。
ViscometerTV−20(東機産業社製)を用いて、測定(供試サンプル温度25℃)した。
動的光散乱式ナノトラック粒度分析計UPA−150EX(日機装株式会社製)用いて、測定(供試サンプル温度25℃)した。粒子径の値として、体積平均粒子径(Mv)、50%粒子径(D50)、90%粒子径(D90)及び95%粒子径(D95)を用いた。
供試サンプルをポリエチレン容器に密封、60℃雰囲気下に30日間保存し、保存前と保存後の平均粒子径(D50)を、前記の平均粒子径測定方法に従って測定した。また同様に、保存前と保存後の水性インクの粘度を、前記の粘度測定方法に従って測定した。保存前後の変動比(=(保存後の測定値)/(保存前の測定)×100(%))を算出し、以下のように評価した。
G:保存前後の平均粒子径(D50)および粘度の変化が、両方とも10%未満
N:保存前後の平均粒子径(D50)および粘度の変化が、少なくとも一方が10%以上
(光学濃度(O.D.)値の測定)
調製した前記供試サンプルを、ワイヤーバー#3にてPPC用紙に塗布した。24時間自然乾燥後、塗布物の光学濃度(O.D.))を測定した。測定には「Gretag Macbeth Spectro Scan Transmission」(X−Rite社)を使用し、塗布物の光学濃度(O.D.)値として、縦3点×横3点の合計9点測定の平均値を採用した。
なお、光学濃度向上は、下記式に従い算出し、以下に示す評価基準にしたがって光学濃度(O.D.)を評価した。
G:5%以上の光学濃度の向上があった。
N:5%以上の光学濃度の向上がなかった。
(IJ印刷方法)
吐出性、及び印字性能について、恒温恒湿室(室温25℃、湿度50%)において、サーマル型インクジェットノズルを有するインクジェット記録装置(ヒューレットパッカード社製 ENVY4500)に、インクを装填し、被記録材としてPPC用紙上への印刷を行った。
連続20枚印刷による吐出性能を評価した。
G:ノズルの目詰り無く、20枚連続で印刷できる。
M:ノズルの目詰り無く、10枚連続で印刷できるが、20枚連続で印刷することが出来ない。
N:ノズルの目詰りが有り、10枚連続で印刷することが出来ない。
連続20枚印刷(ドット画像形成)し、ルーペ観察により、印字の乱れを評価した。
G:印刷開始から20枚印刷終了まで印字の乱れが無かった。
M:印刷開始から10枚印刷終了まで印字の乱れが無かったが、それ以降20枚印刷終了までに印字の乱れがあった。
N:印刷開始から10枚印刷終了まで印字の乱れがあった。
Claims (7)
- 少なくとも、顔料と、アニオン性基含有有機高分子化合物と、一般式(1)で示される構造単位を有する重合体とを含有し、前記一般式(1)で示される構造単位を有する重合体と前記アニオン性基含有有機高分子化合物との質量比〔前記一般式(1)で示される構造単位を有する重合体/前記アニオン性基含有有機高分子化合物〕が、1/100〜40/100の範囲であることを特徴とするインクジェット記録インク用水性顔料分散体。
(一般式(1)中、Rは水素原子またはメチル基を表し、R’は炭素原子数12〜22の直鎖または分岐していてもよいアルキル基を表し、nは5〜50の整数を表し、x、y及びzは各々独立して1〜99の整数を表す(ただしxとyとzの和は100を超えないものとする)。 - 前記アニオン性基含有有機高分子化合物が、アニオン性基を有するアクリル系樹脂、アニオン性基を有するポリウレタン系樹脂、及びアニオン性基を有する多糖類誘導体からなる群から選択される少なくとも1種である請求項1に記載のインクジェット記録インク用水性顔料分散体。
- 前記一般式(1)で示される構造単位を有する重合体が、(アクリレーツ/イタコン酸ステアレス−20)コポリマーであって、前記(アクリレーツ/イタコン酸ステアレス−20)コポリマーがインク全体に対して0.01〜0.3質量%含まれる請求項1または2に記載のインクジェット記録インク用水性顔料分散体。
- 前記一般式(1)で示される構造単位を有する重合体と顔料との質量比が、1/1000〜7/100の範囲である請求項1〜3に記載のインクジェット記録インク用水性顔料分散体。
- 前記一般式(1)で示される構造単位を有する重合体と前記アニオン性基含有有機高分子化合物との質量比〔前記一般式(1)で示される構造単位を有する重合体/前記アニオン性基含有有機高分子化合物〕が、5/100〜40/100の範囲である請求項1〜4のいずれか1項に記載のインクジェット記録インク用水性顔料分散体。
- 請求項1〜5のいずれかに記載のインクジェット記録インク用水性顔料分散体を含有するインクジェット記録用インク。
- 請求項6に記載のインクジェット記録用インクを用いて記録部材に印刷することを特徴とする印刷物の製造方法。
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