JP6442620B2 - インクジェット記録用酸化鉄分散物及びその製造方法、並びにインクジェット記録方法 - Google Patents
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Description
また、可食性インクとしては、黒褐色のイカ墨粒子を用いることで耐変色性、耐退色性及び安定性を有するインク組成物を提供する技術が開示されている(例えば、特開2015−78329号公報)。
特開2009−138021号公報及び特開2013−203818号には、上記のように、顔料としてフェライト等が示され、分散剤で分散させることも記載されているものの、経口摂取可能な色材として酸化鉄粒子を分散させて用いる場合に、ただ単に分散剤で分散処理を施しても、乾燥状態の粒子が本来呈する色相をある程度保持しながら、安定的に水中に分散させることは困難であるのが実情である。
また、特開2015−78329号公報に記載の発明は、イカ墨と特定粒径の可食性顔料を用いることで、耐変色性、耐退色性及び安定性が改善されるという技術に留まり、本文献に記載の技術では、分散条件が色相に影響しやすい酸化鉄粒子を分散させる場合において、色相を保ちつつ、安定的な分散とインクジェット法で吐出する際の吐出とを改善することは難しい。
なお、画像には、人物、建物、模様又はマーク等の絵柄のほか、文字及び数字も含まれる。
<1> 酸化鉄粒子と、アミノ基及び第4級アンモニウム基の少なくとも一方を含み、酸化鉄粒子の表面の少なくとも一部を被覆する樹脂と、水と、を含有し、樹脂により表面の少なくとも一部が被覆されている酸化鉄粒子は、平均粒子径が90nm以上400nm以下である、インクジェット記録用酸化鉄分散物である。
<2> 樹脂は、第4級アンモニウム基を含むアルキル(メタ)アクリレート共重合体である<1>に記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物である。
<3> 樹脂により表面の一部が被覆されている酸化鉄粒子は、平均粒子径が90nm以上280nm以下である<1>又は<2>に記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物である。
<4> 樹脂により表面の一部が被覆されている酸化鉄粒子は、平均粒子径が100nm以上200nm以下である<1>又は<2>に記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物である。
<5> 酸化鉄粒子の酸化鉄は、四酸化三鉄である<1>〜<4>のいずれか1つに記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物である。
<6> 樹脂は、(メタ)アクリル酸メチル及び(メタ)アクリル酸エチルから選ばれる少なくとも一つのモノマーに由来の構造単位と、(メタ)アクリル酸塩化トリメチルアンモニウムエチルに由来の構造単位と、を含む<1>〜<5>のいずれか1つに記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物である。
<7> 樹脂により表面の少なくとも一部が被覆されている酸化鉄粒子の、pH5及び25℃の条件下でのゼータ電位が、20mV以上50mV以下である<1>〜<6>のいずれか1つに記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物である。
<8> 酸化鉄粒子の含有量Bに対する樹脂の含有量Aの比率は、質量比で下記式1を満たす範囲である<1>〜<7>のいずれか1つに記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物である。
0.3≦A/B≦0.8 ・・・式1
<9> 前記酸化鉄粒子の含有量Bに対する前記樹脂の含有量Aの比率は、質量比で下記式2を満たす範囲である<1>〜<7>のいずれか1つに記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物。
0.3≦A/B≦0.7 ・・・式2
<10> 前記酸化鉄粒子の含有量Bに対する前記樹脂の含有量Aの比率は、質量比で下記式3を満たす範囲である請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物。
0.4≦A/B≦0.6 ・・・式3
アミノ基及び第4級アンモニウム基の少なくとも一方を含む樹脂の存在下で酸化鉄粒子を水中に分散させることにより、表面の少なくとも一部が樹脂により被覆され、かつ、平均粒子径が90nm以上400nm以下である酸化鉄粒子が分散された酸化鉄分散物を調製する分散物調製工程と、
を有する、インクジェット記録用酸化鉄分散物の製造方法である。
<12> 分散物調製工程は、第1の分散メディアを用いて酸化鉄粒子を水中に分散させる第1の分散工程と、第1の分散メディアよりメディア径が小さい第2の分散メディアを用いて、第1の分散工程で分散された酸化鉄粒子を更に分散させる第2の分散工程と、を含む<11>に記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物の製造方法である。
<13> 前記第2の分散メディアのメディア径に対する前記第1の分散メディアのメディア径の比率は、5倍以上50倍以下である<12>に記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物の製造方法である。
<14> 前記樹脂により表面の少なくとも一部が被覆されている前記酸化鉄粒子の、pH5及び25℃の条件下でのゼータ電位が、20mV以上50mV以下である<11>〜<13>のいずれか1つに記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物の製造方法である。
<15> <1>〜<10>のいずれか1つに記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物をインクジェット法により吐出して画像を記録するインクジェット記録方法である。
本開示のインクジェット記録用酸化鉄分散物は、酸化鉄粒子と、アミノ基及び第4級アンモニウム基の少なくとも一方を含み、酸化鉄粒子の表面の少なくとも一部を被覆する樹脂と、水と、を含有しており、樹脂により表面の少なくとも一部が被覆されている酸化鉄粒子は、平均粒子径が90nm以上400nm以下の範囲とされている。
本開示における分散物は、酸化鉄粒子が水を含む分散媒に分散されたものであり、黒酸化鉄と樹脂のアミノ基及び4級アンモニウム基との静電相互作用により、樹脂が酸化鉄粒子に吸着しやすく、被覆されている酸化鉄粒子間で荷電反発作用が働き、安定的な分散が可能になると考えられる。
黒色を呈する無機顔料には、既に知られた例として、黒酸化鉄(Fe3O4)が挙げられる。
これにより、分散物中において、黒色ないし茶色の色相を発現しながらも、安定した分散性が得られ、かつ、インクジェット法で吐出した場合に良好な吐出性を発現し得るものとなる。この点は、他の分散条件として、樹脂で被覆された被覆粒子のゼータ電位が特定の範囲を満たしていることが好ましく、ゼータ電位が特定範囲にあることで上記の分散性及び吐出性により優れたものとなる。
なお、上記において、「過不足のない分散条件(分散し過ぎずかつ分散不足にならない条件)」とは、特定の分散剤を用い、かつ、平均粒子径が特定の範囲を満足し得る条件を指す。
本開示のインクジェット記録用酸化鉄分散物は、酸化鉄粒子の少なくとも一種を含有する。本開示における酸化鉄粒子は、乾燥粉の状態で黒色を呈する酸化鉄(以下、黒酸化鉄ともいう。)の粒子のことを指す。本開示においては、黒色を呈する酸化鉄粒子(以下、黒酸化鉄粒子ともいう。)が、後述するように、特定の樹脂を用いて特定の分散条件(平均粒子径、好ましくは平均粒子径及びゼータ電位)を満たすように分散されることで、分散物中において黒色ないし茶色の色相を呈する分散質として存在する。
そして、酸化鉄の樹脂被覆粒子が特定の平均粒径(好ましくは、特定の平均粒径及びゼータ電位)を有するような分散状態に制御されることで、黒色ないし茶色の色相を呈する状態で酸化鉄粒子を分散させることができる。
酸化鉄粒子の平均粒子径については、色相を黒色ないし茶色の領域に維持しつつも、分散安定性により優れ、かつ、インク吐出性により優れたものとする観点からは、90nm以上280nm以下の範囲が好ましく、100nm以上200nmの範囲がより好ましい。
また、分散されている酸化鉄粒子の色相をより黒色に近づける観点からは、酸化鉄粒子の平均粒子径は、200nm以上400nm以下の範囲が好ましく、250nm以上350nm以下の範囲がより好ましい。
分散安定性、色相、及びインクジェット法で吐出する際の吐出性のバランスを図る観点からは、酸化鉄粒子の平均粒子径は、100nm以上200nm以下の範囲が好ましく、100nm以上180nm以下の範囲がより好ましく、100nm以上150nm以下の範囲が特に好ましい。
分散により樹脂で被覆される前の状態での酸化鉄粒子の平均粒子径としては、特に制限はなく、平均1次粒子径で例えば、500nm以下の範囲で選択することができ、好ましくは300nm以下である。また、酸化鉄粒子の平均1次粒子は、10nm以上の範囲が好ましく、より好ましくは50nm以上である。
平均1次粒子径が500nm以下であると、インクジェット記録用酸化鉄分散物中に分散される分散粒子の平均粒子径が上記の範囲を満たすのに適している。また、平均1次粒子径が10nm以上、好ましくは50nm以上であると、酸化鉄分散物を調製する際の取扱い性に優れる。
平均1次粒子径は、透過型電子顕微鏡(TEM)観察又は走査型電子顕微鏡(SEM)観察により400個以上の酸化鉄粒子の円相当径を測定し、測定値を算術平均(数平均)して求められる。円相当径とは、観察される酸化鉄粒子の2次元形状の面積と同一面積に相当する円の直径をいう。
ゼータ電位が20mV以上であることで、粒子間の反発力が得られ、粒子の凝集が抑えられるので、分散安定性により優れたものとなり、インクジェット法で吐出する際のインク吐出性も向上する。
ゼータ電位としては、分散された酸化鉄粒子の分散安定性の観点から、20mV以上50mV以下の範囲が好ましく、30mV以上50mV以下の範囲がより好ましい。
なお、水のpHは、pHメーターWM−50EG(東亜DDK(株)製)を用いて25℃で測定される値である。
ゼータ電位の測定は、例えば、調製されたインクジェット記録用酸化鉄分散物を、黒酸化鉄の濃度が上記範囲を満たすように希釈した上で、酢酸水溶液又は水酸化ナトリウム水溶液を用いて、温度25℃でpH5の液性に調整して行ってもよいし、また、調製されたインクジェット記録用酸化鉄分散物から分離した分散粒子(樹脂被覆された酸化鉄粒子)を、温度25℃でpH5の液性に調整された水溶液中に上記した黒酸化鉄の濃度となるように投入した後に行ってもよい。
酸性化合物としては、酢酸などが挙げられ、塩基性化合物としては、水酸化ナトリウムなどが挙げられる。
本開示のインクジェット記録用酸化鉄分散物は、アミノ基及び第4級アンモニウム基の少なくとも一方を含む樹脂の少なくとも一種を含有する。
上記の酸化鉄粒子は、アミノ基及び第4級アンモニウム基の少なくとも一方を有する樹脂によって酸化鉄粒子の表面の少なくとも一部が被覆されることにより、安定的に分散される。これによって、分散物をインクジェット法によりインク吐出した場合の吐出性が向上する。アミノ基及び第4級アンモニウム基は、黒酸化鉄表面と静電的な相互作用及び水素結合相互作用があり、黒酸化鉄粒子の表面に吸着しやすいと考えられる。特に、第4級アンモニウム基は、黒酸化鉄粒子の表面との静電的な相互作用により、黒酸化鉄粒子の表面への吸着力が強く、さらには被覆された酸化鉄粒子間に荷電反発作用が働き、分散安定化させる効果が高く好ましいと考えられる。すなわち、特に酸化鉄粒子の分散時、つまり酸化鉄粒子の表面の少なくとも一部が被覆される場合において、平均粒子径を90nm以上400nm以下(好ましくは、さらにpH5及び25℃の条件下でのゼータ電位を20mV以上50mV以下)とするのに適している。
第4級アンモニウム基は、第4級アンモニウムカチオン又は第4級アンモニウム塩であることが好ましい。
アミノ基を有する樹脂及び第4級アンモニウム基を有する樹脂は、いずれも複数種類のモノマーの共重合体であってもよい。アミノ基を有する樹脂及び第4級アンモニウム基を有する樹脂が共重合体である場合、モノマーとして、(メタ)アクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸アルキルアンモニウム塩、及びメタクリル酸ジメチルアミノエチル等から選択したモノマーを共重合させた共重合体であってもよい。
アミノアルキルメタクリレート共重合体としては、上市されている市販品として、エボニックデグッサ社製のオイドラギットE100及びオイドラギットEPO(メタクリル酸メチル/メタクリル酸ブチル/メタクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体)等を挙げることができる。
ゼラチンとしては、酸処理ゼラチン及びアルカリ処理ゼラチン等が挙げられるが、酸化鉄被覆用の樹脂としては、アルカリ処理ゼラチンが好ましい。また、上市されている市販品の例として、新田ゼラチン社製のアルカリ処理ゼラチン等を挙げることができる。
第4級アンモニウム基を含むアルキル(メタ)アクリレート共重合体(アンモニオアルキル(メタ)アクリレートコポリマー)としては、少なくとも、(メタ)アクリル酸アルキルエステルに由来の構造単位と(メタ)アクリル酸アルキルアンモニウム塩に由来の構造単位とを含む共重合体が好適であり、更には、(メタ)アクリル酸メチル及び(メタ)アクリル酸エチルから選ばれる少なくとも一つのモノマーに由来の構造単位と(メタ)アクリル酸塩化トリメチルアンモニウムエチルに由来の構造単位とを含む共重合体がより好ましい。
第4級アンモニウム基を含むアルキル(メタ)アクリレート共重合体の具体例としては、アクリル酸エチル/メタクリル酸メチル/メタクリル酸塩化トリメチルアンモニウムエチル共重合体等を挙げることができる。また、上市されている市販品として、エボニックデグッサ社製のオイドラギットRLPO、オイドラギットRSPO、オイドラギットRL100、オイドラギットRL30D、オイドラギットRS100、又はオイドラギットRS30D等を挙げることができる。
第4級アンモニウム基を有する樹脂の中でも、アクリル酸エチル/メタクリル酸メチル/メタクリル酸塩化トリメチルアンモニウムエチル共重合体は特に好ましい。
また、上記の範囲内において、酸化鉄粒子と樹脂との含有比率は、酸化鉄粒子の含有量Bに対する樹脂の含有量Aの比率(A/B比;質量比)で、下記式1を満たす範囲にあることが好ましい。
0.3≦A/B≦0.8 ・・・式1
なお、樹脂の含有量Aとは、インクジェット記録用酸化鉄分散物中において、酸化鉄粒子を被覆している樹脂と、酸化鉄粒子を被覆せずに液中に遊離している樹脂と、の合計量を指す。
また、樹脂の量が多くなると分散粒子の粒子径を小さくしやすい一方、分散しにくくなる傾向がある。そのため、A/B比を0.8以下に抑えることで、酸化鉄粒子に対する樹脂の量が多くなり過ぎないため、分散が遅れることがなく、分散を良好に行いやすい。したがって、分散安定性及びインク吐出性に優れたものとなる。
0.3≦A/B≦0.7 ・・・式2
0.4≦A/B≦0.6 ・・・式3
本開示のインクジェット記録用酸化鉄分散物は、分散媒として水を含有する。
水は、酸化鉄粒子の分散媒として機能する。分散媒として水を用いることは、安全性に優れたものとなる点で好ましい。水としては、イオン交換水もしくはイオン交換水と同等の純度を有する水、又は純水などを用いることができる。
また、インクジェット記録用酸化鉄分散物には、本開示の効果を損なわない範囲で、水以外の他の溶媒(例えば有機溶媒)を含んでいてもよい。
本開示のインクジェット記録用酸化鉄分散物は、調製された酸化鉄分散物をそのままインクジェット記録用インク組成物として用いてもよい。また、上記した本開示のインクジェット記録用酸化鉄分散物に既述の成分以外の他の成分を更に加えた上で、インクジェット記録用インク組成物として用いてもよい。
水性有機溶媒を添加する場合の添加量としては、インクジェット記録用酸化鉄分散物の総量に対して、0.5質量%以上40質量%以下が好ましく、5質量%以上20質量%以下がより好ましい。
高分子成分を添加する場合の添加量としては、インクジェット記録用酸化鉄分散物の総量に対して、0.3質量%以上15質量%以下が好ましい。
界面活性剤としては、コハク酸モノグリセリド、ダイズサポニン、エリスリトール、ポリグリセリン、脂肪酸エステル、キラヤサポニン、バリウム塩化物水和物、プロピレングリコール脂肪酸エステル、レシチン、酵素処理レシチン、グリセリン脂肪酸エステル、有機酸モノグリセリド、ショ糖脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、等が挙げられる。
例えばソルビタン脂肪酸エステルとしては、ソルビタン脂肪酸エステルにエチレンオキシドが約20分子縮合したポリソルベート類(ソルビタン脂肪酸エステルのポリオキシエチレンエーテル)が挙げられる。ポリソルベート類の例としては、脂肪酸の違いから例えば、ポリソルベート20(ラウリン酸エステル)、ポリソルベート60(ステアリン酸エステル)、ポリソルベート80(オレイン酸エステル)、ポリソルベート65(ステアリン酸エステル)等が挙げられる。
界面活性剤を添加する場合の添加量としては、インクジェット記録用酸化鉄分散物の総量に対して、0.01質量%以上3.0質量%以下が好ましい。
可食性添加剤の例として、フラボノイド類、ラウリン酸プロピレングリコール、ポリビニル、ローズマリー類、ジオレイン酸プロピレングリコール、グリセリン二酢酸エステル、アエロジル、リン酸水素二ナトリウム、ステアリルモノグリセリジル、クエン酸エステル、ピロリン酸四ナトリウム、ポリリン酸ナトリウム、グアーガム、アミロペクチン、ペクチン、クマリンドガム、キサンタンガム、メタリン酸カリウム、酵素処理大豆サポニン、動物性ステロール、カルポキシメチルセルロースナトリウム、クエン酸等が挙げられる。これらの添加剤は単独で用いてもよいし複数種を併用してもよい。
pHは、pHメーターWM−50EG(東亜DDK(株)製)を用いて25℃で測定される値である。
本開示のインクジェット記録用酸化鉄分散物の製造方法は、酸化鉄粒子、アミノ基及び第4級アンモニウム基の少なくとも一方を含む樹脂、並びに水を混合する混合工程と、アミノ基及び第4級アンモニウム基の少なくとも一方を含む樹脂の存在下で酸化鉄粒子を水中に分散させることにより、表面の少なくとも一部が樹脂により被覆され、かつ、平均粒子径が90nm以上400nm以下である酸化鉄粒子が分散された酸化鉄分散物を調製する分散物調製工程と、を有している。本開示のインクジェット記録用酸化鉄分散物の製造方法は、必要に応じて、他の工程を有するものでもよい。
本開示における混合工程は、酸化鉄粒子、アミノ基及び第4級アンモニウム基の少なくとも一方を含む樹脂、並びに水を混合する。インクジェット記録用酸化鉄分散物を例えばインクジェット記録用インクとして用いる場合、上記の酸化鉄粒子、アミノ基及び第4級アンモニウム基の少なくとも一方を含む樹脂、並びに水に加え、他の添加剤等を混合してもよい。
各成分の混合量については、上記のインクジェット記録用酸化鉄分散物に含有される量に見合う量とすることができる。
混合する方法には、特に制限はなく、複数の成分を混ぜ合わせることができればよい。
本開示における分散物調製工程は、アミノ基及び第4級アンモニウム基の少なくとも一方を含む樹脂の存在下、酸化鉄粒子を水中に分散する。本工程では、分散された酸化鉄粒子は、表面の少なくとも一部が樹脂によって被覆され、表面の少なくとも一部が樹脂で被覆された状態となり、平均粒子径が90nm以上400nm以下である酸化鉄粒子が分散されている酸化鉄分散物を調製する。
分散されている酸化鉄粒子は、pH5及び25℃の条件下でのゼータ電位が20mV以上50mV以下であることが好ましい。
中でも、酸化鉄粒子の分散性により優れる観点から、ボールミル、又はビーズミル(特に循環型のビーズミル)を用いた方法が好ましく、ボールミルを用いた方法がより好ましい。
複数段分散によって酸化鉄分散物を調製する場合、第1の分散メディアを用いて酸化鉄粒子を水中に分散させる第1の分散工程と、第1の分散メディアよりメディア径が小さい第2の分散メディアを用いて、第1の分散工程で分散された酸化鉄粒子を更に分散させる第2の分散工程と、を含む態様が好ましい。つまり、最初の分散工程(第1の分散工程)では、比較的直径の大きいビーズを使用して分散を行ない、次いで行う第2の分散工程では、メディア径を第1の分散メディアよりも小さくする。
複数段分散による場合、最初の第1の分散工程において、大きめのビーズで分散粒子の粒子径が著しく低下しない分散状態を形成し、次いで行う分散工程では粒子径を制御しながら安定した分散状態を形成することができる。
第2の分散メディアのメディア径に対する第1の分散メディアのメディア径の比率は、酸化鉄粒子を、色相及び分散安定性の良好な適当な粒子径に調節しやすい観点から、5倍以上20倍以下であることがより好ましく、5倍以上15倍以下であることが更に好ましい。
2段分散を行う場合には、最初の第1の分散工程での分散に用いる第1の分散メディアは、メディア径が0.5mm以上2mm以下(好ましくは0.8mm以上1.5mm以下)であり、次いで行う第2の分散工程での分散に用いる第2の分散メディアは、メディア径が0.05mm以上0.2mm以下(より好ましくは0.08mm以上0.15mm以下、更に好ましくは0.08mm以上0.12mm以下)であることが好ましい。
更には、第1の分散工程では、酸化鉄粒子の含有濃度を、酸化鉄分散物の総量に対して3質量%以上10質量%以下として分散を行い、第2の分散工程では、酸化鉄粒子の含有濃度を、酸化鉄分散物の総量に対して0.1質量%以上3質量%以下として分散を行う態様が特に好ましい。
本開示のインクジェット記録用酸化鉄分散物は、経口摂取される食品又は医薬品(例えば、錠剤又はカプセル剤等の固体製剤)などの物品に対する印字もしくは印画に好適に用いられる。本開示のインクジェット記録用酸化鉄分散物は、例えばインクジェット記録用インクとして用いることができる。印字ないし印画にインクジェット法を利用する場合、インクジェット記録装置を用いて、例えば錠剤の表面に対して非接触で印字もしくは印画が行えるので、錠剤の剤形又は形状に依らず、安定的に記録できる。
フィルムコーティング錠剤のコート層としては、ヒドロキシプロピルセルロースやヒドロキシプロピルメチルセルロース、高分子のポリエチレングリコールなどが挙げられる。
本開示のインクジェット記録方法は、既述のインクジェット記録用酸化鉄分散物をインクジェット法により吐出して画像を記録するものである。既述のインクジェット記録用酸化鉄分散物が使用されるので、色材として酸化鉄粒子を含みつつも、黒色ないし茶色の色相を呈する画像が得られ、インクジェット法で吐出する際の吐出性にも優れる。
インクジェット法には、特に制限はなく、公知の方式、例えば、静電誘引力を利用してインクを吐出させる電荷制御方式、ピエゾ素子の振動圧力を利用するドロップオンデマンド方式(圧力パルス方式)、電気信号を音響ビームに変えインクに照射して放射圧を利用してインクを吐出させる音響インクジェット方式、及びインクを加熱して気泡を形成し、生じた圧力を利用するサーマルインクジェット方式等のいずれであってもよい。
さらに、被対象物が表面コートされているもの(例えば、錠剤又はカプセル剤等)である場合、被対象物の表面をコートするためのコーティング剤の種類によっても、画像の色相をより黒色に近づけることが可能である。これは、インクジェット記録用酸化鉄分散物中の黒酸化鉄の分散が不安定化されることにより、被対象物上で酸化鉄粒子が凝集するためである。酸化鉄粒子の分散を不安定化させる具体的な手段としては、例えば錠剤のコーティング剤としてアニオン系の共重合体を用いること、及び被対象物上に付与されたインクジェット記録用酸化鉄分散物の液滴のpHが7以上になるような弱アルカリ性素材、塩析効果が期待される塩又はキレート剤を含む液を前処理液として付与しておくこと等が挙げられる。
また、実施例においては、分散メディアを「ビーズ」と称する。
−黒酸化鉄の分散液(インクジェット記録用酸化鉄分散物)の調製−
粉末状の黒酸化鉄(Fe3O4;癸巳化成社製)10g、オイドラギットRLPO(第4級アンモニウム基を有する樹脂、エボニックデグッサ社製、アクリル酸エチル:メタクリル酸メチル:メタクリル酸塩化トリメチルアンモニウムエチル=1:2:0.2[モル比])5g、及びイオン交換水185gを混合した溶液を作製し(混合工程)、以下に示す分散物調製工程にて分散を行った。
具体的には、まず、ビーズ径φ1mmのジルコニアビーズ(第1の分散メディア)を450g用い、ボールミルにて容器回転数(容器外縁部の回転数)を160rpmとし、分散時間を50時間として分散を行った(第1の分散工程)。この段階での黒酸化鉄の濃度は、5質量%である。
その後、ジルコニアビーズを分離し、黒酸化鉄の濃度が2質量%となるようにイオン交換水を添加した。最終的なイオン交換水の含有量は485gである。
以上のようにして、黒酸化鉄を含む分散液を調製した。
調製した分散液について、以下に示す測定及び評価を行った。測定及び評価の結果は、下記表1に示す。
調製した分散液について、以下の方法で平均粒子径及びゼータ電位を求めた。
[A.平均粒子径]
ゼータサイザーナノZS(スペクトリス社製)を用い、調製した分散液をイオン交換水で100倍に希釈した希釈液に対して測定を行い、既述のようにキュムラント平均径として、平均粒子径(Z−Average(d.nm);キュムラント平均径)を求めた。
ゼータサイザーナノZS(スペクトリス社製)を用い、調製した分散液をイオン交換水で黒酸化鉄の濃度が0.001質量%になるように希釈し、かつ、酢酸を用いてpHを5に調整した希釈液に対して、液温を25℃に維持して、ゼータ電位ζ(mV)を求めた。
調製した分散液を23℃の環境下に7日間保存した後、分散液をイオン交換水で100倍に希釈した希釈液に対して、ゼータサイザーナノZS(スペクトリス社製)を用い、上記と同様にして動的光散乱法により平均粒子径(Z−Average,(d.nm))を求めた。保存前後の平均粒子径の変化を示す指標として、保存前の平均分子量と保存後の平均分子量との差の絶対値を算出し、算出された値をもとに以下の評価基準にしたがって分散安定性を評価した。
<評価基準>
A:保存前後の平均粒子径の差の絶対値が10nm未満である。
B:保存前後の平均粒子径の差の絶対値が10nm以上50nm未満である。
C:保存前後の平均粒子径の差の絶対値が50nm以上100nm未満である。
D:保存前後の平均粒子径の差の絶対値が100nm以上である。
上記で調製した分散液を目視で観察し、さらに膜厚が6μmとなるように塗布バーで紙(画彩,富士フイルム社製)上に塗布した塗膜に対して、X−Rite T−530(X−Rite社製)を用いて色度(L*a*b*表色系)を測定し、以下の評価基準にしたがって色相を評価した。評価基準のうち、A及びBが実用上許容できる範囲である。
<評価基準>
A:黒色ないし焦げ茶色(a*:0以上15未満、かつ、b*:0以上15未満)
B:茶色(a*:15以上30未満、かつ、b*:0以上50未満、又は、a*:0以上15未満、かつ、b*:15以上50未満)
C:赤茶色ないし赤色(a*:30以上、又はb*:50以上)
上記で調製した黒酸化鉄の分散液を用い、下記組成中の成分を加えてインクとした。
ダイマティックスマテリアルプリンタDMP−2831(富士フイルムグローパルグラフィックシステムズ社製;ドロップオンデマンド型ピエゾ方式、ノズル数16)に、調製したインクを装填し、16個の吐出ノズルからインクをそれぞれ1分間吐出(液滴量=1pl)し、一旦吐出を停止した後、クリーニングを実施した。クリーニングの直後、全ての吐出ノズルからインクの再吐出を試みた。この際、クリーニング後の吐出性について、以下の評価基準にしたがって評価した。ここで、クリーニングは、吐出しなくなった吐出ノズルの異物を加圧パージにより除去し、かつ、ノズル部を払拭する操作である。
<インク組成>
・グリセリン ・・・10質量%
・ポリエチレングリコール ・・・3質量%
(三洋化成工業(株)製、分子量:6000)
・黒酸化鉄 ・・・1質量%
・イオン交換水 ・・・組成全体が100質量%となる量
<評価基準>
A:クリーニング後の再吐出の際、16個の吐出ノズルのうち8個以上の吐出ノズルから吐出し、吐出を1分以上保持することができる。
B:クリーニング後の再吐出の際、16個の吐出ノズルのうち8個以上の吐出ノズルから吐出するが、1分に満たない短時間で吐出しなくなる。その後、クリーニングを繰り返しても吐出は回復せず、電圧を上げても吐出は回復しない。
C:クリーニング後の再吐出の際、16個の吐出ノズルのうち吐出可能な吐出ノズルは3個〜7個である。クリーニングを繰り返しても吐出は回復せず、電圧を上げても吐出は回復しない。
D:クリーニング後の再吐出の際、16個の吐出ノズルのうち吐出可能な吐出ノズルは2個以下である。
実施例1において、分散物調製工程を、第1の分散工程及び第2の分散工程の2段分散から1段分散に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、黒酸化鉄を含む分散液を調製し、測定及び評価を行った。
具体的には、ビーズ径φ1mmのジルコニアビーズを用い、実施例1と同じボールミルにて容器回転数を160rpmとし、分散時間を50時間として分散を行う1段分散により、黒酸化鉄分散液を得た。この段階での黒酸化鉄の濃度は5質量%である。その後、ジルコニアビーズを分離し、黒酸化鉄の濃度が2質量%となるようにイオン交換水を添加した。
なお、測定及び評価の結果は、下記表1に示す。
実施例1において、樹脂として用いたオイドラギットRLPOを、表1に示す樹脂もしくは分散剤(オイドラギットRSPO、オイドラギットL100、又はオレイン酸ナトリウム、アルカリ処理ゼラチン)及び含有量にそれぞれ変更したこと以外は、実施例1と同様にして、黒酸化鉄を含む分散液を調製し、測定及び評価を行った。測定及び評価の結果は、下記表1に示す。
実施例1において、第1の分散工程における分散時間を50時間から60時間に変更し、かつ、第2の分散工程における分散時間を20時間から60時間に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、黒酸化鉄を含む分散液を調製し、測定及び評価を行った。測定及び評価の結果は、下記表1に示す。
実施例2において、1段分散により黒酸化鉄分散液を得る際の分散時間を50時間から5時間に変更したこと以外は、実施例2と同様にして黒酸化鉄を含む分散液を調製し、実施例1と同様の方法で測定及び評価を行った。測定及び評価の結果は、下記表1に示す。
実施例4において、第2の分散工程で用いた第2の分散メディア(ビーズ径φ0.1mmのジルコニアビーズ)をビーズ径φ0.05mmのジルコニアビーズに変更したこと以外は、実施例4と同様にして、黒酸化鉄を含む分散液を調製し、測定及び評価を行った。測定及び評価の結果は、下記表1に示す。
実施例1において、樹脂として用いたオイドラギットRLPOの量を、表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、黒酸化鉄を含む分散液を調製し、測定及び評価を行った。測定及び評価の結果は、下記表1に示す。
実施例4において、樹脂として用いたオイドラギットRLPOの量を、表1に示すように変更したこと以外は、実施例4と同様にして、黒酸化鉄を含む分散液を調製し、測定及び評価を行った。測定及び評価の結果は、下記表1に示す。
−黒酸化鉄の分散液(インクジェット記録用酸化鉄分散物)の調製−
粉末状の黒酸化鉄(Fe3O4;癸巳化成社製)5g、オイドラギットRLPO(第4級アンモニウム基を有する樹脂、エボニックデグッサ社製、アクリル酸エチル:メタクリル酸メチル:メタクリル酸塩化トリメチルアンモニウムエチル=1:2:0.2[モル比])2.5g、及びイオン交換水192.5gを混合した溶液を作製し(混合工程)、以下に示す分散物調製工程にて分散を行った。
具体的には、まず、ビーズ径φ1mmのジルコニアビーズ(第1の分散メディア)を450g用い、ボールミルにて容器回転数(外縁部の回転数)を160rpmとし、分散時間を60時間として分散を行った(第1の分散工程)。この段階での黒酸化鉄の濃度は、2.5質量%である。
その後、ジルコニアビーズを分離し、黒酸化鉄の濃度が1質量%となるようにイオン交換水を添加した。
以上のようにして、黒酸化鉄の分散液を調製した。調製した分散液を用い、実施例1と同様の測定及び評価を行った。測定及び評価の結果は、下記表1に示す。
なお、実施例1における「(4)インク吐出性」では、インクの組成を下記組成に変更して評価した。
<実施例8のインク組成>
・グリセリン ・・・10質量%
・ポリエチレングリコール ・・・3.0質量%
(三洋化成工業(株)製、分子量:6000)
・黒酸化鉄 ・・・0.5質量%
・イオン交換水 ・・・組成全体が100質量%となる量
−黒酸化鉄の分散液(インクジェット記録用酸化鉄分散物)の調製−
アルカリ処理ゼラチン2.5g、オレイン酸ナトリウム0.5g、及びイオン交換水492gを混合した溶液を作製し(混合工程)、40℃に加温して完全に溶解させた。更に、粉末状の黒酸化鉄(Fe3O4;癸巳化成社製)5gを添加し、以下に示す分散物調製工程にて分散を行った。
具体的には、まず、ビーズ径φ1mmのジルコニアビーズ(第1の分散メディア)を450g用い、ボールミルにて容器回転数(外縁部の回転数)を160rpmとし、分散時間を50時間として分散を行った(第1の分散工程)。この段階での黒酸化鉄の濃度は、1質量%である。
その後、ジルコニアビーズを分離した。次いで、ビーズ径φ0.1mmのジルコニアビーズ(第2の分散メディア)450gを用い、再びボールミルにて容器回転数を160rpmとし、分散時間を60時間として分散を行った(第2の分散工程)。その後、ジルコニアビーズを分離した。
以上のようにして、黒酸化鉄の分散液を調製した。調製した分散液を用い、実施例1と同様の測定及び評価を行った。測定及び評価の結果は、下記表1に示す。
なお、実施例1における「(4)インク吐出性」では、インクの組成を下記組成に変更して評価した。
<実施例9のインク組成>
・グリセリン ・・・10質量%
・ポリエチレングリコール ・・・3.0質量%
(三洋化成工業(株)製、分子量:6000)
・黒酸化鉄 ・・・0.5質量%
・イオン交換水 ・・・組成全体が100質量%となる量
・オイドラギットRLPO(エボニックデグッサ社製、アクリル酸エチル/メタクリル酸メチル/メタクリル酸塩化トリメチルアンモニウムエチル(=1/2/0.2[モル比])共重合体;第4級アンモニウム基を有する樹脂)
・オイドラギットRSPO(エボニックデグッサ社製、アクリル酸エチル/メタクリル酸メチル/メタクリル酸塩化トリメチルアンモニウムエチル(=1/2/0.1[モル比])共重合体;第4級アンモニウム基を有する樹脂)
・オイドラギットL100(エボニックデグッサ社製、メタクリル酸/メタクリル酸メチル(=1/1[モル比])共重合体;アミノ基を有しない樹脂)
・オレイン酸ナトリウム(東京化成工業社製)
・牛骨由来のアルカリ処理ゼラチン(ゼリー強度112、等電点5.1、新田ゼラチン社製;アミノ基を有する樹脂)
比較例4のように分散時間をあまり短くすると、色相を黒色ないし茶色の領域に保ち得る分散粒子の粒子径が得られず、結果、分散安定性及びインク吐出性も劣る結果となった。
また、分散剤として一般に知られているオレイン酸ナトリウムを用いた場合、比較例2では、分散が行えず、比較例3では、ゼラチンの併用により分散粒子の粒子径の比較的良好な分散物が得られたが、分散安定性に劣っており、インク吐出性も著しく劣っていた。しかも、電位値が安定しないために、ゼータ電位の測定が困難であった。
ここで、実施例9のように分散液の組成と分散時間を調整することによって分散粒子の粒子径の比較的良好な分散物を得ることができ、分散安定性及びインク吐出性もある程度保つことができた。しかしながら、ゼラチンを用いた組成では、分散粒子のゼータ電位は低いものとなった。
Claims (16)
- 酸化鉄粒子と、アミノ基及び第4級アンモニウム基の少なくとも一方を含み、前記酸化鉄粒子の表面の少なくとも一部を被覆する樹脂と、水と、を含有し、
前記酸化鉄粒子の酸化鉄は、四酸化三鉄であり、
前記樹脂により表面の少なくとも一部が被覆されている前記酸化鉄粒子は、平均粒子径が125nm以上350nm以下である、インクジェット記録用酸化鉄分散物。 - 前記樹脂は、第4級アンモニウム基を含む、請求項1に記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物。
- 前記樹脂は、第4級アンモニウム基を含むアルキル(メタ)アクリレート系共重合体である請求項1又は請求項2に記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物。
- 前記樹脂により表面の少なくとも一部が被覆されている前記酸化鉄粒子は、平均粒子径が90nm以上280nm以下である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物。
- 前記樹脂により表面の少なくとも一部が被覆されている前記酸化鉄粒子は、平均粒子径が100nm以上200nm以下である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物。
- 前記樹脂は、(メタ)アクリル酸メチル及び(メタ)アクリル酸エチルから選ばれる少なくとも一つのモノマーに由来の構造単位と、(メタ)アクリル酸塩化トリメチルアンモニウムエチルに由来の構造単位と、を含む請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物。
- 前記樹脂により表面の少なくとも一部が被覆されている前記酸化鉄粒子の、pH5及び25℃の条件下でのゼータ電位が、20mV以上50mV以下である請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物。
- 前記酸化鉄粒子の含有量Bに対する前記樹脂の含有量Aの比率は、質量比で下記式1を満たす範囲である請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物。
0.3≦A/B≦0.8 ・・・式1 - 前記酸化鉄粒子の含有量Bに対する前記樹脂の含有量Aの比率は、質量比で下記式2を満たす範囲である請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物。
0.3≦A/B≦0.7 ・・・式2 - 前記酸化鉄粒子の含有量Bに対する前記樹脂の含有量Aの比率は、質量比で下記式3を満たす範囲である請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物。
0.4≦A/B≦0.6 ・・・式3 - 酸化鉄粒子と、アミノ基及び第4級アンモニウム基の少なくとも一方を含む樹脂と、水と、を混合する混合工程と、
前記樹脂の存在下で前記酸化鉄粒子を水中に分散させることにより、表面の少なくとも一部が前記樹脂により被覆され、かつ、平均粒子径が125nm以上350nm以下である酸化鉄粒子が分散された酸化鉄分散物を調製する分散物調製工程と、
を有し、前記酸化鉄粒子の酸化鉄は、四酸化三鉄である、
インクジェット記録用酸化鉄分散物の製造方法。 - 前記樹脂は、第4級アンモニウム基を含む、請求項11に記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物の製造方法。
- 前記分散物調製工程は、第1の分散メディアを用いて前記酸化鉄粒子を水中に分散させる第1の分散工程と、前記第1の分散メディアよりメディア径が小さい第2の分散メディアを用いて、前記第1の分散工程で分散された前記酸化鉄粒子を更に分散させる第2の分散工程と、を含む請求項11又は請求項12に記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物の製造方法。
- 前記第2の分散メディアのメディア径に対する前記第1の分散メディアのメディア径の比率は、5倍以上50倍以下である請求項13に記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物の製造方法。
- 前記樹脂により表面の少なくとも一部が被覆されている前記酸化鉄粒子の、pH5及び25℃の条件下でのゼータ電位が、20mV以上50mV以下である請求項11〜請求項14のいずれか1項に記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物の製造方法。
- 請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載のインクジェット記録用酸化鉄分散物をインクジェット法により吐出して画像を記録するインクジェット記録方法。
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