JP6954034B2 - 水性着色剤分散体、水性着色剤分散体の製造方法及びインクジェット記録用インク - Google Patents
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Landscapes
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Description
前記着色剤粒子が、少なくとも下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する樹脂(P)を含む、水性着色剤分散体に関する。
一般式(1)
[一般式(1)において、R11は水素原子又はメチル基を表し、R12及びR13は、それぞれ独立に、2価の連結基を表し、X+は、カチオン性の2価の連結基を表し、Y−は、アニオン性の1価の基を表す。]
一般式(2)
[一般式(2)において、R21及びR22は、それぞれ独立に、1価の有機基を表す。
*1はR12との結合手を表し、*2はR13との結合手を表す。]
一般式(3)
[一般式(3)において、R31及びR32は、それぞれ独立に、1価の有機基を表す。
*1はR12との結合手を表し、*2はR13との結合手を表す。]
工程1)着色剤、下記一般式(1)で表される繰り返し単位と炭素原子数1〜6のアルキレンオキシ基とカルボキシル基とを有する樹脂(P)、水溶性無機塩、及び水溶性有機溶剤を含有する混合物を混練して微細化する工程
工程2)水溶性無機塩及び水溶性有機溶剤を除去する工程
工程3)塩基性化合物及び水を添加して樹脂(P)のカルボキシル基を中和する工程
工程4)架橋剤を添加して架橋剤と樹脂(P)とを架橋させる工程
一般式(1)
[一般式(1)において、R11は水素原子又はメチル基を表し、R12及びR13は、それぞれ独立に、2価の連結基を表し、X+は、カチオン性の2価の連結基を表し、Y−は、アニオン性の1価の基を表す。]
本発明の水性着色剤分散体は、 着色剤粒子、塩基性化合物及び水を含む水性着色剤分散体であって、前記着色剤粒子が、少なくとも上述の一般式(1)で表される繰り返し単位を有する樹脂(P)を含む、水性着色剤分散体であることを特徴とする。
なお、本願では、「(メタ)アクリロイル」、「(メタ)アクリル」、「(メタ)アクリル酸」、又は「(メタ)アクリレート」と表記した場合には、特に説明がない限り、それぞれ、「アクリロイル及び/又はメタクリロイル」、「アクリル及び/又はメタクリル」、「アクリル酸及び/又はメタクリル酸」、又は「アクリレート及び/又はメタクリレート」を表すものとする。また、本明細書に挙げる「C.I.」は、カラーインデックス(C.I.)を意味する。
本発明の着色剤粒子は、着色剤の他に、少なくとも下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有する樹脂(P)を含む。
本発明の樹脂(P)は一般式(1)で表される繰り返し単位を有し、同一分子内にカチオン性部位とアニオン性部位を含む両性イオン構造を有する。
[一般式(1)において、R11は水素原子又はメチル基を表し、R12及びR13は、それぞれ独立に、2価の連結基を表し、X+は、カチオン性の2価の連結基を表し、Y−は、アニオン性の1価の基を表す。]
一般式(1)R12及びR13における2価の連結基としては、
2価の炭化水素基、2価の炭化水素基と炭素原子及び水素原子以外の原子を含む連結基とを組み合わせてなる基、又は、これらの基の水素原子の一部がハロ基で置換された基等を挙げることができる。なお、ハロ基としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。このような2価の連結基としては、例えば、炭素数1〜10のアルカンジイル基、炭素数6〜20のアリーレン基、炭素数7〜20のアリーレンアルカンジイル基、又は、炭素数1〜10のアルカンジイル基及び炭素数6〜20のアリーレン基から選ばれる少なくとも1種と、−O−、−S−、−COO−、−CONRb−(Rbは水素原子又は炭素数1〜8のアルキル基を示す。)及び−SO2−から選ばれる少なくとも1種とを組み合わせてなる基等が挙げられる。
中でも、R12における2価の連結基としては、−COOCH2CH2−*、−CONHCH2CH2−*が最も好ましい。*は、X+との結合手を表す。
一般式(1)のX+におけるカチオン性の2価の連結基としては、下記一般式(2)、下記一般式(3)又は−P+(R201)(R202)−、等で表される基が挙げられる。R201及びR202は、それぞれ独立に1価の有機基を表す。
1価の炭化水素基が挙げられ、このような1価の炭化水素基としては、1価の脂肪族炭化水素基、1価の脂環式炭化水素基及び1価の芳香族炭化水素基のいずれであってもよい。また、1価の脂肪族炭化水素基は、直鎖状及び分岐状のいずれの形態であってもよく、1価の脂肪族炭化水素基及び1価の脂環式炭化水素基は、飽和炭化水素基でも不飽和炭化水素基でもよい。なお、不飽和炭化水素基の不飽和結合の位置は、分子鎖内及び分子鎖末端のいずれでもよく、任意の位置に有することができる。ここで、本明細書において「脂環式炭化水素基」とは、環状構造を有さない脂肪族炭化水素基を除く概念である。また、本明細書において「脂環式炭化水素基」、「芳香族炭化水素基」とは、環構造のみからなる基だけでなく、当該環構造に更に2価の脂肪族炭化水素基が置換した基をも包含する概念であり、その構造中に少なくとも脂環式炭化水素又は芳香族炭化水素を含んでいればよい。また、1価の炭化水素基は、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で置換基を有していてもよい。置換基の位置及び数は任意であり、置換基を2以上有する場合、当該置換基は同一でも異なっていてもよい。置換基としては、ハロ基、シアノ基、ホルミル基、ニトロ基、トリアルキルシリル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、複素環基等を挙げることができる。ハロ基としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子を挙げることができる。
一般式(1)のY−におけるアニオン性の1価の基としては、CO2 −、SO3 −又はH2PO4 −等が挙げられるが、原料の入手容易性及び耐熱性の観点から、CO2 −又はSO3 −が好ましく、CO2 −が特に好ましい。
一般式(1)で表される繰り返し単位を含む樹脂(P)は、公知の合成方法を用いて得ることができ製造方法は特に限定されない。好ましい製造方法としては、下記方法(i)(ii)が挙げられる。
≪製造方法(i)≫
一般式(1)で表される繰り返し単位の前駆体であるエチレン性不飽和単量体(b1)と、その他エチレン性不飽和単量体(b3)とを公知の重合反応により重合する方法。
≪製造方法(ii)≫
変性種(b4)と反応可能なエチレン性不飽和単量体(b2)と、その他エチレン性不飽和単量体(b3)とを公知の重合反応により得られた中間体ポリマー(a)に、変性種(b4)を反応させる方法。
以下に各製造方法について説明する。
一般式(1)で表される繰り返し単位の前駆体であるエチレン性不飽和単量体(b1)としては下記一般式(5)で表されるモノマーが挙げられる。
(エチレン性不飽和単量体(b1))
一般式(5)
〔一般式(5)において、R41は、水素原子又はメチル基を表し、R42及びR43は、それぞれ独立に、2価の連結基を表し、X+は、下記一般式(6)又は一般式(7)で表される基を表し、Y−は、CO2 −又はSO3 −を表す。〕
その他エチレン性不飽和単量体(b3)は従来公知の単量体から選択することができ、(メタ)アクリレート単量体であることが好ましい。中でも、炭素原子数1〜6のアルキレンオキシ基含有単量体(以下、単量体Aとする)又はカルボキシル基含有単量体(以下、単量体Bとする)を含むことがより好ましい。
本発明で好適に使用される単量体Aとしては、具体的には、下記一般式(4)で表されるものが好ましい。これらは溶媒揮発時のインク粘度を低くし、低吸液性基材への印字性を向上させ、水性着色剤分散体及び、それを用いたインクジェット記録用インクの保存安定性及び吐出性を向上させる効果がある。
本発明で好適に使用される単量体Bとしては、具体例としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、又は、これらのアルキルもしくはアルケニルモノエステル、フタル酸β−(メタ)アクリロキシエチルモノエステル、イソフタル酸β−(メタ)アクリロキシエチルモノエステル、テレフタル酸β−(メタ)アクリロキシエチルモノエステル、コハク酸β−(メタ)アクリロキシエチルモノエステル、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、けい皮酸などが挙げられる。保存安定性の向上をより高度に図るためには、カルボキシル基含有(メタ)アクリレートが好ましく、この中でもアクリル酸やメタクリル酸を含む事がより好しい。カルボキシル基をもつことで、着色剤に吸着した樹脂(P)が、塩基性化合物などで中和されイオン化させた際に電荷反発の効果を得ることができ、水性溶媒中で着色剤粒子同士の電荷反発が起こり、水性着色剤分散体の分散安定性が向上する。
樹脂(P)は、その他エチレン性不飽和単量体(b3)として、単量体A、単量体Bの他に、アルキル基含有エチレン性不飽和単量体、水酸基含有エチレン性不飽和単量体、窒素含有エチレン性不飽和単量体、芳香環基含有エチレン性不飽和単量体等を含んでいても構わない。以下に具体例を挙げて説明する。
メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、ウンデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、テトラデシル(メタ)アクリレート、ペンタデシル(メタ)アクリレート、ヘキサデシル(メタ)アクリレート、ヘプタデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート、もしくはベヘニル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
水酸基含有エチレン性不飽和単量体としては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、グリセロールモノ(メタ)アクリレート、4 −ヒドロキシビニルベンゼン等が挙げられる。
窒素含有エチレン性不飽和単量体としては、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、メチルエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノスチレン、ジエチルアミノスチレン、(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−メトキシメチル−(メタ)アクリルアミド等のモノアルキロール(メタ)アクリルアミド、N ,N−ジ(メチロール)アクリルアミド、N−メチロール−N−メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N ,N−ジ(メトキシメチル)アクリルアミド等が挙げられる。
芳香環基含有エチレン性不飽和単量体としては、スチレン、α -メチルスチレン、2-メチルスチレン、クロロスチレン、ベンジル(メタ)アクリレート、ビニルナフタレン、ビニルカルバゾール等が挙げられる。
変性種(b4)と反応可能なエチレン性不飽和単量体(b2)としては、下記一般式(8)で表されるモノマー等が挙げられる。
一般式(8)
〔一般式(8)において、
R71は、水素原子又はメチル基を表し、R72は、2価の有機基を表す。
Zは、−N(R73)(R74)、又は−P(R75)(R76)、又は下記一般式(9)で表される基を表し、 R73〜R76は、それぞれ独立に、1価の有機基を示す。〕
一般式(8)のR73〜R76における1価の有機基は、一般式(2)及び(3)における1価の有機基と同義である。
一般式(9)のR81及びR82における1価の有機基は、一般式(3)のR31及びR32における1価の有機基と同義である。
N ,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(
メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N−
ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、2,2,6,6−テトラメチルピペリジルメタクリレート、1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジルメタクリレート等の二級又は三級アミノ基を有する(メタ)アクリレート類;
N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチルアミノエチル
(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、及
びN,N−ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等の三級アミノ基を有する(
メタ)アクリルアミド類;
等が挙げられ、好ましくはN,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタアクリレート)、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジルメタクリレートであり、特に好ましくは1,2,2,6,6−ペンタメチルピペリジルメタクリレートである。
その他のエチレン性不飽和単量体(b3)は、製造方法(i)におけるエチレン性不飽和単量体(b3)と同義である。
変性種(b4)としては、重合中間ポリマー(a)の構成モノマーである一般式(8)中のZと反応が可能であり、反応後、一般式(1)の構造を与えるものであれば特に制限はなく、例えば下記一般式(10)で示される化合物、又は下記一般式(11)で示される化合物などがあげられる。
[一般式(10)中、Xはハロゲン原子を表し、nは1〜4の整数を表し、QはCO2 −、SO3 −又はPO4 −を表す。]
例えばクロロ酢酸、フッ化酢酸、ブロモ酢酸、ヨード酢酸、クロロプロピオン酸、フッ化プロピオン酸、ブロモプロピオン酸、ヨードプロピオン酸、クロロブタン酸、フッ化ブタン酸、ブロモブタン酸、ヨードブタン酸
クロロメタンスルホン酸、フッ化メチルスルホン酸、ブロモメタンスルホン酸、ヨードメタンスルホン酸、クロロプロパンスルホン酸、フッ化プロパンスルホン酸、ブロモプロパンスルホン酸、ヨードプロパンスルホン酸、クロロブタンスルホン酸、フッ化ブタンスルホン酸、ブロモブタンスルホン酸、ヨードブタンスルホン酸
クロロメタンホスホン酸、フッ化メチルホスホン酸、ブロモメタンホスホン酸、ヨードメタンホスホン酸、クロロプロパンホスホン酸、フッ化プロパンホスホン酸、ブロモプロパンホスホン酸、ヨードプロパンホスホン酸、クロロブタンホスホン酸、フッ化ブタンホスホン酸、ブロモブタンホスホン酸、ヨードブタンホスホン酸
等が挙げられるが、
ブロモ酢酸、クロロプロピオン酸、クロロ酢酸が好ましく、中でもクロロ酢酸が特に好ましいものとして挙げられる。
例えばプロパンスルトン、ブタンスルトン、α-アセトラクトン、β-プロピオラクトン、γ-ブチロラクトン及びδ-バレロラクトンε-カプロラクトン等が挙げられるが、中でもプロパンスルトン、ブタンスルトンが好ましい。
次に、樹脂(P)及び中間ポリマー(a)の製造方法について説明する。
前記樹脂(P)及び中間ポリマー(a)は、塊状重合法、溶液重合法、懸濁重合法、乳化重合法等の公知の重合法により、前述したモノマー混合物を共重合させることによって製造される。これらの重合法の中では、溶液重合法が好ましい。溶液重合法で用いる溶媒としては、特に限定されないが、極性有機溶媒が好ましい。極性有機溶媒が水混和性を有する場合には、水と混合して用いることもできる。極性有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等の炭素数1 〜 4 の脂肪族アルコール; アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類; 酢酸エチル等のエステル類等が挙げられる。これらの中では、ジエチレングリコール、メタノール、エタノール、1−ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン又はこれらの1 種以上と水との混合溶媒が好ましい。なお、後述するが本発明では摩砕混練方法によって着色剤粒子を得ることが好ましく、その場合は、樹脂(P)及び中間ポリマー(a)は摩砕混練方法で使用される水溶性有機溶剤中で合成するか、合成溶媒を除き溶剤を含まないことが好ましい。重合の際には、2,2'−アゾビスイソブチロニトリル、2,2'−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル) 等のアゾ化合物や、t−ブチルペルオキシオクトエート、ジベンゾイルオキシド等の有機過酸化物等の公知のラジカル重合開始剤を用いることができる。ラジカル重合開始剤の量は、モノマー混合物1モルあたり、好ましくは0.001〜5モル、より好ましくは0.01〜2モルである。重合の際には、さらに、オクチルメルカプタン、2−メルカプトエタノール等のメルカプタン類、チウラムジスルフィド類等の公知の重合連鎖移動剤を添加してもよい。
着色剤粒子を得るための着色剤としては特に制限はなく、顔料、疎水性染料、水溶性染料(酸性染料、反応染料、直接染料等)等を用いることができるが、耐水性、保存安定性及び耐擦過性の観点から、顔料及び疎水性染料が好ましい。顔料は、無機顔料及び有機顔料のいずれであってもよい。また、必要に応じて、それらと体質顔料(シリカ、炭酸カルシウム、タルク等)を併用することもできる。無機顔料としては、例えば、カーボンブラック、金属酸化物、金属硫化物、金属塩化物等が挙げられる。これらの中では、特に黒色水性インクにおいては、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る。有機顔料としては、例えば、アゾ顔料、ジアゾ顔料、フタロシアニン顔料、キナクリドン顔料、イソインドリノン顔料、ジオキサジン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、チオインジゴ顔料、アンソラキノン顔料、キノフタロン顔料等が挙げられる。
C.I.Pigment Red 1、2、3、4、5、6、7、9、10、14、17、22、23、31、32、38、41、48:1、48:2、48:3、48:4、49、49:1、49:2、52:1、52:2、53:1、57:1、60:1、63:1、66、67、81:1、81:2、81:3、83、88、90、105、112、119、122、123、144、146、147、148、149、150、155、166、168、169、170、171、172、175、176、177、178、179、184、185、187、188、190、200、202、206、207、208、209、210、216、220、224、226、242、246、254、255、264、266、269、270、272、279、
C.I.Pigment Yellow 1、2、3、4、5、6、10、11、12、13、14、15、16、17、18、20、24、31、32、34、35、35:1、36、36:1、37、37:1、40、42、43、53、55、60、61、62、63、65、73、74、77、81、83、86、93、94、95、97、98、100、101、104、106、108、109、110、113、114、115、116、117、118、119、120、123、125、126、127、128、129、137、138、139、147、148、150、151、152、153、154、155、156、161、162、164、166、167、168、169、170、171、172、173、174、175、176、177、179、180、181、182、185、187、188、193、194、199、213、214、C.I. Pigment Orange 2、5、13、16、17:1、31、34、
36、38、43、46、48、49、51、52、55、59、60、61、62、64、71、73、
C.I.Pigment Green 7、10、36、37、58、62、63、
C.I.Pigment Blue 1、2、15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6、16、22、60、64、66、79、79、80
C.I.Pigment Violet 1、19、23、27、32、37、42C.I.Pigment Brown 25、28
C.I.Pigment Black 1、7等を挙げることができる。
C.I.Pigment Red 48:1、48:2、48:3、48:4、57:1、122,146、147、148、150、170、176、177、184、185、242、254、255、264、266、269、
C.I.Pigment Yellow 12、13、14、17、74、83、108、109、120、150、151、154、155、180、185、213
C.I.Pigment Orange 36,38、43、64
C.I.Pigment Green 7、36、37、58、62、63、
C.I.Pigment Blue 15:1、15:3、15:6、16、22、60、66、
C.I.Pigment Violet 19、23、32、
C.I.Pigment Brown 25、
C.I.Pigment Black 1、7
これらの顔料であれば、インクジェット記録用インクとして十分な色再現性及び(又は)耐光性を保持することができる。但し、本発明においてはこれらに限定されるものではない。
本発明の着色剤粒子は、具体的には、以下の工程(1)及び工程(2)を順次行うことで得ることが好ましい。
「工程(1):着色剤、樹脂(P)、水溶性無機塩及び水溶性有機溶剤を含有する混合物を混練して微細化する工程。」
「工程(2):水溶性無機塩及び水溶性有機溶剤を除去する工程。」
例えば、少なくとも着色剤、樹脂(P)、水溶性無機塩及び水溶性有機溶剤を含有する混合物を、ニーダー、自転公転ミキサー、2本ロールミル、3本ロールミル、ボールミル、アトライター、横型サンドミル、縦型サンドミル及び/又はアニューラ型ビーズミル等の混練機を用いて摩砕混練を行うことができる。また着色剤の種類や、求められている微細化の程度等に応じて、処理条件等を適宜調整することができ、機械的に混練する際に加熱を行うことが好ましい。これらの摩砕混練方法の中でも、樹脂(P)の着色剤への吸着量を飛躍的に向上させるために、ニーダーを使用することが好ましい。
そのような水溶性有機溶剤としては、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、及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、及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、及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;グリセリン及びその誘導体など、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種又は2種以上混合して用いることができる。
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。
着色剤粒子表面への樹脂吸着率は、浸透性の高い溶剤と、沸点が高い溶剤を添加した際の分散安定性の観点から、30質量%以上である。樹脂吸着率が30質量%未満であると、着色剤表面への樹脂の吸着及び被覆が不十分であり、着色剤に吸着した樹脂と後述の架橋剤との反応が効果的に進まず、水性着色剤分散体の分散安定性が悪くなる。また、未吸着の樹脂との架橋反応が進み、経時安定性も悪くなる。
樹脂吸着率は、好ましく45質量%以上であり、特に好ましくは60質量%以上である。なお、樹脂吸着率の測定方法は、実施例で詳細に記載する。
本発明の水性着色剤分散体は、塩基性化合物を添加し、樹脂(P)の一般式(1)もしくはカルボキシル基を中和することで、着色剤粒子の分散安定化を図ることができる。
このために、水性着色剤分散体及びそれを用いたインクジェット記録用インクは中性又はアルカリ性に調整されたものであることが好ましい。但し、アルカリ性が強過ぎると、インクジェット記録装置に使われている種々の部材の腐食の原因となる場合があるので、7〜10のpH範囲とするのが好ましい。この際に使用されるpH調整剤としては、下記のものが挙げられる。例えば、アンモニア水、ジメチルアミノエタノール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリスヒドロキシメチルアミノメタン等の各種有機アミン、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物等の無機アルカリ剤、有機酸や鉱酸等を使用することができる。
{[中和剤の重量(g)/中和剤の当量]/[樹脂(P)の酸価(KOHmg/g)×樹脂(P)の重量(g)/(56×1000)]}×100
本発明の分散体は、架橋剤を含んでもよい。架橋剤としては、樹脂(P)を適度に架橋するため、分子中に2つ以上のカルボキシル基と反応しうる反応性官能基を有する化合物が好ましく用いられる。具体的には、イソシアネート基、アジリジン基、カルボジイミド基、オキセタン基、オキサゾリン基及びエポキシ基からなる群から選ばれる少なくとも一種の基が好ましく挙げられ、より好ましくはエポキシ基である。
分子中に2以上のイソシアネート基を有する化合物:例えば、有機ポリイソシアネート又はイソシアネート基末端プレポリマー。
有機ポリイソシアネートとしては、例えばヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート;トリレン−2,4−ジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート; 脂環式ジイソシアネート;芳香族トリイソシアネート;それらのウレタン変性体等の変性体が挙げられる。イソシアネート基末端プレポリマーは、有機ポリイソシアネート又はその変性体と低分子量ポリオール等とを反応させることにより得ることができる。
本発明の水性着色剤分散体は、少なくとも着色剤粒子、塩基性化合物及び水を含む。これらの水性着色剤分散体の製造方法としては、水性着色剤分散体の保存安定性の観点から、以下の工程(3)及び工程(4)を順次行うことが好ましい。
「工程(3):着色剤粒子と、塩基性化合物と水を添加して、樹脂(P)のカルボキシル基を中和する工程。」
「工程(4):架橋剤を添加して樹脂(P)と架橋させる工程。」
次に、本発明の水性着色剤分散体を用いて、インクジェット記録用インクを形成する場合について説明する。
インクジェット記録用インクは、印刷適性を付与するために、水と混合して使用される水溶性溶剤を含む。これらの溶剤としては、グリコールエーテル類、ジオール類が良く、中でも(ポリ)アルキレングリコールモノアルキルエーテル、炭素数3〜6のアルカンジオールが効果的である。これらの溶剤は基材への浸透が非常に速く、コート紙、アート紙や塩化ビニルシート、フィルムといった低吸液性の基材に対しても、浸透が速い。そのため、印刷時の乾燥が速く、正確な印字を実現することができる。また、沸点が高いため、湿潤剤としての働きは十分である。
さらに、本発明の水性着色剤分散体を用いたインクジェット記録用インクは、水性のエマルション樹脂を含有することが好ましい。水性エマルションを含有することで、粘度を上させずに、印字した塗膜の耐性を向上させることができる。これにより、耐水性、耐溶剤性、耐擦過性などが向上する。水溶性の樹脂を添加しても、ある程度耐性の向上は期待できるが、粘度が上昇してしまう傾向にある。インクジェット記録用インクの場合、ノズルからインクを吐出できる粘度にはある範囲があり、あまり粘度が高いとインクを吐出することができなくなることがあるため、粘度の上昇を抑えることは重要である。
重量平均分子量(Mw)は、TSKgelカラム(東ソ−社製)を用い、RI検出器を装備したGPC(東ソ−社製、HLC−8320GPC)で、展開溶媒にTHFを用いて測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)である。
三角フラスコ中に試料、約1gを精密に量り採り、蒸留水/ジオキサン(重量比:蒸留水/ジオキサン=1/9)混合液50mlを加えて溶解する。上記試料溶液に対して、電位差測定装置(京都電子工業株式会社製、装置名「電位差自動滴定装置 AT−710M」)を用いて、0.1mol/L水酸化カリウム・エタノール溶液(力価F)で滴定を行い、滴定終点までに必要な水酸化カリウム・エタノール溶液の量(a(mL))を測定した。乾燥状態の樹脂の値として、酸価(mgKOH/g)を次式により求めた。
酸価(mgKOH/g)={(5.611×a×F)/S}/(不揮発分濃度/100)
ただし、S:試料の採取量(g)
a:0.1mol/L水酸化カリウム・エタノール溶液の消費量(ml)
F:0.1mol/L水酸化カリウム・エタノール溶液の力価
三角フラスコ中に試料、約1gを精密に量り採り、蒸留水/ジオキサン(重量比:蒸留水/ジオキサン=1/9)混合液50mlを加えて溶解する。上記試料溶液に対して、電位差測定装置(京都電子工業株式会社製、装置名「電位差自動滴定装置 AT−710M」)を用いて、0.02mol/L過塩素酸・ジオキサン溶液(力価f)で滴定を行い、滴定終点までに必要な過塩素酸・ジオキサン溶液の量(b(mL))を測定した。乾燥状態の樹脂の値として、アミン価(mgKOH/g)を次式により求めた。
アミン価(mgKOH/g)={(5.611×b×f)/S}/(不揮発分濃度/100)
ただし、S:試料の採取量(g)
b:0.02mol/L過塩素酸・ジオキサン溶液の消費量(ml)
f:0.02mol/L過塩素酸・ジオキサン溶液の力価
(樹脂P−1)
セパラブル4口フラスコに温度計、冷却管、窒素ガス導入管、撹拌装置を取り付けた反応容器にブタノール100.0部、アデカスタブLA−82(株式会社ADEKA製)20.0部、ベンジルメタクリレート40.0部、単量体A1 20.0部、メタクリル酸20.0部、チオグリセロール2.0部を仕込み、反応容器内を窒素置換した。反応容器内を110℃に加熱して、2,2'−アゾビスイソブチロニトリル0.3部を添加したのち、7時間反応させた。続いて変性種として1,3−プロパンスルトンを10.2部、ブタノール50.0部を上記容器内に投入し、110℃で7時間反応を続けアミン価が消失したところで、室温まで冷却し反応を終了した。得られた溶液を40℃真空で24時間乾燥させ、重量平均分子量7,000、酸価161mgKOH/gの樹脂P−1を得た。
表1に記載の様に原料を変更した以外は樹脂P−1と同様にして合成し、樹脂P−2〜P−19を得た。
セパラブル4口フラスコに温度計、冷却管、窒素ガス導入管、撹拌装置を取り付けた反応容器にブタノール100.0部、N−ジメチルアミノエチルメタクリレート10.0部、n−ブチルアクリレート40.0部、ベヘニルアクリレート20.0部、ベンジルメタクリレート10.0部、単量体A2を20.0部、チオグリセロール0.4部を仕込み、反応容器内を窒素置換した。反応容器内を110℃に加熱して、2,2'−アゾビスイソブチロニトリル0.3部を添加したのち、7時間反応させた。得られた溶液を40℃真空で24時間乾燥させ、重量平均分子量40,000、酸価0の樹脂P’−1を得た。
表1に記載の様に原料を変更した以外は樹脂P’−1と同様にして合成し、樹脂P’−2〜P’−3を得た。
DMAEMA:N−ジメチルアミノエチルメタクリレート
DMAPMA:N−(3−ジメチルアミノプロピル)メタクリルアミド
LA82:アデカスタブLA−82(株式会社ADEKA製)
BA:n−ブチルアクリレート
VA:ベヘニルアクリレート
BzMA:ベンジルメタクリレート
単量体A1:一般式(4)において、R1=メチル基、R2=エチレン基、R3=メチル基、m=23である単量体
単量体A2:一般式(4)において、R1=メチル基、R2=エチレン基、R3=メチル基、m=4である単量体
MAA:メタクリル酸
(着色剤粒子Z−1)
着色剤としてC.I.ピグメント レッド122(DIC社製「FASTOGENSuperMagentaRG T」)(以下、PR122と示す)35.0部、樹脂(P)としてP−1を12.25部、水溶性無機塩として塩化ナトリウム175.0部、水溶性有機溶剤としてジエチレングリコール6.4部をステンレス製ガロンニーダー(井上製作所社製)に仕込み、80℃で3時間混練した。この混合物を室温に冷却し、水1,000部に投入し、約40℃に加熱しながらハイスピードミキサーで約1時間攪拌してスラリー状とし、濾過、水洗を繰り返して塩化ナトリウム及び水溶性有機溶剤を除き、減圧下40℃で乾燥して着色剤粒子を得た。
表2に記載の様に原料を変更した以外は着色剤粒子Z−1と同様にして調製し、着色剤粒子Z−2〜Z−21、Z−23〜Z−26を得た。
着色剤としてPR122 35.0部、樹脂(P)としてP−1を12.25部、水溶性有機溶剤としてジエチレングリコール20.0部を、ハイスピードミキサーで10分間攪拌した。この混合物を水1,000部に投入し、約40℃に加熱しながらハイスピードミキサーで約1時間攪拌してスラリー状とし、濾過、水洗を繰り返して水溶性有機溶剤を除き、減圧下40℃で乾燥して着色剤粒子Z−22を得た。
PR122: C.I.ピグメント レッド122、DIC社製、「FASTOGENSuperMagentaRG T」
PY180: C.I.ピグメントイエロー180、クラリアントジャパン社製、「NOVOPERM Yellow P−HG」
(水性着色剤分散体C−1)
着色剤粒子Z−1を20.0部、塩基性化合物として10%水酸化カリウム水溶液を、用いた樹脂(P)の酸価から中和度が100%になるように19.7部、防腐剤としてPROXEL GXL(S)(Lonza製)を0.03部、さらに不揮発分が22%になるようにイオン交換水を加え、70℃のオイルバスで加温しながらディスパーで約1時間撹拌し、その後室温まで冷却した。次いで超音波照射機(商品名「UP400S」、hielscher社製)を使用し、氷冷下で10分間超音波照射させた。なお、超音波照射機の振幅は70%とした。
次いで、架橋剤としてデナコールEX321(エポキシ架橋剤、ナガセケムテックス製、不揮発分100%、エポキシ当量140g/eq)を着色剤粒子に使用した樹脂(P)のカルボン酸/架橋剤モル比で0.5eqになるように、1.81部(不揮発分100%換算で1.81部)加え70℃に昇温させ、さらに約1時間撹拌し、再度不揮発分が22%になるようにイオン交換水で調整し、水性着色剤分散体C−1を得た。
(水性着色剤分散体C−2〜C−21、C−23、C−25〜31、C−33〜34)
使用する着色剤粒子、塩基性化合物、架橋剤を表3に従って変更した以外は、実施例1と同様にして水性着色剤分散体C−2〜C−21、C−23、C−25〜31、C−33〜34を得た。
(水性着色剤分散体C−22)
着色剤粒子(Z−22)を20.0部、用いた樹脂(P)の酸価から中和度が100%になるように塩基性化合物として10%水酸化カリウム水溶液を19.7部、防腐剤としてPROXEL GXL(S)(Lonza製)を0.03部、さらに不揮発分が22%になるようにイオン交換水を加え、均一になるようにハイスピードミキサーで予備分散した後、直径0.5mmジルコニアビーズ1800gを充填した容積0.6Lのダイノーミルを用いて2時間本分散を行った。
次いで、架橋剤としてデナコールEX321(エポキシ架橋剤、ナガセケムテックス製、不揮発分100%、エポキシ当量140g/eq)を着色剤粒子に使用した樹脂(P)のカルボン酸/架橋剤モル比で0.5eqになるように、1.81部(不揮発分100%換算で1.81部)加え70℃に昇温させ、さらに約1時間撹拌し、再度不揮発分が22%になるようにイオン交換水で調整し、水性着色剤分散体C−22を得た。
(水性着色剤分散体C−24)
着色剤粒子(Z−1)を20.0部、塩基性化合物として10%水酸化カリウム水溶液を、用いた樹脂(P)の酸価から中和度が100%になるように19.7部、防腐剤としてPROXEL GXL(S)(Lonza製)を0.03部、さらに不揮発分が22%になるようにイオン交換水を加え、70℃のオイルバスで加温しながらディスパーで約1時間撹拌し、その後室温まで冷却した。次いで超音波照射機(商品名「UP400S」、hielscher社製)を使用し、氷冷下で10分間超音波照射し、水性着色剤分散体C−24を得た。なお、超音波照射機の振幅は70%とした。なお、本明細書で実施例24は参考例である。さらに実施例24の水性着色剤分散体C−24を使用した実施例55も参考例である。
(水性着色剤分散体C−32)
着色剤粒子(Z−24)を20.0部、防腐剤としてPROXEL GXL(S)(Lonza製)を0.03部、さらに不揮発分が22%になるようにイオン交換水を加え、70℃のオイルバスで加温しながらディスパーで約1時間撹拌した。次いで超音波照射機(商品名「UP400S」、hielscher社製)を使用し、氷冷下で10分間超音波照射し、水性着色剤分散体C−32を得た。なお、超音波照射機の振幅は70%とした。
(水性着色剤分散体C−35)
使用する着色剤を表3に従って変更した以外は、比較例1と同様にして水性着色剤分散体C−35を得た。
(樹脂吸着率の測定)
得られた水性着色剤分散体を、超遠心分離機で100,000rpmで6時間遠心分離を行い、着色剤粒子を沈降させた。その後上澄みが透明であることを確認して上澄み液を採取し、上澄み液の不揮発分を測定し、吸着されなかった樹脂量(カリウムイオンとイオン結合した状態のもの)を算出した。この時、着色剤に吸着し着色剤を被覆した樹脂は、着色剤粒子とともに沈降し、着色剤に吸着されていない樹脂は上澄み液中に溶解することから、樹脂吸着量を下記の式に従い算出した。
樹脂吸着率(%)=(初期の樹脂量−上澄みの樹脂量)×100/初期の樹脂量
初期の樹脂量:着色剤粒子使用量×樹脂(P)の対顔料比
上澄みの樹脂量:(上澄みの不揮発分×(試験用水性着色剤分散体全重量―試験用水性着色剤分散体の固形分量)
得られた水性着色剤分散体について、以下の評価を行った。結果を表3に示す。
得られた水性着色剤分散体を500倍に水希釈し、該希釈液約5mlを動的光散乱測定法(測定装置はマイクロトラック(株)日機装製)により測定をおこなった。この時、得られた体積粒子径分布データ(ヒストグラム)のピークを(D50)とした。
水性着色剤分散体を60℃の恒温機に2週間保存・経時促進させた後、体積メディアン径D50を測定し、その変化率を算出し、以下の基準で評価した。
◎ :D50変化率が±10%未満(きわめて良好)
○ :D50変化率が±10%以上±20%未満(良好)
○△:D50変化率が±20%以上±30%未満(実用上問題なし)
△ :D50変化率が±30%以上±50%未満(実用上問題なし)
× :D50変化率が±50%以上(不良)
KOH:水酸化カリウム
DMAE:N−ジメチル−2−アミノエタノール
NaOH:水酸化ナトリウム
Tris:トリスヒドロキシメチルアミノメタン
EX321:ナガセケムテックス製、デナコールEX321、エポキシ架橋剤、不揮発分100%、エポキシ当量140g/eq
DZ−22E:日本触媒製、ケミタイトDZ−22Eアジリジン架橋剤、不揮発分30%、アジリジン当量168g/eq
V02:日清紡製、カルボジライトV02カルボジイミド架橋剤、不揮発分40%、カルボジイミド当量590g/eq
[実施例32]
(インクジェット記録用インクJ−1)
実施例1で得られた水性着色剤分散体C−1を33.3部、プロピレングリコールを16.65部、1,2−ヘキサンジオールを16.65部、イオン交換水を33.3部、レベリング剤としてサーフィノールDF110D(エアープロダクツジャパン製)を0.1部、消泡剤として2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオールを0.1部混合し、インクジェット記録用インキJ−1を作製した。
(インクジェット記録用インクJ−2〜37)
使用する水性着色剤分散体、混合溶媒を表4に従って変更した以外は、実施例32と同様にしてインクジェット記録用インクJ−2〜J−37を得た。
得られたインクジェット記録用インクについて、以下の評価を行った。結果を表4に示す。
得られたインクジェット記録用インキを100倍に水希釈し、該希釈液約5mlを動的光散乱測定法(測定装置はマイクロトラック(株)日機装製)により測定をおこなった。この時、得られた体積粒子径分布データ(ヒストグラム)のピークを(D50)μmとした。
インクジェット記録用インクを25℃の恒温機に9か月間保存し、先述の体積メディアン径D50の測定と同様に測定、評価を行った。経時保存前のインクジェット記録用インキのD50値と比較して変化率を算出し、以下の基準で評価した。
◎:D50変化率が±5%未満(非常に良好)
○:D50変化率が±5%以上±15%未満(特に良好)
△:D50変化率が±15%以上±25%未満(実用上問題無し)
×:D50変化率が±25%以上(不良)
インクジェット記録用インクを60℃の恒温機に2週間保存・経時促進させた後、先述の体積メディアン径D50の測定と同様に測定、評価を行った。経時保存前のインクジェット記録用インキのD50値と比較して変化率を算出し、以下の基準で評価した。
◎:D50変化率が±10%未満(きわめて良好)
○:D50変化率が±10%以上±30%未満(良好)
△:D50変化率が±30%以上50%未満(実用上問題なし)
×:D50変化率が±50%以上(不良)
得られたインクジェット記録用インクをインクジェットプリンター(エプソン社製「PM−750C」)のカートリッジに詰めて、コート紙(王子製紙製OKトップコート+、米坪104.7g/m2)に印刷した。印刷したサンプルをルーペで観察し、ドットのつながりと色のムラを目視で観察し、以下の基準で評価した。
<ドットつながり>
◎:ドットのつながりが全くない(非常に良好)、
○:ドットのつながりがわずかにある(実用上問題なし)
×:ドットのつながりがある(不良)
<印刷ムラ>
◎:色のムラが全くない(非常に良好)、
○:色のムラがわずかにある(実用上問題なし)
×:色のムラがある(不良)
Claims (11)
- 一般式(1)におけるX+が前記一般式(3)で表される2価の連結基である、請求項2に記載の水性着色剤分散体。
- 樹脂(P)の重量平均分子量が5,000〜20,000である、請求項1〜3いずれか1項に記載の水性着色剤分散体。
- 樹脂(P)の酸価が120〜350mgKOH/gである、請求項1〜4いずれか1項に記載の水性着色剤分散体。
- 樹脂(P)が、さらに、炭素原子数1〜6のアルキレンオキシ基及びカルボキシル基を有する請求項1〜5いずれか1項に記載の水性着色剤分散体。
- 動的光散乱法による体積メディアン径が20〜100nmである、請求項1〜6いずれか1項に記載の水性着色剤分散体。
- 着色剤粒子が、樹脂(P)が着色剤表面に吸着し、かつ、着色剤粒子中の着色剤に対する樹脂(P)の吸着量(未中和樹脂吸着率)が30質量%以上の着色剤粒子である、請求項1〜7いずれか1項に記載の水性着色剤分散体。
- 文具用着色剤、塗料用着色剤、印刷インク用着色剤、電子写真用着色剤、インクジェットインク用着色剤又は捺染剤用着色剤に用いられる、請求項1〜8のいずれか1項に記載の水性着色剤分散体。
- 請求項1〜9いずれか1項に記載の水性着色剤分散体を含む、インクジェット記録用インク。
- 下記工程が順次行われることを特徴とする水性着色剤分散体の製造方法。
工程1)着色剤、下記一般式(1)で表される繰り返し単位と炭素原子数1〜6のアルキレンオキシ基とカルボキシル基とを有する樹脂(P)、水溶性無機塩、及び水溶性有機溶剤を含有する混合物を混練して微細化する工程
工程2)水溶性無機塩及び水溶性有機溶剤を除去する工程
工程3)塩基性化合物及び水を添加して樹脂(P)のカルボキシル基を中和する工程
工程4)イソシアネート基、アジリジン基、カルボジイミド基、オキセタン基、オキサゾリン基及びエポキシ基からなる群から選ばれる少なくとも一種の基を含む架橋剤を添加して架橋剤と樹脂(P)とを架橋させる工程
一般式(1)
[一般式(1)において、R11は水素原子又はメチル基を表し、R12及びR13は、それぞれ独立に、2価の連結基を表し、X+は、カチオン性の2価の連結基を表し、Y−は、アニオン性の1価の基を表す。]
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