JP7216193B2 - マイクロカプセル、マイクロカプセル組成物、並びに、インク組成物、塗料及び樹脂組成物 - Google Patents

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Description

本開示は、マイクロカプセル、マイクロカプセル組成物、並びに、インク組成物、塗料及び樹脂組成物に関する。
従来から、色材を用いて記録される記録物において、長期にわたる保存安定性が要求されており、特に曝光下において記録物の褪色が生じないこと(即ち、耐光性)に対する要求が高い。
例えば、特許第3446213号公報には、耐光性を向上させるため、染料または顔料を高分子ポリマーで包含した微粒子を含むインク組成物において、紫外線吸収活性を有する部位及び光安定化活性を有する部位を分子鎖中に有する高分子を用いることが開示されている。この高分子は、具体的に、紫外線吸収活性及び/又は光安定化活性を有する部位を有するモノマーを重合させることにより得られることが記載されている。
また、特開2000-34430号公報には、ポリウレア/ポリウレタン壁マイクロカプセルを水性媒体中に分散させたインク組成物において、マイクロカプセルに水不溶性の色素と退色防止剤を共に含有させることが開示されている。
更に、特開2005-305872号公報には、感熱記録材料及び多色感熱記録材料に好適に使用することができる、カプラーあるいは顕色剤との接触により高い発色性示し、かつ生保存性に優れたマイクロカプセルが開示されている。また特開2005-305872号公報には、カプセル壁のポリウレタン及び/又はウレアが化学構造中にトリアジン環を含むことが記載されている。
しかしながら、特許第3446213号公報に具体的に開示されている高分子は、紫外線吸収活性及び/又は光安定化活性を有する部位を側鎖に有している。そのため、耐光性をより向上させるために紫外線吸収活性及び/又は光安定化活性を有する部位を増加させると、シェルの強度が低下する課題がある。この場合、着色力を向上させるためにシェルの厚さを薄くすると、紫外線吸収活性及び/又は光安定化活性を有する部位が相対的に少なくなるため、耐光性は低下する。したがって、耐光性、着色力及び強度の全てを成り立たせることは困難である。
特開2000-34430号公報に開示されているポリウレア/ポリウレタン壁マイクロカプセルは、退色防止剤がコア部に存在し、シェル部に存在するものではないため、優れた耐光性は期待できない。
また、特開2005-305872号公報には、マイクロカプセルにおいて、ポリウレタン及び/又はウレアからなるカプセル壁が化学構造中にトリアジン環を含むことが開示されている。しかし、特開2005-305872号公報は、「かぶり」と呼ばれる地肌の発色が現われないように、カプラーあるいは顕色剤との接触により高い発色性を示し、かつ生保存性に優れたものとする技術であり、色材を含有し、色材に対する耐光性については検討されていない。
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものである。
本発明の一実施形態によれば、耐光性に優れ、高い着色力及び高い強度を有するマイクロカプセルが提供される。
本発明の他の実施形態によれば、耐光性に優れ、高い着色力及び高い強度を有するマイクロカプセルを含むマイクロカプセル組成物が提供される。
本発明の他の実施形態によれば、耐光性に優れ、高い着色力及び高い強度を有するマイクロカプセルを含むインク組成物、塗料及び樹脂組成物が提供される。
本開示は、以下の態様を含む。
<1> ポリマーを含むシェル部とシェル部に内包されるコア部とを含み、
コア部は、色材を含み、ポリマーは、主鎖中に紫外線吸収性骨格を有する、マイクロカプセルである。
<2> コア部の質量Cに対するシェル部の質量Sの比率S/Cは、1/7~3/1である<1>に記載のマイクロカプセルである。
<3> 紫外線吸収性骨格の色材に対する質量比率は、10質量%~70質量%である<1>又は<2>に記載のマイクロカプセルである。
<4> ポリマーは、ポリウレタン、ポリウレア、ポリウレタンウレア、ポリアミノプラスト、ポリエステル、ポリエーテル、又はポリアミドである<1>~<3>のいずれか1つに記載のマイクロカプセルである。
<5> ポリマーは、ポリウレア、ポリウレタン、又はポリウレタンウレアである<1>~<4>のいずれか1つに記載のマイクロカプセルである。
<6> 紫外線吸収性骨格は、紫外線吸収性化合物に由来する骨格である<1>~<5>のいずれか1つに記載のマイクロカプセルである。
<7> 紫外線吸収性化合物は、水酸基、アミノ基、チオール基、エポキシ基、及びカルボキシ基からなる群より選ばれる少なくとも2つの、分子内水素結合を形成しない置換基を有する<6>に記載のマイクロカプセルである。
<8> 紫外線吸収性骨格は、ベンゾフェノン骨格、ベンゾトリアゾール骨格、又はトリアジン骨格である<1>~<7>のいずれか1つに記載のマイクロカプセルである。
<9> 紫外線吸収性骨格は、下記式(1)で表されるベンゾフェノン化合物に由来する骨格である<1>~<8>のいずれか1つに記載のマイクロカプセルである。
Figure 0007216193000001
式(1)中、R、R、R、R、R、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシ基、又はスルホ基を表し、R~Rのうちの少なくとも2つは水酸基又はアミノ基である。
<10> <1>~<9>のいずれか1つに記載のマイクロカプセルと、溶媒と、を含むマイクロカプセル組成物である。
<11> <1>~<9>のいずれか1つに記載のマイクロカプセルと、溶媒と、を含むインク組成物である。
<12> <1>~<9>のいずれか1つに記載のマイクロカプセルと、溶媒と、を含む塗料である。
<13> <1>~<9>のいずれか1つに記載のマイクロカプセルと、樹脂と、を含む樹脂組成物である。
本発明の一実施形態によれば、耐光性に優れ、高い着色力及び高い強度を有するマイクロカプセルが提供される。
本発明の他の実施形態によれば、耐光性に優れ、高い着色力及び高い強度を有するマイクロカプセルを含むマイクロカプセル組成物が提供される。
本発明の他の実施形態によれば、耐光性に優れ、高い着色力及び高い強度を有するマイクロカプセルを含むインク組成物、塗料及び樹脂組成物が提供される。
以下、本開示のマイクロカプセル、マイクロカプセル組成物、並びに、インク組成物、塗料及び樹脂組成物について詳細に説明する。
なお、本開示の実施形態に関わる構成要件の説明は、本開示の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本開示はそのような実施態様に限定されるものではない。
本明細書において「~」を用いて示された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を意味する。
本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本明細書において、組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する複数の物質の合計量を意味する。
また、本明細書において、2以上の好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。
さらに、本明細書において、「工程」という語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても、その工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
本明細書において、「シェル部」は、マイクロカプセルの粒子を形づくる外殻を指し、いわゆるカプセル壁のことをいう。また、「コア部」は、「芯部」ともいい、シェル部により内包されている部分を指す。
本明細書において、シェル部を形成するための材料を「シェル材」又は「壁材」といい、コア部に含まれる成分を「コア材」又は「被内包物」という。
また、本開示において、「内包」とは、目的とする物(すなわち、被内包物)がマイクロカプセルのシェル部に覆われて閉じ込められている状態を指す。
[マイクロカプセル]
本開示のマイクロカプセルは、ポリマーを含むシェル部と、シェル部に内包されたコア部と、を含み、コア部は色材を含み、シェル部のポリマーは、主鎖中に紫外線吸収性骨格を有する。
シェル部のポリマーは、シェル部を形成するためのシェル材(壁材)である。
従来から、マイクロカプセルに耐光性を付与するため、側鎖に紫外線吸収性基を有するポリマーでシェル部を形成する方法、又は紫外線吸収性の化合物をシェル部で覆って内包する方法が知られている。
前者において耐光性を高めるには、ポリマー中の、紫外線吸収性基を側鎖に有する部分の質量比率を高める必要がある。しかし、紫外線吸収性基を側鎖に有する部分の含有比率を高めると、シェル部の強度が低下してマイクロカプセルとしての形状を保持することができないことがある。即ち、マイクロカプセルの強度の観点から、耐光性の向上には限界がある。かかる状況に対し、シェル部を厚くしてマイクロカプセルの強度を高めようとすると、シェル部の透過性が損なわれ着色力が低下する傾向にある。更に、シェル部を厚くすると、単位体積当たりの色材量が減少するため、やはり着色力が低下する傾向にある。そのため、優れた耐光性を確保しつつ、高い着色力及び高い強度を成り立たせることは難しい。
また後者では、必ずしも満足できる耐光性が得られない場合がある。
上記のような状況を踏まえ、本開示のマイクロカプセルでは、シェル部を形成するシェル材であるポリマーが、主鎖中に紫外線吸収性骨格を有する。この場合、ポリマー中の紫外線吸収性骨格の含有比率を高めても、シェル部の強度は低下せずに維持される。したがって、シェル部の厚さを厚くせずとも、紫外線吸収骨格の存在量を増やすことができる。そのため、本開示のマイクロカプセルは、耐光性に優れ、高い着色力及び高い強度を有している。
なお、着色力とは、マイクロカプセルに内包された色材の性状、量等に応じて発現する着色性能をいい、着色濃度を指標に評価することができる。
(シェル部)
本開示におけるシェル部は、シェル材として、主鎖中に紫外線吸収性骨格を有するポリマーを含む。
本開示のマイクロカプセルにおいて、シェル部がポリマーの主鎖中に紫外線吸収性骨格を有するので、コア材として紫外線吸収剤を含む場合に比べ、耐光性に優れている。耐光性を高める観点から紫外線吸収性骨格の存在比率を高める場合にも、コア材である紫外線吸収剤の含有量を増やす場合に比べ、シェル部の強度低下が抑えられ、シェル部の強度を良好に維持できる利点がある。また、シェル部の強度を良好に維持し得るため、シェル部の厚さを薄くすることができ、内包された色材による着色濃度(すなわち、着色力)も向上する。
ポリマーの主鎖とは、ポリマー中の鎖状部分のうち相対的に最も長く幹となる結合鎖を指す。
本開示において、「紫外線吸収性骨格」とは、分子内で紫外線吸収性を示す部位を意味する。「紫外線吸収性」とは、紫外線を吸収する性質を意味し、具体的には、太陽光又は蛍光中の紫外線(好ましくは波長190nm~400nm、より好ましくは波長300nm~380nm)を吸収し、紫外線を熱等のエネルギーに変換する性質を意味する。
紫外線吸収性骨格は、紫外線吸収性化合物に由来する骨格であることが好ましい。
紫外線吸収性化合物に由来する骨格は、紫外線吸収性化合物がシェル材であるポリマーを形成するための原料化合物と反応することで、紫外線吸収性化合物によってポリマー中に導入される構造部分を指す。換言すると、紫外線吸収性化合物は、ポリマーを形成し得るための原料化合物の1つでもある。
ポリマーへ紫外線吸収性骨格を導入する方法は、特に限定されないが、例えば、少なくとも2つの反応性基を有する紫外線吸収性化合物と、紫外線吸収性化合物の反応性基と反応可能な少なくとも2つの官能基を有する化合物(言い換えると、紫外線吸収性化合物以外の、ポリマーを形成するための原料化合物)と、を反応させる方法が挙げられる。
この場合、ポリマーの主鎖に導入される紫外線吸収性骨格は、原料となる紫外線吸収性化合物に由来する骨格である。
本開示において、紫外線吸収性骨格には、紫外線吸収性化合物と、紫外線吸収性化合物以外の、ポリマーを形成するための原料化合物(以下、単に「紫外線吸収性化合物以外の原料化合物」ともいう。)と、が反応して形成される結合部分は含めないものとする。例えば、少なくとも2つの反応性基(例えば水酸基)を有する紫外線吸収性化合物と、紫外線吸収性化合物以外の原料化合物(例えばポリマーがポリウレタンの場合はイソシアネート化合物)とが反応してウレタン結合を形成する場合、ウレタン結合の部分(-C(=O)NH-)は、紫外線吸収性骨格には含めないものとする。
紫外線吸収性骨格に上記結合部分が含まれないことについて、後述する式(1)で表されるベンゾフェノン化合物のうち、置換基を有してもよい2,4,4’-トリヒドロキシベンゾフェノンを用いた場合を例に説明する。
置換基を有してもよい2,4,4’-トリヒドロキシベンゾフェノンと、紫外線吸収性化合物以外の原料化合物(例えばポリマーがポリウレタンの場合はイソシアネート化合物)と、が反応することにより、以下に示す構造部分が主鎖に導入される。
つまり、ポリマーがポリウレタンの場合の紫外線吸収性骨格は、2,4,4’-トリヒドロキシベンゾフェノンの構造のうち、2,4,4’-トリヒドロキシベンゾフェノン(紫外線吸収性化合物)とイソシアネート化合物とが反応して形成される結合部分、すなわちウレタン結合(-C(=O)NH-)の部分を含まない構造部分を指す。
なお、下記構造部分中のR、R、R、R及びRは、後述する式(1)中の置換基と同義であり、*はポリマーの主鎖における結合手を表す。
Figure 0007216193000002
本開示における紫外性吸収性化合物は、シェル材であるポリマーの主鎖に紫外線吸収性骨格を導入する観点から、分子内に紫外線吸収性骨格と、分子内水素結合を形成しない反応性基を少なくとも2つ有する化合物であることが好ましい。
反応性基は、ポリマーの種類により異なり、水酸基、アミノ基、チオール基、エポキシ基、及びカルボキシ基からなる群より選ばれる置換基であることが好ましい。
紫外線吸収性化合物が上記置換基を有することにより、紫外線吸収性化合物を、上記置換基と反応可能な少なくとも2つの官能基を有する化合物(言い換えると、紫外線吸収性化合物以外の原料化合物)と反応させることができる。結果、主鎖中に紫外線吸収性骨格を有するポリマーを得ることができる。
紫外線吸収性骨格は、紫外線吸収性を有していれば構造は特に限定されないが、紫外線吸収活性が高く、かつ、耐光性が高いという観点から、ベンゾフェノン骨格、ベンゾトリアゾール骨格、又はトリアジン骨格であることが好ましい。具体的には、紫外線吸収性骨格は、ベンゾフェノン化合物に由来するベンゾフェノン骨格、ベンゾトリアゾール化合物に由来するベンゾトリアゾール骨格、又はトリアジン化合物に由来するトリアジン骨格であることが好ましい。
上記置換基を有する紫外線吸収性化合物の好ましい例としては、上記置換基を有するベンゾトリアゾール化合物、上記置換基を有するトリアジン化合物、及び、上記置換基を有するベンゾフェノン化合物が挙げられる。
上記置換基を有するベンゾトリアゾール化合物としては、例えば、2-(2’-ヒドロキシ-3’-アミノフェニル)-5-ヒドロキシベンゾトリアゾール、及び2-[2’-ヒドロキシ-4’-(2,3-ジヒドロキシプロポキシ)フェニル]-5-クロロベンゾトリアゾールが挙げられる。
上記置換基を有するトリアジン化合物としては、例えば、2-[4,6-ビス(2,4-ジメチルフェニル) -1,3,5-トリアジン-2-イル]-5-(2,3-ジヒドロキシプロポキシ)フェノール、2-(2,4-ジヒドロキシフェニル)-4,6-ビス(2,4-ジメチルフェニル)-1,3,5-トリアジン 、2,4,6-トリス(2,4-ジヒドロキシ-3-メチルフェニル)-1,3,5-トリアジン、及び2-(2,4-ジヒドロキシフェニル)-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジンが挙げられる。
ベンゾフェノン化合物は、溶剤への溶解性が高いため、ポリマーにベンゾフェノン骨格を多く導入することが可能である。即ち、ベンゾフェノン化合物を用いると、ポリマーにおけるベンゾフェノン骨格の質量比率を増加させることができ、耐光性をより向上させることができる。
したがって、本開示における紫外線吸収性骨格は、ベンゾフェノン骨格であることがより好ましい。
上記置換基を有するベンゾトリアゾール化合物は、下記式(1)で表されるベンゾフェノン化合物が好ましい。式(1)で表されるベンゾフェノン化合物は、上記置換基として水酸基及びアミノ基の少なくとも一方を合計で2つ以上有している。
Figure 0007216193000003
式(1)において、R~Rは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシ基、又はスルホ基を表し、R~Rのうちの少なくとも2つは、水酸基又はアミノ基である。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、及び臭素原子が挙げられる。
アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、t-ブチル基、及びヘキシル基が挙げられ、炭素数1~8(好ましくは炭素数1~4)のアルキル基が好ましい。
アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、n-ブトキシ基、t-ブトキシ基、及びヘキシルオキシが挙げられ、炭素数1~8(好ましくは炭素数1~4)のアルコキシ基が好ましい。
カルボキシ基は、塩の形態で存在してもよく、塩としては、例えばカルボン酸のアルカリ金属塩(例えば、ナトリウム塩、又はカリウム塩)が挙げられる。
スルホ基(スルホン酸基)は、塩の形態で存在してもよく、塩としては、例えばスルホン酸のアルカリ金属塩(例えば、ナトリウム塩、又はカリウム塩)が挙げられる。
~Rのうち、2つ以上が水酸基である場合が好ましい。
式(1)で表されるベンゾフェノン化合物としては、例えば、2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン、2,3,4-トリヒドロキシベンゾフェノン、2,4,4’-トリヒドロキシベンゾフェノン、及び2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン-5,5’-スルホン酸ナトリウムが挙げられる。
本開示における紫外線吸収性化合物としては、耐光性、着色力及び強度の鼎立の観点から、特に、式(1)で表されるベンゾフェノン化合物であることが好ましく、式(1)で表され、少なくとも2つの水酸基を有するベンゾフェノン化合物であることがより好ましい。
シェル部のポリマーに含まれる紫外線吸収性骨格の、色材に対する質量比率は、10質量%~70質量%であることが好ましく、より好ましくは12質量%~70質量%であり、更に好ましくは15質量%~65質量%であり、特に好ましくは20質量%~60質量%であり、最も好ましくは25質量%~55質量%である。
紫外線吸収性骨格の色材に対する質量比率が10質量%以上であることで、耐光性により優れたものとなる。また、紫外線吸収性骨格の色材に対する質量比率が70質量%以下であることで、シェル部を形作るモノマー成分の相対量が少なくなり過ぎないので、シェル部の強度をより良好に保つことができる。
ポリマーに含まれる紫外線吸収性骨格の、色材に対する質量比率は、以下の方法で算出される。即ち、マイクロカプセルに含まれる紫外線吸収性骨格と色材とを特定してそれぞれの量を求め、下記式より算出される。
紫外線吸収性骨格の比率(質量%)=紫外線吸収性骨格の質量/色材の質量×100
シェル部を形成するシェル材であるポリマーの製造において、紫外線吸収性化合物と反応する化合物(言い換えると、紫外線吸収性化合物以外の原料化合物)は、紫外線吸収性化合物の有する少なくとも2つの反応性基と反応可能な少なくとも2つの官能基を有する化合物であることが好ましい。官能基としては、例えば、イソシアネート基、カルボキシ基、エポキシ基、及びC(=O)Cl基が挙げられる。
紫外線吸収性化合物と反応させる化合物は、1種単独でもよく、2種以上を併用してもよい。
本開示におけるシェル部は、シェル部を形成するシェル材であるポリマーとして、ポリウレタン、ポリウレア、ポリウレタンウレア、ポリアミノプラスト、ポリエステル、ポリエーテル、又はポリアミドを含むことが好ましい。
シェル部を形成するシェル材がこれらのポリマーであると、シェル部の強度が高い。
中でも、ポリマーは、ポリウレア、ポリウレタン、又はポリウレタンウレアであることがより好ましい。
ウレタン結合及びウレア結合は、分子間で水素結合が形成されるため、シェル部の強度がより高くなる。また、ポリマーがポリウレア、ポリウレタン、又はポリウレタンウレアであると、弾性率が高く、マイクロカプセルに外力を与えた場合にシェル部が壊れにくい性状を付加することができる。
ポリアミノプラストは、尿素及びメラミン等のアミノ基含有化合物とホルムアルデヒド等のアルデヒド化合物とを反応させて得られるポリマーである。ポリアミノプラストとしては、例えば、メラミン-ホルムアルデヒド樹脂、及び、尿素-ホルムアルデヒド樹脂が挙げられる。
[ポリウレタン、ポリウレア、ポリウレタンウレア]
シェル材であるポリマーがポリウレタン、ポリウレア又はポリウレタンウレアである場合、上記の、少なくとも2つの官能基を有する化合物は、少なくとも2つのイソシアネート基を有する多官能イソシアネート化合物(すなわち、ポリイソシアネート)が好適である。ポリイソシアネートには、芳香族ポリイソシアネート及び脂肪族ポリイソシアネートが含まれる。ポリイソシアネートは、2官能のポリイソシアネート及び3官能以上のポリイソシアネートのいずれであってもよい。
イソシアネート基と水酸基とが反応すると、ウレタン結合が形成される。
したがって、例えば、官能基として少なくとも2つのイソシアネート基を有する化合物と、反応性基として水酸基を有する紫外線吸収性化合物とが反応した場合、紫外線吸収性骨格を有するポリウレタンが得られる。
また、官能基として少なくとも2つのイソシアネート基を有する化合物と、反応性基としてアミノ基を有する紫外線吸収性化合物とが反応した場合、紫外線吸収性骨格を有するポリウレアが得られる。
更に、官能基として少なくとも2つのイソシアネート基を有する化合物と、反応性基として水酸基及びアミノ基を有する紫外線吸収性化合物とが反応した場合、紫外線吸収性骨格を有するポリウレタンウレアが得られる。
シェル材であるポリマーがポリウレタン、ポリウレア又はポリウレタンウレアである場合、ポリマーは、芳香族ポリイソシアネートに由来する構造部分及び脂肪族ポリイソシアネートに由来する構造部分の少なくとも一方の構造部分を有することが好ましい。
なお、「構造部分」とは、ウレタン反応又はウレア反応させることで末端の基が変化して形成される構造単位を指す。
-2官能のイソシアネート化合物-
シェル材であるポリマーがポリウレタン、ポリウレア又はポリウレタンウレアである場合、ポリマーは2官能のイソシアネート化合物に由来する構造部分を有することができる。即ち、シェル材であるポリウレタン、ポリウレア又はポリウレタンウレアは、2官能の脂肪族イソシアネート化合物に由来する構造部分及び2官能の芳香族イソシアネート化合物に由来する構造部分から選ばれる少なくとも一方の構造部分を有することができる。
2官能の脂肪族イソシアネート化合物に由来する構造部分とは、2官能の脂肪族イソシアネート化合物がウレタン化又はウレア化して形成される構造部分を指す。
2官能の芳香族イソシアネート化合物に由来する構造部分とは、2官能の芳香族イソシアネート化合物がウレタン化又はウレア化して形成される構造部分を指す。
2官能の脂肪族イソシアネート化合物としては、例えば、トリメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、プロピレン-1,2-ジイソシアネート、ブチレン-1,2-ジイソシアネート、シクロヘキシレン-1,2-ジイソシアネート、シクロヘキシレン-1,3-ジイソシアネート、シクロヘキシレン-1,4-ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン-4,4’-ジイソシアネート、1,4-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン及び1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、イソホロンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、及び水素化キシリレンジイソシアネートが挙げられる。
2官能の芳香族イソシアネート化合物としては、例えば、m-フェニレンジイソシアネート、p-フェニレンジイソシアネート、2,6-トリレンジイソシアネート、2,4-トリレンジイソシアネート、ナフタレン-1,4-ジイソシアネート、メチレンジフェニル-4,4’-ジイソシアネート、3,3’-ジメトキシ-ビフェニルジイソシアネート、3,3’-ジメチルジフェニルメタン-4,4’-ジイソシアネート、キシリレン-1,4-ジイソシアネート、キシリレン-1,3-ジイソシアネート、4-クロロキシリレン-1,3-ジイソシアネート、2-メチルキシリレン-1,3-ジイソシアネート、4,4’-ジフェニルプロパンジイソシアネート、及び4,4’-ジフェニルヘキサフルオロプロパンジイソシアネートが挙げられる。
イソシアネート化合物については「ポリウレタン樹脂ハンドブック」(岩田敬治編、日刊工業新聞社発行(1987))に記載されている。
-3官能以上のイソシアネート化合物-
また、シェル材であるポリマーがポリウレタン、ポリウレア又はポリウレタンウレアである場合、ポリマーは3官能以上のイソシアネート化合物に由来する構造部分を有することができる。3官能以上のイソシアネート化合物に由来する構造部分を有することで、シェル部の強度及び柔軟性を高めることができる。
3官能以上のイソシアネート化合物に由来する構造部分とは、3官能以上のイソシアネート化合物がウレタン化又はウレア化して形成される構造部分を指す。
3官能以上の脂肪族イソシアネート化合物としては、2官能の脂肪族イソシアネート化合物(すなわち、分子中に2つのイソシアネート基を有する化合物)と分子中に3つ以上の活性水素基を有する化合物(例えば、3官能以上のポリオール、ポリアミン又はポリチオール)とのアダクト体(すなわち付加物)として3官能以上としたイソシアネート化合物(すなわちアダクト型)、及び2官能の脂肪族イソシアネート化合物の3量体(例えばビウレット型又はイソシアヌレート型)を挙げることができる。
アダクト型の3官能以上のイソシアネート化合物は、上市されている市販品を用いてもよい。市販品の例としては、タケネート(登録商標)D-120N(イソシアネート価=3.5 mmol/g)、D-140N、D-160N(以上、三井化学株式会社製)、スミジュール(登録商標)HT(バイエル株式会社製)、コロネート(登録商標)HL、HX(東ソー株式会社製)、デュラネートP301-75E(旭化成株式会社製)、及びバーノック(登録商標)DN-950(DIC株式会社製)が挙げられる。
中でも、アダクト型の3官能以上のイソシアネート化合物は、三井化学株式会社製のタケネート(登録商標)シリーズ(例えば、タケネートD-110N、D-120N、D-140N、又はD-160N)がより好ましい。
イソシアヌレート型の3官能以上のイソシアネート化合物は、上市されている市販品を用いてもよい。市販品の例としては、タケネート(登録商標)D-127N、D-170N、D-170HN、D-172N、D-177N(三井化学株式会社製)、スミジュールN3300、デスモジュール(登録商標)N3600、N3900、Z4470BA(以上、バイエル株式会社製)、コロネート(登録商標)HK(東ソー株式会社製)、デュラネート(登録商標)TPA-100、TKA-100(旭化成株式会社製)、及びバーノック(登録商標)DN-980(DIC株式会社製)が挙げられる。
ビウレット型の3官能以上のイソシアネート化合物は、上市されている市販品を用いてもよく、例えば、タケネート(登録商標)D-165N、NP1200(三井化学株式会社製)、デスモジュール(登録商標)N3200A(バイエル株式会社製)、及びデュラネート(登録商標)24A-100、22A-75P(旭化成株式会社製)が挙げられる。
3官能以上の芳香族イソシアネート化合物の具体例としては、2,6-トリレンジイソシアネート、2,4-トリレンジイソシアネート又はヘキサメチレンジイソシアネートとトリメチロールプロパンとの付加物(すなわちアダクト型)、並びにビウレット体及びイソシアヌレート体が挙げられる。
3官能以上の芳香族イソシアネート化合物として上市されている市販品を用いてもよく、市販品の例としては、バーノック(登録商標)D-750、D-800(DIC株式会社製)、タケネート(登録商標)D-102、D-103、D-103H、D-103M2、D-110N、オレスター(登録商標)P49-75S(以上、三井化学株式会社製)、デスモジュール(登録商標)L75、IL-135-BA、HL-BA、スミジュール(登録商標)E-21-1(バイエル株式会社製)、及びコロネート(登録商標)L、L-55、L-55E(東ソー株式会社製)が挙げられる。
3官能以上のイソシアネート化合物に由来する構造部分の、シェル材中の固形分質量に占める割合は、20質量%~95質量%が好ましく、30質量%~90質量%がより好ましい。3官能以上のイソシアネート化合物に由来する構造部分の割合が20質量%以上であると、良好にシェルを形成することができる。また、3官能以上のイソシアネート化合物に由来する構造部分の割合が95質量%以下であると、耐光性向上に必要な紫外線吸収性骨格を導入できる点で有利である。
本開示におけるシェル材であるポリウレタン、ポリウレア又はポリウレタンウレアは、3官能以上のイソシアネート化合物に由来する構造部分を有することが好ましい。
本開示における3官能以上のイソシアネート化合物は、3官能以上の脂肪族イソシアネート化合物及び3官能以上の芳香族イソシアネート化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましく、3官能以上の脂肪族イソシアネート化合物を単独で含むことがより好ましい。
-ポリオール、ポリアミン-
シェル材であるポリマーがポリウレタン、ポリウレア又はポリウレタンウレアである場合、イソシアネート化合物とウレタン化又はウレア化させる化合物としてポリオール及びポリアミンを用いることができる。
即ち、ポリウレタン、ポリウレア又はポリウレタンウレアの製造に用いる油相には、ポリオール及びポリアミンを含有させることができる。
ポリオールは、1分子あたり2個以上の水酸基を有する任意の構造を有する分子である。ポリオールは、1分子あたり3個以上の水酸基を有することが好ましく、例えば4個又は8個の水酸基を有してよい。
ポリオールは、合成ポリオール又は天然ポリオールのいずれでもよく、直鎖状、分枝状又は環状の構造の分子であってもよい。
ポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、ポリエチレングリコール(重合度は2、3、4、5、又は6以上であってよい。)、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール(重合度は2、3、4、5、又は6以上であってよい。)、ネオペンチルグリコール、3-メチル-1,3-ブタンジオール、1,3-ブチレングリコール、イソプレングリコール、1,2-ペンタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、グリセリン、ポリグリセリン(重合度は2、3、4、5、又は6以上であってよい。)、ペンタエリスリトール、及びN,N,N’,N’-テトラキス(2-ヒドロキシプロピル)エチレンジアミンが挙げられる。
ポリアミンには、ジアミン、トリアミン、及びテトラアミンが含まれる。ポリアミンとしては、例えば、トリエタノールアミン、ヘキサメチレンジアミン、及びジエチレントリアミンが挙げられる。
ポリオール及びポリアミンの総量としては、イソシアネート化合物の総量に対して、0.01質量%~25質量%が好ましく、0.1質量%~20質量%がより好ましい。
[ポリエーテル、ポリエステル]
シェル材であるポリマーがポリエーテル又はポリエステルである場合、上記の、少なくとも2つの官能基を有する化合物として、少なくとも2つのエポキシ基を有する化合物は好適である。
エポキシ基が反応すると、エーテル結合が形成される。
シェル材であるポリマーがポリエーテルである場合、少なくとも2つのエポキシ基を有する化合物としては、例えば、エチレングリコールジグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ハロゲン化されたビスフェノールAジ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、ポリグリセリンポリグリシジルエーテル、グリセリンポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、ジグリセリンポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ポリブタジエンジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジ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、ジプロピレングリコールジグリシジルエーテル、1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル等のグリシジルエーテル;テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジル-p-アミノフェノール等のグリシジルアミン;及び、フタル酸ジグリシジルエステル、テレフタル酸ジグリシジルエステル、ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジルエステル、ダイマー酸ジグリシジルエステル等のグリシジルエステルが挙げられる。
また、少なくとも2つのエポキシ基を有する化合物は、エポキシ樹脂であってもよい。エポキシ樹脂の構造は特に限定されず、グリシジルエーテル型、グリシジルアミン型、及びグリシジルエステル型のいずれであってもよい。
例えば、官能基として少なくとも2つのエポキシ基を有するグリシジルエーテル、又はグリシジルエーテル型のエポキシ樹脂と、反応性基として水酸基及びアミノ基から選択される置換基を少なくとも2つ有する紫外線吸収性化合物と、が反応した場合、紫外線吸収性骨格を有するポリエーテルが得られる。
また、少なくとも2つのエポキシ基を有するグリシジルエステル、又はグリシジルエステル型のエポキシ樹脂と、水酸基及びアミノ基から選択される置換基を少なくとも2つ有する紫外線吸収性化合物と、が反応した場合、紫外線吸収性骨格を有するポリエステルが得られる。
これらの反応には、硬化剤を用いてもよい。
また、シェル材であるポリマーがポリエステルである場合、上記の、少なくとも2つの官能基を有する化合物として、少なくとも2つのC(=O)Cl基を有する化合物は好適である。
少なくとも2つのC(=O)Cl基を有する化合物としては、例えば、テレフタロイルクロリド、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸ジクロリド、2,6-ナフタレンジカルボン酸ジクロリド、4,4’-ビフェニルジカルボン酸ジクロリド、3,3’-ビフェニルジカルボン酸ジクロリド及び4,4’-オキシビス(ベンゾイルクロリド)、イソフタロイルジクロリド、フタロイルジクロリド、及び1,3,5-ベンゼントリカルボニルトリクロリドが挙げられる。
C(=O)Cl基又はC(=O)H基と水酸基とが反応すると、エステル結合が形成される。
例えば、少なくとも2つのC(=O)Cl基を有する化合物と、反応性基として水酸基を有する紫外線吸収性化合物と、が反応した場合、紫外線吸収性骨格を有するポリエステルが得られる。例えば、以下に示す「紫外線吸収性骨格を含む主鎖の例3」は、テレフタロイルクロリドとベンゾフェノン化合物とを用いて反応させた場合の主鎖を示している。
また、C(=O)Cl基とアミノ基とが反応すると、アミド結合が形成される。
例えば、少なくとも2つのC(=O)Cl基を有する化合物と、アミノ基を有する紫外線吸収性化合物と、が反応した場合、紫外線吸収性骨格を有するポリアミドが得られる。例えば、以下に示す「紫外線吸収性骨格を含む主鎖の例4」及び「紫外線吸収性骨格を含む主鎖の例5」は、ポリアミノプラストにおける主鎖を示している。
以下に、ポリマーの主鎖に紫外線吸収性骨格を有する例を示す。但し、本開示では、これらの例に制限されるものではない。なお、以下の構造は、紫外線吸収性骨格のみを示すものではない。
Figure 0007216193000004
Figure 0007216193000005
シェル部は、場合によりポリマー以外の成分を含有していてもよい。
シェル部(壁)の厚み(壁厚)は、0.01μm~10μmであることが好ましく、より好ましくは0.02μm~5μmである。
シェル部(壁)の厚み(壁厚)は、5個のマイクロカプセルの個々の壁厚(μm)を走査型電子顕微鏡(SEM)により求めて平均した平均値をいう。
具体的には、マイクロカプセル液を任意の支持体上に塗布し、乾燥させて塗布膜を形成する。得られた塗布膜の断面切片を作製し、その断面をSEMを用いて観察し、任意の5個のマイクロカプセルを選択して、それら個々のマイクロカプセルの断面を観察して壁厚を測定して平均値を算出する。
本開示のマイクロカプセルは、シェル部を構成する成分の、コア部及びシェル部を構成する成分の全質量に対する割合は、固形分で75質量%以下であることが好ましい。
マイクロカプセルにおけるシェル部を構成する成分の、コア部及びシェル部を構成する成分の全質量に対する割合は、マイクロカプセルを製造する際のコア材の成分とシェル材の成分との質量比により調整することができる。
(コア部)
本開示のマイクロカプセルは、既述のシェル部内に所望とする成分の1つとして色材をコア材として内包している。コア材は、シェル部に内包されたコア部をなす材料である。
-色材-
色材の種類は特に限定されず、染料及び顔料のいずれであってもよい。
染料は、通常公知のものを用いることができ、水溶性染料及び油溶性染料のいずれであってもよく、耐光性の点では、油溶性染料が好ましい。
顔料は、有機顔料及び無機顔料のいずれであってもよい。
染料としては、特に制限はなく、油溶性染料、直接染料、酸性染料、食用染料、塩基性染料、反応性染料、分散染料、建染染料、可溶性建染染料、反応分散染料、などの各種染料を挙げることができる。
無機顔料としては、特に制限はなく、公知の方法によって製造されたカーボンブラックを使用することができる。
有機顔料としては、特に制限はなく、アゾ顔料(アゾレーキ、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ顔料等を含む)、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、キノフタロン顔料等)、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、及びアニリンブラックを挙げることができる。
色材のコア部における含有量としては、特に制限はなく、要求される色濃度、色調等に応じて適宜選択すればよい。
コア部は、色材以外の成分を含有していてもよい。色材以外の成分としては、例えば、溶媒、オイル成分、添加剤、及びシェル部を形成するポリマーの原料である未反応物を挙げることができる。
-溶媒-
コア部は、必要に応じて、マイクロカプセルを製造する際の壁材の油相中への溶解性を高めるための油相成分として溶媒を含有してもよい。マイクロカプセルを製造する際に、油相に溶媒を含有させることにより油相の粘度を変化させることができる。油相の粘度によって乳化におけるせん断の程度が変わるため、変動係数を調整することができる。
溶媒としては、例えば、メチルエチルケトン等のケトン系化合物、酢酸エチル等のエステル系化合物、及びイソプロピルアルコール等のアルコール系化合物が挙げられる。なお、ここでいう溶媒とは、沸点が130℃以下の液体を意味する。
-オイル成分-
コア部は、オイル成分を含有してもよい。なお、オイル成分とは、沸点が130℃を超える液体を意味し、上記溶媒とは区別される。オイル成分としては、トリ(カプリル・カプリン酸)グリセリル、ミリスチン酸イソプロピル等の脂肪酸エステル系化合物、ジイソプロピルナフタレン等のアルキルナフタレン系化合物、1-フェニル-1-キシリルエタン等のジアリールアルカン系化合物、イソプロピルビフェニル等のアルキルビフェニル系化合物、トリアリールメタン系化合物、アルキルベンゼン系化合物、ベンジルナフタレン系化合物、ジアリールアルキレン系化合物、アリールインダン系化合物等の芳香族炭化水素;フタル酸ジブチル、イソパラフィン等の脂肪族炭化水素;ツバキ油、大豆油、コーン油、綿実油、菜種油、オリーブ油、ヤシ油、ひまし油、魚油等の天然動植物油;及び、鉱物油等の天然物高沸点留分が挙げられる。
-添加剤-
例えば、紫外線吸収剤、光安定化剤、酸化防止剤、ワックス、臭気抑制剤などの添加剤は、必要に応じて、マイクロカプセルに内包することができる。
添加剤は、本開示における効果を著しく損なわない範囲で含有することができる。
~マイクロカプセル~
マイクロカプセルの体積標準のメジアン径(D50)は、0.05μm~100μmであることが好ましく、0.07μm~70μmであることがより好ましく、0.1μm~50μmであることが更に好ましい
メジアン径(D50)が0.05μm以上であることで、マイクロカプセルが割れにくくなることを防ぐことができ、また、粒子の表面積が大きくなり過ぎないため、シェル部の形成に要するシェル材の量が少なく抑えられ、着色力を良好に維持できる。
メジアン径(D50)が100μm以下であることで、付着性の低下を防ぐことができ、また、マイクロカプセルが大きくなり過ぎず、観察時の視認方向の過度な色材の重なりが減るため、着色力を良好に維持できる。
マイクロカプセルの体積標準のメジアン径は、分散の条件を変更すること等により制御することができる。
マイクロカプセルの体積標準のメジアン径(D50)とは、マイクロカプセル全体について、粒径が小さい(又は大きい)粒子から体積を累計した場合に累計が50%となる粒子径をいう。マイクロカプセルの体積標準のメジアン径は、粒子径分布測定装置を用いて測定することができる。
マイクロカプセルにおいて、コア部の質量Cに対する、シェル部の質量Sの比率(S/C)は、1/7~3/1であることが好ましく、より好ましくは1/6~2/1であり、更に好ましくは1/3~1/1であり、更に好ましくは1/2~1/1であり、特に好ましくは1/1.5~1/1である。
S/Cが3/1以下であることで、着色力がより高いものとなる。
一方、S/Cが1/7以上であることで、耐光性により優れ、シェル部の強度が高く保持されたものとなる。本開示のマイクロカプセルは、シェル部のポリマーの主鎖に紫外線吸収性骨格を導入した構造であるので、紫外線吸収性骨格をポリマーの側鎖に導入した従来の構造に比べ、ポリマー自体の強度を保ちやすい。これにより、紫外線吸収性骨格を多く導入することができ、薄厚でも良好な強度を有するものとなる。
なお、質量C及び質量Sは、いずれも固形分量に基づいて算出される値である。
~マイクロカプセルの製造方法~
本開示のマイクロカプセルの製造は、シェル材であるポリマーの種類に応じて異なるが、いずれの場合も公知の方法に基づいて行うことができる。
以下、ポリマーとしてポリウレタン、ポリウレア又はポリウレタンウレアを用いたシェルを形成する場合を一例に説明する。
但し、本開示は、以下の方法に制限されるものではない。
本開示のマイクロカプセルは、溶媒、シェル材であるポリマーを形成するための原料化合物の一部(例えばポリマーがポリウレタンである場合、イソシアネート化合物)と色材及び必要に応じて他のコア材とを含む油相を水相に分散して乳化液を調製し(第1工程)、必要に応じて乳化液に原料化合物の他の一部(例えば上記の場合はポリオール、ポリアミン)を加え(第2工程)、シェル材形成用成分を油相と水相との界面で重合させてシェル部を形成してコア部をなすコア材を内包したマイクロカプセルを作製する(第3工程)ことを有する方法により作製することができる。
[第1工程]
第1工程では、溶媒、シェル材形成用成分の一部及び色材等のコア材を含む油相を水相に分散して乳化液を調製することができる。
油相が溶媒を含むと、マイクロカプセルの単分散性が高められる。
本開示における乳化液は、溶媒とシェル材形成用成分の一部と色材を含む油相を、少なくとも水を含む水相中に加えて分散させることによって調製することができる。
(油相)
本開示における油相は、少なくとも溶媒とシェル材形成用成分の一部(ポリマーがウレタン・ウレア系である場合はイソシアネート化合物)と色材と紫外線吸収性化合物とを含むことが好ましく、必要に応じて、オイル成分、添加剤などの他の成分が含まれてもよい。
第1工程で使用可能な溶媒及びシェル材形成用成分は、既述のマイクロカプセルの項に記載した通りである。また、オイル成分及び添加剤の詳細については、既述のマイクロカプセルの項に記載した通りである。
色材の油相の固形分中における含有量としては、特に制限はなく、要求される色濃度、色調等のパラメータに応じて適宜選択すればよく、例えば5質量%~90質量%とすることができる。
シェル材形成用成分の一部の油相中における濃度は、マイクロカプセルの粒子サイズ、壁厚に鑑みて適宜調整することができる。
例えばポリウレタン、ポリウレア又はポリウレタンウレアをシェル材とする場合、イソシアネート化合物の油相中における含有量は、マイクロカプセルの粒子サイズ、壁厚等に応じて適宜調整することができる。イソシアネート化合物の油相中における含有量は、例えば、油相の全質量に対して、1質量%~80質量%の範囲とすることができ、2質量%~50質量%が好ましく、3質量%~30質量%がより好ましい。
(水相)
本開示における水相は、少なくとも水系媒体を含むことが好ましく、更に乳化剤を含むことがより好ましい。
-水系媒体-
水系媒体としては、水、及び水と親水性有機溶媒との混合溶媒が挙げられ、イオン交換水を用いることができる。
水系媒体の水相中における含有量は、水相に油相を乳化分散して得られる乳化液の全質量に対して、20質量%~98質量%が好ましく、30質量%~95質量%がより好ましく、50質量%~90質量%が更に好ましい。
-乳化剤-
乳化剤としては、分散剤もしくは界面活性剤又はこれらの組み合わせが挙げられる。
分散剤としては、例えば、ポリビニルアルコール及びその変性物(例えばアニオン変性ポリビニルアルコール)、ポリアクリル酸アミド及びその誘導体、エチレン-酢酸ビニル共重合体、スチレン-無水マレイン酸共重合体、エチレン-無水マレイン酸共重合体、イソブチレン-無水マレイン酸共重合体、ポリビニルピロリドン、エチレン-アクリル酸共重合体、酢酸ビニル-アクリル酸共重合体、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、カゼイン、ゼラチン、澱粉誘導体、アラビアゴム及びアルギン酸ナトリウムが挙げられ、ポリビニルアルコールが好ましい。
分散剤は、シェル材と反応しないこと又は極めて反応し難いことが好ましく、例えばゼラチンなどの分子鎖中に反応性のアミノ基を有する分散剤は、予め反応性を失わせる処理をしておくことが好ましい。
界面活性剤としては、ノニオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤が挙げられる。界面活性剤は、一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
ノニオン界面活性剤は、特に制限されず、従来公知のものを用いることができる。
ノニオン界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系化合物、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル系化合物、ポリオキシエチレンポリスチリルフェニルエーテル系化合物、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル系化合物、グリセリン脂肪酸部分エステル系化合物、ソルビタン脂肪酸部分エステル系化合物、ペンタエリスリトール脂肪酸部分エステル系化合物、プロピレングリコールモノ脂肪酸エステル系化合物、ショ糖脂肪酸部分エステル系化合物、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸部分エステル系化合物、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸部分エステル系化合物、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル系化合物、ポリグリセリン脂肪酸部分エステル系化合物、ポリオキシエチレン化ひまし油系化合物、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸部分エステル系化合物、脂肪酸ジエタノールアミド系化合物、N,N-ビス-2-ヒドロキシアルキルアミン系化合物、ポリオキシエチレンアルキルアミン、トリエタノールアミン脂肪酸エステル、トリアルキルアミンオキシド、ポリエチレングリコール、及びポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールの共重合体が挙げられる。
アニオン界面活性剤は、特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。
アニオン界面活性剤としては、例えば、脂肪酸塩、アビエチン酸塩、ヒドロキシアルカンスルホン酸塩、アルカンスルホン酸塩、ジアルキルスルホ琥珀酸エステル塩、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩、分岐鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、アルキルフェノキシポリオキシエチレンプロピルスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルスルホフェニルエーテル塩、N-メチル-N-オレイルタウリンナトリウム塩、N-アルキルスルホコハク酸モノアミド二ナトリウム塩、石油スルホン酸塩、硫酸化牛脂油、脂肪酸アルキルエステルの硫酸エステル塩、アルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、脂肪酸モノグリセリド硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンスチリルフェニルエーテル硫酸エステル塩、アルキルリン酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルリン酸エステル塩、スチレン-無水マレイン酸共重合物の部分けん化物、オレフィン-無水マレイン酸共重合物の部分けん化物、ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物、アルキルポリオキシアルキレンスルホアルキルエーテルの塩、及びアルケニルポリオキシアルキレンスルホアルキルエーテルの塩が挙げられる。
カチオン界面活性剤は、特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。
カチオン界面活性剤としては、例えば、アルキルアミン塩、第四級アンモニウム塩(例えば、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド)、ポリオキシエチレンアルキルアミン塩、及びポリエチレンポリアミン誘導体が挙げられる。
両性界面活性剤は、特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。
両性界面活性剤としては、例えば、カルボキシベタイン、アミノカルボン酸、スルホベタイン、アミノ硫酸エステル、及びイミタゾリンが挙げられる。
乳化剤の濃度は、油相と水相との混合物である乳化液の全質量に対し、0質量%超20質量%以下が好ましく、0.005質量%~15質量%がより好ましく、0.01質量%~10質量%が更に好ましい。
水相は、必要に応じて、紫外線吸収剤、酸化防止剤、防腐剤などの他の成分を含有してもよい。他の成分を含有する場合の含有量は、水相の全質量に対して0質量%超20質量%以下が好ましい。
(分散)
分散は、油相を油滴として水相に分散させること(乳化)をいう。分散は、油相と水相との分散に通常用いられる手段、例えば、ホモジナイザー、マントンゴーリー、超音波分散機、ディゾルバー、ケディーミル、又はその他の公知の分散装置を用いて行うことができる。
水相に対する油相の混合比率(油相/水相;質量基準)は、0.1~1.5が好ましく、0.2~1.2がより好ましく、0.4~1.0が更に好ましい。混合比率が上記範囲内であると、適度の粘度に保持でき、製造適性に優れ、乳化液の安定性に優れる。
[第2工程]
上記の第1工程後、必要に応じて、第1工程で得た乳化液にシェル材形成用成分の他の一部(ポリマーがウレタン・ウレア系である場合は例えばポリオール、ポリアミン)を加える工程を設けてもよい。
第1工程で使用可能なシェル材形成用成分の他の一部は、既述のマイクロカプセルの項に記載した通りである。
例えばポリウレタン、ポリウレア又はポリウレタンウレアをシェル材とする場合、ポリオール及びポリアミンの油相中における総含有量は、マイクロカプセルの粒子サイズ、壁厚等に応じて適宜調整することができる。ポリオール及びポリアミンの油相中における総含有量は、シェル材形成用成分の一部であるイソシアネート化合物に対して、1質量%~30質量%の範囲とすることができ、3質量%~20質量%が好ましく、5質量%~15質量%がより好ましい。
[第3工程]
第3工程では、シェル材形成用成分を油相と水相との界面で重合させてシェル部を形成してコア部をなすコア材を内包したマイクロカプセルを作製する。
重合は、乳化液中に含まれるシェル材形成用成分を油相と水相との界面で重合させる工程であり、これによりシェルが形成される。重合は、好ましくは加熱下で行われる。重合における反応温度は、通常は30℃~100℃が好ましく、40℃~80℃がより好ましい。また、重合の反応時間は、通常は0.5時間~10時間程度が好ましく、1時間~5時間程度がより好ましい。重合温度が高い程、重合時間は短くなるが、高温で分解するおそれのあるコア材又はシェル材を使用する場合には、低温で作用する重合開始剤を選択して、比較的低温で重合させるのが望ましい。
重合工程中に、マイクロカプセル同士の凝集を防止するためには、水性溶液(例えば、水、又は酢酸水溶液)を更に加えてマイクロカプセル同士の衝突確率を下げることが好ましく、充分な攪拌を行うことも好ましい。重合工程中に改めて凝集防止用の分散剤を添加してもよい。更に、必要に応じて、ニグロシン等の荷電調節剤、又はその他任意の補助剤を添加することができる。これらの補助剤は、シェルの形成時、又は任意の時点で添加することができる。
<マイクロカプセル組成物>
本開示のマイクロカプセル組成物は、既述の本開示のマイクロカプセルと、溶媒と、を含有する。マイクロカプセルのコア部が溶媒を含有する場合に、マイクロカプセル組成物が含有する溶媒は、マイクロカプセルのコア部が含有する溶媒と同じであってもよく、異なっていてもよい。なお、マイクロカプセル組成物が含有する溶媒とは、マイクロカプセルの外側に存在する溶媒を意味し、マイクロカプセルのコア部が含有する溶媒とは区別される。
-溶媒-
マイクロカプセル組成物が含有する溶媒は、水系溶媒が好適である。
マイクロカプセル組成物が溶媒を含むことで、マイクロカプセル組成物は、種々の用途に用いる場合に容易に配合することができる。水系溶媒としては、水、及び水と親水性有機溶媒との混合溶媒が挙げられる。
マイクロカプセル組成物における溶媒の含有量は、目的又は用途に応じて適宜選択することができる。
-分散媒-
マイクロカプセル含有組成物は、マイクロカプセルを分散する上記溶媒以外の分散媒を含むことができる。マイクロカプセル組成物が分散媒を含むことで、マイクロカプセル組成物は種々の用途に用いる際に容易に配合することができる。
ここでの分散媒は、組成物の使用目的に応じて適宜選択することができ、マイクロカプセルのシェル材に影響を与えない液状成分であることが好ましい。好ましい分散媒としては、粘度調整剤、又は安定化剤が挙げられる。
マイクロカプセル組成物における分散媒の含有量は、目的又は用途に応じて適宜選択すればよい。
-その他の成分-
マイクロカプセル組成物は、マイクロカプセル、溶媒及び分散媒に加え、更にその他の成分を含有することができる。
その他の成分には、特に制限はなく、目的又は必要に応じて適宜選択すればよい。その他の成分としては、例えば、界面活性剤、架橋剤、潤滑剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、及び帯電防止剤が挙げられる。
<インク組成物、塗料、樹脂組成物>
本開示のマイクロカプセルは、耐光性に優れ、高い着色力及び高い強度を有していることから、耐光性が求められる用途、外力が与えられる使用環境で用いられる用途、又は、良好な濃淡及び色調が求められる用途に好適に用いることができる。
具体的な例として、本開示のマイクロカプセルは、例えば、インク組成物、塗料、又は樹脂組成物に好適である。
本開示のインク組成物は、既述の本開示のマイクロカプセルと、溶媒と、を含む。
マイクロカプセルの詳細については既述の通りであるので、ここでの説明は省略する。
溶媒としては、インクに一般に使用されている水及び有機溶剤を適宜選択して使用することができ、例えば、水、有機溶剤、及びこれらの混合溶媒を挙げることができる。有機溶剤としては、一価のアルコール;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、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、プロピレングリコール等の多価アルコール;エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル等の多価アルコールのアルキルエーテル;尿素;2-ピロリドン、及びN-メチル-2-ピロリドンが挙げられる。
溶媒の含有量については、特に制限はなく、目的、使用形態等に応じて適宜選択すればよい。
本開示の塗料は、既述の本開示のマイクロカプセルと、溶媒と、を含む。
マイクロカプセルの詳細については既述の通りであるので、ここでの説明は省略する。
溶媒としては、塗料に一般に使用されている有機溶剤を適宜選択して使用することができる。溶媒の含有量については、特に制限はなく、目的、使用形態等に応じて適宜選択すればよい。
本開示の樹脂組成物は、既述の本開示のマイクロカプセルと、樹脂と、を含む。
マイクロカプセルの詳細については既述の通りであるので、ここでの説明は省略する。
樹脂としては、特に制限はなく、目的及び用途に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリウレタン、及びポリアミドが挙げられる。樹脂の含有量も特に制限はなく、目的、使用形態等に応じて適宜選択すればよい。
以下、本開示を実施例により更に具体的に説明する。但し、本開示はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
なお、コア部の質量Cに対するシェル部の質量Sの比率を「S/C」と表記する。
また、マイクロカプセルの体積標準のメジアン径(D50)は、マイクロトラックMT3300EXII(日機装株式会社製)を用いて、マイクロカプセル全体における、粒径の小さい側から粒子の体積を累計した場合に累計が50%となる粒子径を求めた。
本実施例で使用した略語は、それぞれ以下に示す化合物を意味する。
なお、構造式中の「Me」はメチル基を示す。
・ベンゾフェノン1:2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン
・ベンゾフェノン2:2,3,4-トリヒドロキシベンゾフェノン
・ベンゾフェノン3:2,4,4’-トリヒドロキシベンゾフェノン
Figure 0007216193000006
・ベンゾフェノン4:2,2’-ジヒドロキシ-4,4’-ジメトキシベンゾフェノン
Figure 0007216193000007
・トリアジン1:2,4,6-トリス(2,4-ジヒドロキシ-3-メチルフェニル)-1,3,5-トリアジン
Figure 0007216193000008
・ベンゾトリアゾール1:2-(2’-ヒドロキシ-3’-アミノフェニル)-5-ヒドロキシベンゾトリアゾール
Figure 0007216193000009
(参考例)
マイクロカプセルを調製する前に、主鎖中に紫外線吸収性骨格を有するポリマーが得られていることの確認を行う予備実験を行った。
酢酸エチル5gに、紫外線吸収性化合物である2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン(ベンゾフェノン1;既述の式(1)で表されるベンゾフェノン化合物)を0.5g添加し、溶解させた。そこに、メタキシリレンジイソシアネートのトリメチロールプロパンアダクト体(製品名「タケネートD-110N」、三井化学エムシー社製)を2.0g添加し2時間撹拌したところ、白色の沈殿物が生じた。これにより、2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノンとメタキシリレンジイソシアネートのトリメチロールプロパンアダクト体とが反応し、主鎖中に2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン由来の骨格を有するポリマーが形成されていることを確認した。
なお、上記との対比として、2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノンを2,2’-ジヒドロキシ-4,4’-ジメトキシベンゾフェノン(ベンゾフェノン4)に変更して同様の予備実験を行ったところ、沈殿物は生じなかった。即ち、2,2’-ジヒドロキシ-4,4’-ジメトキシベンゾフェノンとメタキシリレンジイソシアネートのトリメチロールプロパンアダクト体とが反応しないか、又は反応が非常に遅かったものと考えられる。この場合、主鎖中に2,2’-ジヒドロキシ-4,4’-ジメトキシベンゾフェノン由来の骨格を有するポリマーは形成されていないと判断した。
(実施例1)
20mLビーカーに酢酸エチルを10g入れ、ズダンブラックB(製品名「Solvent Black 3」、富士フイルム和光純薬社製)を2.0g、2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン(ベンゾフェノン1)を0.6g添加し、溶解させた。そこに、メタキシリレンジイソシアネートのトリメチロールプロパンアダクト体(製品名「タケネートD-110N」、三井化学エムシー社製;3官能以上のイソシアネート化合物)を1.4g添加し、10分間撹拌した。この溶液を溶液Aとする。
次いで、ポリビニルアルコールの3質量%水溶液(製品名「PVA-217」、クラレ社製)30.0gに、溶液Aを添加し、ホモジナイザー(製品名「エクセルオートホモジナイザー ED-7」、日本精機製作所製)を用いて3,000rpm(revolutions per minute)で10分間撹拌した。この溶液を溶液Bとする。
そして、溶液Bを200mLナスフラスコに移し、400rpmで撹拌した。溶液Bを撹拌しながら、ジエチレントリアミンの10質量%水溶液2.0gを5分間かけて溶液Bに滴下した。その後、窒素気流下、50℃まで昇温し、50℃で90分間撹拌した。90分後、80℃まで昇温し、80℃で2時間撹拌することで酢酸エチルを留去させた。
室温まで冷却し、S/Cが1/1であるマイクロカプセルを含有するインクを30g得た。
上記参考例での予備実験を踏まえ、マイクロカプセルのシェル部は、主鎖中に2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン由来の骨格(紫外線吸収性骨格)を有するポリウレタンウレアで形成されていることを確認した。
また、マイクロカプセルの体積標準のメジアン径(D50)は、0.15μmであった。
(実施例2)
20mLビーカーに酢酸エチルを10g入れ、ズダンブラックB(製品名「Solvent Black 3」、富士フイルム和光純薬社製)を2.0g、2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノンを0.6g添加し、溶解させた。この溶液を溶液Aとする。
別の20mLビーカーに酢酸エチル15gを入れ、テレフタロイルクロライドを1.4g添加し、溶解させた。この溶液を溶液Bとする。
そして、溶液Aに溶液Bを添加し、混合した。この混合溶液を溶液Cとする。
次いで、水30gに、非イオン性界面活性剤(製品名「BL-9EX」、日光ケミカルズ社製)2g及び炭酸ナトリウム1gを溶解させた後、溶液Cを添加し、ホモジナイザー(製品名「エクセルオートホモジナイザー ED-7」、日本精機製作所製)を用いて3,000rpmで10分間撹拌した。この溶液を溶液Dとする。
溶液Dを200mLナスフラスコに移し、400rpmで撹拌した。溶液Dを撹拌しながら、エチレングリコールの20質量%水溶液5.0gを5分間かけて溶液Dに滴下した。その後、80℃まで昇温し、80℃で2時間撹拌することで酢酸エチルを留去させた。
室温まで冷却し、S/Cが1/1であるマイクロカプセルを含有するインクを35g得た。
上記参考例と同様の予備実験を行い、マイクロカプセルのシェル部は、主鎖中に2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン由来の骨格(紫外線吸収性骨格)を有するポリエステルで形成されていることを確認した。
また、マイクロカプセルの体積標準のメジアン径(D50)は、0.20μmであった。
(実施例3)
20mLビーカーに酢酸エチルを10g入れ、ズダンブラックB(製品名「Solvent Black 3」、富士フイルム和光純薬社製)を2.0g、2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノンを0.6g添加し、溶解させた。そこに、エポキシ樹脂(製品名「グレード828」、三菱ケミカル社製)を1.4g添加した。この溶液を溶液Aとする。
次いで、ゼラチンの10質量%水溶液40.0gに、溶液Aを添加し、ホモジナイザー(製品名「エクセルオートホモジナイザー ED-7」、日本精機製作所製)を用いて3,000rpmで10分間撹拌した。この溶液を溶液Bとする。溶液Bを200mLナスフラスコに移し、400rpmで撹拌した。
溶液Bを撹拌しながら、エポキシ樹脂硬化剤(製品名「グレードU」、三菱ケミカル社製)0.8gを水6gに溶解させた水溶液を溶液Bに滴下した。その後、75℃まで昇温し、75℃で5時間撹拌し、80℃まで昇温し、80℃で2時間撹拌することで酢酸エチルを留去させた。
室温まで冷却した後、S/Cが1/1であるマイクロカプセルを含有するインクを40g得た。
上記参考例と同様の予備実験を行い、マイクロカプセルのシェル部は、主鎖中に2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン由来の骨格(紫外線吸収性骨格)を有するポリエーテルで形成されていることを確認した。
また、マイクロカプセルの体積標準のメジアン径(D50)は、0.25μmであった。
(実施例4)
実施例1におけるズダンブラックBの量を4.0gに変更し、かつ酢酸エチルの量を20gに変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で、S/Cが1/2であるマイクロカプセルを含有するインクを得た。
上記参考例と同様の予備実験を行い、マイクロカプセルのシェル部は、主鎖中に2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン由来の骨格(紫外線吸収性骨格)を有するポリウレタンウレアで形成されていることを確認した。
(実施例5)
実施例1における2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノンの量を0.3gに変更し、メタキシリレンジイソシアネートのトリメチロールプロパンアダクト体の量を1.7gに変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で、S/Cが1/1であるマイクロカプセルを含有するインクを得た。
上記参考例と同様の予備実験を行い、マイクロカプセルのシェル部は、主鎖中に2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン由来の骨格(紫外線吸収性骨格)を有するポリウレタンウレアで形成されていることを確認した。
(実施例6)
実施例1における2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノンの量を1.0gに変更し、メタキシリレンジイソシアネートのトリメチロールプロパンアダクト体の量を1.0gに変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で、S/Cが1/1であるマイクロカプセルを含有するインクを得た。
上記参考例と同様の予備実験を行い、マイクロカプセルのシェル部は、主鎖中に2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン由来の骨格(紫外線吸収性骨格)を有するポリウレタンウレアで形成されていることを確認した。
(実施例7)
実施例1における2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノンの量を1.3g、メタキシリレンジイソシアネートのトリメチロールプロパンアダクト体の量を0.7gに変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で、S/Cが1/1であるマイクロカプセルを含有するインクを得た。
上記参考例と同様の予備実験を行い、マイクロカプセルのシェル部は、主鎖中に2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン由来の骨格(紫外線吸収性骨格)を有するポリウレタンウレアで形成されていることを確認した。
(実施例8)
実施例1におけるズダンブラックBの量を5.0gに変更し、かつ酢酸エチルの量を25gに変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で、S/Cが2/5であるマイクロカプセルを含有するインクを得た。
上記参考例と同様の予備実験を行い、マイクロカプセルのシェル部は、主鎖中に2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン由来の骨格(紫外線吸収性骨格)を有するポリウレタンウレアで形成されていることを確認した。
(実施例9)
実施例1における2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノンの量を1.2gに変更し、メタキシリレンジイソシアネートのトリメチロールプロパンアダクト体の量を2.8gに変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で、S/Cが2/1であるマイクロカプセルを含有するインクを得た。
上記参考例と同様の予備実験を行い、マイクロカプセルのシェル部は、主鎖中に2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン由来の骨格(紫外線吸収性骨格)を有するポリウレタンウレアで形成されていることを確認した。
(実施例10)
実施例2におけるズダンブラックBの量を4.0gに変更し、かつ酢酸エチルの量を20gに変更したこと以外は、実施例2と同様の方法で、S/Cが1/2であるマイクロカプセルを含有するインクを得た。
上記参考例と同様の予備実験を行い、マイクロカプセルのシェル部は、主鎖中に2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン由来の骨格(紫外線吸収性骨格)を有するポリエステルで形成されていることを確認した。
(実施例11)
実施例1における、ズダンブラックBの量を14.0g、酢酸エチルの量を56g、2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノンの量を1.3g、メタキシリレンジイソシアネートのトリメチロールプロパンアダクト体の量を0.7gにそれぞれ変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で、S/Cが1/7であるマイクロカプセルを含有するインクを得た。
上記参考例と同様の予備実験を行い、マイクロカプセルのシェル部は、主鎖中に2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン由来の骨格(紫外線吸収性骨格)を有するポリウレタンウレアで形成されていることを確認した。
(実施例12)
実施例1におけるズダンブラックBの量を4.0g、2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノンの量を0.8g、メタキシリレンジイソシアネートのトリメチロールプロパンアダクト体の量を1.2gに変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で、S/Cが1/2であるマイクロカプセルを含有するインクを得た。
上記参考例と同様の予備実験を行い、マイクロカプセルのシェル部は、主鎖中に2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン由来の骨格(紫外線吸収性骨格)を有するポリウレタンウレアで形成されていることを確認した。
(実施例13)
実施例1におけるズダンブラックBの量を6.0g、2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノンの量を1.0g、メタキシリレンジイソシアネートのトリメチロールプロパンアダクト体の量を1.0gに変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で、S/Cが1/3であるマイクロカプセルを含有するインクを得た。マイクロカプセルのシェル部は、主鎖中に2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン由来の骨格(紫外線吸収性骨格)を有するポリウレタンウレアで形成されていることを確認した。
(実施例14)
実施例5における紫外線吸収性化合物である2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノンをトリアジン1に変更したこと以外は、実施例5と同様の方法で、S/Cが1/1であるマイクロカプセルを含有するインクを得た。
上記参考例と同様の予備実験を行い、マイクロカプセルのシェル部は、主鎖中に2,4,6-トリス(2,4-ジヒドロキシ-3-メチルフェニル)-1,3,5-トリアジン由来の骨格(紫外線吸収性骨格)を有するポリウレタンウレアで形成されていることを確認した。
また、マイクロカプセルの体積標準のメジアン径(D50)は、0.22μmであった。
(実施例15)
実施例5における紫外線吸収性化合物である2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノンをベンゾトリアゾール1に変更したこと以外は、実施例5と同様の方法で、S/Cが1/1であるマイクロカプセルを含有するインクを得た。
上記参考例と同様の予備実験を行い、マイクロカプセルのシェル部は、主鎖中に2-(2’-ヒドロキシ-3’-アミノフェニル)-5-ヒドロキシベンゾトリアゾール由来の骨格(紫外線吸収性骨格)を有するポリウレタンウレアで形成されていることを確認した。
また、マイクロカプセルの体積標準のメジアン径(D50)は、0.25μmであった。
(実施例16)
実施例2における紫外線吸収性化合物である2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノンをベンゾトリアゾール1に変更し、その量を0.3gとし、テレフタロイルクロライドの量を1.7gに変更したこと以外は、実施例2と同様の方法で、S/Cが1/1であるマイクロカプセルを含有するインクを得た。
上記参考例と同様の予備実験を行い、マイクロカプセルのシェル部は、主鎖中に2-(2’-ヒドロキシ-3’-アミノフェニル)-5-ヒドロキシベンゾトリアゾール由来の骨格(紫外線吸収性骨格)を有するポリエステルで形成されていることを確認した。
また、マイクロカプセルの体積標準のメジアン径(D50)は、0.23μmであった。
(実施例17)
実施例3における2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノンをトリアジン1に変更し、その量を0.3gとし、エポキシ樹脂の量を1.7gに変更したこと以外は、実施例3と同様の方法で、S/Cが1/1であるマイクロカプセルを含有するインクを得た。
上記参考例と同様の予備実験を行い、マイクロカプセルのシェル部は、主鎖中に2,4,6-トリス(2,4-ジヒドロキシ-3-メチルフェニル)-1,3,5-トリアジン由来の骨格(紫外線吸収性骨格)を有するポリエーテルで形成されていることを確認した。
また、マイクロカプセルの体積標準のメジアン径(D50)は、0.24μmであった。
(実施例18)
実施例1における紫外線吸収性化合物である2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノンをベンゾフェノン2(2,3,4-トリヒドロキシベンゾフェノン;式(1)で表されるベンゾフェノン化合物)に変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で、S/Cが1/1であるマイクロカプセルを含有するインクを得た。
上記参考例と同様の予備実験を行い、マイクロカプセルのシェル部は、主鎖中に2,3,4-トリヒドロキシベンゾフェノン由来の骨格(紫外線吸収性骨格)を有するポリウレタンウレアで形成されていることを確認した。
また、マイクロカプセルの体積標準のメジアン径(D50)は、0.18μmであった。
(実施例19)
実施例1における紫外線吸収性化合物である2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノンをベンゾフェノン3(2,4,4’-トリヒドロキシベンゾフェノン;式(1)で表されるベンゾフェノン化合物)に変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で、S/Cが1/1であるマイクロカプセルを含有するインクを得た。
上記参考例と同様の予備実験を行い、マイクロカプセルのシェル部は、主鎖中に2,4,4’-トリヒドロキシベンゾフェノン由来の骨格(紫外線吸収性骨格)を有するポリウレタンウレアで形成されていることを確認した。
また、マイクロカプセルの体積標準のメジアン径(D50)は、0.15μmであった。
(比較例1)
50mLビーカーに、スチレン5.0g、アクリル酸ブチル3.5g、メタクリル酸0.5g、及びメタクリル酸2-[3-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4-ヒドロキシフェニル]エチル1.0gを入れて混合した。そこに、ズダンブラックB10.0gを酢酸エチル40gに溶解させた溶液を添加した。この溶液を溶液Aとする。
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.5gを水40.0gに溶解させた水溶液に溶液Aを添加し、ホモジナイザー(製品名「エクセルオートホモジナイザー ED-7」、日本精機製作所製)を用いて12,000rpmで15分間撹拌した。この溶液を溶液Bとする。
次いで、100mLナスフラスコに、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.0g、水60.0gを入れ、250rpmで撹拌し、65℃まで昇温した。昇温後、ペルオキソ二硫酸カリウムを0.2g添加し、溶液Bを5分間かけて滴下した。65℃で4時間撹拌した後、ペルオキソ二硫酸カリウムを0.2g添加し、80℃まで昇温し、80℃で4時間撹拌した。4時間後、室温まで冷却し、50質量%水酸化カリウム水溶液を添加して、溶液のpHを8.3に調整した。以上により、S/Cが1/1であるマイクロカプセルを含有するインクを105g得た。
(比較例2)
20mLビーカーに、スチレン5.0g、アクリル酸ブチル3.5g、メタクリル酸0.5g、及びメタクリル酸2-[3-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4-ヒドロキシフェニル]エチル1.0gを入れて混合した。そこに、ズダンブラックB2.0gを酢酸エチル40gに溶解させた溶液を添加した。この溶液を溶液Aとする。
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.4gを水10.0gに溶解させた水溶液に溶液Aを添加し、ホモジナイザー(製品名「エクセルオートホモジナイザー ED-7」、日本精機製作所製)を用いて12,000rpmで15分間撹拌した。この溶液を溶液Bとする。
次いで、100mLナスフラスコに、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.1g、水20.0gを入れ、250rpmで撹拌し、65℃まで昇温した。昇温後、ペルオキソ二硫酸カリウムを0.2g添加し、溶液Bを5分間かけて滴下した。65℃で4時間撹拌した後、ペルオキソ二硫酸カリウムを0.2g添加し、65℃で1時間撹拌した。1時間後、室温まで冷却し、50質量%水酸化カリウム水溶液を添加して、溶液のpHを8.3に調整した。以上により、S/Cが5/1であるマイクロカプセルを含有するインクを35g得た。
(比較例3)
比較例1において、スチレンの量を5.0gから4.0gに変更し、メタクリル酸2-[3-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4-ヒドロキシフェニル]エチルの量を1.0gから2.0gに変更したこと以外は、比較例1と同様の方法を実施した。
上記の方法により、S/Cが1/1であるマイクロカプセルを含有するインクを調製しようとしたが、途中で油層と水層の2層が分離したため、インクを調製することができなかった。
(比較例4)
実施例1において、紫外線吸収性化合物である2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノンを添加せず、2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノン0.6gをメタキシリレンジイソシアネートのトリメチロールプロパンアダクト体(製品名「タケネートD-110N」、三井化学エムシー社製)2.0gに変更したこと以外は、実施例1と同様の方法で、S/Cが1.7/1であるマイクロカプセルを含有するインクを得た。
マイクロカプセルのシェル部は、ポリウレタンウレアで形成されている。
(比較例5)
実施例1において、紫外線吸収性化合物である2,2’,4,4’-テトラヒドロキシベンゾフェノンをベンゾフェノン4(2,2’-ジヒドロキシ-4,4’-ジメトキシベンゾフェノン)に変更したこと以外は、実施例1と同様の方法を実施し、S/Cが0.7/1であるマイクロカプセルを含有するインクを得た。
上記参考例で確認した通り、主鎖中に2,2’-ジヒドロキシ-4,4’-ジメトキシベンゾフェノン由来の骨格を有するポリマーは形成されないため、2,2’-ジヒドロキシ-4,4’-ジメトキシベンゾフェノンはマイクロカプセルのコア部に存在すると考えられる。
マイクロカプセルのシェル部は、ポリウレタンウレアで形成されている。
(評価)
次に、実施例及び比較例で得られたインクを用いて、耐光性、着色力及び強度の評価を行った。評価方法は以下の通りである。
評価結果を表1に示す。
表1に、実施例及び比較例で調製したインクに含まれるマイクロカプセルのシェル部を形成するポリマーの種類、ポリマーが有する紫外線吸収性骨格又は紫外線吸収性基の種類、ポリマー中の紫外線吸収性骨格又は紫外線吸収性基の位置、紫外線吸収性骨格又は紫外線吸収性基の色材に対する質量比率、及びS/Cを記載する。
なお、表1中の「-」は、紫外線吸収性骨格又は紫外線吸収性基を有していないことを示す。
<耐光性>
得られたインクを、分光測色器(製品名「X-rite i1 Pro」、X-rite社製)を用いて測定し、塗布物のビジュアル濃度が1.00±0.05になるように水で希釈した。希釈したインクを、No.16のバーコータを用いて、フォトマット紙/顔料専用(製品名;セイコーエプソン社製)に塗布し、塗布物を得た。塗布物に対して、キセノンランプ(100kLux/時間)で3週間照射した。
そして、照射前後のビジュアル濃度を分光測定器により計測し、以下の式から残存率を求め、残存率を指標として評価基準にしたがって耐光性を評価した。
残存率(%)=照射後のビジュアル濃度/照射前のビジュアル濃度)×100
なお、AA、A及びBが、実用上許容される程度である。
<評価基準>
AA:残存率が85%以上である。
A:残存率が75%以上85%未満である。
B:残存率が65%以上75%未満である。
C:残存率が50%以上65%未満である。
D:残存率が50%未満である。
<着色力>
得られたインクを、インクの色材濃度が3.5質量%になるように水で希釈した。希釈したインクを、No.16のバーコータを用いて、フォトマット紙/顔料専用(製品名;セイコーエプソン社製)に塗布し、塗布物を得た。分光測色器(製品名「X-rite i1 Pro」、X-rite社製)を用いて、塗布物のビジュアル濃度を測定し、ビジュアル濃度を指標に評価基準にしたがって着色力を評価した。
なお、AA、A及びBが、実用上許容される程度である。
<評価基準>
AA:ビジュアル濃度が1.3以上である。
A:ビジュアル濃度が1.2%以上1.3未満である。
B:ビジュアル濃度が1.1以上1.2未満である。
C:ビジュアル濃度が1.1未満である。
<強度>
得られたインクを、インクの色材濃度が0.03質量%になるように水で希釈した。希釈したインクをスライドガラスに載せ、希釈したインクの上にスライドガラスを重ねた。さらに、上側のスライドガラスの上に200gの分銅を載せて1分間保持した。1分後、スライドガラス間に挟まれているインクを光学顕微鏡(製品名「BX51」、オリンパス光学工業社製)で観察し、マイクロカプセルが破裂しているか否かを確認した。マイクロカプセルの破裂割合を指標として評価基準にしたがってマイクロカプセルの強度を評価した。破裂割合は、観察視野に含まれるマイクロカプセルの総数に対する、観察視野において破裂しているマイクロカプセルの数の割合を百分率で算出した。
なお、AA、A及びBが、実用上許容される程度である。
<評価基準>
AA:破裂しているマイクロカプセルは確認されなかった。
A:破裂しているマイクロカプセルが3%未満であった。
B:破裂しているマイクロカプセルが3%以上6%未満であった。
C:破裂しているマイクロカプセルが6%以上であった。
Figure 0007216193000010
表1中のベンゾトリアゾール基の詳細について以下に示す。
・ベンゾトリアゾール基:2-[3-(2H-ベンゾトリアゾール-2-イル)-4-ヒドロキシフェニル]エチル基
表1に示すように、実施例1~実施例19では、マイクロカプセルが、ポリマーを含むシェル部と、シェル部に内包され、色材を含むコア部と、を含み、シェル部のポリマーが主鎖中に紫外線吸収性骨格を有しており、耐光性に優れ、高い着色力及び高い強度を有する。
実施例1~実施例3を対比すると、ポリマーの種類がポリウレタンウレアである場合により高い強度が得られることがわかる。
実施例1と実施例4の結果から、比率S/C比として1/1とした実施例1の方がより耐光性に優れていた。また、実施例8~実施例11の結果から、比率2/1の場合が最も耐光性に優れるが、比率2/1では着色力の低下がみられた。実施例1、4及び8~11の結果を総合すると、比率S/Cの範囲は、1/3~1/1が好ましく、より好ましくは1/2~1/1であると考えられる。
実施例5~7の結果から、色材に対する紫外線吸収性骨格の質量比率が15質量%~65質量%の範囲であると、耐光性、着色力及び強度の鼎立に効果的である。
また、実施例1~3及び実施例14~19の結果に示されるように、紫外線吸収性骨格は、ベンゾフェノン骨格、ベンゾトリアゾール骨格、又はトリアジン骨格のいずれの場合も良好な結果が得られた。中でも、ベンゾフェノン骨格を有する場合は、特に優れた耐光性を有し、かつ、高い着色力及び高い強度を示していた。
一方、比較例1では、マイクロカプセルのシェル部が、側鎖に紫外線吸収性基を有するスチレンアクリル樹脂で形成されているため、耐光性に劣り、更にシェル部が薄膜であるため、強度に劣っていた。
また、比較例2では、比較例1と同じく、マイクロカプセルのシェル部が、側鎖に紫外線吸収性基を有するスチレンアクリル樹脂で形成されているが、シェル部を厚膜にすることで耐光性は改善された。しかし、シェル部が厚膜であるため、着色力が低下し、更に強度もやや改善するに留まった。
比較例3では、比較例1と同じく、マイクロカプセルのシェル部を、側鎖に紫外線吸収性基を有するスチレンアクリル樹脂で形成し、紫外線吸収性基の色材に対する質量比率を増やそうと試みたが、シェル部の強度が低く、マイクロカプセルを作製することができなかった。
比較例4では、マイクロカプセルのシェル部を形成するポリマーが主鎖中に紫外線吸収性骨格を有していないので、耐光性に劣る結果となった。
比較例5では、紫外線吸収性化合物が、マイクロカプセルのコア材として色材と共に内包されたものである。コア材として紫外線吸収性化合物を内包する態様では、紫外線吸収性骨格をシェルのポリマー主鎖に存在させた実施例に比べ、耐光性が著しく劣る結果となった。
以上より、本開示のマイクロカプセルは、色材を含むコア部を内包するシェル部におけるポリマーが主鎖中に紫外線吸収性骨格を有することで、耐光性に優れ、高い着色力及び高い強度を有している。
なお、2019年3月29日に出願された日本国特許出願2019-068415号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。また、本明細書に記載された全ての文献、特許出願および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (13)

  1. ポリマーを含むシェル部と前記シェル部に内包されるコア部とを含み、
    前記コア部は、色材を含み、
    前記ポリマーは、主鎖中に紫外線吸収性骨格の繰り返し構造を有し、
    前記紫外線吸収性骨格は、ベンゾフェノン骨格、ベンゾトリアゾール骨格、又はトリアジン骨格であるマイクロカプセル。
  2. 前記コア部の質量Cに対する前記シェル部の質量Sの比率S/Cは、1/7~3/1である請求項1に記載のマイクロカプセル。
  3. 前記紫外線吸収性骨格の前記色材に対する質量比率は、10質量%~70質量%である請求項1又は請求項2に記載のマイクロカプセル。
  4. 前記ポリマーは、ポリウレタン、ポリウレア、ポリウレタンウレア、ポリアミノプラスト、ポリエステル、ポリエーテル、又はポリアミドである請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のマイクロカプセル。
  5. 前記ポリマーは、ポリウレア、ポリウレタン、又はポリウレタンウレアである請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のマイクロカプセル。
  6. 前記紫外線吸収性骨格は、紫外線吸収性化合物に由来する骨格である請求項1~請求項5のいずれか1項に記載のマイクロカプセル。
  7. 前記紫外線吸収性化合物は、水酸基、アミノ基、チオール基、エポキシ基、及びカルボキシ基からなる群より選ばれる少なくとも2つの、分子内水素結合を形成しない置換基を有する請求項6に記載のマイクロカプセル。
  8. 前記色材は、油溶性染料である、請求項1~請求項7のいずれか1項に記載のマイクロカプセル。
  9. 前記紫外線吸収性骨格は、下記式(1)で表されるベンゾフェノン化合物に由来する骨格である請求項1~請求項8のいずれか1項に記載のマイクロカプセル。
    Figure 0007216193000011

    式(1)中、R、R、R、R、R、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、水酸基、アミノ基、チオール基、カルボキシ基、又はスルホ基を表し、R~Rのうちの少なくとも2つは水酸基又はアミノ基である。
  10. 請求項1~請求項9のいずれか1項に記載のマイクロカプセルと、溶媒と、を含むマイクロカプセル組成物。
  11. 請求項1~請求項9のいずれか1項に記載のマイクロカプセルと、溶媒と、を含むインク組成物。
  12. 請求項1~請求項9のいずれか1項に記載のマイクロカプセルと、溶媒と、を含む塗料。
  13. 請求項1~請求項9のいずれか1項に記載のマイクロカプセルと、樹脂と、を含む樹脂組成物。
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