JP7347201B2 - インクジェットインク組成物、インク組成物の製造方法、記録物、及びインクジェット記録方法 - Google Patents

インクジェットインク組成物、インク組成物の製造方法、記録物、及びインクジェット記録方法 Download PDF

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Description

本発明は、インクジェットインク組成物、インク組成物の製造方法、記録物、インクジェット記録方法に関する。
記録媒体として普通紙などを用い、文字や図表などを含むビジネス文章などの印刷にもインクジェット記録方法が利用されている。一方、より低吸収または非吸収の記録媒体への記録へのインクジェット記録方法の利用も、今後、期待されている。このような用途では、高いレベルの画像の発色性や堅牢性(擦過性、耐光性、耐オゾンガス性、耐水性など)が要求されるため、色材として顔料を用いたインクが特に有用である。
色材として染料を用いたインクと比べて、顔料インクで印刷される印刷物の発色性は高いがその要因は、記録媒体の表面上に顔料成分が局在化しやすいためである。染料は記録媒体の内部にまで浸透するが、顔料はインクが記録媒体に付着する過程や付着後に起こるビヒクル成分の蒸発や浸透により、凝集しやすることによる。しかし、顔料インクは、色材である顔料が記録媒体の表面上に存在しやすいため、耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性が低いという特性を有している。顔料インクで記録される擦過性などを向上するために、インクにウレタン樹脂を添加することが検討されている(特許文献1~3参照)が、フイルムに印刷する場合の耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性に優れる水性インクジェットインクは未だ見つかっていなかった。
例えば、特許文献1に記載されたインクは、顔料の分散剤としてポリエチレングリコールモノメチルエーテルが付加したアロファネートで変性されたウレタン樹脂を用いている。また特許文献2に記載されたインクは、ポリエチレングリコールモノメチルエーテルが付加したアロファネートで変性されたウレタン樹脂を添加した顔料インクである。これらのインクは、いずれも耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性が不十分であった。
また、特許文献3に記載されたインクは、イソシアヌレートで変性されたウレタン樹脂を用いている。このようなインクは、記録される画像の耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性が低いものであった。
特開2006-022132号公報 特開2012-140602号公報 特開2013-035897号公報
従来のウレタン系高分子(粒子)は親水基やウレタン基などの極性基が多いため、水性インクに多量に用いると粘度が上昇してしまう。インクジェット印刷においては、粘度が上昇すると、吐出が不安定になり目詰まりもしやすくなるため、樹脂の添加量が制限される。そのため、印刷物を用いる際の、耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性に優れるという観点において、十分な定着性は未だ得られなかった。
従って、記録媒体に、耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性に優れる画像を記録することができるインクや、該インクに適した高分子粒子は未だ見出されていなかった。
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。
本実施形態の1つは、高分子粒子を含有するインク組成物であって、前記高分子粒子を構成する高分子が、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、m-ビス(イソシアネートプロピル)ベンゼンおよびm-ビス(イソシアネートメチル)ベンゼンから選ばれた1種以上のイソシアネートに由来するウレタン基と、ポリテトラメチレングリコールに由来する構造と、を有する、酸価が50~100mgKOH/gである高分子、を含む、インクジェットインク組成物である。
さらに、前記高分子粒子を、インク組成物の総質量に対し1~20質量%含有してもうよい。
さらに、前記高分子粒子が、炭素数1~10のポリアミンで鎖延長されたものであり、ウレア基を有してもよい。
さらに、前記ポリテトラメチレングリコールの分子量が500~3000であってもよい。
さらに、シリコン系界面活性剤および/またはアセチレングリコール系界面活性剤を含有してもよい。
さらに、前記高分子粒子が、前記イソシアネートと、前記ポリテトラメチレングリコールと、酸基含有ポリオールと、の反応を有機溶剤中で行い、ポリアミンによる鎖延長反応を水性溶媒中で行う方法によって作製された高分子粒子でもよい。
さらに、低吸収性記録媒体または非吸収性記録媒体への記録に用いるものであってもよい。
さらに、ポリオレフィンまたはポリエチレンテレフタレートからなる前記非吸収性記録媒体への記録に用いるものであってもよい。
また、前記インクジェットインク組成物を製造する方法であって、高分子粒子を用いて行う、インク製造方法である。
また、前記インクジェットインク組成物を、低吸収性記録媒体または非吸収性記録媒体へ記録した、記録物である。
さらに、ポリオレフィンまたはポリエチレンテレフタレートからなる前記非吸収性記録媒体へ記録した記録物であってもよい。
また、前記インクジェットインク組成物を、インクジェットヘッドから吐出して記録媒体に付着させる工程を備えるインクジェット記録方法である。
以下に本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の一例を説明するものである。本発明は以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形形態も含む。なお以下で説明される構成の全てが本発明の必須の構成であるとは限らない。
1.インクジェットインク組成物
本実施形態のインクジェットインク組成物は、高分子粒子を含み、該高分子粒子を構成する高分子が、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、m-ビス(イソシアネートプロピル)ベンゼンおよびm-ビス(イソシアネートメチル)ベンゼンから選ばれた1種以上のイソシアネートに由来するウレタン基と、ポリテトラメチレングリコールに由来する骨格と、を有し、酸価が50~100mgKOH/gである。
このようなインクジェットインク組成物をインクジェットインクに適用すれば、連続印字定性を満足しながら、印刷物の耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性に優れる。すなわち、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、m-ビス(イソシアネートプロピル)ベンゼンおよびm-ビス(イソシアネートメチル)ベンゼンから選ばれた1種以上は、いずれもイソシアネート基の結合する位置が、重合して高分子となった場合に、結晶化又はスタックしにくいような位置であるので、印刷物の耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性に優れた画像を形成することができる。また酸価が50mgKOH/g以上100mgKOH/g以下であるので、インクジェットインク組成物に含まれる他の成分(水、顔料等)との相互作用が適切な範囲となる。これにより良好な連続印字安定性を確保することができる。
こうして、連続印字安定性を満足しながら、フィルム等に印刷したときの耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性に優れる。
本実施形態のインクジェットインク組成物は、高分子粒子を含有する。まず高分子粒子を構成する高分子について説明する。その後、その他の成分について述べる。
1.1.高分子
本実施形態のインクジェットインク組成物が含有する高分子粒子は、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、m-ビス(イソシアネートプロピル)ベンゼン及びm-ビス(イソシアネートメチル)ベンゼンから選ばれる1種以上のイソシアネートを用いたものである。つまり該イソシアネートに由来する基を有するものである。該基は、ウレタン基及びウレア基から選ばれる1種以上の基、を有するものである。特にウレタン基を有する。
これらのイソシアネートは、いずれもイソシアネート基の結合する位置が、重合して高分子となった場合に、結晶化又はスタックしにくいような位置であるので、耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性に優れた画像を形成することができる。
1.1.1.高分子の概要
本実施形態のインクジェットインク組成物に含まれる高分子は、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、m-ビス(イソシアネートプロピル)ベンゼン及びm-ビス(イソシアネートメチル)ベンゼンから選ばれる1種以上のジイソシアネートに由来するウレタン基(ウレタン結合)及びウレア基(ウレア結合)から選ばれる1種以上の基(結合)を有している。そのため、本明細書では、ウレタン樹脂(ポリウレタン)と称することができる。
本実施形態のインクジェットインク組成物に含まれる高分子は、ポリイソシアネートを用いて重合される樹脂であるが、少なくとも、ポリイソシアネートと、ポリオールやポリアミンを用いて重合され、必要に応じて架橋剤や鎖延長剤としてのポリオールやポリアミンを用いて重合される。
高分子は、イソシアネート基とヒドロキシル基とが反応したウレタン結合(ウレタン基)、及び、イソシアネート基とアミノ基との反応により生じるウレア結合(尿素結合)(ウレア基)から選ばれる1種以上の基を含む高分子であり、直鎖状であっても分岐状であってもよい。
さらに高分子というときには、架橋構造の有無を問わず、熱可塑性を有するもの、及び、架橋構造が形成されてTgや融点を全く又はわずかしか示さないものも含まれるものとする。
ウレタン結合を形成するためのイソシアネート基は、イソシアネート基を含む化合物から供給される。また、ウレタン結合を形成するためのヒドロキシル基(水酸基)は、ヒドロキシル基を含む化合物から供給される。そして、高分子化するために、イソシアネート基を有する化合物は、2個以上のイソシアネート基を有し、ヒドロキシル基を有する化合物は、2個以上のヒドロキシル基を有するものが選択され重合される。本明細書では、2個以上のイソシアネート基を有する化合物は、ポリイソシアネートと称し、2個以上のヒドロキシル基を有する化合物は、ポリオールと称することがある。なお、これらのうち、2個のイソシアネート基を有する化合物は、ジイソシアネートと言うことがあり、また、2個のヒドロキシル基を有する化合物をジオールと言うことがある。
また、ポリイソシアネートのイソシアネート基の間にある分子鎖と、ポリオールのヒドロキシル基の間にある分子鎖及びポリアミンのアミノ基の間にある分子鎖は、ポリウレタンとなった場合のウレタン結合又はウレア結合以外の部分となる。本明細書では、ポリウレタンとなった場合のウレタン結合又はウレア結合以外の部分の全部又は一部を骨格と称することがある。骨格は、直鎖状、分岐状であり得る。
また、高分子は、ウレタン結合及びウレア結合以外の結合を含んでいてもよく、そのような結合としては、複数のイソシアネート結合と水との反応により生じるウレア結合、ウレア結合とイソシアネート基との反応により生じるビュレット結合、ウレタン結合とイソシアネート基との反応により生じるアルファネート結合、イソシアネート基の二量化によるウレトジオン結合、及び、イソシアネート基の三量化によるイソシアヌレート結合などが挙げられる。これらの結合は、反応温度等により積極的に生じさせたり、生じさせないようにしたりすることができる。したがって、例えば、ポリイソシアネートとポリオールとポリアミンとが共存すると、ウレタン結合及びウレア結合の他にこれらの結合(基)を含む高分子が生成し得る。アロファネート構造、ビウレット構造、ウレトジオン構造及びイソシアヌレート構造を有することで、メディアへの密着性が増し、膜強度が高くなり、耐擦過性が良好になる場合がある。
なお、本明細書では、ポリアミンについても、2個以上のアミノ基を有する化合物は、ポリアミンと称し、上記のポリイソシアネート及びポリオールの呼称と同様とする。
1.1.2.高分子の原料
本実施形態の高分子は、少なくともジイソシアネート及びポリオールを用いて重合して得られるが、本実施形態に係るインクジェットインク組成物に用いられる高分子は、ポリアミンを用いて重合されてもよく、さらに必要に応じて架橋剤や鎖延長剤としてのポリオール、ポリアミン等も用いることができる。
1.1.2.1.ジイソシアネート
本実施形態の高分子に使用されるジイソシアネートは、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、m-ビス(イソシアネートプロピル)ベンゼン及びm-ビス(イソシアネートメチル)ベンゼンから選ばれる1種以上である。
これらのジイソシアネートの化学構造を以下に示す。またこれらのジイソシアネートは、慣用名等で種々の命名ができるため、いずれも多数の別名を有する。そのため、別名の表記に代えてCAS番号を併記する。
ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート:CAS=5124-30-1
Figure 0007347201000001
イソホロンジイソシアネート:CAS=4098-71-9
Figure 0007347201000002
1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン:CAS=38661-72-2
Figure 0007347201000003
m-ビス(イソシアネートプロピル)ベンゼン:CAS=2778-42-9
Figure 0007347201000004
m-ビス(イソシアネートメチル)ベンゼン:CAS=3634-83-1
Figure 0007347201000005
これらのジイソシアネートは、重合して例えばヒドロキシル基(水酸基)やアミノ基とともに結合を形成して高分子となった場合に、シクロヘキシル環やベンゼン環が、スタック又は結晶化しにくいような位置で結合できる。これにより高分子(ウレタン樹脂)が、ミクロ相分離構造や、ミクロ結晶の架橋構造の密度を高めすぎることが抑制される。そのため、高分子のTg(ガラス転移温度)を低くすることができるし、高分子の柔軟性を高くすることができる。これによりインクジェットインク組成物が、記録媒体に付着された場合に、印刷物の耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性を有する画像を形成することができる。
なかでも、イソホロンジイソシアネート、1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、m-ビス(イソシアネートプロピル)ベンゼンが、耐ラミネート性(耐ラミネート剥がれ性)や耐ブロッキング性がより優れ好ましい。
また、イソホロンジイソシアネート、1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、m-ビス(イソシアネートプロピル)ベンゼン及びm-ビス(イソシアネートメチル)ベンゼンについては、イソシアネート基が、六員環のメタ位に配置される(1,3-配置)ので、シクロヘキシル環やベンゼン環が、スタック又は結晶化しにくい構造となるように重合される。同様に、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートは対象構造であるが屈曲構造で、シクロヘキシル環構造であるため結晶化しにくい構造となっている。そのため、これらを重合させて高分子(ウレタン樹脂)となったときに、ミクロ相分離構造や、ミクロ結晶の架橋構造の密度を高めすぎることが抑制される。
また、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートはジシクロヘキシルメタン4,4’-ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン2,2’-ジイソシアネート及びジシクロヘキシルメタン2,4’-ジイソシアネートの混合物及びそれぞれの単独物質いずれでもよい。さらに、これらの任意の組合せの2量体以上からなる多官能イソシアネートとして用いてもよい。多官能ポリイソシアネートは、2分子以上のポリイソシアネートからなる構造を有し、ポリオールやポリアミンなどのOH基やNH2基と反応するために、分子の末端に2以上のイソシアネート基を有する化合物である。これら多官能ポリイソシアネートにはアロファネート構造、ウレトジオン構造、イソシアヌレート構造及びビウレット構造からなる群より選ばれる少なくとも1種が含まれていてもよい。
多官能ポリイソシアネートとは、モノメリックのジイソシアネートやポリメリックの2分子以上のポリイソシアネートからなる構造であり、分子中に多くの分岐を有するというものが好ましい。このような多官能ポリイソシアネートからなる構造を有する高分子は、分子が立体的に複雑に絡み合った構造と、ウレタン結合が密集している状態になる。したがって、比較的低酸価であっても、安定的に水系のインク中で分散できる。これらのポリイソシアネートを用いることで連続印字安定性を確保しながら、且つ印刷物の耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性に優れる画像を記録することができる。
1.1.2.2.ポリオール
本実施形態のインクジェットインク組成物に含まれる高分子は、ポリオールを原料として用いることができる。ポリオールとしては、二官能以上、すなわちヒドロキシル基を2つ以上有する化合物である。本実施形態は、特にポリテトラメチレングリコールを用いるものである。つまり、ポリテトラメチレングリコールに由来する骨格を有する。また、用いるポリオールのうち、これを主成分とすることが好ましい。ポリテトラメチレングリコールは、用いるポリオールの50%質量以上で用いることが好ましい。より好ましくは80質量%以上である。ポリテトラメチレングリコールを用いると、高分子(ウレタン樹脂)の柔軟性が向上し耐ラミネート剥離性やフィルムに印刷したときの耐ブロッキング性を向上させることができる。また、ポリテトラメチレングリコールの重量平均分子量は、250以上4000以下が好ましく、500以上3000以下であることがより好ましい。この場合、高分子によって形成される膜(画像)の強度と柔軟性のバランスが良くなるため、印刷物の耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性を良好とすることができ好ましい。
ポリテトラメチレングリコールは、市販品を用いることができ、例えば、三菱化学製、PTMG650、PTMG1000、PTMG2000、PTMG3000、PTMG4000、保土ヶ谷化学製PTG、PTMG-Lなどがある。
高分子が、ポリテトラメチレングリコールに由来する骨格を含有することで、得られる画像の耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性を良好なものとすることができる。さらに、ポリテトラメチレングリコールに由来する骨格の重量平均分子量が上記範囲である場合、インクジェットインク組成物の固化物の柔軟性が良好になりPETやOPP等のプラスチックフィルムへの密着性が向上し好ましい。
ポリテトラメチレングリコールに由来する骨格の重量平均分子量は、さらにより好ましくは、1000以上2500以下である。
また、ポリテトラメチレングリコール以外の他のポリオールをさらに用いても良い。用いることができるポリオールとしては特に限定されないが、水への溶解度が低いものが好ましい。例えばポリオールとしては、アルキレングリコール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートジオールなどが挙げられる。ポリテトラメチレングリコールと、他のポリオールを併用してもよく、好ましい。
アルキレングリコールとしては、以下の物資を用いることができる。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、1,2-プロピレングリコール、1,3-プロパンジオール、トリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、(ポリ)テトラメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、テトラメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,2-ペンタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、1,6-ヘキサンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、1,2-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、4,4-ジヒドロキシフェニルプロパン、4,4-ジヒドロキシフェニルメタン、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,2,5-ヘキサントリオール、1,2,6-ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、トリメチロールメラミン、ポリオキシプロピレントリオール、ジメチル-1,3-ペンタンジオール、ジエチル-1,3-ペンタンジオール、ジプロピル-1,3-ペンタンジール、ジブチル-1,3-ペンタンジール、2-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオール、などが挙げられる。この中でも、1,4-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、4,4-ジヒドロキシフェニルプロパン、4,4-ジヒドロキシフェニルメタン、ジメチル-1,3-ペンタンジオール、ジエチル-1,3-ペンタンジオール、ジプロピル-1,3-ペンタンジール、ジブチル-1,3-ペンタンジール、2-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオールが好ましい。
高分子の原料にアルキレングリコールを用いると、高分子中に形成される三次元網目構造に分子量の小さいアルキレングリコールが侵入してイソシアネートと反応してウレタン結合を形成することでより強固な皮膜を得られる場合がある。これにより皮膜(画像)の強度が強固になり印刷物の耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性がさらに向上することがある。しかし、これらの添加量は10%以下が好ましい。より好ましくは5%以下である。
アルキレングリコール自体は分子量が小さいので、そのヒドロキシル基がイソシアネート基と反応するとウレタン基が多くなりすぎて柔軟性がなくなり、耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性が低下しやすくなることがある。したがって、これらは基本的には高分子のハードセグメントであるウレタン基やアロファネート基となるものである。なお、アルキレングリコールは、多官能ポリイソシアネートと反応させる成分、鎖延長剤、架橋剤などとしても用いることができ、高分子の物性をコントロールするために用いることもできる。
また、高分子の原料としてポリオールを用いる場合、その重量平均分子量はいずれも500以上3000以下であることが好ましい。重量平均分子量が500以上であれば、高分子におけるウレタン結合の密度を高めすぎることがなく、ポリオールに由来する分子鎖の硬直性を抑えることができる。これにより高分子の柔軟性が高まり、印刷物の耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性が良好となる。また、ポリイソシアネートと反応するポリオールの重量平均分子量が3000以下であれば、高分子におけるウレタン結合の密度が小さくなりすぎず、ポリオールに由来する分子鎖の伸張性が増大しすぎることがなく、高分子の柔軟性が抑えられるので、タック性が生じにくく、印刷物の耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性を確保することができる。したがって、ポリオールの重量平均分子量が500以上3000以下であることで、高分子によって形成される膜(画像)の強度と柔軟性のバランスが良くなるため、印刷物の耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性を良好とすることができる。
ポリエステルポリオールとしては、酸エステルなどが挙げられる。酸エステルを構成する酸成分としては、マロン酸、コハク酸、酒石酸、シュウ酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、アルキルコハク酸、リノレン酸、マレイン酸、フマール酸、メサコン酸、シトラコン酸、イタコン酸などの脂肪族ジカルボン酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ビフェニルジカルボン酸、テトラヒドロフタル酸、芳香族の水素添加物などの脂環族ジカルボン酸など挙げられる。これらの酸成分の無水物、塩、アルキルエステル、酸ハライドなども酸成分として用いることができる。また、酸エステルと構成するアルコール成分としては、上述のジオール化合物を例示することができ、特に限定されないが、水への溶解度が低いものが好ましい。
ポリエーテルポリオールとしては、アルキレンオキサイドの付加重合物、及び(ポリ)アルキレングリコールなどのポリオール類の縮合重合物が挙げられる。アルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド、α-オレフィンオキサイドなどが挙げられる。そして(ポリ)アルキレングリコールとしては、ポリエチレングリコール(ポリオキシエチレングリコール)、ポリプロピレングリコール(ポリオキシプロピレングリコール)等が挙げられる。
ポリカーボネートジオールは、2つのヒドロキシル基と、カーボネート結合を有する分子鎖を含んでいる。
本実施形態でポリオールの一部として用い得るポリカーボネートジオールの例として、アルキレンカーボネート、ジアリールカーボネート、ジアルキルカーボネート等のカーボネート成分、ホスゲン、及び、脂肪族ポリオール成分を反応させて得られるポリカーボネートジオールが挙げられ、さらに、ポリヘキサメチレンカーボネートジオール等のアルカンジオール系ポリカーボネートジオールが挙げられる。高分子に、ポリカーボネートジオールを出発物質として用いることにより、生成する高分子の耐熱性及び耐加水分解性が良好となる傾向がある。
ポリオールとしてポリカーボネートジオールを用いることにより、高分子がポリカーボネートジオールに由来する骨格を有するものとなるため、得られる印刷物の耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性をさらに良好なものとすることができる。
本実施形態の高分子の原料として好適なポリカーボネートジオールは、一般的に分子中に2個の水酸基を有し、ジオール化合物と炭酸エステルとのエステル交換反応により得ることができる。かかるジオール化合物としては、例えば1,4-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,2-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,2-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,5-ヘキサンジオール、1,2-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,2-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール、ネオペンチルグリコール、4-メチル-1,5-ペンタンジオール、2-メチル1,3-プロパンジオール、2-メチル-1,8-オクタンジオール、2-イソプロピル-1,4-ブタンジオール、2-エチル-1,6-ヘキサンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2,4-ジメチル-1,5-ペンタンジオール、2,4-ジエチル-1,5-ペンタンジオール、1,3-ブタンジオール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、2-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、1,3-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジオール等が挙げられる。これらは一種又は二種以上を併用できる。また、上記のジオールの中でも結晶化が起こりにくいネオペンチルグリコール、4-メチル-1,5-ペンタンジオール、2-メチル1,3-プロパンジオール、2-メチル-1,8-オクタンジオール、2-イソプロピル-1,4-ブタンジオール、2-エチル-1,6-ヘキサンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2,4-ジメチル-1,5-ペンタンジオール、2,4-ジエチル-1,5-ペンタンジオールがより好ましい。
ポリカーボネートジオールの製造に使用可能な炭酸エステルとしては、本発明の効果を損なわない限り限定されないが、ジアルキルカーボネート、ジアリールカーボネート、又はアルキレンカーボネートが挙げられる。このうち反応性の観点からジアリールカーボネートが好ましい。カーボネート化合物の具体例としては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジフェニルカーボネート、エチレンカーボネート等が挙げられ、ジフェニルカーボネートがより好ましい。
ポリカーボネートジオールの市販品としては、例えば、三菱化学のBENEBiOLシリーズのNL1010DB、NL2010DB、NL3010DB、NL1010B、NL2010B、NL3010B、NL1050DB、NL2050DB、NL3050DB、旭化成ケミカルズのデュラノールシリーズ、東ソーのニッポランシリーズ、クラレのポリヘキサンジオールカーボネート、ダイセル化学工業製のプラクセルシリーズ、CDCD205PL、宇部興産製のETERNACOLLシリーズなどがある。
本実施形態のインクジェットインク組成物に含有される高分子の原料として、ポリオールの分子中に酸基が存在することがより好ましい。
この場合、容易に酸価を50mgKOH/g以上100mgKOH/g以下にすることができる。また、形成される画像の記録媒体への定着性をさらに良好とすることができるので、耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性に優れる。
酸基含有ジオールとしては、ジメチロール酢酸、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸、ジメチロール酪酸などが挙げられる。酸基としては、このように有機酸基があげられ、特に、カルボキシル基があげられる。さらには、これらのうちさらに好ましくは、ジメチロールプロピオン酸およびジメチロールブタン酸である。本実施形態のインクジェットインク組成物が水系である場合には、高分子は、このような酸基含有ジオールを原料として重合されることがより好ましい。
この場合、特に容易に酸価を50mgKOH/g以上100mgKOH/g以下にすることができる。また、形成される画像の記録媒体への定着性をさらに良好とすることができるので耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性に優れる。
このような成分を用いて重合された高分子は、主にハードセグメントとソフトセグメントという2種類のセグメントで構成されたものとなる。ハードセグメントは、ポリイソシアネート、短鎖のポリオール、ポリアミン及び架橋剤や鎖延長剤などにより構成され、主に高分子の強度に寄与する。一方、ソフトセグメントは、長鎖ポリオールなどにより構成され、主に樹脂の柔軟性に寄与するとされる。そして、インクジェットインク組成物が記録媒体に付着され、かかる高分子で形成される皮膜は、これらのハードセグメント及びソフトセグメントがミクロ相分離構造をとっているため、強度と柔軟性を兼ね備え、高い弾性を有するものとなる。このような皮膜の特性が、印刷物の耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性の向上に寄与している。
1.1.2.3.その他の出発物質
(ポリアミン)
本実施形態のインクジェットインク組成物に含まれる高分子の原料には、ポリアミンが含まれてもよい。ポリアミンとしては、二官能以上のアミノ基を有する化合物であれば特に限定されないが、疎水性の高いものが好ましい。原料がポリアミンを含むことにより、高分子がウレア基を有することとなる。
ポリアミンとして、脂肪族ジアミン及び又は、芳香族ジアミンを用いてもよい。つまり、高分子が、脂肪族ジアミンに由来する骨格及び芳香族ジアミンに由来する骨格から選ばれる1種以上の骨格を含有してもよい。
このようなインクジェットインク組成物によれば、インクジェットインク組成物の固化物の固化物の柔軟性がより良好となり、印刷物の耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性をさらに良好にすることができる。
また、ポリアミンとして、高分子が炭素数1以上10以下のポリアミンを用いても良い。つまり、高分子が、炭素数1以上10以下のポリアミンに由来する骨格を含有してもよい。
このようなインクジェットインク組成物によれば、インクジェットインク組成物の固化物の固化物の柔軟性がより良好となり、印刷物の耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性をさらに良好にすることができる。
ポリアミンとしては、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジアミン、2-メチル-1,5-ペンタンジアミン、トリメチルヘキサンジアミン、2-ブチル-2-エチル-1,5-ペンタンジアミン、1,8-オクタンジアミン、1,9-ノナンジアミン、1,10-デカンジアミン、イソホロンジアミン、ビシクロヘプタンジメタンアミン等の脂肪族ジアミン、ジエチレントリアミン、ヘキシレンジアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、キシリレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、水素添加ジフェニルメタンジアミン、ヒドラジン、ポリアミドポリアミン、ポリエチレンポリイミン、1-アミノ-3-アミノメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキサン、ジシクロヘキシルメタンジアミン、ビシクロヘプタンジメタンアミン、メンセンジアミン、ジアミノジシクロヘキシルメタン、イソプロビリチンシクロヘキシル-4,4’-ジアミン、1,4-ジアミノシクロヘキサン、1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン等などが挙げられる。
中でも、炭素数1~10のポリアミンが好ましく、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジアミン、2-メチル-1,5-ペンタンジアミン、トリメチルヘキサンジアミン、2-ブチル-2-エチル-1,5-ペンタンジアミン、1,8-オクタンジアミン、1,9-ノナンジアミン、1,10-デカンジアミン、イソホロンジアミン、ビシクロヘプタンジメタンアミン等の脂肪族ジアミンが好ましく、さらにイソホロンジアミン、ビシクロヘプタンジメタンアミンが特に好ましい。
なお、ポリアミンとして汎用の化合物は、短鎖ポリオールと同等程度の分子量を有するものが多く、基本的には高分子のハードセグメントであるウレア基やビウレット基となるものである。
なお、ポリアミンは、多官能ポリイソシアネートと反応させる成分、鎖延長剤、架橋剤などとしても用いることができるが、イソシアネート基とアミノ基とを反応させるとウレア結合が形成される。したがって、ポリアミンを用いる場合には、高分子における、ウレア基/ウレタン基の比率が所望の比率になるようにその使用量を決定し、高分子の物性をコントロールすることもできる。
高分子において、ウレア基/ウレタン基の比率を調整する方法としては、高分子を合成する際のアミン化合物(ポリアミン)のアミノ基の当量を考慮しつつ使用量を調整する方法及び高分子を水に転相する際に、未反応のイソシアネート基の残存率を調整する方法などがある。
高分子を合成するときのポリアミンの使用量を調整する方法では、ポリアミンとイソシアネート基の反応により生じるウレア結合の量をコントロールする。まず、ポリアミンの使用量を異ならせて複数種の高分子を合成し、ウレア基/ウレタン基の比率を算出する。得られたモル比率から、ポリアミンの使用量とモル比率との関係を調べて検量線を作成し、この検量線を利用して、所望のモル比率を有する高分子を合成するために必要となるポリアミンの使用量を決定する。なお、予め検量線を作成するのは、同種のポリアミンを使用したとしても、その他の成分が異なると反応率などが変わる場合もあるため、同じモル比率とはならないからである。
また、高分子を水に転相するときに、未反応のイソシアネート基の残存率を調整する方法としては、まず、高分子の合成反応の途中で、フーリエ変換型赤外分光光度計(FT-IR)によって、ポリイソシアネートの使用量に対するイソシアネート基の残存率を確認する。イソシアネート基の残存率は、反応時間やポリイソシアネートの使用量などを変えることで調整することができる。
(架橋剤及び鎖延長剤)
本実施形態の高分子は、架橋剤及び/又は鎖延長剤を含んでもよい。
架橋剤はプレポリマーの合成時に用いられ、鎖延長剤はプレポリマーの合成後に鎖延長反応を行うときに用いられる。架橋剤や鎖延長剤としては、架橋や鎖延長などの用途に応じて、上記のポリイソシアネート、ポリオール、ポリアミンなどから適宜に選択して用いることができる。
鎖延長剤としては、例えば、上述のポリイソシアネートのうち、ウレタン結合を形成していないもののイソシアネート基と反応させる化合物である。鎖延長剤として用いることができる化合物としては、上述のポリオールやポリアミンなどが挙げられる。また、鎖延長剤として、高分子を架橋させることができるものを用いることもできる。鎖延長剤として用いることができ化合物としては、数平均分子量500未満の低分子量ポリオール類やポリアミン類などが挙げられる。
また、架橋剤としては、ポリイソシアネート、ポリオール、ポリアミンのうち、三官能以上のものが挙げられる。三官能以上の多官能ポリイソシアネートとしては、イソシアヌレート構造を有するポリイソシアネート、アロファネート又はビウレット構造を有するポリイソシアネートが挙げられる。ポリオールとしては、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ポリオキシプロピレントリオール等を用いることができる。三官能以上のポリアミンとしては、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミンなどのトリアルコールアミン、ジエチレントリアミン、テトラエチレンペンタミン等の三官能以上のアミノ基を有するアミン類などが挙げられる。
なお、高分子の架橋の有無は、架橋構造を有する高分子が溶剤に溶解せず、膨潤する現象を用いて、ゲル分とゾル分の比率を計算して算出されるゲル分率により判定することができる。ゲル分率とは、固化した高分子の溶解性から測定される架橋度の指標であり、架橋度が高いものほどゲル分率は高くなる傾向がある。
(他のイソシアネート)
本実施形態のインクジェットインク組成物に含まれる高分子は、上述した機能、効果を阻害しない範囲で、上述のイソシアネート(ジイソシアネート)以外の他のイソシアネートを原料として用いてもよい。そのようなイソシアネートとしては、例えば、脂肪族ポリイソシアネート、芳香族ポリイソシアネート、脂環式ポリイソシアネートが挙げられる。
脂肪族ポリイソシアネートとしては、テトラ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、ドデカ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、2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、2-メチルペンタン-1,5-ジイソシアネート、3-メチル-1,5-ペンタンジイソシアネートなどの鎖状構造を有するポリイソシアネート等が挙げられる。
芳香族ポリイソシアネートを用いることもできる。その例としては、トリレンジイソシアネート、1,4-フェニレンジイソシアネート、1,5-ナフチレンジイソシアネートなどが挙げられる。芳香族ポリイソシアネートを用いるときは、芳香族ポリイソシアネートの芳香環の80%以上が水素化されてなるブロック化脂環式ポリイソシアネートを用いてもよい。
脂環式ポリイソシアネートの例としては、1,4-シクロヘキサンジイソシアネート、水素添加キシリレンジイソシアネート(水添XDI)などが挙げられる。
これらのポリイソシアネートを用いることで、形成される膜強度が高くなり、耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性が良好になる場合がある。特に、上記脂環式ポリイソシアネート、脂環式ポリイソシアネートを用いると、膜強度がさらに高くなり、耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性がさらに良好になることがある。また、これらのポリイソシアネートは、複数種を混合して用いてもよい。
また、ポリイソシアネートとは、2分子以上のポリイソシアネートからなる構造であってもよい。2分子以上のポリイソシアネートからなる構造は、例えば、ウレトジオン構造、イソシアヌレート構造である。このようなポリイソシアネートを選択すれば、高分子が、分子が立体的に複雑に絡み合った構造と、ウレタン結合が密集している状態になる。したがって、例えば、低い酸価であっても、安定的に水系のインク中で分散できる。
一般に、連続印字安定性の低下は、主にインクジェットヘッドのノズルからの水の蒸発によって生じる。連続印字安定性を高めるためには、インクジェットヘッドのノズル近傍に存在するインク組成物から水がある程度蒸発して、高分子と顔料との相互作用が強まったときにも、顔料や樹脂が凝集せずに安定に分散された状態を保つことが要素の一つである。本実施形態の高分子は、比較的低酸価であるものの、上述のポリイソシアネートからなる構造を含むことによって立体的に複雑に絡み合った構造を有するため、水の蒸発が進んでも高分子と顔料との間で静電作用や斥力などによる反発が生じやすく、安定した分散構造を得やすい。
本明細書では、高分子の骨格とは、官能基間の分子鎖のことを指す。したがって、本実施形態の高分子は、ポリイソシアネート、ポリオール、ポリアミン等の原料の分子鎖に由来する骨格を有する。その他の骨格としては、特に限定されないが、例えば、置換又は非置換の飽和、不飽和若しくは芳香族系の鎖であり、係る鎖にはカーボネート結合、エステル結合、アミド結合等を有してもよい。また、係る骨格における置換基の種類や数は、特に限定されず、アルキル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アミノ基、スルホニル基、ホスフォニル基等が含まれてもよい。
1.1.3.高分子の合成及び分析
(高分子の合成)
本実施形態のインクジェットインク組成物に用いる高分子は、高分子の重合方法として既知の方法を利用して合成することができる。以下、例を挙げて説明する。ポリイソシアネート及びそれと反応する化合物(ポリオール、及び、必要に応じてポリアミン等)を、イソシアネート基が多くなるような使用量として反応させ、分子の末端にイソシアネート基を有するプレポリマーを重合する。このとき、反応を有機溶剤中で行うことが好ましい。また、このとき、必要に応じてメチルエチルケトン、アセトン、テトラヒドロフラン等の沸点100℃以下の有機溶剤を使用してもよい。これは一般的にプレポリマー法といわれるものである。
原料として酸基含有ジオールを用いる場合には、N,N-ジメチルエタノールアミン、N,N-ジエチルエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミンなどの有機塩基、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニアなどの無機塩基などの中和剤を用いてプレポリマーの酸基を中和する。好ましくは水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属を含む中和剤を用いることで、高分子の分散安定性が向上する。これら中和剤は、プレポリマーが有する酸性基1モル当たり、好ましくは0.5~1.0モル、より好ましくは0.8~1.0モル用いることによって粘度上昇が起こりにくくなり作業性が向上する。
その後、鎖延長剤や架橋剤を含む液体中にプレポリマーを添加し、鎖延長反応や架橋反応を行う。次いで、有機溶剤を使用した場合にはエバポレーターなどを用いて有機溶剤を除去して、高分子の分散体を得る。鎖延長反応や架橋反応を行うときは、水中(水性溶媒中)で行うことが好ましい。水性溶媒は少なくとも水を主な溶媒とする液体である。
高分子の重合反応に用いる触媒としては、チタン触媒、アルミニウム触媒、ジルコニウム触媒、アンチモン触媒、ゲルマニウム触媒、ビスマス触媒及び金属錯体系触媒が良好である。特にチタン触媒は、詳しくはテトラブチルチタネート、テトラメチルチタネートなどのテトラアルキルチタネート、シュウ酸チタンカリなどのシュウ酸金属塩などが好ましい。またその他の触媒としては公知の触媒であれば特に限定はしないが、ジブチルスズオキサイド、ジブチルスズジラウリレートなどのスズ化合物などが挙げられる。非重金属触媒としては、チタニウム、鉄、銅、ジルコニウム、ニッケル、コバルト、マンガン等の遷移金属のアセチルアセトナート錯体がウレタン化活性を有することが古くから知られている。近年、環境意識の高まりから、重金属触媒を代替できる低毒性の触媒が望まれており、なかでもチタニウム/ジルコニウム化合物の高いウレタン化活性が注目されている。
本発明に係るインクジェットインク組成物は、含有する高分子が、イソシアネートとポリテトラメチレングリコールと、酸基含有ポリオールと、の反応を、有機溶媒中で行い、得られたプレポリマーをポリアミンによる鎖延長を、水性溶媒中で行う、方法によってえられたものであることが好ましい。
これによれば、高分子を容易に安定して製造することができ、インクジェットインクに適用すれば、印刷物の耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性に優れる画像を容易に形成できるインクジェットインク組成物を製造することができる。
(高分子の分析)
高分子の組成、ポリイソシアネートの構造、及び高分子の酸価は、それぞれ以下の方法によって分析することができる。
まず、高分子を含有するインクから、高分子を抽出する方法について説明する。インクジェットインク組成物に顔料が含まれる場合には、顔料を溶解しないが、高分子は溶解するような有機溶剤(アセトン、メチルエチルケトンなど)を用いて、インクジェットインク組成物から高分子を抽出することができる。また、インクジェットインク組成物を超遠心法で分取、その上澄み液を酸によって酸析することで高分子を抽出することもできる。
(A)高分子の組成
高分子を、重水素化ジメチルスルホキシド(DMSO-d6)に溶解してサンプルとし、プロトン核磁気共鳴法(1H-NMR)又はカーボン13核磁気共鳴法(13C-NMR)により分析を行って得られたピークの位置から、ポリイソシアネート、ポリオール、ポリアミン等の種類を確認することができる。さらに、各成分の化学シフトのピークの積算値の比から、組成比を算出することもできる。また、高分子を熱分解ガスクロマトグラフィー(GC-MS)により分析しても、ポリイソシアネート、ポリオール、ポリアミンなどの種類を確認することができる。また、カーボン13核磁気共鳴分光法(13C-NMR)により分析を行うと、長鎖ポリオールの単位ユニットの繰り返し数を求め、数平均分子量を算出することもできる。
(B)ポリイソシアネートの構造
高分子を、フーリエ変換赤外分光分析(FT-IR)により分析を行って得られた赤外吸収スペクトルから、ポリイソシアネートの構造を確認することができる。主な吸収は以下の通りである。アロファネート構造は、3300cm-1にNH伸縮振動吸収、1750~1710cm-1、及び、1708~1653cm-1に2本のC=O伸縮振動吸収が存在する。ウレトジオン構造は、1780~1755cm-1にC=O伸縮振動吸収、1420~1400cm-1にウレトジオン環に基づく吸収が存在する。イソシアヌレート構造は、1720~1690cm-1にC=O伸縮振動吸収、1428~1406cm-1にイソシアヌレート環に基づく吸収が存在する。ビウレット構造は、1720~1690cm-1にC=O伸縮振動吸収が存在する。
(C)高分子の酸価
高分子の酸価は滴定法により測定することができる。酸価は、京都電子工業社(Kyoto Electronics Manufacturing Co. Ltd.)製のAT610(製品名)を用いて測定を行い、以下の数式(1)に数値をあてはめて算出する。
酸価(mg/g)=(EP1-BL1)×FA1×C1×K1/SIZE (1)
(上記の数式中、EP1は滴定量(mL)、BL1はブランク値(0.0mL)、FA1は滴定液のファクター(1.00)、C1は濃度換算値(5.611mg/mL)(0.1mo1/L KOH 1mLの水酸化カリウム相当量)、K1は係数(1)、SIZEは試料採取量(g)をそれぞれ表す。)
そして、電位差を利用したコロイド滴定により、テトラヒドロフランに溶解させた高分子について、酸価を測定することができる。このときの滴定試薬としては、水酸化ナトリウムのエタノール溶液を用いることができる。
1.1.4.高分子の酸価
上記のようにして高分子の酸価を測定することができるが、本実施形態の高分子の酸価は、50mgKOH/g以上100mgKOH/g以下である。これにより、インクジェットインク組成物に含まれる他の成分(水、顔料等)との相互作用が適切な範囲となる。これにより良好な連続印字安定性を確保することができる。
また、高分子の酸価は、より好ましくは60mgKOH/g以上95mgKOH/g以下である。さらには、65~90mgKOH/gが好ましく、70~85mgKOH/gがより好ましく、75~85mgKOH/gがさらに好ましい。酸価が50mgKOH/g以上であれば、高分子の水系インク中での分散安定性が良好であり、高温でも目詰まりを起こしにくく、耐ラミネート剥離性が向上する。一方、100mgKOH/g以下であれば、高分子が水で膨潤しにくく、インクが増粘しにくく、耐ブロッキング性が良好になる。
高分子の酸価は、例えば、カルボキシル基含有グリコール(ジメチロールプロピオン酸等の酸基含有ポリオール)に由来する骨格の含有量を調節することにより変化させることができる。本実施形態に係るインクジェットインク組成物が水系のインクである場合には、水により容易に分散できるように、カルボキシル基含有グリコールで、カルボキシル基を有する高分子とすることが好ましい。
1.1.5.高分子の含有量
本実施形態のインクジェットインク組成物は、上述の高分子を複数種含有してもよい。また、高分子は、エマルションの形態で添加されてもよい。本実施形態のインクジェットインク組成物における高分子の合計の含有量は固形分として、質量基準(以下単に%と示すものは質量%を示す)で、1%以上20.0%以下であることが好ましく、2.0%以上15.0%以下であることがより好ましい。さらには、4.0%以上12.0%以下がより好ましい。
1.2.その他の成分
1.2.1.顔料
本実施形態のインクジェットインク組成物は、色材として顔料、染料等を含有してもよい。本実施形態のインクジェットインク組成物は、上述の高分子により、物理的に色材を記録媒体に定着できるため、用いる色材としては、顔料がより好ましい。係る顔料が記録媒体に付着されることにより、画像(記録物)が形成される。
顔料としては、特に制限されず、顔料種としては、カーボンブラック、炭酸カルシウム、酸化チタンなどの無機顔料、アゾ顔料、イソインドリノン顔料、ジケトピロロピロール顔料、フタロシアニン顔料、キナクリドン顔料、アントラキノン顔料などの有機顔料などを用いてもよい。
ブラック顔料としては、No.2300、No.900、MCF88、No.33、No.40、No.45、No.52、MA7、MA8、MA100、No.2200B等(以上、三菱化学株式会社製)、Raven 5750、Raven 5250、Raven 5000、Raven 3500、Raven 1255、Raven 700等(以上、コロンビアカーボン社製)、Rega1 400R、Rega1 330R、Rega1 660R、Mogul L、Monarch 700、Monarch 800、Monarch 880、Monarch 900、Monarch 1000、Monarch 1100、Monarch 1300、Monarch 1400等(以上、キャボット社製)、Color Black FW1、Color Black FW2、Color Black FW2V、Color Black FW18、Color Black FW200、Color B1ack S150、Color Black S160、Color Black S170、Printex 35、Printex U、Printex V、Printex 140U、Special Black 6、Special Black 5、Special Black 4A、Special Black 4(以上、デグッサ社製)等が挙げられる。
ホワイト顔料としては、C.I.ピグメントホワイト 1(塩基性炭酸鉛)、4(酸化亜鉛)、5(硫化亜鉛と硫酸バリウムの混合物)、6(酸化チタン),6:1(他の金属酸化物を含有する酸化チタン)、7(硫化亜鉛)、18(炭酸カルシウム),19(クレー)、20(雲母チタン)、21(硫酸バリウム)、22(天然硫酸バリウム)、23(グロスホワイト)、24(アルミナホワイト)、25(石膏)、26(酸化マグネシウム・酸化ケイ素)、27(シリカ)、28(無水ケイ酸カルシウム)等が挙げられる。
イエロー顔料としては、C.I.ピグメントイエロー 1、2、3、4、5、6、7、10、11、12、13、14、16、17、24、34、35、37、53、55、65、73、74、75、81、83、93、94、95、97、98、99、108、109、110、113、114、117、120、124、128、129、133、138、139、147、151、153、154、167、172、180等が挙げられる。
マゼンタ顔料としては、C.I.ピグメントレッド 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、14、15、16、17、18、19、21、22、23、30、31、32、37、38、40、41、42、48(Ca)、48(Mn)、57(Ca)、57:1、88、112、114、122、123、144、146、149、150、166、168、170、171、175、176、177、178、179、184、185、187、202、209、219、224、245、及びC.I.ピグメントヴァイオレット19、23、32、33、36、38、43、50等が挙げられる。
シアン顔料としては、C.I.ピグメントブルー 1、2、3、15、15:1、15:2、15:3、15:34、15:4、16、18、22、25、60、65、66、及びC.I.バットブルー 4、60等が挙げられる。
ブラック、ホワイト、イエロー、マゼンタ及びシアン以外の顔料としては、例えば、C.I.ピグメントグリーン 7、10、及びC.I.ピグメントブラウン 3、5、25、26、及びC.I.ピグメントオレンジ 1、2、5、7、13、14、15、16、24、34、36、38、40、43、63等が挙げられる。
上記例示した顔料は、アニオン性基が直接又は他の原子団を介して粒子表面に結合してなる顔料(表面処理顔料)、及び、アニオン性官能基を有する樹脂で分散させた顔料の少なくとも一方として使用できる。
アニオン性基が直接又は他の原子団を介して粒子表面に結合してなる顔料としては、例えば、顔料粒子の表面にアニオン性基を含む官能基を結合させたものや、顔料粒子の表面にアニオン性樹脂を結合させたものが挙げられる。また、アニオン性官能基を有する樹脂で分散させた顔料としては、顔料粒子の表面にアニオン性樹脂を物理的に吸着させたものや、アニオン性樹脂で顔料を包含したものなどが挙げられる。
顔料粒子の表面にアニオン性基を含む官能基を結合させた自己分散顔料は、-COOM、-SO3M、-PO3HM、-PO32などのアニオン性基が、顔料粒子の表面に直接又は他の原子団を介して結合してなるものである。Mとしては、水素原子、リチウム、ナトリウム、カリウム、アンモニウム(NH4)、メチルアミン、エチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどの有機アミンが挙げられる。また、他の原子団としては、炭素原子数1~12の直鎖又は分岐のアルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基、アミド基、スルホニル基、アミノ基、カルボニル基、エステル基、エーテル基及びこれらの基を組み合わせた基などが挙げられる。
これらの自己分散顔料としては、公知の方法により酸化処理によりアニオン性基を顔料粒子の表面に結合させたものや、ジアゾカップリングなどアニオン性基を含む官能基を顔料粒子の表面に結合させたものが挙げられ、いずれも好適に用いることができる。顔料粒子の表面にアニオン性樹脂を結合させた自己分散顔料は、親水性ユニットとして、少なくともアニオン性基を有するユニットを有する樹脂が、顔料粒子の表面に直接又は他の原子団を介して結合してなるものである。
顔料粒子の表面にアニオン性樹脂を物理的に吸着させた樹脂分散顔料、及び、アニオン性樹脂で顔料を包含した樹脂分散顔料は、いずれも、樹脂分散剤を用いる分散方式である。樹脂分散剤としては、親水性基と疎水性基とを有する共重合体を用いる。
自己分散顔料や樹脂分散顔料に用いる樹脂分散剤としては、インクジェット用のインクに使用可能な公知の樹脂をいずれも用いることができる。好適な樹脂分散剤としては、親水性基には少なくともアニオン性基が含まれることが好ましい。親水性基としては、(メタ)アクリル酸やその塩などの親水性単量体によるものが挙げられる。また、疎水性基としては、スチレンやその誘導体、ベンジル(メタ)アクリレートなどの芳香環を有するモノマー、(メタ)アクリル酸エステルなどの脂肪族基を有するモノマー、などの疎水性単量体による官能基などが挙げられる。
樹脂分散剤として用いる樹脂は、重量平均分子量が1,0000以上100,000以下、さらには3,0000以上80,000以下であるものや、酸価が50mgKOH/g以上150mgKOH/g以下であるものが好ましい。本発明においては、酸価が50mgKOH/g以上150mgKOH/g以下のスチレン-(メタ)アクリル系樹脂又は(メタ)アクリル系樹脂を分散剤として用いることがより好ましい。分散剤を用いる分散方式を利用する場合、樹脂分散剤/顔料の質量比率は、0.1倍以上10.0倍以下、さらには0.5倍以上5.0倍以下とすることが好ましい。
本実施形態のインクジェットインク組成物の付着対象が透明又は半透明なフィルムなどの記録媒体である場合には、顔料を用いる場合に、無機顔料(白色顔料)を用いると、定着性及び耐擦過性に優れた下地層(後述の第1層)を形成することができ、係る下地層により、背景の遮蔽性の良好な記録物を作成することができる。
これら例示した顔料は、複数種を用いてもよい。インクジェットインク組成物中の顔料(固形分)の合計の含有量は、使用する顔料種により異なるが、良好な発色性を得る観点から、インクジェットインク組成物の総質量を100質量%としたときに、カラーインクの場合は0.1質量%以上15.0質量%以下であることが好ましく、1.0質量%以上10.0質量%以下であることがさらに好ましい。白インクの場合は0.1質量%以上20.0質量%以下であることが好ましく、1.0質量%以上15.0質量%以下であることがさらに好ましい。
なお、インクジェットインク組成物に調製する際には、あらかじめ顔料を分散させた顔料分散液を調製して、その顔料分散液をインクジェットインク組成物に添加してもよい。このような顔料分散液を得る方法としては、分散剤を使用せずに自己分散顔料を分散媒中に分散させる方法、ポリマー分散剤(樹脂分散剤)を使用して顔料を分散媒に分散させる方法、表面処理した顔料を分散媒に分散させる方法などがある。
1.2.2.水
本実施形態に係るインクジェットインク組成物は、水を含んでもよい。水としては、例えば、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、及び蒸留水等の純水、並びに超純水のような、イオン性不純物を極力除去したものが挙げられる。また、紫外線照射又は過酸化水素の添加等によって滅菌した水を用いると、インクジェットインク組成物を長期保存する場合に細菌類や真菌類の発生を防止することができる。
水の含有量は、インクジェットインク組成物の総量に対して、30質量%以上、好ましくは40質量%以上であり、より好ましくは45質量%以上であり、さらに好ましくは50質量%以上である。なおインクジェットインク組成物中の水というときには、例えば、原料として用いる高分子粒子分散液、顔料分散液、添加する水等からくる水を含むものとする。水の含有量が30質量%以上であることにより、インクジェットインク組成物を比較的低粘度とすることができる。また、水の含有量の上限は、インクジェットインク組成物の総量に対して、好ましくは90質量%以下であり、より好ましくは85質量%以下であり、さらに好ましくは80質量%以下である。
本実施形態に係るインクジェットインク組成物は、水を含有する、水系インクであることがより好ましい。これにより、高分子がエマルション形態で分散しやすく、定着性及び耐擦過性にさらに優れた画像をインクジェット法により容易に形成することができる。水系インクは、少なくとも水を主要な溶媒とするインクであり、水を30質量%以上含むインクである。
1.2.3.水溶性有機溶剤
本実施形態のインクジェットインク組成物は、水溶性有機溶媒を含んでもよい。水溶性有機溶媒を含むことにより、インクジェットインク組成物のインクジェット法による吐出安定性を優れたものとしつつ、長期放置時による記録ヘッドからの水分蒸発を効果的に抑制することができる。
水溶性有機溶剤は、水溶性であれば特に制限はなく、1価ないしは多価のアルコール、(ポリ)アルキレングリコール、グリコールエーテル、ε‐カプロラクタム、2-ピロリドン、N-メチル-ピロリドンなどのラクタム、ε‐カプロラクトン、δ‐バレロラクトンなどのラクトンなどの含窒素極性溶媒、ジメチルスルホキシド(DMSO)、アセチン、ジアセチン等含硫黄極性溶媒などを用いることができる。その中でもラクタム構造が好ましく2-ピロリドンが好ましい。インクジェットインク組成物中の水溶性有機溶剤の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、合計で3.0質量%以上50.0質量%以下であることが好ましい。
1.2.4.界面活性剤
本実施形態のインクジェットインク組成物は、界面活性剤を含んでもよい。界面活性剤としては、ノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両性界面活性剤のいずれも使用することができ、さらにこれらは併用してもよい。特に、シリコン系の界面活性剤およびアセチレングリコール系界面活性剤が好ましい。
インクジェットインク組成物に界面活性剤を配合する場合には、インクジェットインク組成物全体に対して、界面活性剤の合計で0.01質量%以上3質量%以下、好ましくは0.05質量%以上2質量%以下、さらに好ましくは0.1質量%以上1質量%以下、特に好ましくは0.2質量%以上0.5質量%以下配合することが好ましい。
インクジェットインク組成物が界面活性剤を含有することにより、ヘッドからインクを吐出する際の安定性が増す傾向がある。
1.2.5.キレート剤
本実施形態のインクジェットインク組成物は、キレート剤を含んでもよい。キレート剤は、イオンを捕獲する性質を有する。そのようなキレート剤としては、例えば、エチレンジアミン四酢酸塩(EDTA)や、エチレンジアミンのニトリロトリ酢酸塩、ヘキサメタリン酸塩、ピロリン酸塩、又はメタリン酸塩等が挙げられる。
1.2.6.防腐剤
本実施形態のインクジェットインク組成物は、防腐剤を含有してもよい。防腐剤を含有することにより、カビや細菌の増殖を抑制することができ、インク組成物の保存性がより良好となる。これにより、例えば、インクジェットインク組成物を、長期的にプリンターを使用せず保守する際のメンテナンス液として使用しやすくなる。防腐剤の好ましい例としては、プロキセルCRL、プロキセルBDN、プロキセルGXL、プロキセルXL-2、プロキセルIB、又はプロキセルTNなどを挙げることができる。
1.2.7.pH調整剤
本実施形態のインクジェットインク組成物は、pH調整剤を含有してもよい。pH調整剤を含有することにより、例えば、インク流路を形成する部材からの不純物の溶出を抑制したり、促進したりすることができ、インクジェットインク組成物の洗浄性を調節することができる。pH調整剤としては、例えば、モルホリン類、ピペラジン類、トリエタノールアミン等のアミノアルコール類、を例示できる。
1.2.8.その他の成分
本実施形態に係るインクジェットインク組成物は、さらに必要に応じて、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタンなどの多価アルコール類や、尿素、エチレン尿素などの尿素誘導体などの、常温で固体の水溶性有機化合物を含有してもよい。さらに、必要に応じて、防錆剤、防黴剤、酸化防止剤、還元防止剤、蒸発促進剤及び水溶性樹脂など、種々の添加剤を含有してもよい。
1.3.インクジェットインク組成物の製造方法
本実施形態のインクジェットインク組成物の製造方法は特に制限されないが、例えば以下のようにして製造することができる。
まず、高分子を重合する際に、メチルエチルケトン溶媒中で反応させて、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、m-ビス(イソシアネートプロピル)ベンゼン及びm-ビス(イソシアネートメチル)ベンゼンから選ばれた1種以上に由来するウレタン基又はウレア基を有する高分子を形成する。
そして、得られた高分子分散体又は高分子溶液と、上述の各成分を、任意な順序で混合し、必要に応じて濾過等をして不純物を除去することにより製造することができる。各成分の混合方法としては、メカニカルスターラー、マグネチックスターラー等の撹拌装置を備えた容器に順次材料を添加して撹拌混合する方法が好適に用いられる。
1.3.インクジェットインク組成物の物性
<表面張力>
本実施形態に係るインクジェットインク組成物は、画像品質とインクジェット記録用のインクとしての信頼性とのバランスの観点から、20℃における表面張力が20mN/m以上40mN/mであることが好ましく、20mN/m以上35mN/m以下であることがより好ましい。なお、表面張力の測定は、例えば、自動表面張力計CBVP-Z(商品名、協和界面科学株式会社製)を用いて、20℃の環境下で白金プレートをインクで濡らしたときの表面張力を確認することにより測定することができる。
<粘度>
また、同様の観点から、本実施形態に係るインクジェットインク組成物の20℃における粘度は、3mPa・s以上15mPa・s以下であることが好ましく、3mPa・s以上10mPa・s以下であることがより好ましい。なお、粘度の測定は、例えば、粘弾性試験機MCR-300(商品名、Pysica社製)を用いて、20℃の環境下での粘度を測定することができる。
1.4.作用効果等
本実施形態のインクジェットインク組成物によれば、上述の高分子を添加することで、印刷物の耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性を向上するとともに、連続印字安定性を高く維持できる。連続印字安定性は、高分子の酸価と関連しており、酸価が高いと、高分子の親水性が高まり、連続印字安定性が向上する。ところが、高分子の酸価を高くしすぎると、連続印字安定性は向上するものの、印刷物の耐ブロッキング性が低下する傾向がある。また、高分子をインクジェットインク組成物に含有させる形態によっては、インクの連続印字安定性が低下するということもわかっている。耐ラミネート剥離性も高分子の酸価と関連しており、酸価が低いと、高分子の極性が低下し耐ラミネート剥離性は低下する。好ましい酸価の範囲は、50mgKOH/g以上100mgKOH/g以下である。
また、一般に、連続印字安定性の低下は、主にインクジェットヘッドのノズルからの水の蒸発によって生じる。連続印字安定性を高めるためには、インクジェットヘッドのノズル近傍に存在するインクから水がある程度蒸発して、高分子と顔料との相互作用が強まったときにも、顔料や樹脂が凝集せずに安定に分散された状態を保っていることが必要である。
本実施形態のインクジェットインク組成物に含まれる高分子は、立体的に複雑に絡み合った構造を有するため、水の蒸発が進んでも高分子と顔料との間で静電作用や斥力などによる反発が生じやすい。これにより本実施形態のインクジェットインク組成物は、印刷物の耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性が向上し、顔料の分散状態が安定に保たれるので、連続印字出安定性を向上することができる。
さらに、本実施形態のインクジェットインク組成物に含まれる高分子のように、イソシアネートを適切に配合することによって、フィルム等の平坦性の高い記録媒体に印刷した場合の印刷物の耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性が向上する。
高分子は主にポリイソシアネートとそれと反応する成分で構成されるので、インクジェットインク組成物の連続印字安定性の向上のため、高分子の酸価を上げる場合、酸基含有ジオールなどの短鎖ポリオールが占める割合を大きくすることになる。すると、短鎖ポリオールと同様に、ポリイソシアネートと反応する対象の成分である、長鎖ポリオールが占める割合が小さくなる。この場合、高分子におけるウレタン結合の増加やソフトセグメントの減少になり、高分子膜の柔軟性が損なわれる。したがって、高分子の酸価を上げることによってその親水性を高めると、インクジェットインク組成物の連続印字安定性は向上するが、画像の耐ブロッキング性が低下する。
本実施形態のインクジェットインク組成物に含まれる高分子では、酸価を50~100mgKOH/gとして、インクジェットインク組成物の連続印字出安定性を確保している。そして、高分子を特定のジイソシアネートを含む原料を用いて重合することにより印刷物の耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性を向上さるものとしている。
なお、インクジェット記録方法で記録するとき、インジェットヘッドのノズルから一定時間インクが吐出されない状態が続くと、ノズルからインク中の水の蒸発が起こる。その後、ノズルから次のインクを吐出させようとすると、インクの滴が真っ直ぐに飛ばなかったり、吐出ができなかったりするということが生じる。このような現象が生じるインクは、連続印字安定性が低いということになる。
1.4.インクジェットインク組成物の製造方法
本実施形態のインク組成物の製造方法は、前述の高分子粒子を用いてインクを製造する製造方法である。
2.記録方法
2.1.記録媒体
本実施形態に係る記録方法は、インクジェットインク組成物を用いて記録媒体に記録を行う記録方法に使用される。以下、本実施形態に係る記録方法とともに使用される記録媒体の例について説明する。
本実施形態の記録方法に用いる記録媒体は、特に限定されないが、低吸収性又は非吸収性記録媒体が好ましい。低吸収性又は非吸収性記録媒体とは、インクを全く吸収しない、又はほとんど吸収しない性質を有する記録媒体を指す。定量的には、本実施形態で使用する記録媒体とは、「ブリストー(Bristow)法において接触開始から30msec1/2までの水吸収量が10mL/m2以下である記録媒体」を指す。このブリストー法は、短時間での液体吸収量の測定方法として最も普及している方法であり、日本紙パルプ技術協会(JAPAN TAPPI)でも採用されている。試験方法の詳細は「JAPAN TAPPI紙パルプ試験方法2000年版」の規格No.51「紙及び板紙-液体吸収性試験方法-ブリストー法」に述べられている。このような非吸収性の性質を備える記録媒体としては、インク吸収性を備えるインク受容層を記録面に備えない記録媒体や、インク吸収性の小さいコート層を記録面に備える記録媒体が挙げられる。
非吸収性記録媒体としては、特に限定されないが、例えば、インク吸収層を有していないプラスチックフィルム、紙等の基材上にプラスチックがコーティングされているものやプラスチックフィルムが接着されているもの等が挙げられる。ここでいうプラスチックとしては、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。
低吸収性記録媒体としては、特に限定されないが、例えば、表面に油性インクを受容するための塗工層が設けられた塗工紙が挙げられる。塗工紙としては、特に限定されないが、例えば、アート紙、コート紙、マット紙等の印刷本紙が挙げられる。
本実施形態のインクジェットインク組成物を用いれば、このようなインク非吸収性又はインク低吸収性の記録媒体に対しても、耐ラミネート剥がれ性や耐ブロッキング性に優れる記録物の記録が行え好ましい。また、定着性が良好で耐擦過性が良好な所定の画像をより容易に形成することができる。
本実施形態のインク組成物は、低吸収性又は非吸収性記録媒体への記録に用いるインク組成物であってもよく、好ましい。
本実施形態に係る記録方法では、インクの付着対象である記録媒体が、低吸収性又は非吸収性記録媒体とすることが好ましく、特に、ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレン等)、および又はポリエチレンテレフタレート(PET)を主成分とすることがより好ましい。このような記録媒体は、一般的に接着の困難な記録媒体であり、これに対して定着性の良好な画像を形成することができるので、定着性、印刷物の耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離性が良好であるという効果が更に顕著である。
2.2.記録方法
本実施形態に係る記録方法は、上述のインクジェットインク組成物を用いる。このような記録方法によれば、例えば、記録媒体上に、インクジェットインク組成物をインクジェットヘッドから吐出して記録媒体に付着(付着工程)を行い、画像層を形成する場合に、連続印字安定性を確保し、印刷物の耐ブロッキング性および耐ラミネート剥離が両立された画像を得ることができる。
本実施形態の記録方法は、上記で説明した本実施形態のインクジェットインク組成物をインクジェット方式の記録ヘッドから吐出して記録媒体に画像を記録する方法である。インクを吐出する方式としては、インクに電歪素子による力学的エネルギーを付与する方式や、インクに熱エネルギーを付与する方式が挙げられる。本実施形態においては、インクに電歪素子による力学的エネルギーを付与する方式を用いることが特に好ましい。
2.2.記録物
本実施形態の記録物は、前述のインク組成物を用いて上述の記録媒体に記録を行い得られる記録物である。
3.実施例及び比較例
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、その趣旨を逸脱しない限り種々の変更は可能であり、下記の実施例によって何ら限定されるものではない。なお、成分量に関して%と記載しているものは特に断らない限り質量%である。
3.1.高分子の重合
<ウレタン樹脂エマルションA1の調製>
攪拌機、還流冷却管及び温度計を挿入した反応容器に、ポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG2000:数平均分子量2000)220g、2,2-ジメチロールプロピオン酸(DMPA)140g及びメチルエチルケトン(MEK:bp79.6℃)130gを窒素気流下で仕込み、65℃に加熱してDMPAを溶解させた。4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(MCHDI)を330g、ウレタン化触媒XK-614(楠本化成製)を0.26g加え75℃まで加熱し、5時間かけてウレタン化反応を行い、イソシアネート末端ウレタンプレポリマーを得た。
次いで反応混合物を70℃まで冷却しこれにトリエタノールアミン40gを添加・混合したものの中から800gを抜き出して、強攪拌下のもと水540g及びトリエタノールアミン40gの混合溶液の中に加えた。ついで氷160gを投入し、35重量%のビシクロヘプタンジメタンアミン水溶液28gを加えて鎖延長反応を行い、固形分濃度が30%となるようにメチルエチルケトンおよび水の一部を留去し、ウレタン樹脂エマルションA1(ウレタン樹脂成分30%、水70%、酸価80mgKOH/g)を得た。
<ウレタン樹脂エマルションA2の調製>
ウレタン樹脂エマルションA1の製造において、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(MCHDI)330gの代わりに、イソホロンジイソシアネート(IPDI)280gを用い、ポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG2000:数平均分子量2000)を260gに、2,2-ジメチロールプロピオン酸(DMPA)を138gにした以外は同様にしてウレタン樹脂エマルションA2(ウレタン樹脂成分30%、水70%、酸価80mgKOH/g)を得た。
<ウレタン樹脂エマルションA3の調製>
ウレタン樹脂エマルションA1の製造において、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート330g代わりに1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン(BIMCH)235gを用い、PTMG2000を275gに、DMPAを130gに35重量%のビシクロヘプタンジメタンアミン水溶液を30gにした以外は同様にしてウレタン樹脂エマルションA3(ウレタン樹脂成分30%、水70%、酸価80mgKOH/g)を得た。
<ウレタン樹脂エマルションA4の調製>
ウレタン樹脂エマルションA2の製造において、イソホロンジイソシアネート(IPDI)280gの代わりにm-ビス(イソシアネートプロピル)ベンゼン(BICPB)300gを用い、ポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG2000:数平均分子量2000)を200gに、2,2-ジメチロールプロピオン酸(DMPA)を130gに、ビシクロヘプタンジメタンアミン水溶液を55gした以外は同様にしてウレタン樹脂エマルションA4(ウレタン樹脂成分30%、水70%、酸価80mgKOH/g)を得た。
<ウレタン樹脂エマルションA5の調製>
ウレタン樹脂エマルションA1の製造において、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(MCHDI)280gの代わりにm-ビス(イソシアネートメチル)ベンゼン(BICMB)208gを用い、ポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG2000:数平均分子量2000)を157に、2,2-ジメチロールプロピオン酸(DMPA)を125gにした以外は同様にしてウレタン樹脂エマルションA5(ウレタン樹脂成分30%、水70%、酸価80mgKOH/g)を得た。
<ウレタン樹脂エマルションA6の調製>
ウレタン樹脂エマルションA3の製造において、ポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG2000:数平均分子量2000)275gをポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG3000:数平均分子量3000)413gに変えた以外は同様にしてウレタン樹脂エマルションA6(ウレタン樹脂成分30%、水70%、酸価65mgKOH/g)を得た。
<ウレタン樹脂エマルションA7の調製>
ウレタン樹脂エマルションA4の製造において、ポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG2000:数平均分子量2000)200gをポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG3000:数平均分子量3000)225g及びポリカーボネートジオール(ポリヘキサメチレンカーボネートジオール(東ソー製「ニッポラン980R」):数平均分子量2000)50gに変えた以外は同様にしてポリカーボネート系ウレタン樹脂エマルションA7(ウレタン樹脂成分30%、水70%、酸価71mgKOH/g)を得た。
<ウレタン樹脂エマルションA8の調製>
ウレタン樹脂エマルションA2の製造において、ポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG2000:数平均分子量2000)260gをポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG2000:数平均分子量2000)200g及びポリカーボネートジオール(ポリヘキサメチレンカーボネートジオール(東ソー製「ニッポラン980R」):数平均分子量2000)75gに変えた以外は同様にしてウレタン樹脂エマルションA8(ウレタン樹脂成分30%、水70%、酸価80mgKOH/g)を得た。
<ウレタン樹脂エマルションA9の調製>
ウレタン樹脂エマルションA2の製造において、ポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG2000:数平均分子量2000)260gの代わりにポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG2000:数平均分子量2000)253g及びトリメチロールプロパン(TMP)1gに変えた以外は同様にしてウレタン樹脂エマルションA91(ウレタン樹脂成分30%、水64%、酸価80mgKOH/g)を得た。
<ウレタン樹脂エマルションA10の調製>
ウレタン樹脂エマルションA2の製造において、ポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG2000:数平均分子量2000)260gの代わりにポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG2000:数平均分子量2000)248g及びトリエチレングリコール(TEG)2gに変えた以外は同様にしてウレタン樹脂エマルションA10(ウレタン樹脂成分30%、水70%、酸価82mgKOH/g)を得た。
<ウレタン樹脂エマルションA11の調製>
樹脂エマルションA2の製造において、イソホロンジイソシアネート(IPDI)280gの代わりに2,4-トリレンジイソシアネート(TDI)220gを用い、2,2-ジメチロールプロピオン酸(DMPA)を130gにした以外は同様にしてウレタン樹脂エマルションA11(ウレタン樹脂成分30%、水70%、酸価83mgKOH/g)を得た。
<ウレタン樹脂エマルションA12の調製>
樹脂エマルションA2の製造において、イソホロンジイソシアネート(IPDI)280gの代わりに4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)315gを用いた以外は同様にしてウレタン樹脂エマルションA12(ウレタン樹脂成分30%、水70%、酸価76mgKOH/g)を得た。
<ウレタン樹脂エマルションA13の調製>
樹脂エマルションA2の製造において、イソホロンジイソシアネート(IPDI)280gの代わりに1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)210gを用いた以外は同様にしてウレタン樹脂エマルションA13(ウレタン樹脂成分30%、水70%、酸価89mgKOH/g)を得た。
<ウレタン樹脂エマルションA14の調製>
樹脂エマルションA2の製造において、イソホロンジイソシアネート(IPDI)280gの代わりに4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)250g及び1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)44gを用いた以外は同様にしてウレタン樹脂エマルションA14(ウレタン樹脂成分30%、水70%、酸価78mgKOH/g)を得た。
<ウレタン樹脂エマルションA15の調製>
樹脂エマルションA2の製造において、2,2-ジメチロールプロピオン酸(DMPA)138gを115gにし、イソホロンジイソシアネート(IPDI)280gを210gに、ポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG2000:数平均分子量2000)260gを125gにし、35重量%のビシクロヘプタンジメタンアミン水溶液7gにした以外は同様にしてウレタン樹脂エマルションA15(ウレタン樹脂成分30%、水70%、酸価102mgKOH/g)を得た。
<ウレタン樹脂エマルションA16の調製>
樹脂エマルションA2の製造において、2,2-ジメチロールプロピオン酸(DMPA)138gを40gに、イソホロンジイソシアネート(IPDI)280gを100gに、ビシクロヘプタンジメタンアミン水溶液7gにした以外は同様にしてウレタン樹脂エマルションA16(ウレタン樹脂成分30%、水70%、酸価49mgKOH/g)を得た。
<ウレタン樹脂エマルションA17の調製>
ウレタン樹脂エマルションA3の製造において、ポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG2000:数平均分子量2000)275gの代わりにポリオキシプロピレングリコール(PPG2000:数平均分子量2000)275gを用いた以外は同様にしてウレタン樹脂エマルションA17(ウレタン樹脂成分30%、水70%、酸価80mgKOH/g)を得た。
<ウレタン樹脂エマルションA18の調製>
ウレタン樹脂エマルションA6の製造において、ポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG3000:数平均分子量3000)413gの代わりにポリオキシプロピレングリコール(PPG3000:数平均分子量3000)413gを用いた以外は同様にしてウレタン樹脂エマルションA18(ウレタン樹脂成分30%、水70%、酸価65mgKOH/g)を得た。
<ウレタン樹脂エマルションA19の調製>
ウレタン樹脂エマルションA4の製造において、ポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG2000:数平均分子量2000)200gの代わりにポリオキシプロピレングリコール(PPG2000:数平均分子量2000)150g、ポリカーボネートジオール(ポリヘキサメチレンカーボネートジオール(東ソー製「ニッポラン980R」):数平均分子量2000)50gを用いた以外は同様にしてウレタン樹脂エマルションA19(ウレタン樹脂成分30%、水70%、酸価80mgKOH/g)を得た。
<ウレタン樹脂エマルションA20の調製>
ウレタン樹脂エマルションA9の製造において、ポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG2000:数平均分子量2000)253gを、ポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG2000:数平均分子量2000)100gとポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG4000:数平均分子量4000)153gに変えたこと以外は同様にしてポリエーテル系ウレタン樹脂エマルションA20(ウレタン樹脂成分30%、水70%、酸価70mgKOH/g)を得た。
<ウレタン樹脂エマルションA21の調製>
ウレタン樹脂エマルションA2の製造において、ポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG2000:数平均分子量2000)260gの代わりにポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG3000:数平均分子量3000)194g、ポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG250:数平均分子量250)16g添加して、ポリテトラメチレングリコールの平均分子量を450として用いた以外は同様にしてポリエーテル系ウレタン樹脂エマルションA21(ウレタン樹脂成分30%、水70%、酸価80mgKOH/g)を得た。
<ウレタン樹脂エマルションA22の調製>
ウレタン樹脂エマルションA2の製造において、ポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG2000:数平均分子量2000)260gの代わりにポリテトラメチレングリコール(三菱化学製PTMG4000:数平均分子量4000)520gを用いた以外は同様にしてポリエーテル系ウレタン樹脂エマルションA22(ウレタン樹脂成分30%、水70%、酸価55mgKOH/g)を得た。
上記ウレタン樹脂エマルションA1~A22について、下記の表1にまとめた。
PCDはポリヘキサメチレンカーボネートジオール(東ソー製「ニッポラン980R」)である。
Figure 0007347201000006
3.3.顔料分散液の調製
(顔料分散液1)
500gのカーボンブラック、1000gの水溶性樹脂、14000gの水を混合し、混合物を得た。水溶性樹脂としては、酸価100mgKOH/g、重量平均分子量10,000のスチレン-アクリル酸共重合体を0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液で中和したものを用いた。1mmのジルコニアビーズを用いたロッキングミルを用いてこの混合物を1時間分散した後、遠心分離により不純物を除去し、さらにポアサイズ5.0μmのミクロフィルター(ミリポア製)を用いて減圧ろ過を行った。次いで、顔料固形分の濃度を調整して、pHが9.0である顔料分散液2を得た。顔料分散液2には、水溶性樹脂(樹脂分散剤)により分散された顔料が含まれており、顔料の含有量は30.0%、樹脂の含有量は15.0%であった。
(顔料分散液2)
攪拌機、温度計、還流管及び滴下ロートを備えた反応容器を窒素置換した後、メチルエチルケトン300質量部を入れ、スチレン40質量部、エチルメタクリレート40質量部、ラウリルアクリレート5質量部、ラウリルメタクリレート5質量部、メトキシポリエチレングリコール400アクリレートAM-90G(新中村化学工業株式会社製)5質量部、アクリル酸5質量部、過硫酸アンモニウム0.2質量部、t―ドデシルメルカプタン0.3質量部を滴下ロートに入れて4時間かけて反応容器に滴下しながらポリマー分散剤を重合反応させた。その後、反応容器にメチルエチルケトンを添加して40質量%のポリマー分散剤の溶液を調製した。
上記ポリマー分散剤溶液について、株式会社日立製作所製L7100システムのゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて、溶媒をTHFとしてスチレン換算の重量平均分子量を測定したところ、58000であった。また、多分散度(Mw/Mn)の値は3.1であった。
また、上記ポリマー分散剤溶液40質量部と、シアン顔料としてクロモファインブルー C.I.Pigment Blue15:3(大日精化工業株式会社製、商品名、以下「PB15:3」ともいう)30質量部、0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液100質量部、メチルエチルケトン30質量部とを混合し、アルティマイザー25005(スギノマシン株式会社製製品名)で8パスの分散処理を行った。その後、イオン交換水を300質量部添加して、ロータリーエバポレーターを用いてメチルエチルケトンの全量と水の一部を留去して、0.1mol/Lの水酸化ナトリウムで中和してpH9に調整した。次いで、シアン顔料の体積平均粒径を粒度分布計で測定しながら、体積平均粒径が100nmとなるまで分散し、3μmのメンブレンフィルターでろ過して固形分(ポリマー分散剤と顔料)が15質量%である顔料分散液を得た。
3.4.インクジェットインク組成物の調製
<インクの調製>
(実施例1~13、比較例1~9)
下記に示す各成分を混合し、十分に撹拌した後、ポアサイズ5.0μmのミクロフィルター(ミリポア製)にて減圧ろ過を行い、各実施例及び各比較例の各インクジェットインク組成物を調製した。実施例及び比較例の各インクジェットインク組成物の組成を表2および表3に示す。尚、表2、表3には顔料固形分の正味の添加量を示す。イオン交換水を残量(残量とは、インクの全成分の合計量が100.0%となる量)である。ウレタン樹脂エマルションA1~A22を用いた各インクジェットインク組成物の組成及び評価結果を同じく表2、表3に示す。表2、表3中の1,2-HDは1,2-ヘキサンジオール、PGはプロピレングリコール、SAG503Aは日信化学製シリコン系界面活性剤シルフェイスSAG503A、DF110Dは日信化学製アセチレングリコール系界面活性剤DF110D、TiPAはトリイソプロパノールアミン、EDTAはエチレンジアミン4酢酸2ナトリウム塩である。
3.5.評価方法
<評価>
上記で得られた各インクジェットインク組成物をそれぞれインクカートリッジに充填し、ピエゾ素子のエネルギーの作用により記録ヘッドからインクを吐出するインクジェット記録装置(商品名PX-G930、セイコーエプソン株式会社製)に搭載した。各例において1/600インチ×1/600インチの単位領域に、1滴当たりの質量が28ng±10%であるインク滴を1滴付与する条件で記録したベタ画像の記録デューティを100%と定義する。記録条件は、温度:23℃、相対湿度:55%とした。各例について以下の各評価を行った。耐ブロッキング性、耐ラミネート性の評価基準において、A及びBを許容できるレベル、C及びDを許容できないレベルとした。
(耐ブロッキング性試験)
フィルム(商品名OPP無地ロール25μm厚、東洋紡製)に、記録デューティが100%である、1.0インチ×0.5インチのベタ画像を記録した記録物を得た。プラテン温度を60℃で1440dpi×1440dpiのドット密度で印刷した。そのサンプルを用いテスター産業株式会社製のブロッキングテスターCO-201で5Kgf/cm2(50mmφ)、50℃24時間放置(n=3)の条件で、各基材の裏面(非コロナ面)と印刷面を貼り合わせて評価した。それぞれの結果は目視観察した。
A:全く転写しなかった。
B:かすかに転写した。
C:うっすら転写した。
D:明らかに転写した。
(耐ラミネート剥離強度試験)
JIS Z0237 に基づいて、主剤、硬化剤、および希釈溶剤である酢酸エチルを配合した接着剤組成物を、テストラミネーター(武蔵野機械(株)製)を用いて、塗布量2.5g(不揮発分)/m2となるように上記耐擦性試験で用いたものと同じ条件で印刷したOPP(二軸延伸ポリプロピレン)フィルムに塗布し、ドライヤーで希釈溶剤を揮発させ乾燥し接着剤組成物が塗布されたOPPの接着剤面とCPP(キャストポリプロピレン)フィルムとをラミネートし、OPP/CPPの2層からなるラミネート化フィルムを作製した。次いで、このラミネート化フィルムを40℃×3日間のエージンングにより接着剤組成物を硬化し、ラミネート化フィルムシートを得た。
耐ラミネート剥離強度試験のフィルムは以下のものを使用した。
・OPPフィルム(基材:印刷したフィルム):フタムラ化学製 太閤ポリプロピレンフィルム FOS-AQ 60μm
・CPPフィルム(シーラントフィルム):CPPシーラント(東洋紡製FHK-2 50μm)
尚、接着剤は以下のものを使用した。
三洋化成工業製の二液硬化型ドライラミネート接着剤ポリボンドAY-651A(主剤)およびAY-651C(硬化剤)
・PETフィルム(基材:印刷したフィルム):フタムラ化学製 太閤ポリエステルフィルム FE2001 50μm
・PEフィルム(シーラントフィルム):三井東セロ製 TUX-HCE 60μm
尚、接着剤はOPPと同じものを使用した。
東洋モートン製の脂肪族エステル系のTM-569(主剤)とCAT-10L(硬化剤)
以下、耐ラミネート剥離強度の評価方法を説明する。
各ラミネート化フィルムのサンプルを15mm幅に切断し、株式会社エーアンドディ製引張試験機 TSNSILON RTG1250を用いて、剥離強度試験を行った。50Nのロードセルを用い、5mm/sの速度で行った。サンプルを180°に折り返し,試験板から25mmはがし、チャックに固定して、測定後の最初の25mmは無視し、それから50mmの長さの測定値を3回ずつ測定し、平均して値とした。結果は以下のようになる。
A:3回測定の平均値が3N/15mm以上であった。
B:3回測定の平均値が1N/15mm以上3N/15m
m未満であった。
C:3回測定の平均値が0.5N/15mm以上1N/15mm未満であった。
D:3回測定の平均値が0.5N/15mm未満であった。
(連続印字安定性試験)
プリンター PX-G930(セイコーエプソン株式会社製)の一部を改造して、フィルムが印刷できるプリンターとした。このプリンターのインクカートリッジに上記で得られたインクジェットインク組成物を充填した。そして、縦720dpi×横720dpiの解像度で、インクジェットインク組成物を吐出し、シアンのベタパターンによる記録サンプルを作製した。温度40℃、相対湿度20%の環境下で、最大8時間までこの操作を繰り返してインクジェットインク組成物を吐出し、安定してインクジェットインク組成物の液滴がノズルから吐出されなくなるまでの時間を測定した。得られた時間に基づいて、下記評価基準により連続印字安定性を評価した。
A:吐出開始から8時間たっても、1度も不吐出や吐出乱れが観察されなかった。
B:吐出開始から2時間以上8時間未満で、不吐出や吐出乱れが観察された。
C:吐出開始から1時間以上2時間未満で、不吐出や吐出乱れが観察された。
D:吐出開始から1時間未満で、不吐出や吐出乱れ等が観察された。
3.6.評価結果
ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、m-ビス(イソシアネートプロピル)ベンゼンおよびm-ビス(イソシアネートメチル)ベンゼンから選ばれた1種以上のイソシアネートを用いたウレタン基と、ポリテトラメチレングリコールに由来する骨格と、を有し、酸価が50~100mgKOH/gである高分子粒子を含有する、各実施例のインクジェットインク組成物は、何れも、耐ブロッキング性と耐ラミネート剥離性が良好であった。
これに対し、そうではない比較例は、何れも、耐ブロッキング性と耐ラミネート剥離性の何れかが劣っていた。以下詳細を記す。
実施例11~13と2の比較から、ポリテトラメチレングリコールの分子量が、500~3000のものを用いる方が、耐ブロッキング性や耐ラミネート剥離性がより優れ、連続印字安定性も優れていた。
実施例5、6と3、4の比較から、酸価がやや高い方が、耐ブロッキング性や耐ラミネート剥離性、さらに、連続印字安定性がより優れた。
実施例1~5から、イソシアネートとして、イソホロンジイソシアネート、1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、m-ビス(イソシアネートプロピル)ベンゼンが、耐ラミネート剥離性や耐ブロッキング性がより優れた。なお、表中には記載しなかったが、実施例1~5において、耐ブロッキング性試験において、貼り合わせの温度をより高くして別途試験を行ったところ、1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサンが特に優れる傾向が見られた。
比較例1~4は、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、m-ビス(イソシアネートプロピル)ベンゼン及びm-ビス(イソシアネートメチル)ベンゼンから選ばれた1種以上を原料としておらず、耐ブロッキング性または耐ラミネート性が非常に悪かった。さらに連続印字安定性が劣るものもあった。
比較例5、6は、酸価が100mgKOH/gを超え、または50mgKOH/g未満の範囲を外れており、耐ブロッキング性及び耐ラミネート剥離性を両立させることができなかった。
比較例7~9は、高分子粒子がポリテトラメチレングリコールに由来する骨格を有さず、耐ブロッキング性または耐ラミネート性が劣っていた。
Figure 0007347201000007
Figure 0007347201000008
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

Claims (12)

  1. 高分子粒子を含有するインク組成物であって、
    前記高分子粒子を構成する高分子が、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、m-ビス(イソシアネートプロピル)ベンゼンおよびm-ビス(イソシアネートメチル)ベンゼンから選ばれた1種以上のイソシアネートに由来するウレタン基と、ポリテトラメチレングリコールに由来する構造と、を有する、酸価が50~100mgKOH/gである高分子、を含む、インクジェットインク組成物。
  2. 前記高分子粒子を、インク組成物の総質量に対し1~20質量%含有する、請求項1に記載のインクジェットインク組成物。
  3. 前記高分子粒子が、炭素数1~10のポリアミンで鎖延長されたものであり、ウレア基を有する、請求項1または2に記載のインクジェットインク組成物。
  4. 前記ポリテトラメチレングリコールの分子量が500~3000である、請求項1~3の何れか一項に記載のインクジェットインク組成物。
  5. シリコン系界面活性剤および/またはアセチレングリコール系界面活性剤を含有する、請求項1~4の何れか一項に記載のインクジェットインク組成物。
  6. 前記高分子粒子が、前記イソシアネートと、前記ポリテトラメチレングリコールと、酸基含有ポリオールと、の反応を有機溶剤中で行い、ポリアミンによる鎖延長反応を水性溶媒中で行う方法によって作製された高分子粒子である、請求項1~5の何れか一項に記載のインクジェットインク組成物。
  7. 低吸収性記録媒体または非吸収性記録媒体への記録に用いるものである、請求項1~6の何れか一項に記載のインクジェットインク組成物。
  8. ポリオレフィンまたはポリエチレンテレフタレートからなる前記非吸収性記録媒体への記録に用いるものである、請求項1~7の何れか一項に記載のインクジェットインク組成物。
  9. 請求項1~8の何れか一項に記載のインクジェットインク組成物を製造する方法であって、高分子粒子を用いて行う、インク製造方法。
  10. 請求項1~8の何れか一項に記載のインクジェットインク組成物を、低吸収性記録媒体または非吸収性記録媒体へ記録した、記録物。
  11. ポリオレフィンまたはポリエチレンテレフタレートからなる前記非吸収性記録媒体へ記録した、請求項10に記載の記録物。
  12. 請求項1~8の何れか一項に記載のインクジェットインク組成物を、インクジェットヘッドから吐出して記録媒体に付着させる工程を備える、インクジェット記録方法。
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