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
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
1.2.1.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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
<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。
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。
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。
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。
2.1.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。
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。
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。
<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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
<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。
<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。
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。
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。
・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)
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。
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。
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。
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。
Claims (12)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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