WO2015072344A1 - 筆記具用水性インク組成物 - Google Patents

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WO2015072344A1
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water
ink composition
cellulose
oxidized cellulose
viscosity
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PCT/JP2014/078944
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竹内　容治
西島　千裕
範子 坂根
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三菱鉛筆株式会社
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    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/16—Writing inks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B43—WRITING OR DRAWING IMPLEMENTS; BUREAU ACCESSORIES
    • B43K—IMPLEMENTS FOR WRITING OR DRAWING
    • B43K7/00—Ball-point pens
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B43—WRITING OR DRAWING IMPLEMENTS; BUREAU ACCESSORIES
    • B43K—IMPLEMENTS FOR WRITING OR DRAWING
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09D11/16—Writing inks
    • C09D11/18—Writing inks specially adapted for ball-point writing instruments

Definitions

  • the present invention relates to a water-based ink composition for a writing instrument containing oxidized cellulose.
  • natural thickeners derived from cellulose are known as those obtained by physically finely processing cellulose itself, and powdered cellulose, fermented cellulose (bacterial cellulose), oxidized cellulose and the like are known.
  • water-based ink compositions using these celluloses include: 1) an aqueous ink composition containing an alkali metal salt or ammonium salt of carboxymethyl cellulose (CMC) having a degree of etherification of 1.5 or more ( For example, see Patent Document 1) 2) Water-based ballpoint pen ink composition characterized by comprising at least water, a colorant, and fermented cellulose (for example, see Patent Document 2), 3) Oxidized cellulose (cellulose) having specific physical properties
  • a water-based ink composition (for example, see Patent Document 3) containing at least one of a fiber), a colorant and a masking agent, and water is known.
  • the alkali metal salt or ammonium salt of CMC of Patent Document 1 has a high viscosity and does not improve the dispersion stability over time of pigments and the like.
  • the fermented cellulose in the aqueous ballpoint pen ink composition of Patent Document 2 is composed of delicate fibrous particles, and has a dry-up performance by forming a soft resin film (cellulose fiber film) on the tip of the chip.
  • a conventional shear thinning agent such as xanthan gum
  • the dispersion stability of pigments and the like over time is not improved.
  • the water-based ink composition containing oxidized cellulose of Patent Document 3 is superior to conventional thickening / gelling agents, and is not affected by the temperature, colorant, hiding agent characteristics, etc. It has excellent dispersibility of the masking agent and prevents sedimentation separation during storage, but it has the property that non-uniform viscosity distribution (viscosity difference) tends to occur over time. At present, there is a problem in that sufficient viscosity distribution stability over time, and consequently dispersion stability over time, cannot be achieved.
  • JP-A-62-124170 (Claims, Examples, etc.) JP 2013-91730 A (Claims, Examples, etc.) JP 2013-181167 A (Claims, Examples, etc.)
  • the present invention is to solve this problem in view of the above-mentioned problems of the prior art and the current situation, and is a non-uniformity in viscosity distribution over time, which is a problem of aqueous ink compositions for writing instruments when oxidized cellulose is used (
  • An object of the present invention is to provide a water-based ink composition for a writing instrument that suppresses the difference in the upper and lower viscosity) and is excellent in viscosity distribution stability over time.
  • the present invention resides in the following (1) to (4).
  • a water-based ink composition for a writing instrument comprising at least 0.05 to 1.5% by mass of oxidized cellulose and 0.001 to 30% by mass of a saccharide having a weight average molecular weight of 5000 or less.
  • a writing instrument comprising the water-based ink composition for a writing instrument according to any one of (1) to (3) above.
  • water-based for writing implements which suppressed the non-uniformity (viscosity difference of a viscosity) with time of the viscosity distribution which is the subject of an oxidized cellulose containing water-based ink composition, and was excellent in the viscosity distribution stability with time.
  • An ink composition is provided.
  • the aqueous ink composition for a writing instrument of the present invention is characterized by containing at least 0.05 to 1.5% by mass of oxidized cellulose and 0.001 to 30% by mass of a saccharide having a weight average molecular weight of 5000 or less. It is.
  • the oxidized cellulose used in the present invention has cellulose I type crystal structure and constitutes cellulose [(C 6 H 10 O 5 ) n: a natural polymer in which a number of ⁇ -glucose molecules are linearly polymerized by glycosidic bonds].
  • a part of the hydroxyl group (—OH group) of ⁇ -glucose is modified with at least one functional group of an aldehyde group (—CHO) and a carboxyl group (—COOH group).
  • An example is one in which at least the hydroxyl group (—OH group) at the C6 position of glucose is oxidized to an aldehyde group (—CHO) and a carboxyl group (—COOH group).
  • the oxidized cellulose used in the present invention is a fiber obtained by surface-oxidizing a cellulose solid raw material derived from a natural product having an I-type crystal structure to a nano size.
  • cellulose derived from natural products which is a raw material, has almost no exception, so that nanofibers called microfibrils are multi-bundled to form a higher order structure. It is something that cannot be done.
  • oxidized cellulose of the present invention a part of the hydroxyl groups of the cellulose fiber is oxidized to introduce aldehyde groups and carboxyl groups, and the hydrogen bonds between the surfaces, which are the driving force of the strong cohesive force between the microfibrils, are weakened, and the dispersion treatment However, it is refined to nano size.
  • the effect of the present invention can be exerted by using the above-mentioned oxidized cellulose having the above physical properties and the specific saccharide described later, and it is preferable that the oxidized cellulose has a number average fiber diameter of 2 to 150 nm. . From the viewpoint of dispersion stability, it is more preferable that the number average fiber diameter is 3 to 80 nm. By making the number average fiber diameter of this oxidized cellulose 2 nm or more, the function as a dispersion medium is exhibited, and conversely, by making the number average fiber diameter 150 nm or less, the dispersion stability of the cellulose fiber itself is further improved. be able to.
  • the number average fiber diameter can be measured, for example, as follows. That is, a sample diluted with water added to cellulose fibers is dispersed, cast onto a carbon film-coated grid that has been subjected to a hydrophilic treatment, and this is observed with a transmission electron microscope (TEM). From the obtained image, The number average fiber diameter can be measured and calculated.
  • oxidized cellulose used in the present invention is, for example, an oxidation process in which natural cellulose is used as a raw material, an N-oxyl compound is used as an oxidation catalyst in water, and the natural cellulose is oxidized by acting a co-oxidant to obtain a reactant fiber. It can be obtained by at least three steps: a reaction step, a purification step for obtaining a reactant fiber impregnated with water by removing impurities, and a dispersion step for dispersing the reactant fiber impregnated with water in a solvent.
  • natural cellulose means purified cellulose isolated from cellulose biosynthetic systems such as plants, animals, and bacteria-producing gels. More specifically, softwood pulp, hardwood pulp, cotton pulp such as cotton linter and cotton lint, non-wood pulp such as straw pulp and bagasse pulp, BC, cellulose isolated from sea squirt, isolated from seaweed The cellulose can be exemplified, but is not limited thereto. Natural cellulose is preferably subjected to a treatment for increasing the surface area such as beating, whereby the reaction efficiency can be increased and the productivity can be increased.
  • the dispersion medium of natural cellulose in the reaction is water, and the concentration of natural cellulose in the reaction aqueous solution is arbitrary as long as the reagent can sufficiently diffuse, but usually about 5% with respect to the weight of the reaction aqueous solution. It is as follows.
  • N-oxyl compounds that can be used as an oxidation catalyst for cellulose have been reported (“Cellulose” Vol. 10, 2003, pages 335 to 341, using “TEMPO derivatives by I. Shibata and A. Isogai).
  • the article entitled “Catalyzed Oxidation of Cellulose: HPSEC and NMR Analysis of the Oxidation Products”) in particular, TEMPO (2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxyl), 4-acetamido-TEMPO, 4-Carboxy-TEMPO and 4-phosphonooxy-TEMPO are preferable in the reaction rate at room temperature in water.
  • a catalytic amount is sufficient for the addition of these N-oxyl compounds, preferably 0.1 to 4 mmol / l, more preferably 0.2 to 2 mmol / l.
  • hypohalous acid or a salt thereof hypohalous acid or a salt thereof, perhalogen acid or a salt thereof, hydrogen peroxide, a perorganic acid, and the like
  • Hypohalites such as sodium hypochlorite and sodium hypobromite.
  • sodium hypochlorite it is preferable in terms of the reaction rate to advance the reaction in the presence of an alkali metal bromide such as sodium bromide.
  • the addition amount of the alkali metal bromide is about 1 to 40 times mol, preferably about 10 to 20 times mol for the N-oxyl compound.
  • the amount of co-oxidant added is preferably in the range of about 0.5 to 8 mmol with respect to 1 g of natural cellulose, and the reaction is completed within about 5 to 120 minutes and at most 240 minutes.
  • the pH of the aqueous reaction solution is preferably maintained in the range of about 8-11.
  • the temperature of the aqueous solution is arbitrary at about 4 to 40 ° C., but the reaction can be performed at room temperature, and the temperature is not particularly required to be controlled.
  • reactant fibers and compounds other than water contained in the reaction slurry such as unreacted hypochlorous acid and various by-products are removed from the system. Since it is not dispersed evenly to the nanofiber unit, a normal purification method, that is, washing with water and filtration are repeated to obtain a dispersion of high-purity (99% by mass or more) reactant fiber and water.
  • a normal purification method that is, washing with water and filtration are repeated to obtain a dispersion of high-purity (99% by mass or more) reactant fiber and water.
  • any apparatus can be used as long as it can achieve the above-described object, such as a method using centrifugal dehydration (for example, a continuous decanter).
  • the aqueous dispersion of the reactant fibers thus obtained has a solid content (cellulose) concentration in the range of approximately 10% to 50% by mass in the squeezed state.
  • a solid content concentration higher than 50% by mass is not preferable because extremely high energy is required for dispersion.
  • a dispersion of oxidized cellulose can be obtained by dispersing the reaction fiber (water dispersion) impregnated with water obtained in the above-described purification step in a solvent and performing a dispersion treatment, It can be set as the oxidized cellulose used by drying this dispersion.
  • the solvent as the dispersion medium is usually preferably water, but in addition to water, alcohols that are soluble in water depending on the purpose (methanol, ethanol, isopropanol, isobutanol, sec-butanol, tert-butanol, methyl) Cellosolve, ethyl cellosolve, ethylene glycol, glycerin, etc.), ethers (ethylene glycol dimethyl ether, 1,4-dioxane, tetrahydrofuran, etc.), ketones (acetone, methyl ethyl ketone), N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide Dimethyl sulfoxide or the like may be used.
  • alcohols that are soluble in water depending on the purpose methanol, ethanol, isopropanol, isobutanol, sec-butanol, tert-butanol, methyl
  • Cellosolve ethyl cellosolve
  • the oxidized cellulose used may be a dispersion of the above oxidized cellulose.
  • the oxidized cellulose that can be used in the present invention is not limited to the above-described production method and the like, and some of the hydroxyl groups (—OH groups) of the cellulose are aldehyde groups (—CHO) and carboxyl groups (—COOH).
  • the production method is not particularly limited as long as it is modified with at least one functional group.
  • the aqueous ink composition for a writing instrument of the present invention comprises at least 0.05 to 1.5% by mass of the oxidized cellulose and 0.001 to 30% by mass of a saccharide having a weight average molecular weight of 5000 or less.
  • a saccharide having a weight average molecular weight of 5000 or less For example, it is used as an ink composition for writing instruments such as water-based ballpoint pens.
  • the content (solid content) of the oxidized cellulose is 0.05 to 1.5% by mass (hereinafter simply referred to as “%”), preferably in the aqueous ink composition for writing instruments (total amount). Is preferably 0.1 to 1.0%.
  • the content of oxidized cellulose is less than 0.05%, sufficient thickening action cannot be obtained, and precipitation of solids such as pigments may occur over time. On the other hand, if the content exceeds 1.5% Since the viscosity is increased, the phenomenon of broken lines in writing lines and ink ejection failure may occur.
  • the saccharide having a weight average molecular weight of 5000 or less used in the present invention is a component that suppresses non-uniform viscosity distribution (increase or decrease in viscosity) over time when oxidized cellulose is used.
  • non-reducing sugars, particularly sugar alcohols are preferred.
  • the reducing sugars may cause discoloration over time or change pH.
  • saccharides having a weight average molecular weight exceeding 5000 for example, thickening polysaccharides such as xanthan gum
  • the rheological properties due to oxidized cellulose may be inhibited by the thickening action, which is not preferable.
  • Non-reducing saccharides that can be used are not particularly limited as long as they are non-reducing saccharides, and examples thereof include sucrose, trehalose, sugar alcohol, and the like, and these become saccharides having a weight average molecular weight of 5000 or less.
  • a reducing saccharide such as glucose (glucose) is a saccharide that exhibits weak reduction by having a carbonyl group (reducing group) such as an aldehyde group or a ketone group in the molecule. Reducing sugars do not exhibit reducing properties because the reducing group of monosaccharides is bonded to other sugars by glycosidic bonds or the like.
  • the sugar alcohol that can be used is a general term for a chain polyhydric alcohol obtained by reducing (hydrogenating) a carbonyl group of a saccharide.
  • sugar alcohols that can be used include “sorbitol” obtained by reducing glucose, “maltitol” obtained by reducing maltose, and reduced starch degradation obtained by reducing starch syrup and dextrin with different degrees of saccharification. Products (reduced starch syrup), reduced dextrin, erythritol, pentaerythritol and the like, and commercially available products can be used.
  • the content of these saccharides having a weight average molecular weight of 5000 or less is 0.001 to 30%, preferably 0.01 to 10%, based on the total amount of the aqueous ink composition.
  • the content is less than 0.001%, the effects of the present invention are not sufficiently exhibited, and it is not preferable.
  • the content exceeds 30%, the dryness of the drawn drawn line deteriorates, which is not preferable.
  • the aqueous ink composition for a writing instrument of the present invention contains at least a colorant and a water-soluble solvent in addition to the oxidized cellulose and the saccharide having a weight average molecular weight of 5000 or less.
  • Colorants that can be used include pigments and / or water-soluble dyes. There is no restriction
  • inorganic pigments include carbon black and metal powder.
  • organic pigments include azo lakes, insoluble azo pigments, chelate azo pigments, phthalocyanine pigments, perylene and perinone pigments, anthraquinone pigments, quinacridone pigments, dye lakes, nitro pigments, and nitroso pigments.
  • phthalocyanine blue C.I. 74160
  • phthalocyanine green C.I. 74260
  • Hansa Yellow 3G C.I. 11670
  • disazo yellow GR C.I. 21100
  • permanent red 4R C.I. 12335
  • brilliant carmine 6B C.I. 15850
  • quinacridone red C.I. 46500
  • a plastic pigment composed of particles of styrene or acrylic resin can be used.
  • the hollow resin particles having voids inside the particles can be used as white pigments, or resin particles (pseudo pigments) dyed with a basic dye described later having excellent color development and dispersibility.
  • any of direct dyes, acid dyes, food dyes, and basic dyes can be used.
  • the direct dye include C.I. I. Direct Black 17, 19, 19, 22, 32, 38, 51, 71, C.I. I. Direct yellow 4, 26, 44, 50, C.I. I. Direct Red 1, 4, 23, 31, 37, 39, 75, 80, 81, 83, 225, 226, 227, C.I. I. Direct Blue 1, 15, 71, 86, 106, 119 and the like.
  • the acid dye include C.I. I. Acid Black 1, 2, 24, 26, 31, 31, 52, 107, 109, 110, 119, 154, C.I. I.
  • Examples of basic dyes include C.I. I. Basic Yellow 1, 2 and 21, C.I. I. Basic Orange 2, 14, 32, C.I. I. Basic Red 1, 2, 9, 9, 14 C.I. I. Basic Brown 12, Basic Black 2, 8 and the like.
  • Examples of the resin particles dyed with a basic dye include fluorescent pigments obtained by dyeing acrylonitrile copolymer resin particles with a basic fluorescent dye.
  • Specific product names include Sinloi Color SF Series (Sinloihi Co., Ltd.), NKW and NKP Series (Nippon Fluorochemicals Co., Ltd.).
  • the content in the total amount of the aqueous ink composition for writing instruments is usually 0.5 to 30%, preferably 1 It is in the range of ⁇ 15%. If the content of this colorant is less than 0.5%, coloring may be weak or the hue of the handwriting may not be known. On the other hand, if it exceeds 30%, writing defects may occur. This is not preferable.
  • water-soluble solvents examples include glycols such as ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol, 3-butylene glycol, thiodiethylene glycol, glycerin, ethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, and the like. These can be used alone or in combination.
  • the content of the water-soluble solvent is preferably 5 to 40% in the total amount of the water-based ink composition for writing instruments.
  • the water-based ink composition for a writing instrument of the present invention includes the above oxidized cellulose, a saccharide having a weight average molecular weight of 5000 or less, a colorant, a water-soluble solvent, and water as a balance (tap water, purified water, distilled water, In addition to ion-exchanged water, pure water, etc.), a dispersant, lubricant, pH adjuster, rust preventive, preservative, antibacterial, and the like can be appropriately contained as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • a dispersant When a pigment is used as the colorant, it is preferable to use a dispersant.
  • This dispersant acts on the pigment surface to improve the affinity with water and to stably disperse the pigment in water.
  • Nonionic, anionic surfactants and water-soluble resins are used.
  • a water-soluble polymer is preferably used.
  • Lubricants include nonionics such as fatty acid esters of polyhydric alcohols, higher fatty acid esters of sugars, polyoxyalkylene higher fatty acid esters, and alkyl phosphates, which are also used in pigment surface treatment agents, and alkyl sulfonic acids of higher fatty acid amides. Examples thereof include salts, anionic compounds such as alkyl allyl sulfonates, polyalkylene glycol derivatives, fluorosurfactants, and polyether-modified silicones.
  • pH adjusters include ammonia, urea, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, sodium tripolyphosphate, carbonic acid such as sodium carbonate, alkali metal salts of phosphoric acid, and alkali metal hydrates such as sodium hydroxide.
  • Etc. benzotriazole, tolyltriazole, dicyclohexylammonium nitrite, saponins, etc., as antiseptics or fungicides, phenol, sodium omadin, sodium benzoate, benzimidazole compounds, etc. Can be mentioned.
  • the aqueous ink composition for a writing instrument of the present invention uses the above oxidized cellulose, a saccharide having a weight average molecular weight of 5000 or less, a colorant, a water-soluble solvent, and other components for use as an ink for a writing instrument (for ballpoint pens and marking pens).
  • the aqueous ink for writing instruments can be mixed by stirring and mixing with a stirrer such as a homomixer, homogenizer, or disper, and if necessary, by removing coarse particles in the ink composition by filtration or centrifugation.
  • a composition can be prepared.
  • the aqueous ink composition for a writing instrument can be prepared by filling an aqueous ballpoint pen provided with balls having a diameter of 0.18 to 2.0 mm.
  • the aqueous ballpoint pen to be used is not particularly limited as long as it has a ball having a diameter in the above-mentioned range.
  • the water-based ink composition is filled in an ink storage tube of a polypropylene tube, and a tip stainless tip (ball is A refilled water-based ballpoint pen with a super steel alloy) is desirable.
  • the method for producing a water-based ink composition for a writing instrument of the present invention can be produced without any particular change compared to other methods for producing a water-based ink composition. That is, the water-based ink composition for a writing instrument of the present invention is a mixer or the like for each component containing the above-described oxidized cellulose and a saccharide having a weight average molecular weight of 5000 or less.
  • Thixotropic ink for example, gel ink water-based ballpoint pen ink
  • a homogenizer for example, gel ink water-based ballpoint pen ink
  • the pH (25 ° C.) of the aqueous ink composition for a writing instrument of the present invention is adjusted to 5 to 10 by a pH adjuster or the like from the viewpoints of usability, safety, stability of the ink itself, and matching with the ink container. It is preferably adjusted, and more preferably 6 to 9.5.
  • the water-based ink composition for a writing instrument of the present invention is mounted on a ballpoint pen, a marking pen, or the like having a pen tip such as a ballpoint pen tip, a fiber tip, a felt tip, or a plastic tip.
  • the water-based ink composition for writing instruments having the above composition is accommodated in a ballpoint pen ink container (refill), and is not compatible with the water-based ink composition housed in the ink container.
  • the ink follower include substances having a small specific gravity with respect to the water-based ink composition, such as polybutene, silicone oil, mineral oil, and the like.
  • the structure of the ballpoint pen and the marking pen is not particularly limited.
  • a collector structure in which the shaft tube itself is used as an ink container and the water-based ink composition for a writing instrument having the above configuration is filled in the shaft tube. It may be a direct liquid ballpoint pen or a marking pen provided.
  • the oxidized cellulose used has a low viscosity of 0.05 to 1.5% in the water-based ink composition for a writing instrument, the viscosity is high.
  • a thickening and gelling agent for water-based ink compositions for writing instruments it exhibits a rheology control effect in a smaller amount than conventional fine cellulose and xanthan gum, and also exhibits this oxidation property.
  • cellulose When cellulose is used, the non-uniformity of the viscosity distribution over time (viscosity difference) is suppressed by adding 0.001 to 30% of a saccharide having a weight average molecular weight of 5000 or less in the ink composition, An aqueous ink composition for a writing instrument having excellent viscosity distribution stability over time can be obtained.
  • Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 Using the oxidized cellulose having the following physical properties, the composition shown in the following Table 1, specifically, the various inks having a weight average molecular weight of 5000 or less, the composition of various saccharides, colorants, etc. Use a high-pressure wet-medialess atomizer (Yoshida Kikai Kogyo Co., Ltd., Nano perenniala) to change the stirring conditions (shearing force, pressure, stirring time) as appropriate, mix and stir using a wet method, and filter through a 10 ⁇ m bag filter. It was prepared by doing. The pH at room temperature (25 ° C.) of each water-based ink composition for writing instruments was measured with a pH meter (manufactured by HORIBA), and was within the range of 7.9 to 8.2.
  • Viscosity values of the aqueous ink compositions for writing instruments obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 were measured by the following method. When measuring the viscosity value, it is stored for 1 month at room temperature in a glass bottle 2.5 ⁇ 2.5 ⁇ 5 cm [ink filling height (height of the top surface filled with ink from the bottom in the glass bottle): 4 cm].
  • a preferable viscosity distribution is preferably one having a viscosity ratio (up / down) in the range of 0.9 to 2 under the above conditions.
  • the reaction product is filtered through a glass filter, washed with a sufficient amount of water and filtered five times to impregnate 25% by weight of water with a solid content of 25% by mass. Reactant fibers were obtained. Next, water was added to the reactant fiber to make a 2% by mass slurry, which was then treated with a rotary blade mixer for about 5 minutes. Since the viscosity of the slurry significantly increased with the treatment, water was gradually added and the dispersion treatment with the mixer was continued until the solid content concentration became 0.15% by mass.
  • the dispersion of oxidized cellulose having a cellulose concentration of 0.15% by mass thus obtained was subjected to removal of suspended solids by centrifugation, and then the concentration was adjusted with water to give a cellulose concentration of 0.1% by mass.
  • a transparent and slightly viscous dispersion of oxidized cellulose was obtained.
  • Oxidized cellulose obtained by drying this dispersion was used.
  • the oxidized cellulose shown to each Example etc. of Table 1 displays what was manufactured above by solid content concentration of each Example etc.
  • the number average fiber diameter of the oxidized cellulose obtained above was confirmed and measured by the following method.
  • a water-based ballpoint pen was produced using each ink composition obtained above. Specifically, using a shaft of a ballpoint pen [Mitsubishi Pencil Co., Ltd., trade name: Signo UM-100], an inner diameter of 4.0 mm, a length of 113 mm, an ink containing tube made of polypropylene, and a stainless tip (a cemented carbide ball, A water ballpoint pen is manufactured by filling each water-based ink with a refill consisting of a joint connecting the receiving tube and the tip with a ball diameter of 0.7 mm, and an ink follower mainly composed of mineral oil at the rear end of the ink. did.
  • the aqueous ink compositions for writing instruments of Examples 1 to 5 according to the present invention maintain satisfactory uniformity of viscosity distribution over time, and there is no difference between the upper and lower drawn line density. It was found that the writing property was also excellent.
  • An aqueous ink composition for writing instruments suitable for writing instruments such as water-based ballpoint pens and marking pens can be obtained.

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Abstract

　酸化セルロースを含有する水性インク組成物における経時的な粘度分布の不均一性（粘度の上下差）を抑制して、経時的な粘度分布安定性に優れた筆記具用水性インク組成物を提供する。　この筆記具用水性インク組成物としては、例えば、酸化セルロースを０．０５～１．５質量％及び重量平均分子量が５０００以下の糖類を０．００１～３０質量％を少なくとも含有することを特徴とするものが挙げられる。

Description

筆記具用水性インク組成物
　本発明は、酸化セルロースを含有した筆記具用水性インク組成物に関する。
　従来より、筆記具用インク組成物に用いられる剪断減粘性を示す増粘剤としては、天然系、天然物を化学修飾した半合成系、石油化学原料から化学合成される合成系のものが知られている。
　これらの中でセルロース由来の天然系増粘剤としては、セルロースそのものを物理的に微細に加工したもので知られており、粉末セルロース、発酵セルロース（バクテリアセルロース）、酸化セルロースなどが知られている。
　これらのセルロースを利用した水性インク組成物としては、例えば、１）エーテル化度１．５以上のカルボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ）のアルカリ金属塩又はアンモニウム塩を含有することを特徴とする水性インク組成物（例えば、特許文献１参照）、２）少なくとも水、着色剤、発酵セルロースからなることを特徴とする水性ボールペン用インク組成物（例えば、特許文献２参照）、３）特定物性となる酸化セルロース（セルロース繊維）と、着色剤及び隠蔽剤の少なくとも一つと、水とを含有することを特徴とする水性インク組成物（例えば、特許文献３参照）などが知られている。
　しかしながら、上記特許文献１のＣＭＣのアルカリ金属塩又はアンモニウム塩は、粘性が高く、顔料などの経時的な分散安定性を良好とするものでなかった。また、上記特許文献２の水性ボールペン用インク組成物における発酵セルロースは、繊細な繊維性粒子からなるものであり、チップ先端に柔らかい樹脂皮膜（セルロース繊維の皮膜）を形成せしめることによりドライアップ性能を向上させるものであり、インク粘度の調整などは、従来の剪断減粘性付与剤（キサンタンガム等）を併用するものであり、顔料などの経時的な分散安定性を向上させるものでなかった。
　上記特許文献３の酸化セルロースを含有する水性インク組成物は、従来の増粘・ゲル化剤よりも優れたものであり、気温や着色剤、隠蔽剤の特性等に左右されず、着色剤や隠蔽剤の分散性に優れ、保存時の沈降分離が防止されたものであるが、経時的には粘度分布の不均一性（粘度の上下差）が発生しやすい性質を有しており、未だ十分な経時的な粘度分布安定性、ひいては経時的な分散安定性を達成できない点に課題があるのが現状である。
特開昭６２－１２４１７０号公報（特許請求の範囲、実施例等） 特開２０１３－９１７３０号公報（特許請求の範囲、実施例等） 特開２０１３－１８１１６７号公報（特許請求の範囲、実施例等）
　本発明は、上記従来技術の課題及び現状に鑑み、これを解消しようとするものであり、酸化セルロースを用いた場合の筆記具用水性インク組成物の課題である経時の粘度分布の不均一性（粘度の上下差）を抑制し、経時的な粘度分布安定性に優れた筆記具用水性インク組成物を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記従来の課題等に鑑み、鋭意研究を行った結果、酸化セルロースと共に、特定物性の糖類を含有することにより、上記目的の筆記具用水性インク組成物が得られることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。
　すなわち、本発明は、次の（１）～（４）に存する。
（１）　酸化セルロースを０．０５～１．５質量％及び重量平均分子量が５０００以下の糖類を０．００１～３０質量％を少なくとも含有することを特徴とする筆記具用水性インク組成物。
（２）　前記糖類が非還元糖類であることを特徴とする上記（１）に記載の筆記具用水性インク組成物。
（３）　前記非還元糖類が糖アルコールであることを特徴とする上記（２）に記載の筆記具用水性インク組成物。
（４）　上記（１）～（３）の何れか一つに記載の筆記具用水性インク組成物を搭載したことを特徴とする筆記具。
　本発明によれば、酸化セルロース含有水性インク組成物の課題である経時的な粘度分布の不均一性（粘度の上下差）を抑制して、経時的な粘度分布安定性に優れた筆記具用水性インク組成物が提供される。
　以下に、本発明の実施形態を詳しく説明する。
　本発明の筆記具用水性インク組成物は、酸化セルロースを０．０５～１．５質量％及び重量平均分子量が５０００以下の糖類を０．００１～３０質量％を少なくとも含有することを特徴とするものである。
＜酸化セルロース＞
　本発明に用いる酸化セルロースは、セルロースＩ型結晶構造を有すると共に、セルロース〔（Ｃ６Ｈ１０Ｏ５）ｎ：多数のβグルコース分子がグリコシド結合により直鎖状に重合した天然高分子〕を構成するβグルコースの水酸基（－ＯＨ基）の一部がアルデヒド基（－ＣＨＯ）およびカルボキシル基（－ＣＯＯＨ基）の少なくとも一つの官能基で変性したものであれば特に限定されず、例えば、上記βグルコースの少なくともＣ６位の水酸基（－ＯＨ基）を酸化しアルデヒド基（－ＣＨＯ）およびカルボキシル基（－ＣＯＯＨ基）に変性したものが挙げられる。
　本発明に用いる酸化セルロースは、Ｉ型結晶構造を有する天然物由来のセルロース固体原料を表面酸化し、ナノサイズにまで微細化した繊維である。一般に、原料となる、天然物由来のセルロースは、ほぼ例外なくミクロフィブリルと呼ばれるナノファイバーが多束化して高次構造を取っているため、そのままでは容易にはナノサイズにまで微細化して分散させることができないものである。本発明の酸化セルロースでは、セルロース繊維の水酸基の一部を酸化しアルデヒド基およびカルボキシル基を導入し、ミクロフィブリル間の強い凝集力の原動となっている表面間の水素結合を弱めて、分散処理し、ナノサイズにまで微細化したものである。
　本発明では、上記物性の酸化セルロースと後述する特定の糖類を用いることで、本発明の効果を発揮できるものであり、好ましくは、酸化セルロースの数平均繊維径が２～１５０ｎｍとなるものが望ましい。
　分散安定性の点から、更に好ましくは、数平均繊維径が３～８０ｎｍとなるものが望ましい。この酸化セルロースの数平均繊維径を２ｎｍ以上とすることにより、分散媒体としての機能を発揮せしめ、逆に数平均繊維径を１５０ｎｍ以下とすることにより、セルロース繊維そのものの分散安定性を更に向上させることができる。
　本発明において、上記数平均繊維径は、例えば、次のようにして測定することができる。すなわち、セルロース繊維に水を加え希釈した試料を分散処理し、親水化処理済みのカーボン膜被覆グリッド上にキャストして、これを透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察し、得られた画像から、数平均繊維径を測定算出することができる。
　また、上記特定のセルロース繊維を構成するセルロースが、天然物由来のＩ型結晶構造を有することは、例えば、広角Ｘ線回折像測定により得られる回折プロファイルにおいて、２シータ＝１４～１７°付近と、２シータ＝２２～２３°付近の２つの位置に典型的なピークを持つことから同定することができる。
　本発明に用いる酸化セルロースの製造は、例えば、天然セルロースを原料とし、水中においてＮ－オキシル化合物を酸化触媒とし、共酸化剤を作用させることにより該天然セルロースを酸化して反応物繊維を得る酸化反応工程、不純物を除去して水を含浸させた反応物繊維を得る精製工程、および水を含浸させた反応物繊維を溶媒に分散させる分散工程の少なくとも３つの工程により得ることができる。
　上記酸化反応工程では、水中に天然セルロースを分散させた分散液を調製する。ここで、天然セルロースは、植物，動物，バクテリア産生ゲル等のセルロースの生合成系から単離した精製セルロースを意味する。より具体的には、針葉樹系パルプ、広葉樹系パルプ、コットンリンターやコットンリントのような綿系パルプ、麦わらパルプやバガスパルプ等の非木材系パルプ、ＢＣ、ホヤから単離されるセルロース、海草から単離されるセルロースなどを挙げることができるが、これに限定されるものではない。天然セルロースは好ましくは、叩解等の表面積を高める処理を施すと、反応効率を高めることができ、生産性を高めることができる。さらに、天然セルロースとして、単離、精製の後、ネバードライで保存していたものを使用するとミクロフィブリルの集束体が膨潤し易い状態であるため、やはり反応効率を高め、微細化処理後の数平均繊維径を小さくすることができ、好ましい。
　反応における天然セルロースの分散媒は水であり、反応水溶液中の天然セルロース濃度は、試薬の十分な拡散が可能な濃度であれば任意であるが、通常、反応水溶液の重量に対して約５％以下である。
　また、セルロースの酸化触媒として使用可能なＮ－オキシル化合物は数多く報告されている（「Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ」Ｖｏｌ．１０、２００３年、第３３５～３４１ページにおけるＩ． Ｓｈｉｂａｔａ及びＡ． Ｉｓｏｇａｉによる「ＴＥＭＰＯ誘導体を用いたセルロースの触媒酸化：酸化生成物のＨＰＳＥＣ及びＮＭＲ分析」と題する記事）が、特にＴＥＭＰＯ（２，２，６，６－テトラメチル－１－ピペリジン－Ｎ－オキシル）、４－アセトアミド－ＴＥＭＰＯ、４－カルボキシ－ＴＥＭＰＯ、及び４－フォスフォノオキシ－ＴＥＭＰＯは水中常温での反応速度において好ましい。これらＮ－オキシル化合物の添加は触媒量で十分であり、好ましくは０．１～４ｍｍｏｌ／ｌ、さらに好ましくは０．２～２ｍｍｏｌ／ｌの範囲で反応水溶液に添加する。
　共酸化剤として、次亜ハロゲン酸またはその塩、亜ハロゲン酸またはその塩、過ハロゲン酸またはその塩、過酸化水素、および過有機酸などが本発明において使用可能であるが、好ましくはアルカリ金属次亜ハロゲン酸塩、例えば、次亜塩素酸ナトリウムや次亜臭素酸ナトリウムである。次亜塩素酸ナトリウムを使用する場合、臭化アルカリ金属、たとえば臭化ナトリウムの存在下で反応を進めることが反応速度において好ましい。この臭化アルカリ金属の添加量は、Ｎ－オキシル化合物に対して約１～４０倍モル量、好ましくは約１０～２０倍モル量である。一般に共酸化剤の添加量は、天然セルロース１ｇに対して約０．５～８ｍｍｏｌの範囲で選択することが好ましく、反応は約５～１２０分、長くとも２４０分以内に完了する。
　反応水溶液のｐＨは約８～１１の範囲で維持されることが好ましい。水溶液の温度は約４～４０℃において任意であるが、反応は室温で行うことが可能であり、特に温度の制御は必要としない。
　精製工程においては、未反応の次亜塩素酸や各種副生成物等の反応スラリー中に含まれる反応物繊維と水以外の化合物を系外へ除去するが、反応物繊維は通常、この段階ではナノファイバー単位までばらばらに分散しているわけではないため、通常の精製法、すなわち水洗とろ過を繰り返すことで高純度（９９質量％以上）の反応物繊維と水の分散体とする。該精製工程における精製方法は遠心脱水を利用する方法（例えば、連続式デカンダー）のように、上述した目的を達成できる装置であればどんな装置を利用しても構わない。
　こうして得られる反応物繊維の水分散体は絞った状態で固形分（セルロース）濃度としておよそ１０質量％～５０質量％の範囲にある。この後の工程で、ナノファイバーへ分散させる場合は、５０質量％よりも高い固形分濃度とすると、分散に極めて高いエネルギーが必要となることから好ましくない。
　さらに、本発明では、上述した精製工程にて得られる水を含浸した反応物繊維（水分散体）を溶媒中に分散させ分散処理を施すことにより、酸化セルロースの分散体を得ることができ、この分散体を乾燥させて用いる酸化セルロースとすることができる。
　ここで、分散媒としての溶媒は通常は水が好ましいが、水以外にも目的に応じて水に可溶するアルコール類（メタノール、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール、ｓｅｃ－ブタノール、ｔｅｒｔ－ブタノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコール、グリセリン等）、エーテル類（エチレングリコールジメチルエーテル、１，４－ジオキサン、テトラヒドロフラン等）、ケトン類（アセトン、メチルエチルケトン）やＮ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキサイド等を使用してもよい。また、これらの混合物も好適に使用できる。さらに、上述した反応物繊維の分散体を溶媒によって希釈、分散する際には、少しずつ溶媒を加えて分散していく、段階的な分散を試みると効率的にナノファイバーレベルの繊維の分散体を得ることができることがある。操作上の問題から、分散工程後の状態は粘性のある分散液あるいはゲル状の状態となるように分散条件を選択することができる。用いる酸化セルロースは、上記酸化セルロースの分散体でもよいものである。
　なお、本発明で用いることができる酸化セルロースは、上記製造法などに限定されるものでなく、上記セルロースの水酸基（－ＯＨ基）の一部がアルデヒド基（－ＣＨＯ）およびカルボキシル基（－ＣＯＯＨ基）の少なくとも一つの官能基で変性したものであればその製造法は特に限定されるものではない。
＜筆記具用水性インク組成物＞
　本発明の筆記具用水性インク組成物は、少なくとも上記酸化セルローを０．０５～１．５質量％及び重量平均分子量が５０００以下の糖類を０．００１～３０質量％とを含有することを特徴とするものであり、例えば、水性のボールペンなどの筆記具用インク組成物として使用に供される。
　本発明において、上記酸化セルロースの含有量（固形分量）は、筆記具用水性インク組成物中（全量）に対して、０．０５～１．５質量％（以下、単に「％」という）、好ましくは、０．１～１．０％とすることが望ましい。
　この酸化セルロースの含有量が０．０５％未満では、充分な増粘作用が得られず、顔料などの固形分の経時的な沈降が発生することがあり、一方、１．５％を超えると、粘度が高くなるため、筆記描線の線割れ現象やインクの吐出不良が発生することがあるので好ましくない。
　本発明で用いる重量平均分子量が５０００以下の糖類は、酸化セルロースを用いた場合のインクの経時的な粘度分布の不均一性（粘度の上下差）を抑制する成分となるものであり、単糖類、二糖類、オリゴ糖類、還元糖、非還元等類、糖アルコール、還元澱粉分解物、およびこれらの混合物などが使用できる。これらのうち非還元糖類、特に糖アルコールが好ましい。還元性を有する糖類は、経時的な変色を引き起こしたり、ｐＨの変動を生じさせる場合がある。なお、重量平均分子量が５０００を超える糖類、例えば、キサンタンガムなどの増粘多糖類などを使用した場合は、その増粘作用により、酸化セルロースによるレオロジー特性を阻害する場合があり、好ましくない。
　用いることができる非還元糖類としては、還元性を示さない糖類であれば特に限定されず、例えば、ショ糖、トレハロース、糖アルコールなどが挙げられ、これらは重量平均分子量が５０００以下の糖類となるものである。
　グルコース（ブドウ糖）などの還元糖類は、分子中に持っているアルデヒド基やケトン基などのカルボニル基（還元基）を持つことによって弱い還元を示す糖類であるのに対して、本発明で用いる非還元糖類は、単糖の還元性のある基が他の糖とグリコシド結合などで結合しているため、還元性を示さないものである。
　用いることができる糖アルコールは、糖類がもつカルボニル基を還元（水素添加）等して得られる鎖状多価アルコールの総称である。用いることができる糖アルコールとしては、例えば、ブドウ糖を還元して得られる「ソルビトール」、麦芽糖を還元して得られる「マルチトール」、糖化度の異なる水飴やデキストリンを還元して得られる還元澱粉分解物（還元水飴）、還元デキストリン、エリスリトール、ペンタエリスリトールなどが挙げられ、これらは市販品のものを用いることができる。
　これらの非還元糖類の中で、更なる経時安定性の点から、ソルビトール、エリスリトール、ペンタエリスリトール、トレハロース、及び還元澱粉分解物から選ばれる少なくとも１種を使用することが望ましい。
　これらの重量平均分子量が５０００以下の糖類の含有量は、水性インク組成物全量に対して、０．００１～３０％、好ましくは、０．０１～１０％とすることが望ましい。
　この含有量が０．００１％未満であると、本発明の効果の発揮が不十分であり、好ましくなく、一方、３０％を超える場合は、筆記した描線の乾燥性が悪くなり、好ましくない。
　本発明の筆記具用水性インク組成物には、上記酸化セルロース、重量平均分子量が５０００以下の糖類の他、少なくとも着色剤、水溶性溶剤が含有される。
　用いることができる着色剤としては、顔料及び／又は水溶性染料が挙げられる。顔料の種類については特に制限はなく、従来水性ボールペンなどの筆記具用に慣用されている無機系及び有機系顔料の中から任意のものを使用することができる。
　無機系顔料としては、例えば、カーボンブラックや、金属粉等が挙げられる。
　また、有機系顔料としては、例えば、アゾレーキ、不溶性アゾ顔料、キレートアゾ顔料、フタロシアニン顔料、ペリレン及びペリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、染料レーキ、ニトロ顔料、ニトロソ顔料などが挙げられる。具体的には、フタロシアニンブルー（Ｃ．Ｉ．７４１６０）、フタロシアニングリーン（Ｃ．Ｉ．７４２６０）、ハンザイエロー３Ｇ（Ｃ．Ｉ．１１６７０）、ジスアゾイエローＧＲ（Ｃ．Ｉ．２１１００）、パーマネントレッド４Ｒ（Ｃ．Ｉ．１２３３５）、ブリリアントカーミン６Ｂ（Ｃ．Ｉ．１５８５０）、キナクリドンレッド（Ｃ．Ｉ．４６５００）などが使用できる。
　また、スチレンやアクリル樹脂の粒子から構成されているプラスチックピグメントも使用できる。さらに、粒子内部に空隙のある中空樹脂粒子は白色顔料として、または、発色性、分散性に優れる後述する塩基性染料で染色した樹脂粒子（擬似顔料）等も使用できる。
　水溶性染料としては、直接染料、酸性染料、食用染料、塩基性染料のいずれも用いることができる。
　直接染料としては、例えば、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラック１７、同１９、同２２、同３２、同３８、同５１、同７１、Ｃ．Ｉ．ダイレクトエロー４、同２６、同４４、同５０、Ｃ．Ｉ．ダイレクトレッド１、同４、同２３、同３１、同３７、同３９、同７５、同８０、同８１、同８３、同２２５、同２２６、同２２７、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー１、同１５、同７１、同８６、同１０６、同１１９などが挙げられる。
　酸性染料としては、例えば、Ｃ．Ｉ．アシッドブラック１、同２、同２４、同２６、同３１、同５２、同１０７、同１０９、同１１０、同１１９、同１５４、Ｃ．Ｉ．アシッドエロー７、同１７、同１９、同２３、同２５、同２９、同３８、同４２、同４９、同６１、同７２、同７８、同１１０、同１２７、同１３５、同１４１、同１４２、Ｃ．Ｉ．アシッドレッド８、同９、同１４、同１８、同２６、同２７、同３５、同３７、同５１、同５２、同５７、同８２、同８７、同９２、同９４、同１１５、同１２９、同１３１、同１８６、同２４９、同２５４、同２６５、同２７６、Ｃ．Ｉ．アシッドバイオレット１８、同１７、Ｃ．Ｉ．アシッドブルー１、同７、同９、同２２、同２３、同２５、同４０、同４１、同４３、同６２、同７８、同８３、同９０、同９３、同１０３、同１１２、同１１３、同１５８、Ｃ．Ｉ．アシッドグリーン３、同９、同１６、同２５、同２７などが挙げられる。
　食用染料としては、その大部分が直接染料又は酸性染料に含まれるが、含まれないものの一例としては、Ｃ．Ｉ．フードエロー３が挙げられる。
　塩基性染料としては、例えば、Ｃ．Ｉ．ベーシックエロー１、同２、同２１、Ｃ．Ｉ．ベーシックオレンジ２、同１４、同３２、Ｃ．Ｉ．ベーシックレッド１、同２、同９、同１４、Ｃ．Ｉ．ベーシックブラウン１２、ベーシックブラック２、同８などが挙げられる。
　また、塩基性染料で染色した樹脂粒子としては、アクリロニトリル系共重合体の樹脂粒子を塩基性蛍光染料で染色した蛍光顔料などが挙げられる。具体的な商品名として、シンロイヒカラーＳＦシリーズ（シンロイヒ株式会社）、ＮＫＷ及びＮＫＰシリーズ（日本蛍光化学株式会社）などが挙げられる。
　これらの着色剤は、それぞれ単独で用いてもよいし、２種類以上を組み合わせてもよく、筆記具用水性インク組成物全量中の含有量は、通常、０．５～３０％、好ましくは、１～１５％の範囲である。
　この着色剤の含有量が、０．５％未満では、着色が弱くなったり、筆跡の色相がわからなくなってしまうことがあり、一方、３０％を超えて含有した場合に、筆記不良を生じることがあるので好ましくない。
　用いることができる水溶性溶剤としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、３－ブチレングリコール、チオジエチレングリコール、グリセリン等のグリコール類や、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、単独或いは混合して使用することができる。この水溶性溶剤の含有量は、筆記具用水性インク組成物全量中、５～４０％とすることが望ましい。
　本発明の筆記具用水性インク組成物には、上記酸化セルロース、重量平均分子量が５０００以下の糖類、着色剤、水溶性溶剤の他、残部として溶媒である水（水道水、精製水、蒸留水、イオン交換水、純水等）の他、本発明の効果を損なわない範囲で、分散剤、潤滑剤、ｐＨ調整剤、防錆剤、防腐剤もしくは防菌剤などを適宜含有することができる。
　着色剤として顔料を用いた場合には、分散剤を使用することが好ましい。この分散剤は、顔料表面に吸着して、水との親和性を向上させ、水中に顔料を安定に分散させる作用をするものであり、ノニオン、アニオン界面活性剤や水溶性樹脂が用いられる。好ましくは水溶性高分子が用いられる。
　潤滑剤としては、顔料の表面処理剤にも用いられる多価アルコールの脂肪酸エステル、糖の高級脂肪酸エステル、ポリオキシアルキレン高級脂肪酸エステル、アルキル燐酸エステルなどのノニオン系や、高級脂肪酸アミドのアルキルスルホン酸塩、アルキルアリルスルホン酸塩などのアニオン系、ポリアルキレングリコールの誘導体やフッ素系界面活性剤、ポリエーテル変性シリコーンなどが挙げられる。
　ｐＨ調整剤としては、アンモニア、尿素、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や、トリポリリン酸ナトリウム、炭酸ナトリウムなとの炭酸やリン酸のアルカリ金属塩、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属の水和物などが挙げられる。また、防錆剤としては、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、ジシクロへキシルアンモニウムナイトライト、サポニン類など、防腐剤もしくは防菌剤としては、フェノール、ナトリウムオマジン、安息香酸ナトリウム、ベンズイミダゾール系化合物などが挙げられる。
　本発明の筆記具用水性インク組成物は、上記酸化セルロース、重量平均分子量が５０００以下の糖類、着色剤、水溶性溶剤、その他の各成分を筆記具用（ボールペン用、マーキングペン用）インクの用途に応じて適宜組み合わせて、ホモミキサー、ホモジナイザーもしくはディスパー等の攪拌機により攪拌混合することにより、更に必要に応じて、ろ過や遠心分離によってインク組成物中の粗大粒子を除去すること等によって筆記具用水性インク組成物を調製することができる。
　水性ボールペン用では、該筆記具用水性インク組成物を、直径が０．１８～２．０ｍｍのボールを備えた水性ボールペン体に充填することにより作製することができる。
　用いる水性ボールペン体として、直径が上記範囲のボールを備えたものであれば、特に限定されず、特に、上記水性インク組成物をポリプロピレンチューブのインク収容管に充填し、先端のステンレスチップ（ボールは超鋼合金）を有するリフィールの水性ボールペンに仕上げたものが望ましい。
　本発明の筆記具用水性インク組成物の製造方法は、他の水性インク組成物の製造方法と比べて特に変わるところはなく製造することができる。
　すなわち、本発明の筆記具用水性インク組成物は、上述した酸化セルロース、重量平均分子量が５０００以下の糖類を含む各成分をミキサー等、更に、例えば、強力な剪断を加えることができるビーズミル、ホモミキサー、ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、高圧湿式メディアレス微粒化装置等を用いて撹拌条件を好適な条件に設定等して混合攪拌することによって、チキソトロピー性インク（例えば、ゲルインク水性ボールペン用インク）を製造することができる。
　また、本発明の筆記具用水性インク組成物のｐＨ（２５℃）は、使用性、安全性、インク自身の安定性、インク収容体とのマッチング性の点からｐＨ調整剤などにより５～１０に調整されることが好ましく、更に好ましくは、６～９．５とすることが望ましい。
　本発明の筆記具用水性インク組成物は、ボールペンチップ、繊維チップ、フェルトチップ、プラスクチップなどのペン先部を備えたボールペン、マーキングペン等に搭載される。
　本発明におけるボールペンとしては、上記組成の筆記具用水性インク組成物をボールペン用インク収容体（リフィール）に収容すると共に、該インク収容体内に収容された水性インク組成物とは相溶性がなく、かつ、該水性インク組成物に対して比重が小さい物質、例えば、ポリブテン、シリコーンオイル、鉱油等がインク追従体として収容されるものが挙げられる。
　なお、ボールペン、マーキングペンの構造は、特に限定されず、例えば、軸筒自体をインク収容体として該軸筒内に上記構成の筆記具用水性インク組成物を充填したコレクター構造（インク保持機構）を備えた直液式のボールペン、マーキングペンであってもよいものである。
　このように構成される本発明の筆記具用水性インク組成物にあっては、用いる酸化セルロースが筆記具用水性インク組成物中に０．０５～１．５％の低粘度であっても高い粘性を示し、かつ、セルロースに固有の高いチキソトロピーインデックスを示すため、筆記具用水性インク組成物の増粘・ゲル化剤として、従来の微細セルロースや、キサンタンガムより少量でレオロジーコントロール効果を発揮すると共に、該酸化セルロースを用いた場合における経時的な粘度分布の不均一性（粘度の上下差）を重量平均分子量が５０００以下の糖類をインク組成物中に０．００１～３０％含有せしめることにより抑制して、経時的な粘度分布安定性に優れた筆記具用水性インク組成物が得られることとなる。
　次に、実施例及び比較例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記実施例等に限定されるものではない。
〔実施例１～５及び比較例１～３〕
　下記物性となる酸化セルロースを用いて、下記表１に示す配合組成、具体的には、重量平均分子量が５０００以下となる各種糖類、着色剤などの配合組成により各筆記具用水性インク組成物の所定量を高圧湿式メディアレス微粒化装置（吉田機械興業社製、ナノヴェイタ）を用いて撹拌条件（剪断力、圧力、撹拌時間）を適宜変動させて湿式法で混合撹拌し、１０μｍのバッグフィルターで濾過することにより調製した。各筆記具用水性インク組成物の室温（２５℃）下のｐＨをｐＨ測定計（ＨＯＲＩＢＡ社製）で測定したところ、７．９～８．２の範囲内であった。
　上記実施例１～５及び比較例１～３で得られた筆記具用水性インク組成物について、下記方法で粘度値を測定した。
　粘度値の測定に際しては、ガラス瓶２．５×２．５×５ｃｍ〔インク充填高さ（ガラス瓶内の底部からインクが充填された上面の高さ）：４ｃｍ〕にて室温下で一ヶ月間保管した後、シリンジを用いてガラス瓶上部付近（インク充填高さ上部より０．５ｃｍ付近）のインクをとり、また、上記と同様にガラス瓶下部付近（インク充填高さ底部より０．５ｃｍ付近）のインクをとり、ＥＭＤ型粘度計（東京計器社製）により、２５℃における剪断速度３８．３－１の粘度値を測定した。なお、本発明において、良好な粘度分布としては、上記条件下では、粘度の上下比（上／下）が０．９～２の範囲となるものが好ましいものとなる。
　次に、上記実施例１～５及び比較例１～３で得られた筆記具用水性インク組成物について、下記方法により水性ボールペンを作製して、下記評価方法で筆記性（上下描線濃度差）の評価を行った。
　これらの結果を下記表１に示す。
〔用いた酸化セルロース〕
　乾燥重量で２ｇ相当分の未乾燥の亜硫酸漂白針葉樹パルプ（主に１０００ｎｍを超える繊維径の繊維から成る）、０．０２５ｇのＴＥＭＰＯおよび０．２５ｇの臭化ナトリウムを水１５０ｍｌに分散させた後、１３重量％次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、１ｇのパルプに対して次亜塩素酸ナトリウムの量が２．５ｍｍｏｌとなるように次亜塩素酸ナトリウムを加えて反応を開始した。反応中は０．５Ｍの水酸化ナトリウム水溶液を滴下してｐＨを１０．５に保った。ｐＨに変化が見られなくなった時点で反応終了と見なし、反応物をガラスフィルターにてろ過した後、十分な量の水による水洗、ろ過を５回繰り返し、固形分量２５質量％の水を含浸させた反応物繊維を得た。
　次に、該反応物繊維に水を加え、２質量％スラリーとし、回転刃式ミキサーで約５分間の処理を行った。処理に伴って著しくスラリーの粘度が上昇したため、少しずつ水を加えていき固形分濃度が０．１５質量％となるまでミキサーによる分散処理を続けた。こうして得られたセルロース濃度が０．１５質量％の酸化セルロースの分散体に対して、遠心分離により浮遊物の除去を行った後、水による濃度調製を行ってセルロース濃度が０．１質量％の透明かつやや粘調な酸化セルロースの分散体を得た。この分散体を乾燥させて得られた酸化セルロースを用いた。なお、表１の各実施例等に示した酸化セルロースは、上記で製造したものを各実施例等の固形分濃度で表示したものである。
　上記で得た酸化セルロースの数平均繊維径は、下記方法により、確認、測定した。
<数平均繊維径>
　酸化セルロースの数平均繊維径を、次のようにして測定した。
　すなわち、酸化セルロースに水を加え希釈した試料をホモミキサーを用いて１２０００ｒｐｍで１５分間分散した後、親水化処理済みのカーボン膜被覆グリッド上にキャストして、これを透過型電子顕微鏡（TEM）で観察し、得られた画像から、数平均繊維径を測定算出した。その結果、数平均繊維径は約１４０ｎｍであった。
<セルロースＩ型結晶構造の確認>
　用いる酸化セルロースがＩ型結晶構造を有することの確認を次のようにして行った。
　すなわち、広角Ｘ線回折像測定により得られた回折プロファイルにおいて、２シータ＝１４～１７°付近と、２シータ＝２２～２３°付近の２つの位置に典型的なピークを持つことからＩ型結晶構造を有することを確認した。
（水性ボールペンの作製）
　上記で得られた各インク組成物を用いて水性ボールペンを作製した。具体的には、ボールペン〔三菱鉛筆株式会社製、商品名：シグノＵＭ－１００〕の軸を使用し、内径４．０ｍｍ、長さ１１３ｍｍポリプロピレン製インク収容管とステンレス製チップ（超硬合金ボール、ボール径０．７ｍｍ）及び該収容管と該チップを連結する継手からなるリフィールに上記各水性インクを充填し、インク後端に鉱油を主成分とするインク追従体を装填し、水性ボールペンを作製した。
〔筆記性（上下描線濃度差）の評価方法〕
　得られた各水性ボールペンを、室温下で、１ヶ月放置後、終筆まで筆記をし、書き始めと描き終わりの描線の濃度差を比較し、下記評価基準で評価した。
　評価基準：
　　　　○：濃度差がない。
　　　　△：やや濃度差が認められる。
　　　　×：濃度差がはっきりと認められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上記表１の結果から明らかなように、本発明となる実施例１～５の筆記具用水性インク組成物は、満足のいく経時的な粘度分布の均一性が保たれ、上下描線濃度差もなく筆記性にも優れることが判明した。
　水性のボールペン、マーキングペンなどの筆記具に好適な筆記具用水性インク組成物が得られる。

Claims (4)

  1. 　酸化セルロースを０．０５～１．５質量％及び重量平均分子量が５０００以下の糖類を０．００１～３０質量％を少なくとも含有することを特徴とする筆記具用水性インク組成物。
  2. 　前記糖類が非還元糖類であることを特徴とする請求項１に記載の筆記具用水性インク組成物。
  3. 　前記非還元糖類が糖アルコールであることを特徴とする請求項２に記載の筆記具用水性インク組成物。
  4. 　請求項１～３の何れか一つに記載の筆記具用水性インク組成物を搭載したことを特徴とする筆記具。
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