WO2016098603A1 - インクジェット記録用水性インク - Google Patents
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Abstract
Description
一方、乾燥速度のあまりに早いインクは、インクジェット記録法が、数十μmの非常に細いノズルからインク滴を吐出して画像を記録することから、ノズル先端でのインクの乾燥固着を招き、吐出性に悪影響を与える恐れがある。
即ち、特に被印刷物が水吸収性のないプラスチックや金属、あるいは疎水性の高いコート紙やアート紙等であっても、高速印刷に耐えうる乾燥速度を有し、且つ吐出性に優れた水性のインクジェット記録用水性インクが求められている。
また、高速印刷に適したインクジェット用水系インクとして、アセチレングリコールのエチレンオキシド平均付加モル数が0.5以上5.0以下の界面活性剤と、アセチレングリコールのエチレンオキシド平均付加モル数が8.0以上35.0以下の界面活性剤とを、特定の比率で特定の含有量使用することが知られている(例えば特許文献2参照)。
(1)沸点が100℃以上200℃以下であり、かつ20℃での蒸気圧が0.5hPa以上である水溶性有機溶剤と、
(2)プロピレングリコールと、
(3)グリセリン、ジグリセリンおよび/またはこれらの誘導体である有機溶剤
を含有するインクジェット記録用水性インクを提供する。
本発明においては、有機溶剤として、
(1)沸点が100℃以上200℃以下であり、かつ20℃での蒸気圧が0.5hPa以上である水溶性有機溶剤 (以下有機溶剤(S1)と称す)と、
(2)プロピレングリコールと、
(3)グリセリン、ジグリセリンおよび/またはこれらの誘導体である有機溶剤(以下有機溶剤(S3)と称す)
とを含むことが特徴である。
該有機溶剤を使用することで、印刷時におけるインクの乾燥性を確保しながら、ノズル付近での乾燥、凝固を防止することにより、また、ノズル近傍でインクが乾燥しフィルムを形成しても、そのフィルムを良好に再分散できることにより、インクの吐出性を確保でき、かつ印刷物の乾燥性が良好となる効果を得ることができる。
有機溶剤(S1)、即ち沸点が100℃以上200℃以下であり、かつ20℃での蒸気圧が0.5hPa以上である水溶性有機溶剤としては、例えば3-メトキシ-1-ブタノール、3-メチル-3-メトキシ-1-ブタノール、3-メトキシ-3-メチル-1-ブチルアセテート、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルエーテル、エチレングリコール-t-ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、4-メトキシ-4-メチル-2-ペンタノン、エチルラクテート等が挙げられ、これらのものを2種以上同時に用いてもよい。
具体的には、3-メトキシ-1-ブタノール、3-メチル-3-メトキシ-1-ブタノール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルエーテル、エチレングリコール-t-ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテルが好ましく、より好ましくは3-メトキシ-1-ブタノール、3-メチル-3-メトキシ-1-ブタノールである。
有機溶剤(S3)、即ちグリセリン、ジグリセリンおよび/またはこれらの誘導体である有機溶剤としては、グリセリン、ジグリセリン、ポリグリセリン、ジグリセリン脂肪酸エステル、一般式(S3-1)で表されるポリオキシプロピレン(n)ポリグリセリルエーテル、一般式(S3-2)で表されるポリオキシエチレン(n)ポリグリセリルエーテル等が挙げられ、これらのものを2種以上同時に用いてもよい。本発明においては、グリセリン及びn=8~15のポリオキシプロピレン(n)ポリグリセリルエーテルを選択することが特に好ましい。
本発明で使用する尿素類としては、尿素又は尿素誘導体が使用できる。尿素及び尿素誘導体は、保湿機能が高く、固体湿潤剤としてノズル付近での乾燥、凝固を防止し、インクの吐出性を確保する機能を有する。さらに加熱時における水の放出機能が高く、印刷物の乾燥性が良好となるため、本発明のインクジェット記録用水性インクに好適に使用することができる。
尿素誘導体としては、エチレン尿素、プロピレン尿素、ジエチル尿素、チオ尿素、N,N-ジメチル尿素、ヒドロキシエチル尿素、ヒドロキシブチル尿素、エチレンチオ尿素、ジエチルチオ尿素等が挙げられ、これらのものを2種以上同時に用いてもよい。本発明においては、尿素、エチレン尿素、または2-ヒドロキシエチル尿素を選択することが特に好ましい。
本発明で使用する顔料は、特に限定はなく、水性グラビアインクや水性インクジェット記録用インクにおいて通常使用される有機顔料あるいは無機顔料を使用することができる。また未処理顔料、処理顔料のいずれでも適用することができる。また、プラスチックを被記録材とする印刷の場合ではイエローインク、シアンインク、マゼンタインク、ブラックインク等のほか、視認性を高める目的から白色インクも使用される。
また、マゼンタインクに使用される顔料の具体例としては、C.I.ピグメントレッド5、7、12、48(Ca)、48(Mn)、57(Ca)、57:1、112、122、123、146、168、176、184、185、202、209、269、282等、C.I.ピグメントバイオレット19等が挙げられる。
具体的には、顔料を、高分子分散剤や界面活性剤、顔料誘導体などの汎用の顔料分散剤と共に、後述の分散方法で水溶性溶媒及び/または水中に分散させた水性顔料組成物とする方法や、顔料表面に分散性付与基(親水性官能基および/またはその塩)を直接またはアルキル基、アルキルエーテル基、アリール基等を介して間接的に結合させ、汎用の顔料分散剤なしで水溶性溶媒及び/または水中に分散および/または溶解する自己分散型顔料として加工され、水溶性溶媒及び/または水中に分散させた顔料分散液として、水性顔料インク中に配合されることが好ましい。
本発明で使用する顔料分散剤は、特に限定はなく公知の高分子分散剤や界面活性剤、顔料誘導体を使用することができる。
前記顔料分散剤としては中でも、水性樹脂がよく、好ましい例としては、ポリビニルアルコール類、ポリビニルピロリドン類、アクリル酸-アクリル酸エステル共重合体などのアクリル樹脂、スチレン-アクリル酸共重合体、スチレン-メタクリル酸共重合体、スチレン-メタクリル酸-アクリル酸エステル共重合体、スチレン-α-メチルスチレン-アクリル酸共重合体、スチレン-α-メチルスチレン-アクリル酸-アクリル酸エステル共重合体などのスチレン-アクリル樹脂、スチレン-マレイン酸共重合体、スチレン-無水マレイン酸共重合体、ビニルナフタレン-アクリル酸共重合体、及び該水性樹脂の塩が挙げられる。また市販品を使用することも勿論可能である。市販品としては、味の素ファインテクノ(株)製品)のアジスパーPBシリーズ、ビックケミー・ジャパン(株)のDisperbykシリーズ、BASF社製のEFKAシリーズ、日本ルーブリゾール株式会社製のSOLSPERSEシリーズ、エボニック社製のTEGOシリーズ等を使用できる。
本発明で使用するポリマー(A)は、水への溶解度が0.1g/100ml以下であり、且つ、数平均分子量が1000~6000の範囲内のポリマーである。さらに前記アニオン性基の塩基性化合物による中和率を100%にしたときに水中で微粒子を形成することが好ましい。
本発明において、ポリマー(A)の水への溶解度は、次のように定義した。すなわち、目開き250μm、および90μmの篩を用い250μm~90μmの範囲に粒径を整えたポリマー0.5gを、400メッシュ金網を加工した袋に封入し、水50mlに浸漬、25℃の温度下で24時間緩やかに攪拌放置した。24時間浸漬後、ポリマーを封入した400メッシュ金網を110℃に設定した乾燥機において2時間乾燥を行うことにより、乾燥させた。ポリマーを封入した400メッシュ金網の水浸漬前後の重量の変化を測定し、次式により溶解度を算出した。
また、本発明において、アニオン性基の塩基性化合物による中和率を100%にしたときに水中で微粒子を形成するか否かは、次のように判断した。
(1)ポリマーの酸価を予め、JIS試験方法K 0070-1992に基づく酸価測定方法により測定する。具体的には、テトラヒドロフラン(以下THFと称する場合がある)溶媒にポリマー0.5gを溶解させ、フェノールフタレインを指示薬として、0.1M水酸化カリウムアルコール溶液で滴定し酸価を求める。
(2)水50mlに対して、ポリマーを1g添加後、得られた酸価を100%中和するだけの0.1mol/L水酸化カリウム水溶液を加え、100%中和とする。
(3)100%中和させた液を、25℃の温度下で、2時間超音波洗浄器(株式会社エスエヌディ超音波洗浄器US-102、38kHz自励発信)中で超音波を照射させた後24時間室温で放置する。
24時間放置後、液面から2センチメートルの深部にある液をサンプリングしたサンプル液を、動的光散乱式粒子径分布測定装置(日機装株式会社製動的光散乱式粒子径測定装置「マイクロトラック粒度分布計UPA-ST150」)を用い、微粒子形成による光散乱情報が得られるか判定することにより、微粒子が存在するか確認する。
本発明で使用するポリマー(A)から得られる微粒子の粒径があまり大きいとポリマー(A)が水中で安定しないおそれがある。従ってポリマー(A)の粒径はあまり大きくないほうが好ましく、5~1,000nmの範囲が好ましく、7~700nmの範囲がなお好ましく、10~500nmの範囲が最も好ましい。また微粒子の粒度分布は狭いほうがより分散性に優れる傾向にあるが、粒度分布が広い場合の実施を妨げるものではない。
なお粒径、粒度分布も、前記微粒子の測定方法と同様に、動的光散乱式粒径分布測定装置(日機装株式会社製動的光散乱式粒子径測定装置「マイクロトラック粒度分布計UPA-ST150」)を用い測定を行った。
本発明で使用するポリマー(A)の中和率は、以下の式により決定した。
本発明で使用するポリマー(A)の数平均分子量は1000~6000である。本発明の樹脂は前述のとおり水への溶解度が0.1g/100ml以下と低いため、あまり高い分子量のものは、塩基性化合物で中和された状態であっても水分散時において析出する可能性がある。また顔料凝集体への浸透性が弱くなり顔料の凝集体の解砕性が低くなる傾向にあり、顔料分散が容易に行うことが困難となる。
一方数平均分子量が1000に満たない場合、得られる水性顔料分散体の安定性が低下することがある。
この観点から、本願で使用するポリマー(A)は分子量が低いほうが好ましい。中でも数平均分子量が1300~5000であることがなお好ましく、1500~4500であることが最も好ましい。
本発明において数平均分子量は、GPC(ゲルパーミネーションクロマトグラフィー)によって測定されるポリスチレン換算の値とし、具体的には以下の条件で測定した値とする。
ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)法により、下記の条件で測定した。
カラム:東ソー株式会社製の下記のカラムを直列に接続して使用した。
「TSKgel G5000」(7.8mmI.D.×30cm)×1本
「TSKgel G4000」(7.8mmI.D.×30cm)×1本
「TSKgel G3000」(7.8mmI.D.×30cm)×1本
「TSKgel G2000」(7.8mmI.D.×30cm)×1本
検出器:RI(示差屈折計)
カラム温度:40℃
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
流速:1.0mL/分
注入量:100μL(試料濃度0.4質量%のTHF溶液)
標準試料:下記の標準ポリスチレンを用いて検量線を作成した。
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン A-500」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン A-1000」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン A-2500」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン A-5000」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-1」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-2」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-4」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-10」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-20」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-40」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-80」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-128」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-288」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-550」
本発明で使用するポリマー(A)を含む水性樹脂分散体の表面張力が70dyn/cm近くと、水に近い表面張力を示すものがある。顔料分散剤の表面張力が高いほど、得られる顔料分散体の表面張力を一定以上に維持することが期待できる。一方、水に対する溶解性が高く、またアニオン性基の塩基性化合物による中和率を100%にしたときに微粒子を形成しないような、水に溶解するポリマーを用いた場合、ポリマーの水溶液の表面張力は非常に低くなる傾向にある。本発明においては、ポリマー(A)から得られる水性樹脂分散体の表面張力が30dyn/cm以上が好ましく、より好ましくはポリマー(A)の表面張力が40dyn/cm以上である。なお該表面張力は、ポリマー(A)を1g添加後、得られた酸価を100%中和するだけの0.1mol/L水酸化カリウム水溶液を加え、100%中和した樹脂溶液について測定した値である。
このようなポリマーとして、疎水性基を有するポリマーブロックとアニオン性基を有するポリマーブロックとを有するブロックポリマーがあげられる。なおブロックポリマーであっても、水への溶解度が0.1g/100mlを上回ったり、前記アニオン性基の塩基性化合物による中和率を100%にしたときに微粒子を形成しないポリマーは、本発明の効果を得られない。
また、前記ポリマー(A)は設計の自由度からビニルポリマーであることが好ましく、本発明において所望される分子量や、溶解度特性を有するビニルポリマーを製造する方法としては、リビングラジカル重合、リビングカチオン重合、リビングアニオン重合といった、「リビング重合」を用いることにより製造することが好ましい。
中でも、前記ポリマー(A)は(メタ)アクリレートモノマーを原料の1つとして用い製造されるビニルポリマーであることが好ましく、そのようなビニルポリマーの製造方法としては、リビングラジカル重合、リビングアニオン重合が好ましく、さらにブロックポリマーの分子量や各セグメントをより精密に設計できる観点からリビングアニオン重合が好ましい。
リビングアニオン重合によって製造される前記ポリマー(A)は、具体的には、一般式(1)で表されるポリマーである。
有機リチウム開始剤は、有機基とリチウムとの結合が開裂し有機基側に活性末端が生じ、そこから重合が開始される。従って得られるポリマー末端には有機リチウム由来の有機基が結合している。本発明においては、該ポリマー末端に結合した有機リチウム由来の有機基を、有機リチウム開始剤残基と称する。例えばメチルリチウムを開始剤として使用したポリマーであれば、有機リチウム開始剤酸基はメチル基となり、ブチルリチウムを開始剤として使用したポリマーであれば、有機リチウム開始剤酸基はブチル基となる。
芳香環または複素環を有するモノマーのポリマーブロックとは、具体的には、スチレン系モノマー等の芳香族環を有するモノマーや、ビニルピリジン系モノマー等の複素環を有するモノマーを単独重合または共重合して得たホモポリマーまたはコポリマーのポリマーブロックである。
芳香環を有するモノマーとしては、スチレン、p-tert-ブチルジメチルシロキシスチレン、o-メチルスチレン、p-メチルスチレン、p-tert-ブチルスチレン、p-tert-ブトキシスチレン、m-tert-ブトキシスチレン、p-tert-(1-エトキシメチル)スチレン、m-クロロスチレン、p-クロロスチレン、p-フロロスチレン、α-メチルスチレン、p-メチル-α-メチルスチレン、などのスチレン系モノマーや、ビニルナフタレン、ビニルアントラセンなどがあげられる。
また複素環を有するモノマーとしては、2-ビニルピリジン、4-ビニルピリジンなどのビニルピリジン系モノマーがあげられる。
これらのモノマーは単独でまたは2種以上を混合して用いることができる。
前記ポリマーブロックA3におけるアニオン性基は、例えば、カルボキシル基、スルホン酸基または燐酸基等があげられる。中でもカルボキシル基がその調製やモノマー品種の豊富さ入手し易さから好ましい。また2つのカルボキシル基が分子内または分子間において脱水縮合した酸無水基となっていてもよい。
なお、前記ポリマーブロックA3で使用する(メタ)アクリル酸とは、アクリル酸とメタクリル酸の総称を表し、(メタ)アクリレートとは、アクリレートとメタクリレートとの総称を表す。
このような理由から、前記ポリマーブロックA3においては、脱保護をすることによりアニオン性基に再生可能な保護基を有する(メタ)アクリレートを含むモノマーを用いることが好ましい。該モノマーを使用することで、重合時には前述の重合の阻害を防止できる。また保護基により保護されたアニオン性基は、ブロックポリマーを得た後に脱保護することにより、アニオン性基に再生することが可能である。
リビングアニオン重合法においては、(メタ)アクリレートモノマーを求核性の強いスチレン系ポリマーの活性末端に直接重合しようとした場合、カルボニル炭素への求核攻撃により、ポリマー化できない場合がある。このため、前記A1-A2に(メタ)アクリレートモノマーの重合を行う際には反応調整剤を使用し、求核性を調整した後、(メタ)アクリレートモノマーを重合することが行われる。一般式(1)におけるBは該反応調整剤に由来する基である。反応調整剤としては、具体的にはジフェニルエチレンやα-メチルスチレン、p-メチル-α-メチルスチレン等があげられる。
リビングアニオン重合法は、反応条件を整えることにより、従来のフリーラジカル重合で用いられるようなバッチ方式により実施できる他、マイクロリアクターによる連続的に重合する方法を挙げることもできる。マイクロリアクターは、重合開始剤とモノマーの混合性が良好であるため、反応が同時に開始し、温度が均一で重合速度を揃えることができるため、製造される重合体の分子量分布を狭くできる。また同時に、成長末端が安定であるためブロックの両成分が混じりあわないブロック共重合体を製造することが容易になる。また、反応温度の制御性が良好であるため副反応を抑えることが容易である。
第一のモノマーと重合を開始させる重合開始剤とを、それぞれチューブリアクターP1及びP2(図1中7及び8)から、複数の液体を混合可能な流路を備えるT字型マイクロミキサーM1(図1中1)に導入し、T字型マイクロミキサーM1内で、第一のモノマーをリビングアニオン重合し第一の重合体を形成する(工程1)。
なお、このとき反応調整剤の種類や使用量により、前記一般式(1)におけるnの数をコントロールすることが可能である。
その後メタノール等活性プロトンを有する化合物で反応をクエンチすることで、ブロック共重合体を製造する。
次に、反応調整剤を使用して成長末端の反応性を調整した後、前記アニオン性基に再生可能な保護基を有する(メタ)アクリレートを含むモノマーを前記第二のモノマーとして反応させポリマーブロックを得る。
この後、加水分解等の脱保護反応によりアニオン性基に再生することにより、前記A3即ちアニオン性基を含むポリマーブロックが得られる。
エステル結合の加水分解反応は、酸性条件下でも塩基性条件下でも進行するが、エステル結合を有する基によって条件がやや異なる。例えばエステル結合を有する基がメトキシカルボニル基等の第1級アルコキシカルボニル基又はイソプロポキシカルボニル基等の第2級アルコキシカルボニル基の場合は、塩基性条件下で加水分解を行うことでカルボキシル基を得ることができる。この際、塩基性条件下とする塩基性化合物としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の金属水酸化物などが挙げられる。
前記ポリマーブロック(A2)とポリマーブロック(A3)のモル比A2:A3を、ポリマーブロック(A2)を構成する芳香環または複素環を有するモル数と、(A3)を構成するアニオン性基のモル数のモル比で表した場合は100:7.5~100:400が好ましい。
本発明のインクジェット記録用インクにおいて、前記ポリマー(A)のアニオン性基は中和されていることが好ましい。
前記ポリマー(A)のアニオン性基を中和する塩基性化合物としては、公知慣用のものがいずれも使用出来、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物等の無機塩基性物質や、アンモニア、トリエチルアミン、アルカノールアミンの様な有機塩基性化合物を用いることが出来る。
本発明においては、水性顔料分散体中に存在する前記ポリマー(A)の中和量は、ポリマーの酸価に対して100%中和されている必要はない。具体的には、前記ポリマー(A)の中和率が20%~200%になるように中和されることが好ましく、80%~150%がなお好ましい。
また、前記顔料分散剤を使用することなく、水溶性溶媒や水に分散が可能な自己分散型顔料を使用してもよい。例えば、顔料に物理的処理または化学的処理を施し、分散性付与基または分散性付与基を有する活性種を顔料の表面に結合(グラフト)させることによって製造される。例えば、真空プラズマ処理、次亜ハロゲン酸および/または次亜ハロゲン酸塩による酸化処理、またはオゾンによる酸化処理等や、水中で酸化剤により顔料表面を酸化する湿式酸化法や、p-アミノ安息香酸を顔料表面に結合させることによりフェニル基を介してカルボキシル基を結合させる方法が挙げられる。
自己分散型顔料を含有する水性インクは、前記顔料分散剤を含む必要がないため、顔料分散剤に起因する発泡等がほとんどなく、吐出安定性に優れるインクを調製しやすい。また、顔料分散剤に起因する大幅な粘度上昇が抑えられるので、顔料をより多く含有することが可能となり、印字濃度を十分に高めることが可能になる、あるいは、取り扱いが容易となる。
本発明で使用する水は顔料の分散媒である。水としては、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、蒸留水等の純水、または超純水を用いることができる。
水は単独で使用してもよいし、水と水溶性溶剤からなる混合溶媒でもよい。例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、等のケトン類;メタノール、エタノール、2-プロパノール、2-メチル-1-プロパノール、1-ブタノール、2-メトキシエタノール、等のアルコール類;テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、1,2-ジメトキシエタン、等のエーテル類;ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのグリコール類;ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、およびこれらと同族のジオールなどのジオール類;ラウリン酸プロピレングリコールなどのグリコールエステル;ジエチレングリコールモノエチル、ジエチレングリコールモノブチル、ジエチレングリコールモノヘキシルの各エーテル、プロピレングリコールエーテル、ジプロピレングリコールエーテル、およびトリエチレングリコールエーテルを含むセロソルブなどのグリコールエーテル類;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、ブチルアルコール、ペンチルアルコール、およびこれらと同族のアルコールなどのアルコール類;あるいは、スルホラン;γ-ブチロラクトンなどのラクトン類;N-(2-ヒドロキシエチル)ピロリドンなどのラクタム類;グリセリンおよびその誘導体など、水溶性有機溶剤として知られる他の各種の溶剤などを挙げることができる。これらの水溶性有機溶剤は1種または2種以上混合して用いることができる。
バインダー樹脂としては特に限定なく、例えばポリビニルアルコール、ゼラチン、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルピロリドン、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、デキストラン、デキストリン、カラーギーナン(κ、ι、λ等)、寒天、プルラン、水溶性ポリビニルブチラール、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等を1種もしくは数種併用して使用することができる。中でも、アクリル系樹脂が好ましく、再分散性に優れることからアミド基を有する重合性単量体を共重合させたアクリル系樹脂が好ましい。また、アミド基を有する重合性単量体を共重合させたアクリル系樹脂と他の樹脂を併用して使用してもよい。
前記アミド基を有するアクリル系単量体としては、例えば、(メタ)アクリルアミド、N-メチル(メタ)アクリルアミド、N-エチル(メタ)アクリルアミド、N-プロピル(メタ)アクリルアミド、N-メチロール(メタ)アクリルアミド、N-イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N-ブチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジエチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、ジアセトン(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミドなどが挙げられる。
一方で、該アミド基を有するアクリル系単量体は、アクリル系樹脂中の量が多すぎると、親水性と疎水性のバランスが崩れたり、架橋構造が発生する可能性があり、再溶解性が低下するおそれがある。このことから、該アミド基を有するアクリル系単量体の量は、共重合に使用する単量体全量に対し5質量%を超えない量で使用することが好ましい。具体的には、前記アミド基を有するアクリル系単量体が共重合に使用する原料である単量体全量に対し0.5質量%以上且つ5質量%を超えない量で使用することが好ましく、0.5~4質量%であることがさらに好ましく、1.5~3質量%が最も好ましい。
例えば、(メタ)アクリル酸やそのアルカリ金属塩、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、シクロへキシル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル系単量体、アクリルアマイド、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアマイド等のアミド基を有するアクリル系単量体、(メタ)アクリロニトリル、2-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート等のアクリル系単量体が挙げられる。
本発明においては、特に限定なく公知の方法でインクジェット記録用水性インクを製造することができる。
一例を挙げると、前記顔料、顔料分散剤、水とバインダー樹脂、必要に応じて各種添加剤を撹拌混合した後、各種分散機や練肉機、例えば、ビーズミル、超音波ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、ペイントシェーカー、ボールミル、ロールミル、サンドミル、サンドグラインダー、ダイノーミル、ディスパーマット、SCミル、ナノマイザー等を使用して分散練肉し、更に、残りの材料を添加混合し、適切な粘度に調整する方法等が採用される。
また予め前記分散機を用いて作製した高濃度の分散液(ミルベース)や自己分散型顔料に、水溶性溶媒及び/または水と、バインダー樹脂と必要に応じて各種添加剤を加え、所望の粘度に混合攪拌して希釈することでも調整できる。
本発明のインクジェット記録用水性インクは、更に水溶性溶媒及び/または水、バインダー樹脂等を加え、所望の物性に必要に応じて湿潤剤(乾燥抑止剤)、浸透剤、あるいはその他の添加剤を添加して製造することができる。
インクの調製後に、遠心分離あるいは濾過処理工程を加えてもよい。
前記湿潤剤は、インクの乾燥防止を目的として添加する。乾燥防止を目的とする湿潤剤のインク中の含有量は3~50質量%であることが好ましい。
本発明で使用する湿潤剤としては特に限定はないが、水との混和性がありインクジェットプリンターのヘッドの目詰まり防止効果が得られるものが好ましい。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、分子量2000以下のポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、1,3-プロピレングリコール、イソプロピレングリコール、イソブチレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、メソエリスリトール、ペンタエリスリトール、等が挙げられる。中でも1,3-ブチルグリコールを含むことが安全性を有し、かつインク乾燥性、吐出性能に優れた効果が見られる。
前記浸透剤は、被記録媒体への浸透性改良や記録媒体上でのドット径調整を目的として添加する。
浸透剤としては、例えばエタノール、イソプロピルアルコール等の低級アルコール、エチレングリコールヘキシルエーテルやジエチレングリコールブチルエーテル等のアルキルアルコールのエチレンオキシド付加物やプロピレングリコールプロピルエーテル等のアルキルアルコールのプロピレンオキシド付加物等が挙げられる。インク中の浸透剤の含有量は0.01~10質量%であることが好ましい。
前記界面活性剤は、表面張力等のインク特性を調整するために添加する。このために添加することのできる界面活性剤は特に限定されるものではなく、各種のアニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤などが挙げられ、これらの中では、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤が好ましい。
インクジェット記録用水性インクの記録媒体としては特に限定はなく、複写機で一般的に使用されているコピー用紙(PPC紙)等の吸収性の記録媒体、インクの吸収層を有する記録媒体、インクの吸収性を有しない非吸水性の記録媒体、インクの吸水性の低い難吸収性の記録媒体などがありうる。本発明のインクジェット記録用水性インクは、特に吸収層を有する記録媒体、非吸水性の記録媒体、難吸収性の記録媒体に記録した際に、発色性が良好という特徴も有する。
前記プラスチックフィルムの膜厚は用途に応じて適宜変更されるが、例えば軟包装用途である場合は、柔軟性と耐久性、耐カール性を有しているものとして、膜厚が10μm~100μmであることが好ましい。より好ましくは10μm~30μmである。この具体例としては、東洋紡株式会社のパイレン(登録商標)などが挙げられる。
(合成例1)
重合開始剤としてブチルリチウム(BuLi)と第一のモノマーとしてスチレン(St)とを図1におけるチューブリアクターP1及びP2とから、図1におけるT字型マイクロミキサーM1に導入し、リビングアニオン重合させ重合体を形成させた。
次に、得られた重合体を図1におけるチューブリアクターR1を通じて図1におけるT字型マイクロミキサーM2に移動させ、該重合体の成長末端を、図1におけるチューブリアクターP3から導入した反応調整剤(α-メチルスチレン(α-MeSt))によりトラップした。
次いで、第二のモノマーとしてメタクリル酸tert-ブチルエステル(t-BMA)を図1に示すチューブリアクターP4からT字型マイクロミキサーM3に導入し、図1におけるチューブリアクターR2を通じて移動させた前記重合体と、連続的なリビングアニオン重合反応を行った。その後メタノールで反応をクエンチしてブロック共重合体(PA-1)を製造した。
(合成例2)
撹拌装置、滴下装置、還流装置を有する反応容器にメチルエチルケトン100部を仕込み、撹拌しながら反応容器内を窒素置換した。反応容器内を窒素雰囲気に保ちながら加温しメチルエチルケトンの還流状態とした後、滴下装置からスチレン74部、アクリル酸11部、メタクリル酸15部および重合開始剤(和光純薬工業社製/「V-75」)8部の混合液を2時間かけて滴下した。なお滴下の途中より反応系の温度を80℃に保った。
滴下終了後、同温度でさらに25時間反応を続けた。なお、反応の途中において、原料の消費状況を確認しながら、適宜、重合開始剤を追加した。反応終了後、メチルエチルケトンを減圧下で留去し、得られた固体を粉砕して、ポリマー(PR-1)の粉体を得た。
ポリマー(PR-1)の数平均分子量は5255、重量平均分子量は9000で、酸価は185mgKOH/gであった。
得られたポリマー(P-1)および(PR-1)の物性値は以下のように測定した。
ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)法により、下記の条件で測定した。
カラム:東ソー株式会社製の下記のカラムを直列に接続して使用した。
「TSKgel G5000」(7.8mmI.D.×30cm)×1本
「TSKgel G4000」(7.8mmI.D.×30cm)×1本
「TSKgel G3000」(7.8mmI.D.×30cm)×1本
「TSKgel G2000」(7.8mmI.D.×30cm)×1本
検出器:RI(示差屈折計)
カラム温度:40℃
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
流速:1.0mL/分
注入量:100μL(試料濃度0.4質量%のTHF溶液)
標準試料:下記の標準ポリスチレンを用いて検量線を作成した。
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン A-500」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン A-1000」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン A-2500」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン A-5000」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-1」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-2」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-4」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-10」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-20」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-40」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-80」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-128」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-288」
東ソー株式会社製「TSKgel 標準ポリスチレン F-550」
JIS試験方法K 0070-1992に準拠して測定した。THF溶媒に試料0.5gを溶解させ、フェノールフタレインを指示薬として、0.1M水酸化カリウムアルコール溶液で滴定することにより求めた。
目開き250μm、および90μmの篩を用い250μm~90μmの範囲に粒径を整えたポリマー0.5gを、400メッシュ金網を加工した袋に封入し、水50mlに浸漬、25℃の温度下で24時間緩やかに攪拌放置した。24時間浸漬後、ポリマーを封入した400メッシュ金網を110℃に設定した乾燥機において2時間乾燥を行うことにより、乾燥させた。ポリマーを封入した400メッシュ金網の水浸漬前後の重量の変化を測定し、次式により溶解度を算出した。
(1)前記酸価の測定方法に従い、ポリマーの酸価を求める。
(2)水50mlに対して、ポリマーを1g添加後、上記(1)で得たポリマーの酸価を100%中和するだけの0.1mol/L水酸化カリウム水溶液を加え、100%中和とする。
(3)100%中和させた液を、25℃の温度下で、2時間超音波洗浄機(株式会社エスエヌディ超音波洗浄器US-102、38kHz自励発信)中で超音波を照射し分散させた後、24時間室温で放置する。
24時間放置後、液面から2センチメートルの深部にある液をサンプリングしたサンプル液を、日機装株式会社製動的光散乱式粒子径測定装置「マイクロトラック粒度分布計UPA-ST150」を用い、微粒子形成による光散乱情報が得られるか判定することにより、微粒子が存在するか確認した。
同時に、平均粒径を測定した。
前記水中での微粒子形成の判断方法で得たサンプル液と同様のサンプル液を、ウィルヘルミ表面張力計を用い測定した値とした。
BuLiはノルマルブチルリチウムを表し、
Stはスチレンを表し、
DPEは1,1-ジフェニルエチレンを表し、
αMeStはαメチルスチレンを表し、
tBMAはメタクリル酸tert-ブチルエステルを表し、
nBMAはメタクリル酸n-ブチルエステルを表す。
以下の製造例の方法で、水性顔料分散体を得た。なお使用する原料の使用量は、後述の表中に記載した。
顔料としてフタロシアニン系顔料ファストゲンブルーPigment(DIC社製:C.I.ピグメント15:3)を150部、ポリマー(A)としてポリマー(P-1)を45部、水溶性溶剤としてトリエチレングリコールを150部、34%水酸化カリウム水溶液20部を、1.0Lのインテンシブミキサー(日本アイリッヒ株式会社)に仕込み、ローター周速2.94m/s、パン周速1m/sで、25分間混練を行う工程1を行った。
続いて、インテンシブミキサー容器内の混練物に、撹拌を継続しながらイオン交換水450部を徐々に加えた後、イオン交換水185部を加え混合する工程2を行い、顔料濃度は15.0%の水性顔料分散体(C-1)を得た。
顔料種、ポリマー(A)種、分散媒の比率等を変更した以外は製造例1と同様にして、製造例2~3、5~9の水性顔料分散体を得た。
顔料としてフタロシアニン系顔料ファストゲンブルーPigment(DIC社製:C.I.ピグメント15:3)120部、ポリマー(A)としてポリマー(PR-1)36部を0.2Lの常圧ニーダー(株式会社アドバンス製)に仕込み、ジャケット温度を80℃(羽回転数:40rpm)で混合した。その後、水溶性溶剤としてジエチレングリコール52部、塩基性化合物として34%水酸化カリウム水溶液20部を添加し、1時間混練を行う工程1を行った。
続いて、容器内の混練物に、撹拌を継続しながらイオン交換水360部を徐々に加えた後、ジエチレングリコール68部、イオン交換水144部(なおイオン交換水は先に加えた34%水酸化カリウム水溶液20部と合わせて164部となるように調整している)の混合液を加え混合する工程2を行い、顔料濃度15.0%の水性顔料分散体(C-2)を得た。
PB15:3:フタロシアニン系顔料ファストゲンブルーPigment(DIC社製:C.I.ピグメント15:3)
PB7:ピグメントブラック7
PR122:ピグメントレッド122
PY74:ピグメントイエロー74
KOH:34%水酸化カリウム水溶液
DEG:ジエチレングリコール
TEG:トリエチレングリコール
水:イオン交換水
(合成例3)
攪拌機、温度計、冷却管、窒素導入管を装備した4つ口のフラスコに、「ニューコール707SF」〔日本乳化剤(株)製アニオン性乳化剤〕16g、「ノイゲンTDS-200D」〔第一工業製薬(株)製ノニオン性乳化剤〕6.5gおよび脱イオン水220gを仕込み、窒素気流下に80℃に昇温した後、過硫酸アンモニウム0.8gを脱イオン水16gに溶解させた水溶液を添加した。さらに2-エチルヘキシルアクリレート60g、スチレン100g、メタクリル酸メチル27g、アクリルアミド3g、メタクリル酸6gの混合液を、3時間かけて滴下した。滴下終了後、2時間反応せしめた後、25℃まで冷却し、28質量%アンモニア水1.5gで中和せしめ、脱イオン水を加えて不揮発分を45質量%に調整して、ガラス転移温度(Tg)35℃、平均粒子径50nmのアクリル系樹脂水分散液(X-1)を得た。 アクリル系樹脂分散液(X-1)の最終固形分濃度は39%であった。
(参考例 耐水性測定用の水性インクの調整)
インクジェット印字物の耐水性を測定するために、製造例1及び5の水性顔料分散体を用いて、耐水性評価用インクジェット記録用水性インクを作成した。
耐水性評価用インクジェット記録用水性インクは、最終的な顔料濃度が5質量%となるように調整した。
プロピレングリコール 15部
1,3-ブタンジオール 10部
サーフィノール440 0.50部
純水 残量 (但し全量を100部となるようにする)
これを純水10ml中に40mm×10mmの面積が浸漬するように浸漬し、10分間放置した後、色落ちの程度を吸光度で評価した。
この結果、ポリマー(A)の酸価が190mgKOH/gを超えるP-2を使用した参考例2は、本試験方法による耐水性は劣ることがわかる。
(調製例1 水性インクの製造方法)
水性顔料分散体として水性顔料分散体(K-1)を30.00gに、合成例3で得たアクリル系樹脂水分散液(X-1)21.79g、蒸留水25.71g、MB((株)ダイセル社製3-メトキシ-1-ブタノール)6.00g、プロピレングリコール8.00g、グリセリン4.00g、SC-P1000(阪本薬品工業(株)社製ポリオキシプロピレン(14)ポリグリセリルエーテル)2.00g、トリエチレングリコール0.95g、ACTICIDE MV4(ソー・ジャパン(株)社製防腐剤)0.10g、トリエタノールアミン0.20g、及びSURFYNOL DF110D(エアープロダクツ社製アセチレンジアルコール系界面活性剤)1.25gを加えて攪拌し、黒色水性インク(J1)を調製した。
組成を表6、表7および表8の通りとした以外は調製例1と同様にして、水性インク(J2)~(J12)を得た。
組成を表9および表10の通りとした以外は調製例と同様にして、水性インク(H1)~(H7)を得た。
MB:(株)ダイセル社製 3-メトキシ-1-ブタノール
PG:和光純薬(株)社製 プロピレングリコール
GLY:花王(株)社製 精製グリセリン
SC-P1000:阪本薬品工業(株)社製 ポリオキシプロピレン(14)ポリグリセリルエーテル
TEG:(株)日本触媒社製 トリエチレングリコール
KL245:エボニック社製 シリコーン系界面活性剤 TEGOWET KL245
DF110D:エアープロダクツ社製 アセチレンジアルコール系界面活性剤 SURFYNOL DF110D
さらに、表中の(1)(2)(3)は、それぞれ以下のとおりである。
(1):有機溶剤(S1)
(2):プロピレングリコール
(3):有機溶剤(S3)
水性インク(J1)~(J12)及び(H1)~(H7)の特性の評価は以下のようにおこなった。結果は表11~表15に記載した。
銅板の上に貼り付けた王子製紙(株)社製A2コート紙「OKトップコート+」上に、実施例及び比較例で得た水性インクを#12のバーコーターにて展色し、150℃に加温したホットプレート上に5秒間置き、インクを乾燥させた。その直後、100℃に加温した別のホットプレート上に展色紙を移し変え、その上から白紙のコート紙を重ねて、さらに100g/cm2荷重になるように重石をセットし、1分間放置した。
1分後、重石を外し、展色紙から白紙のコート紙をはがした際の、展色紙上の塗膜の残存率を画像解析ソフト『ImageJ』にて解析し、以下のとおりの評価を実施した。
○:展色紙上の塗膜残存率が80%以上
×:展色紙上の塗膜残存率が80%未満
得られた実施例及び比較例の水性インクを膜厚4μmとなるようスライドガラス上にバーコーターで塗布し、32℃の乾燥機に入れて1時間乾燥し、試験板を作成した。その後、蒸留水20gとプロピレングリコール10gとを混合した試験溶液35gに5分間常温で浸漬し、スライドガラスを試験溶液中で10往復させ、再び溶解するかを目視で確認し、以下のとおりの評価を実施した。
◎:試験溶液に着色がみられ、取り出したスライドガラス上に着色成分が確認されず、試験溶液に完全にフィルムが完全に溶解した。
○:試験溶液に着色がみられ、スライドガラス上には着色成分が確認されなかったが、試験溶液にごく少量の未溶解物が見られた。
△:試験溶液に着色がみられたが、スライドガラス上もしくは試験溶液に一部未溶解物が見られた。
×:スライドガラスもしくは試験溶液に著しく未溶解物があり、試験溶液に着色も見られなかった。
エプソン(株)社製のインクジェットプリンターPX-105のカートリッジに水性インク(J1)~(J12)、及び(H1)~(H7)を充填し、王子製紙製A2コート紙「OKトップコート+」に対してベタ塗印刷を行った。印刷物の1cm×1cm四方を光学顕微鏡にて倍率50倍で観察し、以下のとおりの評価を実施した。
○:視野中の白スジが10本未満
△:視野中の白スジが10本以上
×:視野中の白スジが10本以上で、かつ描画のできていない領域が存在する。
2:T字型マイクロミキサーM2
3:T字型マイクロミキサーM3
4:チューブリアクターR1
5:チューブリアクターR2
6:チューブリアクターR3
7:プレクーリングの為のチューブリアクターP1
8:プレクーリングの為のチューブリアクターP2
9:プレクーリングの為のチューブリアクターP3
10:プレクーリングの為のチューブリアクターP4
Claims (5)
- 顔料と、水と、有機溶剤と、尿素類から選ばれる少なくともひとつの化合物と、バインダー樹脂とを含有するインクジェット記録用水性インクであって、前記有機溶剤として少なくとも、
(1)沸点が100℃以上200℃以下であり、かつ20℃での蒸気圧が0.5hPa以上である水溶性有機溶剤と、
(2)プロピレングリコールと、
(3)グリセリン、ジグリセリンおよび/またはこれらの誘導体である有機溶剤
を含有することを特徴とするインクジェット記録用水性インク。 - アニオン性基を有し、水への溶解度が0.1g/100ml以下であり、数平均分子量が1000~6000の範囲内であり、酸価が40~190mgKOH/gの範囲であるポリマー(A)を顔料分散剤として含有する請求項1に記載のインクジェット記録用水性インク。
- アセチレン系界面活性剤を含有する請求項1~3のいずれかに記載のインクジェット記録用水性インク。
- 前記沸点が100℃以上200℃以下であり、かつ20℃での蒸気圧が0.5hPa以上である水溶性有機溶剤が、3-メトキシ-1-ブタノールおよび3-メチル-3-メトキシ-1-ブタノールの何れかを含有する請求項1~4のいずれかに記載のインクジェット記録用水性インク。
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