JP3795281B2 - Ink-jet ink manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録用インクの製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】
インクジェット記録用インクは、主として、水及び/又は有機溶媒に、顔料や染料等を溶解又は分散させた後、水及び/又は有機溶媒を蒸発除去することによって製造されている。水及び/又は有機溶媒の蒸発除去の際には、攪拌槽の壁面を加熱することによって水及び/又は有機溶媒を蒸発除去する、液の薄膜を形成しないタイプの攪拌式蒸発装置が使用されている。
【0003】
しかし、このような攪拌式蒸発装置を用いた場合、水及び/又は有機溶媒が蒸発するのに伴って蒸発装置内の液面が低下し、加熱により、液面よりも上の蒸発装置の内壁面に付着した溶液又は分散液から水及び/又は有機溶媒が蒸発除去して乾燥し、非蒸発成分が内壁面に固着するため、壁面からの伝熱効率が低下するので蒸発効率が低下し、また水及び/又は有機溶媒の蒸発に伴う溶液又は分散液の液面の低下による壁面の伝熱面積の減少によって蒸発速度が低下するため、水及び/又は有機溶媒の蒸発除去に要する時間が長くなるという欠点がある。
【0004】
更に、攪拌式蒸発装置では、内壁面に付着した溶液又は分散液が乾燥して生成した粗大粒子が溶液又は分散液中に落下し、混入することがある。従って、水及び/又は有機溶媒の一部を蒸発除去して得られたインクを遠心分離したり、濾過する際に支障をきたすおそれがあるため、定期的に操業を停止し、煩雑な蒸発装置内の清掃を行なわなければならないという欠点がある。
【0005】
また、最近では、インクジェット記録方式においては、プリンターの高解像度化のためプリンターのノズル径が小さくなったことに伴い、インクに含まれている粒子の微小化が要求されているため、この粗大粒子がインクに混入するのを回避しなければならない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、染料溶液中又は顔料若しくは染料の分散液中への粗大粒子の混入がなく、水及び/又は有機溶媒を蒸発除去しうるインクジェット用インクの製造法を提供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、非蒸発成分濃度が1〜40重量%の、染料溶液中又は顔料若しくは染料の分散液中に含まれている水及び/又は有機溶媒を、加熱壁面を濡らす攪拌槽薄膜蒸発装置又は自然流下薄膜蒸発装置を用いて蒸発除去するインクジェット記録用インクの製造法に関する。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明においては、染料溶液中又は顔料若しくは染料の分散液中に含まれている水及び/又は有機溶媒を蒸発除去させる際に、薄膜蒸発装置を用いる点に1つの大きな特徴がある。
【0009】
ここで、薄膜蒸発装置とは、加熱壁面上に被処理液の薄膜を形成させ、その薄膜上から水、有機溶媒等の溶媒を蒸発させる蒸発装置をいう。
【0010】
この薄膜蒸発装置を用いた場合には、その加熱壁面(ヒーターが配設されている装置本体の側面の内壁)には、常に溶液又は分散液が付着して薄い液膜が形成している状態で、水及び/又は有機溶媒が蒸発除去されるので、加熱壁面で溶液又は分散液が乾燥することによって粗大粒子が生成することが効果的に抑制される。従って、粗大粒子が混入することがないので、フィルター濾過性に優れたインクが得られる。
【0011】
前記蒸発除去とは、溶媒の蒸発留去及び/又は非蒸発成分濃度を増大させるための濃縮操作を意味する。
【0012】
また、蒸発によって溶液又は分散液の液面が低下しても、常に溶液又は分散液で加熱壁面を濡らしながら、溶液又は分散液を乾燥させずに、また伝熱面積を減少させずに水及び/又は有機溶媒の蒸発除去を行なうことができる。
【0013】
従って、従来の攪拌式蒸発装置を用いた場合と対比して、蒸発に要する時間の短縮化を図ることができるので、生産性に優れるという効果が発現される。
【0014】
さらに、溶液又は分散液は、加熱壁面に付着した後、新たに付着する溶液又は分散液によって速やかに装置本体の下部の溶液又は分散液中に流下するため、熱履歴を受ける時間が短いことから、溶液又は分散液が熱的に変化しがたいので、得られるインクの品質が熱履歴によって損なわれるのを効果的に防止することができる。
【0015】
本発明に使用される薄膜蒸発装置としては、加熱壁面を常に濡らすことができ、その液膜を乾燥させないものであればよく、特に限定がない。その例としては、化学工学協会編「改訂6版・化学工学便覧」( 丸善出版(株)、平成11年2月25日発行) 403〜405頁及び化学工学協会編「化学装置便覧」( 丸善出版(株)、昭和62年2月10日発行) 1178〜1187頁に記載の薄膜蒸発装置等が挙げられる。その具体例としては、攪拌槽薄膜蒸発装置、自然流下薄膜蒸発装置(竪型及び横型)、上昇式薄膜蒸発装置、攪拌膜型薄膜蒸発装置等が挙げられる。なかでも、攪拌槽薄膜蒸発装置は、本発明において好適に使用しうるものである。
【0016】
攪拌槽薄膜蒸発装置とは、攪拌槽内において加熱壁面を利用して薄膜を形成させ、その薄膜上より蒸発させる装置である。その代表例としては、関西化学機械製作(株)製、商品名:ウォールウェッターを攪拌槽内に取り付けた蒸発装置が挙げられる。図1は、この蒸発装置の一実施態様を示す概略説明図である。
【0017】
図1において、攪拌槽薄膜蒸発装置1の装置本体2の外部側面には、ヒーター3が配設されており、これにより、装置本体2の側壁が加熱される。
【0018】
一方、装置本体2の内部には、溶液又は分散液4が注入されている。また、その内部には、溶液又は分散液4を該溶液又は分散液4の液面よりも上部の装置本体2の加熱壁面に付着させるための放散翼(ウォールウェッター)5が、装置本体2の下部の回転軸6の周辺から上部へ向けて装置本体2の内面に近接するように配置され、保持材7a、7bを介して回転軸6に固定されている。放散翼5の形状としては、樋状、両末端が開口されているパイプ状等が挙げられる。これらの中では、凝集物が生成して壁面に付着したときに、液の流通を妨害しにくい点や清掃の容易さの点を考慮すれば、樋状であることが好ましい。また、配設される放散翼5の数は、特に限定がないが、通常、1〜6本、好ましくは2〜4本であることが望ましい。
【0019】
回転軸6の上部には、回転軸6を回転させるために、例えば、モータ等の動力機8が設置されている。
【0020】
ここで、動力機8により回転軸6を例えば矢印A方向に回転させると、回転軸6の回転に伴い、放散翼5が回転する。この放散翼5の回転により、装置本体2内の溶液又は分散液4は、放散翼5に働く遠心力によって放散翼5の下部から吸い込まれて該放散翼5の上部より放出され、装置本体2の加熱壁面を濡らし、溶液又は分散液4の薄い液膜が形成される。水及び/又は有機溶媒が加熱壁面の熱を受け、形成された液膜から蒸発するので、溶液又は分散液4が濃縮される。ここで、放散翼5は、回転軸6を回転させているときには、その下部から溶液又は分散液4を吸い上げ、装置本体2の加熱壁面に溶液又は分散液4を供給し続けるので、形成された溶液又は分散液4の薄い液膜は、乾燥することがなく、常に湿潤状態が保持される。従って、従来のような乾燥によって溶液又は分散液4から粗大粒子が生成することが阻止される。
【0021】
溶液又は分散液に使用される顔料及び染料としては、一般にインクジェット記録用インクに使用されているものであればよく、特に限定がない。
【0022】
顔料としては、無機顔料及び有機顔料のいずれであってもよい。また、必要に応じて、それらに体質顔料を併用することもできる。
【0023】
無機顔料としては、カーボンブラック、金属酸化物、金属硫化物、金属塩化物等が挙げられる。これらの中では、特に黒色水系インクでは、カーボンブラックが好ましい。カーボンブラックとしては、ファーネスブラック、サーマルランプブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック等が挙げられる。
【0024】
有機顔料としては、アゾ顔料、ジアゾ顔料、フタロシアニン顔料、キナクリドン顔料、イソインドリノン顔料、ジオキサジン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、チオインジゴ顔料、アンソラキノン顔料、キノフタロン顔料等が挙げられる。
【0025】
体質顔料としては、シリカ、炭酸カルシウム、タルク等が挙げられる。
【0026】
染料としては、油性染料、分散染料、水性染料、直接染料、酸性染料、塩基性染料等が挙げられ、水系インクであるか溶剤系インクであるか、又は溶液であるか分散液であるかというインク形態に応じて使い分けることができる。なお、ポリマー粒子の水分散体を製造する場合には、油性染料及び分散染料が好ましい。
【0027】
油性染料としては、C.I.ソルベント・ブラック、C.I.ソルベント・イエロー、C.I.ソルベント・レッド、C.I.ソルベント・バイオレット、C.I.ソルベント・ブルー、C.I.ソルベント・グリーン、C.I.ソルベント・オレンジ等が挙げられる。
【0028】
分散染料として、C.I.ディスパーズイエロー、C.I.ディスパーズオレンジ、C.I.ディスパーズレッド、C.I.ディスパーズバイオレット、C.I.ディスパーズブルー、C.I.ディスパーズグリーンシリーズ等が挙げられる。
【0029】
分散媒として、水及び/又は有機溶媒が挙げられる。その例としては、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒、トルエン、ベンゼン等の芳香族系溶媒、ヘプタン、ヘキサン等の脂肪族系溶媒;シクロヘキサン等の脂環族系溶媒、塩化エチレン、1,1,1−トリクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2−ジクロロエタン等のハロゲン化脂肪族溶媒等が挙げられる。
【0030】
顔料又は染料の溶液又は分散液は、顔料又は染料を含有するポリマー粒子の分散液(以下、内包型分散液という)であってもよく、顔料又は染料が分散された分散液(以下、分散型分散液という)であってもよく、あるいは染料が水及び/又は有機溶媒に溶解した溶液(以下、染料溶液という)であってもよい。これらの分散液の分散媒は、水及び/又は有機溶媒である。
【0031】
なお、これらの中では、内包型分散液、特に内包型水分散液は、一般に、分散型分散液よりも粗大粒子を生成しやすいものである。しかしながら、これらの分散液を本発明の製造法で使用した場合には、粗大粒子の生成を効果的に防止することができる。したがって、本発明の製造法は、内包型分散液、特に内包型水分散液を使用する場合に好適に採用することができる。
【0032】
内包型分散液としては、例えば、染料又は顔料を含有するポリマー粒子の分散液が挙げられる。
【0033】
染料又は顔料を含有するポリマー粒子に用いられるポリマーとしては、染料又は顔料を含有しうる水不溶性ポリマーが挙げられる。ポリマーの例としては、ビニル系ポリマー、ポリエステル系ポリマー、ポリウレタン系ポリマー等が挙げられる。ポリマーの中では、ビニル系ポリマーが好ましい。ビニル系ポリマーとしては、スチレン、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル及び(メタ)アクリル酸アミドからなる群より選ばれた1種以上のモノマーの重合体が挙げられる。
【0034】
ポリマーの重量平均分子量は、吐出性、プリンタヘッドの焦げ付きの防止、印刷後の水系インクの耐久性及び溶液又は分散液の安定性の観点から、3000〜200000であることが好ましく、更に好ましくは5000〜100000である。
【0035】
染料及び顔料の合計量は、印字濃度及びその含有させやすさの観点から、ポリマーの樹脂非蒸発成分100重量部に対して20〜400重量部、好ましくは30〜300重量部であることが望ましい。
【0036】
内包型分散液は、例えば、
▲1▼ ポリマーを染料又は顔料と共に親水性有機溶媒に溶解又は分散させ、必要に応じて中和剤を加え、ポリマー中の塩生成基をイオン化し、次いで水を加えた後、親水性有機溶媒を留去して水系に転相する方法、
▲2▼ ポリマーを有機溶媒に溶解させ、必要に応じて中和剤を加えてポリマー中の塩生成基をイオン化し、次いで水と、染料又は顔料を加えて混練し、混練物から有機溶媒を留去して水系にする方法、
▲3▼ 水不溶性有機溶媒中にポリマーと染料を溶解して得られた溶液に、水、中和剤及び必要に応じて界面活性剤を加えてポリマー中の塩生成基をイオン化し、次いで得られた混合物を乳化した後、水不溶性有機溶媒を留去して水溶液又は分散液とする方法
等によって調製することができる。
【0037】
染料又は顔料を含有するポリマー粒子の平均粒子径は、分散安定性の観点から、0.01〜1μmが好ましく、0.02〜0.5μmがより好ましい。
【0038】
分散型分散液は、例えば、染料又は顔料と、分散剤を水中に分散させることにより、容易に得ることができる。
【0039】
顔料の水分散体としては、例えば、キャボット(Cabot) 社から市販されているCab-O-Jet200(商品名)等のカーボンブラックを分散剤なしで分散安定化させたカーボンブラックの水分散体、高分子型又は低分子型分散剤等で安定化したカーボンブラック水分散体等が挙げられる。
【0040】
この分散型分散液に使用される染料又は顔料の分散体中の平均粒子径は、分散安定性の観点から、0.01〜1μmが好ましく、0.02〜0.5μmがより好ましい。
【0041】
溶液又は分散液における染料及び顔料の合計量は、印字濃度及び吐出安定性の観点から、1〜30重量%、好ましくは3〜15重量%であることが望ましい。
【0042】
なお、内包型分散液、分散型分散液及び染料水溶液のいずれにも、必要により、湿潤剤、分散剤、消泡剤、防黴剤、キレート剤等の添加剤を添加することできる。インクジェット記録用インクの非蒸発成分濃度は、インク性能の保持の観点から、1〜60重量%が好ましく、10〜40重量%がより好ましい。
【0043】
次に、薄膜蒸発装置を用いて溶液又は分散液の水及び/又は有機溶媒を蒸発除去する。
【0044】
溶液又は分散液の水及び/又は有機溶媒を蒸発除去する際の蒸発条件には特に限定がない。しかし、加熱壁面の温度は、分散液の熱的劣化を抑制するという観点から、20〜80℃が好ましく、40〜60℃が更に好ましい。また、圧力は、真空減圧装置への負荷を低減させる観点から、1〜50kPaが好ましく、5〜20kPaが更に好ましい。
【0045】
前記条件で溶液又は分散液から水及び/又は有機溶媒を蒸発除去した場合、効率よく水及び/又は有機溶媒を除去することができる。
【0046】
なお、薄膜蒸発装置の加熱壁面に溶液又は分散液が乾燥して非蒸発成分が付着したり、固着するのを防止するために、常に加熱壁面が濡れており、溶液又は分散液の液膜切れが発生しないようにすることが望ましい。例えば、竪型の自然流下薄膜蒸発装置を用いた場合、垂直面に沿って液膜を形成して流下する流れの垂直面の単位横幅あたりの流量m(単位:kg/m・h)は、式:
m = W/(πND)
(式中、Wは液流量(kg/h)、Nは垂直管の本数、Dは垂直管の内径(m)を示す)
で表されるが、mがハートレイ(Hartley)らの式:
mmin =1400( μL ρL σ3 ) 1/5
(式中、mmin は最小許容液負荷[kg/(m・ h)] 、μL は溶液又は分散液の粘度[kg/(m・ h)] 、ρL は液の密度[kg/m3] 、σは液の表面張力[kg/m]を示す。尾花英朗著「熱交換器設計ハンドブック」(増訂版) 工学図書出版(株)、昭和52年7月1日発行、688〜691頁参照〕
から求めた最小許容液負荷(mmin )以上の流量であれば、液膜切れを起こす可能性がないので好ましい。
【0047】
従って、加熱壁面の単位横幅あたりの流量mは、液膜切れにより、加熱壁面に非蒸発成分が付着したり、固着して凝集物が生成するのを防止する観点及び加熱壁面に形成される液膜の厚さが大きくなって蒸発効率が低下するのを回避する観点から、200〜20000kg/(m ・h)が好ましく、500〜10000kg/(m ・ h)が更に好ましい。
【0048】
非蒸発成分は、顔料又は染料、ポリマー、分散剤、中和剤等である。
【0049】
水及び/又は有機溶媒を蒸発除去する前の非蒸発成分濃度は、生産性の向上の観点及びフィルター濾過性の向上の観点から、1〜40重量%が好ましく、10〜30重量%が更に好ましい。また、水及び/又は有機溶媒を蒸発除去した後の非蒸発成分濃度は、インクの性能保持の観点から、1〜60重量%が好ましく、10〜40重量%がより好ましい。
【0050】
なお、本明細書でいうフィルター濾過性は、インク中に粗大粒子が存在している否かを評価するためのものであり、孔径5μmのフィルターの単位面積あたりの溶液又は分散液の通過量を意味する。この通過量が1mL/cm2 以上である溶液又は分散液には、粗大粒子が存在しておらず、粗大粒子による悪影響がないので、好ましい。
【0051】
以上のようにして、溶液又は分散液から水及び/又は有機溶媒を蒸発除去し、所望の非蒸発成分濃度となるように調整することにより、インクジェット記録用インクが得られる。
【0052】
【実施例】
実施例1
油溶性染料(オリエント化学工業(株)製、商品名:オイルブラック860)60gをトルエン282gに溶解し、さらにポリマーA〔メチルメタクリレート68重量部、メタクリル酸2重量部、シリコーンマクロマー(チッソ(株)製、商品名:FM−0711)10重量部、スチレンマクロマー〔東亜合成(株)製、商品名:AN−6(スチレン−アクリロニトリル共重合マクロマー、スチレン含量:70重量%、重量平均分子量:6000、重合性官能基:メタクリロイルオキシ基)〕5重量部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート10重量部及びメトキシポリエチレングリコールメタクリレート(新中村化学(株)製、商品名:NKエステルM90G)5重量部からなる共重合体、重量平均分子量:10,000〕のメチルエチルケトン溶液( 非蒸発成分濃度:50重量%) 180gを混合溶解し、溶液を得た。
【0053】
この溶液に、濃度が1g/Lの水酸化ナトリウム水溶液52g及びイオン交換水1500gを添加して混合し、更に、高圧ホモジナイザー(三丸機械工業(株)製、型番:H3−1C)により、25℃、圧力19.6MPaで1時間分散処理した。
【0054】
得られた分散処理後の分散液750gを攪拌槽薄膜蒸発装置(関西化学機械製作(株)製、商品名:ウォールウェッターを取り付けた2L容の攪拌槽) に投入し、液温60℃、圧力13.3kPa の条件で分散液の非蒸発成分濃度が20重量%となるまで水及び/又は有機溶媒の蒸発除去を行なった。その結果、得られたインクには、有機溶媒であるトルエン及びメチルエチルケトンがほとんど含まれていなかった。
【0055】
実施例2
ポリマーB〔スチレン25重量部、ラウリルメタクリレート5重量部、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(新中村化学(株)製、商品名:NKエステルM−40G)30重量部、スチレンマクロマー〔東亜合成(株)製、商品名:AN−6(スチレン−アクリロニトリル共重合マクロマー、スチレン含量:70重量%、重量平均分子量:6000、重合性官能基:メタクリロイルオキシ基)〕10重量部及びN,N’−ジメチルアミノエチルメタクリメート30重量部からなる共重合体、重量平均分子量:16,000)のメチルエチルケトン溶液(非蒸発成分濃度:50重量%)500g、カーボンブラック(キャボット(Cabot)社製、商品名:モナーク880)250g、70%グリコール酸水溶液26g及びイオン交換水1730gを25℃で30分間混合し、得られた混合物を分散メディアがガラスビーズであるビーズミル(ダイノー社製、型番:DYNO-MILL TYPE KDL-PILOT) により、流量0.18kg/m(25 ℃) で1時間分散処理を施した。
【0056】
得られた分散処理後の分散液750gを実施例1と同様にして攪拌槽薄膜蒸発装置を用いて水及び/又は有機溶媒の蒸発除去を行ない、インクを得た。
【0057】
実施例3
実施例1と同様にして得られた分散処理後の分散液750gを2Lの容器に投入し、竪型の自然流下薄膜蒸発装置を用いて、圧力6.8kPa 、容器内の分散液の温度を35℃、蒸発管のジャケット部に60℃の温水を通し、加熱し、水及び/又は有機溶媒の蒸発除去を行ない、インクを得た。蒸発管の内径が2.4cmのものを用い、蒸発管の数は1本で、溶液又は分散液の流量は2.7L/min とした。なお、この例の場合、単位横幅あたりの流量mは2150kg/(m ・ h)である。μL =10.8kg/(m ・h)、ρL =900kg/m3 、σ=4.60×10-3であるので、最小許容液負荷mmin は350kg/(m ・h)であり、mmin の約6倍に相当する。
【0058】
実施例4
実施例1において、インクの非蒸発成分濃度を45重量%とした他は、実施例1と同様にしてインクを調製した。
【0059】
比較例1
攪拌式蒸発装置を用いた以外は、実施例1と同様にしてインクを調製した。
【0060】
各実施例又は比較例1で水及び/又は有機溶媒の蒸発除去が施された分散液について、以下の物性を調べた。その結果を表1に示す。
【0061】
なお、フィルター濾過性と平均粒子径の測定は、非蒸発成分濃度20重量%で行なった。そのために得られたインクの非蒸発成分濃度が20重量%でないものは、20重量%となるように調製した。
【0062】
(1) フィルター濾過性
容量25mLの針なしシリンジ〔(株)テルモ製〕の先端に、孔径が5μmのフィルター〔富士写真フィルム(株)製、アセチルセルロース膜(円型平膜)、外径2.5cm〕を取り付け、シリンジ内に非蒸発成分濃度を20重量%に調整した溶液又は分散液20mLを投入した後、手動で圧力をかけてフィルターを通過させる操作を溶液又は分散液が通過しなくなるまで繰り返し、通過した全量〔孔径が5μmのフィルターの膜面積(5cm2)あたりの通過量(mL/cm2)〕を求めた。
【0063】
(2) 平均粒子径
粒子径測定機(コールター社製、商品名:コールターカウンターN4)を用いて分散液中の粒子の粒子径を測定し、平均粒子径を求めた。
【0064】
(3) 非蒸発成分濃度
赤外線加熱式非蒸発成分濃度測定器〔ケット(kett)社製、商品名:インフラレッド・モイスチュア・デタミネイション・バランス(INFRARED MOISTURE DETERMINATION BALANCE )FD-23 〕を用いて150℃で非蒸発成分濃度を測定した。
【0065】
【表1】
【0066】
表1に示された結果から、実施例1〜4の方法は、比較例1と対比して、フィルター濾過性に格段に優れていることがわかる。
【0067】
【発明の効果】
本発明によれば、染料溶液又は顔料若しくは染料の分散液中に粗大粒子を混入させずに、水及び/又は有機溶媒を蒸発除去してインクジェット記録用インクを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明に使用される攪拌槽薄膜蒸発装置の一実施態様を示す概略説明図である。
【符号の説明】
1 攪拌槽薄膜蒸発装置
2 装置本体
4 溶液又は分散液[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing ink for inkjet recording.
[0002]
[Prior art]
Ink for ink jet recording is mainly produced by dissolving or dispersing a pigment, dye, or the like in water and / or an organic solvent, and then evaporating and removing the water and / or organic solvent. When evaporating and removing the water and / or organic solvent, a stirring-type evaporation device of a type that does not form a liquid thin film that evaporates and removes water and / or the organic solvent by heating the wall surface of the stirring tank is used. Yes.
[0003]
However, when such a stirring type evaporator is used, the liquid level in the evaporator decreases as water and / or the organic solvent evaporates, and heating causes the inside of the evaporator above the liquid level to be reduced. Water and / or organic solvent evaporates and removes from the solution or dispersion adhering to the wall surface, and the non-evaporated component adheres to the inner wall surface. Since the evaporation rate decreases due to the decrease in the heat transfer area of the wall surface due to the decrease in the liquid level of the solution or dispersion accompanying the evaporation of water and / or organic solvent, the time required for evaporation and removal of water and / or organic solvent becomes longer. There is a drawback.
[0004]
Furthermore, in the stirring type evaporation apparatus, coarse particles generated by drying the solution or dispersion adhering to the inner wall surface may fall into the solution or dispersion and be mixed. Therefore, since the ink obtained by evaporating and removing a part of the water and / or organic solvent may cause a problem in centrifuging or filtering, the operation is periodically stopped, and the complicated evaporation apparatus There is a disadvantage that the inside must be cleaned.
[0005]
Recently, in the ink jet recording system, since the nozzle diameter of the printer has been reduced to increase the resolution of the printer, the particles contained in the ink have been required to be finer. Must be avoided in the ink.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for producing an ink-jet ink that can remove water and / or an organic solvent by evaporation without removing coarse particles in a dye solution or a pigment or dye dispersion.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a stirring tank thin film evaporation apparatus that wets a heating wall with water and / or an organic solvent contained in a dye solution or a pigment or dye dispersion having a non-evaporation component concentration of 1 to 40% by weight, or The present invention relates to a method for producing ink for ink jet recording that is evaporated and removed using a natural falling thin film evaporator.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention has one major feature in that a thin film evaporation apparatus is used to evaporate and remove water and / or an organic solvent contained in a dye solution or a pigment or dye dispersion.
[0009]
Here, the thin film evaporation apparatus refers to an evaporation apparatus that forms a thin film of a liquid to be treated on a heating wall surface and evaporates a solvent such as water or an organic solvent from the thin film.
[0010]
When this thin film evaporation apparatus is used, a state where a thin liquid film is always formed on the heating wall surface (the inner wall of the side surface of the apparatus main body on which the heater is disposed) always adheres to the solution or dispersion. Thus, since water and / or the organic solvent are removed by evaporation, the generation of coarse particles by the drying of the solution or dispersion on the heating wall surface is effectively suppressed. Accordingly, since coarse particles are not mixed, an ink excellent in filter filterability can be obtained.
[0011]
The evaporative removal means a concentration operation for evaporating and / or evaporating the solvent and / or increasing the concentration of the non-evaporated component.
[0012]
In addition, even if the liquid level of the solution or dispersion is lowered by evaporation, the heating wall surface is always wetted with the solution or dispersion, the water or the heat transfer area is not reduced without drying the solution or dispersion. The organic solvent can be removed by evaporation.
[0013]
Therefore, the time required for evaporation can be shortened as compared with the case of using a conventional agitation type evaporator, so that the effect of excellent productivity is exhibited.
[0014]
In addition, since the solution or dispersion liquid adheres to the heating wall surface and quickly flows down into the solution or dispersion liquid under the apparatus main body due to the newly attached solution or dispersion liquid, the time for receiving the heat history is short. Since the solution or the dispersion liquid is hardly changed thermally, it is possible to effectively prevent the quality of the obtained ink from being damaged by the thermal history.
[0015]
The thin film evaporator used in the present invention is not particularly limited as long as it can always wet the heating wall surface and does not dry the liquid film. Examples include the Chemical Engineering Association, “6th revised edition, Chemical Engineering Handbook” (Maruzen Publishing Co., Ltd., issued February 25, 1999) pages 403-405 and the Chemical Engineering Association edition, “Chemical Equipment Handbook” (Maruzen). (Publishing Co., Ltd., issued on February 10, 1987) The thin film evaporation apparatus described in pages 1178 to 1187 and the like can be mentioned. Specific examples thereof include a stirring tank thin film evaporator, a natural falling thin film evaporator (a vertical and horizontal type), a rising thin film evaporator, a stirred film thin film evaporator, and the like. Especially, a stirring tank thin film evaporator can be used conveniently in this invention.
[0016]
The stirring tank thin film evaporation apparatus is an apparatus that forms a thin film using a heating wall surface in the stirring tank and evaporates from the thin film. A typical example thereof is an evaporation apparatus manufactured by Kansai Chemical Machinery Manufacturing Co., Ltd., having a trade name: wall wetter attached in a stirring tank. FIG. 1 is a schematic explanatory view showing an embodiment of the evaporation apparatus.
[0017]
In FIG. 1, a
[0018]
On the other hand, a solution or
[0019]
In order to rotate the rotating
[0020]
Here, when the
[0021]
The pigments and dyes used in the solution or dispersion are not particularly limited as long as they are generally used in ink jet recording inks.
[0022]
The pigment may be either an inorganic pigment or an organic pigment. If necessary, extender pigments can be used in combination.
[0023]
Examples of the inorganic pigment include carbon black, metal oxide, metal sulfide, and metal chloride. Among these, carbon black is preferable particularly for black aqueous ink. Examples of carbon black include furnace black, thermal lamp black, acetylene black, and channel black.
[0024]
Examples of the organic pigment include azo pigments, diazo pigments, phthalocyanine pigments, quinacridone pigments, isoindolinone pigments, dioxazine pigments, perylene pigments, perinone pigments, thioindigo pigments, anthoraquinone pigments, and quinophthalone pigments.
[0025]
Examples of extender pigments include silica, calcium carbonate, and talc.
[0026]
Examples of the dye include oil-based dyes, disperse dyes, water-based dyes, direct dyes, acid dyes, basic dyes, and the like, which are water-based inks, solvent-based inks, solutions, or dispersions. It can be properly used according to the ink form. In addition, when manufacturing the aqueous dispersion of a polymer particle, an oil-based dye and a disperse dye are preferable.
[0027]
Examples of oil-based dyes include CI solvent black, CI solvent yellow, CI solvent red, CI solvent violet, CI solvent blue, CI solvent green, and CI solvent orange.
[0028]
Examples of disperse dyes include CI Disperse Yellow, CI Disperse Orange, CI Disperse Red, CI Disperse Violet, CI Disperse Blue, and CI Disperse Green Series.
[0029]
Examples of the dispersion medium include water and / or an organic solvent. Examples thereof include ketone solvents such as methyl ethyl ketone, aromatic solvents such as toluene and benzene, aliphatic solvents such as heptane and hexane; alicyclic solvents such as cyclohexane, ethylene chloride, 1,1,1- And halogenated aliphatic solvents such as trichloroethane, chloroform, carbon tetrachloride, and 1,2-dichloroethane.
[0030]
The pigment or dye solution or dispersion may be a dispersion of polymer particles containing the pigment or dye (hereinafter referred to as an encapsulated dispersion), or a dispersion in which the pigment or dye is dispersed (hereinafter referred to as a dispersion type). It may be a dispersion) or a solution in which a dye is dissolved in water and / or an organic solvent (hereinafter referred to as a dye solution). The dispersion medium of these dispersions is water and / or an organic solvent.
[0031]
Of these, the inclusion-type dispersion, particularly the inclusion-type aqueous dispersion, generally produces coarse particles more easily than the dispersion-type dispersion. However, when these dispersions are used in the production method of the present invention, the formation of coarse particles can be effectively prevented. Therefore, the production method of the present invention can be suitably employed when using an encapsulated dispersion, particularly an encapsulated aqueous dispersion.
[0032]
Examples of the encapsulated dispersion include a dispersion of polymer particles containing a dye or a pigment.
[0033]
Examples of the polymer used for the polymer particles containing a dye or pigment include water-insoluble polymers that can contain a dye or pigment. Examples of the polymer include vinyl polymers, polyester polymers, polyurethane polymers and the like. Among the polymers, vinyl polymers are preferable. Examples of the vinyl polymer include a polymer of one or more monomers selected from the group consisting of styrene, (meth) acrylic acid, (meth) acrylic acid ester, and (meth) acrylic acid amide.
[0034]
The weight average molecular weight of the polymer is preferably 3000 to 200000, more preferably 5000 from the viewpoints of ejection properties, prevention of scorching of the printer head, durability of the aqueous ink after printing, and stability of the solution or dispersion. ~ 100,000.
[0035]
The total amount of the dye and the pigment is 20 to 400 parts by weight, preferably 30 to 300 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the resin non-evaporating component of the polymer, from the viewpoint of printing density and ease of inclusion. .
[0036]
The encapsulated dispersion is, for example,
(1) A polymer is dissolved or dispersed in a hydrophilic organic solvent together with a dye or pigment, a neutralizing agent is added if necessary, salt-forming groups in the polymer are ionized, water is added, and then the hydrophilic organic solvent is added. A method of distilling off and phase-reversing into an aqueous system,
(2) Dissolve the polymer in an organic solvent, add a neutralizing agent as necessary to ionize the salt-forming groups in the polymer, then add water and a dye or pigment and knead, and remove the organic solvent from the kneaded product. A method of distilling it into an aqueous system,
(3) Water, a neutralizing agent and, if necessary, a surfactant are added to a solution obtained by dissolving a polymer and a dye in a water-insoluble organic solvent to ionize the salt-forming groups in the polymer, After emulsification of the obtained mixture, the water-insoluble organic solvent can be distilled off to prepare an aqueous solution or dispersion.
[0037]
From the viewpoint of dispersion stability, the average particle size of the polymer particles containing a dye or pigment is preferably 0.01 to 1 μm, and more preferably 0.02 to 0.5 μm.
[0038]
A dispersion type dispersion can be easily obtained by, for example, dispersing a dye or pigment and a dispersant in water.
[0039]
Examples of the aqueous dispersion of the pigment include an aqueous dispersion of carbon black obtained by dispersing and stabilizing carbon black such as Cab-O-Jet200 (trade name) commercially available from Cabot, Examples thereof include an aqueous carbon black dispersion stabilized with a polymer type or low molecular type dispersant.
[0040]
The average particle size in the dispersion of the dye or pigment used in this dispersion type dispersion is preferably from 0.01 to 1 μm, more preferably from 0.02 to 0.5 μm, from the viewpoint of dispersion stability.
[0041]
The total amount of the dye and the pigment in the solution or dispersion is 1 to 30% by weight, preferably 3 to 15% by weight, from the viewpoints of printing density and ejection stability.
[0042]
It should be noted that additives such as a wetting agent, a dispersing agent, an antifoaming agent, an antifungal agent, and a chelating agent can be added to any of the encapsulated dispersion liquid, the dispersion type dispersion liquid, and the aqueous dye solution, if necessary. The concentration of the non-evaporable component of the ink for inkjet recording is preferably 1 to 60% by weight and more preferably 10 to 40% by weight from the viewpoint of maintaining ink performance.
[0043]
Next, the water and / or organic solvent of the solution or dispersion liquid is removed by evaporation using a thin film evaporator.
[0044]
There are no particular limitations on the evaporation conditions when evaporating and removing the water and / or organic solvent of the solution or dispersion. However, the temperature of the heating wall surface is preferably 20 to 80 ° C, and more preferably 40 to 60 ° C, from the viewpoint of suppressing thermal degradation of the dispersion. Moreover, 1-50 kPa is preferable and 5-20 kPa is still more preferable from a viewpoint of reducing the load to a vacuum pressure reduction apparatus.
[0045]
When water and / or the organic solvent are removed by evaporation from the solution or dispersion under the above conditions, the water and / or organic solvent can be efficiently removed.
[0046]
In order to prevent the solution or dispersion from drying and non-evaporating components from adhering to or sticking to the heating wall surface of the thin film evaporator, the heating wall surface is always wet and the liquid film of the solution or dispersion liquid is broken. It is desirable to prevent this from occurring. For example, in the case of using a bowl-shaped natural falling thin film evaporator, the flow rate m (unit: kg / m · h) per unit lateral width of the vertical surface of the flow flowing down by forming a liquid film along the vertical surface is formula:
m = W / (πND)
(W is the liquid flow rate (kg / h), N is the number of vertical tubes, and D is the inner diameter (m) of the vertical tubes)
Where m is the Hartley et al. Formula:
m min = 1400 (μ L ρ L σ 3) 1/5
( Where , min is the minimum allowable liquid load [kg / (m · h)], μ L is the viscosity of the solution or dispersion [kg / (m · h)], and ρ L is the density of the liquid [kg / m 3 ], σ indicates the surface tension [kg / m] of liquid, “Heat Exchanger Design Handbook” by Hideo Obana (enhanced version) Engineering Books Publishing Co., Ltd., issued July 1, 1977, 688〜 (See page 691)
If the flow rate is equal to or higher than the minimum allowable liquid load (m min ) obtained from the above, there is no possibility of causing a liquid film breakage, which is preferable.
[0047]
Therefore, the flow rate m per unit width of the heating wall surface is a liquid formed on the heating wall surface from the viewpoint of preventing non-evaporated components from adhering to the heating wall surface or sticking to form aggregates due to the breakage of the liquid film. From the viewpoint of avoiding a decrease in evaporation efficiency due to an increase in film thickness, 200 to 20000 kg / (m · h) is preferable, and 500 to 10000 kg / (m · h) is more preferable.
[0048]
Non-evaporable components are pigments or dyes, polymers, dispersants, neutralizers and the like.
[0049]
The concentration of the non-evaporated component before evaporating and removing water and / or the organic solvent is preferably 1 to 40% by weight, more preferably 10 to 30% by weight from the viewpoints of improving productivity and filter filterability. . Further, the concentration of the non-evaporable component after removing water and / or the organic solvent by evaporation is preferably 1 to 60% by weight, more preferably 10 to 40% by weight from the viewpoint of maintaining the performance of the ink.
[0050]
The filter filterability referred to in this specification is for evaluating whether or not coarse particles are present in the ink, and the amount of solution or dispersion per unit area of a filter having a pore diameter of 5 μm is determined. means. This solution or dispersion having a passage amount of 1 mL / cm 2 or more is preferable because coarse particles are not present and there is no adverse effect due to the coarse particles.
[0051]
As described above, the ink for ink jet recording can be obtained by evaporating and removing water and / or the organic solvent from the solution or dispersion and adjusting the concentration so as to obtain a desired non-evaporable component concentration.
[0052]
【Example】
Example 1
60 g of an oil-soluble dye (Orient Chemical Co., Ltd., trade name: Oil Black 860) was dissolved in 282 g of toluene, and polymer A [68 parts by weight of methyl methacrylate, 2 parts by weight of methacrylic acid, silicone macromer (Chisso Corporation) Product name: FM-0711) 10 parts by weight, styrene macromer [manufactured by Toa Gosei Co., Ltd., product name: AN-6 (styrene-acrylonitrile copolymer macromer, styrene content: 70% by weight, weight average molecular weight: 6000, Polymerizable functional group: methacryloyloxy group)] 5 parts by weight, 2-hydroxyethyl methacrylate 10 parts by weight and methoxypolyethylene glycol methacrylate (made by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd., trade name: NK ester M90G) 5 parts by weight Methyl ethyl ketone solution of coalescence, weight average molecular weight: 10,000] The (non-evaporating component concentration 50 wt%) 180 g were mixed and dissolved to obtain a solution.
[0053]
To this solution, 52 g of an aqueous sodium hydroxide solution having a concentration of 1 g / L and 1500 g of ion-exchanged water were added and mixed, and further, a high-pressure homogenizer (manufactured by Sanmaru Machinery Co., Ltd., model number: H3-1C) Dispersion treatment was carried out at 1 ° C. and 19.6 MPa for 1 hour.
[0054]
750 g of the obtained dispersion liquid after dispersion treatment was put into a stirring tank thin film evaporator (manufactured by Kansai Chemical Machinery Co., Ltd., trade name: 2 L stirring tank equipped with a wall wetter), and the liquid temperature was 60 ° C. The water and / or the organic solvent was removed by evaporation until the concentration of the non-evaporated component in the dispersion reached 20% by weight under the condition of the pressure of 13.3 kPa. As a result, the obtained ink contained almost no toluene or methyl ethyl ketone as organic solvents.
[0055]
Example 2
Polymer B [styrene 25 parts by weight,
[0056]
In the same manner as in Example 1, 750 g of the dispersion liquid after dispersion treatment was subjected to evaporation removal of water and / or organic solvent using a stirring tank thin film evaporator to obtain an ink.
[0057]
Example 3
750 g of the dispersion obtained after the dispersion treatment obtained in the same manner as in Example 1 was put into a 2 L container, and the pressure of 6.8 kPa was applied to the dispersion liquid in the container using a vertical natural thin film evaporator. Warm water at 60 ° C. was passed through the jacket portion of the evaporation tube at 35 ° C. and heated to evaporate and remove water and / or the organic solvent to obtain an ink. An evaporating tube having an inner diameter of 2.4 cm was used, the number of evaporating tubes was one, and the flow rate of the solution or dispersion was 2.7 L / min. In this example, the flow rate m per unit lateral width is 2150 kg / (m · h). Since μ L = 10.8 kg / (m · h), ρ L = 900 kg / m 3 , and σ = 4.60 × 10 −3 , the minimum allowable liquid load m min is 350 kg / (m · h), m It corresponds to about 6 times min .
[0058]
Example 4
Ink was prepared in the same manner as in Example 1 except that the non-evaporable component concentration of the ink was changed to 45% by weight.
[0059]
Comparative Example 1
An ink was prepared in the same manner as in Example 1 except that a stirring evaporator was used.
[0060]
The following physical properties of the dispersions obtained by evaporating and removing water and / or organic solvents in each Example or Comparative Example 1 were examined. The results are shown in Table 1.
[0061]
The filter filterability and the average particle size were measured at a non-evaporable component concentration of 20% by weight. Therefore, when the non-evaporable component concentration of the obtained ink was not 20% by weight, it was prepared so as to be 20% by weight.
[0062]
(1) A filter with a filter capacity of 25 mL, a needleless syringe (manufactured by Terumo Corp.), a filter having a pore size of 5 μm (manufactured by Fuji Photo Film Co., Ltd., acetylcellulose membrane (circular flat membrane), outer diameter 2) 0.5 cm], and 20 mL of a solution or dispersion whose non-evaporable component concentration is adjusted to 20% by weight is charged into the syringe, and then the solution or dispersion does not pass through the operation of manually applying pressure and passing through the filter. Until the total amount [passing amount (mL / cm 2 ) per membrane area (5 cm 2 ) of a filter having a pore size of 5 μm] was obtained.
[0063]
(2) Average particle diameter The particle diameter of the particles in the dispersion was measured using a particle diameter measuring machine (trade name: Coulter Counter N4, manufactured by Coulter, Inc.) to determine the average particle diameter.
[0064]
(3) Non-evaporable component concentration 150 using an infrared heating non-evaporable component concentration measuring instrument (trade name: INFRARED MOISTURE DETERMINATION BALANCE FD-23, manufactured by Kett Co., Ltd.) The non-evaporable component concentration was measured at ° C.
[0065]
[Table 1]
[0066]
From the results shown in Table 1, it can be seen that the methods of Examples 1 to 4 are remarkably superior in filter filterability as compared with Comparative Example 1.
[0067]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to produce an ink for ink jet recording by evaporating and removing water and / or an organic solvent without mixing coarse particles in a dye solution or a pigment or dye dispersion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing one embodiment of a stirring tank thin film evaporator used in the present invention.
[Explanation of symbols]
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