JP6302232B2 - 着色微粒子分散体 - Google Patents
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Description
これら低吸収性、非吸収性の記録媒体上にインクジェット記録方法で印字を行った場合、液体成分の吸収が遅い、又は吸収されないため乾燥に時間がかかり印字初期の擦過性が劣ることが知られている。また紙内に顔料が浸透する普通紙とは異なり、低吸収性、非吸収性の記録媒体は顔料粒子が紙上に上残りし、直接外力を受けるために乾燥後の耐擦過性も劣ることが知られている。
例えば、特許文献1には、顔料を含有する塗工層を塗布してなるメディアに印字するインクジェット記録方法であって、メディアの前記塗工層を有する面への純水の転移量、及び塗工層を有する紙面pHが特定範囲にあるメディアに対し、粒子状の色材とエマルジョン樹脂及び界面活性剤を含有するpH8以上のインクを用いて印字するインクジェット記録方法が開示されている。また、乾燥装置を備えた記録装置が提案されている。
しかし、記録媒体や記録装置からの改善は、コストや消費電力等の観点で課題があり、インク組成からの改善が求められている。
例えば、特許文献2には、(1)分散安定性に優れる、(2)記録ヘッドからの吐出安定性に優れる、(3)画像の堅牢性に優れる記録物を得ることができる、(4)画像の印字濃度が高い記録物を得ることができる、(5)画像の耐擦性に優れる記録物を得ることができる、(6)記録媒体として普通紙を使用する場合においても、画像が滲みにくく、また画像の発色性が高い記録物を得ることができる、の前記(1)〜(6)の全てを満足するインクジェット記録用インクを作製可能なマイクロカプセル化顔料として、顔料粒子が、親水性基と疎水性基と重合性基とを有する重合性界面活性剤から誘導された繰り返し構造単位を有するポリマーにより被覆されたマイクロカプセル化顔料が開示されている。
本発明は、保存安定性に優れ、低吸水性の記録媒体に印字した際に耐擦過性に優れるとともに、濃縮時の粘度上昇が抑えられる、インクジェット記録用水系インクに用いられる着色微粒子分散体、その製造方法、及びその着色微粒子分散体を含有する水系インクを提供することを課題とする。
なお、本発明において、「低吸水性」とは、低吸液性、非吸液性を含む概念である。
すなわち、本発明は、次の〔1〕〜〔3〕を提供する。
〔1〕顔料と、下記一般式(I)で表される化合物(A)由来の構成単位、及び疎水性のビニル系モノマーを含む重合性モノマー由来の構成単位を有するポリマーとを含む乳化粒子を含有する着色微粒子分散体。
〔2〕前記〔1〕に記載の着色微粒子分散体を製造する方法であって、顔料、前記一般式(I)で表される化合物(A)、及び疎水性のビニル系モノマーを含む重合性モノマーの存在下で乳化重合を行う工程を有する着色微粒子分散体の製造方法。
〔3〕前記〔1〕に記載の着色微粒子分散体を含有するインクジェット記録用水系インク。
本発明の着色微粒子分散体は、顔料と、下記一般式(I)で表される化合物(A)由来の構成単位、及び疎水性のビニル系モノマーを含む重合性モノマー由来の構成単位を有するポリマーとを含む乳化粒子を含有する。顔料は、前記ポリマーで被覆されていることが好ましい。なお、本発明において、下記一般式(I)で表される化合物(A)を単に「化合物(A)」ということがある。
低吸水性の記録媒体は、紙媒体と比較して濡れにくいため、水系インクに低極性溶剤を含有する必要がある。そのため、インクの保存安定性が悪化するという問題があった。そこで、着色微粒子分散体が顔料と化合物(A)を構成単位として有する高分子ポリマーとを含有することで、ポリマーを構成する疎水性のビニル系モノマー由来の構成単位、化合物(A)由来の炭化水素基及びブチレンオキシ基が顔料及びポリマーの他の部位に吸着し疎水相を形成し、化合物(A)のエチレンオキシ基及びスルホン酸基が親水相に配向することで安定した顔料を含む乳化粒子を生じて、インクの保存安定性が向上し、また水系インクから水が蒸発しても、化合物(A)のエチレンオキシ基は低極性溶剤とも親和性が高く顔料を含む乳化粒子の凝集が抑制されるため、インク濃縮時の粘度上昇が抑えられると考えられる。また、分子量の大きな疎水基であるブチレンオキシ鎖を有する化合物(A)を使用することで、さらに疎水性の高い顔料表面からポリマーの脱離が起こりにくくなり、ポリマー同士の相互作用も相まって顔料とポリマーとを含む強度の高い膜を生じて、高い耐擦過性を発揮できると考えられる。
本発明に用いられる顔料は、無機顔料及び有機顔料のいずれであってもよい。
無機顔料としては、例えば、カーボンブラック、金属酸化物等が挙げられ、特に黒色インクにおいては、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。
有機顔料としては、例えば、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、アントラキノン顔料、キノフタロン顔料等が挙げられる。
色相は特に限定されず、イエロー、マゼンタ、シアン、赤色、青色、オレンジ、グリーン等の有彩色顔料をいずれも用いることができる。
アニオン性親水性官能基としては、カルボキシ基(−COOM1)、スルホン酸基(−SO3M1)、リン酸基(−PO3M1 2)、−SO2NH2、−SO2NHCOR1、又はそれらの解離したイオン形(−COO-、−SO3 -、−PO3 2-、−PO3 -M1)等の酸性基が挙げられる。上記化学式中、M1は、水素原子、アルカリ金属、アンモニウム又は有機アンモニウムを示し、R1は、炭素数1〜12のアルキル基、フェニル基又はナフチル基を示す。
カチオン性親水性官能基としては、アンモニウム基、アミノ基等が挙げられる。
本発明に用いられるポリマーは、化合物(A)、及び疎水性のビニル系モノマーを含む重合性モノマーを重合して得られるポリマーである。ポリマーは、ポリマーで顔料を被覆する観点から、顔料共存下で化合物(A)及び重合性モノマーを重合して得られるものが好ましい。
本発明に用いる化合物(A)は、下記一般式(I)で表される。
ブチレンオキシ基としては、ブタン−1,2−ジイルオキシ基、ブタン−1,3−ジイルオキシ基、テトラメチレンオキシ基が挙げられるが、ブタン−1,2−ジイルオキシ基が好ましい。
mはブチレンオキシ基の平均付加モル数であり、1以上、好ましくは2以上、より好ましくは3以上、更に好ましくは4以上、そして10以下、好ましくは9以下、より好ましくは8以下、更に好ましくは7以下である。
nはエチレンオキシ基の平均付加モル数であり、4以上、好ましくは5以上、より好ましくは7以上、更に好ましくは9以上、より更に好ましくは11以上、そして25以下、好ましくは23以下、より好ましくは21以下、更に好ましくは19以下である。
式(I)において、(BO)mと(EO)nはこの順序でブロック結合している。
ポリマー中の化合物(A)由来の構成単位の含有量は、保存安定性、低吸水性の記録媒体に印字した際に耐擦過性及び濃縮時の粘度上昇抑制を向上する観点から、重合性モノマー由来の構成単位100質量部に対して、モノマー換算で好ましくは3質量部以上、より好ましくは4質量部以上、更に好ましくは5質量部以上であり、そして、好ましくは20質量部以下、より好ましくは15質量部以下、更に好ましくは12質量部以下である。
本発明に用いる重合性モノマーは、疎水性のビニル系モノマーを含む。なお、本発明において、単に「重合性モノマー」というときは、化合物(A)は含まれない意味で使用するが、実際には後述する乳化重合において該化合物(A)は重合性モノマーと共重合することによりポリマー中に組み込まれる。
本発明において疎水性のビニル系モノマーの疎水性とは、該モノマーの25℃におけるイオン交換水100gへの溶解可能な量が10g未満であることをいう。
疎水性のビニル系モノマーとしては、その構造中に疎水性基と重合性基とを少なくとも有するもので、疎水性基が脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基から選ばれた1種又は2種以上を例示できる。重合性基としては、ビニル基、アリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、プロペニル基、ビニリデン基、ビニレン基から選ばれたものを例示できる。
(メタ)アクリル酸エステルとは、アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルから選ばれる1種又は2種を意味する。以下における「(メタ)」も同義である。
(メタ)アクリル酸エステルの具体例としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸2−エチルヘキシル等の炭素数1以上10以下、好ましくは炭素数1以上8以下のアルキル基を有するアクリル酸エステル;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸2−エチルヘキシル等の炭素数1以上10以下、好ましくは炭素数1以上8以下のアルキル基を有するメタクリル酸エステル等が挙げられる。
これらの中では、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、及びメタクリル酸2−エチルヘキシルから選ばれる1種又は2種以上が好ましい。
スチレン系モノマーとしては、スチレン、2−メチルスチレン等が挙げられ、芳香族基含有(メタ)アクリレートとしては、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの中では、スチレン、ベンジル(メタ)アクリレートが好ましい。
疎水性モノマーの含有量は、着色微粒子分散体の分散安定性及びインクの保存安定性、吐出性を向上させる観点から、重合性モノマー中、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、更に好ましくは90質量%以上、より更に好ましくは93質量%以上であり、そして、好ましくは100質量%以下、より好ましくは99質量%以下、更に好ましくは98質量%以下である。
カルボン酸モノマーとしては、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、2−メタクリロイルオキシメチルコハク酸等が挙げられ、スルホン酸モノマーとしては、スチレンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、3−スルホプロピル(メタ)アクリレート等が挙げられ、リン酸モノマーとしては、ビニルホスホン酸、ビニルホスフェート、ビス(メタクリロキシエチル)ホスフェート、ジフェニル−2−アクリロイルオキシエチルホスフェート、ジフェニル−2−メタクリロイルオキシエチルホスフェート等が挙げられる。
これらの中では、好ましくはカルボン酸モノマー、より好ましくは(メタ)アクリル酸、更に好ましくはメタクリル酸である。
イオン性モノマーの含有量は、着色微粒子分散体の分散安定性及びインクの保存安定性、吐出性を向上させる観点から、重合性モノマー中、好ましくは0質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、更に好ましくは1質量%以上、より更に好ましくは2質量%以上であり、そして、好ましく20質量%以下、より好ましくは15質量%以下、更に好ましくは10質量%以下、より更に好ましくは7質量%以下である。
商業的に入手しうるこれらのモノマーの具体例としては、NKエステルM−90G、同230G、同450G、同900G(以上、新中村化学工業株式会社製、ライトエステル041MA(共栄社化学株式会社製)が挙げられる。
本発明の着色微粒子分散体は、顔料と、化合物(A)由来の構成単位、及び疎水性のビニル系モノマーを含む重合性モノマー由来の構成単位を有するポリマーとを含む乳化粒子が水を主媒体とする中に分散しているものである。ここで、乳化粒子の形態は、少なくとも顔料がポリマーで被覆された複合粒子が形成されていることが好ましい。例えば、ポリマー粒子に顔料が内包された粒子形態、ポリマー粒子中に顔料が均一に分散された粒子形態、ポリマー粒子表面に顔料が露出された粒子形態等が含まれる。ポリマーは、化合物(A)と重合性モノマーとを乳化重合することにより製造することができるが、好ましい製造方法として後述する方法が挙げられる。
着色微粒子分散体中の乳化粒子の含有量(固形分濃度)は、乳化粒子を安定に乳化分散させる観点から、好ましくは10質量%以上、より好ましくは15質量%以上、更に好ましくは20質量%以上、より更に好ましくは25質量%以上であり、そして、好ましくは60質量%以下、より好ましくは55質量%以下、更に好ましくは50質量%以下である。
着色微粒子分散体中の顔料の含有量は、印字濃度を向上させる観点から、1.0質量%以上が好ましく、3.0質量%以上がより好ましく、5.0質量%以上が更に好ましく、そして、40質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましく、20質量%以下が更に好ましく、15質量%以下がより更に好ましい。
着色微粒子分散体中のポリマーの含有量は、耐擦過性を向上する観点から、1.0質量%以上が好ましく、5.0質量%以上がより好ましく、15質量%以上が更に好ましく、そして、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましく、30質量%以下が更に好ましい。
着色微粒子分散体中の乳化粒子の平均粒径は、ポリマーの顔料への吸着性とポリマーの中和を促進して乳化粒子の分散安定性を向上させる観点、その結果、粗大粒子を低減し、濃縮時のインク粘度の上昇を抑え、低吸水性の記録媒体に印字した際の耐擦過性を向上させる観点から、10nm以上が好ましく、30nm以上がより好ましく、40nm以上が更に好ましく、50nm以上がより更に好ましく、60nm以上がより更に好ましく、75nm以上がより更に好ましく、80nm以上がより更に好ましく、そして、300nm以下が好ましく、160nm以下がより好ましく、150nm以下が更に好ましく、140nm以下がより更に好ましく、130nm以下がより更に好ましい。
なお、乳化粒子の平均粒径は、実施例に記載の方法により測定される。
本発明においては、乳化粒子の分散安定性及び水系インクの保存安定性を向上させる観点から、必要に応じて中和剤を用いることができる。中和剤を用いる場合、着色微粒子分散体のpHが好ましくは7以上、より好ましくは7.5以上にすることが好ましく、また、pHが好ましくは11以下、より好ましくは9.5以下にすることが好ましい。
中和剤としては、アルカリ金属の水酸化物、アンモニア、有機アミン等が挙げられる。
アルカリ金属の水酸化物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウムが挙げられるが、水酸化ナトリウムが好ましい。
有機アミンとしては、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン等が挙げられる。
中和剤及び中和剤水溶液は、単独で又は2種以上を混合して用いてもよい。
ポリマーで顔料を被覆する観点から、着色微粒子分散体は、顔料、式(I)で表される化合物(A)、及び疎水性のビニル系モノマーを含む重合性モノマーの存在下で乳化重合を行う工程を有する方法によって製造されることが好ましい。
顔料は、顔料表面を均一にポリマーで被覆する観点から、親水化処理していない顔料が好ましい。顔料として親水化処理していない顔料を用いることにより、乳化重合時に生成するポリマーが顔料粒子表面に吸着しやすくなり、顔料がより均一にポリマーで被覆された乳化粒子を含有する着色微粒子分散体が得られると考えられる。
本発明の着色微粒子分散体は、下記工程1〜2によって製造されることがより好ましい。
工程1:顔料と、式(I)で表される化合物(A)と水を含む混合液を分散処理して分散体1を得る工程
工程2:分散体1に疎水性のビニル系モノマーを含む重合性モノマーを混合して乳化重合を行う工程
工程1は、顔料と、式(I)で表される化合物(A)と水を含む混合液を分散処理して分散体1を得る工程である。
工程1における、式(I)で表される化合物(A)の添加量は、顔料に対して、好ましくは1質量%以上、より好ましくは5質量%以上、更に好ましくは8質量%以上であり、好ましくは50質量%以下、より好ましくは30質量%以下、更に好ましくは20質量%以下である。1質量%以上であれば、顔料の分散性が優れたものとなり、小粒子径で均一な顔料分散体(分散体1)が得られる。30質量%以下であれば、顔料の吸着しないポリマー単独からなる粒子の発生を抑制でき、インク濃縮時の粘度上昇を抑えることができる。
用いることのできる有機溶媒としては、炭素数1以上6以下のアルコール類、ケトン類の他、エーテル類、アミド類、芳香族炭化水素類、炭素数5以上10以下の脂肪族炭化水素類等が挙げられ、顔料分散の観点から、メチルエチルケトンが好ましい。
水と、これらの有機溶媒の比率にも得に制限はないが、分散媒全体(水と有機溶媒の合計)における水の割合は、好ましくは50質量%以上、より好ましくは65質量%以上、更に好ましくは75質量%以上、より更に好ましくは80質量%以上であり、そして、好ましくは98質量%以下、より好ましくは95質量%以下、更に好ましくは92質量%以下である。
これらの中では、顔料を水中に均一に分散させる観点から、ディスパー、ホモミキサー等の高速撹拌混合装置、ペイントシェーカーやビーズミル等のメディア式分散機が好ましい。市販の高速撹拌混合装置としては、浅田鉄工株式会社製「ウルトラディスパー」、市販のメディア式分散機としては、寿工業株式会社製「ウルトラ・アペックス・ミル」、浅田鉄工株式会社製「ピコミル」等が挙げられる。
メディア式分散機を用いる場合に、分散工程で用いるメディアの材質としては、ジルコニア、チタニア等のセラミックス、ポリエチレン、ナイロン等の高分子材料、金属等が好ましく、摩耗性の観点からジルコニアが好ましい。また、メディアの直径としては、顔料を十分に微細化する観点から、好ましくは0.003mm以上、より好ましくは0.01mm以上であり、また、好ましくは0.5mm以下、より好ましくは0.4mm以下である。
分散時間は、顔料を十分に微細化する観点から、好ましくは0.3時間以上、より好ましくは1時間以上であり、また、顔料分散体の製造効率の観点から、好ましくは200時間以下、より好ましくは50時間以下である。
ここで、「高圧分散」とは、20MPa以上の分散圧力で分散することを意味し、分散圧力は、顔料表面を化合物(A)で濡らして均一分散させる観点から、好ましくは50MPa以上、より好ましくは100MPa以上、更に好ましくは130MPa以上である。
高圧分散処理のパス数は、顔料表面を化合物(A)で濡らして均一分散させる観点から、好ましくは2パス以上、より好ましくは3パス以上、より好ましくは5パス以上、より好ましくは7パス以上、更に好ましくは9パス以上である。運転方式としては、循環方式、連続方式のいずれも採用しうるが、パス回数により分布が生じることを抑制する観点から、連続方式がより好ましい。
用いられる高圧分散機としては、高圧ホモゲナイザー(株式会社イズミフードマシナリ、商品名)に代表されるホモバルブ式の高圧ホモジナイザー、マイクロフルイダイザー(Microfluidics 社、商品名)、ナノマイザー(吉田機械興業株式会社、商品名)、アルティマイザー、スターバースト(スギノマシン株式会社、商品名)等のチャンバー式の高圧ホモジナイザー等の高圧式分散機が挙げられ、マイクロフルイダイザー(商品名)、ナノマイザー(商品名)、アルティマイザー、スターバースト(商品名)等のチャンバー式の高圧ホモジナイザーが好ましい。
高圧分散処理時の分散体の温度は特に限定されないが、5〜80℃が好ましい。
このときの圧力は、0.01MPa以上が好ましく、0.02MPa以上がより好ましく、0.05MPa以上が更に好ましく、そして、0.5MPa以下が好ましく、0.2MPa以下がより好ましく、0.1MPa以下が更に好ましい。
有機溶媒を除去するための時間は、1時間以上が好ましく、2時間以上がより好ましく、5時間以上が更に好ましく、24時間以下が好ましく、12時間以下がより好ましく、10時間以下が更に好ましい。
有機溶媒の除去は、分散体1の固形分濃度が、好ましく18質量%以上、より好ましくは20質量%以上、更に好ましくは22質量%以上になるまで行うことが好ましく、そして、好ましくは60質量%以下、より好ましくは40質量%以下になるまで行うことが好ましい。
分散体1中の顔料の含有量は、良好な着色性を得る観点から、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは15質量%以上であり、また、分散安定性を維持する観点から、好ましくは40質量%以下、より好ましくは35質量%以下、更に好ましくは30質量%以下である。
分散体1中の式(I)で表される化合物(A)の含有量は、分散安定性を維持する観点から、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上、更に好ましくは1.0質量%以上であり、また、乳化重合工程において均一に顔料をポリマーで被覆する観点から、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下、更に好ましくは10質量%以下、より更に好ましくは5.0質量%以下である。
本発明において乳化重合とは、疎水性のビニル系モノマーを含む重合性モノマーを、水を主成分とする分散媒体中で、式(I)で表される化合物(A)の存在下で、乳化又は分散させ、水溶性重合開始剤を用いて重合する方法を意味する。
(工程2)
工程2は、分散体1に疎水性のビニル系モノマーを含む重合性モノマーを混合して乳化重合を行う。
工程2に用いる分散体1中では、顔料粒子が水を主成分とする溶媒に分散するとともに、親水性基と疎水性基と重合性基を有する式(I)で表される化合物(A)が共存している。このような分散体1に疎水性のビニル系モノマーを含む重合性モノマーを混合して、例えば重合開始剤を添加するなどして式(I)で表される化合物(A)の重合性基及び重合性モノマーの重合性基を共重合させることによって、顔料がポリマーで被覆された乳化粒子を含有する着色微粒子分散体が作製される。
重合開始剤としては、通常の乳化重合に用いられるものであればいずれも使用できる。具体的には、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩、過酸化水素、t−ブチルハイドロパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等の有機過酸化物、アゾビスジイソブチロニトリル、2,2−アゾビス(2−アミジノプロパン)ジハイドロクロライド等のアゾ系開始剤等が挙げられる。これらの中でも過硫酸塩が好ましい。さらに過酸化物に亜硫酸ナトリウム、ロンガリット、アスコルビン酸等の還元剤を組み合わせたレドックス系の開始剤も使用できる。
乳化重合では連鎖移動剤を用いることもできる。例えば、n−ドデシルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン等のメルカプタン類、ジメチルキサントゲンジスルフィド、ジイソブチルキサントゲンジスルフィド等のキサントゲン類、ジペンテン、インデン、1、4−シクロヘキサジエン、ジヒドロフラン、キサンテン等が挙げられる。
用いることのできる有機溶媒としては、炭素数1以上6以下のアルコール類、ケトン類の他、エーテル類、アミド類、芳香族炭化水素類、炭素数5以上10以下の脂肪族炭化水素類等が挙げられる。
水と、これらの有機溶媒の比率にも得に制限はないが、分散媒全体における水の割合は、好ましくは50質量%以上、より好ましくは65質量%以上、更に好ましくは75質量%以上、より更に好ましくは80質量%以上である。
乳化重合時における、顔料に対する重合性モノマーの質量比(重合性モノマー/顔料)は、インクの濃縮時の粘度上昇を抑制する及びインクの濃縮時の粘度上昇を抑制する観点から、好ましくは90/10〜10/90、より好ましくは80/20〜20/80、更に好ましくは75/25〜40/60である。
プレエマルションの作製は、粗大粒子の生成を抑制する観点から、回転式攪拌装置を用いて、回転速度を好ましくは200rpm以上、より好ましくは300rpm以上の条件で、そして好ましくは5000rpm以下、より好ましくは2000rpm以下、更に好ましくは1000rpm以下の条件で行うことができる。攪拌時間は、好ましくは10分以上、より好ましくは30分以下である。
プレエマルション法において、プレエマルションの滴下時間は、エマルションの粒子径の均一性の観点から、好ましくは0.5時間以上、より好ましくは1時間以上であり、そして、反応性の観点から、好ましくは8時間以下、より好ましくは6時間以下である。熟成時間は好ましくは0.5時間以上、より好ましくは1時間以上であり、そして好ましくは5時間以下、より好ましくは3時間以下である。
水溶性重合開始剤として過硫酸塩を用いる場合の重合温度は、反応性の観点から、好ましくは70℃以上、より好ましくは75℃以上であり、そして、得られる重合体の分子量分布の観点から、好ましくは85℃以下、より好ましくは83℃以下である。
重合雰囲気は、反応性の観点から、窒素ガス雰囲気、アルゴン等の不活性ガス雰囲気であることが好ましい。
水溶性重合開始剤の使用量は、重合性モノマー100質量部に対して、得られる重合体の分子量分布の観点から、好ましくは0.01質量部以上、より好ましくは0.05質量部以上、更に好ましくは0.1質量部以上であり、そして、好ましくは5質量部以下、より好ましくは3質量部以下、更に好ましくは1質量部以下である。
本発明のインクジェット記録用水系インクは、本発明の着色微粒子分散体を含有する。
インクジェット記録用水系インクには、上記の着色微粒子分散体をそのまま用いてもよいが、通常用いられる湿潤剤、浸透剤、分散剤、界面活性剤、粘度調整剤、消泡剤、防腐剤、防黴剤、防錆剤等を添加することができる。
水系インク中のポリマーの含有量は、水系インクの保存安定性を向上させ、低吸水性の記録媒体に印字した際の耐擦過性を向上させる観点から、0.5質量%以上が好ましく、0.8質量%以上がより好ましく、1.0質量%以上が更に好ましく、2質量%以上がより更に好ましく、そして、30質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましく、12質量%以下が更に好ましい。
水系インク中の水の含有量は、低吸水性の記録媒体に印字した際に、印字濃度、耐擦過性を向上させる観点及び水系インクの保存安定性を向上させる観点から、インクジェット記録用水系インク中、20質量%以上が好ましく、30質量%以上がより好ましく、40質量%以上が更に好ましい。また、インクの吐出性を向上させる観点から、70質量%以下が好ましく、65質量%以下がより好ましく、60質量%以下が更に好ましい。
水系インク中の乳化粒子の平均粒径は、水系インクの保存安定性、低吸水性の記録媒体
に印字した際の耐擦過性を向上させる観点から、10nm以上が好ましく、30nm以上がより好ましく、40nm以上が更に好ましく、50nm以上がより更に好ましく、60nm以上がより更に好ましく、75nm以上がより更に好ましく、80nm以上がより更に好ましく、また、300nm以下が好ましく、160nm以下がより好ましく、150nm以下が更に好ましく、140nm以下がより更に好ましく、130nm以下がより更に好ましい。
なお、水系インク中の粒子の平均粒径は、実施例に記載の方法により測定される。
なお、32℃におけるインクの粘度は、実施例に記載の方法により測定される。
本発明の水系インクは、普通紙やインクジェット専用紙等の記録媒体に記録するインクジェット記録方法に用いることができるが、耐擦過性に優れる点で、好ましくは低吸水性の記録媒体に記録するインクジェット記録方法に用いることができる。
インクジェット記録装置の水系インク飛翔手段としては、サーマル式又はピエゾ式のインクジェットヘッドを用いてインクを飛翔する方法があるが、本発明においては、ピエゾ式のインクジェットヘッドを用いてインクを飛翔させ印字する方法が好ましい。
低吸水性の記録媒体の純水との接触時間100m秒における吸水量は、印字物の乾燥性を早め、耐擦過性を向上させる観点から、0g/m2以上が好ましく、1.0g/m2以上がより好ましく、2.0g/m2以上が更に好ましく、印字濃度、光沢度を向上させる観点から、10g/m2以下が好ましく、8.0g/m2以下がより好ましく、6.0g/m2以下が更に好ましく、4.0g/m2以下がより更に好ましい。
コート紙としては、例えば、「OKトップコートプラス」(王子製紙株式会社製、坪量104.7g/m2、60°光沢度49.0、接触時間100m秒における吸水量(以下の吸水量は同じ)4.9g/m2)、多色フォームグロス紙(王子製紙株式会社製、104.7g/m2、60°光沢度36.8、吸水量5.2g/m2)、UPM Finesse Gloss(UPM社製、115g/m2、60°光沢度27.0、吸水量3.1g/m2)、UPM Finesse Matt(UPM社製、115g/m2、60°光沢度5.6、吸水量4.4g/m2)、TerraPress Silk(Stora Enso社製、80g/m2、60°光沢度6.0、吸水量4.1g/m2)、LumiArt(Stora Enso社製、90g/m2、60°光沢度26.3)等が挙げられる。
合成樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエステルフィルム、塩化ビニルフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンフィルム、ナイロンフィルム等が挙げられる。これらのフィルムは、必要に応じてコロナ処理等の表面処理を行っていてもよい。
一般的に入手できる合成樹脂フィルムとしては、例えば、
ルミラーT60(東レ株式会社製、ポリエチレンテレフタレート、厚み125μm、60°光沢度189.1、吸水量2.3g/m2)、PVC80B P(リンテック株式会社製、塩化ビニル、60°光沢度58.8、吸水量1.4g/m2)、カイナスKEE70CA(リンテック株式会社製、ポリエチレン)、ユポSG90 PAT1(リンテック株式会社製、ポリプロピレン)、ボニールRX(興人フィルム&ケミカルズ株式会社製、ナイロン)等が挙げられる。
<1>顔料と、下記一般式(I)で表される化合物(A)由来の構成単位及び、疎水性のビニル系モノマーを含む重合性モノマー由来の構成単位を有するポリマーとを含む乳化粒子を含有する着色微粒子分散体。
<3>一般式(I)において、nが好ましくは5以上、より好ましくは7以上、更に好ましくは9以上、より更に好ましくは11以上、そして好ましくは23以下、より好ましくは21以下、更に好ましくは19以下である、上記<1>又は<2>に記載の着色微粒子分散体。
<4>一般式(I)において、Mが好ましくは一価の陽イオン、より好ましくはアンモニウムである、上記<1>〜<3>のいずれかに記載の着色微粒子分散体。
<5>一般式(I)で表される化合物(A)由来の構成単位の含有量が、重合性モノマー由来の構成単位100質量部に対して、モノマー換算で好ましくは3質量部以上、より好ましくは4質量部以上、更に好ましくは5質量部以上であり、そして、好ましくは20質量部以下、より好ましくは15質量部以下、更に好ましくは12質量部以下である、上記<1>〜<4>のいずれかに記載の着色微粒子分散体。
<6>疎水性のビニル系モノマーが、好ましくは(メタ)アクリル酸エステル、芳香族環を有する疎水性モノマーから選ばれる1種又は2種以上、より好ましくは炭素数1以上10以下のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステルから選ばれる1種又は2種以上、更に好ましくはアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、及びメタクリル酸2−エチルヘキシルから選ばれる1種又は2種以上である、上記<1>〜<5>のいずれかに記載の着色微粒子分散体。
<7>重合性モノマーが、好ましくはイオン性モノマー、より好ましくはカルボン酸モノマー、更に好ましくは(メタ)アクリル酸、より更に好ましくはメタクリル酸を含む、上記<1>〜<6>のいずれかに記載の着色微粒子分散体。
<9>着色微粒子分散体中の顔料の含有量が、好ましくは1.0質量%以上、より好ましくは3.0質量%以上、更に好ましくは5.0質量%以上であり、そして、好ましくは40質量%以下、より好ましくは30質量%以下、更に好ましくは20質量%以下、より更に好ましくは15質量%以下である、上記<1>〜<8>のいずれかに記載の着色微粒子分散体。
<10>着色微粒子分散体中のポリマーの含有量が、好ましくは1.0質量%以上、より好ましくは5.0質量%以上、更に好ましくは15質量%以上であり、そして好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは30質量%以下である、上記<1>〜<9>のいずれかに記載の着色微粒子分散体。
<11>乳化粒子の平均粒径が、好ましくは10nm以上、より好ましくは30nm以上、更に好ましくは40nm以上、より更に好ましくは50nm以上、より更に好ましくは60nm以上、より更に好ましくは75nm以上、より更に好ましくは80nm以上であり、そして好ましくは300nm以下、より好ましくは160nm以下、更に好ましくは150nm以下、より更に好ましくは140nm以下、より更に好ましくは130nm以下である、上記<1>〜<10>のいずれかに記載の着色微粒子分散体。
<13>下記の工程1〜2を有する、上記<12>記載の着色微粒子分散体の製造方法。
工程1:顔料と、上記一般式(I)で表される化合物(A)と、水を含む混合液を分散処理して分散体1を得る工程
工程2:分散体1に疎水性のビニル系モノマーを含む重合性モノマーを混合して乳化重合を行う工程
<14>工程1で、顔料と、上記一般式(I)で表される化合物(A)と、水を含む混合液を分散処理、好ましくは高速撹拌混合装置又はメディア式分散機により分散処理した後に、更に高圧分散処理して分散体1を得る、上記<13>記載の着色微粒子分散体の製造方法。
<15>乳化重合時における、顔料に対する重合性モノマーの質量比(重合性モノマー/顔料)が、好ましくは90/10〜10/90、より好ましくは80/20〜20/80、更に好ましくは75/25〜40/60である、上記<12>〜<14>のいずれかに記載の着色微粒子分散体の製造方法。
<16>乳化重合時における、上記一般式(I)で表される化合物(A)の使用量が、重合性モノマー100質量部に対して、好ましくは0.5質量以上、より好ましくは1.0質量部以上、更に好ましくは3.0質量部以上、より更に好ましくは5.0質量部以上であり、そして、好ましくは40質量部以下、より好ましくは30質量部以下、更に好ましくは20質量部以下、より更に好ましくは15質量部以下である、上記<12>〜<15>のいずれかに記載の着色微粒子分散体の製造方法。
<18>水系インク中の乳化粒子の平均粒径が、好ましくは10nm以上、より好ましくは30nm以上、更に好ましくは40nm以上、より更に好ましくは50nm以上、より更に好ましくは60nm以上、より更に好ましくは75nm以上、より更に好ましくは80nm以上であり、そして好ましくは300nm以下、より好ましくは160nm以下、更に好ましくは150nm以下、より更に好ましくは140nm以下、より更に好ましくは130nm以下である、上記<17>記載のインクジェット記録用水系インク。
<19>水系インクの32℃の粘度が、好ましくは2.0mPa・s以上、より好ましくは3.0mPa・s以上、更に好ましくは4.0mPa・s以上であり、そして、好ましくは12mPa・s以下、より好ましくは9.0mPa・s以下、更に好ましくは7.0mPa・s以下である、上記<17>又は<18>に記載のインクジェット記録用水系インク。
<20>水系インクの20℃における静的表面張力が、好ましくは20mN/m以上、より好ましくは25mN/m以上であり、そして、好ましくは50mN/m以下、より好ましくは45mN/m以下、更に好ましくは40mN/m以下、より更に好ましくは35mN/m以下である、上記<17>〜<19>のいずれかに記載のインクジェット記録用水系インク。
<21>水系インクのpHが、好ましくは7.0以上、より好ましくは7.5以上、更に好ましくは8.0以上であり、そして好ましくは11.0以下、より好ましくは10.0以下、更に好ましくは9.5以下である、上記<17>〜<20>のいずれかに記載のインクジェット記録用水系インク。
大塚電子株式会社のレーザー粒子解析システム「ELS−8000」(キュムラント解析)を用いて測定した。測定条件は、温度25℃、入射光と検出器との角度90°、積算回数100回であり、分散溶媒の屈折率として水の屈折率(1.333)を入力した。測定濃度は、5×10-3質量%(固形分濃度換算)で行った。
赤外線水分計(株式会社ケツト科学研究所製、商品名:FD−230)を用いて、水性分散液5gを乾燥温度150℃、測定モード96(監視時間2.5分/変動幅0.05%)の条件にて乾燥させ、水性分散液のウェットベースの水分(質量%)を測定した。固形分濃度は下記の式に従って算出した。
固形分濃度(重量%)=100−M
M:水性分散液のウェットベース水分(質量%)=[(W−W0)/W]×100
W:乾燥前の試料質量(初期試料質量)
W0:乾燥後の試料質量(絶対乾燥質量)
E型粘度計(東機産業株式会社製、型番:TV−25、標準コーンロータ1°34’×R24使用、回転数50rpm)にて32℃で粘度を測定した。本測定でのデータは後述する保存安定性試験用のデータとして用いた。
20℃に調整したインク5gの入った円柱ポリエチレン製容器(直径3.6cm×深さ1.2cm)に白金プレートを浸漬し、表面張力計(協和界面化学株式会社製、「CBVP-Z」)を用いて、ウィルヘルミ法で水系インクの静的表面張力を測定した。
pH電極「6337−10D」(株式会社堀場製作所製)を使用した卓上型pH計「F−71」(株式会社堀場製作所製)を用いて、25℃における水系インクのpHを測定した。
<乳化重合による着色微粒子分散体の合成>
(顔料分散工程:工程1)
ポリエチレン容器に表1−1「初期仕込み組成物」記載の重合性界面活性剤、イオン交換水、メチルエチルケトン、顔料(ピグメントブルー15:3)を添加して、0℃の氷浴で冷却しながら、7000rpm条件下で1時間分散処理を行った。次いで、得られた混合物にイオン交換水90質量部を添加し、マイクロフルイダイザー(Microfluidics社製、商品名、型式:M−110EH−30XP)を用いて150MPaの圧力で15パス分散処理した。得られた分散体に固形分が15質量%になるまでイオン交換水を添加して希釈した。そして、この分散体から、エバポレーターを用いて減圧下にて60℃でメチルエチルケトンを除去し、所定の固形分まで濃縮して顔料分散体(固形分量25%)を得た。顔料分散体の平均粒径は表1に示した。なお、表中の数値は、質量部を示す。以下においても同様である。
ガラス製容器に表1−2「プレエマルション仕込み組成物」記載のビニル系モノマー、重合性界面活性剤、過硫酸カリウム、イオン交換水を添加し、テフロン(登録商標)製撹拌羽を用いて500rpmで30分間撹拌してプレエマルションを得た。
セパラブルフラスコに表1−3「初期仕込み組成物」記載の顔料分散体、イオン交換水を添加し、250rpmで撹拌しながら湯浴で80℃まで昇温した。80℃到達後、予め作製したプレエマルション全量を1時間かけて滴下した。滴下終了後、80℃で2時間熟成して乳化粒子を含有する着色微粒子分散体を得た。得られた着色微粒子分散体の物性を表1−3に示す。また、得られた着色微粒子分散体中の乳化粒子を走査型電子顕微鏡で観察したところ、顔料がポリマーで被覆されていた。
化合物a:下記一般式(1)に示される化合物であり、20質量%水溶液を用いた。化合物aの製造方法を下記製造例1に示した。表1−1及び1−2には水溶液の量で記載した。
KH−5:アクアロンKH−5(第一工業製薬株式会社製、商品名、固形分100質量%)、下記一般式(2)で表される化合物において、炭素数10のアルキル基及びnが5である化合物と、Rが炭素数12のアルキル基及びnが5である化合物との混合物である。
KH−10:アクアロンKH−10(第一工業製薬株式会社製、商品名、固形分100質量%)、下記一般式(2)で表される化合物において、Rが炭素数10のアルキル基及びnが10である化合物と、Rが炭素数12のアルキル基及びnが10である化合物との混合物である。
攪拌機、温度計、滴下漏斗を備えた反応容器に3−メチル−3−ブテン−1−オール(東京化成株式会社製)310g(3.6モル)を仕込み、窒素雰囲気下10℃に冷却し、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体(和光純薬工業株式会社製)10.22g(0.0723モル)を添加し、1,2−エポキシブタン(ブチレンオキシド)1557.94g(21.6モル)を7〜10℃で滴下し、滴下後、10℃で、1時間熟成した。吸着剤キョワード500SH(協和化学工業株式会社製)32.0gを添加し、室温で1時間撹拌した後、減圧ろ過し、3−メチル−3−ブテン−1−オールの1,2−エポキシブタン6モル付加体を得た。
オートクレーブに、得られた3−メチル−3−ブテン−1−オールの1,2−エポキシブタン6モル付加体、粉末ナトリウムメトキサイド7.26g(0.134モル)を仕込み、130℃、0.3MPaの条件でエチレンオキサイド2379g(54モル)を付加した。次に、得られた反応混合物の一部84.7g、アミド硫酸9.60gを攪拌機、温度計を備えた反応容器に仕込み、窒素雰囲気下120℃で90分間反応させて硫酸化を行い、未反応のアミド硫酸を加圧ろ過により除去し、化合物aを得た。
<印字用インクの調製>
ガラス製容器に表2記載の着色微粒子分散体、1N水酸化ナトリウム水溶液、イオン交換水を添加し、マグネチックスターラーで10分間撹拌し、混合物Aを得た。別途、ガラス製容器に表2記載のプロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、フタージェント215M(株式会社ネオス製、フッ素系界面活性剤)、アセチレノールE100(川研ファインケミカル株式会社製、2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオールのエチレンオキシド10モル付加物)を添加し、マグネチックスターラーで10分間撹拌し、混合物Bを得た。混合物Aを撹拌しながら混合物Bを添加し、そのまま1時間撹拌した。その後、5μmのディスポーザルメンブレンフィルター(ザルトリウス社製、ミニザルト)を用いてろ過を行い、印字用インクを得た。得られた印字用インクの物性を表2に示す。
市販のインクジェットプリンター(株式会社リコー製、GX−2500、ピエゾ方式)に実施例で得られた水系インクを充填し、23℃、相対湿度50%で、ポリエステルフィルム(ルミラーT60、厚み75um、吸水量2.3g/m2、東レ株式会社製)上に、「光沢紙、きれい、カラーマッチングなし」の条件にてそれぞれA4ベタ画像(単色)の印字を行った。印字終了後、ホットプレート上にて80℃で5分間加熱乾燥を行った。
上記印字物についてサザランド型インクラボテスターAB−201(テスター産業株式会社製)に摩擦材としてコットン(BEMCOT M−3、旭化成株式会社製)を用いて、荷重2000gの下、100回(往復)擦過することで、印字物の擦過試験を行った。擦過した印字物について、目視により以下の評価基準にて評価を行った。
[評価基準]
A:目視で傷が確認できず、大変良好である。
A−:目視で傷が確認できるが問題とされるレベルではない。
B:目視で傷が確認でき、一部フィルム表面が露出され問題である。
C:全面フィルム表面が露出され問題である。
調製した水系インクをシャーレに入れて、60℃減圧下でインクが調製直後と比較して50質量%になるまで溶媒を蒸発させ濃縮させた。得られた濃縮インクをMCR301レオメーター(Anton Paar社製、CP50−1コーンプレート使用)を用いて32℃にて上記濃縮インクサンプルの粘度測定を行った。測定はせん断速度0〜1000の範囲でせん断を上昇させていき、せん断速度100おきに9点の応力を測定した。得られた応力−せん断速度のプロットを、原点を通るように最小二乗法でフィッティングし、その直線の傾きを濃縮インクサンプルの粘度とした。以下の評価基準にて評価を行った。
[評価基準]
A:50質量%濃縮時のインク粘度が80mPa・s未満である。
A−:50質量%濃縮時のインク粘度が80mPa・s以上、100mPa・s未満である。
B:50質量%濃縮時のインク粘度が100mPa・s以上、200mPa・s未満である。
C:50質量%濃縮時のインク粘度が200mPa・s以上である。
調製した水系インクを密閉容器内で、60℃恒温室下で保存試験を行った。3日後、1週間後、2週間後にそれぞれ取り出し、平均粒径、粘度(E型粘度計)を測定することで、初期からの変化性を観察し、下記式により粒径変化及び粘度変化を算出(小数点以下は切り捨て)した。評価基準は以下である。
[評価基準]
(平均粒径)
粒径変化(%)=|100−(保存後の平均粒径)/(保存前の平均粒径)×100|
A:60℃3日後の粒径変化が10%未満である。
A−:60℃3日後の粒径変化が10%以上15%未満である。
B:60℃3日後の粒径変化が15%以上20%未満である。
C:インクが流動性を失い、平均粒径を測定できるレベルではない。
(粘度)
粘度変化(%)=|100−(保存後の粘度)/(保存前の粘度)×100|
A:60℃3日後の粘度変化が10%未満である。
A−:60℃3日後の粘度変化が10%以上15%未満である。
B:60℃3日後の粘度変化が15%以上20%未満である。
C:インクが流動性を失い、粘度を測定できるレベルではない。
Claims (9)
- 乳化粒子及び水を含有する着色微粒子分散体であって、該乳化粒子が、顔料と、下記一般式(I)で表される化合物(A)由来の構成単位、及び疎水性のビニル系モノマーを含む重合性モノマー由来の構成単位を有するポリマーとを含み、該乳化粒子が、少なくとも該顔料が該ポリマーで被覆された複合粒子の形態を有し、該疎水性のビニル系モノマーの疎水性とは、該ビニル系モノマーの25℃におけるイオン交換水100gへの溶解可能な量が10g未満であることを意味する、着色微粒子分散体。
(式(I)中、BOはブチレンオキシ基、EOはエチレンオキシ基、Mは陽イオン示し、mはBOの平均付加モル数で1以上10以下、nはEOの平均付加モル数で4以上25以下である。) - 乳化粒子の平均粒径が、40nm以上150nm以下である、請求項1記載の着色微粒子分散体。
- 一般式(I)で表される化合物(A)由来の構成単位の含有量が、重合性モノマー由来の構成単位100質量部に対して、モノマー換算で3質量部以上、20質量部以下である、請求項1又は2記載の着色微粒子分散体。
- 疎水性のビニル系モノマーが、(メタ)アクリル酸エステル、芳香族環を有する疎水性モノマーから選ばれる1種又は2種以上である、請求項1〜3のいずれかに記載の着色微粒子分散体。
- 顔料が、親水化処理していない顔料である、請求項1〜4のいずれかに記載の着色微粒子分散体。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の着色微粒子分散体を製造する方法であって、顔料、下記一般式(I)で表される化合物(A)、疎水性のビニル系モノマーを含む重合性モノマー、及び水の存在下で乳化重合を行う工程を有する着色微粒子分散体の製造方法。
(式(I)中、BOはブチレンオキシ基、EOはエチレンオキシ基、Mは陽イオン示し、mはBOの平均付加モル数で1以上10以下、nはEOの平均付加モル数で4以上25以下である。) - 下記の工程1〜2を有する、請求項6記載の着色微粒子分散体の製造方法。
工程1:顔料と、上記一般式(I)で表される化合物(A)と、水を含む混合液を分散処理して分散体1を得る工程
工程2:分散体1に疎水性のビニル系モノマーを含む重合性モノマーを混合して乳化重合を行う工程 - 工程1で、顔料と、上記一般式(I)で表される化合物(A)と、水を含む混合液を分散処理した後に、更に高圧分散処理して分散体1を得る、請求項7記載の着色微粒子分散体の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の着色微粒子分散体を含有するインクジェット記録用水系インク。
Priority Applications (7)
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