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JP7191512B2 - インクジェット記録用水系インク - Google Patents

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Description

本発明は、インクジェット記録用水系インク、及びそれを用いるインクジェット記録方法に関する。
インクジェット記録方式は、非常に微細なノズルからインク液滴を記録媒体に直接吐出し、付着させて、文字や画像を得る記録方式である。この方式は、フルカラー化が容易で、かつ安価であり、記録媒体として普通紙が使用可能、被印刷物に対して非接触、という数多くの利点があるため普及が著しい。
最近では、印刷物に耐候性や耐水性を付与するために、着色剤として顔料を用い、顔料の分散剤としてポリマーを用いるインクジェット記録用水系インクが用いられており、種々の提案がなされている。
例えば、特許文献1には、顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子と、沸点が230℃以下の水溶性有機溶剤を10~46質量%と、沸点が280℃以上の水溶性有機溶剤を0~5質量%と、水を44~70質量%含有するインクを用いて、特定の無機顔料と澱粉と共重合ラテックスを含有するインク受容層を有する記録媒体に印刷するインクジェット記録方法が開示されており、高画質で発色性に優れることが示されている。
特許文献2には、顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子、有機溶媒を含有するインクジェット記録用水系インクであって、有機溶媒としてジエチレングリコールを30~60重量%、水を30~60重量%含有し、20℃における静的表面張力が35~55mN/mであり、32℃における粘度が5~7mPa・sである水系インクが開示されており、吐出性(吐出速度、一滴性)に優れ、真円状のドットが得られることが示されている。
特許文献3には、顔料を包含し、該顔料を分散可能とする水不溶性ビニルポリマー粒子と、界面活性剤と、水を含み、該界面活性剤がアセチレングリコールと、アセチレングリコールのエチレンオキシド付加物とを特定の重量比で含むインク組成物が開示されており、発色性、光沢性、連続した吐出の安定性及び目詰まり回復性に優れることが示されている。特許文献3の実施例のインク組成物はグリセリンを主成分とする有機溶媒を24~25質量%含んでいる。
特許文献4には、水、グリセリン、プロピレングリコールを含む溶媒中に、顔料を分散させた記録用インクであって、グリセリンとプロピレングリコールの含有量が特定の範囲にあるインクが開示されており、ノズルにインクを充填し放置した際のノズルの目詰まり防止に優れることが示されている。
インクジェット記録方式は、近年、一般消費者向けの民生用印刷に留まらず、商業印刷、産業印刷分野に応用されており、高い生産性が求められるため、印刷の高速化が進められている。また、インクジェット記録を休止した後、再度記録を開始する際にインクを正常に吐出できなくなるという問題があり、再印刷時の吐出安定性の改善が要望されている。印刷の高速化においては、従来より高いレベルの連続吐出性及び再印刷時の吐出安定性の改善が求められる。
国際公開第2017/138186号 特開2012-140611号公報 特開2006-282759号公報 特開平8-41396号公報
しかし、上記特許文献1~4に記載された水系インクやインクジェット記録方法では、産業印刷分野で必要とされる少ない液滴量での記録や、長期放置時の吐出安定性の点で満足できるものではない。例えば、特許文献2の実施例では120秒間の間欠吐出性での評価をしており、特許文献3の実施例ではドット当たりの吐出インク重量が30ngでの評価をしており、産業印刷分野で求められる、より少ない液滴量での連続吐出性や、より長時間経過した後での間欠吐出性の向上に対応できていない。
本発明は、インクジェット記録方式における吐出安定性に優れるインクジェット記録用水系インク、及び該水系インクを用いるインクジェット記録方法を提供することを課題とする。
本発明者らは、特定の有機溶媒と特定のアセチレングリコール化合物とを組み合わせたインクジェット記録用水系インクが、上記課題を解決し得ることを見出した。
すなわち、本発明は、次の〔1〕及び〔2〕を提供する。
〔1〕顔料(A)、カルボキシ基を有するポリマー(B)、有機溶媒(C)、アセチレングリコール化合物(D)、及び水を含有するインクジェット記録用水系インクであって、
有機溶媒(C)が、23℃における比誘電率(εr)が27以上38以下の有機溶媒(c-1)を含み、
有機溶媒(c-1)の含有量が、水系インク中、33質量%以上55質量%以下であり、
有機溶媒(C)に対する有機溶媒(c-1)の質量比〔有機溶媒(c-1)/有機溶媒(C)〕が0.75以上であり、
アセチレングリコール化合物(D)が、エチレンオキシドの平均付加モル数が4モル以上15以下のアセチレングリコール(d-1)とエチレンオキシドの平均付加モル数が4モル未満のアセチレングリコール(d-2)とを含む、インクジェット記録用水系インク。
〔2〕前記〔1〕に記載の水系インクを用いて記録媒体に記録するインクジェット記録方法であって、水系インクの液滴量が2pL以上20pL以下である、インクジェット記録方法。
本発明によれば、インクジェット記録方式における吐出安定性に優れるインクジェット記録用水系インク、及び該水系インクを用いるインクジェット記録方法を提供することができる。
[インクジェット記録用水系インク]
本発明のインクジェット記録用水系インク(以下、単に「水系インク」又は「インク」ともいう)は、顔料(A)、カルボキシ基を有するポリマー(B)、有機溶媒(C)、アセチレングリコール化合物(D)、及び水を含有するインクジェット記録用水系インクであって、有機溶媒(C)が、23℃における比誘電率(εr)が27以上38以下の有機溶媒(c-1)を含み、有機溶媒(c-1)の含有量が、水系インク中、33質量%以上55質量%以下であり、有機溶媒(C)に対する有機溶媒(c-1)の質量比〔有機溶媒(c-1)/有機溶媒(C)〕が0.75以上であり、アセチレングリコール化合物(D)が、エチレンオキシドの平均付加モル数が4モル以上15以下のアセチレングリコール(d-1)とエチレンオキシドの平均付加モル数が4モル未満のアセチレングリコール(d-2)とを含むことを特徴とする。
本明細書において、「記録」とは、文字や画像を記録する印刷、印字を含む概念であり、「記録物」とは、文字や画像が記録された印刷物、印字物を含む概念である。
「水系」とは、インクに含有される媒体中で、水が最大割合を占めていることを意味する。
また、「吐出安定性」とは、間欠吐出性及び連続吐出性の両方をいう。間欠吐出性とは、インクジェット記録ノズルからインクを吐出しないで所定時間が経過した後、再度インクを吐出する際の吐出性を意味する。連続吐出性とは、記録物を連続して製造する等の場合に、インクジェット記録ノズルからインクを連続して吐出する際の吐出性を意味する。
本発明のインクジェット記録用水系インクが吐出安定性に優れる理由は定かではないが、以下のように考えられる。
本発明の水系インクは、顔料(A)、該顔料(A)を水系インク中に分散するためのカルボキシ基を有するポリマー(B)、23℃における比誘電率(εr)が27以上38以下の有機溶媒(c-1)を含む有機溶媒(C)、及びアセチレングリコール化合物(D)を含有する。
アセチレングリコール化合物(D)に含まれるアセチレングリコール(d-1)は水との親和性が高く、アセチレングリコール(d-2)は有機溶媒との親和性が高い。また、カルボキシ基を有するポリマー(B)は顔料(A)の表面に吸着して顔料を分散する。
ここで、水及び有機溶媒の両者に親和性が高いアセチレングリコール化合物(D)の存在下で、有機溶媒(c-1)が、カルボキシ基を有するポリマー(B)の電荷を緩和し、さらにポリマー(B)を適度に膨潤させることで、顔料(A)の立体反発性が高まり、その結果、分散効果が効果的に発現し、吐出安定性と連続吐出性が向上すると考えられる。さらに、有機溶媒(C)の存在下でアセチレングリコール化合物(D)が、インクジェット記録ヘッドの流路内のインクに適度な濡れ性を付与し、連続吐出性が維持されると考えられる。
<インクジェット記録用水系インク>
本発明のインクジェット記録用水系インクは、顔料(A)、カルボキシ基を有するポリマー(B)、有機溶媒(C)、アセチレングリコール化合物(D)、及び水を含有する。
以下、本発明に用いられる各成分について説明する。
<顔料(A)>
本発明の水系インクにおいては、記録物の耐水性、耐候性を向上させる観点から、着色剤として、顔料を用いる。顔料に特に制限はなく、(i)自己分散型顔料、(ii)水溶性ポリマーで分散された顔料、(iii)顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子等の形態で用いることができる。これらの中では、顔料を(iii)顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子として用いることが好ましい。
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。また、必要に応じて、それらと体質顔料を併用することもできる。
無機顔料としては、例えば、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、ブルー、レッド、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。
好ましい有機顔料の具体例としては、C.I.ピグメント・イエロー、C.I.ピグメント・レッド、C.I.ピグメント・オレンジ、C.I.ピグメント・バイオレット、C.I.ピグメント・ブルー、及びC.I.ピグメント・グリーンから選ばれる1種以上の各品番製品が挙げられる。
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。
上記の顔料は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
水系インク中の顔料の含有量は、吐出安定性を向上させる観点から、好ましくは1質量%以上、より好ましくは2質量%以上、更に好ましくは3質量%以上であり、そして、好ましくは15質量%以下、より好ましくは10質量%以下、更に好ましくは6質量%以下である。顔料は水分散体として用いることが好ましく、水系インクに配合する際の配合量は、顔料の含有量が前記範囲となるように決定することができる。
(i)自己分散型顔料
自己分散型顔料とは、親水性官能基(カルボキシ基等のアニオン性親水基、又は第4級アンモニウム基等のカチオン性親水基)の1種以上を直接、又は炭素数1~12のアルカンジイル基等の他の原子団を介して顔料の表面に結合することで、界面活性剤や樹脂を用いることなく水系媒体に分散可能である顔料を意味する。顔料を自己分散型顔料とするには、例えば、親水性官能基の必要量を、常法により顔料表面に化学結合させればよい。
(ii)水溶性ポリマーで分散された顔料
水溶性ポリマーで分散された顔料は、前記顔料を水溶性ポリマーで分散した水分散体であることが好ましい。水溶性ポリマーとしては、後述するカルボキシ基を含有するポリマー(B)が挙げられ、アクリル酸又はメタクリル酸等のカルボキシル基を有するモノマー等の共重合体等が挙げられる。用いられる水溶性ポリマーの市販品としては、JONCRYL67、同678、同683、同60J等が挙げられる。
水溶性ポリマーで分散された顔料は、水溶性ポリマーを溶解した水に顔料を添加し、剪断応力を与えて分散させた顔料を含む水分散体として用いることが好ましい。
(iii)顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子
本発明の水系インクは、吐出安定性を向上させる観点から、水不溶性ポリマー粒子の好適態様として、後述するような、顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子、特に顔料を内包(カプセル化)した水不溶性ポリマー粒子(以下、総称して「顔料含有ポリマー粒子P」ともいう)の形態で用いることが好ましい。水不溶性ポリマーとしては、後述するカルボキシ基を含有するポリマー(B)が挙げられ、アクリル酸又はメタクリル酸等のカルボキシル基を有するモノマー等の共重合体等が挙げられる。
<カルボキシ基を有するポリマー(B)>
本発明に用いられるポリマーは、カルボキシ基を有するポリマーであり、水溶性ポリマー及び水不溶性ポリマーのいずれであってもよいが、水不溶性ポリマーであることが好ましい。また、水不溶性ポリマーは、顔料含有ポリマー粒子Pや、後述する顔料を含有しない水不溶性ポリマー粒子Qとして用いることができる。
ポリマーのカルボキシ基の一部は、架橋剤で架橋することもできる。カルボキシ基を有するポリマーが水溶性ポリマーであっても架橋により水不溶性ポリマーとなる。
(水不溶性ポリマーp)
顔料含有ポリマー粒子Pを構成する水不溶性ポリマーpは、顔料を水系媒体中に分散させ、分散を安定に維持するための分散剤としての機能と、記録媒体に対する定着剤としての機能を有する。
ここで、「水不溶性ポリマー」とは、ポリマーを水に分散させたとき透明とならないものを意味し、具体的には、ポリマーを105℃で2時間乾燥させ、恒量に達したポリマーを、25℃のイオン交換水100gへ飽和するまで溶解させたときに、その溶解量が10g未満、好ましくは5g以下、より好ましくは1g以下であるポリマーをいう。水不溶性ポリマーがアニオン性ポリマーの場合、その溶解性の判断は、ポリマーのアニオン性基を水酸化ナトリウムで100%中和した状態で行う。
用いられるポリマーとしては、ポリエステル、ポリウレタン、ビニル系ポリマー等が挙げられるが、インクの保存安定性を向上させる観点から、ビニルモノマー(ビニル化合物、ビニリデン化合物、ビニレン化合物)の付加重合により得られるビニル系ポリマーが好ましい。
水不溶性ポリマーpは、(p-1)カルボキシ基含有ビニルモノマー由来の構成単位を有し、更に、(p-2)疎水性ビニルモノマー由来の構成単位及び(p-3)親水性ノニオン性モノマー由来の構成単位から選ばれる1種以上を含有するビニル系ポリマーであることが好ましく、これらの構成単位の3種を含有することが更に好ましい。
水不溶性ポリマーpは、例えば、(p-1)カルボキシ基含有ビニルモノマー、(p-2)疎水性ビニルモノマー、及び(p-3)親水性ノニオン性モノマーを含むモノマー混合物(以下、単に「モノマー混合物」ともいう)を公知の方法により付加重合して得ることができる。
〔(p-1)カルボキシ基含有ビニルモノマー〕
(p-1)カルボキシ基含有ビニルモノマーは、後述する「顔料含有ポリマー粒子Pの水分散体」(以下、「顔料水分散体」ともいう)の製造の際に、顔料水分散体の分散安定性及び水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、水不溶性ポリマーpのモノマー成分として用いられる。
カルボキシ基含有ビニルモノマーとしては、カルボン酸モノマーが挙げられる。
カルボン酸モノマーとしては、好ましくはアクリル酸、メタクリル酸、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から選ばれる1種以上が挙げられるが、アクリル酸及びメタクリル酸から選ばれる1種以上がより好ましい。
〔(p-2)疎水性ビニルモノマー〕
疎水性ビニルモノマー(p-2)は、顔料水分散体の分散安定性及び水系インクの吐出安定性を向上させる観点から用いられる。
疎水性ビニルモノマー(p-2)としては、スチレン系モノマー、芳香族基含有(メタ)アクリレート、及びスチレン系マクロモノマーから選ばれる1種以上が挙げられる。
スチレン系モノマーとしては、スチレン、2-メチルスチレンが好ましく、スチレンがより好ましく、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)アクリレートが好ましく、ベンジル(メタ)アクリレートがより好ましい。
スチレン系マクロモノマーは、片末端に重合性官能基を有する数平均分子量500以上10万以下の化合物であり、数平均分子量は好ましくは1,000以上、より好ましくは2,000以上、更に好ましくは3,000以上であり、そして、好ましくは10,000以下、より好ましくは9,000以下、更に好ましくは8,000以下である。なお、数平均分子量は、溶媒として1mmol/Lのドデシルジメチルアミンを含有するクロロホルムを用いたゲル浸透クロマトグラフィー法により、標準物質としてポリスチレンを用いて測定される。
商業的に入手しうるスチレン系マクロモノマーとしては、AS-6(S)、AN-6(S)、HS-6(S)(東亞合成株式会社の商品名)等が挙げられる。
(p-2)疎水性ビニルモノマーとしては、上記と同様の観点から、スチレン系モノマー、芳香族基含有(メタ)アクリレート、及びスチレン系マクロモノマーから選ばれる2種以上を併用することがより好ましく、スチレン又はベンジル(メタ)アクリレートと、スチレン系マクロモノマーとを併用することが更に好ましい。
〔(p-3)親水性ノニオン性モノマー〕
ポリマーには、水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、更に、(p-3)親水性ノニオン性モノマーをモノマー成分として用いることが好ましい。
(p-3)親水性ノニオン性モノマーとしては、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(n=2~30、nはオキシアルキレン基の平均付加モル数を示す。以下同じ)(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(n=2~30)(メタ)アクリレート等のポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(n=1~30)(メタ)アクリレート等のアルコキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシ(エチレングリコール・プロピレングリコール共重合)(n=1~30、その中のエチレングリコール:n=1~29)(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの中では、ポリプロピレングリコール(n=2~30)(メタ)アクリレート、フェノキシ(エチレングリコール・プロピレングリコール共重合)(メタ)アクリレートが好ましく、ポリプロピレングリコール(n=2~30)(メタ)アクリレートがより好ましい。
商業的に入手しうる(d)成分の具体例としては、新中村化学工業株式会社のNKエステルM-20G、同40G、同90G、同230G等、日油株式会社のブレンマーPE-90、同200、同350等、PME-100、同200、同400等、PP-500、同800、同1000等、AP-150、同400、同550等、50PEP-300、50POEP-800B、43PAPE-600B等が挙げられる。
前記モノマー(p-1)、(p-2)及び(p-3)は、それぞれ単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
以上の観点から、カルボキシ基を有するポリマー(B)は、アクリル酸及びメタクリル酸から選ばれる1種由来又は2種由来の構成単位を有することが好ましく、更に、(p-2)疎水性ビニルモノマー由来の構成単位及び(p-3)親水性ノニオン性モノマー由来の構成単位から選ばれる1種以上を含有することが好ましい。
水不溶性ポリマーp製造時における、前記モノマー(p-1)、(p-2)及び(p-3)のモノマー混合物中における含有量(未中和量としての含有量。以下同じ)、又は水不溶性ポリマーp中における前記モノマー(p-1)、(p-2)及び(p-3)成分に由来する構成単位の含有量は、顔料水分散体の分散安定性及び水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、次のとおりである。
(p-1)カルボキシ基含有ビニルモノマーの含有量は、好ましくは3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、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25質量%以下である。
(p-2)疎水性ビニルモノマーを含有する場合、その含有量は、好ましくは15質量%以上、より好ましくは30質量%以上、更に好ましくは37質量%以上であり、そして、好ましくは84質量%以下、より好ましくは80質量%以下、更に好ましくは74質量%以下である。
また、(p-2)モノマーとしてスチレン系マクロモノマーを含む場合、その含有量は、好ましくは5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%以上であり、そして、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。
(p-3)親水性ノニオン性モノマーを含有する場合、その含有量は、好ましくは13質量%以上、より好ましくは15質量%以上、更に好ましくは18質量%以上であり、そして、好ましくは45質量%以下、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは38質量%以下である。
また、モノマー(p-1)、(p-2)及び(p-3)を含有する場合、〔(p-1)成分/[(p-2)成分+(p-3)成分]〕の質量比は、顔料水分散体の分散安定性及び水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、好ましくは0.03以上、より好ましくは0.05以上、更に好ましくは0.10以上であり、そして、好ましくは0.50以下、より好ましくは0.40以下、更に好ましくは0.30以下である。
(水不溶性ポリマーpの製造)
水不溶性ポリマーpは、前記モノマー混合物を公知の重合法により共重合させることにより製造される。重合法としては溶液重合法が好ましい。
溶液重合法で用いる有機溶媒aに制限はないが、後述する顔料水分散体の生産性を向上させる観点から、炭素数4以上8以下のケトン、アルコール、エーテル及びエステルから選ばれる1種以上の化合物が好ましく、炭素数4以上8以下のケトンがより好ましく、メチルエチルケトンが更に好ましい。
重合の際には、重合開始剤や重合連鎖移動剤を用いることができる。重合開始剤としては、アゾ化合物がより好ましく、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)等がより好ましい。重合連鎖移動剤としては、メルカプタン類が好ましく、2-メルカプトエタノール等がより好ましい。
好ましい重合条件は、重合開始剤の種類等によって異なるが、重合温度は50℃以上90℃以下が好ましく、重合時間は1時間以上20時間以下であることが好ましい。また、重合雰囲気は、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。
重合反応の終了後、反応溶液から再沈澱、溶媒留去等の公知の方法により、生成したポリマーを単離することができる。また、得られたポリマーは、再沈澱、膜分離、クロマトグラフ法、抽出法等により、未反応のモノマー等を除去することができる。
水不溶性ポリマーpは、顔料水分散体の生産性を向上させる観点から、重合反応に用いた溶剤を除去せずに、含有する有機溶媒aを後述する有機溶媒bとして用いるために、そのままポリマー溶液として用いることが好ましい。
水不溶性ポリマーp溶液の固形分濃度は、顔料水分散体の生産性を向上させる観点から、好ましくは25質量%以上、より好ましくは30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50質量%以下、更に好ましくは45質量%以下である。
本発明で用いられる水不溶性ポリマーpの重量平均分子量は、水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、好ましくは10,000以上、より好ましくは15,000以上、更に好ましくは20,000以上、より更に好ましくは30,000以上である。また、顔料水分散体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、及び吐出安定性を向上させる観点から、好ましくは150,000以下、より好ましくは100,000以下である。なお、水不溶性ポリマーpの重量平均分子量は、実施例に記載の方法により測定することができる。
〔顔料含有ポリマー粒子Pの製造〕
顔料含有ポリマー粒子Pは、水系インクの生産性を向上させる観点から、顔料含有ポリマー粒子Pの水分散体(顔料水分散体)として製造することが好ましい。
顔料水分散体は、以下の工程(1)及び工程(2)を有する方法により、効率的に製造することができる。
工程(1):水不溶性ポリマーp、有機溶媒b、顔料、及び水を含有する混合物(以下、「顔料混合物」ともいう)を分散処理して、分散処理物を得る工程
工程(2):工程(1)で得られた分散処理物から前記有機溶媒bを除去して、顔料水分散体を得る工程
<工程(1)>
工程(1)は、水不溶性ポリマーp、有機溶媒b、顔料、及び水を含有する混合物(顔料混合物)を分散処理して、分散処理物を得る工程である。
工程(1)では、まず、水不溶性ポリマーp、有機溶媒b、顔料、水、及び必要に応じて、中和剤、界面活性剤等を混合し、顔料混合物を得ることが好ましい。加える順序に制限はないが、水不溶性ポリマーp、有機溶媒b、中和剤、水、及び顔料はこの順に加えることが好ましい。
(有機溶媒b)
工程(1)で用いる有機溶媒bに特に制限はないが、炭素数1以上3以下の脂肪族アルコール、炭素数4以上8以下のケトン類、エーテル類、エステル類等が好ましく、顔料への濡れ性、水不溶性ポリマーpの溶解性、及び水不溶性ポリマーpの顔料への吸着性を向上させる観点から、炭素数4以上8以下のケトンがより好ましく、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンが更に好ましく、メチルエチルケトンがより更に好ましい。
水不溶性ポリマーpを溶液重合法で合成した場合は、重合で用いた溶媒をそのまま用いることもできる。
有機溶媒bに対する水不溶性ポリマーpの質量比[水不溶性ポリマーp/有機溶媒b]は、顔料への濡れ性、及び水不溶性ポリマーpの顔料への吸着性を向上させる観点から、0.10以上が好ましく、0.15以上がより好ましく、0.20以上が更に好ましく、そして、0.70以下が好ましく、0.60以下がより好ましく、0.50以下が更に好ましい。
(中和剤)
本発明においては、顔料水分散体の分散安定性及び水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、中和剤を用いることができる。中和剤を用いる場合、顔料水分散体のpHが好ましくは7以上、より好ましくは7.5以上、そして、好ましくは11以下、より好ましくは9.5以下になるように中和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。
中和剤は、上記の観点から、アルカリ金属の水酸化物、アンモニアが好ましく、水酸化ナトリウムとアンモニアを併用することがより好ましい。また、水不溶性ポリマーpを予め中和しておいてもよい。
中和剤は、十分かつ均一に中和を促進させる観点から、中和剤水溶液として用いることが好ましい。中和剤水溶液の濃度は、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、そして、30質量%以下が好ましく、25質量%以下がより好ましい。
有機溶媒bに対する中和剤水溶液の質量比[中和剤水溶液/有機溶媒b]は、水不溶性ポリマーpの顔料への吸着性とポリマーの中和を促進して顔料分散体の分散安定性及び水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、0.01以上が好ましく、0.05以上がより好ましく、0.10以上が更に好ましく、そして、0.50以下が好ましく、0.30以下がより好ましく、0.20以下が更に好ましい。
水不溶性ポリマーpの中和度は、顔料水分散体の分散安定性及び水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、30モル%以上が好ましく、40モル%以上がより好ましく、50モル%以上が更に好ましく、そして、300モル%以下が好ましく、200モル%以下がより好ましく、150モル%以下が更に好ましい。
ここで中和度とは、中和剤のモル当量を水不溶性ポリマーpのアニオン性基のモル量で除したものである。
(顔料混合物中の各成分の含有量等)
顔料の含有量は、顔料水分散体の分散安定性及び系インクの吐出安定性を向上させる観点から、顔料混合物中、10質量%以上が好ましく、12質量%以上がより好ましく、14質量%以上が更に好ましく、そして、30質量%以下が好ましく、25質量%以下がより好ましく、20質量%以下が更に好ましい。
水不溶性ポリマーpの含有量は、顔料水分散体の分散安定性及び水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、顔料混合物中、2.0質量%以上が好ましく、4.0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、15質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましく、8.0質量%以下が更に好ましい。
有機溶媒bの含有量は、顔料への濡れ性及び水不溶性ポリマーpの顔料への吸着性を向上させる観点から、顔料混合物中、10質量%以上が好ましく、12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、35質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましく、25質量%以下が更に好ましい。
水の含有量は、顔料水分散体の分散安定性、生産性を向上させる観点から、顔料混合物中、40質量%以上が好ましく、45質量%以上がより好ましく、50質量%以上が更に好ましく、そして、75質量%以下が好ましく、70質量%以下がより好ましく、65質量%以下が更に好ましい。
水不溶性ポリマーpに対する顔料の質量比〔顔料/水不溶性ポリマーp〕は、溶媒揮発時のインク粘度を低くし、吐出安定性を向上させる観点から、0.4以上が好ましく、1以上がより好ましく、1.5以上が更に好ましく、そして、9以下が好ましく、6以下がより好ましく、4以下が更に好ましい。
(顔料混合物の分散)
工程(1)において、更に顔料混合物を分散して分散処理物を得る。分散処理物を得る分散方法に特に制限はない。本分散だけで顔料粒子の平均粒径を所望の粒径となるまで微粒化することもできるが、好ましくは顔料混合物を予備分散させた後、更に剪断応力を加えて本分散を行い、顔料粒子の平均粒径を所望の粒径とするよう制御することが好ましい。
工程(1)の予備分散における温度は、0℃以上が好ましく、そして、40℃以下が好ましく、30℃以下がより好ましく、分散時間は0.5時間以上が好ましく、1時間以上がより好ましく、そして、30時間以下が好ましく、10時間以下がより好ましい。
予備混合撹拌装置としては、アンカー翼、ディスパー翼等の混合撹拌装置が挙げられるが、高速撹拌混合装置が好ましい。
工程(1)の本分散における温度は、0℃以上が好ましく、そして、40℃以下が好ましく、30℃以下がより好ましい。
本分散の剪断応力を与える手段としては、例えば、ロールミル、ニーダー等の混練機、マイクロフルイダイザー(Microfluidics社製)等の高圧ホモジナイザー、ペイントシェーカー、ビーズミル等のメディア式分散機が挙げられる。市販のメディア式分散機としては、ウルトラ・アペックス・ミル(寿工業株式会社製)、ピコミル(淺田鉄工株式会社製)等が挙げられる。これらの装置は複数を組み合わせることもできる。これらの中では、顔料を小粒子径化する観点から、高圧ホモジナイザーを用いることが好ましい。
高圧ホモジナイザーを用いて本分散を行う場合、処理圧力やパス回数の制御により、顔料を所望の粒径になるように制御することができる。
処理圧力は、生産性及び経済性の観点から、60MPa以上が好ましく、100MPa以上がより好ましく、130MPa以上が更に好ましく、そして、200MPa以下が好ましく、180MPa以下がより好ましく、170MPa以下が更に好ましい。
また、パス回数は、好ましくは3回以上、より好ましくは5回以上であり、そして、好ましくは30回以下、より好ましくは20回以下である。
<工程(2)>
工程(2)は、工程(1)で得られた分散処理物から前記有機溶媒bを除去して、顔料水分散体を得る工程である。有機溶媒bの除去は、公知の方法で行うことができる。
有機溶媒bを除去する過程で凝集物が発生することを抑制し、顔料水分散体の分散安定性及び水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、有機溶媒bを除去する前に、工程(1)で得られた分散処理物に水を添加して、水に対する有機溶媒bの質量比(有機溶媒b/水)を調整することが好ましい。
(有機溶媒b/水)の質量比は、好ましくは0.08以上、より好ましくは0.10以上であり、そして、好ましくは0.40以下、より好ましくは0.20以下である。
また、質量比(有機溶媒b/水)を調整した後の顔料水分散体の不揮発成分濃度(固形分濃度)は、有機溶媒bを除去する過程で凝集物の発生を抑制する観点、及び顔料水分散体の生産性を向上させる観点から、5質量%以上が好ましく、8質量%以上がより好ましく、そして、30質量%以下が好ましく、25質量%以下がより好ましい。なお、上記顔料水分散体に含有される水の一部が有機溶媒bと同時に除去されてもよい。
工程(2)において用いられる有機溶媒bの除去装置としては、回分単蒸留装置、減圧蒸留装置、薄膜式蒸留装置、回転式蒸留装置、攪拌式蒸発装置等が挙げられるが、効率よく有機溶媒bを除去する観点から、回転式蒸留装置及び攪拌式蒸発装置が好ましい。回転式蒸留装置の中では、ロータリーエバポレーター等の回転式減圧蒸留装置が好ましく、撹拌式蒸発装置の中では、撹拌槽薄膜式蒸発装置等が好ましい。
有機溶媒bを除去する際の分散処理物の温度は、用いる有機溶媒bの種類によって適宜選択できるが、減圧下、20℃以上が好ましく、25℃以上がより好ましく、そして、80℃以下が好ましく、70℃以下がより好ましい。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、そして、0.5MPa以下が好ましく、0.2MPa以下がより好ましい。
有機溶媒b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、そして、24時間以下が好ましく、12時間以下がより好ましい。
有機溶媒bの除去は、固形分濃度が、好ましく10質量%以上、より好ましくは20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35質量%以下、より好ましくは30質量%以下になるまで行うことが好ましい。
得られた濃縮物は、好ましくは、遠心分離処理を行い、液層部分と固形部分とに分離し、液層部分を回収する。回収された液層部分は、主として、顔料含有ポリマー粒子Pが水中に分散した分散体であり、固形部分は、主として、分散不良や凝集により生成した粗大粒子からなる固形分である。従って、この液層部分から顔料水分散体を得ることができる。
得られた顔料水分散体中の有機溶媒bは実質的に除去されていることが好ましいが、本発明の目的を損なわない限り、残存していてもよい。残留有機溶媒bの量は0.1質量%以下が好ましく、0.01質量%以下がより好ましい。
得られた顔料含有ポリマー粒子Pの顔料水分散体の不揮発成分濃度(固形分濃度)は、顔料水分散体の分散安定性を向上させる観点及び水系インクの調製を容易にする観点から、10質量%以上が好ましく、15質量%以上がより好ましく、そして、30質量%以下が好ましく、25質量%以下がより好ましい。
得られた顔料含有ポリマー粒子Pの顔料水分散体は、顔料と水不溶性ポリマーpの固体分が水を主媒体とする中に分散しているものである。
顔料水分散体中の顔料含有ポリマー粒子Pの平均粒径は、顔料水分散体の分散安定性及び水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、40nm以上が好ましく、60nm以上がより好ましく、80nm以上が更に好ましく、そして、150nm以下が好ましく140nm以下がより好ましい。
なお、顔料含有ポリマー粒子Pの平均粒径は、実施例に記載の方法により測定される。
また、顔料含有ポリマー粒子Pを用いた水系インク中の顔料含有ポリマー粒子Pの平均粒径は、顔料水分散体中の平均粒径と同じであり、好ましい平均粒径の態様は、顔料水分散体中の平均粒径の好ましい態様と同じである。
(顔料含有ポリマー粒子Pの含有量)
顔料として顔料含有ポリマー粒子Pを用いる場合、顔料含有ポリマー粒子Pの水系インク中の含有量は、吐出安定性を向上させる観点から、好ましくは1.4質量%以上、より好ましくは2.8質量%以上、更に好ましくは4.2質量%以上であり、そして、好ましくは21質量%以下、より好ましくは14質量%以下、更に好ましくは8.4質量%以下である。
(水不溶性ポリマーpの含有量)
顔料含有ポリマー粒子Pを用いる場合、水不溶性ポリマーpの水系インク中の含有量は、吐出安定性を向上させる観点から、好ましくは0.4質量%以上、より好ましくは0.8質量%以上、更に好ましくは1.2質量%以上であり、そして、好ましくは6質量%以下、より好ましくは4質量%以下、更に好ましくは2.4質量%以下である。
〔水不溶性ポリマー粒子Q〕
本発明の水系インクは、記録媒体への定着性の観点、及び水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、顔料を含有しない水不溶性ポリマー粒子Qを含有することができる。
水不溶性ポリマー粒子Qは、(q-1)(メタ)アクリル酸由来の構成単位及び(q-2)(メタ)アクリル酸エステル(q-2)由来の構成単位を含有することができる。
(q-1)モノマーとしては、アクリル酸、及びメタクリル酸が挙げられ、メタクリル酸が好ましく、(q-2)モノマーとしては、好ましくは炭素数1~10、より好ましくは炭素数1~8のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸エステルが好ましく、メタクリル酸メチル及びアクリル酸2-エチルヘキシルがより好ましい。
水不溶性ポリマー粒子Qは、(q-1)及び(q-2)モノマーの混合物を、前述した水不溶性ポリマーpの製造と同様にして、公知の乳化重合法等により共重合させて得たものを用いてもよいし、市販品を用いてもよい。
市販の水不溶性ポリマー粒子Qの分散体としては、例えば、「Neocryl A1127」(DSM NeoResins社製、アニオン性自己架橋水系アクリル樹脂)、「ジョンクリル390」等のアクリル樹脂、「ジョンクリル7100」、「ジョンクリル734」、「ジョンクリル538」(以上、BASFジャパン株式会社製)等のスチレン-アクリル樹脂等が挙げられる。
水不溶性ポリマー粒子Qの重量平均分子量は、好ましくは10万以上、より好ましくは20万以上、更に好ましくは50万以上であり、そして、好ましくは250万以下、より好ましくは100万以下である。
水不溶性ポリマー粒子Qの水系インク中の平均粒径は、水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、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50nm以上であり、そして、好ましくは300nm以下、より好ましくは200nm以下、更に好ましくは150nm以下である。
なお、水不溶性ポリマー粒子Qの重量平均分子量と平均粒径は、実施例記載の方法により測定される。
水不溶性ポリマー粒子Qを用いる場合、水系インク中の水不溶性ポリマー粒子Qの含有量は、記録媒体への定着性の観点から、好ましくは4質量%以下、より好ましくは3.5質量%以下、更に好ましくは3質量%以下であり、そして、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは1質量%以上、更に好ましくは1.5質量%以上である。
<有機溶媒(C)>
本発明の水系インクは、吐出安定性を向上させる観点から、有機溶媒(C)を含有する。
有機溶媒(C)は、23℃における比誘電率(εr)が27以上38以下の有機溶媒(c-1)を含む。
比誘電率(εr)は、溶媒の極性を表す指標であり、溶媒の誘電率(ε)と真空の誘電率(ε0)との比(ε/ε0)であり、ASTM-150に準処して、市販の測定装置、例えば、HEWLETT PACKARD社製の誘電率測定装置、HP E5050A等で測定可能である。また、「化学便覧基礎編、改訂4版(II)」丸善株式会社発行、「溶剤ハンドブック第I版」(講談社サイエンティフィク発行)等にその値が記載されており、それらを参考にすることができる。
比誘電率(εr)の値が大きいほど高極性溶媒となるが、有機溶媒(c-1)の23℃における比誘電率(εr)は、好ましくは27以上、より好ましくは27.5以上、更に好ましくは28以上であり、そして、好ましくは36.5以下、より好ましくは36以下、更に好ましくは35.5以下である。
水系インク中の23℃における比誘電率(εr)が27以上38以下の有機溶媒(c-1)の含有量は、吐出安定性を向上させる観点から、33質量%以上であり、好ましくは34質量%以上であり、そして、55質量%以下であり、好ましくは53質量%以下、より好ましくは52質量%以下、更に好ましくは48質量%以下である。
有機溶媒(C)に対する有機溶媒(c-1)の質量比〔有機溶媒(c-1)/有機溶媒(C)〕は、吐出安定性を向上させる観点から、0.75以上であり、好ましくは0.8以上、より好ましくは0.9以上、更に好ましくは0.95以上である。
有機溶媒(C)は、低吸水性の記録媒体に印刷した場合の乾燥性を向上する観点から、沸点150℃以上の1種以上の有機溶媒を含有することが好ましい。有機溶媒(C)として、2種以上の有機溶媒を用いる場合の沸点は、各有機溶媒の含有量(質量%)で重み付けした加重平均値で150℃以上であるものが好ましい。
有機溶媒(C)の沸点の加重平均値は、インクジェットノズル中でのインクの乾燥を防止し、水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、好ましくは160℃以上、より好ましくは170℃以上であり、そして、好ましくは255℃以下、より好ましくは250℃以下、更に好ましくは248℃以下である。
有機溶媒(C)として使用する化合物は、例えば、多価アルコール、多価アルコールアルキルエーテル、含窒素複素環化合物、アミド、アミン、含硫黄化合物等が挙げられるが、水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、多価アルコールが好ましい。
多価アルコールとしては、水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、好ましくは2価アルコール及び3価アルコールから選ばれる1種以上であり、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、3-メチル-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、2-メチル-2,4-ペンタンジオール、1,2,6-ヘキサントリオール、1,2,4-ブタントリオール、1,2,3-ブタントリオール、ペトリオール等が挙げられる。
以上の観点から、23℃における比誘電率(εr)が27以上38以下の有機溶媒(c-1)は、グリコールを含むことが好ましく、グルコールの炭素数は、好ましくは2以上、より好ましくは3以上であり、そして、好ましくは8以下、より好ましくは6以下、更に好ましくは4以下である。該有機溶媒(c-1)としては、プロピレングリコール(εr:29.9、沸点:188℃)、1,3-プロパンジオール(εr:37.9、沸点:210℃)、1,5-ペンタンジオール(εr:28.2、沸点:242℃)及びジエチレングリコール(εr:34.4、沸点:244℃)から選ばれる1種以上が好ましく、プロピレングリコール及びジエチレングリコールから選ばれる1種以上がより好ましく、プロピレングリコールが更に好ましい。
有機溶媒(C)の水系インク中の含有量は、吐出安定性を向上させる観点から、好ましくは35質量%以上、より好ましくは25質量%以上、更に好ましくは28質量%以上、より更に好ましくは33質量%以上、より更に好ましくは37質量%以上であり、そして、好ましくは55質量%以下、より好ましくは51質量%以下、更に好ましくは49質量%以下、より更に好ましくは47質量%以下、より更に好ましくは44質量%以下である。
<アセチレングリコール化合物(D)>
本発明においては、水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、エチレンオキシド(EO)の平均付加モル数(以下、「EO平均付加モル数」ともいう)が4モル以上15以下のアセチレングリコール(d-1)と、エチレンオキシドの平均付加モル数が4モル未満のアセチレングリコール(d-2)を含有する。すなわち、本発明の水系インクは、顔料(A)、カルボキシ基を有するポリマー(B)、有機溶媒(C)にアセチレングリコール(d-1)とアセチレングリコール(d-2)とを配合してなる水系インクである。
(アセチレングリコール(d-1))
アセチレングリコール(d-1)のEO平均付加モル数は、4モル以上であり、好ましくは6モル以上、より好ましくは7モル以上、更に好ましくは9モル以上であり、そして、15モル以下であり、好ましくは13モル以下、より好ましくは11モル以下である。
アセチレングリコール(d-1)は、好ましくは2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオールのEO付加物、3,6-ジメチル-4-オクチン-3,6-ジオールのEO付加物、2,5-ジメチル-3-ヘキシン-2,5-ジオール、2,5,8,11-テトラメチル-6-ドデシン-5,8-ジオールのEO付加物、及び3,5-ジメチル-1-ヘキシン-3-オールのEO付加物から選ばれる1種以上であり、より好ましくは2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオールのEO付加物、3,6-ジメチル-4-オクチン-3,6-ジオールのEO付加物、及び2,5-ジメチル-3-ヘキシン-2,5-ジオールのEO付加物から選ばれる1種以上であり、更に好ましくは、2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオールのEO付加物である。
2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオールのEO付加物の市販品としては、Air Products & Chemicals社のサーフィノール465(EO平均付加モル数:10、有効分100質量%)、同485(EO平均付加モル数:30、有効分100質量%)、川研ファインケミカル株式会社製のアセチレノールE81(EO平均付加モル数:8.1)、アセチレノールE100(EO平均付加モル数:10)、アセチレノールE200(EO平均付加モル数:20)等が挙げられる。
(アセチレングリコール(d-2))
本発明のインクは、水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、エチレンオキシドの平均付加モル数が4モル未満のアセチレングリコール(d-2)を含有する。
アセチレングリコール(d-2)のEOの平均付加モル数は、水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、好ましくは2モル以下、より好ましくは1.5モル以下、更に好ましくは1モル以下、より更に好ましくは0モルである。
アセチレングリコール(d-1)のEO平均付加モル数とアセチレングリコール(d-2)のEO平均付加モル数の差は、水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、好ましくは4モル以上、より好ましくは7モル以上であり、そして、好ましくは13モル以下である。
アセチレングリコール(d-2)は、好ましくは2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオール、3,6-ジメチル-4-オクチン-3,6-ジオール、2,5-ジメチル-3-ヘキシン-2,5-ジオール、2,5,8,11-テトラメチル-6-ドデシン-5,8-ジオール、3,5-ジメチル-1-ヘキシン-3-オール、及びこれらのEO付加物から選ばれる1種以上であり、より好ましくは2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオール、3,6-ジメチル-4-オクチン-3,6-ジオール、2,5-ジメチル-3-ヘキシン-2,5-ジオール、及びこれらのEO付加物から選ばれる1種以上であり、更に好ましくは、2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオール及びこのEO付加物である。
2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオール、3,6-ジメチル-4-オクチン-3,6-ジオール、及び2,5-ジメチル-3-ヘキシン-2,5-ジオールは、アセチレンと、目的とするアセチレングリコールに対応するケトン又はアルデヒドとを反応させることにより合成することができ、例えば藤本武彦著、全訂版「新・界面活性剤入門」(三洋化成工業株式会社出版、1992年)94頁~107頁等に記載の方法で得ることができる。
アセチレングリコールのEO付加物は、上記の方法で得られたアセチレングリコールにEOを所望の付加数となるように付加反応を行うことにより得ることができる。
2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオールの市販品としては、Air Products & Chemicals社のサーフィノール104(EO平均付加モル数:0モル、有効分100質量%)、同104PG-50(2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオールのプロピレングリコール50質量%希釈品、EO平均付加モル数:0モル)が挙げられる。また、2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオールのEO付加物の市販品としては、エアープロダクツアンドケミカル社のサーフィノール420(EO平均付加モル数:1.3、有効分100質量%)、川研ファインケミカル株式会社製のアセチレノールE13T(EO平均付加モル数:1.3)等が挙げられる。
アセチレングリコール化合物(D)の含有量は、水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、水系インク中、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは0.7質量%以上、更に好ましくは0.9質量%以上、より更に好ましくは1.0質量%以上であり、そして、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2.8質量%以下、更に好ましくは2.5質量%以下、より更に好ましくは2.2質量%以下である。アセチレングリコール化合物(D)の含有量は、水系インク調製の際のアセチレングリコール化合物(D)の配合量に対応する。
アセチレングリコール(d-1)の含有量は、上記と同様の観点から、水系インク中、好ましくは0.4質量%以上、より好ましくは0.6質量%以上、更に好ましくは0.8質量%以上であり、そして、好ましくは4質量%以下、より好ましくは3質量%以下、更に好ましくは2.5質量%以下、より更に好ましくは2質量%以下である。
アセチレングリコール(d-2)の含有量は、上記と同様の観点から、好ましくは0.02質量%以上、より好ましくは0.05質量%以上、更に好ましくは0.1質量%以上、より更に好ましくは0.15質量%以上であり、そして、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下、更に好ましくは1.5質量%以下、より更に好ましくは1質量%以下、より更に好ましくは0.5質量%以下である。
(アセチレングリコール(d-1)及び(d-2)の合計含有量)
水系インク中のアセチレングリコール(d-1)及び(d-2)の合計含有量は、上記と同様の観点から、好ましくは1.02質量%以上、より好ましくは1.05質量%以上、更に好ましくは1.1質量%以上、より更に好ましくは1.15質量%以上であり、そして、好ましくは4質量%以下、より好ましくは3質量%以下、更に好ましくは2.5質量%以下、より更に好ましくは2質量%以下、より更に好ましくは1.5質量%以下である。
([アセチレングリコール(d-1)/アセチレングリコール(d-2)]の質量比)
アセチレングリコール(d-2)に対するアセチレングリコール(d-1)の質量比[アセチレングリコール(d-1)/アセチレングリコール(d-2)]は、水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、好ましくは0.5以上、より好ましくは1以上、更に好ましくは1.5以上、より更に好ましくは2以上であり、そして、好ましくは27以下、より好ましくは23以下、更に好ましくは15以下、より更に好ましくは12以下である。
アセチレングリコール化合物(D)に対する有機溶媒(c-1)の質量比[有機溶媒(c-1)/アセチレングリコール化合物(D)]は、水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、好ましくは15以上、より好ましくは18以上、更に好ましくは20以上、より更に好ましくは22以上、より更に好ましくは25以上、より更に好ましくは28以上であり、そして、好ましくは40以下、より好ましくは38以下、更に好ましくは36以下、より更に好ましくは34以下である。
<その他の成分>
本発明の水系インクは、本発明の効果が損なわれない範囲において、通常用いられる前記以外の界面活性剤、湿潤剤、浸透剤、分散剤、粘度調整剤、消泡剤、防腐剤、防黴剤、防錆剤等を含有することができる。
〔水系インクの製造方法〕
本発明の水系インクは、顔料(A)の水分散体、カルボキシ基を有するポリマー(B)、有機溶媒(C)、アセチレングリコール化合物(D)、水、及び必要に応じて、水不溶性ポリマー粒子Q、有機溶媒(C)等を混合し、攪拌することによって得ることができる。
(水の含有量)
水の含有量は、水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、水系インク中、好ましくは35質量%以上、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは45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58質量%以下、更に好ましくは55質量%以下である。顔料、水不溶性ポリマー粒子Q、有機溶媒(C)及び水以外の他の成分をインク中に含有する場合は、水の含有量の一部を他の成分に置き換えて含有することができる。
〔水系インクの物性〕
水系インクの32℃の粘度は、水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、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5.0mPa・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。
水系インクのpHは、水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、好ましくは7.0以上、より好ましくは8.0以上、更に好ましくは8.5以上である。また、部材耐性、皮膚刺激性の観点から、pHは好ましくは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。
〔インクジェット記録方法〕
本発明のインクジェット記録方法は、上記で得られた水系インクを用いて記録媒体に記録するインクジェット記録方法であって、水系インクの液滴量が2pL以上20pL以下であることを特徴とする。
(記録媒体)
本発明のインクジェット記録方法によれば、高吸水性の普通紙のみならず、低吸水性のコート紙及び樹脂フィルムに対しても、高品質の画像を記録できる。
コート紙としては、例えば、汎用光沢紙「OKトップコートプラス」(王子製紙株式会社製、坪量104.7g/m、該記録媒体と純水との接触時間100m秒における該記録媒体の吸水量(以下の吸水量は同じ)4.9g/m)、多色フォームグロス紙(王子製紙株式会社製、104.7g/m、吸水量5.2g/m)、UPMFinesse Gloss(UPM社製、115g/m、吸水量3.1g/m)等が挙げられる。
樹脂フィルムとしては、ポリエステルフィルム、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の透明合成樹脂フィルムが挙げられる。これらのフィルムは、二軸又は一軸延伸フィルム、無延伸フィルムであってもよい。これらの中では、コロナ放電処理されたポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等のポリエステルフィルム、コロナ放電処理された二軸延伸ポリプロピレン(OPP)フィルム等の延伸ポリプロピレンフィルムがより好ましい。
樹脂フィルムの市販品例としては、ルミラーT60(東レ株式会社製、PET)、太閤FE2001(フタムラ化学株式会社製、コロナ放電処理PET)、太閤FOR-AQ(フタムラ化学株式会社製、コロナ放電処理OPP)、PVC80B P(リンテック株式会社製、塩化ビニル)、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、PP)等が挙げられる。
(記録方法)
本発明においては、シリアルヘッド方式及びラインヘッド方式のいずれの記録ヘッドも用いることができるが、ラインヘッド方式が好ましい。ラインヘッド方式によれば画像等をワンパス方式で記録することができる。
インク液滴の吐出方式はピエゾ方式が好ましいが、サーマル方式も採用できる。
記録ヘッドの印加電圧は、高速印刷の効率性等の観点から、好ましくは5V以上、より好ましくは10V以上、更に好ましくは15V以上であり、そして、好ましくは40V以下、より好ましくは35V以下、更に好ましくは30V以下である。
駆動周波数は、高速印刷の効率性等の観点から、好ましくは2kHz以上、より好ましくは5kHz以上、更に好ましくは8kHz以上であり、そして、好ましくは80kHz以下、より好ましくは70kHz以下、更に好ましくは60kHz以下である。
(記録条件等)
インクの吐出液滴量は、水系インクの吐出安定性を向上させる観点から、1滴あたり好ましくは2pL以上、より好ましくは4pL以上、更に好ましくは6pL以上、より更に好ましくは8pL以上であり、そして、好ましくは20pL以下、より好ましくは18pL以下、更に好ましくは16pL以下である。
記録ヘッド解像度は、好ましくは400dpi(ドット/インチ)以上、より好ましくは500dpi以上、更に好ましくは550dpi以上である。
記録時のヘッド内、好ましくはラインヘッド内の温度は、インクの粘度を下げ、連続吐出性を向上させる観点から、好ましくは20℃以上、より好ましくは25℃以上、更に好ましくは30℃以上であり、そして、好ましくは45℃以下、より好ましくは40℃以下、更に好ましくは38℃以下である。
記録速度は、生産性の観点から、記録媒体が記録の際に移動する方向に対する搬送速度換算で通常5m/min以上であり、好ましくは10m/min以上、より好ましくは20m/min以上、更に好ましくは30m/min以上であり、そして、操作性の観点から、好ましくは75m/min以下である。
以下の製造例、実施例及び比較例において、「部」及び「%」は特記しない限り「質量部」及び「質量%」である。なお、水不溶性ポリマーの重量平均分子量、顔料含有ポリマー粒子の平均粒径、顔料水分散体の固形分濃度、及び記録媒体の吸水量の測定方法は、以下のとおりである。
(1)水不溶性ポリマーの重量平均分子量の測定
N,N-ジメチルホルムアミドに、リン酸及びリチウムブロマイドをそれぞれ60mmol/Lと50mmol/Lの濃度となるように溶解した液を溶離液として、ゲル浸透クロマトグラフィー法〔東ソー株式会社製GPC装置(HLC-8120GPC)、東ソー株式会社製カラム(TSK-GEL、α-M×2本)、流速:1mL/min〕により、標準物質として、予め分子量が既知の単分散ポリスチレンを用いて測定した。
(2)顔料含有ポリマー粒子P及び水不溶性ポリマー粒子Q平均粒径の測定
レーザー粒子解析システム「ELSZ-1000」(大塚電子株式会社製)を用いてキュムラント解析を行い測定した。測定濃度が5×10-3質量%(固形分濃度換算)になるように水で希釈して行った。測定条件は、温度25℃、入射光と検出器との角度165°、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、得られたキュムラント平均粒径を粒子の平均粒径とした。
(3)顔料水分散体の固形分濃度の測定
30mlのポリプレピレン製容器(φ=40mm、高さ=30mm)にデシケーター中で恒量化した硫酸ナトリウム10.0gを量り取り、そこへサンプル約1.0gを添加して、混合させた後、正確に秤量し、105℃で2時間維持して、揮発分を除去し、更にデシケーター内で15分間放置し、質量を測定した。揮発分除去後のサンプルの質量を固形分として、添加したサンプルの質量で除して固形分濃度とした。
(4)有機溶媒(C)の比誘電率(εr)の測定
日本ルフト株式会社製の液体用誘電率計「MODEL 871」を用いて、温度23℃の環境下で測定した。
製造例1(水不溶性ポリマーp溶液の製造)
2つの滴下ロート1及び2を備えた反応容器内に、表1の「初期仕込みモノマー溶液」に示すモノマー、溶媒(メチルエチルケトン)、重合連鎖移動剤(2-メルカプトエタノール)を入れて混合し、窒素ガス置換を行い、初期仕込みモノマー溶液を得た。
一方、表1の「滴下モノマー溶液1」に示すモノマー、溶媒、重合開始剤(2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、和光純薬工業株式会社製、商品名:V-65)、重合連鎖移動剤を混合して、滴下モノマー溶液1を得、滴下ロート1中に入れて、窒素ガス置換を行った。
また、表1の「滴下モノマー溶液2」に示すモノマー、溶媒、重合開始剤、重合連鎖移動剤を混合して、滴下モノマー溶液2を得、滴下ロート2中に入れて、窒素ガス置換を行った。
窒素雰囲気下、反応容器内の初期仕込みモノマー溶液を攪拌しながら77℃に維持し、滴下ロート1中の滴下モノマー溶液1を3時間かけて徐々に反応容器内に滴下した。次いで滴下ロート2中の滴下モノマー溶液2を2時間かけて徐々に反応容器内に滴下した。滴下終了後、反応容器内の混合溶液を77℃で0.5時間攪拌した。
次いで前記の重合開始剤(V-65)0.6部をメチルエチルケトン27.0部に溶解した重合開始剤溶液を調製し、該混合溶液に加え、77℃1時間攪拌することで熟成を行った。前記重合開始剤溶液の調製、添加及び熟成を更に5回行った。次いで反応容器内の反応溶液を80℃に1時間維持し、メチルエチルケトンを加えて水不溶性ポリマーpの溶液(固形分濃度:40.8%)を得た。
得られた水不溶性ポリマーpの重量平均分子量は52,700であった。また、得られた水不溶性ポリマーpを105℃で2時間乾燥させ、恒量に達したポリマーを、水に5×10-3質量%(固形分濃度換算)で溶解させたときの、平均粒径は89nmであった。
なお、表1中のモノマーの詳細は下記のとおりである。
・スチレンマクロマー:東亜合成株式会社製「AS-6(S)」、(有効分濃度:50質量%、数平均分子量6000)
・M-40G:メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート、新中村化学工業株式会社社製、NKエステルM-40G(エチレンオキシド平均付加モル数:4、末端:メトキシ基)
Figure 0007191512000001
製造例2(カーボンブラックを含有する水不溶性ポリマー粒子の水分散体の製造)
(1)製造例1で得られた水不溶性ポリマーp溶液(固形分濃度40.8%)157.6gを、メチルエチルケトン(MEK)60.4gと混合し、水不溶性ポリマーpのMEK溶液を得た。容積が2Lのディスパーに該水不溶性ポリマーpのMEK溶液を投入し、1400rpmの条件で撹拌しながら、イオン交換水448.3g、5N水酸化ナトリウム水溶液19.5g、及び25%アンモニア水溶液1.5gを添加して、水酸化ナトリウムによる中和度が85%、アンモニアによる中和度が40%となるように調整し、0℃の水浴で冷却しながら、1400rpmで15分間撹拌した。次いで顔料(カーボンブラック、キャボット社製「Monarch717」)150gを加え、7000rpmで3時間撹拌した。得られた顔料混合物をマイクロフルイダイザー「M-110EH-30XP」(Microfluidics社製)を用いて150MPaの圧力で20パス分散処理し、得られた分散処理物を得た。固形分濃度は21.0質量%であった。
(2)前記工程で得られた分散処理物1000gを2Lナスフラスコに入れ、イオン交換水400gを加え(固形分濃度15.0質量%)、回転式蒸留装置「ロータリーエバポレーター N-1000S」(東京理化器械株式会社製)を用いて、回転数50rpmで、32℃に調整した温浴中、0.09MPaの圧力で3時間保持して、有機溶媒を除去した。更に、温浴を62℃に調整し、圧力を0.07MPaに下げて固形分濃度25.0質量%になるまで濃縮した。
(3)得られた濃縮物を500mlアングルローターに投入し、高速冷却遠心機「himac CR22G」(日立工機株式会社製、設定温度20℃)を用いて7000rpmで20分間遠心分離した後、液層部分を5μmのメンブランフィルター「Minisart」(Sartorius社製)で濾過した。
ろ液400g(カーボンブラック68.6g、水不溶性ポリマーp29.4g)にイオン交換水44.56gを添加し、更にプロキセルLVS(アーチケミカルズジャパン株式会社製:防黴剤、有効分20%)0.89gを添加し、70℃で1時間攪拌した。25℃に冷却後、前記5μmフィルターでろ過し、更に固形分濃度は22.0質量%になるようにイオン交換水を加えて、顔料を含有する水不溶性ポリマーpの水分散体を得た。
得られた水分散体中の顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子Pの平均粒径は90nmであった。
製造例3(水不溶性ポリマー粒子Qの製造)
滴下ロートを備えた反応容器内に、メタクリル酸0.5g、メタクリル酸メチル14.5g、アクリル酸2-エチルヘキシル5.0g、ラテムルE-118B(ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム11.1g、花王株式会社製、界面活性剤)、重合開始剤である過硫酸カリウム(和光純薬工業株式会社製)0.2g、イオン交換水282.8gを入れて混合し、窒素ガス置換を行い、初期仕込みモノマー溶液を得た。また、メタクリル酸9.5g、メタクリル酸メチル275.5g、アクリル酸2-エチルヘキシル95.0g、ラテムルE-118B 35.1g、過硫酸カリウム0.6g、イオン交換水183.0を混合して、滴下モノマー溶液を得、滴下ロート内に入れて、窒素ガス置換を行った。
窒素雰囲気下、反応容器内の初期仕込みモノマー溶液を攪拌しながら室温から80℃に30分かけて昇温し、80度に維持したまま、滴下ロート中のモノマーを3時間かけて徐々に反応容器内に滴下した。滴下終了後、反応容器内の温度を維持したまま、1時間攪拌した。次いで200メッシュでろ過し、水不溶性ポリマー粒子Q(平均粒径100nm)を得た。
実施例1(水系インクの製造)
製造例2で得られたカーボンブラックを含有する水不溶性ポリマー粒子の水分散体を用いて、インク中に顔料4.0質量%となるように以下の組成Aにて配合し、得られた混合液を前記5μmフィルターで濾過して水系インクを得た。結果を表2に示す。
〔組成A〕
カーボンブラックを含有する水分散体(固形分22質量%) 26.0g
プロピレングリコール(和光純薬工業株式会社製) 40.0g
サーフィノール104PG-50(日信化学工業株式会社製、オキシエチレンの平均付加モル数が0のアセチレングリコール:サーフィノール104(50%)、プロピレングリコール(50%)、有効分濃度:50%) 0.6g
サーフィノール465(日信化学工業株式会社製、オキシエチレンの平均付加モル数が10molのアセチレングリコール) 1.0g
合計量が100gとなるようイオン交換水 32.4gを添加した。
表2~表4に示す有機溶媒(C)、アセチレングリコール化合物(D)の詳細は、以下のとおりである。なお、サーフィノール104PG-50中のプロピレングリコールは、表2~表4に記載の有機溶媒(C)のプロピレングリコール量に含まれる。
〔有機溶媒(C)〕
・GLY(花王株式会社製、グリセリン、比誘電率(εr)43.8、沸点290℃)
・EG(和光純薬工業株式会社製、エチレングリコール、比誘電率(εr)38.7、沸点197℃)
・1,3PDO(和光純薬工業株式会社製、1,3-プロパンジオール、比誘電率(εr)37.9、沸点210℃)
・DEG(和光純薬工業株式会社製、ジエチレングリコール、比誘電率(εr)34.4、沸点244℃)
・PG(和光純薬工業株式会社製、プロピレングリコール、比誘電率(εr)29.9、沸点188℃)
・1,5PeDO(和光純薬工業株式会社製、1,5-ペンタンジオール、比誘電率(εr)28.2、沸点242℃)
・3M-1,3-BDO(和光純薬工業株式会社製、3-メチル-1,3-ブタンジオール、比誘電率(εr)26.8、沸点203℃)
・1,2BDO(和光純薬工業株式会社製、1,2-ブタンジオール、比誘電率(εr)25.7、沸点193℃)
・DPG(和光純薬工業株式会社製、ジプロピレングリコール、比誘電率(εr)20.8、沸点232℃)
〔アセチレングリコール化合物(D)〕
・S104PG50(サーフィノール104(2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオール)の50%プロピレングリコール溶液、エチレンオキシド平均付加モル数:0)
・S420(サーフィノール420;サーフィノール104のエチレンオキシド(20%)付加物、エチレンオキシド平均付加モル数:1.3)
・S465(サーフィノール465;サーフィノール104のエチレンオキシド(65%)付加物、エチレンオキシド平均付加モル数:10)
なお、「サーフィノール」シリーズは日信化学工業株式会社及びAir Products & Chemicals社である。
実施例4、11~13、15、及び17、参考例2、3、5~10、14、16、比較例1~10
実施例1において、表2に示すように配合処方を変更した以外は、実施例1と同様にして、水系インクを得た。結果を表2及び3に示す。
実施例18
実施例1において、製造例3で得られた水不溶性ポリマー粒子Qを2質量%となるように添加した以外は、実施例1と同様にして、水系インクを得た。結果を表2に示す。
<吐出安定性の評価1>
汎用光沢紙「OKトップコートプラス」(王子製紙株式会社製、坪量104.7g/m、吸水量4.9g/m)紙に、上記で得られた水系インクを用いて、以下のインクジェット記録方式により画像を印刷し、間欠吐出性、連続吐出性を評価した。
(インクジェット記録方式)
温度25±1℃、相対湿度30±5%の環境で、インクジェットヘッド(京セラ株式会社製、「KJ4B-HD06MHG-STDV」、ピエゾ式)を装備した印刷評価装置(株式会社トライテック製)に水系インクAを充填した。
ヘッド印加電圧26V、周波数20kHz、吐出液適量12pL、ヘッド温度32℃、解像度600dpi、吐出前フラッシング回数200発、負圧-4.0kPaを設定し、記録媒体の長手方向と搬送方向が同じになる向きに、記録媒体を搬送台に減圧で固定した。
前記印刷評価装置に印刷命令を転送し、Dutyを0%~100%の画像を印刷した。
(間欠吐出性)
上記印刷評価装置で画像を印刷した後30分間、インクジェットノズル面を保護することなく放置した。その後、全てのノズル(2656個)から吐出したかどうか判別できる印刷チェックパターンを紙上に印刷した際のノズル欠け(正常に吐出していないノズル)数をカウントし、以下の評価基準により間欠吐出性を評価した。ノズル欠け数が少ないほど間欠吐出性が良好である。
(評価基準)
5:ノズル欠けなし
4:ノズル欠け1~2
3:ノズル欠け3~5
2:ノズル欠け6~10
1:ノズル欠け11以上
(連続吐出性)
20cmのDuty100%の画像を上記汎用光沢紙「OKトップコートプラス」に、連続して500枚(印刷部100m相当)した。その後、全てのノズル(2656個)から吐出したかどうか判別できる印刷チェックパターンを紙上に印刷した際のノズル欠け(正常に吐出していないノズル)数をカウントし、以下の評価基準により連続吐出性を評価した。ノズル欠け数が少ないほど連続吐出性が良好である。
(評価基準)
5:ノズル欠けなし
4:ノズル欠け1~2
3:ノズル欠け3~5
2:ノズル欠け6~10
1:ノズル欠け11以上
Figure 0007191512000002
Figure 0007191512000003
実施例19~20、比較例11~12
実施例1において、表4に示すように配合処方を変更した以外は、実施例1と同様にして、水系インクを得た。
<吐出安定性の評価2>
上記の吐出安定性の評価1において、吐出液滴量を変更した以外は、吐出安定性の評価1と同様にして、間欠吐出性、連続吐出性を評価した。結果を表4に示す。
Figure 0007191512000004
表2~表4から、実施例1、4、11~13、15、及び17~20のインクは、比較例1~12のインクに比べ、吐出安定性(間欠吐出性、連続吐出性)に優れていることが分かる。

Claims (6)

  1. 顔料(A)、カルボキシ基を有するポリマー(B)、有機溶媒(C)、アセチレングリコール化合物(D)、及び水を含有するインクジェット記録用水系インクであって、
    有機溶媒(C)が、23℃における比誘電率(εr)が27以上38以下の有機溶媒(c-1)であり、有機溶媒(c-1)は、ジエチレングリコール及びプロピレングリコールから選ばれ、
    有機溶媒(c-1)の含有量が、水系インク中、37質量%以上44質量%以下であり、
    アセチレングリコール化合物(D)が、エチレンオキシドの平均付加モル数が7モル以上13モル以下のアセチレングリコール(d-1)とエチレンオキシドの平均付加モル数が1.5モル以下のアセチレングリコール(d-2)とを含み、
    アセチレングリコール(d-1)の含有量が、水系インク中、0.8質量%以上2質量%以下であり、
    アセチレングリコール(d-2)の含有量が、水系インク中、0.05質量%以上1.0質量%以下であり、
    アセチレングリコール(d-2)に対するアセチレングリコール(d-1)の質量比[アセチレングリコール(d-1)/アセチレングリコール(d-2)]が、1以上23以下であり、
    アセチレングリコール化合物(D)に対する有機溶媒(c-1)の質量比[有機溶媒(c-1)/アセチレングリコール化合物(D)]が、20以上38以下である、
    インクジェット記録用水系インク。
  2. アセチレングリコール化合物(D)の含有量が、水系インク中、1.0質量%以上2.0質量%以下である、請求項1に記載のインクジェット記録用水系インク。
  3. カルボキシ基を有するポリマー(B)が、アクリル酸及びメタクリル酸から選ばれる1種由来又は2種由来の構成単位を有する、請求項1又は2に記載のインクジェット記録用水系インク。
  4. 顔料を含有しない水不溶性ポリマー粒子の含有量が4質量%以下である、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系インク。
  5. 水の含有量が、水系インク中、35質量%以上60質量%以下である、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系インク。
  6. 請求項1~5のいずれかに記載の水系インクを用いて記録媒体に記録するインクジェット記録方法であって、水系インクの液滴量が2pL以上20pL以下である、インクジェット記録方法。
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