JP7511442B2 - Water-based ink - Google Patents
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Description
本発明は、水系インク、及び水系インクの製造方法に関する。 The present invention relates to water-based ink and a method for producing water-based ink.
インクジェット記録方式は、微細なノズルからインク液滴を直接吐出し、記録媒体に付着させて、文字や画像が記録された記録物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で、記録媒体に対して非接触、という数多くの利点があるため普及が著しい。近年特に、記録物の耐候性や耐水性の観点から、着色剤に顔料を用いるものが広く用いられている。
顔料を用いる水系インクにおいては、顔料表面に水に親和性の高い官能基を付与して、分散剤なしに又は分散剤を用いて、顔料を水系媒体又はインクビヒクルに分散させて用いられる。しかし、顔料を用いるインクは、水系媒体又はインクビヒクルに均一に溶解する染料を用いるインクと異なり、長期間にわたって顔料粒子の分散状態を維持することが難しいため、これに起因する再分散性等の問題がある。
Inkjet recording is a method of directly ejecting ink droplets from fine nozzles and depositing them on a recording medium to obtain a recorded matter on which characters or images are recorded. This method has become extremely popular due to its many advantages, including the ease and low cost of full coloring, the ability to use plain paper as a recording medium, and the fact that it does not contact the recording medium. In recent years, in particular, methods that use pigments as colorants have become widely used from the viewpoint of the weather resistance and water resistance of the recorded matter.
In water-based inks using pigments, functional groups with high affinity for water are added to the pigment surface, and the pigment is dispersed in an aqueous medium or ink vehicle without or with a dispersant. However, unlike inks using dyes that are uniformly dissolved in an aqueous medium or ink vehicle, it is difficult to maintain the dispersed state of pigment particles in the inks using pigments for a long period of time, and this results in problems such as redispersibility.
そこで、インクジェット記録用等の水系インクとして、種々の提案がなされている。
例えば、特許文献1には、印字濃度、光沢性に優れ、ブロンズ現象を抑制できるインクジェット記録用水系インクとして、着色剤を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子(A)及びコアシェルポリマー粒子(B)を含有する水分散体を含む、インクジェット記録用水系インクが開示されている。
特許文献2には、印字濃度を維持しつつ、吐出安定性(吐出の回復性)、画像堅牢性に優れた水系インクとして、顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子(A)と、ポリマーエマルジョン(B)を含有する水系インクであって、架橋ポリマー粒子(A)を構成する水不溶性架橋ポリマーが、酸価が200mgKOH/g以上のカルボン酸モノマー由来の構成単位と疎水性モノマー由来の構成単位とを有するポリマーをエポキシ化合物で架橋してなり、ポリマーエマルジョン(B)を構成するポリマーが、カルボン酸モノマー由来の構成単位と疎水性モノマー由来の構成単位とを含有する、水系インクが開示されている。
Therefore, various proposals have been made for water-based inks for ink-jet recording and the like.
For example, Patent Literature 1 discloses a water-based ink for ink-jet printing that is excellent in print density and gloss and can suppress bronzing, and that contains an aqueous dispersion containing water-insoluble crosslinked polymer particles (A) containing a colorant and core-shell polymer particles (B).
Patent Document 2 discloses an aqueous ink that maintains print density while exhibiting excellent ejection stability (ejection recovery property) and image fastness, the aqueous ink comprising pigment-containing water-insoluble crosslinked polymer particles (A) and a polymer emulsion (B), in which the water-insoluble crosslinked polymer constituting the crosslinked polymer particles (A) is obtained by crosslinking a polymer having a carboxylic acid monomer-derived constituent unit and a hydrophobic monomer-derived constituent unit having an acid value of 200 mg KOH/g or more with an epoxy compound, and the polymer constituting the polymer emulsion (B) contains a carboxylic acid monomer-derived constituent unit and a hydrophobic monomer-derived constituent unit.
特許文献1の水系インクは、普通紙印刷での画像濃度と、写真専用紙印刷での光沢性との両立は達成できるものの、再分散性を改善する余地があった。
また、特許文献2の水系インクは、再分散性とコート紙印刷での画像堅牢性はあるものの、普通紙での画像濃度を改善する余地があった。
本発明は、再分散性に優れ、普通紙印刷においても画像濃度を向上させることができる水系インク、及び該水系インクの製造方法を提供することを課題とする。
ここで、再分散性とは、水系インク中で沈降した顔料を再び分散させる場合の顔料の分散のし易さ、ないしインクが乾燥した後、再度液体成分と接したときの流動性し易さをいう。特にインクジェット記録においては、インク液滴を吐出するノズル孔周辺に付着し乾燥したインクが、インク中に再溶解又は再分散することが求められる。
The water-based ink of Patent Document 1 can achieve both image density when printed on plain paper and gloss when printed on photo paper, but there is room for improvement in redispersibility.
Furthermore, although the water-based ink of Patent Document 2 has redispersibility and image fastness when printed on coated paper, there is room for improvement in image density when printed on plain paper.
An object of the present invention is to provide a water-based ink that has excellent redispersibility and can improve image density even when printed on plain paper, and a method for producing the water-based ink.
Here, the redispersibility refers to the ease of dispersion of a pigment when the pigment that has settled in an aqueous ink is dispersed again, or the ease of flowability when the ink comes into contact with a liquid component again after drying. In particular, in inkjet recording, it is required that the ink that has adhered to the periphery of the nozzle hole that ejects the ink droplets and dried is redissolved or redispersed in the ink.
本発明者らは、顔料を含有する架橋ポリマー粒子(A)と架橋ポリマーエマルジョン(B)を含有する水系インクにおいて、架橋剤として、分子の[炭素原子数/酸素原子数]比が異なるエポキシ化合物でそれぞれ架橋したものを用いることにより、上記の課題を解決しうることを見出した。
すなわち、本発明は、次の[1]及び[2]を提供する。
[1]顔料を含有する架橋ポリマー粒子(A)、架橋ポリマーエマルジョン(B)、及び水を含有する水系インクであって、顔料を含有する架橋ポリマー粒子(A)を構成するポリマーが、カルボキシ基含有ビニルモノマー由来の構成単位と疎水性ビニルモノマー由来の構成単位とを有するポリマー(a)をエポキシ化合物(a)で架橋してなるものであり、架橋ポリマーエマルジョン(B)を構成するポリマーが、カルボキシ基含有ビニルモノマー由来の構成単位と疎水性ビニルモノマー由来の構成単位とを有するポリマー(b)をエポキシ化合物(b)で架橋してなるものであり、
エポキシ化合物(a)の[炭素原子数/酸素原子数]の比q(a)が2.7以上3.8以下であり、エポキシ化合物(b)の[炭素原子数/酸素原子数]の比q(b)が1.6以上2.7未満である、水系インク。
[2]顔料を含有する架橋ポリマー粒子(A)の水系分散体、架橋ポリマーエマルジョン(B)、有機溶媒、及び水を混合する、前記[1]に記載の水系インクの製造方法。
The present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved by using, as a crosslinking agent, in an aqueous ink containing pigment-containing crosslinked polymer particles (A) and a crosslinked polymer emulsion (B) each crosslinked with an epoxy compound having a different [number of carbon atoms/number of oxygen atoms] ratio in the molecule.
That is, the present invention provides the following [1] and [2].
[1] An aqueous ink containing a pigment-containing crosslinked polymer particle (A), a crosslinked polymer emulsion (B), and water, wherein the polymer constituting the pigment-containing crosslinked polymer particle (A) is obtained by crosslinking a polymer (a) having a constituent unit derived from a carboxyl group-containing vinyl monomer and a constituent unit derived from a hydrophobic vinyl monomer with an epoxy compound (a), and the polymer constituting the crosslinked polymer emulsion (B) is obtained by crosslinking a polymer (b) having a constituent unit derived from a carboxyl group-containing vinyl monomer and a constituent unit derived from a hydrophobic vinyl monomer with an epoxy compound (b),
1. A water-based ink, wherein the ratio q(a) of [number of carbon atoms/number of oxygen atoms] of the epoxy compound (a) is 2.7 or more and 3.8 or less, and the ratio q(b) of [number of carbon atoms/number of oxygen atoms] of the epoxy compound (b) is 1.6 or more and less than 2.7.
[2] The method for producing the water-based ink according to [1] above, comprising mixing an aqueous dispersion of crosslinked polymer particles (A) containing a pigment, a crosslinked polymer emulsion (B), an organic solvent, and water.
本発明によれば、再分散性に優れ、普通紙印刷においても画像濃度を向上させることができる水系インク、及び該水系インクの製造方法を提供することができる。 The present invention provides a water-based ink that has excellent redispersibility and can improve image density even when printing on plain paper, and a method for producing the water-based ink.
[水系インク]
本発明の水系インクは、顔料を含有する架橋ポリマー粒子(A)、架橋ポリマーエマルジョン(B)、及び水を含有する水系インク(以下、「本発明インク」ともいう)であって、
顔料を含有する架橋ポリマー粒子(A)(以下、単に「架橋ポリマー粒子(A)」ともいう)を構成するポリマーが、カルボキシ基含有ビニルモノマー由来の構成単位と疎水性ビニルモノマー由来の構成単位とを有するポリマー(a)(以下、単に「ポリマー(a)」ともいう)をエポキシ化合物(a)で架橋してなるものであり、
架橋ポリマーエマルジョン(B)を構成するポリマーが、カルボキシ基含有ビニルモノマー由来の構成単位と疎水性ビニルモノマー由来の構成単位とを有するポリマー(b)(以下、単に「ポリマー(b)」ともいう)をエポキシ化合物(b)で架橋してなるものであり、
エポキシ化合物(a)の[炭素原子数/酸素原子数]の比(以下、「[C/O]比」ともいう)q(a)が2.7以上3.8以下であり、エポキシ化合物(b)の[C/O]比q(b)が1.6以上2.7未満である。
[Water-based ink]
The water-based ink of the present invention is a water-based ink containing a crosslinked polymer particle (A) containing a pigment, a crosslinked polymer emulsion (B), and water (hereinafter, also referred to as the "ink of the present invention").
a polymer constituting a pigment-containing crosslinked polymer particle (A) (hereinafter also simply referred to as "crosslinked polymer particle (A)") is obtained by crosslinking a polymer (a) (hereinafter also simply referred to as "polymer (a)") having a structural unit derived from a carboxy group-containing vinyl monomer and a structural unit derived from a hydrophobic vinyl monomer with an epoxy compound (a);
The polymer constituting the crosslinked polymer emulsion (B) is obtained by crosslinking a polymer (b) (hereinafter, also simply referred to as "polymer (b)") having a constituent unit derived from a carboxy group-containing vinyl monomer and a constituent unit derived from a hydrophobic vinyl monomer with an epoxy compound (b),
The ratio of [number of carbon atoms/number of oxygen atoms] (hereinafter also referred to as “[C/O] ratio”) q(a) of the epoxy compound (a) is 2.7 or more and 3.8 or less, and the [C/O] ratio q(b) of the epoxy compound (b) is 1.6 or more and less than 2.7.
なお、本明細書において「水系」とは、顔料を分散させる媒体中で、水が質量比で最大割合を占めていることを意味する。
また、「記録」とは、文字や画像を印字、印刷することを意味する。
本発明インクは、インクジェット記録用インク、グラビア印刷用インキ、フレキソ印刷用インキ等に好適に用いられるが、特に再分散性に優れることから、インクジェット記録用インクとして用いることが好ましい。
In this specification, the term "water-based" means that water accounts for the largest proportion by mass of the medium in which the pigment is dispersed.
Moreover, "recording" refers to printing or imprinting characters or images.
The ink of the present invention is suitably used as an ink for ink-jet recording, an ink for gravure printing, an ink for flexographic printing, etc., but is preferably used as an ink for ink-jet recording because of its particularly excellent redispersibility.
本発明インクは、再分散性に優れ、普通紙印刷においても画像濃度を向上させることができる。その理由は定かではないが、以下のように考えられる。
本発明系インクは、顔料を含有する架橋ポリマー粒子(A)と架橋ポリマーエマルジョン(B)を含有し、架橋ポリマー粒子(A)を得るために用いるエポキシ化合物(a)の[C/O]比が、架橋ポリマーエマルジョン(B)を得るために用いるエポキシ化合物(b)の[C/O]比よりも大きい。すなわち、架橋ポリマー粒子(A)を構成するポリマーは、より多くの炭素原子を含むエポキシ化合物(a)で架橋しており、エマルジョン(B)を構成するポリマーは、より多くの酸素原子(より少ない炭素原子)を含むエポキシ化合物(b)で架橋している。
そのため、顔料を含有する架橋ポリマー粒子(A)の最表面はより疎水的になり、その結果、普通紙面上で凝集し易く、画像濃度が向上すると考えられる。一方、エマルジョン(B)のポリマー粒子は、最表面がより親水的になり、再分散性が向上すると考えられる。
The ink of the present invention has excellent redispersibility and can improve image density even when printed on plain paper. The reason for this is not clear, but is thought to be as follows.
The ink of the present invention contains crosslinked polymer particles (A) containing a pigment and a crosslinked polymer emulsion (B), and the [C/O] ratio of the epoxy compound (a) used to obtain the crosslinked polymer particles (A) is greater than the [C/O] ratio of the epoxy compound (b) used to obtain the crosslinked polymer emulsion (B). That is, the polymer constituting the crosslinked polymer particles (A) is crosslinked with the epoxy compound (a) containing more carbon atoms, and the polymer constituting the emulsion (B) is crosslinked with the epoxy compound (b) containing more oxygen atoms (fewer carbon atoms).
Therefore, the outermost surface of the pigment-containing crosslinked polymer particles (A) becomes more hydrophobic, which is believed to facilitate aggregation on the plain paper surface and improve image density, whereas the outermost surface of the polymer particles of emulsion (B) becomes more hydrophilic, which is believed to improve redispersibility.
<顔料を含有する架橋ポリマー粒子(A)>
本発明において顔料を含有する架橋ポリマー粒子(A)とは、顔料を含有する架橋ポリマー粒子(A)を構成するポリマー(A)(以下、単に「架橋ポリマー(A)」ともいう)が顔料を包含する形態、架橋ポリマー(A)からなる粒子の表面に顔料の一部が露出している形態、架橋ポリマー(A)が顔料の一部に吸着している形態、架橋ポリマー(A)の粒子に顔料が付着している形態等のいずれか、またこれらの混合物を意味する。
<Pigment-containing crosslinked polymer particles (A)>
In the present invention, the crosslinked polymer particle (A) containing a pigment means any one of the following forms: a form in which the polymer (A) constituting the crosslinked polymer particle (A) containing a pigment (hereinafter also simply referred to as "crosslinked polymer (A)") encompasses the pigment; a form in which a part of the pigment is exposed on the surface of a particle made of the crosslinked polymer (A); a form in which the crosslinked polymer (A) is adsorbed to a part of the pigment; a form in which the pigment adheres to a particle of the crosslinked polymer (A); and a mixture of these forms.
〔顔料〕
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く、有機顔料にはレーキ顔料、蛍光顔料も含まれる。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。
無機顔料の具体例としては、カーボンブラック、酸化チタン、酸化鉄、ベンガラ、酸化クロム等の金属酸化物、真珠光沢顔料等が挙げられる。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、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。
有機顔料の具体例としては、アゾレーキ顔料、不溶性モノアゾ顔料、不溶性ジスアゾ顔料、キレートアゾ顔料等のアゾ顔料類;フタロシアニン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサジン顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフタロン顔料、ジケトピロロピロール顔料、ベンツイミダゾロン顔料、スレン顔料等の多環式顔料類等が挙げられる。
[Pigments]
The pigments used in the present invention may be either inorganic or organic pigments, including lake pigments and fluorescent pigments, and may also be used in combination with extender pigments, if necessary.
Specific examples of inorganic pigments include carbon black, metal oxides such as titanium oxide, iron oxide, red iron oxide, and chromium oxide, and pearlescent pigments. In particular, carbon black is preferred for black inks. Examples of carbon black include furnace black, lamp black, acetylene black, and channel black.
Specific examples of organic pigments include azo pigments such as azo lake pigments, insoluble monoazo pigments, insoluble disazo pigments, and chelate azo pigments; and polycyclic pigments such as phthalocyanine pigments, perylene pigments, perinone pigments, anthraquinone pigments, quinacridone pigments, dioxazine pigments, thioindigo pigments, isoindolinone pigments, quinophthalone pigments, diketopyrrolopyrrole pigments, benzimidazolone pigments, and threne pigments.
色相は特に限定されず、ホワイト、ブラック、グレー等の無彩色顔料;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の有機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、例えば、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種以上を混合して用いることができる。
The hue is not particularly limited, and any of achromatic pigments such as white, black, and gray; and chromatic organic pigments such as yellow, magenta, cyan, blue, red, orange, and green can be used.
Specific examples of preferred organic pigments include one or more product numbers selected from C.I. Pigment Yellow, C.I. Pigment Red, C.I. Pigment Orange, C.I. Pigment Violet, C.I. Pigment Blue, and C.I. Pigment Green.
Examples of the extender pigment include silica, calcium carbonate, and talc.
The above pigments may be used alone or in combination of two or more.
顔料は、水系インクの再分散性及び画像濃度を向上させる観点から、カルボキシ基含有ビニルモノマー由来の構成単位と疎水性ビニルモノマー由来の構成単位とを有するポリマー(a)をエポキシ化合物(a)で架橋した架橋構造を有する架橋ポリマー、すなわち架橋ポリマー(A)により水系インク中に分散されている。 In order to improve the redispersibility and image density of the water-based ink, the pigment is dispersed in the water-based ink by a crosslinked polymer (A) having a crosslinked structure in which a polymer (a) having a structural unit derived from a carboxyl group-containing vinyl monomer and a structural unit derived from a hydrophobic vinyl monomer is crosslinked with an epoxy compound (a).
〔ポリマー(a)〕
ポリマー(a)は、(a-1)カルボキシ基含有ビニルモノマー(以下、「(a-1)成分」ともいう)由来の構成単位と、(a-2)疎水性ビニルモノマー(以下、「(a-2)成分」ともいう)由来の構成単位とを有する。ポリマー(a)は、更に(a-3)ノニオン性モノマー(以下、「(a-3)成分」ともいう)由来の構成単位、更にはマクロモノマー由来の構成単位を含有していてもよい。
[Polymer (a)]
The polymer (a) has a structural unit derived from (a-1) a carboxy group-containing vinyl monomer (hereinafter also referred to as "component (a-1)") and a structural unit derived from (a-2) a hydrophobic vinyl monomer (hereinafter also referred to as "component (a-2)"). The polymer (a) may further contain a structural unit derived from (a-3) a nonionic monomer (hereinafter also referred to as "component (a-3)") and further a structural unit derived from a macromonomer.
〔(a-1)カルボキシ基含有ビニルモノマー〕
(a-1)カルボキシ基含有ビニルモノマーは、本発明インクにおいて、顔料の分散安定性を発現させる源として、ポリマー(a)のモノマー成分として用いられる。
(a-1)成分としては、カルボン酸ビニルモノマーが挙げられる。
カルボン酸ビニルモノマーとしては、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種以上が好ましい。
[(a-1) Carboxy Group-Containing Vinyl Monomer]
The carboxyl group-containing vinyl monomer (a-1) is used as a monomer component of the polymer (a) in the ink of the present invention, as a source for realizing dispersion stability of the pigment.
The component (a-1) may be a vinyl carboxylate monomer.
The vinyl carboxylate monomer may be one or more selected from acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, itaconic acid, maleic acid, fumaric acid, citraconic acid, 2-methacryloyloxymethylsuccinic acid, etc., with one or more selected from acrylic acid and methacrylic acid being preferred.
〔(a-2)疎水性ビニルモノマー〕
(a-2)疎水性ビニルモノマーは、顔料の分散安定性を向上させ、水系インクの再分散性及び画像濃度を向上させる観点から、ポリマー(a)のモノマー成分として用いられる。
ここで「疎水性」とは、モノマーを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未満であることをいう。疎水性モノマー(a-2)の前記溶解量は、ポリマーの顔料への吸着性の観点から、好ましくは5g以下、より好ましくは1g以下である。
(a-2)成分としては、炭素数1以上22以下のアルキル基又は炭素数6以上22以下のアリール基を有するアルキル(メタ)アクリレート又は芳香族基含有モノマーが好ましく挙げられる。
[(a-2) Hydrophobic vinyl monomer]
The hydrophobic vinyl monomer (a-2) is used as a monomer component of the polymer (a) from the viewpoints of improving the dispersion stability of the pigment and improving the redispersibility and image density of the water-based ink.
Here, "hydrophobic" means that when the monomer is dissolved to saturation in 100 g of ion-exchanged water at 25° C., the amount of the dissolved hydrophobic monomer (a-2) is preferably 5 g or less, more preferably 1 g or less, from the viewpoint of the adsorption of the polymer to the pigment.
Preferred examples of the component (a-2) include alkyl (meth)acrylates having an alkyl group with 1 to 22 carbon atoms or an aryl group with 6 to 22 carbon atoms, and aromatic group-containing monomers.
アルキル(メタ)アクリレートとしては、好ましくは炭素数1以上18以下、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ものが好ましい。例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、アミル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、ターシャリーブチル(メタ)アクリレート、イソアミル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、イソドデシル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
なお、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレート及びメタクリレートから選ばれる1種以上を意味する。以下における「(メタ)」も同義である。
The alkyl (meth)acrylate preferably has an alkyl group having from 1 to 18 carbon atoms, more preferably from 1 to 10 carbon atoms. Examples thereof include methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, propyl (meth)acrylate, butyl (meth)acrylate, amyl (meth)acrylate, cyclohexyl (meth)acrylate, 2-ethylhexyl (meth)acrylate, octyl (meth)acrylate, decyl (meth)acrylate, dodecyl (meth)acrylate, stearyl (meth)acrylate, isopropyl (meth)acrylate, isobutyl (meth)acrylate, tertiary butyl (meth)acrylate, isoamyl (meth)acrylate, isooctyl (meth)acrylate, isodecyl (meth)acrylate, isododecyl (meth)acrylate, and isostearyl (meth)acrylate.
The term "(meth)acrylate" refers to one or more selected from acrylate and methacrylate. The term "(meth)" used below has the same meaning.
芳香族基含有モノマーとしては、ヘテロ原子を含む置換基を有していてもよい、炭素数6以上22以下の芳香族基を有するビニルモノマーが好ましく、スチレン系モノマー、芳香族基含有(メタ)アクリレートがより好ましい。芳香族基含有モノマーの分子量は、500未満が好ましい。
スチレン系モノマーとしては、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルピリジン、及びジビニルベンゼン等から選ばれる1種以上が好ましく、スチレン及びα-メチルスチレンから選ばれる1種以上がより好ましい。
また、芳香族基含有(メタ)アクリレートとしては、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、及びフェノキシエチル(メタ)アクリレート等から選ばれる1種以上が好ましく、ベンジル(メタ)アクリレートがより好ましい。
(a-2)成分は、前記のモノマーを2種以上使用してもよく、その場合は、スチレン系モノマーを2種以上とすることが好ましく、スチレンとα-メチルスチレンを併用することがより好ましい。
The aromatic group-containing monomer is preferably a vinyl monomer having an aromatic group with 6 to 22 carbon atoms, which may have a substituent containing a hetero atom, more preferably a styrene-based monomer or an aromatic group-containing (meth)acrylate. The molecular weight of the aromatic group-containing monomer is preferably less than 500.
The styrene-based monomer is preferably at least one selected from styrene, α-methylstyrene, vinyltoluene, vinylpyridine, divinylbenzene, and the like, and more preferably at least one selected from styrene and α-methylstyrene.
The aromatic group-containing (meth)acrylate is preferably at least one selected from phenyl (meth)acrylate, benzyl (meth)acrylate, phenoxyethyl (meth)acrylate, and the like, and more preferably benzyl (meth)acrylate.
The component (a-2) may contain two or more of the above monomers. In this case, it is preferable to use two or more styrene-based monomers, and it is more preferable to use styrene and α-methylstyrene in combination.
〔(a-3)ノニオン性モノマー〕
(a-3)ノニオン性モノマーは、顔料の分散安定性を調整する観点から、ポリマー(a)のモノマー成分として用いることができる。
(a-3)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)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート;ポリプロピレングリコール(n=2~30、nはオキシプロピレン基の平均付加モル数を示す。以下のnは当該オキシアルキレン基の平均付加モル数を示す。)(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;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。
(a-3)成分の市販品例としては、新中村化学工業株式会社のNKエステルMシリーズ、日油株式会社のブレンマーPE、PME、PP、APシリーズや、50PEP-300、50POEP-800B、43PAPE-600B等が挙げられる。
[(a-3) Nonionic Monomer]
The nonionic monomer (a-3) can be used as a monomer component of the polymer (a) from the viewpoint of adjusting the dispersion stability of the pigment.
Examples of the (a-3) nonionic monomer include hydroxyalkyl (meth)acrylates such as 2-hydroxyethyl (meth)acrylate and 3-hydroxypropyl (meth)acrylate; polyalkylene glycol (meth)acrylates such as polypropylene glycol (n=2-30, n indicates the average number of moles of oxypropylene groups added. Hereinafter, n indicates the average number of moles of the oxyalkylene groups added.) (meth)acrylate and polyethylene glycol (n=2-30) (meth)acrylate; methoxypolyethylene glycol (n=1-30) (meth)acrylate; phenoxy (ethylene glycol-propylene glycol copolymer) (n=1-30, ethylene glycol therein: n=1-29) (meth)acrylate, etc. Among these, polypropylene glycol (n=2-30) (meth)acrylate and phenoxy (ethylene glycol-propylene glycol copolymer) (meth)acrylate are preferred, and polypropylene glycol (n=2-30) (meth)acrylate is more preferred.
Commercially available examples of the component (a-3) include the NK Ester M series manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd., the Blenmar PE, PME, PP, and AP series manufactured by NOF Corporation, as well as 50PEP-300, 50POEP-800B, and 43PAPE-600B.
以上の観点から、ポリマー(a)は、(a-1)成分がアクリル酸及びメタクリル酸から選ばれる1種以上であり、(a-2)成分がスチレン及びα-メチルスチレンから選ばれる1種以上であることが好ましく、スチレン-α-メチルスチレン-アクリル酸共重合体であることがより好ましい。 From the above viewpoints, it is preferable that the (a-1) component of polymer (a) is one or more selected from acrylic acid and methacrylic acid, and the (a-2) component is one or more selected from styrene and α-methylstyrene, and it is more preferable that the polymer (a) is a styrene-α-methylstyrene-acrylic acid copolymer.
ポリマー(a)製造時における、モノマー混合物中における各成分の含有量(未中和量としての含有量。以下同じ)又はポリマー(a)中における各成分に由来する構成単位の含有量は、顔料の分散安定性を向上させ、水系インクの再分散性及び画像濃度を向上させる観点から、次のとおりである。
(a-1)成分の含有量は、好ましくは15質量%以上、より好ましくは20質量%以上、更に好ましくは25質量%以上であり、そして、好ましくは70質量%以下、より好ましくは60質量%以下、更に好ましくは50質量%以下である。
(a-2)成分の含有量は、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは50質量%以上であり、そして、好ましくは85質量%以下、より好ましくは80質量%以下、更に好ましくは75質量%以下である。
The content of each component in the monomer mixture during production of polymer (a) (content as unneutralized amount; the same applies hereinafter) or the content of the structural unit derived from each component in polymer (a) is as follows, from the viewpoint of improving the dispersion stability of the pigment and improving the redispersibility and image density of the water-based ink.
The content of the (a-1) component is preferably 15 mass% or more, more preferably 20 mass% or more, even more preferably 25 mass% or more, and is preferably 70 mass% or less, more preferably 60 mass% or less, even more preferably 50 mass% or less.
The content of the (a-2) component is preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, even more preferably 50% by mass or more, and is preferably 85% by mass or less, more preferably 80% by mass or less, even more preferably 75% by mass or less.
(a-3)成分を含有する場合、(a-3)成分の含有量は、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質量%以下である。
[(a-1)成分/(a-2)成分]の質量比は、好ましくは0.2以上、より好ましくは0.3以上、更に好ましくは0.35以上、より更に好ましくは0.38以上であり、そして、好ましくは2以下、より好ましくは1.5以下、更に好ましくは1以下、より更に好ましくは0.8以下である。
When the component (a-3) is contained, the content of the component (a-3) is preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, even more preferably 10% by mass or less, and still more preferably 5% by mass or less.
The mass ratio of [component (a-1)/component (a-2)] is preferably 0.2 or more, more preferably 0.3 or more, even more preferably 0.35 or more, still more preferably 0.38 or more, and is preferably 2 or less, more preferably 1.5 or less, even more preferably 1 or less, and still more preferably 0.8 or less.
〔ポリマー(a)の製造〕
ポリマー(a)は、前記(a-1)と(a-2)成分、及び必要に応じて更に(a-3)成分を含むモノマー混合物を塊状重合法、溶液重合法、懸濁重合法、乳化重合法等の公知の重合法により共重合させることによって製造される。これらの重合法の中では、溶液重合法が好ましい。
また、ポリマー(a)として市販品を使用することもできる。市販品の具体例としては、BASF社製のジョンクリル等が挙げられる。
[Production of Polymer (a)]
The polymer (a) is produced by copolymerizing a monomer mixture containing the above-mentioned components (a-1) and (a-2), and further the component (a-3) as required, by a known polymerization method such as bulk polymerization, solution polymerization, suspension polymerization, emulsion polymerization, etc. Among these polymerization methods, the solution polymerization method is preferred.
Alternatively, a commercially available product may be used as the polymer (a). A specific example of a commercially available product is Joncryl manufactured by BASF.
ポリマー(a)の酸価はカルボキシ基に由来するが、その酸価は、水系インクの保存安定性、再分散性及び画像濃度を向上させる観点から、好ましくは180mgKOH/g以上、より好ましくは200mgKOH/g以上、更に好ましくは220mgKOH/g以上であり、そして、好ましくは300mgKOH/g以下、より好ましくは280mgKOH/g以下、更に好ましくは260mgKOH/g以下である。酸価が前記の範囲であれば、カルボキシ基の量は十分であり、顔料の分散安定性が確保される。
ポリマー(a)の酸価は、実施例に記載の方法により測定することができる。また、構成するモノマーの質量比から算出することもできる。
ポリマー(a)の重量平均分子量は、好ましくは4,000以上、より好ましくは6,000以上、更に好ましくは8,000以上であり、そして、好ましくは80,000以下、より好ましくは50,000以下、更に好ましくは30,000以下、より更に好ましくは20,000以下である。顔料への吸着を高めて保存安定性を発現させる観点から、ポリマー(a)の重量平均分子量は前記の範囲であることが好ましい。
なお、前記重量平均分子量は、実施例に記載の方法により測定される。
The acid value of the polymer (a) is derived from the carboxy group, and from the viewpoint of improving the storage stability, redispersibility and image density of the water-based ink, the acid value is preferably 180 mgKOH/g or more, more preferably 200 mgKOH/g or more, even more preferably 220 mgKOH/g or more, and preferably 300 mgKOH/g or less, more preferably 280 mgKOH/g or less, even more preferably 260 mgKOH/g or less. If the acid value is within the above range, the amount of the carboxy group is sufficient, and the dispersion stability of the pigment is ensured.
The acid value of the polymer (a) can be measured by the method described in the Examples, or can be calculated from the mass ratio of the constituent monomers.
The weight average molecular weight of the polymer (a) is preferably 4,000 or more, more preferably 6,000 or more, even more preferably 8,000 or more, and is preferably 80,000 or less, more preferably 50,000 or less, even more preferably 30,000 or less, and still more preferably 20,000 or less. From the viewpoint of enhancing adsorption to the pigment and exhibiting storage stability, the weight average molecular weight of the polymer (a) is preferably in the above-mentioned range.
The weight average molecular weight is measured by the method described in the Examples.
〔中和〕
ポリマー(a)のカルボキシ基の少なくとも一部は、水系インクの再分散性及び画像濃度を向上させる観点から、アルカリ金属化合物によって中和されていることが好ましい。
アルカリ金属化合物は、本発明インクを構成する顔料を含有する架橋ポリマー粒子(A)の調製時に、水や、水を含む媒体中でアルカリ金属イオンを生じる化合物の形態で用いられる。
アルカリ金属イオンを生じる化合物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム等のアルカリ金属水酸化物、炭酸二ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸二カリウム等の炭酸のアルカリ金属塩、ホウ酸ナトリウム等のホウ酸のアルカリ金属塩等から選ばれる1種以上が挙げられる。アルカリ金属化合物は、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらの中では、アルカリ金属水酸化物が好ましく、金属としては、ナトリウム、カリウムが好ましく、ナトリウムがより好ましい。すなわち、アルカリ金属化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが好ましく、水酸化ナトリウムがより好ましい。
[Neutralization]
From the viewpoint of improving the redispersibility of the water-based ink and the image density, it is preferable that at least a part of the carboxyl groups of the polymer (a) is neutralized with an alkali metal compound.
The alkali metal compound is used in the form of a compound that generates alkali metal ions in water or a medium containing water when preparing the pigment-containing crosslinked polymer particles (A) that constitute the ink of the present invention.
Examples of the compound that generates an alkali metal ion include one or more selected from alkali metal hydroxides such as lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and cesium hydroxide, alkali metal salts of carbonate such as disodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, and dipotassium carbonate, and alkali metal salts of boric acid such as sodium borate, etc. Two or more types of alkali metal compounds may be used in combination.
Among these, alkali metal hydroxides are preferred, and as the metal, sodium and potassium are preferred, and sodium is more preferred. That is, as the alkali metal compound, sodium hydroxide and potassium hydroxide are preferred, and sodium hydroxide is more preferred.
本発明においては、水溶性アミン化合物、アンモニアを用いないことが好ましいが、本発明の効果を損なわない範囲で、水溶性アミン化合物、アンモニアを用いることができる。水溶性アミン化合物、アンモニアを用いた場合においても、ポリマーの中和度を算出する際は、アルカリ金属化合物の量のみを使用し、水溶性アミン化合物、アンモニアの使用量は算入しない。
なお、本発明インクには、水溶性アミン化合物が配合されていてもよい。
In the present invention, it is preferable not to use a water-soluble amine compound or ammonia, but a water-soluble amine compound or ammonia can be used within a range that does not impair the effects of the present invention. Even when a water-soluble amine compound or ammonia is used, when calculating the neutralization degree of the polymer, only the amount of the alkali metal compound is used, and the amount of the water-soluble amine compound or ammonia used is not included.
The ink of the present invention may contain a water-soluble amine compound.
ポリマー(a)の中和度は、エポキシ化合物と反応させる前の分散安定性を確保する観点から、好ましくは15モル%以上、より好ましくは20モル%以上、更に好ましくは30モル%以上であり、そして、好ましくは180モル%以下、より好ましくは160モル%以下、更に好ましくは140モル%以下、より更に好ましくは120%以下である。
ここでポリマー(a)の中和度(モル%)は、下記式により算出される。
ポリマー(a)の中和度(モル%)=〔(本発明インク中のアルカリ金属化合物のモル数-本発明インクにおいてエマルションBから持ち込まれるアルカリ金属化合物のモル数)/本発明インク中のポリマー(a)のカルボキシ基のモル数〕×100
From the viewpoint of ensuring dispersion stability before the reaction with the epoxy compound, the degree of neutralization of the polymer (a) is preferably 15 mol % or more, more preferably 20 mol % or more, even more preferably 30 mol % or more, and is preferably 180 mol % or less, more preferably 160 mol % or less, even more preferably 140 mol % or less, and still more preferably 120 mol % or less.
The degree of neutralization (mol %) of the polymer (a) is calculated by the following formula.
Degree of neutralization (mol %) of polymer (a)=[(mol number of alkali metal compounds in the ink of the present invention−mol number of alkali metal compounds brought from emulsion B in the ink of the present invention)/mol number of carboxy groups of polymer (a) in the ink of the present invention]×100
<架橋ポリマーエマルジョン(B)>
架橋ポリマーエマルジョン(B)は、本発明インクの再分散性と画像濃度を高レベルで両立させるために用いられる。
架橋ポリマーエマルジョン(B)を構成するポリマー(b)は、(b-1)カルボキシ基含有ビニルモノマー(以下、「(b-1)成分」ともいう)由来の構成単位と、(b-2)疎水性ビニルモノマー(以下、「(b-2)成分」ともいう)由来の構成単位とを有する。
(b-1)成分及び(b-2)成分の各々は、ポリマー(a)における(a-1)カルボキシ基含有ビニルモノマー及び(a-2)疎水性ビニルモノマーの各々と同じであり、その具体例も同じであるので、その説明を省略する。
(b-1)成分としては、アクリル酸及びメタクリル酸から選ばれる1種以上が好ましい。
(b-2)成分としては、アルキル(メタ)アクリレートが好ましく、炭素数1以上10以下のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレートがより好ましい。
<Crosslinked Polymer Emulsion (B)>
The crosslinked polymer emulsion (B) is used in order to achieve both high levels of redispersibility and high image density in the ink of the present invention.
The polymer (b) constituting the crosslinked polymer emulsion (B) has a constituent unit derived from (b-1) a carboxy group-containing vinyl monomer (hereinafter also referred to as "component (b-1)") and a constituent unit derived from (b-2) a hydrophobic vinyl monomer (hereinafter also referred to as "component (b-2)").
The components (b-1) and (b-2) are the same as the carboxy group-containing vinyl monomer (a-1) and the hydrophobic vinyl monomer (a-2) in the polymer (a), respectively, and specific examples thereof are also the same, so that the description thereof will be omitted.
The component (b-1) is preferably at least one selected from acrylic acid and methacrylic acid.
The component (b-2) is preferably an alkyl (meth)acrylate, and more preferably an alkyl (meth)acrylate having an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
ポリマー(b)は、更に(b-3)ノニオン性モノマー(以下、「(b-3)成分」ともいう)由来の構成単位、及び/又は重合可能な二重結合を二つ以上有する多官能性モノマー由来の構成単位を含有することができる。
(b-3)成分は、ポリマー(a)における(a-3)ノニオン性モノマーと同じであり、その具体例、好適例も同じであるので、その説明を省略する。
重合可能な二重結合を二つ以上有する多官能性モノマーの具体例としては、ポリエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、1,3-ブチレングリコールジアクリレート、1,6-ブチレングリコールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、1,9-ノナンジオールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート等のジアクリレート化合物の他、ジメタクリレート化合物、トリ(メタ)アクリレート化合物、テトラ(メタ)アクリレート化合物等が挙げられる。
The polymer (b) may further contain a structural unit derived from a (b-3) nonionic monomer (hereinafter also referred to as "component (b-3)"), and/or a structural unit derived from a polyfunctional monomer having two or more polymerizable double bonds.
The component (b-3) is the same as the nonionic monomer (a-3) in the polymer (a), and specific examples and preferred examples thereof are also the same, so a description thereof will be omitted.
Specific examples of polyfunctional monomers having two or more polymerizable double bonds include diacrylate compounds such as polyethylene glycol diacrylate, triethylene glycol diacrylate, 1,3-butylene glycol diacrylate, 1,6-butylene glycol diacrylate, 1,6-hexanediol diacrylate, neopentyl glycol diacrylate, 1,9-nonanediol diacrylate, and polypropylene glycol diacrylate, as well as dimethacrylate compounds, tri(meth)acrylate compounds, and tetra(meth)acrylate compounds.
架橋前のポリマー(b)の酸価は、水系インクの保存安定性、再分散性及び画像濃度を向上させる観点から、好ましくは10mgKOH/g以上、より好ましくは20mgKOH/g以上、更に好ましくは25mgKOH/g以上であり、そして、好ましくは150mgKOH/g以下、より好ましくは100mgKOH/g以下、更に好ましくは80mgKOH/g以下である。
ポリマー(b)の重量平均分子量は、上記と同様の観点から、好ましくは8,000以上、より好ましくは16,000以上、更に好ましくは30,000以上であり、そして、好ましくは500,000以下、より好ましくは300,000以下、更に好ましくは200,000以下である。
ポリマー(b)のカルボキシ基の一部は、必要に応じて、アルカリ金属化合物等の中和剤によって中和することができる。
From the viewpoint of improving the storage stability, redispersibility, and image density of the aqueous ink, the acid value of the polymer (b) before crosslinking is preferably 10 mgKOH/g or more, more preferably 20 mgKOH/g or more, even more preferably 25 mgKOH/g or more, and is preferably 150 mgKOH/g or less, more preferably 100 mgKOH/g or less, even more preferably 80 mgKOH/g or less.
From the same viewpoints as above, the weight average molecular weight of the polymer (b) is preferably 8,000 or more, more preferably 16,000 or more, even more preferably 30,000 or more, and preferably 500,000 or less, more preferably 300,000 or less, even more preferably 200,000 or less.
A part of the carboxy groups of the polymer (b) can be neutralized, if necessary, with a neutralizing agent such as an alkali metal compound.
ポリマー(b)は、塊状重合法、溶液重合法、懸濁重合法、乳化重合法等の公知の重合法により製造される。これらの重合法の中では、乳化重合法が好ましい。
乳化重合の際に用いる重合開始剤としては、乳化重合を行う媒体に可溶であるものを用いるのが好ましい。本発明においてはポリマー(b)は水系媒体を用い、該水系媒体に可溶な重合開始剤を用いて乳化重合することが好ましい。すなわち本発明のポリマー(b)は、該水系媒体に可溶な重合開始剤由来の成分を含有するものであることが好ましい。重合開始剤としては、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素等が挙げられ、乳化剤としては、ラウリルエーテル硫酸ナトリウム等の他、公知のアニオン、ノニオン又は両性界面活性剤を用いることができる。
ポリマー(b)を含むポリマーエマルジョンを乳化重合で製造する場合、ポリマー粒子表面にはカルボキシル基が存在するためpHが酸性側に傾き、粘度上昇や凝集が起こりやすい。そこで前記の水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物等の中和剤による中和が行われる。前記中和剤の添加量は、ポリマーエマルジョンのpHが7.5~9.5の範囲、好ましくは7.5~8.5の範囲となるように適宜決定される。
架橋ポリマーエマルジョン(B)は、水系インクの再分散性と画像濃度を高レベルで両立させる観点から、ポリマー(b)をエポキシ化合物(b)で架橋してなる架橋ポリマーが微粒化された状態で水系媒体に懸濁された状態となっている。
ポリマー(b)とエポキシ化合物(b)の架橋反応は、顔料を含まない系で行うことが好ましい。
The polymer (b) is produced by a known polymerization method such as bulk polymerization, solution polymerization, suspension polymerization, emulsion polymerization, etc. Among these polymerization methods, emulsion polymerization is preferred.
The polymerization initiator used in emulsion polymerization is preferably one that is soluble in the medium in which emulsion polymerization is carried out. In the present invention, it is preferable that the polymer (b) is emulsion-polymerized using an aqueous medium and a polymerization initiator soluble in the aqueous medium. That is, the polymer (b) of the present invention preferably contains a component derived from the polymerization initiator soluble in the aqueous medium. Examples of the polymerization initiator include potassium persulfate, ammonium persulfate, and hydrogen peroxide, and examples of the emulsifier include sodium lauryl ether sulfate and other known anionic, nonionic, or amphoteric surfactants.
When a polymer emulsion containing polymer (b) is produced by emulsion polymerization, the pH tends to be acidic due to the presence of carboxyl groups on the surface of the polymer particles, and viscosity increase and aggregation are likely to occur. Therefore, neutralization is performed using a neutralizing agent such as an alkali metal hydroxide such as sodium hydroxide or potassium hydroxide. The amount of the neutralizing agent added is appropriately determined so that the pH of the polymer emulsion is in the range of 7.5 to 9.5, preferably 7.5 to 8.5.
From the viewpoint of achieving both high levels of redispersibility of the water-based ink and high image density, the crosslinked polymer emulsion (B) is in a state in which a crosslinked polymer obtained by crosslinking a polymer (b) with an epoxy compound (b) is suspended in an aqueous medium in a finely divided state.
The crosslinking reaction between the polymer (b) and the epoxy compound (b) is preferably carried out in a system that does not contain a pigment.
〔エポキシ化合物〕
本発明において、ポリマー(a)及びポリマー(b)は、エポキシ化合物と架橋反応して架橋構造を形成する。この架橋構造により、ポリマーが顔料表面に強固に吸着又は固定化され、水系インク中での顔料の凝集が抑制され、更にポリマーの膨潤も抑制されるため、保存安定性、再分散性が向上すると考えられる。
エポキシ化合物(架橋剤)は、水溶性でも水不溶性でもよいが、水を主体とする媒体中でより効率的にポリマー(a)又は(b)のカルボキシ基と架橋反応させる観点から、ポリマー(a)の架橋剤は水不溶性のエポキシ化合物が好ましく、ポリマー(b)の架橋剤は水溶性のエポキシ化合物が好ましい。水不溶性エポキシ化合物を用いる場合、その水溶率(質量%)は、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35質量%以下である。ここで、水溶率(質量%)とは、室温25℃にて水90質量部にエポキシ化合物10質量部を溶解したときの溶解率(質量%)をいう。
[Epoxy Compound]
In the present invention, the polymer (a) and the polymer (b) undergo a crosslinking reaction with an epoxy compound to form a crosslinked structure, which is believed to allow the polymer to be firmly adsorbed or fixed to the pigment surface, suppressing aggregation of the pigment in the water-based ink and further suppressing swelling of the polymer, thereby improving storage stability and redispersibility.
The epoxy compound (crosslinking agent) may be water-soluble or water-insoluble, but from the viewpoint of more efficient crosslinking reaction with the carboxyl group of the polymer (a) or (b) in a medium mainly composed of water, the crosslinking agent of the polymer (a) is preferably a water-insoluble epoxy compound, and the crosslinking agent of the polymer (b) is preferably a water-soluble epoxy compound. When a water-insoluble epoxy compound is used, its water solubility (mass%) is preferably 50 mass% or less, more preferably 40 mass% or less, and even more preferably 35 mass% or less. Here, the water solubility (mass%) refers to the solubility (mass%) when 10 mass parts of the epoxy compound are dissolved in 90 mass parts of water at room temperature of 25°C.
エポキシ化合物は、好ましくは多官能エポキシ化合物であり、より好ましくは分子中にエポキシ基を2以上有する化合物、更に好ましくはグリシジルエーテル基を2以上有する化合物、より更に好ましくは炭素数3以上8以下の炭化水素基を有する多価アルコールのポリグリシジルエーテル化合物である。
エポキシ化合物の分子量は、架橋反応の効率性、得られる水系インクの保存安定性及び再分散性を向上させる観点から、好ましくは120以上、より好ましくは150以上、更に好ましくは200以上であり、そして、好ましくは2,000以下、より好ましくは1,000以下、更に好ましくは800以下である。
エポキシ化合物のエポキシ当量は、上記と同様の観点から、好ましくは90以上、より好ましくは100以上、更に好ましくは110以上であり、そして、好ましくは300以下、より好ましくは200以下、更に好ましくは170以下である。
エポキシ化合物のエポキシ基の数は、上記と同様の観点から、1分子あたり2以上であり、そして、1分子あたり好ましくは6以下であり、市場入手性の観点から、より好ましくは4以下、更に好ましくは3以下である。
The epoxy compound is preferably a polyfunctional epoxy compound, more preferably a compound having two or more epoxy groups in the molecule, even more preferably a compound having two or more glycidyl ether groups, and still more preferably a polyglycidyl ether compound of a polyhydric alcohol having a hydrocarbon group having 3 to 8 carbon atoms.
From the viewpoints of improving the efficiency of the crosslinking reaction and the storage stability and redispersibility of the resulting water-based ink, the molecular weight of the epoxy compound is preferably 120 or more, more preferably 150 or more, even more preferably 200 or more, and is preferably 2,000 or less, more preferably 1,000 or less, even more preferably 800 or less.
From the same viewpoints as above, the epoxy equivalent of the epoxy compound is preferably 90 or more, more preferably 100 or more, even more preferably 110 or more, and preferably 300 or less, more preferably 200 or less, even more preferably 170 or less.
The number of epoxy groups in the epoxy compound is 2 or more per molecule from the same viewpoint as above, and preferably 6 or less per molecule, and from the viewpoint of market availability, is more preferably 4 or less, and even more preferably 3 or less.
ポリマー(a)の架橋に用いられるエポキシ化合物(a)(以下、単に「エポキシ化合物(a)」ともいう)の[炭素原子数/酸素原子数]比([C/O]比)q(a)は、上記と同様の観点から、2.7以上3.8以下である。エポキシ化合物(a)の[C/O]比q(a)は、好ましくは2.8以上、より好ましくは2.9以上、更に好ましくは3.0以上であり、そして、好ましくは3.9以下、より好ましくは3.8以下、更に好ましくは3.7以下である。 The [number of carbon atoms/number of oxygen atoms] ratio ([C/O] ratio) q(a) of the epoxy compound (a) used for crosslinking the polymer (a) (hereinafter also simply referred to as "epoxy compound (a)") is 2.7 or more and 3.8 or less from the same viewpoint as above. The [C/O] ratio q(a) of the epoxy compound (a) is preferably 2.8 or more, more preferably 2.9 or more, even more preferably 3.0 or more, and preferably 3.9 or less, more preferably 3.8 or less, even more preferably 3.7 or less.
エポキシ化合物(a)の好適例としては、シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル([C/O]比:3.5)、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル([C/O]比:3.0)、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル([C/O]比:2.8)、レゾルシノールジグリシジルエーテル([C/O]比:3.0)、及び水添ビスフェノールA型ジグリシジルエーテル([C/O]比:5.3)等から選ばれる1種以上が挙げられる。
これらの中では、シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、及びネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルから選ばれる1種以上が好ましく、シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル(商品名:デナコールEX-216L、ポキシ当量:150、[C/O]比:3.5、水溶率:0質量%)がより好ましい。
Suitable examples of the epoxy compound (a) include one or more selected from cyclohexanedimethanol diglycidyl ether ([C/O] ratio: 3.5), 1,6-hexanediol diglycidyl ether ([C/O] ratio: 3.0), neopentyl glycol diglycidyl ether ([C/O] ratio: 2.8), resorcinol diglycidyl ether ([C/O] ratio: 3.0), and hydrogenated bisphenol A diglycidyl ether ([C/O] ratio: 5.3).
Among these, one or more selected from cyclohexanedimethanol diglycidyl ether, 1,6-hexanediol diglycidyl ether, and neopentyl glycol diglycidyl ether are preferred, and cyclohexanedimethanol diglycidyl ether (trade name: Denacol EX-216L, epoxy equivalent: 150, [C/O] ratio: 3.5, water solubility: 0 mass%) is more preferred.
ポリマー(b)の架橋に用いられるエポキシ化合物(b)(以下、単に「エポキシ化合物(b)」ともいう)の[C/O]比q(b)は、上記と同様の観点から、1.6以上2.7未満である。エポキシ化合物(b)の[C/O]比q(b)は、好ましくは1.7以上、より好ましくは1.8以上、更に好ましくは1.9以上であり、そして、好ましくは2.5以下、より好ましくは2.3以下、更に好ましくは2.1以下である。 The [C/O] ratio q(b) of the epoxy compound (b) (hereinafter also simply referred to as "epoxy compound (b)") used for crosslinking the polymer (b) is 1.6 or more and less than 2.7 from the same viewpoint as above. The [C/O] ratio q(b) of the epoxy compound (b) is preferably 1.7 or more, more preferably 1.8 or more, even more preferably 1.9 or more, and is preferably 2.5 or less, more preferably 2.3 or less, even more preferably 2.1 or less.
エポキシ化合物(b)の好適例としては、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル([C/O]比:2.0)、1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル([C/O]比:2.5)、トリエチレングリコールジグリシジルエーテル([C/O]比:2.0)、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル([C/O]比:2.1)、グリセリンジグリシジルエーテル([C/O]比:1.8)、グリセロールポリグリシジルエーテル([C/O]比:1.8)等から選ばれる1種以上が挙げられる。これらの中では、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル(商品名:デナコールEX-850L、エポキシ当量:145、[C/O]比:2.0、水溶率:100%)、1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル(商品名:デナコールEX-214L、エポキシ当量:120、:[C/O]比:2.5、水溶率:100%)がより好ましい。
エポキシ化合物中の[C/O]比は、JIS M 8813:2006「石炭類及びコークス類―元素分析方法」により算出することができる。また、エポキシ化合物の構造や組成が既知である場合は、それらの情報から炭素原子数、酸素原子数を求めて計算することもできる。
Suitable examples of the epoxy compound (b) include one or more selected from diethylene glycol diglycidyl ether ([C/O] ratio: 2.0), 1,4-butanediol diglycidyl ether ([C/O] ratio: 2.5), triethylene glycol diglycidyl ether ([C/O] ratio: 2.0), pentaerythritol polyglycidyl ether ([C/O] ratio: 2.1), glycerin diglycidyl ether ([C/O] ratio: 1.8), glycerol polyglycidyl ether ([C/O] ratio: 1.8), and the like. Among these, diethylene glycol diglycidyl ether (trade name: Denacol EX-850L, epoxy equivalent: 145, [C/O] ratio: 2.0, water solubility: 100%) and 1,4-butanediol diglycidyl ether (trade name: Denacol EX-214L, epoxy equivalent: 120, [C/O] ratio: 2.5, water solubility: 100%) are more preferable.
The [C/O] ratio in the epoxy compound can be calculated according to JIS M 8813:2006 "Coals and cokes - Elemental analysis method". In addition, when the structure and composition of the epoxy compound are known, the number of carbon atoms and the number of oxygen atoms can be calculated from the information.
エポキシ化合物(a)とエポキシ化合物(b)との[C/O]比の差[q(a)-q(b)]は、水系インクの保存安定性を維持し、再分散性と画像濃度を高レベルで両立させる観点から、好ましくは0.6以上、より好ましくは0.8以上、更に好ましくは1.0以上であり、そして、好ましくは2.5以下、より好ましくは2.3以下、更に好ましくは2.1以下、より更に好ましくは1.9以下である。 From the viewpoint of maintaining the storage stability of the water-based ink and achieving both high levels of redispersibility and image density, the difference in the [C/O] ratio between epoxy compound (a) and epoxy compound (b), [q(a)-q(b)], is preferably 0.6 or more, more preferably 0.8 or more, even more preferably 1.0 or more, and is preferably 2.5 or less, more preferably 2.3 or less, even more preferably 2.1 or less, and even more preferably 1.9 or less.
〔ポリマーの架橋構造〕
本発明に用いられる顔料を含有する架橋ポリマー粒子(A)を構成するポリマー又は架橋ポリマーエマルジョン(B)を構成するポリマーは、それぞれ、エポキシ化合物(a)又はエポキシ化合物(b)による架橋構造を有している。それらの架橋構造は、ポリマー(a)又は(b)と、エポキシ化合物(a)又はエポキシ化合物(b)とが、エポキシ化合物のエポキシ基の開環反応によりエステル基を形成して両者が結合し、このときポリマー(a)又はポリマー(b)が分子中に複数のカルボキシ基を有し、またエポキシ化合物も分子中に2以上のエポキシ基を有することから、二次元構造であるポリマー(a)又はポリマー(b)がエポキシ化合物との架橋によって三次元構造となったものと考えられる。
なお、ポリマーは水溶性でも水不溶性でもよいが、架橋することにより水不溶性ポリマーとなる。ここで、「水不溶性」とは、ポリマーを水と混合した場合に、(i)不溶分が目視で確認できること、(ii)不溶分が微小で目視で確認できない場合でもレーザー光や通常光による観察でチンダル現象が認められること、又は(iii)実施例に記載のレーザー粒子解析システムによる測定で平均粒径が観測されることをいう。
[Cross-linked structure of polymer]
The polymer constituting the crosslinked polymer particle (A) containing the pigment used in the present invention or the polymer constituting the crosslinked polymer emulsion (B) has a crosslinked structure by the epoxy compound (a) or the epoxy compound (b), respectively. The crosslinked structure is formed by the polymer (a) or (b) and the epoxy compound (a) or the epoxy compound (b) forming an ester group by the ring-opening reaction of the epoxy group of the epoxy compound, and the two are bonded together, and at this time, the polymer (a) or the polymer (b) has a plurality of carboxy groups in the molecule, and the epoxy compound also has two or more epoxy groups in the molecule, so that the two-dimensional structure of the polymer (a) or the polymer (b) becomes a three-dimensional structure by crosslinking with the epoxy compound.
The polymer may be either water-soluble or water-insoluble, but becomes a water-insoluble polymer by crosslinking. Here, "water-insoluble" means that when the polymer is mixed with water, (i) the insoluble portion can be visually confirmed, (ii) even if the insoluble portion is too small to be visually confirmed, the Tyndall phenomenon can be observed by observation with laser light or normal light, or (iii) the average particle size can be observed by measurement with the laser particle analysis system described in the examples.
ポリマー(a)又はポリマー(b)を架橋する場合の架橋度は、水系インクの保存安定性及び再分散性を向上させる観点から、好ましくは20モル%以上、より好ましくは30モル%以上、更に好ましくは35モル%以上であり、そして、好ましくは80モル%以下、より好ましくは78モル%以下、更に好ましくは75モル%以下である。
ここで、ポリマー(a)又はポリマー(b)の架橋度(モル%)は、「(本発明インク中のエポキシ化合物(a)又は(b)由来のエポキシ基のモル数/本発明インク中のポリマー(a)又は(b)由来のカルボキシ基のモル数)×100」で算出される。
なお、「ポリマー(a)又は(b)由来のカルボキシ基のモル数」とは、上記(a-1)又は(b-1)成分であるカルボキシ基含有ビニルモノマーに加え、ポリマーを乳化重合で製造する場合に用いる乳化剤がカルボキシ基を有していればそのモル数は算入する。
When polymer (a) or polymer (b) is crosslinked, the degree of crosslinking is, from the viewpoint of improving the storage stability and redispersibility of the water-based ink, preferably 20 mol % or more, more preferably 30 mol % or more, even more preferably 35 mol % or more, and is preferably 80 mol % or less, more preferably 78 mol % or less, even more preferably 75 mol % or less.
Here, the degree of crosslinking (mol %) of polymer (a) or polymer (b) is calculated by "(number of moles of epoxy groups derived from epoxy compound (a) or (b) in the ink of the present invention/number of moles of carboxy groups derived from polymer (a) or (b) in the ink of the present invention) x 100".
Incidentally, the "number of moles of carboxy groups derived from polymer (a) or (b)" includes the number of moles of an emulsifier used in producing the polymer by emulsion polymerization that has a carboxy group, in addition to the carboxy group-containing vinyl monomer that is component (a-1) or (b-1) above.
[水系インクの製造方法]
本発明インクは、下記工程1~4を含む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(a)のカルボキシ基の少なくとも一部をアルカリ金属化合物で中和して、該水不溶性ポリマー(a)の水分散液を得る工程
工程2:工程1で得られた水不溶性ポリマー(a)の水分散液と顔料とを分散処理して、顔料が水不溶性ポリマー(a)で分散された顔料水分散体(i)を得る工程
工程3:工程2で得られた顔料水分散体(i)に多官能エポキシ化合物を添加し、架橋処理して、水系顔料分散体(I)を得る工程
工程4:工程3で得られた水系顔料分散体(I)、架橋ポリマーエマルジョン(B)、有機溶媒、及び水を混合して、水系インクを得る工程
[Method of manufacturing water-based ink]
The ink of the present invention can be efficiently produced by a method including the following steps 1 to 4.
Step 1: A step of neutralizing at least a portion of the carboxy groups of the water-insoluble polymer (a) with an alkali metal compound to obtain an aqueous dispersion of the water-insoluble polymer (a). Step 2: A step of dispersing the aqueous dispersion of the water-insoluble polymer (a) obtained in Step 1 and a pigment to obtain an aqueous pigment dispersion (i) in which the pigment is dispersed in the water-insoluble polymer (a). Step 3: A step of adding a polyfunctional epoxy compound to the aqueous pigment dispersion (i) obtained in Step 2, and crosslinking the aqueous pigment dispersion (i) to obtain an aqueous pigment dispersion (I). Step 4: A step of mixing the aqueous pigment dispersion (I) obtained in Step 3, the crosslinked polymer emulsion (B), an organic solvent, and water to obtain an aqueous ink.
(工程1)
工程1では、ポリマー(a)のカルボキシ基の少なくとも一部をアルカリ金属化合物で中和して、ポリマー(a)の水分散液を得る。
工程1における中和は、pHが7以上11以下になるように行うことが好ましい。中和に用いるアルカリ金属化合物及びポリマー(a)の中和度は、前記のとおりである。
アルカリ金属化合物は、十分かつ均一に中和を促進させる観点から、水溶液として用いることが好ましい。その水溶液の濃度は、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、そして、好ましくは50質量%以下、より好ましくは25質量%以下である。
(Step 1)
In step 1, at least a portion of the carboxy groups of the polymer (a) is neutralized with an alkali metal compound to obtain an aqueous dispersion of the polymer (a).
The neutralization in step 1 is preferably carried out so that the pH is from 7 to 11. The degree of neutralization of the alkali metal compound and polymer (a) used for the neutralization is as described above.
From the viewpoint of promoting sufficient and uniform neutralization, the alkali metal compound is preferably used as an aqueous solution, the concentration of which is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, even more preferably 15% by mass or more, and is preferably 50% by mass or less, more preferably 25% by mass or less.
(工程2)
工程2では、工程1で得られた水不溶性ポリマー(a)の水分散液と顔料とを分散処理して、顔料が水不溶性ポリマー(a)で分散された顔料水分散体(i)を得る。
工程2における分散処理は、剪断応力による本分散だけで顔料粒子を所望の粒径となるまで微粒化することもできるが、均一な顔料水分散体を得る観点から、顔料混合物を予備分散した後、更に本分散することが好ましい。
予備分散に用いる分散機としては、アンカー翼、ディスパー翼等の一般に用いられている混合撹拌装置を用いることができる。
(Step 2)
In step 2, the aqueous dispersion of the water-insoluble polymer (a) obtained in step 1 and a pigment are subjected to a dispersion treatment to obtain an aqueous pigment dispersion (i) in which the pigment is dispersed in the water-insoluble polymer (a).
In the dispersion treatment in step 2, the pigment particles can be atomized to a desired particle size only by main dispersion using shear stress. However, from the viewpoint of obtaining a uniform aqueous pigment dispersion, it is preferable to pre-disperse the pigment mixture and then further carry out main dispersion.
As a dispersing machine used for preliminary dispersion, a commonly used mixing and stirring device such as an anchor blade or a dispersing blade can be used.
本分散に用いる分散機としては、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。これらの中でも、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分散処理を行う場合、処理圧力やパス回数の制御により、顔料水分散体(i)中の顔料粒子の平均粒径を調整することができる。
処理圧力は、生産性及び経済性の観点から、好ましくは60MPa以上300MPa以下であり、パス回数は、好ましくは3以上30以下である。
Examples of dispersing machines used in the dispersion include kneading machines such as roll mills and kneaders, high-pressure homogenizers such as microfluidizers, and media-type dispersing machines such as paint shakers and bead mills. Among these, it is preferable to use a high-pressure homogenizer from the viewpoint of reducing the particle size of the pigment.
When the dispersion treatment is carried out using a high-pressure homogenizer, the average particle size of the pigment particles in the pigment aqueous dispersion (i) can be adjusted by controlling the treatment pressure and the number of passes.
From the viewpoints of productivity and economy, the treatment pressure is preferably 60 MPa or more and 300 MPa or less, and the number of passes is preferably 3 or more and 30 or less.
顔料混合物に有機溶媒が含まれている場合は、公知の方法で有機溶媒を除去することで、顔料水分散体(i)を得ることができる。得られた顔料水分散体(i)中の有機溶媒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、例えば0.1質量%程度以下残存していてもよい。
得られる顔料水分散体(i)の不揮発成分濃度(固形分濃度)は、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、好ましくは10質量%以上、より好ましくは15質量%以上であり、そして、好ましくは30質量%以下、より好ましくは25質量%以下である。
なお、分散体の固形分濃度は、実施例に記載の方法により測定される。
When the pigment mixture contains an organic solvent, the organic solvent can be removed by a known method to obtain the pigment water dispersion (i). It is preferable that the organic solvent in the obtained pigment water dispersion (i) is substantially removed, but it may remain, for example, at about 0.1 mass % or less, as long as the object of the present invention is not impaired.
The non-volatile component concentration (solid content concentration) of the resulting pigment water dispersion (i) is, from the viewpoint of improving the dispersion stability and facilitating the preparation of an aqueous ink, preferably 10% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, and is preferably 30% by mass or less, more preferably 25% by mass or less.
The solids concentration of the dispersion is measured by the method described in the Examples.
顔料水分散体(i)における下記式(1)で表される顔料比率x’は、水系インクの再分散性及び画像濃度を向上させる観点から、好ましくは0.81以上、より好ましくは0.84以上、更に好ましくは0.88以上であり、そして、好ましくは0.99以下、より好ましくは0.98以下、更に好ましくは0.97以下である。
顔料比率x’=[顔料水分散体(i)中の顔料の質量/(顔料水分散体(i)中の顔料の質量+顔料水分散体(i)中のポリマー(a)の質量] (1)
The pigment ratio x', represented by the following formula (1), in the pigment water dispersion (i) is, from the viewpoint of improving the redispersibility of the water-based ink and the image density, preferably 0.81 or more, more preferably 0.84 or more, even more preferably 0.88 or more, and is preferably 0.99 or less, more preferably 0.98 or less, even more preferably 0.97 or less.
Pigment ratio x′=[mass of pigment in pigment water dispersion (i)/(mass of pigment in pigment water dispersion (i)+mass of polymer (a) in pigment water dispersion (i)] (1)
顔料水分散体(i)のキュムラント平均粒径は、粗大粒子を低減し、保存安定性及び画像濃度を向上させる観点から、好ましくは50nm以上、より好ましくは60nm以上、更に好ましくは70nm以上であり、また、好ましくは200nm以下、より好ましくは160nm以下、更に好ましくは150nm以下である。
なお、キュムラント平均粒径は、実施例に記載の方法により測定される。
The cumulant average particle size of the pigment water dispersion (i) is, from the viewpoints of reducing coarse particles and improving storage stability and image density, preferably 50 nm or more, more preferably 60 nm or more, even more preferably 70 nm or more, and is preferably 200 nm or less, more preferably 160 nm or less, even more preferably 150 nm or less.
The cumulant average particle size is measured by the method described in the Examples.
(工程3)
工程3では、工程2で得られた顔料水分散体(i)に多官能エポキシ化合物を添加し、架橋処理して、水系顔料分散体(I)を得る。
工程3では、顔料水分散体(i)中で、顔料を分散させているポリマー(a)がエポキシ化合物によって架橋されて架橋ポリマーが形成され、顔料を含有する架橋ポリマー粒子(A)が水系媒体に分散された形態の水系顔料分散体(I)を得ることができる。
好ましいエポキシ化合物及び架橋度は前述のとおりである。
(Step 3)
In step 3, a polyfunctional epoxy compound is added to the pigment water dispersion (i) obtained in step 2, and crosslinking treatment is carried out to obtain a water-based pigment dispersion (I).
In step 3, the polymer (a) dispersing the pigment in the pigment aqueous dispersion (i) is crosslinked with the epoxy compound to form a crosslinked polymer, thereby obtaining an aqueous pigment dispersion (I) in a form in which crosslinked polymer particles (A) containing the pigment are dispersed in an aqueous medium.
The preferred epoxy compound and the degree of crosslinking are as described above.
架橋処理の温度は、架橋反応の完結と経済性の観点から、好ましくは50℃以上、より好ましは70℃以上であり、そして、好ましくは95℃以下、より好ましくは92℃以下である。また、架橋処理の時間は、上記と同様の観点から、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、好ましくは10時間以下、より好ましくは6時間以下である。 From the viewpoints of completion of the crosslinking reaction and economy, the temperature of the crosslinking treatment is preferably 50°C or higher, more preferably 70°C or higher, and preferably 95°C or lower, more preferably 92°C or lower. From the same viewpoints as above, the time of the crosslinking treatment is preferably 0.5 hours or higher, more preferably 1 hour or higher, and preferably 10 hours or lower, more preferably 6 hours or lower.
得られる水系顔料分散体(I)の不揮発成分濃度(固形分濃度)は、分散安定性を向上させる観点及びインクの製造を容易にする観点から、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%以下である。 The non-volatile component concentration (solid content concentration) of the resulting aqueous pigment dispersion (I) is preferably 10% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, and is preferably 40% by mass or less, more preferably 35% by mass or less, from the viewpoint of improving dispersion stability and facilitating the production of the ink.
下記式(2)で表される水系顔料分散体(I)の顔料比率xは、好ましくは0.80以上、より好ましくは0.84以上、更に好ましくは0.88以上であり、特に好ましくは0.90以上であり、そして、好ましくは0.95以下、より好ましくは0.94以下、更に好ましくは0.93以下である。
水系顔料分散体(I)の顔料比率x=[顔料水分散体(I)中の顔料の質量/(顔料水分散体(I)中の顔料の質量+顔料水分散体(I)中のポリマー(a)由来成分の質量+顔料水分散体(I)中のエポキシ化合物(a)由来成分の質量] (2)
水系顔料分散体(I)の顔料比率xが前記の範囲内であると、水系顔料分散体(I)を水系インクに用いたときに、再分散性及び画像濃度を両立できるインクとすることができる。
The pigment ratio x of the aqueous pigment dispersion (I) represented by the following formula (2) is preferably 0.80 or more, more preferably 0.84 or more, even more preferably 0.88 or more, particularly preferably 0.90 or more, and is preferably 0.95 or less, more preferably 0.94 or less, even more preferably 0.93 or less.
Pigment ratio x of the aqueous pigment dispersion (I)=[mass of pigment in the aqueous pigment dispersion (I)/(mass of pigment in the aqueous pigment dispersion (I)+mass of components derived from polymer (a) in the aqueous pigment dispersion (I)+mass of components derived from epoxy compound (a) in the aqueous pigment dispersion (I)] (2)
When the pigment ratio x of the aqueous pigment dispersion (I) is within the above range, when the aqueous pigment dispersion (I) is used in an aqueous ink, the resulting ink can have both high redispersibility and high image density.
水系顔料分散体(I)のキュムラント平均粒径は、粗大粒子を低減し、保存安定性及び画像濃度を向上させる観点から、好ましくは50nm以上、より好ましくは60nm以上、更に好ましくは70nm以上であり、また、好ましくは200nm以下、より好ましくは160nm以下、更に好ましくは150nm以下である。 The cumulant average particle size of the water-based pigment dispersion (I) is preferably 50 nm or more, more preferably 60 nm or more, and even more preferably 70 nm or more, from the viewpoint of reducing coarse particles and improving storage stability and image density, and is preferably 200 nm or less, more preferably 160 nm or less, and even more preferably 150 nm or less.
(工程4)
工程4では、工程3で得られた水系顔料分散体(I)(顔料を含有する架橋ポリマー粒子(A)の水系分散体)、架橋ポリマーエマルジョン(B)、有機溶媒、及び水を混合して、水系インクを得る。
架橋ポリマーエマルジョン(B)は、ポリマー(b)をエポキシ化合物(b)で架橋して形成されるが、架橋ポリマーエマルジョン(B)中の架橋後のポリマーの酸価は、水系インクの保存安定性、再分散性を向上させる観点から、好ましくは8mgKOH/g以上、より好ましくは10mgKOH/g以上、更に好ましくは12mgKOH/g以上であり、そして、好ましくは70mgKOH/g以下、より好ましくは50mgKOH/g以下、更に好ましくは30mgKOH/g以下である。
架橋ポリマーエマルジョン(B)のキュムラント平均粒径は、粗大粒子を低減し、水系インクの保存安定性、再分散性を向上させる観点から、好ましくは40nm以上、より好ましくは60nm以上、更に好ましくは80nm以上であり、また、好ましくは200nm以下、より好ましくは160nm以下、更に好ましくは120nm以下である。
(Step 4)
In step 4, the aqueous pigment dispersion (I) obtained in step 3 (aqueous dispersion of the pigment-containing crosslinked polymer particles (A)), the crosslinked polymer emulsion (B), an organic solvent, and water are mixed to obtain an aqueous ink.
The crosslinked polymer emulsion (B) is formed by crosslinking the polymer (b) with the epoxy compound (b). From the viewpoint of improving the storage stability and redispersibility of the water-based ink, the acid value of the polymer after crosslinking in the crosslinked polymer emulsion (B) is preferably 8 mgKOH/g or more, more preferably 10 mgKOH/g or more, even more preferably 12 mgKOH/g or more, and is preferably 70 mgKOH/g or less, more preferably 50 mgKOH/g or less, even more preferably 30 mgKOH/g or less.
From the viewpoints of reducing coarse particles and improving the storage stability and redispersibility of the water-based ink, the cumulant average particle size of the crosslinked polymer emulsion (B) is preferably 40 nm or more, more preferably 60 nm or more, and even more preferably 80 nm or more, and is preferably 200 nm or less, more preferably 160 nm or less, and even more preferably 120 nm or less.
用いられる有機溶媒は、水と任意の割合で混合できる水溶性有機溶剤が好ましい。
水溶性有機溶剤としては、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。これらの中でも、水系インクの画像濃度を向上させる観点から、多価アルコール及び多価アルコールアルキルエーテルから選ばれる1種以上が好ましい。
多価アルコールとしては、グリセリン、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール等の沸点が250℃以上の多価アルコールがより好ましく、グリセリンとトリエチレングリコールとの併用が更に好ましい。
The organic solvent used is preferably a water-soluble organic solvent which can be mixed with water in any ratio.
Examples of the water-soluble organic solvent include polyhydric alcohols, polyhydric alcohol alkyl ethers, nitrogen-containing heterocyclic compounds, amides, amines, sulfur-containing compounds, etc. Among these, from the viewpoint of improving the image density of the water-based ink, one or more selected from polyhydric alcohols and polyhydric alcohol alkyl ethers are preferred.
As the polyhydric alcohol, polyhydric alcohols having a boiling point of 250° C. or higher, such as glycerin, triethylene glycol, and tripropylene glycol, are more preferred, and a combination of glycerin and triethylene glycol is even more preferred.
〔水系インク〕
本発明インクは、前記成分の他、必要に応じて、インクに通常用いられる保湿剤、湿潤剤、浸透剤、界面活性剤、粘度調整剤、消泡剤、防腐剤、防黴剤、防錆剤等の各種添加剤を更に含有することができる。
本発明インク中の各成分の含有量は、水系インクの保存安定性を維持し、再分散性及び画像濃度を向上させ、必要なインク性能を付与する観点から、以下のとおりである。
[Water-based ink]
In addition to the above-mentioned components, the ink of the present invention may further contain, as necessary, various additives commonly used in inks, such as a humectant, wetting agent, penetrating agent, surfactant, viscosity modifier, defoamer, preservative, antifungal agent and rust inhibitor.
The content of each component in the ink of the present invention is as follows, from the viewpoints of maintaining the storage stability of the water-based ink, improving redispersibility and image density, and imparting the required ink performance.
(顔料の含有量)
本発明インク中の顔料の含有量は、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2.5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8質量%以下である。
(Pigment content)
The content of the pigment in the ink of the present invention is preferably 1% by mass or more, more preferably 2% by mass or more, even more preferably 2.5% by mass or more, and is preferably 15% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, even more preferably 8% by mass or less.
下記式(3)で表される水系インクの顔料比率rは、水系インクの再分散性及び画像濃度を向上させる観点から、好ましくは0.4以上、より好ましくは0.5以上、更に好ましくは0.55以上、特に好ましくは0.65以上であり、そして、好ましくは0.95以下、より好ましくは0.9以下、更に好ましくは0.85以下、特に好ましくは0.75以下である。
顔料比率r=[水系インク中の顔料の質量/〔水系インク中の顔料の質量+水系インク中の架橋ポリマー(A)の質量+水系インク中の架橋ポリマーエマルジョン(B)の質量〕] (3)
From the viewpoint of improving the redispersibility and image density of the water-based ink, the pigment ratio r of the water-based ink, represented by the following formula (3), is preferably 0.4 or more, more preferably 0.5 or more, even more preferably 0.55 or more, particularly preferably 0.65 or more, and is preferably 0.95 or less, more preferably 0.9 or less, even more preferably 0.85 or less, particularly preferably 0.75 or less.
Pigment ratio r=[mass of pigment in water-based ink/[mass of pigment in water-based ink+mass of cross-linked polymer (A) in water-based ink+mass of cross-linked polymer emulsion (B) in water-based ink]] (3)
(架橋ポリマー粒子(A)の含有量)
本発明インク中の架橋ポリマー粒子(A)の含有量は、水系インクの画像濃度を発現させる観点から、水系インク中の固形分として、好ましくは2質量%以上、より好ましくは3質量%以上、更に好ましくは4質量%以上であり、そして、好ましくは18質量%以下、より好ましくは12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8質量%以下である。
(Content of Crosslinked Polymer Particles (A))
From the viewpoint of achieving a high image density of the water-based ink, the content of the crosslinked polymer particles (A) in the ink of the present invention, expressed as solids in the water-based ink, is preferably 2% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, even more preferably 4% by mass or more, and is preferably 18% by mass or less, more preferably 12% by mass or less, even more preferably 10% by mass or less, and still more preferably 8% by mass or less.
(架橋ポリマーエマルジョン(B)の含有量)
本発明インク中の架橋ポリマーエマルジョン(B)の含有量は、画像濃度を向上させる観点から、水系インク中の固形分として、好ましくは0.5量%以上、より好ましくは0.8質量%以上、更に好ましくは1質量%以上であり、そして、好ましくは10質量%以下、より好ましくは8質量%以下、更に好ましくは6質量%以下、特に好ましくは4質量%以下である。
(ポリマー(a)とエポキシ化合物(a)の合計量比)
下記式(4)で表される本発明インク中のポリマー(a)とエポキシ化合物(a)の合計量比は、好ましくは0.15以上、より好ましくは0.18以上、更に好ましくは0.2以上であり、そして、好ましくは0.65以下、より好ましくは0.5以下、更に好ましくは0.4以下である。
ポリマー(a)とエポキシ化合物(a)の合計量比=[〔ポリマー(a)の質量+エポキシ化合物(a)の質量〕/〔ポリマー(a)の質量+エポキシ化合物(a)の質量+架橋ポリマーエマルジョン(B)の固形分質量〕] (4)
式(4)において各成分の質量は、それぞれ水系インク中の質量を意味する。
(Content of Crosslinked Polymer Emulsion (B))
From the viewpoint of improving image density, the content of the crosslinked polymer emulsion (B) in the ink of the present invention, expressed as the solid content in the water-based ink, is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.8% by mass or more, even more preferably 1% by mass or more, and is preferably 10% by mass or less, more preferably 8% by mass or less, even more preferably 6% by mass or less, and particularly preferably 4% by mass or less.
(Total Amount Ratio of Polymer (a) and Epoxy Compound (a))
The total quantitative ratio of the polymer (a) and the epoxy compound (a) in the ink of the present invention, represented by the following formula (4), is preferably 0.15 or more, more preferably 0.18 or more, even more preferably 0.2 or more, and is preferably 0.65 or less, more preferably 0.5 or less, even more preferably 0.4 or less.
Total amount ratio of polymer (a) to epoxy compound (a)=[[mass of polymer (a)+mass of epoxy compound (a)]/[mass of polymer (a)+mass of epoxy compound (a)+solid content mass of crosslinked polymer emulsion (B)]] (4)
In formula (4), the mass of each component means the mass in the water-based ink.
(有機溶剤の含有量)
本発明インク中の有機溶剤、特に水溶性有機溶剤の含有量は、水系インクの再分散性を確保する観点から、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35質量%以下である。
本発明インク中の水の含有量は、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは50質量%以上であり、そして、好ましくは90質量%以下、より好ましくは80質量%以下、更に好ましくは70質量%以下である。
(Organic Solvent Content)
From the viewpoint of ensuring the redispersibility of the water-based ink, the content of the organic solvent in the ink of the present invention, in particular the water-soluble organic solvent, is preferably 10% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, even more preferably 20% by mass or more, and is preferably 45% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, even more preferably 35% by mass or less.
The water content in the ink of the present invention is preferably 30% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, even more preferably 50% by mass or more, and is preferably 90% by mass or less, more preferably 80% by mass or less, even more preferably 70% by mass or less.
(水系インク物性)
本発明インクの32℃の粘度は、保存安定性、画像濃度を向上させる観点から、好ましくは2mPa・s以上、より好ましくは3mPa・s以上、更に好ましくは5mPa・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9mPa・s以下、更に好ましくは7mPa・s以下である。水系インクの粘度は、E型粘度計を用いて測定できる。
本発明インクのpHは、保存安定性、画像濃度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7.2以上、更に好ましくは7.5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以下、より好ましくは10以下、更に好ましくは9.5以下である。水系インクのpHは、常法により測定できる。
(Water-based ink properties)
From the viewpoint of improving storage stability and image density, the viscosity of the ink of the present invention at 32° C. is preferably 2 mPa·s or more, more preferably 3 mPa·s or more, even more preferably 5 mPa·s or more, and is preferably 12 mPa·s or less, more preferably 9 mPa·s or less, even more preferably 7 mPa·s or less. The viscosity of the water-based ink can be measured using an E-type viscometer.
From the viewpoint of improving storage stability and image density, the pH of the ink of the present invention is preferably 7.0 or more, more preferably 7.2 or more, and even more preferably 7.5 or more. From the viewpoint of member resistance and skin irritation, the pH is preferably 11 or less, more preferably 10 or less, and even more preferably 9.5 or less. The pH of the water-based ink can be measured by a conventional method.
以下の調製例、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、各種の物性の測定は、以下の方法で行った。
In the following Preparation Examples, Production Examples, Examples and Comparative Examples, "parts" and "%" are "parts by mass" and "% by mass" unless otherwise specified.
The various physical properties were measured by the following methods.
(1)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-8320GPC)、東ソー株式会社製カラム(TSKgel SuperAWM-H、TSKgel SuperAW3000、TSKgel guardcolum Super AW-H)、流速:0.5mL/min〕により、標準物質として分子量既知の単分散ポリスチレンキット〔PStQuick B(F-550、F-80、F-10、F-1、A-1000)、PStQuick C(F-288、F-40、F-4、A-5000、A-500)、東ソー株式会社製〕を用いて測定した。
測定サンプルは、ガラスバイアル中にポリマー0.1gを前記溶離液10mLと混合し、25℃で10時間、マグネチックスターラーで撹拌し、シリンジフィルター(DISMIC-13HP PTFE 0.2μm、アドバンテック株式会社製)で濾過したものを用いた。
(1) Measurement of the weight average molecular weight of the polymer Using a solution of phosphoric acid and lithium bromide dissolved in N,N-dimethylformamide to a concentration of 60 mmol/L and 50 mmol/L, respectively, as an eluent, the weight average molecular weight was measured by gel permeation chromatography (GPC apparatus (HLC-8320GPC) manufactured by Tosoh Corporation, columns (TSKgel SuperAWM-H, TSKgel SuperAW3000, TSKgel guardcolumn Super AW-H), flow rate: 0.5 mL/min) using a monodisperse polystyrene kit with known molecular weight (PStQuick B (F-550, F-80, F-10, F-1, A-1000), PStQuick C (F-288, F-40, F-4, A-5000, A-500), manufactured by Tosoh Corporation) as a standard substance.
The measurement sample was prepared by mixing 0.1 g of polymer with 10 mL of the eluent in a glass vial, stirring the mixture with a magnetic stirrer at 25° C. for 10 hours, and filtering the mixture with a syringe filter (DISMIC-13HP PTFE 0.2 μm, manufactured by Advantec Co., Ltd.).
(2)ポリマーの酸価の測定
JIS K0070において、測定溶媒を、エタノールとエーテルとの混合溶媒から、エタノールとトルエンとの混合溶媒〔エタノール:トルエン=1:1(容量比)〕に変更したこと以外は、JIS K0070に従って測定した。
(2) Measurement of Acid Value of Polymer The measurement was performed in accordance with JIS K0070, except that the measurement solvent was changed from a mixed solvent of ethanol and ether to a mixed solvent of ethanol and toluene [ethanol:toluene=1:1 (volume ratio)].
(3)顔料分散体のキュムラント平均粒径の測定
レーザー粒子解析システム(大塚電子株式会社製、ELS-8000)を用いてキュムラント解析を行い、キュムラント平均粒径を測定した。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。測定サンプルの濃度は、5×10-3%(固形分濃度換算)で行った。
(3) Measurement of cumulant average particle diameter of pigment dispersion Cumulant analysis was performed using a laser particle analysis system (ELS-8000, manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) to measure the cumulant average particle diameter. The measurement conditions were a temperature of 25°C, an angle between the incident light and the detector of 90°, and 100 cumulative measurements, and the refractive index of water (1.333) was input as the refractive index of the dispersion solvent. The concentration of the measurement sample was 5 x 10 -3 % (converted into solids concentration).
(4)顔料分散体の固形分濃度の測定
赤外線水分計(株式会社ケツト科学研究所製、FD-230)を用いて、測定試料5gを乾燥温度150℃、測定モード96(監視時間2.5分、水分量の変動幅0.05%)の条件にて乾燥させ、顔料分散体の水分量(質量%)を測定した。固形分濃度(質量%)は次式により算出した。
固形分濃度(質量%)=100-水分量(質量%)
(4) Measurement of solid content concentration of pigment dispersion Using an infrared moisture meter (FD-230, manufactured by Kett Electric Laboratory Ltd.), 5 g of a measurement sample was dried under conditions of a drying temperature of 150°C and measurement mode 96 (monitoring time 2.5 minutes, moisture content fluctuation range 0.05%), and the moisture content (mass %) of the pigment dispersion was measured. The solid content concentration (mass %) was calculated by the following formula.
Solid content (mass%)=100-water content (mass%)
調製例1(水不溶性ポリマー(a)の調製)
アクリル酸(富士フイルム和光純薬株式会社製、試薬)30.8部、スチレン(富士フイルム和光純薬株式会社製 試薬)59.2部、α-メチルスチレン(富士フイルム和光純薬株式会社製、試薬)10.0部を混合し、原料モノマー混合物を調製した。
反応容器内に、メチルエチルケトン(MEK)10部、2-メルカプトプロピオン酸(重合連鎖移動剤)0.3部、及び前記原料モノマー混合物の10%を入れて混合し、窒素ガス置換を十分に行った。
一方、滴下ロートに、前記原料モノマー混合物の残りと、前記重合連鎖移動剤0.27部、MEK40部、及びアゾ系ラジカル重合開始剤(富士フイルム和光純薬株式会社製、V-501;4,4’-アゾビス(4-シアノ吉草酸))1.1部の混合液を入れ、窒素雰囲気下、反応容器内の前記モノマー混合液を撹拌しながら65℃まで昇温し、滴下ロート中の混合液を3時間かけて滴下した。滴下終了から65℃で2時間経過後、前記重合開始剤0.15部をMEK2.5部に溶解した溶液を加え、更に65℃で2時間、70℃で2時間熟成させ、カルボキシ基を有する水不溶性ポリマー(a1)(重量平均分子量:11,800、酸価240mgKOH/g)の溶液を得た。
Preparation Example 1 (Preparation of Water-Insoluble Polymer (a))
A raw material monomer mixture was prepared by mixing 30.8 parts of acrylic acid (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd., reagent), 59.2 parts of styrene (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd., reagent), and 10.0 parts of α-methylstyrene (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd., reagent).
Into a reaction vessel, 10 parts of methyl ethyl ketone (MEK), 0.3 parts of 2-mercaptopropionic acid (polymerization chain transfer agent), and 10% of the raw material monomer mixture were placed and mixed, and the atmosphere was thoroughly replaced with nitrogen gas.
Meanwhile, a dropping funnel was charged with a mixture of the remainder of the raw material monomer mixture, 0.27 parts of the polymerization chain transfer agent, 40 parts of MEK, and 1.1 parts of an azo-based radical polymerization initiator (V-501; 4,4'-azobis(4-cyanovaleric acid) manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and the monomer mixture in the reaction vessel was heated to 65°C while stirring under a nitrogen atmosphere, and the mixture in the dropping funnel was dropped over 3 hours. After 2 hours had elapsed at 65°C from the end of the dropping, a solution in which 0.15 parts of the polymerization initiator was dissolved in 2.5 parts of MEK was added, and the mixture was further aged at 65°C for 2 hours and at 70°C for 2 hours to obtain a solution of a water-insoluble polymer (a1) having a carboxy group (weight average molecular weight: 11,800, acid value 240 mgKOH/g).
製造例1-1(ポリマー水分散液の製造(工程1))
調製例1で得られたポリマー溶液を減圧乾燥させて得られたカルボキシ基を有する水不溶性ポリマー(a)80部にイオン交換水271部、中和剤として5N水酸化ナトリウム水溶液(水酸化ナトリウム固形分16.9%)48.6部を加え、水不溶性ポリマー(a)のカルボキシ基のモル数に対する水酸化ナトリウムのモル数の割合が60モル%(中和度60モル%)になるように中和した。得られた水溶液を150rpmで撹拌しながら90℃で5時間加熱して、ポリマー水分散液(固形分濃度20%)を得た。
Production Example 1-1 (Production of polymer aqueous dispersion (step 1))
271 parts of ion-exchanged water and 48.6 parts of 5N aqueous sodium hydroxide solution (sodium hydroxide solid content 16.9%) as a neutralizing agent were added to 80 parts of water-insoluble polymer (a) having a carboxy group obtained by drying the polymer solution obtained in Preparation Example 1 under reduced pressure, and the ratio of the number of moles of sodium hydroxide to the number of moles of carboxy groups in the water-insoluble polymer (a) was 60 mol% (neutralization degree 60 mol%). The obtained aqueous solution was heated at 90°C for 5 hours while stirring at 150 rpm to obtain a polymer aqueous dispersion (solid content concentration 20%).
製造例2-1(顔料水分散体の製造)
(工程2:顔料水分散体(i-1)の製造)
製造例1-1で得られたポリマー水分散液26部に、イオン交換水352部、マゼンタ顔料(PV19:大日精化工業株式会社製、Pigment Violet 19)100部を加え、ディスパー(淺田鉄工株式会社製、ウルトラディスパー)を用いて、20℃でディスパー翼を7,000rpmで回転させる条件で60分間撹拌した。得られた混合物をマイクロフルイダイザー(Microfluidics社製、商品名)で200MPaの圧力で10パス分散処理し、分散処理物を得た。
得られた分散処理物を孔径5μmのフィルター(Sartorius Stedim Biotech社製、ミニザルトシリンジフィルター、フィルター径:26mm、材質:セルロースアセテート)を取り付けた容量25mLの針なしシリンジ(テルモ株式会社製)で濾過し、粗大粒子を除去した後、イオン交換水を固形分濃度が20%になるよう添加し、顔料水分散体(i-1)を得た。
得られた顔料水分散体(i-1)における、前記式(1)で表される顔料比率x’は、0.95であり、また、顔料水分散体(i-1)調製後、1時間後にキュムラント平均粒径を測定したところ118nmであった。
Production Example 2-1 (Production of Pigment Water Dispersion)
(Step 2: Production of Pigment Water Dispersion (i-1))
352 parts of ion-exchanged water and 100 parts of magenta pigment (PV19: Pigment Violet 19, manufactured by Dainichiseika Color & Chemicals Co., Ltd.) were added to 26 parts of the polymer aqueous dispersion obtained in Production Example 1-1, and the mixture was stirred for 60 minutes using a disper (Ultra Disper, manufactured by Asada Iron Works Co., Ltd.) at 20° C. with a disper blade rotating at 7,000 rpm. The resulting mixture was subjected to 10 passes of dispersion treatment at a pressure of 200 MPa using a Microfluidizer (trade name, manufactured by Microfluidics Co., Ltd.) to obtain a dispersion treatment product.
The obtained dispersion was filtered with a 25 mL needleless syringe (manufactured by Terumo Corporation) equipped with a filter having a pore size of 5 μm (manufactured by Sartorius Stedim Biotech, Mini Sart Syringe Filter, filter diameter: 26 mm, material: cellulose acetate) to remove coarse particles, and then ion-exchanged water was added to the dispersion to a solids concentration of 20%, thereby obtaining a pigment aqueous dispersion (i-1).
In the obtained pigment water dispersion (i-1), the pigment ratio x' represented by the above formula (1) was 0.95, and the cumulant average particle size measured one hour after the preparation of the pigment water dispersion (i-1) was 118 nm.
(工程3:水系顔料分散体(A1)の製造)
上記工程1で得られた顔料水分散体(i-1)の100部(固形分20%)をねじ口付きガラス瓶に取り、顔料水分散体(i-1)中のポリマー(a)が有する全カルボキシ基の55モル%が架橋されるように(架橋度55モル%)、エポキシ化合物としてジエチレングリコールジグリシジルエーテル(ナガセケムテックス株式会社製、デナコールEX-216L、[C/O]比:q(a)=3.5)0.35部を加えて密栓し、スターラーで撹拌しながら90℃で5時間加熱した。5時間経過後、室温まで降温し、孔径5μmのフィルター(Sartorius Stedim Biotech社製、ミニザルトシリンジフィルター、フィルター径:26mm、材質:セルロースアセテート)を取り付けた容量25mLの針なしシリンジ(テルモ株式会社製)で濾過したのちにイオン交換水を加えて固形分濃度を20%に調整して、顔料を含有する架橋ポリマー粒子(A1)の水系分散体(水系顔料分散体A1)を得た。
得られた水系顔料分散体A1における、前記式(2)で表される顔料比率xは、0.94であり、また、キュムラント平均粒径は132nmであった。
(Step 3: Production of Water-Based Pigment Dispersion (A1))
100 parts (solid content 20%) of the pigment water dispersion (i-1) obtained in the above step 1 was placed in a screw-capped glass bottle, and 0.35 parts of diethylene glycol diglycidyl ether (Denacol EX-216L, manufactured by Nagase ChemteX Corporation, [C/O] ratio: q(a)=3.5) was added as an epoxy compound so that 55 mol % of all carboxy groups in the polymer (a) in the pigment water dispersion (i-1) were crosslinked (degree of crosslinking: 55 mol %). The bottle was then sealed and heated at 90° C. for 5 hours while stirring with a stirrer. After 5 hours had elapsed, the temperature was lowered to room temperature, and the mixture was filtered using a 25 mL needleless syringe (manufactured by Terumo Corporation) equipped with a filter having a pore size of 5 μm (manufactured by Sartorius Stedim Biotech, Mini Sart Syringe Filter, filter diameter: 26 mm, material: cellulose acetate), and then ion exchanged water was added to adjust the solid content to 20%, thereby obtaining an aqueous dispersion of pigment-containing crosslinked polymer particles (A1) (aqueous pigment dispersion A1).
In the obtained water-based pigment dispersion A1, the pigment ratio x represented by the above formula (2) was 0.94, and the cumulant average particle size was 132 nm.
製造例2-2~2-6、及び比較製造例2-1~2-2
製造例2-1において、表1に示すようにエポキシ化合物の種類と量を変更した以外は、製造例2-1と同様にして、水系顔料分散体(A2)~(A6)、及び(AC1)~(AC2)を得た。結果を表1に示す。
用いたエポキシ化合物のカタログに記載の化合物名から計算した[C/O]比:q(a)の数値、エポキシ当量、及びキュムラント平均粒径を表1に示す。
Production Examples 2-2 to 2-6 and Comparative Production Examples 2-1 to 2-2
Water-based pigment dispersions (A2) to (A6) and (AC1) to (AC2) were obtained in the same manner as in Production Example 2-1, except that the type and amount of the epoxy compound in Production Example 2-1 was changed as shown in Table 1. The results are shown in Table 1.
Table 1 shows the [C/O] ratio: q(a) calculated from the compound name listed in the catalog for the epoxy compound used, the epoxy equivalent, and the cumulant average particle size.
表1中に記載のエポキシ化合物の詳細は以下のとおりである。
・EX-216L:ナガセケムテックス株式会社製、デナコールEX-216L:シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、[C/O]比:q(a)=3.5、エポキシ当量:150、水溶率:0%
・EX-212L:ナガセケムテックス株式会社製、デナコールEX-212L:1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、[C/O]比:q(a)=3.0、エポキシ当量:150、水溶率:0%
・EX-850L:ナガセケムテックス株式会社製、デナコールEX-850L、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、[C/O]比:q(b)=2.0、エポキシ当量:145、水溶率:100%
・EX-252:ナガセケムテックス株式会社製、デナコールEX-252、水添ビスフェノールA型ジグリシジルエーテル、[C/O]比:q(b)=5.3、エポキシ当量:213、水溶率:0%
Details of the epoxy compounds shown in Table 1 are as follows.
EX-216L: Nagase ChemteX Corporation, Denacol EX-216L: cyclohexanedimethanol diglycidyl ether, [C/O] ratio: q(a)=3.5, epoxy equivalent: 150, water solubility: 0%
EX-212L: Nagase ChemteX Corporation, Denacol EX-212L: 1,6-hexanediol diglycidyl ether, [C/O] ratio: q(a)=3.0, epoxy equivalent: 150, water solubility: 0%
EX-850L: Nagase ChemteX Corporation, Denacol EX-850L, diethylene glycol diglycidyl ether, [C/O] ratio: q(b)=2.0, epoxy equivalent: 145, water solubility: 100%
EX-252: Nagase ChemteX Corporation, Denacol EX-252, hydrogenated bisphenol A diglycidyl ether, [C/O] ratio: q(b) = 5.3, epoxy equivalent: 213, water solubility: 0%
製造例3-1~3-2、及び比較製造例3-1~3-3(ポリマーエマルジョン(B1)~(B2)、(BC1)~(BC3)の製造)
(1)500mLガラスビーカー中にメチルメタクリレート(富士フイルム和光純薬株式会社製)144.5部、2-エチルヘキシルアクリレート(富士フイルム和光純薬株式会社製)50部、メタクリル酸(富士フイルム和光純薬株式会社製)5.5部、ポリオキシエチレン(18)ラウリルエーテル硫酸ナトリウム水溶液(花王株式会社製、ラテムルE-118B、固形分26%)18.5部、イオン交換水96部、過硫酸カリウム0.4部を仕込み、マグネチックスターラーで撹拌(300rpm)し、モノマー乳化液を得た。
滴下ロートを備えた1000mlのセパラブルフラスコに、ラテムルE-118B 4.6部、イオン交換水186部、過硫酸カリウム0.08部を入れ窒素ガス置換を十分行った。窒素雰囲気下、撹拌羽でセパラブルフラスコ内を撹拌(200rpm)しながら80℃まで昇温し、上記モノマー乳化液を滴下ロート中に仕込みのこのモノマー乳化液を3時間かけて滴下、反応させた。この反応液にイオン交換水を加え有効分を20%とすることで架橋前のポリマーエマルジョン(B)(重量平均分子量:100,000、キュムラント平均粒径:100nm、酸価36mgKOH/g)を得た。
Production Examples 3-1 to 3-2, and Comparative Production Examples 3-1 to 3-3 (Production of Polymer Emulsions (B1) to (B2), (BC1) to (BC3))
(1) Into a 500 mL glass beaker, 144.5 parts of methyl methacrylate (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 50 parts of 2-ethylhexyl acrylate (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 5.5 parts of methacrylic acid (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), 18.5 parts of an aqueous solution of polyoxyethylene (18) lauryl ether sodium sulfate (manufactured by Kao Corporation, Latemul E-118B, solid content 26%), 96 parts of ion-exchanged water, and 0.4 parts of potassium persulfate were charged and stirred (300 rpm) with a magnetic stirrer to obtain a monomer emulsion.
A 1000 ml separable flask equipped with a dropping funnel was charged with 4.6 parts of LATEMURU E-118B, 186 parts of ion-exchanged water, and 0.08 parts of potassium persulfate, and nitrogen gas replacement was thoroughly performed. Under a nitrogen atmosphere, the temperature in the separable flask was raised to 80° C. while stirring (200 rpm) with a stirring blade, and the monomer emulsion charged in the dropping funnel was dropped over 3 hours and reacted. Ion-exchanged water was added to this reaction liquid to make the effective content 20%, thereby obtaining a polymer emulsion (B) (weight average molecular weight: 100,000, cumulant average particle size: 100 nm, acid value 36 mg KOH/g) before crosslinking.
(2)上記(1)で得られたポリマーエマルジョン(B)(固形分20%)100部をねじ口付きガラス瓶に取り、該ポリマーエマルジョンが含有するポリマーの全カルボキシ基の55モル%が架橋されるように(架橋度55モル%)、エポキシ化合物(デナコールEX-850L、デナコールEX-216L、又はデナコールEX-212L)1部、イオン交換水4.2部を加えて密栓し、スターラーで撹拌しながら90℃で5時間加熱した。5時間経過後、室温まで降温し、孔径5μmのフィルター(Sartorius Stedim Biotech社製、ミニザルトシリンジフィルター、フィルター径:26mm、材質:セルロースアセテート)を取り付けた容量25mLの針なしシリンジ(テルモ株式会社製)で濾過して、イオン交換水を加えて固形分濃度を20%に調整してポリマーエマルジョン(B1)~(B2)、(BC1)~(BC3)を得た。結果を表2に示す。 (2) 100 parts of the polymer emulsion (B) (solid content 20%) obtained in (1) above was placed in a screw-capped glass bottle, and 1 part of an epoxy compound (Denacol EX-850L, Denacol EX-216L, or Denacol EX-212L) and 4.2 parts of ion-exchanged water were added so that 55 mol % of the total carboxy groups of the polymer contained in the polymer emulsion were crosslinked (crosslinking degree 55 mol %), and the bottle was sealed and heated at 90°C for 5 hours while stirring with a stirrer. After 5 hours, the temperature was lowered to room temperature and the solution was filtered using a 25 mL needleless syringe (Terumo Corporation) equipped with a 5 μm pore size filter (Mini Sart Syringe Filter, Sartorius Stedim Biotech, filter diameter: 26 mm, material: cellulose acetate), and ion-exchanged water was added to adjust the solids concentration to 20%, yielding polymer emulsions (B1) to (B2) and (BC1) to (BC3). The results are shown in Table 2.
表2中に記載のエポキシ化合物の詳細は以下のとおりである。
・EX-214L:ナガセケムテックス株式会社製、デナコールEX-214L、1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル、[C/O]比:q(b)=2.5、エポキシ当量:120、水溶率:100%
・EX-622:ナガセケムテックス株式会社製、デナコールEX-622、ソルビトールポリグリシジルエーテル、[C/O]比:q(b)=1.5、エポキシ当量:191、水溶率:0%
Details of the epoxy compounds listed in Table 2 are as follows.
EX-214L: Nagase ChemteX Corporation, Denacol EX-214L, 1,4-butanediol diglycidyl ether, [C/O] ratio: q(b)=2.5, epoxy equivalent: 120, water solubility: 100%
EX-622: Nagase ChemteX Corporation, Denacol EX-622, sorbitol polyglycidyl ether, [C/O] ratio: q(b)=1.5, epoxy equivalent: 191, water solubility: 0%
実施例1
(工程4:水系インクの製造)
製造例2-2で得られた架橋ポリマー粒子(A2)の水系顔料分散体(A2)30.0部(水系インク中の顔料含有量:5.6部)、製造例3-1で得られたポリマーエマルジョン(B1)10.0部、有機溶媒としてグリセリン5部、及びジエチレングリコールモノブチルエーテル(富士フイルム和光純薬株式会社製、試薬)5部、1.2-ヘキサンジオール(東京化成工業株式会社製、試薬)5部、非イオン性界面活性剤(商品名: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)0.5部に、イオン交換水を全量が100部になるように加えて、マグネチックスターラーで2時間撹拌してよく混合し、孔径1.2μmのフィルター(Sartorius Stedim Biotech社製、ミニザルトシリンジフィルター、フィルター径:26mm、材質:セルロースアセテート)を取り付けた容量25mLの針なしシリンジで濾過して、水系インク1を得た。
Example 1
(Step 4: Preparation of Water-Based Ink)
A mixture of 30.0 parts of the aqueous pigment dispersion (A2) of the crosslinked polymer particles (A2) obtained in Production Example 2-2 (pigment content in the aqueous ink: 5.6 parts), 10.0 parts of the polymer emulsion (B1) obtained in Production Example 3-1, 5 parts of glycerin as an organic solvent, and 5 parts of diethylene glycol monobutyl ether (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., reagent), 5 parts of 1.2-hexanediol (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., reagent), and 0.5 parts of a nonionic surfactant (product name: Acetylenol E100, manufactured by Kawaken Fine Chemicals Co., Ltd., 10 mole ethylene oxide adduct of 2,4,7,9-tetramethyl-5-decyne-4,7-diol) was added with ion-exchanged water to a total amount of 100 parts, and the mixture was thoroughly mixed by stirring for 2 hours with a magnetic stirrer, and then filtered through a 1.2 μm pore size filter (Sartorius Stedim The mixture was filtered using a 25 mL needleless syringe equipped with a Minisart Syringe Filter (manufactured by Biotech, filter diameter: 26 mm, material: cellulose acetate) to obtain Water-based Ink 1.
実施例2~8、及び比較例1~6
実施例1において、表3に示す条件に変更した以外は、実施例1と同様にして、水系インク2~8、及びC1~C6を得た。
Examples 2 to 8 and Comparative Examples 1 to 6
Water-based inks 2 to 8 and C1 to C6 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the conditions in Example 1 were changed to those shown in Table 3.
実施例9
実施例1において、有機溶媒として、グリセリン5部、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(富士フイルム和光純薬株式会社製、試薬)5部、1.2-ヘキサンジオール(東京化成工業株式会社製 試薬)5部の代わりに、グリセリン5部、トリエチレングリコール10部とした以外は、実施例1と同様にして、水系インク9を得た。
Example 9
Water-based ink 9 was obtained in the same manner as in Example 1, except that 5 parts of glycerin and 10 parts of triethylene glycol were used instead of 5 parts of glycerin, 5 parts of diethylene glycol monobutyl ether (manufactured by FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd., reagent), and 5 parts of 1,2-hexanediol (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., reagent) as the organic solvent in Example 1.
実施例及び比較例で得られた水系インクを用いて、以下の方法により、インクの再分散性、及び普通紙への印刷における画像濃度を評価した。結果を表3に示す。 The water-based inks obtained in the examples and comparative examples were used to evaluate the redispersibility of the ink and the image density when printed on plain paper using the following methods. The results are shown in Table 3.
(水系インクの再分散性)
マイクロピペットを用いて、水系インクをスクリュー管No.5(株式会社マルエム製)の底の中央部に10μL滴下し、蓋をせずに40℃、25%RHの環境で24時間放置して、水系インクを蒸発乾固させた。
スクリュー管の底に残留した固形物に、イオン交換水を10mL添加し、150rpmで1分間攪拌し、前記固形物の再分散性を目視で観察し、下記の評価基準により、水系インクの再分散性を評価した。
(評価基準)
〇:固形物が均一に再分散した。
△:固形物が再分散したが、残渣があった。
×:固形物が再分散しなかった。
再分散性は高い方が好ましいが、実使用上は、「△」評価以上であればよい。
(Redispersibility of Water-Based Ink)
Using a micropipette, 10 μL of the water-based ink was dropped onto the center of the bottom of a screw tube No. 5 (manufactured by Maruemu Co., Ltd.), and the tube was left uncovered in an environment of 40° C. and 25% RH for 24 hours to evaporate and dry the water-based ink.
10 mL of ion-exchanged water was added to the solid matter remaining at the bottom of the screw tube, and the mixture was stirred at 150 rpm for 1 minute. The redispersibility of the solid matter was visually observed, and the redispersibility of the water-based ink was evaluated according to the following evaluation criteria.
(Evaluation criteria)
◯: The solid matter was uniformly redispersed.
Δ: The solid matter was redispersed, but some residue remained.
×: The solid matter was not redispersed.
Higher redispersibility is preferable, but in practical use, a rating of "△" or better is sufficient.
(普通紙印刷物の画像濃度)
インクジェットプリンター(セイコーエプソン株式会社製、型番:EW-M-660FT、ピエゾ式)に、水系インク1~12及び比較例の水系インクC1~C8をそれぞれ充填し、室温23℃、相対湿度50%の条件で、普通紙(ゼロックス社製、商品名:XEROX 4200に、印刷条件を、〔用紙種類:普通紙、印刷品質:標準〕とし、ベタ画像の印刷を行い、普通紙印刷物を得た。
普通紙印刷物の画像濃度の測定は、分光光度計(X-Rite社製、品番:Spectro Eye)を用い、測定条件を、観測光源D65、観測視野2度、濃度基準を DIN16536とし、各色の色濃度成分の数値を読み取って行った。測定回数は、測定する場所を変え、合計10点の平均値を求めた。数値が大きいほど画像濃度が高い。
画像濃度は高い方が好ましいが、実使用上は、カラーインク(有機顔料)においては0.90以上であれば支障はない。
(Image density on plain paper prints)
An inkjet printer (Seiko Epson Corporation, model number: EW-M-660FT, piezoelectric type) was filled with each of the water-based inks 1 to 12 and the water-based inks C1 to C8 of the comparative examples, and a solid image was printed on plain paper (Xerox Corporation, product name: XEROX 4200) under the printing conditions of [paper type: plain paper, print quality: standard] at a room temperature of 23° C. and a relative humidity of 50%, to obtain a plain paper print.
The image density of the plain paper print was measured using a spectrophotometer (manufactured by X-Rite, product number: Spectro Eye) under the following measurement conditions: observation light source D65, observation field of view 2 degrees, and density standard DIN 16536. The numerical values of the color density components of each color were read. Measurements were taken at different locations, and the average value of a total of 10 points was calculated. The higher the numerical value, the higher the image density.
Although a high image density is preferable, in practical use, there is no problem if the image density is 0.90 or more for color inks (organic pigments).
表3から、実施例1~9で得られた水系インクは、比較例1~6で得られた水系インクに比べて、再分散性と画像濃度が高レベルでバランスしていることが分かる。 From Table 3, it can be seen that the water-based inks obtained in Examples 1 to 9 have a high level of balance between redispersibility and image density compared to the water-based inks obtained in Comparative Examples 1 to 6.
本発明の水系インクは、再分散性が高く、かつ、普通紙へのインクジェット記録においても高い画像濃度を有する記録物を得ることができる。 The water-based ink of the present invention has high redispersibility and can produce recorded material with high image density even when inkjet recorded on plain paper.
Claims (9)
顔料を含有する架橋ポリマー粒子(A)を構成するポリマーが、カルボキシ基含有ビニルモノマー由来の構成単位と疎水性ビニルモノマー由来の構成単位とを有するポリマー(a)をエポキシ化合物(a)で架橋してなるものであり、
架橋ポリマーエマルジョン(B)を構成するポリマーが、カルボキシ基含有ビニルモノマー由来の構成単位と疎水性ビニルモノマー由来の構成単位とを有するポリマー(b)をエポキシ化合物(b)で架橋してなるものであり、
エポキシ化合物(a)の[炭素原子数/酸素原子数]の比q(a)が2.7以上3.8以下であり、
エポキシ化合物(b)の[炭素原子数/酸素原子数]の比q(b)が1.6以上2.7未満である、水系インク。 A water-based ink comprising a crosslinked polymer particle (A) containing a pigment, a crosslinked polymer emulsion (B), and water,
the polymer constituting the pigment-containing crosslinked polymer particle (A) is obtained by crosslinking a polymer (a) having a structural unit derived from a carboxyl group-containing vinyl monomer and a structural unit derived from a hydrophobic vinyl monomer with an epoxy compound (a);
the polymer constituting the crosslinked polymer emulsion (B) is obtained by crosslinking a polymer (b) having a structural unit derived from a carboxyl group-containing vinyl monomer and a structural unit derived from a hydrophobic vinyl monomer with an epoxy compound (b);
The ratio q(a) of [number of carbon atoms/number of oxygen atoms] of the epoxy compound (a) is 2.7 or more and 3.8 or less;
A water-based ink, comprising an epoxy compound (b) having a ratio q(b) of [number of carbon atoms/number of oxygen atoms] of 1.6 or more and less than 2.7.
顔料比率x=[顔料水分散体(I)中の顔料の質量/(顔料水分散体(I)中の顔料の質量+顔料水分散体(I)中のポリマー(a)由来成分の質量+顔料水分散体(I)中のエポキシ化合物(a)由来成分の質量] (2) 6. The water-based ink according to claim 1, wherein the pigment-containing crosslinked polymer particles (A) have a pigment ratio x represented by the following formula (2) of 0.80 or more and 0.95 or less:
Pigment ratio x=[mass of pigment in pigment water dispersion (I)/(mass of pigment in pigment water dispersion (I)+mass of component derived from polymer (a) in pigment water dispersion (I)+mass of component derived from epoxy compound (a) in pigment water dispersion (I)] (2)
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