JP2019119789A - 水系顔料分散体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
商業印刷、産業印刷分野へのインクジェット印刷の展開の利点としては、アナログ印刷のように印刷版を必要としないため、少量対応、バリアブル印刷等のオンデマンド印刷へ対応できることにある。そして、環境への負荷の低減及び印刷物の耐候性や耐水性の観点から、着色剤として顔料を用いる水系インクが主流となってきている。
特許文献2には、分散安定性に優れ、吐出安定性と耐擦性の両立を可能としたインクジェット記録用水性インクの提供を目的として、特定の疎水性構造単位(a)と親水性構造単位(b)を有する樹脂(A)と、樹脂(A)によって分散された顔料(B)と、樹脂エマルション(C)と、水性液媒体(D)とを含むインクジェット記録用水性インクが開示されている。
耐折り曲げ性を改善する手法としてインク中のポリマー量を増加させる方法がある。インク中のポリマー量を増加させるため顔料を分散させる際にポリマーを多量に用いると、耐折り曲げ性は向上するが、顔料分散時の粘度が過度に上昇する。また、インク中のポリマー量を増加させるためインク調製時にポリマーエマルションを多量に混合すると、インク調製直後及びインク濃縮時の粘度が上昇し、インクジェット印刷の吐出信頼性が悪化することが判明した。
本発明は、水系インクに用いることにより、吐出信頼性及び印刷物の耐折り曲げ性に優れる水系顔料分散体の製造方法、及び該水系顔料分散体を含有するインクジェット記録用インクを提供することを課題とする。
[1]顔料及びポリマーを含有する水系顔料分散体(I)の製造方法であって、
顔料水分散体(A)と、ポリマー(B)のエマルションと、架橋剤(C)との混合物を45℃以上100℃以下で熱処理する工程を有し、
かつ、該ポリマーの総量に対する該顔料の質量比(顔料/ポリマー総量)が0.48以上2.15以下である、水系顔料分散体(I)の製造方法。
[2]前記[1]に記載の製造方法により得られた水系顔料分散体(I)及び水溶性有機化合物(II)を含有する、インクジェット記録用インク。
本発明は、顔料及びポリマーを含有する水系顔料分散体(I)の製造方法であって、顔料水分散体(A)と、ポリマー(B)のエマルションと、架橋剤(C)との混合物を45℃以上100℃以下で熱処理する工程(以下、「熱処理工程」ともいう)を有し、かつ、該ポリマーの総量に対する該顔料の質量比(顔料/ポリマー総量)が0.48以上2.15以下である、水系顔料分散体(I)の製造方法である。
なお、本発明において「水系」とは、顔料を分散させる媒体中で、水が最大割合を占めていることを意味する。また、本発明で用いられるポリマー(B)のエマルションは、顔料を含有しないポリマー(B)粒子の水分散体である。
本発明の製造方法により得られる水系顔料分散体(I)は、耐折り曲げ性に優れる印刷物を得ることができるため、フレキソ印刷インキ用、グラビア印刷インキ用、又はインクジェットインク用の水系顔料分散体として好適に用いることができ、インクジェット印刷における吐出信頼性に優れるため、特にインクジェットインク用水系顔料分散体として用いることが好ましい。
本発明は、顔料水分散体と、ポリマーエマルションと、架橋剤との混合物を、特定の温度で熱処理してポリマーを架橋させることにより、顔料水分散体とポリマーエマルションが複合化され、更に架橋構造が導入される。これにより、多量のポリマーを系中に存在させつつ粒子数は少ない状態となり、その結果として粘度の上昇が抑制されると考えられる。そして、低粘度を維持することができるためインクジェット印刷におけるノズルの閉塞が起こり難く、吐出信頼性が向上すると考えられる。更に得られる水系顔料分散体はポリマーを多量に含有するため柔軟性を有する樹脂フィルムに対するインクの密着性が向上し、耐折り曲げ性が向上すると推定される。
本発明で用いられる顔料水分散体(A)は、顔料が水系媒体中に分散されてなる。
顔料は、無機顔料及び有機顔料のいずれであってもよく、レーキ顔料、蛍光顔料を用いることもできる。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、サーマルランプブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック等が挙げられる。
有機顔料の具体例としては、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。
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顔料をいずれも用いることができる。
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。
前記顔料は単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
本発明において自己分散型顔料とは、親水性官能基(カルボキシ基やスルホン酸基等のアニオン性親水基、又は第4級アンモニウム基等のカチオン性親水基)の1種以上を直接、又は炭素数1以上12以下のアルカンジイル基等の他の原子団を介して顔料の表面に結合することで、界面活性剤やポリマー分散剤を用いることなく水系媒体に分散可能である顔料を意味する。顔料を自己分散型顔料とするには、例えば、親水性官能基の必要量を、常法により顔料表面に化学結合させればよい。前記親水性官能基としてはアニオン性基が好ましく、カルボキシ基がより好ましい。
自己分散型顔料の市販品としては、キャボットジャパン株式会社製のCAB-O-JET 200、同300、同352K、同250A、同260M、同270Y、同450A、同465M、同470Y、同480V(以上、商品名)やオリヱント化学工業株式会社製のBONJET BLACK CW−1、同CW−2(以上、商品名)等、東海カーボン株式会社製のAqua-Black 162等、SENSIENT INDUSTRIAL COLORS社製のSENSIJET BLACK SDP100、同SDP1000、同SDP2000(以上、商品名)等が挙げられる。
顔料水分散体(A)として顔料をポリマー分散剤(a)で分散させた水分散体を用いる場合、顔料水分散体(A)中でのポリマー分散剤(a)の存在形態は、顔料にポリマー分散剤(a)が吸着している状態、顔料をポリマー分散剤(a)が含有している顔料内包(カプセル)状態、及び顔料にポリマー分散剤(a)が吸着していない形態がある。顔料の分散安定性の観点から、本発明においては顔料をポリマー分散剤(a)が含有する形態、即ち顔料を含有するポリマー粒子(以下、「顔料含有ポリマー粒子」ともいう)の形態が好ましく、顔料をポリマー分散剤(a)が含有している顔料内包状態がより好ましい。
(メタ)アクリル系樹脂は、顔料の分散安定性を向上させ、吐出信頼性及び耐折り曲げ性を向上させる観点から、親水性モノマー由来の構成単位を含むことが好ましい。該親水性モノマーとしては、イオン性官能基を有するモノマー、イオン性官能基を有しない非イオン性親水性モノマーが挙げられ、好ましくはイオン性官能基を有するモノマーである。
本発明において「親水性」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以上であることをいう。親水性モノマーの前記溶解量は好ましくは50g以上である。イオン性官能基を有するモノマーの場合における「親水性」とは、イオン性官能基を中和した状態での前記溶解量が前記範囲であることをいう。
カルボキシ基を有するモノマーとしては、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、2−メタクリロイルオキシメチルコハク酸等が挙げられる。
スルホン酸基を有するモノマーとしては、スチレンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、3−スルホプロピル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
リン酸基を有するモノマーとしては、ビニルホスホン酸、ビニルホスフェート、ビス(メタクリロキシエチル)ホスフェート、ジフェニル−2−アクリロイルオキシエチルホスフェート、ジフェニル−2−メタクリロイルオキシエチルホスフェート等が挙げられる。
これらの中でも、好ましくはカルボキシ基を有するモノマーであり、より好ましくは、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸及び2−メタクリロイルオキシメチルコハク酸から選ばれる少なくとも1種であり、更に好ましくは(メタ)アクリル酸である。
本明細書において、「(メタ)アクリル酸」とは、アクリル酸及びメタクリル酸から選ばれる少なくとも1種を意味し、「(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少なくとも1種である。
本発明において「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。疎水性モノマーの前記溶解量は、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。
脂肪族アルコール由来の炭化水素基を有する(メタ)アクリレートは、好ましくは炭素数1以上22以下の脂肪族アルコール由来の炭化水素基を有するものである。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、ペンチル(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)アクリレート等の直鎖アルキル基を有する(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、イソペンチル(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、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート等の分岐鎖アルキル基を有する(メタ)アクリレート;シクロヘキシル(メタ)アクリレート等の脂環式アルキル基を有する(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの中でも、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であり、更に好ましくは炭素数1以上8以下のアルキル基を有するものである。
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、2−メチルスチレン等が挙げられ、芳香族基含有(メタ)アクリレートとしては、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの中でも、好ましくはスチレン、α−メチルスチレン及びベンジル(メタ)アクリレートから選ばれる1種以上である。
マクロモノマーの数平均分子量は1,000以上10,000以下が好ましい。なお、数平均分子量は、溶媒として1mmol/Lのドデシルジメチルアミンを含有するクロロホルムを用いたゲル浸透クロマトグラフィー法により、標準物質としてポリスチレンを用いて測定される。
マクロモノマーとしては、顔料の分散安定性の観点から、芳香族基含有モノマー系マクロモノマー及びシリコーン系マクロモノマーが好ましく、芳香族基含有モノマー系マクロモノマーがより好ましい。
芳香族基含有モノマー系マクロモノマーを構成する芳香族基含有モノマーとしては、前述の疎水性モノマーで記載した芳香族基含有モノマーが挙げられ、スチレン及びベンジル(メタ)アクリレートが好ましく、スチレンがより好ましい。
商業的に入手しうるスチレン系マクロモノマーの具体例としては、AS−6(S)、AN−6(S)、HS−6(S)(東亞合成株式会社の商品名)等が挙げられる。
シリコーン系マクロモノマーとしては、片末端に重合性官能基を有するオルガノポリシロキサン等が挙げられる。
(メタ)アクリル系樹脂製造時における、親水性モノマー及び疎水性モノマーのモノマー混合物中における含有量(未中和量としての含有量。以下同じ)又は(メタ)アクリル系樹脂中における親水性モノマー由来の構成単位及び疎水性モノマー由来の構成単位の含有量は、顔料の分散安定性を向上させる観点から、次のとおりである。
親水性モノマー成分の含有量は、好ましくは10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75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。
疎水性モノマー成分の含有量は、好ましくは25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75質量%以下である。
(メタ)アクリル系樹脂は、前記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。
溶液重合法で用いる溶媒に特に制限はないが、極性有機溶媒が好ましい。極性有機溶媒が水混和性を有する場合には、水と混合して用いることもできる。極性有機溶媒としては、炭素数1以上3以下の脂肪族アルコール、炭素数3以上5以下のケトン類、エーテル類、酢酸エチル等のエステル類等が挙げられる。これらの中では、メタノール、エタノール、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、又はこれらの1種以上と水との混合溶媒が好ましく、メチルエチルケトン又はそれと水との混合溶媒が好ましい。
重合の際には、重合開始剤や重合連鎖移動剤を用いることができる。
重合開始剤としては、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物や、t−ブチルペルオキシオクトエート、ベンゾイルパーオキシド等の有機過酸化物等の公知のラジカル重合開始剤を用いることができる。ラジカル重合開始剤の量は、モノマー混合物1モルあたり、好ましくは0.001モル以上5モル以下、より好ましくは0.01モル以上2モル以下である。
重合連鎖移動剤としては、メルカプト酢酸、2−メルカプトプロピオン酸、3−メルカプトプロピオン酸、メルカプトコハク酸等のカルボキシ基含有メルカプタン類;ブタンチオール、オクタンチオール、デカンチオール、ドデカンチオール、ヘキサデカンチオール、オクタデカンチオール等のアルキルメルカプタン;2−メルカプトエタノール、3−メルカプト−1,2−プロパンジオール等のヒドロキシ基含有メルカプタン類;チウラムジスルフィド類等の公知の連鎖移動剤を用いることができる。
また、重合モノマーの連鎖の様式に制限はなく、ランダム、ブロック、グラフト等のいずれの重合様式でもよい。
重合反応の終了後、反応溶液から再沈澱、溶媒留去等の公知の方法により、生成したポリマーを単離することができる。また、得られたポリマーは、再沈澱、膜分離、クロマトグラフ法、抽出法等により、未反応のモノマー等を除去して精製することができる。
(メタ)アクリル系樹脂の酸価は、構成するモノマーの質量比から算出することができる。また、適当な有機溶剤(例えば、MEK)に(メタ)アクリル系樹脂を溶解又は膨潤させて滴定する方法でも求めることができる。
本発明で用いられるポリエステル樹脂は、アルコール成分由来の構成単位とカルボン酸成分由来の構成単位を含有し、アルコール成分とカルボン酸成分とを重縮合することにより得ることができる。
ポリエステル樹脂の原料モノマーであるアルコール成分は、顔料の分散安定性を向上させ、吐出信頼性及び耐折り曲げ性を向上させる観点から、芳香族ジオールを含むことが好ましい。芳香族ジオールとしては、ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物が好ましい。なお、ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物とは、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンにオキシアルキレン基を付加した構造全体を意味する。
ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物は、具体的には下記一般式(I)で表される化合物が好ましい。
x及びyは、アルキレンオキシドの付加モル数に相当する。更に、カルボン酸成分との反応性の観点から、xとyの和の平均値は、好ましくは2以上であり、そして、好ましくは7以下、より好ましくは5以下、更に好ましくは3以下である。
また、x個のOR1とy個のR2Oは、各々同一であっても異なっていてもよいが、印刷媒体への密着性を向上させ、耐折り曲げ性を向上させる観点から、同一であることが好ましい。ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物は、単独で又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。このビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物は、ビスフェノールAのプロピレンオキシド付加物及びビスフェノールAのエチレンオキシド付加物が好ましく、ビスフェノールAのプロピレンオキシド付加物がより好ましい。
アルコール成分中におけるビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物の含有量は、顔料の分散安定性を向上させ、吐出信頼性及び耐折り曲げ性を向上させる観点から、好ましくは50モル%以上、より好ましくは60モル%以上、更に好ましくは70モル%以上であり、そして、その上限は100モル%以下が好ましい。
ポリエステル樹脂の原料モノマーであるカルボン酸成分には、カルボン酸並びにそれらの酸の無水物及びそれらのアルキル(炭素数1以上3以下)エステル等が含まれる。
カルボン酸成分としては、芳香族ジカルボン酸、脂肪族ジカルボン酸、脂環式ジカルボン酸及び3価以上の多価カルボン酸が好ましく、吐出信頼性及び耐折り曲げ性の観点、並びにアルコール成分との反応性の観点から、芳香族ジカルボン酸及び脂肪族ジカルボン酸がより好ましく、脂肪族ジカルボン酸が更に好ましい。
芳香族ジカルボン酸としては、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸が好ましく、テレフタル酸がより好ましい。
脂肪族ジカルボン酸としては、不飽和脂肪族ジカルボン酸及び飽和脂肪族ジカルボン酸が挙げられ、不飽和脂肪族ジカルボン酸としては、フマル酸、マレイン酸が好ましく、フマル酸がより好ましい。飽和脂肪族ジカルボン酸としては、アジピン酸、コハク酸が好ましい。
脂環式ジカルボン酸としては、シクロヘキサンジカルボン酸、デカリンジカルボン酸、テトラヒドロフタル酸が好ましく、3価以上の多価カルボン酸としては、トリメリット酸、ピロメリット酸が好ましい。
これらの中でも、好ましくは脂肪族ジカルボン酸、より好ましくは不飽和脂肪族ジカルボン酸、更に好ましくはフマル酸である。
前記カルボン酸成分は、単独で又は2種以上を組み合せて用いることができる。
ポリエステル樹脂は、前記アルコール成分と前記カルボン酸成分とを適宜組み合せて重縮合して得ることができる。例えば、前記アルコール成分と前記カルボン酸成分とを不活性ガス雰囲気中にて、必要に応じてエステル化触媒を用いて、150℃以上250℃以下の温度で重縮合することにより製造することができる。
エステル化触媒としては、スズ触媒、チタン触媒、三酸化アンチモン、酢酸亜鉛、二酸化ゲルマニウム等の金属化合物等が挙げられる。ポリエステルの合成におけるエステル化反応の反応効率の観点から、スズ触媒が好ましい。スズ触媒としては、酸化ジブチルスズ、ジ(2−エチルヘキサン)酸スズ(II)、これらの塩等が好ましく用いられ、ジ(2−エチルヘキサン)酸スズ(II)がより好ましく用いられる。必要に応じて、更に、3,4,5−トリヒドロキシ安息香酸(没食子酸)等のエステル化助触媒を用いてもよい。
また、4−t−ブチルカテコール、ハイドロキノン等のラジカル重合禁止剤を併用してもよい。
ポリエステル樹脂の数平均分子量(Mn)は、耐折り曲げ性の観点から、好ましくは1,000以上、より好ましくは2,000以上、更に好ましくは3,000以上であり、そして、顔料の分散安定性の観点から、好ましくは10,000以下、より好ましくは7,000以下、更に好ましくは5,000以下である。
酸価及び数平均分子量(Mn)は、いずれも用いるモノマーの種類、配合比率、重縮合の温度、反応時間を適宜調節することにより所望のものを得ることができる。
ポリマー分散剤(a)を用いる場合、顔料水分散体(A)の製造方法としては、吐出信頼性及び耐折り曲げ性の観点から、顔料をポリマー分散剤(a)で機械分散させてなるものが好ましい。
工程1−1:顔料、ポリマー分散剤(a)、有機溶媒、及び水を含む顔料混合物を分散処理して分散液を得る工程
工程1−2:工程1−1で得られた分散液から有機溶媒を除去して顔料水分散体(A)を得る工程
工程1−1における顔料混合物は、ポリマー分散剤(a)を有機溶媒に溶解させ、次に顔料、水、及び必要に応じて中和剤、界面活性剤等を、得られた有機溶媒溶液に加えて混合し、水中油型の分散液を得る方法(i);ポリマー分散剤(a)のエマルションに有機溶媒を添加したエマルション溶液に、顔料、水を添加し、水中油型の分散液を得る方法(ii)により得ることが好ましい。方法(i)において、ポリマー分散剤(a)の有機溶媒溶液に加える順序に制限はないが、水、中和剤、顔料の順に加えることが好ましい。
顔料混合物中のポリマー分散剤(a)に対する有機溶媒の質量比[有機溶媒/ポリマー分散剤(a)]は、顔料への濡れ性及びポリマー分散剤(a)の溶解性の観点から、好ましくは0.3以上、より好ましくは0.7以上、更に好ましくは0.9以上であり、そして、ポリマー分散剤(a)の顔料への吸着性を向上させる観点から、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1.3以下である。
中和剤としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、各種アミン等の塩基が挙げられ、好ましくは水酸化ナトリウムである。また、ポリマー分散剤(a)を予め中和しておいてもよい。
中和剤の使用当量は、吐出信頼性及び耐折り曲げ性の観点から、好ましくは10モル%以上、より好ましくは30モル%以上であり、また、好ましくは80モル%以下、より好ましくは70モル%以下、更に好ましくは60モル%以下である。
ここで中和剤の使用当量は、次式によって求めることができる。
中和剤の使用当量(モル%)=〔{中和剤の添加質量(g)/中和剤の当量}/[{ポリマー分散剤(a)の酸価(mgKOH/g)×ポリマー分散剤(a)の質量(g)}/(56×1,000)]〕×100
(メタ)アクリル系樹脂エマルションの市販品としては、例えば、「ジョンクリル390」、「ジョンクリル7100」、「ジョンクリル734」、「ジョンクリル538」(以上、BASFジャパン株式会社製)等のアクリル樹脂、「ビニブラン701」(日信化学工業株式会社製)等の塩化ビニル−アクリル系樹脂等の分散体が挙げられる。
ポリエステル樹脂エマルションの市販品としては、例えば、「ニュートラック2010」(花王株式会社製)や、「エリーテルKAシリーズ」、「エリーテルKTシリーズ」(以上、ユニチカ株式会社製)などが挙げられる。
ポリマー分散剤(a)として(メタ)アクリル系樹脂を用いる場合、(メタ)アクリル系樹脂エマルションは、(メタ)アクリル系樹脂、水、及び必要に応じて中和剤を含有する混合物を加温しながら撹拌し、その後降温する方法;(メタ)アクリル系樹脂、有機溶媒、中和剤、及び水を含有する混合物を分散処理して分散液を得た後、該分散液から有機溶媒を除去する方法等により製造することができる。中でも、作業容易性の観点から、(メタ)アクリル系樹脂、水、及び必要に応じて中和剤を含有する混合物を加温しながら撹拌し、その後降温する方法が好ましい。
前記混合物を撹拌する際の温度は、好ましくは60℃以上、より好ましくは70℃以上、更に好ましくは80℃以上であり、そして、好ましくは100℃以下、より好ましくは95℃以下である。撹拌時間は好ましくは0.5時間以上、より好ましくは0.8時間以上であり、そして、好ましくは30時間以下、より好ましくは10時間以下、更に好ましくは5時間以下である。
ポリエステル樹脂エマルションは、ポリエステル樹脂を水系媒体に添加して分散機等によって分散処理を行う方法、ポリエステル樹脂に水系媒体を徐々に添加して転相乳化させる方法等が挙げられる。中でも、吐出安定性及び耐折り曲げ性の観点から、転相乳化による方法が好ましい。転相乳化法としては、例えば特開2016−222896号公報に記載の方法が挙げられ、先ずポリエステル樹脂を有機溶媒に溶解させ、次いで、この溶液に水系媒体を添加して転相し、その後、有機溶媒を除去する方法が好ましい。
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。
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、顔料を所望の粒径になるように制御することができ、後述する顔料水分散体(A)のキュムラント平均粒径も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、より好ましくは100MPa以上、更に好ましくは150MPa以上であり、そして、好ましくは300MPa以下、より好ましくは250MPa以下である。
また、パス回数は、顔料を小粒子径化する観点から、好ましくは3以上、より好ましくは7以上であり、そして、顔料の分散安定性の観点から、好ましくは30以下、より好ましくは20以下である。
工程1−2は、工程1−1で得られた分散液から有機溶媒を除去して顔料水分散体(A)を得る工程である。有機溶媒の除去は、公知の方法で行うことができる。得られた顔料水分散体(A)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、残留していてもよい。残留有機溶媒の量は、好ましくは0.1質量%以下、より好ましくは0.01質量%以下である。
また、粗大粒子等を除去する目的で、有機溶媒を除去した水分散体を、更に遠心分離した後、液層部分をフィルター等で濾過し、該フィルター等を通過してくる水分散体を、顔料水分散体(A)として得ることが好ましい。
顔料水分散体(A)中の顔料の含有量は、分散安定性の観点から、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは15質量%以上であり、そして、好ましくは40質量%以下、より好ましくは30質量%以下、更に好ましくは25質量%以下である。
顔料水分散体(A)が、顔料をポリマー分散剤(a)で分散させた水分散体である場合、顔料水分散体(A)中のポリマー分散剤(a)に対する顔料の質量比[顔料/ポリマー分散剤(a)]は、好ましくは50/50以上、より好ましくは60/40以上、更に好ましくは70/30以上であり、そして、好ましくは95/5以下、より好ましくは90/10以下、更に好ましくは85/15以下である。
顔料水分散体(A)のキュムラント平均粒径は、吐出信頼性及び耐折り曲げ性の観点から、好ましくは40nm以上、より好ましくは50nm以上、更に好ましくは60nm以上、より更に好ましくは70nm以上、より更に好ましくは80nm以上であり、そして、好ましくは200nm以下、より好ましくは150nm以下、更に好ましくは130nm以下、より更に好ましくは110nm以下、より更に好ましくは100nm以下である。前記平均粒径は、実施例に記載した方法により測定することができる。
本発明で用いられるポリマー(B)のエマルションは、顔料を含有しないポリマー(B)粒子の水分散体である。ポリマー(B)としては、ポリウレタン及びポリエステル等の縮合系ポリマー;(メタ)アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、スチレン−(メタ)アクリル系樹脂、ブタジエン系樹脂、スチレン−ブタジエン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂及びアクリルシリコーン系樹脂等のビニル系ポリマーが挙げられる。
ポリマー(B)のエマルションは、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。ポリマー(B)が(メタ)アクリル系樹脂又はポリエステル樹脂である場合には、前述の(メタ)アクリル系樹脂エマルション又はポリエステル樹脂エマルションを用いてもよい。
ポリマー(B)のエマルションの市販品としては、例えば、「NeoCryl A-1127」(DSM Coating Resins社製、アニオン性自己架橋水系アクリル樹脂)、「ジョンクリル390」、「ジョンクリル7100」、「ジョンクリル7600」、「ジョンクリル537J」、「ジョンクリルPDX−7164」、「ジョンクリル538J」、「ジョンクリル780」(BASFジャパン株式会社製)等のアクリル樹脂、「WBR−2018」「WBR−2000U」(大成ファインケミカル株式会社製)等のウレタン樹脂、「SR−100」、「SR102」(以上、日本エイアンドエル株式会社製)等のスチレン−ブタジエン樹脂、及び「ビニブラン700」、「ビニブラン701」(日信化学工業株式会社製)等の塩化ビニル系樹脂、「ニュートラック2010」(花王株式会社製)、「エリーテルKAシリーズ」、「エリーテルKTシリーズ」(以上、ユニチカ株式会社製)等の分散体が挙げられる。
ポリマー(B)のエマルションのキュムラント平均粒径は、粗大粒子を低減し、吐出信頼性及び耐折り曲げ性を向上させる観点から、好ましくは20nm以上、より好ましくは30nm以上、更に好ましくは40nm以上、より更に好ましくは50nm以上であり、そして、好ましくは150nm以下、より好ましくは120nm以下、更に好ましくは110nm以下である。前記平均粒径は、実施例に記載の方法により測定される。
本発明で用いられる架橋剤(C)は、水系媒体中で効率よく架橋反応を行う観点、並びに吐出信頼性及び耐折り曲げ性の観点から、該架橋剤(C)の水溶率(質量比)が好ましくは50%以下、より好ましくは40%以下、更に好ましくは35%以下である。ここで、水溶率%(質量比)とは、室温25℃にて水90質量部に架橋剤(C)10質量部を溶解したときの溶解率(%)をいう。
架橋剤(C)の分子量は、反応容易性、並びに吐出信頼性及び耐折り曲げ性の観点から、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2000以下、より好ましくは1500以下、更に好ましくは1000以下である。
架橋剤(C)のエポキシ当量は、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150以下である。
架橋剤(C)のエポキシ基の数は、効率よく架橋反応させて吐出信頼性及び耐折り曲げ性を向上させる観点から、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、市場入手性の観点から、より好ましくは4以下である。
本発明に係る混合物は、顔料水分散体(A)と、ポリマー(B)のエマルションと、架橋剤(C)とを混合して得られる。各成分の混合方法に特に制限はないが、撹拌部を有する撹拌装置を用いて混合することが好ましい。撹拌部としては、例えば、軸に1つ又は複数の撹拌羽根を備える撹拌翼、単軸又は二軸以上のスクリュー、磁気により回転可能な金属を含む撹拌子等が挙げられる。
前記混合物中の顔料の含有量は、好ましくは3質量%以上、より好ましくは5質量%以上、更に好ましくは7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20質量%以下である。
前記混合物中の顔料水分散体(A)の含有量は、固形分として、好ましくは3質量%以上、より好ましくは5質量%以上、更に好ましくは7質量%以上であり、そして、好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは30質量%以下である。
前記混合物中のポリマー(B)のエマルションの含有量は、固形分として、好ましくは3質量%以上、より好ましくは5質量%以上、更に好ましくは7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20質量%以下である。
架橋剤(C)の使用量は、ポリマーの酸基のモル当量数に対する架橋剤(C)の架橋性官能基のモル当量数の比で表される架橋率として、好ましくは10%以上、より好ましくは20%以上、更に好ましくは30%以上であり、そして、好ましくは60%以下、より好ましくは50%以下である。
前記混合物には有機溶剤が含まれてもよいが、吐出信頼性及び耐折り曲げ性の観点から、混合物中の有機溶剤の含有量は、好ましくは10質量%以下、より好ましくは7質量%以下、更に好ましくは5質量%以下、より更に好ましくは3質量以下、より更に好ましくは1質量%未満である。
熱処理の温度は、架橋反応を促進し、吐出信頼性及び耐折り曲げ性を向上させる観点から、好ましくは50℃以上、より好ましは60℃以上、更に好ましくは70℃以上、より更に好ましくは80℃以上であり、そして、好ましくは95℃以下である。
熱処理の時間は、架橋反応の完結と経済性の観点から、好ましくは0.5時間以上、より好ましくは1時間以上、更に好ましくは1.5時間以上であり、そして、好ましくは12時間以下、より好ましくは10時間以下、更に好ましくは8時間以下、より更に好ましくは5時間以下、より更に好ましくは3時間以下である。
なお、本発明においてポリマーの総量とは、水系顔料分散体(I)中に含まれるポリマーの総量を意味する。熱処理において、架橋剤(C)は架橋反応により、水系顔料分散体(I)中のポリマー骨格の一部を構成するため、ポリマーの総量に含まれる。例えば、顔料水分散体(A)として、顔料をポリマー分散剤(a)で分散させた水分散体を用いる場合には、ポリマーの総量は、ポリマー分散剤(a)とポリマー(B)と架橋剤(C)の合計量である。顔料水分散体(A)として、自己分散型顔料の水分散体を用いる場合には、ポリマーの総量は、ポリマー(B)と架橋剤(C)の合計量である。
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、吐出信頼性及び耐折り曲げ性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、そして、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140nm以下、より更に好ましくは120nm以下である。前記平均粒径は、実施例に記載の方法により測定される。
また、水系インクのキュムラント平均粒径は、水系顔料分散体(I)のものと同じであり、好ましい平均粒径の態様は、水系顔料分散体(I)のキュムラント平均粒径の好ましい態様と同じである。
本発明の製造方法により得られる水系顔料分散体(I)は、水系インク(以下、「水系インク」又は「インク」ともいう)用として用いることが好ましい。これにより、水系インクの吐出信頼性及び耐折り曲げ性を高めることができる。水系顔料分散体(I)は、そのまま水系インクとして使用することもできるが、水系インクの保存安定性等を向上させる観点から、水系インクは、水系顔料分散体(I)及び水溶性有機溶剤(II)を含有することが好ましい。
水溶性有機溶剤(II)は、常温(25℃)で液体であっても固体であってもよい。水溶性有機溶剤(II)は、有機溶剤を25℃の水100mlに溶解させたときに、その溶解量が10ml以上である有機溶剤をいう。
水溶性有機溶剤(II)は、沸点90℃以上の有機溶剤を1種以上含むことが好ましい。水溶性有機溶剤(II)の沸点の加重平均値は、好ましくは150℃以上、より好ましくは180℃以上であり、そして、好ましくは240℃以下、より好ましくは220℃以下、更に好ましくは200℃以下である。
水溶性有機溶剤(II)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。これらの中では、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種以上が好ましく、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン及びジエチレングリコールジエチルエーテルから選ばれる1種以上がより好ましく、プロピレングリコールが更に好ましい。
水系インクの各成分の含有量、インク物性は以下のとおりである。
水系インク中の顔料の含有量は、印字濃度の観点から、好ましくは1質量%以上、より好ましくは2質量%以上、更に好ましくは3質量%以上であり、そして、溶媒揮発時のインク粘度を低くし、吐出信頼性を向上させる観点から、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7質量%以下である。
(顔料とポリマー分散剤との合計含有量)
水系インク中の顔料とポリマーとの合計含有量は、耐折り曲げ性の観点から、好ましくは2質量%以上、より好ましくは2.5質量%以上、更に好ましくは3質量%以上、より更に好ましくは3.5質量%以上であり、そして、溶媒揮発時のインク粘度を低くし、吐出信頼性を向上させる観点から、好ましくは30質量%以下、より好ましくは25質量%以下、更に好ましくは20質量%以下、より更に好ましくは15質量%以下、より更に好ましくは12質量%以下である。
(水溶性有機溶剤(II)の含有量)
水系インク中の水溶性有機溶剤(II)の含有量は、吐出信頼性の観点から、好ましくは3質量%以上、より好ましくは5質量%以上、更に好ましくは7質量%以上であり、そして、耐折り曲げ性の観点から、好ましくは50質量%以下、より好ましくは45質量%以下、更に好ましく40質量%以下である。
(水の含有量)
水系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85質量%以下である。
水系インクの32℃の粘度は、インクの保存安定性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。
水系インクのpHは、インクの保存安定性を向上させる観点から、好ましくは7.0以上、より好ましくは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。
インクジェット記録装置としては、サーマル式及びピエゾ式があるが、ピエゾ式のインクジェット記録用水系インクとして用いることがより好ましい。
用いることができる印刷媒体としては、高吸水性の普通紙、低吸水性のコート紙、非吸水性の樹脂フィルムが挙げられる。コート紙としては、汎用光沢紙、多色フォームグロス紙等が挙げられる。樹脂フィルムとしては、好ましくはポリエステルフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリプロピレンフィルム、及びポリエチレンフィルムから選ばれる少なくとも1種である。該樹脂フィルムは、コロナ処理された基材を用いてもよい。
一般的に入手できる樹脂フィルムとしては、例えば、ルミラーT60(東レ株式会社製、ポリエステル)、PVC80B P(リンテック株式会社製、塩化ビニル)、DGS−210WH(ローランドディージー株式会社製、塩化ビニル)、透明塩ビRE−137(株式会社ミマキエンジニアリング製、塩化ビニル)、カイナスKEE70CA(リンテック株式会社製、ポリエチレン)、ユポSG90 PAT1(リンテック株式会社製、ポリプロピレン)、FOR、FOA(いずれもフタムラ化学株式会社製、ポリプロピレン)、ボニールRX(興人フィルム&ケミカルズ株式会社製、ナイロン)、エンブレムONBC(ユニチカ株式会社製、ナイロン)等が挙げられる。
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樹脂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。
レーザー粒子解析システム「ELSZ−2000ZS」(大塚電子株式会社製)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。測定濃度は、5×10-3%(固形分濃度換算)で行った。
30mlのポリプロピレン製容器(φ=40mm、高さ=30mm)にデシケーター中で恒量化した硫酸ナトリウム10.0gを量り取り、そこへサンプル約1.0gを添加して、混合させた後、正確に秤量し、105℃で2時間維持して、揮発分を除去し、更に室温(25℃)のデシケーター内で更に15分間放置したのちに、質量を測定した。揮発分除去後のサンプルの質量を固形分として、添加したサンプルの質量で除して固形分濃度とした。
合成例1−1
500mLのポリエチレン製ビーカー中に、アクリル酸(和光純薬工業株式会社製、試薬)30g、スチレン(和光純薬工業株式会社製、試薬)65g、α−メチルスチレン(和光純薬工業株式会社製、試薬)5g、メチルエチルケトン(以下、「MEK」ともいう)100g、アゾ系ラジカル重合開始剤(和光純薬工業株式会社製、商品名:V−65、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル))1.2g、2−メルカプトプロピオン酸(重合連鎖移動剤)0.5gを入れてよく混合し、モノマー混合液を調製した。このモノマー混合液の10%を、温度計、還流装置、滴下ロートを具備した500mL三つ口丸底フラスコに入れてマグネチックスターラーでよく混合し、窒素ガス置換を十分に行った。
一方、滴下ロートに前記モノマー混合液の残りの90%を入れた。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、75℃に昇温し、75℃に到達後2時間撹拌し、反応を完結させた。その後、減圧乾燥により溶媒、残モノマーを除去し、(メタ)アクリル系樹脂(PA−1)(酸価:217mgKOH/g、数平均分子量:3,900)を得た。
なお、収率は、得られた樹脂の質量を、仕込みモノマー、重合連鎖移動剤、アゾ系ラジカル重合開始剤の仕込み総質量で除したものに100を乗じて求めた。
表1に従い仕込みを変えた以外は、合成例1−1と同様にして、(メタ)アクリル系樹脂(PA−2)及び(PA−3)を得た。(メタ)アクリル系樹脂(PA−2)及び(PA−3)の収率、酸価及び数平均分子量を表1に示す。
合成例2−1
表2に示すBPA−PO、フマル酸、ジ(2−エチルヘキサン酸)スズ(II)(エステル化触媒)、4−t−ブチルカテコール(ラジカル重合禁止剤)を、温度計、ステンレス製撹拌棒、流下式コンデンサー及び窒素導入管を装備した10Lの四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気にてマントルヒーター中で、210℃まで10時間かけて昇温を行った。その後210℃にて1時間反応後、40kPaにて表2に記載の酸価に達するまで反応を行い、ポリエステル樹脂(PES−1)(酸価:20mgKOH/g、数平均分子量:3,700)を得た。
調製例1
合成例1−1で得られた(メタ)アクリル系樹脂(PA−1)50gをイオン交換水50gと混合し、更に水酸化ナトリウム(和光純薬工業株式会社製)を加え、中和剤の使用当量が60モル%になるように(メタ)アクリル系樹脂(PA−1)を中和した。次いで、密栓し、温浴を用いて90℃まで昇温した後、90℃に保持したまま3時間撹拌し、その後室温まで冷却することでポリマーを水中に分散させた。次いでイオン交換水にて濃度調整を行い、ポリマーエマルション(EM−1)(キュムラント平均粒径62nm、固形分濃度50%)を得た。
表3に従い仕込みを変えた以外は、調製例1と同様にしてポリマーエマルション(EM−2)を得た。
撹拌機、還流冷却器、滴下ロート、温度計及び窒素導入管を備えた3Lの容器に、ポリエステル樹脂(PES−1)50g及びMEK50gを投入し、30℃で2時間撹拌し、ポリエステル樹脂(PES−1)を溶解した。得られた溶液に、5質量%の水酸化ナトリウム水溶液を、中和剤の使用当量が60モル%になるように添加して、30分間撹拌した。
30℃に保持したまま、撹拌速度280r/min(撹拌周速88m/min)で撹拌しながら、イオン交換水100gを100分かけて添加し、転相乳化した。その後、73℃に昇温してMEK及び水を減圧下で留去した。固形分濃度が50%になったところで減圧を停止し、常温まで冷却した。次いでイオン交換水にて濃度調整を行い、ポリマーエマルション(EM−3)(キュムラント平均粒径104nm、固形分濃度50%)を得た。
<水系顔料分散体(I−1)の製造>
(工程1−1)
3Lのポリエチレン製ビーカーに、合成例1−1で得られた(メタ)アクリル系樹脂(PA−1)25g及びMEK25gを添加し、マグネチックスターラーにて常温で溶解した。この溶液50gに中和剤として水酸化ナトリウム(和光純薬工業株式会社製、試薬)を加え、中和剤の使用当量が60%になるように中和した。得られた(メタ)アクリル系樹脂(PA−1)溶液に、イオン交換水100g及びシアン顔料(C.I.ピグメント・ブルー15:3、DIC株式会社製、商品名TGR−SD)100gを加えて得られる顔料混合物を、ディスパー(淺田鉄工株式会社製、商品名「ウルトラディスパー」)を用いて、20℃で直径40mmのディスパー翼を6,000rpmで回転させる条件で3時間撹拌し、予備分散した。次いでマイクロフルイダイザー(Microfluidics社製、商品名)で150MPaの圧力で15パス分散処理し、分散液を得た。
(工程1−2)
工程1−1で得られた分散液にイオン交換水420gを加え、撹拌した後、減圧下、60℃でMEKを除去し、さらに一部の水を除去した。得られた分散液を500mlアングルローターに投入し、高速冷却遠心機「himac CR22G」(日立工機株式会社製、設定温度20℃)を用いて3,660rpmで20分間遠心分離した後、液層部分を5μmのメンブランフィルター(ザルトリウス社製、商品名「ミニザルト」)で濾過し、固形分濃度25%の顔料水分散体(A−1)(顔料の含有量20%、ポリマーの含有量5%)を得た。
(熱処理工程)
工程1−2で得られた顔料水分散体(A−1)100g(顔料20g、ポリマー5g)をねじ口付きガラス瓶に取り、ポリマー(B)のエマルションとしてポリマーエマルション(EM−1)を30g(固形分15g)、架橋剤(C)としてトリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル(ナガセケムテックス社製、商品名「デナコールEX−321LT」、エポキシ当量129)を架橋率40%になるように加えて混合物を得た。
該混合物の入ったガラス瓶を密栓し、マグネチックスターラーで撹拌しながら90℃で1.5時間加熱した(架橋率40%)。その後、室温(25℃)まで降温し、前記5μmのフィルターを取り付けた容量25mLの針なしシリンジ(テルモ株式会社製)で濾過し、イオン交換水を加えて固形分濃度を30%に調整し、水系顔料分散体(I−1)を得た。
水系インク全体に対する顔料濃度を5%となるように、得られた水系顔料分散体(I−1)34.7gと、プロピレングリコール35g、サーフィノール104PG−50(商品名、エアープロダクツアンドケミカルズ社製、アセチレングリコール系非イオン界面活性剤のプロピレングリコール溶液、有効分50%)1g、及びイオン交換水29.3gを混合し、マグネチックスターラーを用いて室温で15分間撹拌して、インク1を100g得た。
実施例1の水系顔料分散体の製造において、表4に示すようにポリマー分散剤(a)、ポリマー(B)のエマルション、架橋剤の量を変更した以外は、実施例1と同様に行い、水系顔料分散体(I−2)〜(I−4)及び(I−14)及びインク2〜4及び14を得た。水系顔料分散体(I−2)〜(I−4)及び(I−14)の固形分濃度は30%であった。
<水系顔料分散体(I−5)の製造>
(工程1−1)
3Lのポリエチレン製ビーカーに、調製例1で得られたポリマーエマルション(EM−1)を50g(固形分で25g)、及びMEK25gを加えた。得られたポリマーエマルション(EM−1)溶液に、イオン交換水100g及びシアン顔料(C.I.ピグメント・ブルー15:3、DIC株式会社製、商品名「TGR−SD」)100gを加えて得られる顔料混合物を、ディスパー(淺田鉄工株式会社製、商品名「ウルトラディスパー」)を用いて、20℃で直径40mmのディスパー翼を6,000rpmで回転させる条件で3時間撹拌し、予備分散した。次いでマイクロフルイダイザー(Microfluidics社製、商品名)で150MPaの圧力で15パス分散処理し、分散液を得た。
(工程1−2)
工程1−1で得られた分散液にイオン交換水370gを加え、撹拌した後、減圧下、60℃でMEKを除去し、さらに一部の水を除去した。得られた分散液を500mlアングルローターに投入し、高速冷却遠心機「himac CR22G」(日立工機株式会社製、設定温度20℃)を用いて3,660rpmで20分間遠心分離した後、液層部分を5μmのメンブランフィルター(ザルトリウス社製、商品名「ミニザルト」)で濾過し、固形分濃度25%の顔料水分散体(A−5)(顔料の含有量20%、ポリマーの含有量5%)を得た。
(熱処理工程)
実施例1の熱処理工程において、顔料水分散体(A−1)を顔料水分散体(A−5)に変更した以外は同様に行い、水系顔料分散体(I−5)(固形分濃度:30%)を得た。
<水系インク5の製造>
実施例1の水系インク1の製造において、水系顔料分散体(I−1)を水系顔料分散体(I−5)に変更した以外は同様に行い、インク5を得た。
実施例5において、表4に示すようにポリマー分散剤(a)、ポリマー(B)のエマルション、架橋剤の量を変更した以外は、実施例5と同様に行い、水系顔料分散体(I−6)〜(I−8),(I−13),(I−15)及びインク6〜8,13,15を得た。水系顔料分散体(I−6)〜(I−8),(I−13)及び(I−15)の固形分濃度は30%であった。
<水系顔料分散体(I−9)の製造>
顔料水分散体(A−9)として、自己分散型顔料「BONJET BLACK CW−1」(オリヱント化学工業株式会社製、商品名、固形分20%)100gをねじ口付きガラス瓶に取り、ポリマー(B)のエマルションとしてポリマーエマルション(EM−1)を30g(樹脂固形分として15g)、架橋剤(C)としてトリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル(EX−321LT)を架橋率40%になるように加え、混合物を得た。
該混合物の入ったガラス瓶を密栓し、マグネチックスターラーで撹拌しながら90℃で1.5時間加熱した(架橋率40%)。それ以降は実施例1と同様に行い、水系顔料分散体(I−9)(固形分濃度:30%)を得た。
<水系インク9の製造>
実施例1の水系インク1の製造において、水系顔料分散体(I−1)を水系顔料分散体(I−9)に変更し、実施例1と同様に行い、インク9を得た。
実施例1の水系顔料分散体の製造において、工程1−1のポリマー分散剤(a)を(メタ)アクリル系樹脂(PA−3)に変更し、中和剤を添加しないで、更に熱処理工程において減圧下で濃縮して固形分濃度を30%に調整した以外は、実施例1と同様に行い、水系顔料分散体(I−10)(固形分濃度:30%)及びインク10を得た。
実施例1の工程1−1において、マイクロフルイダイザー(Microfluidics社製、商品名)による処理条件を150MPaの圧力で30パスに変更した以外は、実施例1と同様に行い、水系顔料分散体(I−11)(固形分濃度:30%)及びインク11を得た。
実施例1の工程1−1において、加えたMEKを35gに変更した以外は、実施例1と同様に行い、水系顔料分散体(I−12)(固形分濃度:30%)及びインク12を得た。
実施例1の工程(1−1)及び(1−2)において、熱処理工程の混合物への顔料及びポリマー分散剤(a)の配合量が表4に示す量となるように配合量を変更した以外は同様に行い、固形分濃度25%の顔料水分散体(A−16)及び(A−17)を得た。
そして、実施例1の熱処理工程において、用いる顔料水分散体(A−16)及び(A−17)の量を実施例16は200g、実施例17は64gに変更し、表4に示す架橋剤(C)の量に変更し、実施例17については減圧下で濃縮して固形分濃度を30%に調整した以外は実施例1と同様に行い、水系顔料分散体(I−16)及び(I−17)及びインク16及び17を得た。
表4に示すようにポリマー(B)のエマルションを加えずに、更に熱処理工程において減圧下で濃縮して固形分濃度を30%に調整した以外は、実施例1と同様に行い、水系顔料分散体(I−C1)(固形分濃度:30%)及びインクC1を得た。
表4に示すように架橋剤(C)を加えなかった以外は、実施例1と同様に行い、水系顔料分散体(I−C2)(固形分濃度:30%)及びインクC2を得た。
表4に示すように混合物の熱処理温度を40℃にした以外は、実施例1と同様に行い、水系顔料分散体(I−C3)(固形分濃度:30%)及びインクC3を得た。
実施例1の工程(1−1)及び(1−2)において、熱処理工程の混合物への顔料及びポリマー分散剤(a)の配合量が表4に示す量となるように配合量を変更した以外は同様に行い、固形分濃度25%の顔料水分散体(A−C4)及び(A−C5)を得た。
そして、実施例1の熱処理工程において、用いる顔料水分散体(A−C4)及び(A−C5)の量を比較例4は216g、比較例5は60gに変更し、表4に示す架橋剤(C)の配合量を変更し、比較例4については減圧下で濃縮して固形分濃度を30%に調整した以外は実施例1と同様に行い、水系顔料分散体(I−C4)及び(I−C5)並びにインクC4及びC5を得た。
得られた水系インクを用いて、下記の方法で印刷し、印刷物の評価を行った。結果を表5に示す。
(1)耐折り曲げ性の評価
温度25±1℃、相対湿度30±5%の環境で、インクジェットヘッド(京セラ株式会社製、KJ4B−QA06NTB−STDV、ピエゾ式、ノズル数2656個)を装備したインクジェット印刷評価装置(株式会社トライテック製)に水系インクを充填した。
ヘッド電圧26V、周波数20kHz、吐出液適量18pl、ヘッド温度32℃、解像度600dpi、吐出前フラッシング回数200発、負圧−4.0kPaを設定し、印刷媒体の長手方向と搬送方向が同じになる向きに、印刷媒体を搬送台に減圧で固定した。前記印刷評価装置に印刷命令を転送し、Duty100%の画像を印刷した。
印刷媒体はポリエステルフィルム(東レ株式会社製、ルミラーT60、厚み75um、吸水量2.3g/m2)を用い、印刷終了後、ホットプレート上にて60℃で10分間加熱乾燥を行い、評価用印刷物を得た。
得られた評価用印刷物を、50g/cm2で30秒間内側に折り曲げ、再度開き、破損した画像を柔らかい布でふき取った後の、画像欠損の幅(mm)の最大値を印刷物の耐折り曲げ性の指標とした。画像欠損の幅の最大値が小さいほど、印刷物の耐折り曲げ性が良好である。
上記(1)と同じインクジェット印刷評価装置にて印刷後30分間、ノズル面を保護することなく放置し、全てのノズルから吐出したかどうか判別できる印刷チェックパターンを印刷媒体上に印刷した際のノズル欠け(正常に吐出していないノズル)数をカウントし、吐出信頼性を評価した。ノズル欠け数が少ないほど吐出信頼性が良好である。
なお、表4に示す各成分の量は熱処理工程の混合物中の含有量である。また、表4中の自己分散型顔料、ポリマー分散剤(a)及びポリマー(B)のエマルションの量は、固形分量である。
比較例1は、ポリマー(B)のエマルションを用いていないため、吐出信頼性及び耐折り曲げ性が劣る。
比較例2は、架橋剤(C)を用いていないため、吐出信頼性及び耐折り曲げ性が劣る。
比較例3は、熱処理温度が45℃未満であるため、ポリマーに架橋構造が十分に導入されておらず、吐出信頼性及び耐折り曲げ性が劣る。
比較例4は、質量比(顔料/ポリマー総量)が2.15超であるため、吐出信頼性は有するものの、耐折り曲げ性が劣る。
比較例5は、質量比(顔料/ポリマー総量)が0.48未満であるため、耐折り曲げ性は有するものの、吐出信頼性が劣る。
Claims (8)
- 顔料及びポリマーを含有する水系顔料分散体(I)の製造方法であって、
顔料水分散体(A)と、ポリマー(B)のエマルションと、架橋剤(C)との混合物を45℃以上100℃以下で熱処理する工程を有し、
かつ、該ポリマーの総量に対する該顔料の質量比(顔料/ポリマー総量)が0.48以上2.15以下である、水系顔料分散体(I)の製造方法。 - 前記混合物はさらに有機溶剤10質量%以下含有する、請求項1に記載の水系顔料分散体(I)の製造方法。
- 顔料水分散体(A)に対する水系顔料分散体(I)のキュムラント平均粒径比[水系顔料分散体(I)/顔料水分散体(A)]が、0.9以上1.2以下である、請求項1又は2に記載の水系顔料分散体(I)の製造方法。
- 顔料水分散体(A)が、自己分散型顔料の水分散体、又は顔料をポリマー分散剤(a)で分散させた水分散体である、請求項1〜3のいずれかに記載の水系顔料分散体(I)の製造方法。
- 顔料水分散体(A)が、顔料をポリマー分散剤(a)で機械分散させてなる、請求項1〜4のいずれかに記載の水系顔料分散体(I)の製造方法。
- ポリマー分散剤(a)及びポリマー(B)が、いずれも(メタ)アクリル系樹脂又はいずれもポリエステル樹脂である、請求項4又は5に記載の水系顔料分散体(I)の製造方法。
- (メタ)アクリル系樹脂が親水性モノマー由来の構成単位及び疎水性モノマー由来の構成単位を含む、請求項6に記載の水系顔料分散体(I)の製造方法。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の製造方法により得られた水系顔料分散体(I)及び水溶性有機溶剤(II)を含有する、インクジェット記録用インク。
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