JP2023133016A - インクジェット記録用水系インク - Google Patents
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Abstract
【課題】吐出信頼性に優れ、にじみを抑制できるインクジェット記録用水系インクを提供することを課題とする。【解決手段】顔料、トリオール型ポリプロピレングリコール及び水を含むインクジェット記録用水系インクであって、該トリオール型ポリプロピレングリコールの含有量が、インク中、0.1~10質量%である、インクジェット記録用水系インク。【選択図】なし
Description
本発明は、インクジェット記録用水系インクに関する。
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記録媒体に直接吐出し、付着させて、文字や画像を得る記録方式である。この記録方式は、フルカラー化が容易で、かつ安価であり、記録媒体として普通紙が使用可能、被印刷物に対して非接触、という数多くの利点があるため普及が著しい。
一方インクジェット記録方式はインクがノズルの閉塞を引き起こす不具合を起こしやすく、安定した吐出を継続させるのは難しいという課題がある。これを改善するため特許文献1には、安定した吐出性であり、印刷物のマーカーにじみの問題を起こさない水性インクジェットインクとして、水分散性の色材、及び特定の分子量を有し高沸点のジオール型ポリプロピレングリコールを含む水性インクが提案されている。
一方インクジェット記録方式はインクがノズルの閉塞を引き起こす不具合を起こしやすく、安定した吐出を継続させるのは難しいという課題がある。これを改善するため特許文献1には、安定した吐出性であり、印刷物のマーカーにじみの問題を起こさない水性インクジェットインクとして、水分散性の色材、及び特定の分子量を有し高沸点のジオール型ポリプロピレングリコールを含む水性インクが提案されている。
特許文献1の水系インクジェットインクは、高沸点のジオール型ポリプロピレングリコールを多量にインク組成に用いることで吐出信頼性を改善しているものの、近年環境負荷抑制の観点から需要が高まってきている樹脂フィルムのような非吸水性媒体への水系インクジェット印刷では、印刷物の乾燥性が不十分となり、記録速度の低下や、異なる色のインク間でのにじみの発生が生じる場合があった。
本発明は、吐出信頼性に優れ、樹脂フィルムのような非吸水性媒体でも記録物のにじみを抑制できるインクジェット記録用水系インクを提供することを課題とする。
本発明は、吐出信頼性に優れ、樹脂フィルムのような非吸水性媒体でも記録物のにじみを抑制できるインクジェット記録用水系インクを提供することを課題とする。
本発明者らは、インクジェット記録用水系インクにおいて、顔料と共に、トリオール型ポリプロピレングリコールを用いることで、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、顔料、トリオール型ポリプロピレングリコール及び水を含有するインクジェット記録用水系インクであって、該トリオール型ポリプロピレングリコールの含有量が、インク中、0.1質量%以上10質量%以下である、インクジェット記録用水系インクを提供する。
すなわち、本発明は、顔料、トリオール型ポリプロピレングリコール及び水を含有するインクジェット記録用水系インクであって、該トリオール型ポリプロピレングリコールの含有量が、インク中、0.1質量%以上10質量%以下である、インクジェット記録用水系インクを提供する。
本発明によれば、吐出信頼性に優れ、樹脂フィルムのような非吸水性媒体における記録物のにじみを抑制できるインクジェット記録用水系インクを提供することができる。
[インクジェット記録用水系インク]
本発明のインクジェット記録用水系インク(以下、「本発明インク」ともいう)は、顔料、トリオール型ポリプロピレングリコール及び水を含有するインクジェット記録用水系インクであって、該トリオール型ポリプロピレングリコールの含有量が、インク中、0.1質量%以上10質量%以下であることを特徴とする。
本発明のインクジェット記録用水系インク(以下、「本発明インク」ともいう)は、顔料、トリオール型ポリプロピレングリコール及び水を含有するインクジェット記録用水系インクであって、該トリオール型ポリプロピレングリコールの含有量が、インク中、0.1質量%以上10質量%以下であることを特徴とする。
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、文字や画像を記録する印刷、印字を含む概念であり、「記録物」とは、文字や画像が記録された印刷物、印字物を含む概念である。
また、「記録」とは、文字や画像を記録する印刷、印字を含む概念であり、「記録物」とは、文字や画像が記録された印刷物、印字物を含む概念である。
本発明インクは、インクジェット印刷において、吐出信頼性に優れ、樹脂フィルムのような非吸水性媒体を用いた場合でも得られる記録物のにじみを抑制することができる。その理由は定かではないが、以下のように考えられる。
本発明インクは、トリオール型ポリプロピレングリコールを含有していることから、開口面積が狭い吐出ノズルの内部に存在する時は、インクの水分が蒸発するにつれてトリオール型ポリプロピレングリコールが徐々に析出、分離をし、吐出ノズル表面を保護する膜のように作用する。そのため、それ以上、インク中の水分が蒸発することを抑制することができ、過度の粘度上昇を抑制することができる。更に、トリオール型ポリプロピレングリコールは、インク中に存在する樹脂とは相溶しないため、該樹脂の被膜の形成を防ぐことができる。
以上のように、本発明インクは、吐出ノズルの開口部を閉塞させることがないため、吐出信頼性を向上させることができると考えられる。
また、更に、トリオール型ポリプロピレングリコールは水との親和性が低いことから、本発明インクは、記録媒体に着弾した後の水分の蒸発が早く、乾燥性に優れるため、記録物の色のにじみを抑制することができると考えられる。
本発明インクは、トリオール型ポリプロピレングリコールを含有していることから、開口面積が狭い吐出ノズルの内部に存在する時は、インクの水分が蒸発するにつれてトリオール型ポリプロピレングリコールが徐々に析出、分離をし、吐出ノズル表面を保護する膜のように作用する。そのため、それ以上、インク中の水分が蒸発することを抑制することができ、過度の粘度上昇を抑制することができる。更に、トリオール型ポリプロピレングリコールは、インク中に存在する樹脂とは相溶しないため、該樹脂の被膜の形成を防ぐことができる。
以上のように、本発明インクは、吐出ノズルの開口部を閉塞させることがないため、吐出信頼性を向上させることができると考えられる。
また、更に、トリオール型ポリプロピレングリコールは水との親和性が低いことから、本発明インクは、記録媒体に着弾した後の水分の蒸発が早く、乾燥性に優れるため、記録物の色のにじみを抑制することができると考えられる。
<顔料>
本発明において用いられる顔料は、無機顔料及び有機顔料のいずれであってもよい。また、必要に応じて、それらと体質顔料を併用することもできる。
無機顔料の具体例としては、カーボンブラック、金属酸化物等が挙げられ、特に黒色インクにおいては、カーボンブラックが好ましい。カーボンブラックとしては、ファーネスブラック、サーマルブラック、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、アゾ顔料、ジアゾ顔料、フタロシアニン顔料、キナクリドン顔料、イソインドリノン顔料、ジオキサジン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、チオインジゴ顔料、アントラキノン顔料、キノフタロン顔料等が挙げられる。
色相は特に限定されず、イエロー、マゼンタ、シアン、ブルー、レッド、オレンジ、グリーン等の有彩色顔料をいずれも用いることができる。
好ましい有機顔料の具体例としては、C.I.ピグメント・イエロー、C.I.ピグメント・レッド、C.I.ピグメント・オレンジ、C.I.ピグメント・バイオレット、C.I.ピグメント・ブルー、及びC.I.ピグメント・グリーンから選ばれる1種以上の各品番製品が挙げられる。
体質顔料としては、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。
本発明において用いられる顔料は、無機顔料及び有機顔料のいずれであってもよい。また、必要に応じて、それらと体質顔料を併用することもできる。
無機顔料の具体例としては、カーボンブラック、金属酸化物等が挙げられ、特に黒色インクにおいては、カーボンブラックが好ましい。カーボンブラックとしては、ファーネスブラック、サーマルブラック、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、アゾ顔料、ジアゾ顔料、フタロシアニン顔料、キナクリドン顔料、イソインドリノン顔料、ジオキサジン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、チオインジゴ顔料、アントラキノン顔料、キノフタロン顔料等が挙げられる。
色相は特に限定されず、イエロー、マゼンタ、シアン、ブルー、レッド、オレンジ、グリーン等の有彩色顔料をいずれも用いることができる。
好ましい有機顔料の具体例としては、C.I.ピグメント・イエロー、C.I.ピグメント・レッド、C.I.ピグメント・オレンジ、C.I.ピグメント・バイオレット、C.I.ピグメント・ブルー、及びC.I.ピグメント・グリーンから選ばれる1種以上の各品番製品が挙げられる。
体質顔料としては、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。
顔料の形態としては、(i)分散剤なしで分散状態を保つことができる顔料、すなわち自己分散型顔料の形態、(ii)顔料を界面活性剤で分散させた顔料粒子の形態、(iii)顔料を含有するポリマー粒子の形態が挙げられる。
本発明インクは、吐出信頼性の向上及び得られる記録物のにじみの抑制の観点から、顔料が「顔料を含有するポリマー粒子」の形態であることが好ましく、「顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子」の形態であることがより好ましく、同様の観点から、後述の「顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子」であることが更に好ましい。
なお、本明細書において、顔料を含有するポリマー粒子の形態とは、ポリマーが顔料を包含した形態の粒子、ポリマーと顔料からなる粒子の表面に顔料の一部が露出している形態の粒子、ポリマーが顔料の一部に吸着している形態の粒子、及びこれらの混合物を意味する。
本発明インクは、吐出信頼性の向上及び得られる記録物のにじみの抑制の観点から、顔料が「顔料を含有するポリマー粒子」の形態であることが好ましく、「顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子」の形態であることがより好ましく、同様の観点から、後述の「顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子」であることが更に好ましい。
なお、本明細書において、顔料を含有するポリマー粒子の形態とは、ポリマーが顔料を包含した形態の粒子、ポリマーと顔料からなる粒子の表面に顔料の一部が露出している形態の粒子、ポリマーが顔料の一部に吸着している形態の粒子、及びこれらの混合物を意味する。
(顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子)
顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子は、上記の顔料と、水不溶性ポリマーから構成される。
顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子は、上記の顔料と、水不溶性ポリマーから構成される。
(水不溶性ポリマー)
水不溶性ポリマーは、顔料分散作用を発現する顔料分散剤としての機能と、記録媒体への定着剤としての機能を有する。
ここで、「水不溶性」とは、105℃で2時間乾燥させ、恒量に達したポリマーを、25℃の水100gに溶解させたときに、その溶解量が10g以下であることを意味し、その溶解量は好ましくは5g以下、より好ましくは1g以下である。水不溶性ポリマーがアニオン性ポリマーの場合、その溶解量は、ポリマーのアニオン性基を水酸化ナトリウムで100%中和した時の溶解量である。
水不溶性ポリマーは、顔料分散作用を発現する顔料分散剤としての機能と、記録媒体への定着剤としての機能を有する。
ここで、「水不溶性」とは、105℃で2時間乾燥させ、恒量に達したポリマーを、25℃の水100gに溶解させたときに、その溶解量が10g以下であることを意味し、その溶解量は好ましくは5g以下、より好ましくは1g以下である。水不溶性ポリマーがアニオン性ポリマーの場合、その溶解量は、ポリマーのアニオン性基を水酸化ナトリウムで100%中和した時の溶解量である。
水不溶性ポリマーとしては、ポリエステル系ポリマー、ポリウレタン系ポリマー、ビニル系ポリマー等が挙げられる。これらの中では、本発明インクの保存安定性及び吐出信頼性を向上させる観点から、ビニル単量体の付加重合により得られるビニル系ポリマーが好ましい。
ビニル系ポリマーとしては、(a-1)イオン性モノマーに由来する構成単位を含有するポリマーが好ましく、(a-1)イオン性モノマー由来の構成単位と(a-2)疎水性モノマー由来の構成単位を有する共重合ポリマーがより好ましい。
ビニル系ポリマーとしては、(a-1)イオン性モノマーに由来する構成単位を含有するポリマーが好ましく、(a-1)イオン性モノマー由来の構成単位と(a-2)疎水性モノマー由来の構成単位を有する共重合ポリマーがより好ましい。
〔(a-1)イオン性モノマー〕
(a-1)イオン性モノマーとしては、顔料の分散安定性を向上させる観点から、アニオン性モノマーが好ましい。
アニオン性モノマーとしては、カルボン酸モノマー、スルホン酸モノマー、リン酸モノマー等が挙げられる。カルボン酸モノマーとしては、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、シトラコン酸等が挙げられる。
これらの中でも、カルボン酸モノマーがより好ましく、アクリル酸及びメタクリル酸から選ばれる1種以上が更に好ましい。
(a-1)イオン性モノマーとしては、顔料の分散安定性を向上させる観点から、アニオン性モノマーが好ましい。
アニオン性モノマーとしては、カルボン酸モノマー、スルホン酸モノマー、リン酸モノマー等が挙げられる。カルボン酸モノマーとしては、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、シトラコン酸等が挙げられる。
これらの中でも、カルボン酸モノマーがより好ましく、アクリル酸及びメタクリル酸から選ばれる1種以上が更に好ましい。
〔(a-2)疎水性モノマー〕
(a-2)疎水性モノマーは、顔料の分散安定性を向上させる観点から、(a-1)成分に加えて、更にモノマー成分として用いることが好ましい。
(a-2)疎水性モノマーの「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。
(a-2)疎水性モノマーの具体例としては、特開2018-83938号公報の段落〔0020〕~〔0022〕に記載のものが挙げられる。これらの中では、炭素数1以上22以下のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート、炭素数6以上22以下の芳香族基を有する芳香族基含有モノマー、片末端に重合性官能基を有するマクロモノマー等が好ましく、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種以上がより好ましい。
片末端に重合性官能基を有するマクロモノマーは、数平均分子量が500以上10万以下、好ましくは1,000以上1万以下の化合物であり、重合性官能基としては、アクリロイルオキシ基又はメタクリロイルオキシ基が挙げられる。
マクロモノマーとしては、芳香族基含有モノマー系マクロモノマーが好ましく、それを構成する芳香族基含有モノマーとしては、前記の芳香族基含有モノマーが挙げられる。
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、東亞合成株式会社製のAS-6(S)、AN-6(S)、HS-6(S)等が挙げられる。
(a-2)疎水性モノマーは、顔料の分散安定性を向上させる観点から、(a-1)成分に加えて、更にモノマー成分として用いることが好ましい。
(a-2)疎水性モノマーの「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。
(a-2)疎水性モノマーの具体例としては、特開2018-83938号公報の段落〔0020〕~〔0022〕に記載のものが挙げられる。これらの中では、炭素数1以上22以下のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート、炭素数6以上22以下の芳香族基を有する芳香族基含有モノマー、片末端に重合性官能基を有するマクロモノマー等が好ましく、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種以上がより好ましい。
片末端に重合性官能基を有するマクロモノマーは、数平均分子量が500以上10万以下、好ましくは1,000以上1万以下の化合物であり、重合性官能基としては、アクリロイルオキシ基又はメタクリロイルオキシ基が挙げられる。
マクロモノマーとしては、芳香族基含有モノマー系マクロモノマーが好ましく、それを構成する芳香族基含有モノマーとしては、前記の芳香族基含有モノマーが挙げられる。
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、東亞合成株式会社製のAS-6(S)、AN-6(S)、HS-6(S)等が挙げられる。
〔(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より向上させる観点から、用いることができる。
(a-3)ノニオン性モノマーは、水や水溶性有機溶剤との親和性が高いモノマーであり、例えば水酸基やポリアルキレングリコール鎖を含むモノマーである。
(a-3)成分の具体例としては、特開2018-83938号公報の段落〔0018〕に記載のものが挙げられる。これらの中では、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、ポリプロピレングリコール(n=2~30)(メタ)アクリレートから選ばれる1種以上が好ましい。
上記(a-1)~(a-3)成分は、それぞれ、各成分に含まれるモノマー成分を単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
(a-3)ノニオン性モノマーは、顔料の分散安定性をより向上させる観点から、用いることができる。
(a-3)ノニオン性モノマーは、水や水溶性有機溶剤との親和性が高いモノマーであり、例えば水酸基やポリアルキレングリコール鎖を含むモノマーである。
(a-3)成分の具体例としては、特開2018-83938号公報の段落〔0018〕に記載のものが挙げられる。これらの中では、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、ポリプロピレングリコール(n=2~30)(メタ)アクリレートから選ばれる1種以上が好ましい。
上記(a-1)~(a-3)成分は、それぞれ、各成分に含まれるモノマー成分を単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
〔水不溶性ポリマー中における各構成単位の含有量〕
水不溶性ポリマー中における各成分に由来する構成単位の含有量は、本発明インクの吐出信頼性の向上及び得られる記録物のにじみの抑制の観点から、次のとおりである。
(a-1)成分の含有量は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは8質量%以上、更に好ましくは10質量%以上、より更に好ましくは12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、より更に好ましくは25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。
水不溶性ポリマー中における各成分に由来する構成単位の含有量は、本発明インクの吐出信頼性の向上及び得られる記録物のにじみの抑制の観点から、次のとおりである。
(a-1)成分の含有量は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは8質量%以上、更に好ましくは10質量%以上、より更に好ましくは12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、より更に好ましくは25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。
(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35質量%以下、更に好ましくは30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0.05以上、より好ましくは0.1以上、更に好ましくは0.15以上、より更に好ましくは0.2以上であり、そして、好ましくは1.5以下、より好ましくは1以下、更に好ましくは0.8以下、より更に好ましくは0.5以下である。
[(a-1)成分/(a-2)成分]の質量比は、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.1以上、更に好ましくは0.15以上、より更に好ましくは0.2以上であり、そして、好ましくは1.5以下、より好ましくは1以下、更に好ましくは0.8以下、より更に好ましくは0.5以下である。
(水不溶性ポリマーの製造)
水不溶性ポリマーは、前記(a-1)成分と(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。
溶液重合法で用いる溶媒に制限はないが、水、低級脂肪族アルコール、メチルエチルケトン等のケトン類、エーテル類、エステル類等の極性溶媒が好ましい。
重合の際には、アゾ化合物、過硫酸塩等の重合開始剤やメルカプタン類等の重合連鎖移動剤を用いることができる。重合温度は、使用する重合開始剤、モノマー、溶媒の種類等によって異なるが、好ましくは30℃以上、より好ましくは50℃以上であり、そして、好ましくは100℃以下、より好ましくは90℃以下である。
水不溶性ポリマーは、後述するように中和剤で中和することが好ましい。
水不溶性ポリマーは、前記(a-1)成分と(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。
溶液重合法で用いる溶媒に制限はないが、水、低級脂肪族アルコール、メチルエチルケトン等のケトン類、エーテル類、エステル類等の極性溶媒が好ましい。
重合の際には、アゾ化合物、過硫酸塩等の重合開始剤やメルカプタン類等の重合連鎖移動剤を用いることができる。重合温度は、使用する重合開始剤、モノマー、溶媒の種類等によって異なるが、好ましくは30℃以上、より好ましくは50℃以上であり、そして、好ましくは100℃以下、より好ましくは90℃以下である。
水不溶性ポリマーは、後述するように中和剤で中和することが好ましい。
水不溶性ポリマーの重量平均分子量は、本発明インクの吐出信頼性の向上及び得られる記録物のにじみの抑制の観点から、好ましくは10,000以上、より好ましくは20,000以上、更に好ましくは30,000以上であり、そして、好ましくは400,000以下、より好ましくは300,000以下、更に好ましくは200,000以下、より更に好ましくは80,000以下、より更に好ましくは60,000以下である。
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。
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。
架橋前の水不溶性ポリマーの酸価は、本発明インクの吐出信頼性の向上及び得られる記録物のにじみの抑制の観点から、好ましくは50mgKOH/g以上、より好ましくは70mgKOH/g以上、更に好ましくは90mgKOH/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200mgKOH/g以下、更に好ましくは150mgKOH/g以下、より更に好ましくは120mgKOH/g以下である。
水不溶性ポリマーの酸価は、構成するモノマーの質量比から算出することができる。
水不溶性ポリマーの酸価は、構成するモノマーの質量比から算出することができる。
(水不溶性ポリマーの架橋)
水不溶性ポリマーは、架橋剤を用いて架橋処理され架橋構造を形成させることが好ましい。すなわち、本発明においては顔料が、顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子であることが好ましい。このとき、顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子は、顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子を構成するポリマーが、水不溶性ポリマー由来の構成成分と架橋剤由来の構成成分からなる。この架橋処理により、二次元構造である水不溶性ポリマーが三次元構造となり、ポリマーが顔料表面に強固に吸着又は固定化され、本発明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、本発明インクの吐出信頼性及び保存安定性が向上されると考えられる。
架橋剤は、分子内に2個以上のエポキシ基を有する化合物であることが好ましい。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水不溶性ポリマーのカルボキシ基と架橋反応させる観点から、その水溶率は、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質量部に架橋剤10質量部を溶解したときの架橋剤の溶解率(質量%)をいう。水溶率(質量%)は、具体的には実施例に記載の方法で測定できる。
水不溶性ポリマーは、架橋剤を用いて架橋処理され架橋構造を形成させることが好ましい。すなわち、本発明においては顔料が、顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子であることが好ましい。このとき、顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子は、顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子を構成するポリマーが、水不溶性ポリマー由来の構成成分と架橋剤由来の構成成分からなる。この架橋処理により、二次元構造である水不溶性ポリマーが三次元構造となり、ポリマーが顔料表面に強固に吸着又は固定化され、本発明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、本発明インクの吐出信頼性及び保存安定性が向上されると考えられる。
架橋剤は、分子内に2個以上のエポキシ基を有する化合物であることが好ましい。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水不溶性ポリマーのカルボキシ基と架橋反応させる観点から、その水溶率は、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質量部に架橋剤10質量部を溶解したときの架橋剤の溶解率(質量%)をいう。水溶率(質量%)は、具体的には実施例に記載の方法で測定できる。
分子内に2個以上のエポキシ基を有する化合物は、好ましくは分子内にグリシジルエーテル基を2個以上有する化合物、より好ましくは炭素数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。
分子内に2個以上のエポキシ基を有する化合物のエポキシ当量は、水を主体とする媒体中で、より効率的に水不溶性ポリマーのカルボキシ基と架橋反応させる観点から、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。
分子内に2個以上のエポキシ基を有する化合物のエポキシ当量は、水を主体とする媒体中で、より効率的に水不溶性ポリマーのカルボキシ基と架橋反応させる観点から、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。
分子内に2個以上のエポキシ基を有する化合物の具体例としては、シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコ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、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、水添ビスフェノールA型ジグリシジルエーテル等のポリグリシジルエーテル等から選ばれる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、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、及びペンタエリスリトールポリグリシジルエーテルから選ばれる1種以上が好ましい。
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、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、及びペンタエリスリトールポリグリシジルエーテルから選ばれる1種以上が好ましい。
水不溶性ポリマー粒子が架橋している場合、すなわち、顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子の形態の場合、その架橋率は、本発明インクの吐出信頼性の向上及び得られる記録物のにじみの抑制の観点から、好ましくは10モル%以上、より好ましくは15モル%以上、更に好ましくは20モル%以上であり、そして、好ましくは60モル%以下、より好ましくは50モル%以下、更に好ましくは40モル%以下である。
ここで、架橋率(モル%)は、「(架橋剤のエポキシ基のモル数/水不溶性ポリマーのカルボキシ基のモル数)×100」で算出される。
ここで、架橋率(モル%)は、「(架橋剤のエポキシ基のモル数/水不溶性ポリマーのカルボキシ基のモル数)×100」で算出される。
顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子を構成する水不溶性架橋ポリマーの酸価は、好ましくは25mgKOH/g以上、より好ましは50mgKOH/g以上、更に好ましは80mgKOH/g以上であり、そして、好ましくは270mgKOH/g以下、より好ましくは200mgKOH/g以下、更に好ましくは160mgKOH/g以下である。
(顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子の製造)
顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子は、下記工程1及び2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:顔料、水不溶性ポリマー、有機溶媒、及び水を含む顔料混合物を分散処理して分散処理物を得る工程
工程2:工程1で得られた分散処理物から有機溶媒を除去して顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子の水分散体を得る工程
また、顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子が、顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子の形態の場合、更に下記工程3を含む方法により、より効率的に製造することができる。
工程3:工程2で得られた顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子の水分散体に架橋剤を添加し、架橋処理して、顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子の水分散体を得る工程
顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子は、下記工程1及び2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:顔料、水不溶性ポリマー、有機溶媒、及び水を含む顔料混合物を分散処理して分散処理物を得る工程
工程2:工程1で得られた分散処理物から有機溶媒を除去して顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子の水分散体を得る工程
また、顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子が、顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子の形態の場合、更に下記工程3を含む方法により、より効率的に製造することができる。
工程3:工程2で得られた顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子の水分散体に架橋剤を添加し、架橋処理して、顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子の水分散体を得る工程
〔工程1〕
工程1における顔料混合物は、不溶性ポリマー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により得ることが好ましい。
工程1で用いる有機溶媒に制限はないが、ケトン類、エーテル類、エステル類、炭素数1以上3以下の脂肪族アルコール等が好ましく、顔料への濡れ性、不溶性ポリマーの顔料への吸着性を向上させる観点から、炭素数4以上8以下のケトンがより好ましく、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンが更に好ましく、メチルエチルケトンがより更に好ましい。不溶性ポリマーとしてビニル系樹脂を溶液重合法で合成した場合には、重合で用いた溶媒をそのまま用いてもよい。
工程1における顔料混合物は、不溶性ポリマー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により得ることが好ましい。
工程1で用いる有機溶媒に制限はないが、ケトン類、エーテル類、エステル類、炭素数1以上3以下の脂肪族アルコール等が好ましく、顔料への濡れ性、不溶性ポリマーの顔料への吸着性を向上させる観点から、炭素数4以上8以下のケトンがより好ましく、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンが更に好ましく、メチルエチルケトンがより更に好ましい。不溶性ポリマーとしてビニル系樹脂を溶液重合法で合成した場合には、重合で用いた溶媒をそのまま用いてもよい。
(水不溶性ポリマーの中和)
水不溶性ポリマーが酸基を有する場合、該酸基の少なくとも一部は、中和剤を用いて中和されていることが好ましい。これにより、中和後に発現する電荷反発力が大きくなり、水系インクにおける顔料粒子の凝集を抑制し、顔料の分散安定性を向上できると考えられる。
中和する場合は、pHが7以上11以下になるように中和することが好ましい。
中和剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムのようなアルカリ金属の水酸化物、アンモニア、各種アミン等が挙げられ、好ましくは水酸化ナトリウム及びアンモニアである。
また、水不溶性ポリマーを予め中和しておいてもよい。
中和剤の使用当量は、顔料の分散安定性を確保する観点から、好ましくは30モル%以上、より好ましくは40モル%以上、更に好ましくは50モル%以上であり、そして、好ましくは150モル%以下、より好ましくは100モル%以下、更に好ましくは90モル%以下、より更に好ましくは85モル%以下である。
ここで中和剤の使用当量は、中和前のポリマーを「ポリマーa」とする場合、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aの酸価(mgKOH/g)×ポリマーaの質量(g)}/(56×1,000)]〕×100
本発明においては、水不溶性ポリマーのカルボキシ基のモル数よりも中和剤を過剰に用いた場合は、中和剤の使用当量が100モル%を超える値となることもあり得る。
なお、本発明において、中和剤の使用当量の計算は、沸点が大気圧下で100℃以下の中和剤の添加量は算入しない。
水不溶性ポリマーが酸基を有する場合、該酸基の少なくとも一部は、中和剤を用いて中和されていることが好ましい。これにより、中和後に発現する電荷反発力が大きくなり、水系インクにおける顔料粒子の凝集を抑制し、顔料の分散安定性を向上できると考えられる。
中和する場合は、pHが7以上11以下になるように中和することが好ましい。
中和剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムのようなアルカリ金属の水酸化物、アンモニア、各種アミン等が挙げられ、好ましくは水酸化ナトリウム及びアンモニアである。
また、水不溶性ポリマーを予め中和しておいてもよい。
中和剤の使用当量は、顔料の分散安定性を確保する観点から、好ましくは30モル%以上、より好ましくは40モル%以上、更に好ましくは50モル%以上であり、そして、好ましくは150モル%以下、より好ましくは100モル%以下、更に好ましくは90モル%以下、より更に好ましくは85モル%以下である。
ここで中和剤の使用当量は、中和前のポリマーを「ポリマーa」とする場合、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aの酸価(mgKOH/g)×ポリマーaの質量(g)}/(56×1,000)]〕×100
本発明においては、水不溶性ポリマーのカルボキシ基のモル数よりも中和剤を過剰に用いた場合は、中和剤の使用当量が100モル%を超える値となることもあり得る。
なお、本発明において、中和剤の使用当量の計算は、沸点が大気圧下で100℃以下の中和剤の添加量は算入しない。
≪顔料混合物の分散処理≫
工程1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、均一な顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子の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。
本分散に用いる剪断応力を与える手段としては、例えば、ロールミル、ニーダー等の混練機、マイクロフルイダイザー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、ビーズミル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、50MPa以上、好ましくは100MPa以上の分散圧力でパス回数の制御により、顔料を所望の粒径になるように制御することができる。
工程1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、均一な顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子の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。
本分散に用いる剪断応力を与える手段としては、例えば、ロールミル、ニーダー等の混練機、マイクロフルイダイザー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、ビーズミル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、50MPa以上、好ましくは100MPa以上の分散圧力でパス回数の制御により、顔料を所望の粒径になるように制御することができる。
〔工程2〕
工程2における有機溶媒の除去は、公知の方法で行うことができる。得られた顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子の水分散体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%以下残留していてもよい。
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、液相部分をフィルター等で濾過し、該フィルター等を通過したものを、顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子の水分散体として得ることが好ましい。
工程2における有機溶媒の除去は、公知の方法で行うことができる。得られた顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子の水分散体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%以下残留していてもよい。
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、液相部分をフィルター等で濾過し、該フィルター等を通過したものを、顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子の水分散体として得ることが好ましい。
〔工程3〕
工程3では、水不溶性ポリマー粒子の水分散体中で、顔料を分散させている水不溶性ポリマー粒子が架橋剤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水不溶性ポリマーの粒子が水系媒体に分散された形態の水分散体を得ることができる。
好ましい架橋剤は前述の通りである。
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。
工程3では、水不溶性ポリマー粒子の水分散体中で、顔料を分散させている水不溶性ポリマー粒子が架橋剤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水不溶性ポリマーの粒子が水系媒体に分散された形態の水分散体を得ることができる。
好ましい架橋剤は前述の通りである。
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。
得られる顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子又は顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子の水分散体(以下、まとめて「顔料水分散体」ともいう)の不揮発成分濃度(固形分濃度)は、本発明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、顔料水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。
なお、顔料水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。
得られる顔料水分散体中の顔料の含有量は、本発明インクの吐出信頼性の向上及び得られる記録物のにじみの抑制の観点から、好ましくは2質量%以上、より好ましくは5質量%以上、更に好ましくは8質量%以上であり、そして、好ましくは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%以下である。
顔料水分散体中の顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子又は顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子(以下、まとめて「顔料含有ポリマー粒子」ともいう)の平均粒径は、本発明インクの吐出信頼性の向上及び得られる記録物のにじみの抑制の観点から、好ましくは60nm以上、より好ましくは70nm以上、更に好ましくは80nm以上、より更に好ましくは100nm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155nm以下である。平均粒径は、実施例に記載の方法により測定される。
なお、水系インク調製後の水系インク中の顔料を含有する架橋ポリマー粒子の平均粒径は、顔料水分散体中の平均粒径と実質的に同じである。
なお、水系インク調製後の水系インク中の顔料を含有する架橋ポリマー粒子の平均粒径は、顔料水分散体中の平均粒径と実質的に同じである。
<トリオール型ポリプロピレングリコール>
トリオール型ポリプロピレングリコールは、本発明インクの吐出信頼性の向上及び得られる記録物のにじみの抑制のために用いられる。
トリオール型ポリプロピレングリコールはグリセリン又はトリメチロールプロパンなど三価のアルコールにプロピレンオキシドを付加して得られる物質で、一つの分子中に3つの水酸基を有する。
トリオール型ポリプロピレングリコールは、本発明インクの吐出信頼性の向上及び得られる記録物のにじみの抑制のために用いられる。
トリオール型ポリプロピレングリコールはグリセリン又はトリメチロールプロパンなど三価のアルコールにプロピレンオキシドを付加して得られる物質で、一つの分子中に3つの水酸基を有する。
トリオール型ポリプロピレングリコールの数平均分子量は、本発明インクの吐出信頼性の向上及び得られる記録物のにじみの抑制の観点から、好ましくは100以上、より好ましくは250以上、更に好ましくは500以上であり、そして、好ましくは2000以下、より好ましくは1600以下、更に好ましくは1200以下であり、より更に好ましくは900以下である。
トリオール型ポリプロピレングリコールの数平均分子量が100以上であることにより、インクの水分が蒸発するにつれて、トリオール型ポリプロピレングリコールがインクから析出する度合いを高くし易いため、吐出ノズル表面をより保護し易くでき、吐出信頼性を向上し易くできる。また、トリオール型ポリプロピレングリコールの数平均分子量が2000以下であることにより、インクの粘度が高くなりすぎることを抑制できるため、インクが記録媒体に着弾した後、インクの水分を十分に蒸発させることができるため、記録物のにじみを抑制し易くできる。
なお、トリオール型ポリプロピレングリコールの数平均分子量は、トリオール型ポリプロピレングリコールの水酸基価から算出することができる。
トリオール型ポリプロピレングリコールは合成することもできるが、市販品を用いることもできる。
トリオール型ポリプロピレングリコールの市販品としては、三洋化成工業株式会社製のサンニックスGPシリーズ、AGC株式会社製のエクセノールシリーズが挙げられる。
トリオール型ポリプロピレングリコールの数平均分子量が100以上であることにより、インクの水分が蒸発するにつれて、トリオール型ポリプロピレングリコールがインクから析出する度合いを高くし易いため、吐出ノズル表面をより保護し易くでき、吐出信頼性を向上し易くできる。また、トリオール型ポリプロピレングリコールの数平均分子量が2000以下であることにより、インクの粘度が高くなりすぎることを抑制できるため、インクが記録媒体に着弾した後、インクの水分を十分に蒸発させることができるため、記録物のにじみを抑制し易くできる。
なお、トリオール型ポリプロピレングリコールの数平均分子量は、トリオール型ポリプロピレングリコールの水酸基価から算出することができる。
トリオール型ポリプロピレングリコールは合成することもできるが、市販品を用いることもできる。
トリオール型ポリプロピレングリコールの市販品としては、三洋化成工業株式会社製のサンニックスGPシリーズ、AGC株式会社製のエクセノールシリーズが挙げられる。
<水溶性有機溶剤>
本発明インクは、トリオール型ポリプロピレングリコール以外に、更に、水溶性有機溶剤を含有することが好ましい。水溶性有機溶剤を含有することで、インクの保存安定性、メンテナンス性及び記録媒体に対するインクの濡れ広がり性を向上し易くできる。
水溶性有機溶剤の沸点は、本発明インクの吐出信頼性の向上及び得られる記録物のにじみの抑制の観点から、好ましくは110℃以上、好ましくは150℃以上であり、そして、好ましくは290℃以下、より好ましくは240℃以下である。水溶性有機溶剤はこれらを1種、又は2種以上を組み合わせて用いてよい。
水溶性有機溶剤の具体例としては、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、本発明インクの吐出信頼性の向上及び得られる記録物のにじみの抑制の観点から、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。
本発明インクは、トリオール型ポリプロピレングリコール以外に、更に、水溶性有機溶剤を含有することが好ましい。水溶性有機溶剤を含有することで、インクの保存安定性、メンテナンス性及び記録媒体に対するインクの濡れ広がり性を向上し易くできる。
水溶性有機溶剤の沸点は、本発明インクの吐出信頼性の向上及び得られる記録物のにじみの抑制の観点から、好ましくは110℃以上、好ましくは150℃以上であり、そして、好ましくは290℃以下、より好ましくは240℃以下である。水溶性有機溶剤はこれらを1種、又は2種以上を組み合わせて用いてよい。
水溶性有機溶剤の具体例としては、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、本発明インクの吐出信頼性の向上及び得られる記録物のにじみの抑制の観点から、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、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、グリセリン、トリメチロールプロパン、炭素数4~10のアルキレングリコールが挙げられる。炭素数4~10のアルキレングリコールとしては、1,2-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、1,2-オクタンジオール等が挙げられる。これらの中では、プロピレングリコール、1,2-ブタンジオール、1,2-ヘキサンジオール及び1,2-オクタンジオールから選ばれる1種以上が好ましく、1,2-ヘキサンジオール及び1,2-オクタンジオールから選ばれる1種以上がより好ましい。
多価アルコールアルキルエーテルとしては、エチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコール-iso-プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、エチレングリコールモノ-iso-ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ-iso-ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノ-iso-ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等が挙げられる。これらの中では、ジエチレングリコールジエチルエーテルが好ましい。
上記の有機溶媒の中ではプロピレングリコール、1,2-ブタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、1,2-オクタンジオール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種以上が好ましく、ジエチレングリコールジエチルエーテルがより好ましい。
多価アルコールアルキルエーテルとしては、エチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコール-iso-プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、エチレングリコールモノ-iso-ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ-iso-ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノ-iso-ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等が挙げられる。これらの中では、ジエチレングリコールジエチルエーテルが好ましい。
上記の有機溶媒の中ではプロピレングリコール、1,2-ブタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、1,2-オクタンジオール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種以上が好ましく、ジエチレングリコールジエチルエーテルがより好ましい。
<界面活性剤>
本発明の水系インクは、インクの表面張力を適正に保ち、記録媒体への濡れ性を向上させる観点から、界面活性剤を含有することが好ましい。
界面活性剤としては、特に制限はないが、ノニオン性界面活性剤が好ましく、アセチレングリコール系界面活性剤及びシリコーン系界面活性剤から選ばれる1種以上がより好ましい。
アセチレングリコール系界面活性剤としては、例えば、2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオール、3,6-ジメチル-4-オクチン-3,6-ジオール、3,5-ジメチル-1-ヘキシン-3-オール、2,4-ジメチル-5-ヘキシン-3-オール、2,5-ジメチル-3-ヘキシン-2,5-ジオール、2,5,8,11-テトラメチル-6-ドデシン-5,8-ジオール等のアセチレン系ジオール、及びそれらのエチレンオキシド付加物が挙げられる。
アセチレングリコール系界面活性剤の市販品例としては、日信化学工業株式会社製の「サーフィノール」シリーズ、「オルフィン」シリーズ、川研ファインケミカル株式会社製の「アセチレノール」シリーズ等が挙げられる。
本発明の水系インクは、インクの表面張力を適正に保ち、記録媒体への濡れ性を向上させる観点から、界面活性剤を含有することが好ましい。
界面活性剤としては、特に制限はないが、ノニオン性界面活性剤が好ましく、アセチレングリコール系界面活性剤及びシリコーン系界面活性剤から選ばれる1種以上がより好ましい。
アセチレングリコール系界面活性剤としては、例えば、2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオール、3,6-ジメチル-4-オクチン-3,6-ジオール、3,5-ジメチル-1-ヘキシン-3-オール、2,4-ジメチル-5-ヘキシン-3-オール、2,5-ジメチル-3-ヘキシン-2,5-ジオール、2,5,8,11-テトラメチル-6-ドデシン-5,8-ジオール等のアセチレン系ジオール、及びそれらのエチレンオキシド付加物が挙げられる。
アセチレングリコール系界面活性剤の市販品例としては、日信化学工業株式会社製の「サーフィノール」シリーズ、「オルフィン」シリーズ、川研ファインケミカル株式会社製の「アセチレノール」シリーズ等が挙げられる。
シリコーン系界面活性剤としては、ジメチルポリシロキサン、ポリエーテル変性シリコーン、アミノ変性シリコーン、カルボキシ変性シリコーン等が挙げられるが、上記と同様の観点から、ポリエーテル変性シリコーンが好ましい。
ポリエーテル変性シリコーンの具体例としては、PEG-3ジメチコン、PEG-9ジメチコン、PEG-9メチルエーテルジメチコン、PEG-10ジメチコン、PEG-11メチルエーテルジメチコン、PEG/PPG-20/22ブチルエーテルジメチコン、PEG-32メチルエーテルジメチコン、PEG-9ポリジメチルシロキシエチルジメチコン等が挙げられる。
ポリエーテル変性シリコーンの市販品例としては、信越化学工業株式会社製のシリコーン:KFシリーズ等が挙げられる。
上記の界面活性剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。その中でもアセチレングリコール系界面活性剤とシリコーン系界面活性剤を併用することが好ましい。
ポリエーテル変性シリコーンの具体例としては、PEG-3ジメチコン、PEG-9ジメチコン、PEG-9メチルエーテルジメチコン、PEG-10ジメチコン、PEG-11メチルエーテルジメチコン、PEG/PPG-20/22ブチルエーテルジメチコン、PEG-32メチルエーテルジメチコン、PEG-9ポリジメチルシロキシエチルジメチコン等が挙げられる。
ポリエーテル変性シリコーンの市販品例としては、信越化学工業株式会社製のシリコーン:KFシリーズ等が挙げられる。
上記の界面活性剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。その中でもアセチレングリコール系界面活性剤とシリコーン系界面活性剤を併用することが好ましい。
<定着樹脂>
本発明インクは、得られる記録物の定着性を向上させる観点から、顔料を含有しないポリマー粒子を更に含有してもよい。顔料を含有しないポリマー粒子は、記録媒体上で成膜し、インク中の顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子を結着させ、定着性を向上させる。
顔料を含有しないポリマー粒子としては、ポリウレタン及びポリエステル等の縮合系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、スチレン-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。
本発明インクは、得られる記録物の定着性を向上させる観点から、顔料を含有しないポリマー粒子を更に含有してもよい。顔料を含有しないポリマー粒子は、記録媒体上で成膜し、インク中の顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子を結着させ、定着性を向上させる。
顔料を含有しないポリマー粒子としては、ポリウレタン及びポリエステル等の縮合系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、スチレン-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。
本発明の水系インクに用いられるその他の添加剤としては、保湿剤、湿潤剤、浸透剤、粘度調整剤、消泡剤、防腐剤、防黴剤、防錆剤等が挙げられる。
<本発明インクの製造方法>
本発明インクは、上述の顔料、トリオール型ポリプロピレングリコール及び水と、必要に応じ、上述の水溶性有機溶剤、界面活性剤及び定着樹脂と、更に、インクに通常用いられる保湿剤、湿潤剤、浸透剤、粘度調整剤、消泡剤、防腐剤、防黴剤及び防錆剤等の各種添加物を混合することにより得られる。
本発明インクは、上述の顔料、トリオール型ポリプロピレングリコール及び水と、必要に応じ、上述の水溶性有機溶剤、界面活性剤及び定着樹脂と、更に、インクに通常用いられる保湿剤、湿潤剤、浸透剤、粘度調整剤、消泡剤、防腐剤、防黴剤及び防錆剤等の各種添加物を混合することにより得られる。
<本発明インクの各成分の含有量>
本発明インクの各成分の含有量は、本発明インクの吐出信頼性の向上及び得られる記録物のにじみの抑制の観点から、以下のとおりである。
本発明インクの各成分の含有量は、本発明インクの吐出信頼性の向上及び得られる記録物のにじみの抑制の観点から、以下のとおりである。
(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、更に好ましくは8質量%以下である。
本発明インク中の顔料含有ポリマー粒子の含有量は、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20質量%以下、より好ましくは15質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。
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、更に好ましくは8質量%以下である。
本発明インク中の顔料含有ポリマー粒子の含有量は、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20質量%以下、より好ましくは15質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。
(トリオール型ポリプロピレングリコールの含有量)
本発明インク中のトリオール型ポリプロピレングリコールの含有量は、0.1質量%以上であり、より好ましくは0.5質量%以上、更に好ましくは0.8質量%以上、より更に好ましくは1質量%以上であり、そして、10質量%以下であり、好ましくは9質量%以下、より好ましくは8質量%以下、更に好ましくは7質量%以下、より更に好ましくは6質量%以下である。
本発明インク中のトリオール型ポリプロピレングリコールの含有量は、0.1質量%以上であり、より好ましくは0.5質量%以上、更に好ましくは0.8質量%以上、より更に好ましくは1質量%以上であり、そして、10質量%以下であり、好ましくは9質量%以下、より好ましくは8質量%以下、更に好ましくは7質量%以下、より更に好ましくは6質量%以下である。
(水溶性有機溶剤の含有量)
本発明インク中の水溶性有機溶剤の含有量は、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上、更に好ましくは1質量%以上、より更に好ましくは3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%以下である。
また、本発明インクにおいて、水溶性有機溶剤は用いなくてもよく、すなわち、0質量%でもよい。
なお、本発明においてはトリオール型ポリプロピレングリコールは水溶性有機溶剤には含まれない。
本発明インク中の水溶性有機溶剤の含有量は、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.5質量%以上、更に好ましくは1質量%以上、より更に好ましくは3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%以下である。
また、本発明インクにおいて、水溶性有機溶剤は用いなくてもよく、すなわち、0質量%でもよい。
なお、本発明においてはトリオール型ポリプロピレングリコールは水溶性有機溶剤には含まれない。
(トリオール型ポリプロピレングリコールと水溶性有機溶剤の合計量)
本発明インクにおいて、トリオール型ポリプロピレングリコールと水溶性有機溶剤の合計量は、インク全量に対して好ましくは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%以下である。
本発明インクにおいて、トリオール型ポリプロピレングリコールと水溶性有機溶剤の合計量は、インク全量に対して好ましくは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%以下である。
(トリオール型ポリプロピレングリコールと水溶性有機溶剤との質量比)
本発明インクにおいて、トリオール型ポリプロピレングリコールと水溶性有機溶剤との質量比[トリオール型ポリプロピレングリコール/水溶性有機溶剤]は、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.1以上、更に好ましくは0.2以上であり、そして、好ましくは8以下、より好ましくは5以下、更に好ましくは2以下、より更に好ましくは1以下、より更に好ましくは0.8以下である。
また、本発明インクにおいて、水溶性有機溶剤は用いなくてもよく、その場合、当該質量比は0でもよい。
本発明インクにおいて、トリオール型ポリプロピレングリコールと水溶性有機溶剤との質量比[トリオール型ポリプロピレングリコール/水溶性有機溶剤]は、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.1以上、更に好ましくは0.2以上であり、そして、好ましくは8以下、より好ましくは5以下、更に好ましくは2以下、より更に好ましくは1以下、より更に好ましくは0.8以下である。
また、本発明インクにおいて、水溶性有機溶剤は用いなくてもよく、その場合、当該質量比は0でもよい。
(界面活性剤の含有量)
本発明インク中の界面活性剤の含有量は、好ましくは0.05質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、更に好ましくは0.2質量%以上であり、そして、好ましくは2質量%以下、より好ましくは1質量%以下、更に好ましくは0.5質量%以下である。
本発明インク中の界面活性剤の含有量は、好ましくは0.05質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、更に好ましくは0.2質量%以上であり、そして、好ましくは2質量%以下、より好ましくは1質量%以下、更に好ましくは0.5質量%以下である。
(水の含有量)
本発明インク中の水の含有量は、好ましくは20質量%以上、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは60質量%以上であり、そして、好ましくは95質量%以下、より好ましくは92質量%以下、更に好ましくは90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20質量%以上、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは60質量%以上であり、そして、好ましくは95質量%以下、より好ましくは92質量%以下、更に好ましくは90質量%以下である。
<本発明インクの物性>
本発明インクの32℃の粘度は、本発明インクの吐出信頼性の向上及び得られる記録物のにじみの抑制の観点から、好ましくは1mPa・s以上、より好ましくは1.5mPa・s以上、更に好ましくは2mPa・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以下である。
本発明インクのpHは、上記と同様の観点から、好ましくは7以上、より好ましくは7.5以上であり、そして、好ましくは10以下、より好ましくは9.5以下である。
本発明インクの32℃の粘度は、本発明インクの吐出信頼性の向上及び得られる記録物のにじみの抑制の観点から、好ましくは1mPa・s以上、より好ましくは1.5mPa・s以上、更に好ましくは2mPa・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以下である。
本発明インクのpHは、上記と同様の観点から、好ましくは7以上、より好ましくは7.5以上であり、そして、好ましくは10以下、より好ましくは9.5以下である。
[インクジェット記録方法]
本発明インクは、公知のインクジェット記録装置に装填し、記録媒体にインク液滴として吐出させて、記録画像等を得ることができる。
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記録媒体としては、高吸水性の普通紙、低吸水性のコート紙、アート紙、及び非吸水性の樹脂フィルムが挙げられるが、非吸水性の樹脂フィルムが好ましい。
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、ナイロ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。これらの樹脂フィルムは、二軸延伸フィルム、一軸延伸フィルム、無延伸フィルムであってもよい。また当該樹脂フィルムは、コロナ処理された基材であってもよい。
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)、太閤ポリエステルフィルムFE2001、FE2301(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。
本発明インクは、公知のインクジェット記録装置に装填し、記録媒体にインク液滴として吐出させて、記録画像等を得ることができる。
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記録媒体としては、高吸水性の普通紙、低吸水性のコート紙、アート紙、及び非吸水性の樹脂フィルムが挙げられるが、非吸水性の樹脂フィルムが好ましい。
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、ナイロ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。これらの樹脂フィルムは、二軸延伸フィルム、一軸延伸フィルム、無延伸フィルムであってもよい。また当該樹脂フィルムは、コロナ処理された基材であってもよい。
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)、太閤ポリエステルフィルムFE2001、FE2301(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。
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、各物性等の測定方法は以下のとおりである。
<測定>
(1)水不溶性ポリマーの重量平均分子量の測定
N,N-ジメチルホルムアミドに、リン酸及びリチウムブロマイドをそれぞれ60mmol/Lと50mmol/Lの濃度となるように溶解した液を溶離液として、ゲルクロマトグラフィー法〔東ソー株式会社製GPC装置(HLC-8120GPC)、東ソー株式会社製カラム(TSK-GEL、α-M×2本)、流速:1mL/min〕により、標準物質として分子量が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試料0.1gを前記溶離液10mLと混合し、25℃で10時間撹拌し、シリンジフィルター(DISMIC-13HP、PTFE製、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)水不溶性ポリマーの重量平均分子量の測定
N,N-ジメチルホルムアミドに、リン酸及びリチウムブロマイドをそれぞれ60mmol/Lと50mmol/Lの濃度となるように溶解した液を溶離液として、ゲルクロマトグラフィー法〔東ソー株式会社製GPC装置(HLC-8120GPC)、東ソー株式会社製カラム(TSK-GEL、α-M×2本)、流速:1mL/min〕により、標準物質として分子量が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試料0.1gを前記溶離液10mLと混合し、25℃で10時間撹拌し、シリンジフィルター(DISMIC-13HP、PTFE製、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。
(2)顔料分散体の固形分濃度の測定
30mLの軟膏容器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を添加して混合した後、正確に秤量し、105℃で2時間保持して揮発分を除去し、更にデシケーター内で更に15分間放置し、質量を測定した。
揮発分除去後のサンプルの質量を固形分として、最初のサンプルの質量で除して固形分濃度とした。
30mLの軟膏容器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を添加して混合した後、正確に秤量し、105℃で2時間保持して揮発分を除去し、更にデシケーター内で更に15分間放置し、質量を測定した。
揮発分除去後のサンプルの質量を固形分として、最初のサンプルの質量で除して固形分濃度とした。
(3)顔料含有ポリマー粒子の平均粒径
レーザー粒子解析システム(大塚電子株式会社製、商品名:ELS-8000)を用いて、動的光散乱法により顔料水分散体から、顔料含有ポリマー粒子の平均粒径を測定し、キュムラント法解析により算出した。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。
測定試料には、顔料水分散体をスクリュー管(マルエム株式会社製No.5)に計量し、固形分濃度が2×10-4質量%になるように水を加えてマグネティックスターラーを用いて25℃で1時間撹拌したものを用いた。
レーザー粒子解析システム(大塚電子株式会社製、商品名:ELS-8000)を用いて、動的光散乱法により顔料水分散体から、顔料含有ポリマー粒子の平均粒径を測定し、キュムラント法解析により算出した。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。
測定試料には、顔料水分散体をスクリュー管(マルエム株式会社製No.5)に計量し、固形分濃度が2×10-4質量%になるように水を加えてマグネティックスターラーを用いて25℃で1時間撹拌したものを用いた。
(4)架橋剤の水溶率の測定
室温25℃にてイオン交換水90質量部及び架橋剤10質量部(W1)をガラス管(25mmφ×250mmh)に添加し、該ガラス管を水温25℃に調整した恒温槽中で1時間静置した。次いで、該ガラス管を1分間激しく振とうした後、再び恒温槽中で12時間静置した。次いで、水から分離して沈殿又は浮遊する未溶解物を回収し、40℃、ゲージ圧-0.08MPaの環境下で6時間乾燥後、秤量した(W2)。下記(1)式により、水溶率(質量%)を算出した。
水溶率(質量%)={(W1-W2)/W1}×100 (1)
室温25℃にてイオン交換水90質量部及び架橋剤10質量部(W1)をガラス管(25mmφ×250mmh)に添加し、該ガラス管を水温25℃に調整した恒温槽中で1時間静置した。次いで、該ガラス管を1分間激しく振とうした後、再び恒温槽中で12時間静置した。次いで、水から分離して沈殿又は浮遊する未溶解物を回収し、40℃、ゲージ圧-0.08MPaの環境下で6時間乾燥後、秤量した(W2)。下記(1)式により、水溶率(質量%)を算出した。
水溶率(質量%)={(W1-W2)/W1}×100 (1)
<水不溶性ポリマーの調製>
調製例1
メタクリル酸16部、スチレン44部、スチレンマクロモノマー(東亞合成株式会社製、商品名:AS-6S、数平均分子量6,000、固形分50%)30部、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(日油株式会社製、商品名:ブレンマーPME-200)25部を混合し、モノマー混合液115部を調製した。反応容器内に、メチルエチルケトン(MEK)18部及び連鎖移動剤である2-メルカプトエタノール0.03部、及び前記モノマー混合液の10%(11.5部)を入れて混合し、窒素ガス置換を十分に行った。
一方、モノマー混合液の残りの90%(103.5部)と前記連鎖移動剤0.27部、MEK42部及び重合開始剤2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)(富士フイルム和光純薬株式会社製、商品名:V-65)3部を混合した混合液を滴下ロートに入れ、窒素雰囲気下、反応容器内の混合溶液を撹拌しながら75℃まで昇温し、滴下ロート中の混合溶液を3時間かけて滴下した。滴下終了から75℃で2時間経過後、前記重合開始剤3部をMEK5部に溶解した溶液を加え、更に75℃で2時間、80℃で2時間熟成させ、更にMEK50部を加え、水不溶性ポリマー(重量平均分子量:50,000 メタクリル酸含量から計算される酸価:104mgKOH/g)の溶液(固形分濃度:45%)を得た。
調製例1
メタクリル酸16部、スチレン44部、スチレンマクロモノマー(東亞合成株式会社製、商品名:AS-6S、数平均分子量6,000、固形分50%)30部、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(日油株式会社製、商品名:ブレンマーPME-200)25部を混合し、モノマー混合液115部を調製した。反応容器内に、メチルエチルケトン(MEK)18部及び連鎖移動剤である2-メルカプトエタノール0.03部、及び前記モノマー混合液の10%(11.5部)を入れて混合し、窒素ガス置換を十分に行った。
一方、モノマー混合液の残りの90%(103.5部)と前記連鎖移動剤0.27部、MEK42部及び重合開始剤2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)(富士フイルム和光純薬株式会社製、商品名:V-65)3部を混合した混合液を滴下ロートに入れ、窒素雰囲気下、反応容器内の混合溶液を撹拌しながら75℃まで昇温し、滴下ロート中の混合溶液を3時間かけて滴下した。滴下終了から75℃で2時間経過後、前記重合開始剤3部をMEK5部に溶解した溶液を加え、更に75℃で2時間、80℃で2時間熟成させ、更にMEK50部を加え、水不溶性ポリマー(重量平均分子量:50,000 メタクリル酸含量から計算される酸価:104mgKOH/g)の溶液(固形分濃度:45%)を得た。
<顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子の製造>
製造例1
調製例1で得られた水不溶性ポリマー溶液95.2部にMEK53.9部を加え、その中に中和剤として5N水酸化ナトリウム水溶液15.0部と25%アンモニア水0.5部、及びイオン交換水341.3部を加え、更に、黒顔料としてC.I.ピグメント・ブラック7(キャボット社製、カーボンブラック)100部を加え、顔料混合物を得た。水酸化ナトリウムによる中和剤の使用当量は79.5モル%であった。
得られた顔料混合物を、ディスパー翼で7000rpm、20℃の条件下で1時間混合し、その後、高圧ホモジナイザー(Microfluidics社製、商品名:マイクロフルイダイザーM-140K)を用いて、180MPaの圧力で15パス分散処理して、分散処理物を得た。
得られた分散処理物を、減圧下60℃でMEKを除去し、更に一部の水を除去し、遠心分離し、液相部分を5μmの孔径の酢酸セルロース製フィルターでろ過して粗大粒子を除き、顔料水分散体(固形分濃度:25%)を得た。
得られた顔料水分散体100部に対して、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株式会社製、商品名:デナコールEX321L、エポキシ当量:140、水溶率:27質量%)を0.45部(架橋率23%)とイオン交換水15.23部を加え、撹拌しながら70℃、3時間の加熱処理を行った。室温まで冷却後、孔径5μmの酢酸セルロース製フィルターでろ過して、黒顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子の水分散体(固形分濃度:22.0% 架橋後の酸価(メタクリル酸含量と架橋率から計算される酸価):82mgKOH/g)を得た。黒顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子の平均粒径は100nmであった。
製造例1
調製例1で得られた水不溶性ポリマー溶液95.2部にMEK53.9部を加え、その中に中和剤として5N水酸化ナトリウム水溶液15.0部と25%アンモニア水0.5部、及びイオン交換水341.3部を加え、更に、黒顔料としてC.I.ピグメント・ブラック7(キャボット社製、カーボンブラック)100部を加え、顔料混合物を得た。水酸化ナトリウムによる中和剤の使用当量は79.5モル%であった。
得られた顔料混合物を、ディスパー翼で7000rpm、20℃の条件下で1時間混合し、その後、高圧ホモジナイザー(Microfluidics社製、商品名:マイクロフルイダイザーM-140K)を用いて、180MPaの圧力で15パス分散処理して、分散処理物を得た。
得られた分散処理物を、減圧下60℃でMEKを除去し、更に一部の水を除去し、遠心分離し、液相部分を5μmの孔径の酢酸セルロース製フィルターでろ過して粗大粒子を除き、顔料水分散体(固形分濃度:25%)を得た。
得られた顔料水分散体100部に対して、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株式会社製、商品名:デナコールEX321L、エポキシ当量:140、水溶率:27質量%)を0.45部(架橋率23%)とイオン交換水15.23部を加え、撹拌しながら70℃、3時間の加熱処理を行った。室温まで冷却後、孔径5μmの酢酸セルロース製フィルターでろ過して、黒顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子の水分散体(固形分濃度:22.0% 架橋後の酸価(メタクリル酸含量と架橋率から計算される酸価):82mgKOH/g)を得た。黒顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子の平均粒径は100nmであった。
製造例2~4(シアン、マゼンタ、イエロー顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子の製造)
製造例1において、黒顔料をシアン顔料(DIC株式会社製、P.B.15:3)、マゼンタ顔料(大日精化工業株式会社製、P.R.122)、又はイエロー顔料(大日精化工業株式会社製、P.Y.74)に変え、調製例1と同様の操作を行い、製造例2としてシアン顔料を含有する架橋水不溶性ポリマー粒子の水分散体、製造例3としてマゼンタ顔料を含有する架橋水不溶性ポリマー粒子の水分散体、製造例4としてイエロー顔料を含有する架橋水不溶性ポリマー粒子の水分散体を得た。得られた水分散体中のシアン、マゼンタ、イエロー顔料を含有する架橋水不溶性ポリマー粒子の平均粒径はそれぞれ100nm、155nm、115nmであった。
製造例1において、黒顔料をシアン顔料(DIC株式会社製、P.B.15:3)、マゼンタ顔料(大日精化工業株式会社製、P.R.122)、又はイエロー顔料(大日精化工業株式会社製、P.Y.74)に変え、調製例1と同様の操作を行い、製造例2としてシアン顔料を含有する架橋水不溶性ポリマー粒子の水分散体、製造例3としてマゼンタ顔料を含有する架橋水不溶性ポリマー粒子の水分散体、製造例4としてイエロー顔料を含有する架橋水不溶性ポリマー粒子の水分散体を得た。得られた水分散体中のシアン、マゼンタ、イエロー顔料を含有する架橋水不溶性ポリマー粒子の平均粒径はそれぞれ100nm、155nm、115nmであった。
<インクジェット記録用水系インクの製造>
実施例1
製造例1~4で得られた顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子の水分散体(固形分濃度:22.0%)37.15部(内訳:顔料5.6部、水不溶性架橋ポリマー2.5部、イオン交換水:29.05部)、数平均分子量600のトリオール型のポリプロピレングリコール(三洋化成工業株式会社製、サンニックスGP-600)0.1部、水溶性有機溶剤としてジエチレングリコールジエチルエーテル5.9部、アセチレングリコール系界面活性剤(日信化学工業株式会社製、商品名:オルフィンE1010)0.2部、シリコーン系界面活性剤(信越化学工業株式会社製、商品名:KF-6011)0.15部、及び全量を100部となるようにイオン交換水を添加し、混合した。得られた混合液を孔径5μmの酢酸セルロース製フィルターで濾過し、実施例1のインクジェット記録用水系インクとして、黒インク、シアンインク、マゼンタインク、イエローインクを得た。
実施例1
製造例1~4で得られた顔料を含有する水不溶性架橋ポリマー粒子の水分散体(固形分濃度:22.0%)37.15部(内訳:顔料5.6部、水不溶性架橋ポリマー2.5部、イオン交換水:29.05部)、数平均分子量600のトリオール型のポリプロピレングリコール(三洋化成工業株式会社製、サンニックスGP-600)0.1部、水溶性有機溶剤としてジエチレングリコールジエチルエーテル5.9部、アセチレングリコール系界面活性剤(日信化学工業株式会社製、商品名:オルフィンE1010)0.2部、シリコーン系界面活性剤(信越化学工業株式会社製、商品名:KF-6011)0.15部、及び全量を100部となるようにイオン交換水を添加し、混合した。得られた混合液を孔径5μmの酢酸セルロース製フィルターで濾過し、実施例1のインクジェット記録用水系インクとして、黒インク、シアンインク、マゼンタインク、イエローインクを得た。
実施例2~11及び比較例1、2
実施例1において、表1に示す条件に変えた以外は、実施例1と同様にしてインクジェット記録用水系インクを得た。
なお、表1中のポリプロピレングリコール及び水溶性有機溶剤の詳細は、以下の通りである。
(ポリプロピレングリコール)
・サンニックスGP250(トリオール型ポリプロピレングリコール、数平均分子量250)
・サンニックスGP600(トリオール型ポリプロピレングリコール、数平均分子量600)
サンニックスGP1000(トリオール型ポリプロピレングリコール、数平均分子量1000)
・サンニックスGP1500(トリオール型ポリプロピレングリコール、数平均分子量1500)
・サンニックスPP600(ジオール型ポリプロピレングリコール、数平均分子量600)
上記のポリプロピレングリコールは、全て三洋化成工業株式会社製である。
(水溶性有機溶剤)
・1,2-ODO:1,2-オクタンジオール(沸点267℃)
・DEGEE:ジエチレングリコールジエチルエーテル(沸点189℃)
上記の水溶性有機溶剤は、全て富士フイルム和光純薬株式会社製である。
実施例1において、表1に示す条件に変えた以外は、実施例1と同様にしてインクジェット記録用水系インクを得た。
なお、表1中のポリプロピレングリコール及び水溶性有機溶剤の詳細は、以下の通りである。
(ポリプロピレングリコール)
・サンニックスGP250(トリオール型ポリプロピレングリコール、数平均分子量250)
・サンニックスGP600(トリオール型ポリプロピレングリコール、数平均分子量600)
サンニックスGP1000(トリオール型ポリプロピレングリコール、数平均分子量1000)
・サンニックスGP1500(トリオール型ポリプロピレングリコール、数平均分子量1500)
・サンニックスPP600(ジオール型ポリプロピレングリコール、数平均分子量600)
上記のポリプロピレングリコールは、全て三洋化成工業株式会社製である。
(水溶性有機溶剤)
・1,2-ODO:1,2-オクタンジオール(沸点267℃)
・DEGEE:ジエチレングリコールジエチルエーテル(沸点189℃)
上記の水溶性有機溶剤は、全て富士フイルム和光純薬株式会社製である。
<インクジェット記録用水系インクの評価>
(インクジェット印刷の操作)
温度25±1℃、相対湿度30±5%の環境で、インクジェット印刷ラインヘッド(京セラ株式会社製、商品名:KJ4B-Zシリーズ)を装備したWEB印刷型印刷評価装置(株式会社トライテック製)に実施例、比較例で得られた水性インクを充填した。
印刷条件はラインヘッド印加電圧26V、吐出液滴量5pL、ラインヘッド温度32℃、印刷解像度600dpi、負圧-4.0kPa、ロール紙搬送速度(印刷速度)を25m/minに設定した。
印刷台にA4サイズのフィルムヒーター(株式会社河合電器製作所製)を固定し、記録媒体としてコロナ処理PET(フタムラ化学株式会社製、太閤ポリエステルフィルムFE2001:二軸延伸ポリエステル、記録媒体と純水との接触時間100m秒における該記録媒体の吸水量0g/m2)を記録媒体の長手方向と搬送方向が同じになる向きに、印刷媒体をフィルムヒーター上にのりで固定した。水性インクによる印刷を行い、下記の評価試験1及び2を行った。結果を表1に示す。
(インクジェット印刷の操作)
温度25±1℃、相対湿度30±5%の環境で、インクジェット印刷ラインヘッド(京セラ株式会社製、商品名:KJ4B-Zシリーズ)を装備したWEB印刷型印刷評価装置(株式会社トライテック製)に実施例、比較例で得られた水性インクを充填した。
印刷条件はラインヘッド印加電圧26V、吐出液滴量5pL、ラインヘッド温度32℃、印刷解像度600dpi、負圧-4.0kPa、ロール紙搬送速度(印刷速度)を25m/minに設定した。
印刷台にA4サイズのフィルムヒーター(株式会社河合電器製作所製)を固定し、記録媒体としてコロナ処理PET(フタムラ化学株式会社製、太閤ポリエステルフィルムFE2001:二軸延伸ポリエステル、記録媒体と純水との接触時間100m秒における該記録媒体の吸水量0g/m2)を記録媒体の長手方向と搬送方向が同じになる向きに、印刷媒体をフィルムヒーター上にのりで固定した。水性インクによる印刷を行い、下記の評価試験1及び2を行った。結果を表1に示す。
(試験1:吐出信頼性)
上記インクジェット印刷の操作において、黒インクにより、印字濃度100%のベタ画像を印刷した。
その後、30分間印刷評価装置を停止させ、印刷ラインヘッドを大気暴露させた。30分間経過後、ノズルチェックパターンを印字し、下記式により不吐出ノズル率を算出し、下記の評価基準で評価した。
不吐出ノズル率(%)=(30分間印刷ラインヘッドを大気暴露した後のノズル欠け数)/(印刷ラインヘッドのノズル数)×100
〔評価基準〕
5:30分経過後の不吐出ノズル率(%)が2%未満である。
4:30分経過後の不吐出ノズル率(%)が2%以上4%未満である。
3:30分経過後の不吐出ノズル率(%)が4%以上6%未満である。
2:30分経過後の不吐出ノズル率(%)が6%以上10%未満である。
1:30分経過後の不吐出ノズル率(%)が10%以上である。
上記不吐出ノズル率の値が小さいほど吐出信頼性が優れていると判断され、評価基準が3以上であれば実使用に供することができる。
上記インクジェット印刷の操作において、黒インクにより、印字濃度100%のベタ画像を印刷した。
その後、30分間印刷評価装置を停止させ、印刷ラインヘッドを大気暴露させた。30分間経過後、ノズルチェックパターンを印字し、下記式により不吐出ノズル率を算出し、下記の評価基準で評価した。
不吐出ノズル率(%)=(30分間印刷ラインヘッドを大気暴露した後のノズル欠け数)/(印刷ラインヘッドのノズル数)×100
〔評価基準〕
5:30分経過後の不吐出ノズル率(%)が2%未満である。
4:30分経過後の不吐出ノズル率(%)が2%以上4%未満である。
3:30分経過後の不吐出ノズル率(%)が4%以上6%未満である。
2:30分経過後の不吐出ノズル率(%)が6%以上10%未満である。
1:30分経過後の不吐出ノズル率(%)が10%以上である。
上記不吐出ノズル率の値が小さいほど吐出信頼性が優れていると判断され、評価基準が3以上であれば実使用に供することができる。
(試験2:にじみの抑制)
上記インクジェット印刷の操作において、黒インク、シアンインク、マゼンタインク、イエローインクの順にてインクを吐出させ、黒インクのベタ画像の中へシアンインク、マゼンタインク、イエローインクのベタ画像が中に入るように図1に示すパターンの印刷を行った。
図2の点線部で示す、黒インクに対して、シアンインク、マゼンタインク及びイエローインクがそれぞれ接する部分において、図3に示す、一方の色と他方の色が混ざった部分である4カ所の、にじみの度合いを示す幅dを計測した。該計測を黒インク-シアンインク、黒インク-マゼンタインク及び黒インク-イエローインクのそれぞれについて行い、合計12カ所のにじみの度合いを示す幅dの平均値を求め、以下の評価基準で評価した。
〔評価基準〕
5:にじみの度合いを示す幅dの平均値が50μm未満。
4:にじみの度合いを示す幅dの平均値が50μm以上80μm未満。
3:にじみの度合いを示す幅dの平均値が80μm以上100μm未満。
2:にじみの度合いを示す幅dの平均値が100μm以上200μm未満。
1:にじみの度合いを示す幅dの平均値が200μm以上。
上記平均値が小さいほど混色の程度が小さく、にじみが抑制されていると判断され、評価基準が3以上であれば実使用に供することができる。
上記インクジェット印刷の操作において、黒インク、シアンインク、マゼンタインク、イエローインクの順にてインクを吐出させ、黒インクのベタ画像の中へシアンインク、マゼンタインク、イエローインクのベタ画像が中に入るように図1に示すパターンの印刷を行った。
図2の点線部で示す、黒インクに対して、シアンインク、マゼンタインク及びイエローインクがそれぞれ接する部分において、図3に示す、一方の色と他方の色が混ざった部分である4カ所の、にじみの度合いを示す幅dを計測した。該計測を黒インク-シアンインク、黒インク-マゼンタインク及び黒インク-イエローインクのそれぞれについて行い、合計12カ所のにじみの度合いを示す幅dの平均値を求め、以下の評価基準で評価した。
〔評価基準〕
5:にじみの度合いを示す幅dの平均値が50μm未満。
4:にじみの度合いを示す幅dの平均値が50μm以上80μm未満。
3:にじみの度合いを示す幅dの平均値が80μm以上100μm未満。
2:にじみの度合いを示す幅dの平均値が100μm以上200μm未満。
1:にじみの度合いを示す幅dの平均値が200μm以上。
上記平均値が小さいほど混色の程度が小さく、にじみが抑制されていると判断され、評価基準が3以上であれば実使用に供することができる。
表1から、実施例で得られた水系インクは、比較例で得られた水系インクに比べて、吐出信頼性に優れ、記録物のにじみを抑制できることが分かる。
Claims (8)
- 顔料、トリオール型ポリプロピレングリコール及び水を含有するインクジェット記録用水系インクであって、
該トリオール型ポリプロピレングリコールの含有量が、インク中、0.1質量%以上10質量%以下である、インクジェット記録用水系インク。 - トリオール型ポリプロピレングリコールの数平均分子量が、100以上2000以下である、請求項1に記載のインクジェット記録用水系インク。
- 水溶性有機溶剤を更に含有する、請求項1又は2に記載のインクジェット記録用水系インク。
- 水溶性有機溶剤の含有量が、インク中、0.1質量%以上10質量%以下である、請求項3に記載のインクジェット記録用水系インク。
- トリオール型ポリプロピレングリコールと水溶性有機溶剤との質量比[トリオール型ポリプロピレングリコール/水溶性有機溶剤]が、0.01以上8以下である、請求項3又は4に記載のインクジェット記録用水系インク。
- 水溶性有機溶剤が、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種以上である、請求項3~5のいずれかに記載のインクジェット記録用水系インク。
- アセチレングリコール系界面活性剤及びシリコーン系界面活性剤から選ばれる1種以上を含有する、請求項1~6のいずれかに記載のインクジェット記録用水系インク。
- 顔料が、顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子である、請求項1~7のいずれかに記載のインクジェット記録用水系インク。
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JP2022038672A JP2023133016A (ja) | 2022-03-11 | 2022-03-11 | インクジェット記録用水系インク |
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