JP2011026599A - ベンズイミダゾロン顔料のナノサイズの粒子を含む無極性の液体および固体相変化インク組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】無極性キャリアと、ベンズイミダゾロン顔料と、ベンズイミダゾロン顔料と非共有的に会合し、置換ピリジン誘導体を含む、立体的に嵩高い安定剤化合物を含むナノスケール顔料粒子組成物と、を含むインク組成物であって、会合している安定剤の存在が、粒子の成長および凝集を制限して、ナノスケールサイズの顔料粒子をもたらすインク組成物である。
【選択図】なし
Description
式5:
複数の実施形態において、一般式5のピリジン誘導体は、同じものか異なるものであり得る置換基R1〜R5を有する。式5におけるR1〜R5についての官能基の適切な例としては、H、アミド基(−NH−(C=O)−R’)および(−(C=O)−NH−R’);アミン基(−NH−R’);尿素基(−NH−(C=O)−NH−R’);カルバメートまたはウレタン基(−NH−(C=O)−O−R’)および(O−(C=O)−NH−R’);エステル基(−(C=O)−O−R’)または(−O−(C=O)−R’);オリゴ−もしくはポリ−[エチレングリコール]等の分枝状もしくは直鎖状アルキレンオキシ鎖;およびアルコキシ基(−OR’)を挙げることができ、但し、さまざまな官能基のすべてにおいて基R’は、アルキル基中にO、S、またはN等のヘテロ原子を含んでいてもよい主に直鎖状もしくは分枝状アルキルまたは脂環式の基である。
式6:
(但し、各Xは、独立して、−N(H)−または−O−を表し、R1およびR2は、独立して、アルキル基中にO、S、またはN等のヘテロ原子を含有していてもよい、直鎖状もしくは分枝状アルキルまたは脂環式の基を表す)が挙げられる。R1およびR2基の非限定的な具体例としては、限定はされないが:
および
(但し、mおよびnは、独立して、0〜約30の整数を表す)が挙げられる。
の2つ以上のピリジル基を架橋する2官能性の構造のもの等であり得、適切な2官能性基RyおよびRzの例としては、−(CH2)n;−X−(CH2)nX;−[(XCH2CH2)n]X−;−[(C=O)−(CH2)n−(C=O)]−;−X−[(C=O)−(CH2)n−(C=O)]−X−;−X−[(C=O)−X−(CH2)n−X−(C=O)]−X−;−[(C=O)−X−(CH2)n−X−(C=O)]−(但し、Xは、O、S、またはNHとして定義され、整数nは1〜50である)が挙げられ;基Rzに関しては、大きな分枝状アルキル化基、例えば、
および
(但し、X、X1およびX2は、O、S、またはNHのいずれかであると定義され、X1およびX2は、同じ物であってもなくてもよい)も挙げられる。
スキーム2:
Pigment Yellow151の調製(立体安定剤なし、界面活性剤なし):
250mLの丸底フラスコにアントラニル酸(6.0g、Sigma−Aldrich、Milwaukee、WI(ウィスコンシン州)から入手できる)、脱イオン水(80mL)および5MのHCl水溶液(20mL)を加える。その混合物を室温ですべての固形物が溶解するまで撹拌し、次いで、0℃まで冷却する。亜硝酸ナトリウム(3.2g)の溶液を脱イオン水(8mL)に溶解させ、次いで、アントラニル酸の溶液に、0〜5℃の混合物内の内部温度範囲を維持する速度で滴下して加える。ジアゾ化が完了したら、その溶液をさらに0.5時間撹拌する。カップリング反応の前に、希釈された尿素水溶液のアリコートを使用して、過剰な亜硝酸イオンを破壊する。カップリング成分のための2番目の混合物を、500−mLの容器に脱イオン水(100mL)および水酸化ナトリウム(5.5g)を加えること、撹拌して溶解させること、次いで、5−(アセトアセタミド)−2−ベンズイミダゾロン(10.5g、TCI America、Portland、OR(オレゴン州)から入手できる)を、すべての固形物が溶解するまで勢いよく撹拌しながらこの溶液に添加することにより調製する。次いで、氷酢酸(15mL)、5MのNaOH溶液(30mL)および脱イオン水(200mL)を含有する別の溶液を、勢いよく撹拌しながらカップリング成分のアルカリ性溶液に滴下して加えると、その後、そのカップリング成分は粒子の白色懸濁液として沈殿し、その混合物は弱酸性となる。カップリング反応のために、冷たいジアゾ化混合物を、勢いよく撹拌しながらカップリング成分の懸濁液に滴下してゆっくり加え、顔料の赤みがかった黄色のスラリーを生成する。そのスラリーを室温でさらに2時間撹拌すると、その後、その顔料を真空濾過により単離し、大量の脱イオン水により複数回洗浄し(各250mLで3回)、次いで、凍結乾燥させる。顔料の赤みがかった黄色の顆粒が得られ、TEM画像は、200〜500nmの範囲の粒子直径を有し、高アスペクト比を有する、棒の形をした粒子の大きな凝集体を示す。
表3の置換ピリジン立体安定剤#20の合成:
100mLの丸底フラスコに1.02g(6.09mmol)の2,6−ピリジンジカルボキシレート(Sigma−Aldrich、Milwaukee、WI)および20mLの無水テトラヒドロフラン(THF)を加える。その懸濁液を不活性雰囲気下で撹拌する。この懸濁液に、2.2mL(0.0252mol)の塩化オキサリル(Sigma−Aldrich、Milwaukee、WI)を滴下して加え、その後、3滴のN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)を触媒として滴下して加える。10分後、固形物のすべてが完全に溶解させ、室温での撹拌をさらに1時間継続する。次いで、その溶媒を回転蒸発により除去し、二酸塩化物の油状の残渣を真空中で乾燥させる。
表4の置換ピリジン立体安定剤#23の合成
100mLの丸底フラスコに1.04g(0.00623mol)の2,6−ピリジンジカルボキシレート(Sigma−Aldrich、Milwaukee、WI)および20mLの無水テトラヒドロフラン(THF)を加える。その懸濁液を不活性雰囲気下で撹拌する。この懸濁液に2.2mLの(0.0252mol)の塩化オキサリル(Sigma−Aldrich、Milwaukee、WI)を滴下して加え、その後、3滴のN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)を触媒として滴下して加える。15分後、固形物のすべてが溶解し、室温での撹拌をさらに2時間継続する。次いで、その溶媒を回転蒸発により除去し、二酸塩化物の油状の残渣を真空中で乾燥させる。
置換ピリジン立体安定剤を有するPigment Yellow151ナノ粒子の合成:
アントラニル酸のジアゾ化を、0.72g(5.25mmol)のアントラニル酸、10mLの脱イオン水、2.6mLの5M塩酸、1mLの5.9M NaNO2(5.93mmol)を使用すること以外は比較例1と同じ手順で実施する。30分の撹拌後、冷たいジアゾニウム塩溶液を室温でゆっくりと、以下の方法で調製したカップリング成分の懸濁液に添加する:
置換ピリジン立体安定剤を有するPigment Yellow151ナノ粒子の合成:
1.79g(13.1mmol)のアントラニル酸、30mLの脱イオン水、および6.5mLの5M塩酸を撹拌しながら温度計を備えた3つ口丸底フラスコに入れて混合する。内部温度を0℃より下に維持する速度で2.5mLの冷たい5.7MのNaNO2水溶液(15.7mmol)を添加する前に、その透明な溶液を0℃より下まで冷却する。冷たいジアゾ溶液をさらに30分撹拌し、その後、室温でゆっくりと、以下の方法で調製したカップリング成分の懸濁液に添加する:
Pigment Yellow151ナノ粒子を有する固体インク配合物の調製:
実施例3で作製したPY151ナノ粒子に基づいてインクを作製した。Union Processから入手できるSzegvari01磨砕機に、Hoover Precision Products,Incから入手できる直径1/8インチの440Cグレード25の鋼球1800.0gを加えた。以下の成分を同時に添加し、120℃で600mLのビーカー中で溶融混合した:Baker Petroliteの蒸溜ポリエチレンワックス76.7g、トリアミドワックス(米国特許第6,860,930号に記載のトリアミド)21.2g、Crompton Corporationから市販されているS−180 19.8g、Arakawa Corporationから市販されているKE−100樹脂19.1g、Crompton Corporationから入手できるNaugard−445(酸化防止剤)0.3g、およびChevron Corporationから入手できるOLOA11000 14.37g。得られた溶液を定量的に磨砕機(attritor)の容器に移動させた。磨砕機の容器に実施例3のPY151ナノ粒子6.2gを添加した。その着色混合物を一晩、19時間かけて175RPMで磨砕させると、続いて、そこで得られた、優れた易流動性の挙動を示すインクをその溶融状態で排出し、鋼球から分離した。
PY151ナノ粒子を有する着色固体インク配合物の濾過および凍結融解性能:
次いで、インク例1と同様に調製したインクを、Advantec MFS,Incから入手できるKST−47濾過装置中の1ミクロンのフィルタを通して首尾よく濾過した。次いで、インクに対するさらなるストレスとして、濾過したインクを凍結させ、次いで、翌日に120℃で再溶融させ、そこで再び1ミクロンのフィルタを通して首尾よく濾過した。インクのアリコートを沈降管に移動させ、そこでインクを120℃で7日間オーブンに入れたままにした。インクの分離は観察されず、そのことは、インク中のPigment Yellow151ナノ粒子の安定化が保持されたことを示した。市販の大きなサイズの黄色の顔料を無極性の固体インクビヒクル中に配合および分散させる本発明者らの試みが失敗し、そのため、インク例1のこのインクが、1ミクロンのフィルタを通して首尾よく濾過できる可能性のある、実証済の黄色の着色された無極性固体インクを表すことに留意されたい。
Pigment Yellow151ナノ粒子を有する固体インク配合物の調製:
実施例2で作製したPY151ナノ粒子に基づいてインクを作製した。Union Processから入手できるSzegvari01磨砕機に、Hoover Precision Products,Incから入手できる直径1/8インチの440Cグレード25の鋼球1800.0gを加えた。以下の成分を同時に添加し、120℃で600mLのビーカー中で溶融混合した:Baker Petroliteの蒸溜ポリエチレンワックス65.8g、トリアミドワックス(米国特許第6,860,930号に記載のトリアミド)22.3g、Crompton Corporationから市販されているS−180 35.6g、Arakawa Corporationから市販されているKE−100樹脂20.1g、Crompton Corporationから入手できるNaugard−445(酸化防止剤)0.3g、およびLubrizol Corporationから入手できるLubrizol2153 11.5g。得られた溶液を定量的に磨砕機の容器に移動させた。磨砕機の容器に実施例2で作製したPY151ナノ粒子9.5gを添加した。その着色混合物を一晩、19時間かけて175RPMで磨砕させると、続いて、そこで得られた、優れた易流動性の挙動を示すインクを、その溶融状態で放出し、鋼球から分離した。
PY151ナノ粒子を有する固体インク配合物の濾過および凍結融解性能:
次いで、インク例3のインクを、Advantec MFS,Incから入手できるKST−47濾過装置中の1ミクロンのフィルタを通して首尾よく濾過した。次いで、インクに対するさらなるストレスとして、濾過したインクを凍結させ、次いで、続いて翌日に120℃で再溶融させ、そこで再び1ミクロンのフィルタを通して首尾よく濾過した。インクのアリコートを沈降管に移動させ、そこでインクを120℃で7日間オーブンに入れたままにした。インクの分離は観察されず、そのことは、インク中のPigment Yellow151ナノ粒子の安定化が保持されたことを示した。
無極性液体キャリア中のさまざまな顔料の分散性および熱安定性を確認するために、低蒸気圧を有する不活性および無極性溶媒であり、多くのピエゾ式インクジェットインクと類似の粘度、25℃で約15センチポアズを有するため、Isopar Vを使用することが簡便であった。
無極性の液体顔料分散体:
市販のC.I.Pigment Yellow151の分散体を以下の方法で作製した。30mLのボトルに0.42gのOLOA11000(Chevron Oronite Company LLCから入手できる)、6.48gのIsopar V(Univar Canada Ltd.から入手できる)を添加し、撹拌させてOLOA11000を溶解させた。この均一な溶液にHoover Precision Products,Incから入手できる直径1/8インチの440Cグレード25の鋼球70.0g、および0.28gのC.I.Pigment Yellow151顔料(Clariant Corporationから入手できる)を添加し、ボトルが約90RPMで4日間回転するように調整した速度であり、その温度はほぼ25℃であったボールミル上に置いた。その分散体を4日間粉砕した後、1.5gの得られた分散体を1ドラムのバイアルに移動させ、120℃のオーブンに入れたままにし、そこで分散体の粘度および熱安定性を定性的に評価した。その低粘度分散体は、120℃でまずまずの安定性しか示さず、120℃で6日間の加熱後にそのビヒクルからの一部の顔料粒子のわずかな沈降が明らかになり、120℃で13日間の加熱後に粒子の大きな沈降が発生した。
無極性の液体顔料分散体:
市販のC.I.Pigment Yellow151顔料(Clariant Corporationから入手できる)の代わりに実施例2で作製したPigment Yellow151ナノ粒子を使用したこと以外は、上記の比較例2と同じ方法で別の分散体を形成した。
無極性の液体顔料分散体:
実施例2に従って調製したPigment Yellow151ナノ粒子の別の合成バッチを使用して、実施例5と同じ方法で別の分散体を形成した。
分散体の比較例2で形成した分散体ならびに実施例5および6の無極性液体分散体を、動的光散乱法による粒径評価の間に顔料濃度の影響を排除するように希釈することが簡便であった。以下の方法は、全体的に、前述の分散体のそれぞれに適用した試料調製技法を要約したものである。10グラムの0.1重量%OLOA11000のIsopar V溶液を含有する清浄な30mLのボトルに、4滴の分散体を添加し、次いで、10秒間穏やかに超音波処理した。11回の試験それぞれの5回の測定を完了するように、新しく形成した希釈分散体の十分な部分をガラスキュベットに移動させ、次いで、Zetasizer HT粒径分析器(型番ZEN3600、Malvern Instruments Ltd.製)に入れた。1ドラムのバイアル中の分散体の周期的サンプリングを、120℃のオーブンで熟成させながら、無極性液体分散体の実施例5および6からのものを含めた、試験したこの、およびその他のIsopar V分散体について実施した。市販の(大きなサイズの)PY151顔料により作製した無極性分散体の比較例2と、本発明のPY151ナノ粒子により作製した実施例5および6の着色分散体との間の劇的な粒径分布の差から判断して、測定した強度値のZ−平均(Zavg)直径と、強度値の多分散性指数(PDI)を比較することが簡便であり、すべての値を表13にまとめた。
(1)請求項1に記載の組成物であって、ジアゾ成分の基が、DC1〜DC7:
および
からなる群から選択され、
但し、*は、顔料前駆物質中のアミノ基(−NH2)に対する結合の点、および顔料構造におけるアゾ基(−N=N−)に対する結合の点を示し、
R1〜R8は、独立して、H;ハロゲン;n=0〜6である(CH2)nCH3;OH;R’がH、(CH2)nCH3、またはC6H5を表し、nが1から約6までの数を表すアルコキシル基−OR’;CO2H;CO2CH3;n=0〜5であるCO2(CH2)nCH3;CONH2;(CO)R’(R’が、独立して、H、C6H5、n=0〜12である(CH2)nCH3、またはn=1〜5である(CH2)nN(CH3)2を表すことができる);OCH3;OCH2CH2OH;NO2;SO3H;または次の構造の基:
および
DC2およびDC3においては、R’は、H、(CH2)nCH3、またはC6H5を表し、nは、1〜約6の数を表し、
Aは、n=0〜6である−(CH2)n−;n=0〜6である−[O−(CH2)n−O]−;n=0〜6およびR=HまたはCH3である−[O−CH2CHR)n]−;−(C=O)−;O;S;n=1〜6である−(CH2)n−(C=O)−;およびn=1〜6である−(C=O)−(CH2)n−(C=O)−を表す
ことを特徴とする組成物。
からなる群から選択され、但し、R9、R10、R11、R12、およびR13は、すべて独立して、H、Br、Cl、I、F、CH3、またはOCH3を表し、*は、アゾ基に対する結合の点を示すことを特徴とする組成物。
Claims (1)
- 無極性キャリアと、
ベンズイミダゾロン顔料と、ベンズイミダゾロン顔料と非共有的に会合し、置換ピリジン誘導体を含む、立体的に嵩高い安定剤化合物を含むナノスケール顔料粒子組成物と、
を含むインク組成物であって、
会合している安定剤の存在が、粒子の成長および凝集を制限して、ナノスケールサイズの顔料粒子をもたらすことを特徴とするインク組成物。
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