JP6049027B2 - 水性顔料分散液の製造方法 - Google Patents
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Description
したがって、本発明の目的は、上記のような問題点がない、容易なリビングラジカル重合方法によって得られる、分子が精密に制御された高分子分散剤によって、顔料が分散された水性顔料分散液の製造方法を提供することである。
[一般式1]A−B
[一般式2]A−B−C
(前記一般式1及び2中、A、B及びCは、それぞれ、1種以上の付加重合性モノマーを含有するモノマーから製造されるポリマーブロックを示し、AブロックとCブロックは、それぞれ、1種以上の酸基を有する付加重合性モノマーを含有するモノマーから製造される、酸価が40〜300mgKOH/gのポリマーブロックであり、AブロックとCブロックは同じでも異なってもよく、Bブロックは、1種以上の付加重合性の疎水性モノマーを含有するモノマーから製造されるポリマーブロックであり、前記疎水性モノマーは、ベンジル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、及びラウリル(メタ)アクリレートの少なくともいずれかである)
(1)重金属化合物を使用しない;ATRP法やDT法のような重金属化合物を使用しない。
(2)精製が必須ではない;ATRP法やDT法は重金属、RAFT法やMADIX法は硫黄化合物の除去が必要。
(3)特殊で高価な化合物を必要とせず、市場にある比較的安価な材料が使用でき、よって低コストである;他のリビングラジカル重合方法では特別な化合物が必要。
(4)重合条件が温和で、従来のラジカル重合方法と同様の条件で重合を行うことができる;NMP法では高温が必要であり、ATRP法では酸素の除去が必要である。
(6)分子量と構造が制御でき、所望の結合状態のブロックポリマーが容易に得られ、かつ重合率も非常によい。
先ず、本発明で用いる顔料は、従来公知の有機顔料、無機顔料が使用でき、特に限定はない。例えば、有機顔料としては、フタロシアニン系、アゾ系、アゾメチンアゾ系、アゾメチン系、アンスラキノン系、ぺリノン・ペリレン系、インジゴ・チオインジゴ系、ジオキサジン系、キナクリドン系、イソインドリン系、イソインドリノン系、ジケトピロロピロール系、キノフタロン系、インダスレン系顔料などやカーボンブラック顔料などである。また、無機顔料としては、体質顔料、酸化チタン系顔料、酸化鉄系顔料、スピンネル顔料などである。
また、分子量においてはBブロックの分子量は、高分子分散剤全体の分子量の好ましくは80%未満、さらに好ましくは70%以下である。このような範囲において、高分子分散剤が水に溶解したときに、Bブロックは親水性ブロックによって非常に細かく分散され、見た目は透明の水溶液を与えることができる。
で表される反応機構で進み、ドーマント種Polymer−X(P−X)の成長ラジカルへの可逆的活性反応である。この重合機構は触媒の種類によって変わる可能性があるが、つぎのように進むと考えられる。上記式1では、重合開始剤から発生したP・がXAと反応して、in siteで触媒A・が生成する。A・はP−Xの活性化剤として作用して、この触媒作用によってP−Xは高い頻度で活性化する。
触媒の量としては、重合開始剤のモル数未満である。このモル数が多すぎると、重合が制御されすぎて重合が進行しない。
[開始化合物1モル×モノマー分子量×モノマー対開始化合物モル比]
で算出することができる。
(1)少なくとも顔料と、水と、有機溶剤と、アルカリと、前記高分子分散剤とを混合して顔料を水中に分散した後、該混合液に酸を添加して溶解している高分子分散剤を析出させて、顔料を高分子分散剤で被覆し、該被覆顔料を、アルカリ性水性媒体に分散させる方法。
(2)少なくとも顔料と前記高分子分散剤とを混練した後(混練工程)、該混練物を高分子分散剤の貧溶媒に添加して高分子分散剤を貧溶媒中に析出させて顔料を高分子分散剤で被覆し、該被覆顔料をアルカリ性水性媒体に分散させる方法。
以上の製造方法(1)または(2)によって、高分子分散剤で被覆された処理顔料を経て本発明の水性顔料分散液を得ることができる。
攪拌機、逆流コンデンサー、温度計および窒素導入管を取り付けた1リッターセパラブルフラスコの反応装置に、ジエチレングリコールジメチルエーテル(以下ジグライムと称す)241.5部、2−アイオド−2−シアノプロパン(以下CP−1と称す)6.2部、メタクリル酸メチル(以下MMAと略す)180部、アクリル酸(以下AAと略す)14.4部、アゾビスイソブチロニトリル(以下AIBNと略す)5.2部、アイオドスクシンイミド(以下NISと略す)0.1部を添加して、窒素を流しながら攪拌した。反応温度を75℃に昇温させ、3時間重合させた。
合成例1のCP−1およびNISを使用しない以外は合成例1と同様に実験した。MMA/AAの重合では、3時間で固形分42.3%であり、殆どのモノマーは重合していた。ついでその分子量はGPCでは、Mnは6,200であり、PDIは2.00であった。このポリマーは分子量が揃っておらず、通常のラジカル重合ポリマーである。さらにその重合後、次のモノマーとして、合成例1と同様にしてBzMAとAIBNの混合物を添加し重合した。重合溶液は透明であった。3時間後、固形分を測定したところ、49.6%で殆どのモノマーが重合していることが確認された。また、その分子量を測定したところ、Mnは6,800であり、PDIは2.02であった。また、UV吸収でのMnは5,000、PDIは2.48であった。
合成例1と同様の装置を使用して、ジグライム241.5部を仕込んで75℃に加温した。ついで別容器にMMA180部、AA14.4部、BzMA35.2部およびAIBN5.6部を混合均一化したモノマー溶液を用意し、反応容器にモノマー混合液の1/3を添加し、残りのモノマー混合液を1.5時間で滴下し、ついで4.5時間重合させた。この溶液をサンプリングし、固形分を測定したところ、49.6%であって、殆どのモノマーが反応していることが確認された。また、GPCで測定したところ、Mnは6,300であり、PDIは1.95であった。UV吸収でのMnは6,300であり、PDIは2.29であり、可視領域のMnとUV領域のMnが同一であった。
合成例1と同様にしてブロックポリマー型の高分子分散剤−2〜13を作成し、表1〜4に纏めた。開始化合物はすべてCP−1であり、合成例2〜10の使用量は合成例1と同様の量、合成例11〜13はその半量である。また、中和する場合のアルカリ水溶液の量は、重合で使用する有機溶剤の半量である。表1〜4における略語の意味は下記の通りである。
(1)DPDM:ジプロピレングリコールジメチルエーテル
(2)ジグライム:ジエチレングリコールジメチルエーテル
(3)MMA:メタクリル酸メチル
(4)AIBN:アゾビスイソブチロニトリル
(5)NIS:アイオドスクシンイミド
(6)BzMA:メタクリル酸ベンジル
(7)SI:スクシンイミド
(8)IA:2−t−ブチル−4,6−ジメチルフェノール
(9)V−65:アゾビスジメチルイソバレロニトリル
(10)LMA:メタクリル酸ラウリル
(11)BMA:メタクリル酸ブチル
(12)HEMA:メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル
(13)CHMA:メタクリル酸シクロヘキシル
(14)AA:アクリル酸
(15)MAA:メタクリル酸
(16)DMAEMA:メタクリル酸ジメチルアミノエチル
(17)PGMAc:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
(18)IPA:イソプロピルアルコール
合成例1と同様の装置を使用して、ジグライム227部、CP−1を6.2部、MMA84部、AA13.7部、AIBN5.2部およびNIS0.45部を添加して、窒素を流しながら攪拌した。反応温度を75℃に昇温させ、3時間重合させた。3時間後、一部をサンプリングして固形分を測定したところ、19.2%であり、殆どのモノマーが重合していることが確認された。また、GPCにて分子量を測定したところ、Mnは2,300であり、PDIは1.38であった。このポリマーの酸価は104.2mgKOH/gであった。
合成例1と同様の装置を使用して、ジグライム270.1部、ヨウ素3.03部、アゾビス(メトキシジメチルバレロニトリル)(以下V−70と略す)14.8部、ジ−t−ブチルヒドロキシトルエン(以下BHTと略す)0.66部、BzMA105.6部を添加して、窒素を流しながら40℃に加温し、6.5時間重合させた。3時間後にヨウ素の褐色が消え、レモン色となった。これはラジカル開始剤であるV−70が分解し、そのラジカルがヨウ素と反応して本発明の重合開始化合物である有機ヨウ化物となったものである。この後、一部をサンプリングして固形分を測定したところ、21.1%であり、収率は67%であった。GPCで分子量を測定したところ、Mnは2,700であり、PDIは1.20であった。
ついでジエチレングリコールモノブチルエーテル(以下BDGと略す)135.6部を添加し、水酸化ナトリウム7.2部及び水128.4部の混合液を添加して中和させた。溶液は透明であり、析出は全くなかった。ついで、50℃で2時間反応させ、ポリマー末端を分解した。固形分は34.4%であった。
合成例15と同様にして、Bポリマーを先に得て、メタクリル酸を有するAポリマーを重合したA−Bブロックポリマーである高分子分散剤−16〜24を作成し、表5〜7に纏めた。なお、合成例16〜24においては、合成例15と同様にV−70、ヨウ素、ジグライムを使用し、ブロックポリマー後の固形分が50%になるように溶剤量を調整した。また、Aブロックの組成はBブロックの残モノマーを収率から換算して質量比の組成とし、Aブロックの酸価はその組成比から算出した。
合成例1で得た高分子分散剤−1を170部、ジエチレングリコールモノブチルエーテル70部および純水388部を混合して均一溶液とした。溶液は透明で析出や濁りはなかった。これに青色顔料である銅フタロシアニンブルー(シアニンブルーKBM、大日精化工業社製)ペースト(固形分35%)を1,000部添加して、ディスパーで30分解膠してミルベースを調製した。
以下同様の試験結果においては同様の評価基準とする。
粒子径
◎:変化率±5%未満
○:変化率±5%以上10%未満
△:変化率±10%以上15%未満
×:変化率±15%以上
粘度変化
◎:粘度が低く、変化率±10%未満
○:粘度が高く、変化率±10%未満
△:粘度が低く、変化率±10%以上
×:粘度が高く、変化率±10%以上
再分散性
◎:溶解が早い
○:一部脱膜的に溶解する
△:一部溶解的に溶解する
×:脱膜的に溶解する
実施例1の高分子分散剤−1の170部を41部の高分子分散剤−3に代えて、さらに分散剤の析出前の顔料分散において、分散機を超音波分散機に代えて行った以外、実施例1とは同様に行った。超音波分散処理は、ミルベースをマグネチックスターラーで攪拌し、超音波脱泡装置で15分間脱泡し、ついで容器の外側から氷で冷やしながら、1分間の間隔をおいて出力1,200Hzの超音波分散機で15分間超音波を照射して分散処理した。
250mlのポリビンに酸化チタン(R−930、石原産業社製)を20部、高分子分散剤−8を18.5部および水61.5部を入れて1mmジルコニアビーズでペイントコンディショナーにて4時間分散した。得られた分散液の顔料の粒子径は236nm、最大粒子径は1.51μmであった。これを実施例1と同様にして高分子分散剤を析出させてろ過した。この際のペーストの固形分は28.7%であった。
市販のハロゲン化フタロシアニン系緑色顔料(C.I.P.G.36)100部、モノスルホン化銅フタロシアニン5部、ジエチレングリコール200部および食塩700部を3Lのニーダーに投入し、温度が100℃〜120℃を保つように調整し、その温度に達したところで、高分子分散剤−10を40部添加して8時間磨砕した。ついで得られた混練物の800部を2,000部の水に投入し、4時間、高速攪拌した。ついでろ過、洗浄を行い、緑色顔料の水ペースト(顔料純分29.3%)を得た。
アミノ基を有する高分子分散剤−13に変えて行ったところ、同様の結果を得、さらに保存安定性として、70℃、1週間保存でも粘度変化5%未満という高安定性であった。これは顔料表面のシナジストのスルホン酸と高分子分散剤のアミノ基とのイオン結合による高度なカプセル化が効果を発揮したと考えられる。
高分子分散剤−15を25.3部、BDG60.0部を混合し透明な水溶液となった。これを微細化されたPR−122(平均粒子径106nm)の固形分29.4%の水ペースト204部に添加したところ、流動性をおび、ついでディゾルバーにて攪拌した。ついで、実施例1と同様にして、前記した横型分散機とメディアにて分散しミルベースを作成し、ついで顔料分5%になるように水を加えて希釈した後、1%酢酸水溶液を添加してpH4.5まで下げたところ、増粘し樹脂を析出し、樹脂処理された顔料を得た。ついでろ過し、よく水洗して固形分26.4%の顔料ペーストを得た。
実施例1と同様にして、上記顔料ペースト75部、BDG5.5部、イオン交換水20.6部、水酸化ナトリウム0.67部を混合して中和・水溶液化させ、分散機にて分散した。得られた顔料分散液は顔料分が17%であるので、これに水を加えて14%の顔料分散液とした。これを赤色水性顔料分散液−4とする。
また、分散後の顔料を14%に希釈する際、水の代わりにBDGを添加して調整した。これは顔料分散液に有機溶剤であるBDGを多く含む顔料分散液である。これを赤色水性顔料分散液−5とする。
同様にして高分子分散剤−18を使用して同様に行い赤色水性顔料分散液−6とBDGが多い赤色水性顔料分散液−7を得た。
この4つの赤色水性顔料分散液を前記と同様にして70℃で、1日、7日保存した。その粒子径変化と粘度変化を表11に纏めた。
同様にして、高分子分散剤−15に代えて、高分子分散剤−16、17を使用しても同様の結果を得た。
また、実施例5において、PR−122に代えて、前記した銅フタロシアニン顔料を使用して行っても同様の結果が得られ、微粒子化された高保存安定性の顔料分散液を得ることができた。
高分子分散剤−19を70.1部、BDG28.8部、水513部を混合し透明な水溶液となった。これを微細化されたPY−74(平均粒子径97nm)の粉末顔料200部に添加したところ、流動性をおび、ついでディゾルバーにて攪拌した。ついで、実施例1と同様にして、前記した横型分散機とメディアにて分散しミルベースを作成し、ついで顔料分5%になるように水を加えて希釈した後、1%酢酸水溶液を添加してpH4.5まで下げたところ、増粘し樹脂を析出し、樹脂処理された顔料を得た。ついでろ過し、よく水洗して固形分24.6%の顔料ペーストを得た。
実施例1と同様にして、上記顔料ペースト200部、BDG8.9部、イオン交換水44.6部、水酸化ナトリウム3.0部を混合して中和・水溶液化させ、分散機にて分散した。得られた顔料分散液は、顔料分が17%であるので、これに水を加えて14%の顔料分散液とした。これを黄色水性顔料分散液−3とする。
同様にして、高分子分散剤−20と−21、比較高分子分散剤−2をそれぞれ使用して分散液を作成した。それぞれ黄色水性顔料分散液−4、5、6とする。
この4つの黄色水性顔料分散液を前記と同様にして70℃で、1日、7日保存した。その粒子径変化と粘度変化を表12に纏めた。
前記したPR−122の乾燥粉末顔料100部、ジエチレングリコール200部および食塩700部を使用して、実施例4と同様にしてニーダーにて混練し微細化した。ついで、高分子分散剤−22を20.7部添加して十分に均一になるように混練した。
ついで得られた混練物の800部を2,000部の水に投入し、4時間高速攪拌した。ついでろ過、洗浄を行い、赤色顔料の水ペースト(顔料純分22.4%)を得た。
これらは驚くべきことに、高分子分散剤全体の酸価が非常に小さいのに、保存安定性が非常に良好である。これは疎水性鎖であるBブロックのカプセル化が有効に働き、Aブロックが水媒体中に溶解しているためと考えられる。
実施例1で得られた青色水性顔料分散液−1、黄色水性顔料分散液−1、赤色水性顔料分散液−1および黒色水性顔料分散液−1を用いて、次の処方で水性インクジェットインクを調製した。
・水性顔料分散液 100部
・水 275部
・1,2−ヘキサンジオール 40部
・グリセリン 80部
・サーフィノール465(エアープロダクト社製) 5部
◎:ヨレなし
○:殆どヨレなし
×:ヨレあり
耐擦過性評価
○:剥がれなし
△:少し剥がれる
×:印字面の色が剥がれる
以上のようにして、高分子分散剤のAブロックがバインダー成分となって、画像のグロスが非常に高く、印字ヨレがなく、耐擦過性も良好な印画物を得ることができた。
同様にして、実施例で得られた青色水性顔料分散液−2、黄色水性顔料分散液−2、3、4、赤色水性顔料分散液−2、4、6を使用しても同様の結果が得られた。高グロス、高印刷性を与えた。
実施例2で得られた青色水性顔料分散液−2、黄色水性顔料分散液−2、赤色水性顔料分散液−3および黒色水性顔料分散液−2を用いて応用例1と同様の配合と処理により、各色インクを得た。これらのインクをインクカートリッジに充填し、インクジェットプリンターによりゼロックス社製普通紙にグラディエーションインク印刷を行った。1日、室内に放置後、マクベスRD−914(マクベス社製)を用いて光学濃度を測定した。また、耐擦過性として、この印字面を指で擦り、印字物の剥がれがあるか否か確認した。これを表14に纏めた。
○:脱落なし
△:少し脱落する
×:脱落する
また、同様にして、実施例の赤色水性顔料分散液−8〜10を使用しても同様に発色性の高い印字物が得られた。
実施例で得られた青色水性顔料分散液−1、黄色水性顔料分散液−2、赤色水性顔料分散液−3、黒色水性顔料分散液−1および−2、および緑色水性顔料分散液−1を用いて次の処方で水性文具用顔料インクを調製した。
・水性顔料分散液 100部
・水 46.7部
・エチレングリコール 11.1部
・グリセリン 40.0部
・チオ尿素 24.4部
実施例3で得た白色水性顔料分散液100部に水性スチレンアクリル樹脂(固形分40%、アンモニアで中和したスチレン−アクリル酸−αメチルスチレンコポリマー、酸価120mgKOH/g)50部を添加してディスパーでよく攪拌混合、均一とした後、アンモニア水でpHを8に調整した。ついで、厚さ20μmのナイロンフィルムをコロナ放電処理し、上記で得られた白色印刷インキをNo.4バーコーターで塗布、乾燥後、80℃にて1時間熟成した。ついで、セロハンテープを用いて印刷インキ層の接着強度試験を実施した結果、インキ層が剥がれることがなく、接着性良好な結果を示した。
Claims (5)
- 顔料、水、及び高分子分散剤を含有するとともに、前記高分子分散剤によって前記顔料が被覆されており、前記高分子分散剤が、下記一般式1で表されるジブロックポリマー又は下記一般式2で表されるトリブロックポリマーであり、前記高分子分散剤の酸価が、30〜200mgKOH/gである水性顔料分散液の製造方法であって、
有機ヨウ化物を重合開始化合物とし、有機リン化合物、有機窒素化合物、又は有機酸素化合物を触媒として、ラジカル発生剤を用いて付加重合性モノマーを重合して、前記高分子分散剤を得る第1の工程と、
得られた前記高分子分散剤で前記顔料を被覆する第2の工程と、を含み、
前記第2の工程が、
(1)顔料、水、有機溶剤、アルカリ、及び前記高分子分散剤を含有する混合液に酸を添加して前記高分子分散剤を析出させ、析出した前記高分子分散剤で前記顔料を被覆する工程、又は
(2)顔料及び前記高分子分散剤を含有する混練物を、前記高分子分散剤の貧溶媒に添加して前記高分子分散剤を析出させ、析出した前記高分子分散剤で前記顔料を被覆する工程、であることを特徴とする水性顔料分散液の製造方法。
[一般式1]A−B
[一般式2]A−B−C
(前記一般式1及び2中、A、B及びCは、それぞれ、1種以上の付加重合性モノマーを含有するモノマーから製造されるポリマーブロックを示し、AブロックとCブロックは、それぞれ、1種以上の酸基を有する付加重合性モノマーを含有するモノマーから製造される、酸価が40〜300mgKOH/gのポリマーブロックであり、AブロックとCブロックは同じでも異なってもよく、Bブロックは、1種以上の付加重合性の疎水性モノマーを含有するモノマーから製造されるポリマーブロックであり、前記疎水性モノマーは、ベンジル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、及びラウリル(メタ)アクリレートの少なくともいずれかである) - 前記有機リン化合物が、ヨウ素原子を含むハロゲン化リン、フォスファイト系化合物、又はフォスフィネート系化合物であり、
前記有機窒素化合物が、イミド系化合物又はヒダントイン系化合物であり、
前記有機酸素化合物が、フェノール系化合物、アイオドオキシフェニル化合物、又はビタミン類である請求項1に記載の水性顔料分散液の製造方法。 - 前記高分子分散剤中の前記Aブロックの含有量、又は前記Aブロックと前記Cブロックの合計の含有量が、前記高分子分散剤全体の20質量%以上である請求項1又は2に記載の水性顔料分散液の製造方法。
- 前記高分子分散剤の数平均分子量が、1,000〜20,000であり、
前記高分子分散剤中の前記Bブロックの数平均分子量の割合が、前記高分子分散剤全体の80%未満である請求項1〜3のいずれか一項に記載の水性顔料分散液の製造方法。 - 前記酸基を有する付加重合性モノマーが、(メタ)アクリル酸であり、
前記疎水性モノマーが、ベンジル(メタ)アクリレートとシクロヘキシル(メタ)アクリレートの少なくともいずれかである請求項1〜4のいずれか一項に記載の水性顔料分散液の製造方法。
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