JP7210264B2 - 筆記具用水性インキ組成物 - Google Patents
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水と、
着色剤と、
式(1)で表されるアミド化合物と
R1は、炭素数1~6の、直鎖または分岐の、アルキル基であり、かつ
R2およびR3は、それぞれ独立に、水素、または炭素数1~4の、直鎖もしくは分岐の、アルキル基である)
を含んでなる、筆記具用水性インキ組成物であって、
前記アミド化合物の含有量が、前記組成物の総質量を基準として、1~35質量%であることを特徴とするものである。
本発明による筆記具用水性インキ組成物(以下、「インキ組成物」ということがある)は、水と、着色剤と、特定の構造を有するアミド化合物とを含んでなる。
本発明に用いられる水としては、特に制限はなく、例えば、イオン交換水、限外ろ過水または蒸留水などを用いることができる。本発明におけるインキ組成物は、主たる溶媒として水を含む。水の含有量は、インキ組成物中の水、式(1)で表されるアミド化合物、および必要に応じて含まれる後述する水溶性有機溶剤の総質量を基準として、50~95質量%、好ましくは、60~90質量%である。
本発明に用いられる着色剤としては、染料、顔料等、特に限定されるものではなく、適宜選択して使用することができる。
また、従来、顔料はインキ組成物中で分散しているため、染料系と比較して、筆記対象への浸透性が劣りやすい傾向にあり、筆跡乾燥性を向上させにくい。しかしながら、本発明においては、着色剤として顔料を用いた場合でも、筆跡乾燥性を向上することができる。さらに後述する界面活性剤を用いることで、より筆跡乾燥性を向上することができる。さらに、顔料は、耐水性、耐光性に優れ、良好な発色が得られる。以上のことから、着色剤としては顔料を用いることが好ましい。
本発明に用いられるアミド化合物は式(1)で表されるものである。
R1は、炭素数1~6の、直鎖または分岐の、アルキル基であり、かつ
R2およびR3は、それぞれ独立に、水素、または炭素数1~4の、直鎖もしくは分岐の、アルキル基である。
R1は、より好ましくは、メチルまたはブチルであり、さらに好ましくはメチルである。
本発明によるインキ組成物は、万年筆、ボールペン、筆ペン、カリグラフィー用ペンおよび各種マーキングペン類など各種筆記具に用いることができる。筆記具の用途により、本発明の性能を損なわない範囲で、インキ物性や機能を向上させる目的で、水溶性有機溶剤、保湿剤、界面活性剤、潤滑剤、多糖類、剪断減粘性付与剤、pH調整剤、防錆剤、防腐剤、水溶性樹脂、有機樹脂粒子などの各種添加剤を含んでいてもよい。
なお、本発明によるインキ組成物が前記した水溶性有機溶剤を含む場合、前記のアミド化合物の含有量が相対的に少なくても、本発明の効果を得ることができる場合がある。このような効果を得るためには、アミド化合物と水溶性有機溶媒の合計含有量が、インキ組成物の総質量を基準として1~45質量%であることが好ましい。例えば、アミド化合物の含有量を2分の1程度にしても、グリコール類などの水溶性有機溶剤を併用することによって、十分な浸透性改良効果が得られることがある。ただし、水溶性有機溶剤が単独でアミド化合物の効果を奏するものではない。したがって、アミド化合物の含有量は一般的には多い方が好ましいので、アミド化合物と水溶性有機溶媒の合計質量を基準としたアミド化合物の質量は、10質量%以上であることが好ましく、より好ましくは30質量%以上であり、70質量%以上であることがより好ましい。
エチレンオキシド付加モル数が10以下であるアセチレン結合を構造中に有した界面活性剤とは、エチレンオキシドが付加されたアセチレン結合を構造中に有した界面活性剤であって、界面活性剤のエチレンオキシド付加モル数が10以下であるものである。例えば、エチレンオキシド付加モル数が10以下であるアセチレングリコール系界面活性剤やエチレンオキシド付加モル数が10以下であるアセチレンアルコール系界面活性剤などが挙げられる。
このエチレンオキシド付加モル数が10以下であるアセチレン結合を構造中に有した界面活性剤は、筆記対象に対する浸透性を顕著に向上させることができる。このため、アセチレン結合を構造中に有した界面活性剤を含んでなるインキ組成物は、紙に素早く浸透することができるようになり、よって、筆記対象の表面に形成された筆跡が完全に乾燥するまでの時間が短縮され、筆跡部分をこすった場合に、筆跡のなかった部分に組成物が付着したり、筆跡部分の組成物が除去されることを防止できる、筆跡乾燥性に優れたものとなる。
筆記後、インキ組成物が筆記対象に速やかに浸透するためには、筆記後のインキ組成物の表面張力を好適に制御する必要がある。筆記動作に伴う表面張力、いわゆる動的表面張力を瞬時に制御し、筆記対象への速やかな浸透性を得るためには界面活性剤分子のインキ中での挙動が重要である。動的条件において界面活性剤分子が気液界面に速やかに配列し、瞬時に、しかも効果的に表面張力を制御するためには、特定構造の界面活性剤を用いることで可能となることから、筆跡乾燥性に優れたインキ組成物を得ることができる。
なお、アセチレン結合を構造中に有した界面活性剤を含んでなる本発明によるインキ組成物は、その他の潤滑剤を含ませることが可能であるが、特には、潤滑剤の中でも、後述するリン酸エステル系界面活性剤と併用することが好ましい。
エチレンオキシド付加モル数とプロピレンオキシド付加モル数の比は、アセチレン結合を構造中に有した界面活性剤の疎水性と親水性のバランスを好適に保ち、筆跡乾燥性の更なる向上を考慮すると、エチレンオキシド付加モル数:プロピレンオキシド付加モル数=1:1~5:1であることが好ましい。
さらに、筆跡乾燥性の向上や、インキ組成物の経時安定性を考慮すると、エチレンオキシド付加モル数が5であり、プロピレンオキシド付加モル数が2であるアセチレン結合を構造中に有した界面活性剤を用いることが、より好ましい。
なお、シリコーン系界面活性剤を含んでなる本発明によるインキ組成物は、その他の潤滑剤を含ませることが可能であるが、特には、潤滑剤の中でも、後述するリン酸エステル系界面活性剤と併用することが好ましい。
HLB=7+11.7log(Mw/Mo)、(Mw;親水基の分子量、Mo;親油基の分子量)
ボールペンは、ペン先において、ボールとボール座との間にインキ組成物が適切な被膜を形成することで優れた筆記性を実現できる。リン酸エステル系界面活性剤は、そのような被膜を形成するのに有効に作用するので、ボールペンに用いられるインキ組成物にリン酸エステル系界面活性剤を用いることが好ましい。
本発明によるインキ組成物においてリン酸エステル系界面活性剤を用いると、リン酸エステル系界面活性剤が極圧剤として作用する。一般的に、極圧剤は、摩擦熱で温度が上昇すると金属表面に反応しやすく、固体状の柔らかい膜を形成し、潤滑性を高める作用を有する物質であり、高筆圧下での良好な筆感を得るために添加されるものである。リン酸エステル系界面活性剤であるリン酸エステルのリン酸基が金属表面に吸着し、極圧作用が働くので、高筆圧下でも良好な筆感が得られるのである。
すなわち、リン酸エステル系界面活性剤の潤滑効果は、リン酸基がチップのボール受け座およびボールのそれぞれの金属面に吸着し、疎水基がインキ中に伸び、ボールとボール座との物理的な接触を阻害することにより発現すると思われる。このため、チップ/ボール間で伸びた疎水基同士のクッション作用によりボールペンとして好ましい潤滑効果、すなわち滑らかで柔らかい筆感が得られるものと考えられる。
なお、上記のリン酸エステル系界面活性剤はアミン類やアルカリ金属類などのアルカリ性物質にて適宜中和して使用することもできる。
一方で、万年筆やマーキングペンではボールとボール座との間の摩擦は無いため、万年筆またはマーキングペンに用いられるインキ組成物は、リン酸エステル系界面活性剤を必要とはしない場合がある。
また、インキ反転材料は、インキタンクだけでなく、インキ流量調節体に対する濡れ性も適度に保つことができる。このため、インキ流量調節体の機能を十分に得ることができ、ペン先からのインキ吐出性を良好に維持することが可能となり、くし歯状のインキ保留部材、所謂ペン芯に、余剰なインキがスムーズに流入することができるため、インキのボタ落ち現象を抑制することもできる
で示される繰り返し単位と、
以下の式(ii):
R12は、水素またはメチル基であり、かつ
R13は、炭素数1~5の、直鎖または側鎖を有するアルキル基である)
で示される繰り返し単位と
を含んでなる非架橋型アクリル酸共重合体を用いることが好ましい。
さらに、アミノ基またはイミノ基を有する窒素樹脂粒子の中でも、化学的に結合した三次元架橋構造を有する含窒素樹脂粒子を用いることが好ましい。これは、化学的に結合した三次元架橋構造を有すると、強度、耐熱性、耐溶剤性などに特に優れるため水性インキ中での吸湿などもせずに安定しているため、経時安定性に優れるため好ましい。さらに含窒素樹脂粒子自体の安定性と、含窒素樹脂粒子間の相互的な水素結合性により、長期間凝集構造をとりやすく、インキ漏れを安定して抑制しやすいためある。特に、架橋構造を有する含窒素樹脂粒子中でも、メラミン・ホルムアルデヒド樹脂、ベンゾグアナミン・ホルムアルデヒド樹脂、ベンゾグアナミン・メラミン・ホルムアルデヒド樹脂などの複素環構造を有する樹脂粒子は、より吸湿しづらく、安定しているため、好ましい。
架橋構造を有する含窒素樹脂粒子については、具体的には、メラミン・ホルムアルデヒド樹脂、ベンゾグアナミン・ホルムアルデヒド樹脂、ベンゾグアナミン・メラミン・ホルムアルデヒド樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂などのアミノ樹脂粒子が挙げられる。また、アミド結合を有する含窒素樹脂粒子については、ナイロン6、ナイロン12などのナイロン樹脂やポリカーボネート系ポリウレタン樹脂、ポリエーテル系ポリウレタン樹脂、ポリエステル系ポリウレタン樹脂、ウレタンウレア樹脂などのウレタン樹脂粒子などが挙げられる。
本発明による筆記具用水性インキ組成物は、各種の筆記具に収容することができる。そのような筆記具は、紙支持体、木材、親水性有機材料から構成される布帛などの筆記対象に筆記することで、表面に筆跡を形成させることができる。本発明による筆記具用水性インキ組成物を充填する筆記具の構造、形状は特に限定されるものではなく、従来より汎用なものが適用でき、繊維チップ、フェルトチップ、プラスチックチップまたはボールペンチップなどをペン先としたマーキングペンやボールペン、金属製のペン先を用いた万年筆などの各種筆記具に用いることができる。
特に、毛管現象を利用した機構1のような繊維束などからなるインキ誘導芯を備える場合や、機構2のようなくし溝状のインキ流量調節部材を備える場合は、毛管力を効果的に作用させるために低粘度のインキ組成物が用いられ、筆記時のインキ吐出量が多くなる傾向にある。このため、筆跡を完全に乾燥させるまでに時間を要するので、筆跡乾燥性が優れていることが好ましく、本発明によるインキ組成物は、インキ誘導芯やくし溝状のインキ流量調節部材を備える機構を有する場合に、好適に用いられる。
ボールペンチップのボールの縦軸方向への移動可能量(クリアランス)とは、ボールがボールペンチップ本体の縦軸方向への移動可能な距離を示す。ここで、移動可能量は、ボールおよびボール座が使用によって摩耗するため、使用に応じて一般的に増大していく。そして、移動可能量はインク吐出量と関係する。したがって、一般的に、ボールペンの製造時または使用開始時における移動可能量は、上記の範囲に設定されるので、安定した筆記特性を達成するために、ボールペンの使用終了時まで、上記範囲内であることが好ましい。
クリアランスが大きいボールペンチップが用いられると、インキ吐出量が多くなり、筆跡濃度を高くできるが、筆跡乾燥性が優れていることが好ましい。よって、本発明によるインキ組成物は、クリアランスが大きいボールペンチップが用いられる場合にも、好適に用いられる。なお、インキ吐出量が多くなる場合には、上記した、有機樹脂粒子を垂れ下がり防止のために含むことが好ましい。
このようなボールペンに本発明によるインキ組成物を組み合わせる場合には、
水と、
着色剤と、
インキ組成物の総質量を基準として、含有量が1~35質量である、式(1)で表されるアミド化合物と
リン酸エステル系界面活性剤などの潤滑剤と、
を含んでなるインキ組成物を用いることが好ましい。
このようなマーキングペンに本発明による水性インキ組成物を組み合わせる場合には、
水と、
着色剤と、
インキ組成物の総質量を基準として、含有量が1~35質量である、式(1)で表されるアミド化合物と
を含んでなるインキ組成物を用いることが好ましい。
水と、
着色剤と、
インキ組成物の総質量を基準として、含有量が1~35質量である、式(1)で表されるアミド化合物と
インキ反転性材料と、
を含んでなるインキ組成物を用いることが好ましい。
本発明によるインキ組成物は、従来知られている任意の方法により製造することができる。具体的には、各成分を必要量配合し、プロペラ攪拌、ホモディスパー、またはホモミキサーなどの各種攪拌機やビーズミルなどの各種分散機などにて混合し、製造することができる。
下記の配合組成および方法により、インキ組成物を得た。
水:イオン交換水 77.8質量%
着色剤:カーボンブラック 8.0質量%
アミド化合物:3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド 10.0質量%
pH調整剤:トリエタノールアミン 1.0質量%
防錆剤:ベンゾトリアゾール 0.5質量%
防腐剤:1,2-ベンズイソチアゾリン-3-オン 0.2質量%
リン酸エステル系界面活性剤:プライサーフA215C(第一工業株式会社製) 1.0質量%
多糖類:デキストリン(質量平均分子量30,000、サンデックシリーズ、三和デンプン工業株式会社) 1.5質量%
実施例1の組成に対して、アセチレングリコール系界面活性剤であるサーフィノール2502(日信化学工業株式会社製)を0.5質量%を加え、水を77.3質量%に変更した以外は、同様にして、実施例2のインキ組成物を調製した。
実施例1の組成に対して、アミド化合物を0にし、水を87.8質量%とした以外は同様にして、比較例1のインキ組成物を調製した。
A:周囲を汚すことなく良好な筆跡を残した。
B:わずかに汚れが発生したが良好な筆跡を残した。
C:一部汚れが発生したが良好な筆跡を残した。
D:筆跡全体に汚れが発生した。
E:筆跡全体に著しい汚れが発生した。
インキ安定性
A:凝集体が確認されず、均一に分散されていた。
B:凝集体がわずかに確認されたが、良好な分散状態であった。
C:凝集体が確認されたが、実用上問題のないレベルであった。
D:凝集体が確認され、実用上懸念の残るレベルであった。
インキ安定性(外観)
A:インキの良好な流動性が得られていた。
B:インキの増粘が確認されたが、流動性は保っていた。
C:インキのゲル化により流動性が乏しい傾向が確認された。
実施例1の組成に対して、アミド化合物10質量%に代えて、表2に記載の量のアミド化合物を含むこと以外は、同様にして、実施例1-a~1-gならびに比較例1-hおよび1-iのインキ組成物を調製した。
これらのインキ組成物に対して、上記と同様に、筆記乾燥性およびインキ安定性の評価を行った。得られた結果は表2のとおりであった。
実施例1の組成に対して、(メタ)アクリル酸-(メタ)アクリル酸メチル共重合体(カルボン酸とメチルエステルのモル比1:2.1、アクリル酸由来の繰り返し単位とメタクリル酸由来の繰り返し単位のモル比1:0.36)を0.21質量%加え、水を77.59質量%に変更した以外は、同様にして、実施例3のインキ組成物を調製した。
実施例3の組成に対して、アセチレングリコール系界面活性剤であるサーフィノール2502(日信化学工業株式会社製)を0.5質量%を加え、水を77.09質量%に変更した以外は、同様にして、実施例4のインキ組成物を調製した。
実施例3の組成に対して、アミド化合物を0にし、水を87.59質量%とした以外は同様にして、比較例2のインキ組成物を調製した。
実施例4の組成に対して、アミド化合物10質量%に代えて、表2に記載の量のアミド化合物とジエチレングリコールを含むこと以外は、同様にして、実施例4-a~4-cのインキ組成物を調製した。
これらのインキ組成物に対して、上記と同様に、筆記乾燥性およびインキ安定性の評価を行った。得られた結果は表4のとおりであった。
実施例1の組成に対して、キサンタンガム(三晶株式会社製)を0.33質量%加え、水を77.47質量%に変更した以外は、同様にして、実施例5のインキ組成物を調製した。
実施例5の組成に対して、アセチレングリコール系界面活性剤であるサーフィノール2502(日信化学工業株式会社製)を0.5質量%を加え、水を76.97質量%に変更した以外は、同様にして、実施例6のインキ組成物を調製した。
実施例5の組成に対して、アミド化合物を0にし、水を87.47質量%とした以外は同様にして、比較例3のインキ組成物を調製した。
実施例1の組成に対して、サクシノグリカン(三晶株式会社製)を0.15質量%加え、水を77.65質量%に変更した以外は、同様にして、実施例7のインキ組成物を調製した。
実施例7の組成に対して、アセチレングリコール系界面活性剤であるサーフィノール2502(日信化学工業株式会社製)を0.5質量%加え、水を77.15質量%に変更した以外は、同様にして、実施例8のインキ組成物を調製した。
実施例7の組成に対して、アミド化合物を0にし、水を87.65質量%とした以外は同様にして、比較例4のインキ組成物を調製した。
実施例1の組成に対して、アミド化合物を3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド10質量%に代えて、3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド10質量%を含むこと以外は、同様にして、実施例9のインキ組成物を調製した。
得られたインキ組成物を、上記と同様に、筆跡乾燥性の評価を行ったところ、本願発明の効果が得られることが確認できた。なお、インキ安定性評価結果は、実施例1の方が良好であった。
Claims (9)
- 水と、
着色剤と、
式(1)で表されるアミド化合物と
(式中、
R 1 は、炭素数1~6の、直鎖または分岐の、アルキル基であり、かつ
R 2 およびR 3 は、それぞれ独立に、水素、または炭素数1~4の、直鎖もしくは分岐の、アルキル基である)、
以下の式(i):
(式中、R 11 は、水素またはメチル基である)
で示される繰り返し単位と、
以下の式(ii):
(式中、
R 12 は、水素またはメチル基であり、かつ
R 13 は、炭素数1~5の、直鎖または側鎖を有するアルキル基である)で示される繰り返し単位と
を含んでなる共重合体と
を含んでなる、筆記具用水性インキ組成物であって、
前記アミド化合物の含有量が、前記組成物の総質量を基準として、1~35質量%である、筆記具用水性インキ組成物。 - R1が、炭素数1~4の、直鎖のアルキル基であり、かつ
R2およびR3が、ともに、メチル基である、請求項1~3のいずれか一項に記載の組成物。 - アセチレン結合を構造中に有する界面活性剤またはシリコーン系界面活性剤をさらに含んでなる、請求項1~4のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記多糖類がデキストリンである、請求項2に記載の組成物。
- 万年筆用またはマーキングペン用インキ組成物である、請求項1~6のいずれか一項に記載の組成物。
- 水性ボールペン用インキ組成物である、請求項1~6のいずれか一項に記載の組成物。
- 請求項1~8に記載の組成物を収容してなる筆記具。
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