JP7316470B1 - 顔料分散液 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]水性インクジェットインクを調製するために用いられる、顔料、分散剤、水溶性有機溶媒、及び水を含有する顔料分散液であって、前記分散剤が、ポリマー鎖A及びポリマー鎖Bを含む、数平均分子量が5,000~15,000であり、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1.2~1.6であり、酸価が100mgKOH/g以上のA-Bブロックコポリマーであり、前記ポリマー鎖Aが、メチルメタクリレート及びベンジルメタクリレートからなる群より選択される少なくとも一種の構成単位(A-1)と、シクロヘキシルメタクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレート、及びイソボルニルメタクレートからなる群より選択される少なくとも一種の構成単位(A-2)と、を含む、前記構成単位(A-1)及び前記構成単位(A-2)の合計含有量が70質量%以上であり、ガラス転移点温度が50℃以上であり、数平均分子量が2,000~10,000であり、分子量分布が1.1~1.5のポリマーブロックであり、前記ポリマー鎖Bが、メタクリル酸に由来する構成単位(B-1)と、メチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、及びシクロヘキシルメタクリレートからなる群より選択される少なくとも一種に由来する構成単位(B-2)と、を含む、前記構成単位(B-1)の含有量が25~50質量%であり、数平均分子量が2,000~10,000のポリマーブロックであり、前記A-Bブロックコポリマー中、前記メタクリル酸に由来するカルボキシ基の30~70モル%がアンモニアで中和されているとともに、前記メタクリル酸に由来するカルボキシ基の30~70モル%が水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムの少なくともいずれかで中和されている顔料分散液。
[2]前記A-Bブロックコポリマー中、前記メタクリル酸に由来するカルボキシ基の40~60モル%がアンモニアで中和されているとともに、前記メタクリル酸に由来するカルボキシ基の40~60モル%が水酸化ナトリウムで中和されている前記[1]に記載の顔料分散液。
[3]前記顔料の含有量が5~60質量%であり、前記分散剤の含有量が0.5~20質量%であり、前記水溶性有機溶媒の含有量が30質量%以下であり前記水の含有量が20~80質量%である前記[1]又は[2]に記載の顔料分散液。
[4]前記水溶性有機溶媒が、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、及び3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミドからなる群より選択される少なくとも一種である前記[1]~[3]のいずれかに記載の顔料分散液。
[5]前記顔料が、黄色顔料、赤色顔料、青色顔料、緑色顔料、橙色顔料、黒色顔料、及び白色顔料からなる群より選択される少なくとも一種であり、前記黄色顔料が、C.I.ピグメントイエロー74、150、155、及び180からなる群より選択される少なくとも一種であり、前記赤色顔料が、C.I.ピグメントレッド122、202、254、269、これらの固溶体、C.I.ピグメントバイオレット19、23、及びこれらの固溶体からなる群より選択される少なくとも一種であり、前記青色顔料が、C.I.ピグメントブルー15:3、15:4、及び15:6からなる群より選択される少なくとも一種であり、前記緑色顔料が、C.I.ピグメントグリーン7、36、及び58からなる群より選択される少なくとも一種であり、前記橙色顔料が、C.I.ピグメントオレンジ43であり、前記黒色顔料が、C.I.ピグメントブラック7であり、前記白色顔料が、C.I.ピグメントホワイト6である前記[1]~[4]のいずれかに記載の顔料分散液。
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明の顔料分散液の一実施形態は、水性インクジェットインクを調製するために用いられる、顔料、分散剤、水溶性有機溶媒、及び水を含有するものである。以下、本実施形態の顔料分散液の詳細について説明する。
本実施形態の顔料分散液は、微分散状態の顔料を含有する。顔料としては、水性インクジェットインクに用いられる従来公知の有機顔料及び無機顔料を用いることができる。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19、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等の有彩色顔料;ファーネスブラック、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のカーボンブラック顔料等を挙げることができる。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、スピネル顔料等を挙げることができる。
分散剤は、水溶性有機溶媒及び水を含む液媒体中に顔料を分散させるための成分であり、ポリマー鎖A及びポリマー鎖Bを含む、数平均分子量が5,000~15,000であり、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1.2~1.6であり、酸価が100mgKOH/g以上のA-Bブロックコポリマーである。
1/T={W1/(T1+273)}+{W2/(T2+273)}+・・・ …(1)
本実施形態の顔料分散液は、顔料の分散媒体として、水及び水溶性有機溶媒を含む液媒体を含有する。水としては、イオン交換水、蒸留水、及び精製水等を用いることが好ましい。
本実施形態の顔料分散液には、必要に応じて、その他の添加剤を含有させることができる。その他の添加剤としては、界面活性剤、防腐剤、前述の水溶性有機溶媒以外の有機溶媒、レベリング剤、表面張力調整剤、pH調整剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤、染料、フィラー、ワックス、増粘剤、消泡剤、防カビ剤、帯電防止剤、金属微粒子、磁性粉等を挙げることができる。
顔料分散液中の顔料の含有量は、5~60質量%であることが好ましい。顔料が有機顔料である場合、顔料分散液中の有機顔料の含有量は、5~30質量%であることが好ましく、10~25質量%であることがさらに好ましい。また、顔料が無機顔料である場合、顔料分散液中の無機顔料の含有量は、20~60質量%であることが好ましく、30~50質量%であることがさらに好ましい。
(実施製造例1)
ジエチレングリコールモノブチルエーテル(BDG)290.5部、プロピレングリコールモノメチルエーテル(MPG)290.5部、ヨウ素5.4部、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)(和光純薬社製、V-70)20.1部、ベンジルメタクリレート(BzMA)110.0部、シクロヘキシルメタクリレート(CHMA)132.0部、N-アイオドコハクイミド(NIS)0.43部を反応容器に入れた。窒素を流しながら40℃に加温して撹拌し、4時間重合してA鎖(ポリマー)を形成した。得られた液体の一部をサンプリングし、180℃で恒量に達した不揮発分から換算した重合転化率は99.2%であった。また、サンプリングした液体をアセトンに溶解させ、ガスクロマトグラフィーにより分析したところ、モノマーはほとんど検出されなかった。0.1mmol/Lのジメチルホルムアミド溶媒を展開溶媒とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によりポリマーの分子量を測定した。その結果、ポリマーのポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)は5,000であり、分子量分布(PDI=重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn))は1.20であった。
表1~4に示す種類及び量(単位:部)の各種材料を用いたこと以外は、前述の実施製造例1と同様にして、分散剤D-2~9、比較分散剤C-1~5の溶液を得た。なお、表中の略号の意味を以下に示す。
・DCMA:ジシクロペンタニルメタクリレート
・IBXMA:イソボルニルメタクリレート
・MMA:メチルメタクリレート
・EHMA:2-エチルヘキシルメタクリレート
・PPG:プロピレングリコールモノプロピルエーテル
・MTPG:トリプロピレングリコールモノメチルエーテル
・MDPA:3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド
(参考製造例)
BDG131.7部、ヨウ素0.5部、V-70 2.6部、BzMA44部、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル(HEMA)13部、及びNIS0.11部を反応容器に入れた。40℃に加温して撹拌し、4時間重合してポリマーを形成した。固形分から算出した重合率は、約100%であった。GPCにより測定したポリマーのMnは15,000であり、PDIは1.31であった。
(実施例1)
酸化チタン(商品名「CR-50」、石原産業社製)60部、分散剤D-1 12部、1,2-ヘキサンジオール6部、及びイオン交換水22部をディスパーで混合した後、0.5mmΦのジルコニアビーズを充填(充填率:80%)した横型ビーズミル(商品名「DYNO-MILL KDL A型」、シンマルエンタープライゼス社製)を使用して分散処理した。5μmのメンブレンフィルターでろ過して粗粒子を除去した後、イオン交換水を添加して濃度を調整し、顔料濃度が50%である白色の顔料分散液W-1を得た。得られた顔料分散液W-1中の顔料の数平均粒子径は295nmであった。また、得られた顔料分散液W-1の粘度は13.5mPa・sであり、pHは8.9であり、表面張力は30.0mN/mであった。
表5に示す種類の分散剤を用いたこと以外は、前述の実施例1と同様にして、白色の顔料分散液W-2、W-3、及びCW-1を得た。得られた顔料分散液の物性を表5に示す。
(沈降回復性)
水で希釈した顔料分散液1.5gを2mL容量のポリプロピレン製マイクロチューブに入れた。小型遠心機(商品名「ディスクボーイFB-4000」、倉敷紡績社製)を使用し、9,000rpmで1分間遠心分離処理して、マイクロチューブの底部にハードケーキを形成した。形成したハードケーキが下側になるようにマイクロチューブを鉛直に保持して30分間室内に静置した。その後、手操作で振とう混合し、以下に示す評価基準にしたがって沈降回復性を評価した。結果を表5に示す。なお、「◎」及び「○」を合格とする。
◎:数回の振とうで沈降がなくなった。
○:10回の振とうで沈降がなくなった。
△:20回の振とうで沈降がなくなった。
×:振とうしても沈降物がなくならなかった。
顔料分散液をガラスプレートに滴下し、60℃、湿度40%に設定した恒温恒湿槽に入れて12時間乾燥させた後、形成された乾燥物に純水を添加した。水を添加した乾燥物の状態を目視及び顕微鏡で観察し、以下に示す評価基準にしたがって再分散性を評価した。結果を表5に示す。なお、「◎」及び「○」を合格とする。さらに、再分散後の顔料の数平均粒子径を測定した。結果を表5に示す。
◎:ブツ及び膜がなく、液体となった。
○:微量のブツが見えたが、膜はなかった。
△:ブツ及び膜があったが、液体も存在した。
×:再分散しなかった。
◎:凝集物などの異物がなかった。
○:微量の凝集物が見えたが、膜状破片などはなかった。
△:凝集物及び膜状破片が見えた。
×:異物が多かった。
(実施例4)
銅フタロシアニンブルー(C.I.ピグメントブルー15:3、商品名「A-220」、大日精化工業社製)20部、分散剤D-4 28部、BDG1部、及び水51部を用い、前述の実施例1と同様にして分散処理した。イオン交換水を添加して濃度を調整し、顔料濃度が15%であるシアン色の顔料分散液C-1を得た。得られた顔料分散液C-1中の顔料の数平均粒子径は105nmであった。また、得られた顔料分散液C-1の粘度は3.2mPa・sであり、pHは8.6であり、表面張力は40.5mN/mであった。
表6及び7に示す種類の分散剤を用いたこと以外は、前述の実施例4と同様にして、シアン色の顔料分散液C-2~6及びCC-1~4を得た。得られた顔料分散液の物性を表5に示す。
(保存安定性)
顔料分散液を70℃で1週間保存した。保存後の顔料分散液中の顔料の数平均粒子径、顔料分散液の粘度及びpHを測定した。結果を表6及び7に示す。また、保存後の顔料分散液中の顔料の数平均粒子径や、顔料分散液の粘度の変化が小さかったものを「○」と評価し、大きかったものを「×」と評価した。結果を表6及び7に示す。
前述の「評価(1)」における「再分散性」と同様の評価を行った。結果を表6及び7に示す。
(実施応用例1~6、比較応用例1、2)
表8に示す種類の顔料分散液を用意した。顔料分散液40部、水44部、1,2-ヘキサンジオール5部、グリセリン10部、及び界面活性剤(商品名「サーフィノール465」、日信化学社製)1部を混合して十分撹拌した後、ポアサイズ10μmのメンブランフィルターでろ過して、インクジェット用のインクIC-1~6、ICC-1及び2を調製した。
調製したインクをカートリッジにそれぞれ充填し、インクジェットプリンター(商品名「EM930C」、セイコーエプソン社製)に装着した。このインクジェットプリンターを使用し、普通紙(無機充填剤(炭酸カルシウム)を多く含有する紙、商品名「Colorlok紙」、ヒューレットパッカード社製)に、最大印刷物濃度のベタ画像(印刷物)を記録した。
インクのドットが飛ばない、及びインクのドットが飛び散った等の記録中の吐出不良を観察し、以下に示す評価基準にしたがってインクの吐出安定性を評価した。結果を表8に示す。なお、「○」を合格とする。
○:吐出不良がなかった。
△:インク液滴の他に微少のスプラッシュが認められた。
×:途中で吐出しなくなった、又はドットの飛び散りが認められた。
記録した印刷物の外観を目視で観察し、以下に示す評価基準にしたがって印刷物の外観を評価した結果を表8に示す。なお、「○」を合格とする。
○:スジやムラが認められず、均一な印刷物であった。
×:スジやムラが認められた。
光学濃度計(商品名「マクベスRD-914」、マクベス社製)を使用し、記録した画像の光学濃度(OD値)を5回測定してその平均値を算出した。結果を表8に示す。
(実施応用例7~12、比較応用例3~5)
表8に示す種類の顔料分散液を用意した。参考製造例で製造したエマルジョンバインダー16.0部、顔料分散液28.6部、プロピレングリコール18.0部、界面活性剤(商品名「シルフェイスSAG503A」、日信化学社製)0.5部、ポリエチレンワックス0.7部、及び水36.2部を混合し、十分撹拌した後、ポアサイズ5μmのメンブランフィルターでろ過して、フィルム印刷用のインクジェットインクIC-7~12、ICC-3~5を調製した。調製したインクの粘度を表9に示す。
プレートヒーター付きのインクジェット印刷機(商品名「MMP825H」、マスターマインド社製)、及び以下に示す種類の基材を用意した。調製したインクをカートリッジにそれぞれ充填し、用意したインクジェット印刷機に装着した。この印刷機を使用し、以下に示す種類の基材に画像(印刷物)を記録した。具体的には、プレートヒーターを用いて表面温度が55℃になるように基材を加熱してからインクを付与して印刷した後、90℃に温めた恒温槽で10分間乾燥させて印刷物を得た。
・OPPフィルム(ポリプロピレンフィルム、フタムラ化学社製、厚さ50μm)
・PETフィルム(ポリエチレンテレフタレートフィルム、フタムラ化学社製、厚さ50μm)
前述の「評価(3)」における「吐出安定性」及び「印刷物の外観」と同様の評価を行った。結果を表9に示す。
記録した画像にセロファンテープを十分に押し当ててから剥離した。基材からの画像の剥がれ具合を目視で観察し、以下に示す評価基準にしたがって画像の密着性を評価した。結果を表9に示す。なお、「◎」及び「○」を合格とする。
◎:まったく剥がれなかった。
○:僅かに剥がれた。
△:剥がれなかった面積よりも、剥がれた面積の方が小さかった。
×:剥がれなかった面積よりも、剥がれた面積の方が大きかった。
学振型摩擦堅牢度試験機(商品名「RT-300」、大栄科学社製)を使用し、乾燥した白布により、500gの加重で画像の表面を100往復する乾摩擦試験、及び水を湿らせた白布により、200gの加重で画像の表面を100往復する湿摩擦試験を行った。摩擦試験後の画像の剥がれ具合を目視で観察し、以下に示す評価基準にしたがって画像の耐摩擦性(乾摩擦性及び湿摩擦性)を評価した。結果を表9に示す。なお、「◎」、「○」、及び「△」を合格とする。
◎:まったく剥がれなかった。
○:僅かに剥がれた。
△:剥がれなかった面積よりも、剥がれた面積の方が小さかった。
×:剥がれなかった面積よりも、剥がれた面積の方が大きかった。
画像に70%エタノール水溶液を滴下して10秒間放置した。放置後、画像上を綿棒で複数回往復した。画像が剥がれた回数を計測し、以下に示す評価基準にしたがって画像の耐アルコール性を評価した。結果を表9に示す。なお、「◎」及び「○」を合格とする。
◎:20回以上
○:10~20回未満
△:5~10回未満
×:すぐにはがれる~5回未満
(実施例10~15)
以下に示す各色の顔料を用意した。そして、銅フタロシアニンブルーに代えて、用意した各色の顔料をそれぞれ用いたこと以外は、前述の実施例4と同様にして、顔料分散液Y-1、M-1、Bk-1、R-1、G-1、及びO-1を得た。得られた顔料分散液の物性を表10に示す。
・イエロー顔料:C.I.ピグメントイエロー155、アゾ系顔料、商品名「CFY6241」、大日精化工業社製
・マゼンタ顔料:C.I.ピグメントレッド122、キナクリドン顔料、商品名「CFR-130」、大日精化工業社製
・ブラック顔料:C.I.ピグメントブラック7、カーボンブラック、商品名「ラーベン1200」、ビルラ社製
・レッド顔料:C.I.ピグメントレッド254、ジケトピロロピロール顔料、商品名「CFR6742」、大日精化工業社製
・グリーン顔料:C.I.ピグメントグリーン36、ハロゲン化銅フタロシアニン顔料、商品名「CFG6450」、大日精化工業社製
・オレンジ顔料:C.I.ピグメントオレンジ43、多環縮合系顔料、商品名「CFO6292」、大日精化工業社製
(保存安定性、再分散性)
前述の「評価(2)」における「保存安定性」及び「再分散性」と同様の評価を行った。結果を表10に示す。
(実施応用例13~18)
表11に示す種類の顔料分散液を用いたこと以外は、前述の実施応用例1と同様にして、インクジェット用のインクIY-1、IM-1、IBk-1、IR-1、IG-1、及びIO-1を調製した。
(吐出安定性、印刷物の外観、光学濃度)
前述の「評価(3)」における「吐出安定性」、「印刷物の外観」、及び「光学濃度」と同様の評価を行った。結果を表11に示す。
(実施応用例19~24)
表12に示す種類の顔料分散液を用いたこと以外は、前述の実施応用例7と同様にして、フィルム印刷用のインクジェットインクIY-2、IM-2、IBk-2、IR-2、IG-2、及びIO-2を調製した。調製したインクの粘度を表12に示す。
(吐出安定性、印刷物の外観、密着性、耐摩擦性、耐アルコール性)
前述の「評価(3)」における「吐出安定性」、「印刷物の外観」、及び「光学濃度」と同様の評価を行った。結果を表12に示す。
Claims (5)
- 水性インクジェットインクを調製するために用いられる、顔料、分散剤、水溶性有機溶媒、及び水を含有する顔料分散液であって、
前記分散剤が、ポリマー鎖A及びポリマー鎖Bを含む、数平均分子量が5,000~15,000であり、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1.2~1.6であり、酸価が100mgKOH/g以上のA-Bブロックコポリマーであり、
前記ポリマー鎖Aが、メチルメタクリレート及びベンジルメタクリレートからなる群より選択される少なくとも一種の構成単位(A-1)と、シクロヘキシルメタクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレート、及びイソボルニルメタクレートからなる群より選択される少なくとも一種の構成単位(A-2)と、を含む、前記構成単位(A-1)及び前記構成単位(A-2)の合計含有量が70質量%以上であり、ガラス転移点温度が50℃以上であり、数平均分子量が2,000~10,000であり、分子量分布が1.1~1.5のポリマーブロックであり、
前記ポリマー鎖Bが、メタクリル酸に由来する構成単位(B-1)と、メチルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、及びシクロヘキシルメタクリレートからなる群より選択される少なくとも一種に由来する構成単位(B-2)と、を含む、前記構成単位(B-1)の含有量が25~50質量%であり、数平均分子量が2,000~10,000のポリマーブロックであり、
前記A-Bブロックコポリマー中、前記メタクリル酸に由来するカルボキシ基の30~70モル%がアンモニアで中和されているとともに、前記メタクリル酸に由来するカルボキシ基の30~70モル%が水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムの少なくともいずれかで中和されている顔料分散液。 - 前記A-Bブロックコポリマー中、前記メタクリル酸に由来するカルボキシ基の40~60モル%がアンモニアで中和されているとともに、前記メタクリル酸に由来するカルボキシ基の40~60モル%が水酸化ナトリウムで中和されている請求項1に記載の顔料分散液。
- 前記顔料の含有量が5~60質量%であり、
前記分散剤の含有量が0.5~20質量%であり、
前記水溶性有機溶媒の含有量が30質量%以下であり
前記水の含有量が20~80質量%である請求項1に記載の顔料分散液。 - 前記水溶性有機溶媒が、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、及び3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミドからなる群より選択される少なくとも一種である請求項1~3のいずれか一項に記載の顔料分散液。
- 前記顔料が、黄色顔料、赤色顔料、青色顔料、緑色顔料、橙色顔料、黒色顔料、及び白色顔料からなる群より選択される少なくとも一種であり、
前記黄色顔料が、C.I.ピグメントイエロー74、150、155、及び180からなる群より選択される少なくとも一種であり、
前記赤色顔料が、C.I.ピグメントレッド122、202、254、269、これらの固溶体、C.I.ピグメントバイオレット19、23、及びこれらの固溶体からなる群より選択される少なくとも一種であり、
前記青色顔料が、C.I.ピグメントブルー15:3、15:4、及び15:6からなる群より選択される少なくとも一種であり、
前記緑色顔料が、C.I.ピグメントグリーン7、36、及び58からなる群より選択される少なくとも一種であり、
前記橙色顔料が、C.I.ピグメントオレンジ43であり、
前記黒色顔料が、C.I.ピグメントブラック7であり、
前記白色顔料が、C.I.ピグメントホワイト6である請求項1~3のいずれか一項に記載の顔料分散液。
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