JP7341814B2 - 水性インク、インクカートリッジ、インクジェット記録方法、及び水性インクの製造方法 - Google Patents

水性インク、インクカートリッジ、インクジェット記録方法、及び水性インクの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、水性インク、インクカートリッジ、インクジェット記録方法、及び水性インクの製造方法に関する。
従来、インクジェット記録装置は家庭用の小型プリンタとして広く利用されているが、近年は、オフィスでの使用や商業印刷などにも展開されるようになっている。これらの分野では、家庭用などで要求されるレベルに比して、より高い耐擦過性を持つ画像を記録することが要求される。画像の耐擦過性を向上させるために、2種のポリエステル樹脂で形成される樹脂粒子を含有するインクが検討されている(特許文献1参照)。さらに、結晶性ポリエステル樹脂からなる主鎖セグメント及びアクリル樹脂からなる側鎖セグメントを有するグラフトポリマーで形成される樹脂粒子を含有する水性インクが検討されている(特許文献2参照)。
特開2011-084673号公報 特開2014-125555号公報
本発明者らが、特許文献1及び2に記載の水性インクを用いて画像を記録したところ、耐擦過性はある程度は良好であるが、インクの吐出安定性が不十分であることがわかった。
したがって、本発明の目的は、吐出安定性に優れるとともに、耐擦過性に優れる画像を記録することができる水性インク、前記水性インクの調製方法を提供することにある。また、本発明の別の目的は、前記水性インクを用いたインクカートリッジ、及びインクジェット記録方法を提供することにある。
上記の目的は、以下の本発明によって達成される。すなわち、本発明にかかる水性インクは、樹脂粒子を含有するインクジェット用の水性インクであって、前記樹脂粒子が、カルボン酸基をそれぞれ有する、第1樹脂及び第2樹脂で形成され、前記第1樹脂が、架橋構造を有しないポリエステル樹脂であるとともに、前記第2樹脂が、架橋構造を有する、ポリエステル樹脂及びアクリル樹脂の少なくとも一方であり、記第2樹脂についての、前記架橋構造が、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基であることを特徴とする。
本発明によれば、吐出安定性に優れるとともに、耐擦過性に優れる画像を記録することができる水性インク、前記水性インクの調製方法を提供することができる。また、本発明の別の実施態様によれば、前記水性インクを用いたインクカートリッジ、及びインクジェット記録方法を提供することができる。
本発明のインクカートリッジの一実施形態を模式的に示す断面図である。 本発明のインクジェット記録方法に用いられるインクジェット記録装置の一例を模式的に示す図であり、(a)はインクジェット記録装置の主要部の斜視図、(b)はヘッドカートリッジの斜視図である。
以下に、好ましい実施の形態を挙げて、さらに本発明を詳細に説明する。本発明においては、化合物が塩である場合は、インク中では塩はイオンに解離して存在しているが、便宜上、「塩を含有する」と表現する。また、インクジェット用の水性インクのことを、単に「インク」と記載することがある。物性値は、特に断りのない限り、常温(25℃)、常圧(1気圧=101325Pa)、常湿(相対湿度50%)における値である。また、「ユニット」とは、特に断りのない限り、1のモノマーに対応する単位構造のことを意味する。「(メタ)アクリル酸」、「(メタ)アクリレート」と記載する場合は、それぞれ「アクリル酸、メタクリル酸」、「アクリレート、メタクリレート」を表すものとする。
ポリエステル樹脂は、多価アルコールに由来するユニット、及び多価有機酸に由来するユニットで構成される。汎用のポリエステル樹脂は、多価アルコールに由来するユニット、及び多価カルボン酸に由来するユニットで構成される。多価アルコールに由来するユニットと多価カルボン酸に由来するユニットとで構成される、エステル結合(-COO-)を含む構造を「エステルユニット」と呼ぶことがある。
エステル結合のカルボニル基を構成する酸素原子はδに分極している。また、インクジェット記録方法で用いられる一般的な記録媒体は中性~酸性を示すので、δに分極した水素原子が存在する。ポリエステル樹脂で形成される樹脂粒子を含有するインクが記録媒体に付与されると、ポリエステル樹脂のδに分極した酸素原子と、記録媒体のδに分極した水素原子とが引き合う。これにより、記録媒体とポリエステル樹脂で形成される樹脂粒子とが密着しやすくなる。加えて、カルボン酸基を有するポリエステル樹脂は、記録媒体において、複数のカルボン酸基の間に生ずる水素結合により、ポリエステル樹脂の分子鎖が絡み合ったような状態となる。このように、記録媒体とポリエステル樹脂との密着性、及び、ポリエステル樹脂の分子鎖の絡み合いにより、画像の耐擦過性が発現する。
ポリエステル樹脂は、その末端に、多価アルコールのヒドロキシ基又は多価カルボン酸のカルボン酸基を有する。そして、ポリエステル樹脂の末端部分の少なくとも一部は、ポリエステル樹脂で形成される樹脂粒子の粒子表面に存在するため、粒子表面には、親水性が高い基であるヒドロキシ基又はカルボン酸基が存在することになる。つまり、ポリエステル樹脂で形成される樹脂粒子は、その粒子表面にヒドロキシ基又はカルボン酸基を有する状態で水性インク中に存在するので、これらの基の親水性によりインク中における分散状態が安定すると予想された。
しかし、検討の結果、ポリエステル樹脂を用いても、インクの吐出安定性が向上しない場合があることがわかった。粒子を形成し得るポリエステル樹脂を用いる場合、その末端のヒドロキシ基又はカルボン酸基の一部が粒子表面に存在したとしても、樹脂粒子の親水性はあまり高まらないので、インク中における分散状態が安定しにくい。このようなインクを記録ヘッドから吐出すると、分散状態が不安定になった樹脂粒子やその凝集物が流路や吐出口付近に付着して、徐々に堆積する。すると、吐出回数が増えていくにつれて、堆積物によってインクの吐出方向が曲がるようになり、インクの吐出安定性が損なわれることがわかった。
本発明者らは、インクが記録ヘッドから吐出されるまでの間に生じ得るpHや温度といった環境変化に伴う粒子径の変動を抑制することで、樹脂粒子の分散状態を安定に保ち、インクの吐出安定性を向上することを検討した。その結果、カルボン酸をそれぞれ有する、第1樹脂及び第2樹脂で形成されるとともに、以下の構成を有する樹脂粒子を用いれば、吐出安定性を向上することができることを見出した。これらの樹脂は、後述の架橋構造を有しないポリエステル樹脂である第1樹脂、及び、後述の架橋構造を有する、ポリエステル樹脂及びアクリル樹脂の少なくとも一方である第2の樹脂であり、前記架橋構造は、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基である。以下、「架橋」「非架橋」と表現した場合、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基により架橋されている/されていないことを示すものとする。
ポリエステル樹脂及びアクリル樹脂はそれぞれカルボン酸基を有するため、樹脂粒子の親水性が高まる。非架橋のポリエステル樹脂である第1樹脂は、pHが変化すると、カルボン酸基のイオン解離の状態に影響が生じ、カルボン酸基への水和量が変化するので、粒子径が変動しやすい傾向にある。また、第1樹脂は、温度が変化すると、その分子運動が大きくなるため、樹脂の一部が水性インクに溶解して、粒子径が変動しやすい傾向にある。さらに、上述の通り、ポリエステル樹脂である第1樹脂のカルボン酸基は、水素結合によるポリエステル樹脂の分子鎖の絡み合いを生じさせて、耐擦過性を向上させ得るが、非架橋であるため、この作用が損なわれることもない。また、第2樹脂は、pHや温度の変化による影響を受けにくい架橋基である繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基により架橋されている。このため、第2樹脂は、pHや温度が変化しても、立体的に安定な形状が保たれるので、分子サイズが変動しにくい。加えて、架橋構造を持つ樹脂で形成される樹脂粒子は、その内部への液体成分の侵入による膨潤が抑制されやすい。これらのような特性を有する第1樹脂及び第2樹脂で形成される樹脂粒子は、分子サイズが変化しにくい第2樹脂と、第1樹脂とが絡み合った構造を有するため、pHや温度が変化しても、その粒子径の変動が生じにくくなり、インクの吐出安定性が向上する。
特許文献1に記載されたインクは、2種のポリエステル樹脂で形成される樹脂粒子を含有する。この樹脂粒子は繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基により架橋されていない。また、特許文献2に記載されたインクは、結晶性ポリエステル樹脂からなる主鎖セグメント及びアクリル樹脂からなる側鎖セグメントを有するグラフトポリマーで形成される樹脂粒子を含有する。この樹脂粒子を形成する樹脂は、アクリル樹脂がポリエステル樹脂にグラフトされた単一の樹脂である。この樹脂を構成するポリエステル樹脂及びアクリル樹脂のそれぞれは、分子サイズが変動しにくいように設計されていない。したがって、上記各樹脂粒子は、pHや温度が変化すると、粒子径が変動しやすく、インクの吐出安定性を得ることができない。
<インク>
本発明のインクは、カルボン酸基をそれぞれ有する、第1樹脂及び第2樹脂で形成される樹脂粒子(以下、単に「樹脂粒子」と記載することがある)を含有する、インクジェット用の水性インクである。以下、本発明のインクを構成する成分やインクの物性について詳細に説明する。
(樹脂粒子)
インクは、カルボン酸基をそれぞれ有する、第1樹脂及び第2樹脂で形成される樹脂粒子を含有する。カルボン酸基を有しないと、親水性が不足し、樹脂粒子の分散状態が不安定となりやすいので、インクの吐出安定性が得られない。第1樹脂は、架橋構造を有しないポリエステル樹脂であり、第2樹脂は、架橋構造を有する、ポリエステル樹脂及びアクリル樹脂の少なくとも一方であり、第1樹脂及び第2樹脂についての前記架橋構造は、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基である。インク中の樹脂粒子の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、0.1質量%以上15.0質量%以下であることが好ましく、1.0質量%以上10.0質量%以下であることがさらに好ましい。樹脂粒子はインク中に分散された状態、すなわち、樹脂エマルションの形態でインク中に存在する。樹脂粒子は色材を内包してもよく、色材を内包しなくてもよい。
本発明において、「樹脂粒子」とは、インクを構成する水性媒体に溶解しない状態で存在する樹脂を指し、具体的には、動的光散乱法により粒子径を測定可能な粒子を形成した状態で水性媒体中に存在し得る樹脂を意味する。一方、「水溶性樹脂」とは、インクを構成する水性媒体に溶解した状態で存在する樹脂を指し、具体的には、動的光散乱法により粒子径を測定可能な粒子を形成しない状態で水性媒体中に存在し得る樹脂を意味する。樹脂粒子を「水溶性樹脂」の対となるように表現すると「水分散性樹脂(水不溶性樹脂)」となる。
ある樹脂が上記定義の「樹脂粒子」に該当するか否かについては、以下に示す方法にしたがって判断することができる。まず、判断対象の樹脂を含む液体(樹脂の含有量:10質量%)を用意する。次いで、この液体を純水で10倍(体積基準)に希釈して試料を調製する。そして、試料中の樹脂の粒子径を動的光散乱法により測定した場合に、粒子径を有する粒子が測定されれば、その樹脂は「樹脂粒子」である(すなわち「水分散性樹脂」である)と判断する。一方、粒子径を有する粒子が測定されなければ、その樹脂は「樹脂粒子」ではない(すなわち「水溶性樹脂」である)と判断する。この際の測定条件は、例えば、SetZero:30秒、測定回数:3回、測定時間:180秒、形状:真球形、屈折率:1.59、とすることができる。粒度分布測定装置としては、動的光散乱法による粒子径分析装置(例えば、商品名「UPA-EX150」、日機装製)などを使用することができる。勿論、粒子径分析装置や測定条件などは上記に限られるものではない。
なお、本発明においては、ポリエステル樹脂で形成される樹脂粒子の他に用い得る、樹脂分散剤などのその他の樹脂についても、上記と同様に樹脂粒子であるか否かを定義するものとする。その他の樹脂についても、上記と同様の方法により樹脂粒子であるか水溶性樹脂であるかを判断することができる。但し、簡便に判断を行うため、その他の樹脂については、その酸価相当のアルカリ(水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど)により中和された樹脂を含む液体(樹脂の含有量:10質量%)を用いて判断することが好ましい。
樹脂粒子を形成する第1樹脂は、カルボン酸基を有するポリエステル樹脂であり、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基による架橋構造を有しない。また、樹脂粒子を形成する第2樹脂は、カルボン酸基を有する、ポリエステル樹脂及びアクリル樹脂の少なくとも一方の樹脂であり、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基による架橋構造を有する。本明細書における「架橋」は、複数の樹脂の分子鎖を、これらの樹脂の分子鎖とは異なる架橋構造(繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基)で結合していることを示す。
具体的には、樹脂粒子は、以下の(A)又は(B)の構成を有する。「架橋」「非架橋」は、上述の通り、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基により架橋されている/架橋されていないことを示すものとする。
(A)カルボン酸基を有する非架橋のポリエステル樹脂である第1樹脂、及び、カルボン酸基を有する架橋のポリエステル樹脂である第2樹脂で形成される樹脂粒子
(B)カルボン酸基を有する非架橋のポリエステル樹脂である第1樹脂、及び、カルボン酸基を有する架橋のアクリル樹脂である第2樹脂で形成される樹脂粒子
第1樹脂としてのカルボン酸基を有するポリエステル樹脂と、第2樹脂としてのカルボン酸基を有するポリエステル樹脂は、特定の架橋構造による架橋の有無以外は同様の樹脂を用いてもよいし、架橋の有無以外にも互いに異なる構成の樹脂を用いてもよい。また、第1樹脂及び第2樹脂のそれぞれが水分散性樹脂であり、これらの両方を一体的に粒子化して製造された樹脂粒子を用いてもよい。また、第1樹脂及び第2樹脂の少なくとも一方が水溶性樹脂であり、これらの両方を一体的に粒子化して製造したときに樹脂粒子となるような各樹脂の組み合わせを用いてもよい。但し、第1樹脂及び第2樹脂を単にインク中に共存させるのみで、これらの樹脂が一体化していないような状態は「第1樹脂及び第2樹脂で形成される樹脂粒子」には該当せず、本発明には包含されない。
〔樹脂粒子の構成材料:ポリエステル樹脂〕
ポリエステル樹脂は、樹脂粒子を形成する第1樹脂として使用する。ポリエステル樹脂は、樹脂粒子を形成する第2樹脂としても使用することができる。樹脂粒子を形成するポリエステル樹脂はカルボン酸基を有する。すなわち、ポリエステル樹脂は、カルボン酸基を有するユニットを持つ。通常、ポリエステル樹脂の末端には未反応のヒドロキシ基又はカルボン酸基が存在する。ポリエステル樹脂の末端にカルボン酸基が存在しない場合は、末端以外の部分にカルボン酸基が存在する。本発明では、ポリエステル樹脂のδに分極した酸素原子と、記録媒体のδに分極した水素原子との相互作用を利用して、画像の耐擦過性を向上することができる。
[多価アルコール]
反応によりポリエステル樹脂を構成する、多価アルコールに由来するユニットとなる多価アルコールとしては、2乃至4価の多価アルコールが挙げられる。多価アルコールの構造としては、脂肪族基を有する多価アルコール類、芳香族基を有する多価アルコール類、糖アルコール類などが挙げられる。多価アルコールとしては、具体的には、エチレングリコール〔1,2-エタンジオール〕、ネオペンチルグリコール〔2,2-ジメチル-1,3-プロパンジオール〕、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、ベンゼンジオール、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン〔ビスフェノールA〕などの2価アルコール類、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパンなどの3価アルコール類;ペンタエリスリトールなどの4価アルコール類などが挙げられる。また、多価アルコールとしては、オリゴマー(分子量1,000以下であるような低分子の重合体)を用いることもできる。
ポリエステル樹脂の重量平均分子量の調整が容易であることから、2価又は3価の多価アルコール類を用いることが好ましい。また、構造の観点では、脂肪族基を有する多価アルコール類、芳香族基を有する多価アルコール類を用いることが好ましい。脂肪族基を有する多価アルコール類としては、直鎖又は分岐鎖で炭素数1乃至6の脂肪族基を有する多価アルコール類がさらに好ましい。特に、エチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ビスフェノールA、グリセリンを用いることが好ましく、これらのなかから2種以上を併用することも好ましい。また、脂肪族基を有する多価アルコール類を用いる場合、以下のようにすることが好ましい。すなわち、ポリエステル樹脂中の脂肪族基を有する多価アルコール類に由来するユニットに占める、「直鎖又は分岐鎖で炭素数1乃至6の脂肪族基を有する多価アルコール類」に由来するユニットの割合が、70モル%以上であることが好ましい。前記割合は、100モル%であることがさらに好ましい。
[多価カルボン酸]
反応によりポリエステル樹脂を構成する、多価カルボン酸に由来するユニットとなる多価カルボン酸としては、2乃至4価の多価カルボン酸類が挙げられる。多価カルボン酸の構造としては、脂肪族基を有する多価カルボン酸類、芳香族基を有する多価カルボン酸類、含窒素多価カルボン酸類などが挙げられる。多価カルボン酸としては、具体的には、グルタル酸、アジピン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸などの2価カルボン酸類;トリメリット酸などの3価カルボン酸類;エチレンジアミン四酢酸などの4価カルボン酸類などが挙げられる。また、多価カルボン酸としては、オリゴマー(分子量1,000以下であるような低分子の重合体)を用いることもできる。
ポリエステル樹脂の重量平均分子量や酸価の調整が容易であることから、2価又は3価の多価カルボン酸類を用いることが好ましい。また、構造の観点では、脂肪族基を有するカルボン酸類、芳香族基を有するカルボン酸類を用いることが好ましい。特に、アジピン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、トリメリット酸を用いることが好ましく、これらのなかから2種以上を併用することも好ましい。
低分子量の多価アルコールや多価カルボン酸を用いて合成されたポリエステル樹脂は、高分子量の原料を用いた場合と比較して、分子鎖に含まれるエステル結合がより多くなり、良好な耐擦過性を得ることができる。したがって、多価アルコールの分子量は、50以上300以下であることが好ましく、また、多価カルボン酸の分子量は、100以上300以下であることが好ましい。
多価アルコール及び多価カルボン酸の価数は、いずれも2価又は3価であることが好ましい。4価以上であると、合成されるポリエステル樹脂は多くの分岐を有し、三次元的に複雑な構造を持ちやすい。この場合、記録媒体において、ポリエステル樹脂の分子鎖が絡み合ったような状態となりにくい傾向にあり、画像の耐擦過性をさらに向上する効果が十分に得られない場合がある。
ポリエステル樹脂には、芳香族基を有するユニットが存在することが好ましい。芳香族基を有するユニットが存在するポリエステル樹脂は、芳香族基間の疎水性相互作用により、記録媒体において、ポリエステル樹脂の分子鎖が絡み合った状態となりやすく画像の耐擦過性をさらに向上することができる。ポリエステル樹脂に占める、芳香族基を有するユニットの割合(質量%)は、樹脂全質量を基準として、25質量%以上50質量%以下であることが好ましい。また、ポリエステル樹脂に占める、芳香族基を有しないユニットの割合(質量%)は、樹脂全質量を基準として、50質量%以上75質量%以下であることが好ましい。
[架橋剤]
第2樹脂としてポリエステル樹脂を用いる場合、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基である架橋構造を樹脂に組み込む。架橋剤である、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基及び2つ以上のグリシジル基を有する化合物を、カルボン酸基を有するポリエステル樹脂に反応させることで、上記架橋構造を樹脂に組み込むことができる。第2樹脂としてのポリエステル樹脂に占める、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基の割合(質量%)は、樹脂全質量を基準として、1質量%以上10質量%以下であることが好ましい。
ポリエステル樹脂の架橋剤として用いることができる、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基及び2つ以上のグリシジル基を有する化合物としては、エチレングリコ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、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ジプロピレングリコールジグリシジルエーテルなどの(ポリ)アルキレングリコールジグリシジルエーテル類;ネオペンチル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などの多価アルコールのジグリシジルエーテル類などが挙げられる。なかでも、(ポリ)アルキレングリコールジグリシジルエーテル類が好ましい。アルキレンオキサイド基は、エチレンオキサイド基、プロピレンオキサイド基、ブチレンオキサイド基であることが好ましく、エチレンオキサイド基であることがさらに好ましい。
[ポリエステル樹脂の物性]
ポリエステル樹脂の酸価は、3mgKOH/g以上30mgKOH/g以下であることが好ましく、3mgKOH/g以上10mgKOH/g以下であることがさらに好ましい。また、ポリエステル樹脂の重量平均分子量は、15,000以上70,000以下であることが好ましい。
〔樹脂粒子の構成材料:アクリル樹脂〕
アクリル樹脂は、樹脂粒子を形成する第2樹脂として使用することができる。第2樹脂としては、ポリエステル樹脂よりもアクリル樹脂が好ましい。アクリル樹脂は、カルボン酸基を有する。すなわち、アクリル樹脂は、カルボン酸基を有するユニットを持つ。アクリル樹脂は、カルボン酸基を有するユニットに加えて、カルボン酸基を有しないユニットを持つことが好ましい。
反応によりアクリル樹脂を構成する、カルボン酸基を有するユニットとなるモノマーとしては、(メタ)アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸などのカルボン酸基を有するモノマーが挙げられる。なかでも、(メタ)アクリル酸が好ましい。これらのモノマーは、無水物、酸型、塩型のいずれであってもよく、塩型の場合のカウンターイオンは、リチウム、ナトリウム、カリウム、アンモニウム、有機アンモニウムなどが挙げられる。アクリル樹脂に占める、カルボン酸基を有するユニットの割合(質量%)は、樹脂全質量を基準として、0.1質量%以上10質量%以下であることが好ましく、1質量%以上10質量%以下であることがさらに好ましい。
反応によりアクリル樹脂を構成する、カルボン酸基を有しないユニットとなるモノマーとしては、メチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、ヘキサデシル(メタ)アクリレートなどのアルキル(メタ)アクリレート類;ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートなどのヒドロキシ基を有するアルキル(メタ)アクリレート類;ポリエチレングリコールモノメタクリレートなどの(ポリ)アルキレンオキサイド基を有する(メタ)アクリレート類;スチレン、α-メチルスチレン、アリルベンゼン、ベンジル(メタ)アクリレートなどの芳香族基を有するモノマー類;アリルスルホン酸、ビニルスルホン酸、4-スルホブチル(メタ)アクリレートなどのスルホン酸基を有するモノマー類;2-ホスホン酸エチル(メタ)アクリレートなどのホスホン酸基を有するモノマー類などが挙げられる。スルホン酸基、ホスホン酸基を有するモノマーは、無水物、酸型、塩型のいずれであってもよく、塩型の場合のカウンターイオンは、リチウム、ナトリウム、カリウム、アンモニウム、有機アンモニウムなどが挙げられる。なかでも、アルキル(メタ)アクリレート類、芳香族基を有するモノマー類が好ましく、いずれの酸基も有しないものがさらに好ましい。アクリル樹脂に占める、カルボン酸基を有しないユニットの割合(質量%)は、樹脂全質量を基準として、80質量%以上95質量%以下であることが好ましい。
アクリル樹脂には、芳香族基を有するユニットが存在することが好ましい。芳香族基を有するユニットが存在するアクリル樹脂は、疎水性相互作用により、記録媒体において、第1樹脂と絡み合った状態となりやすく、画像の耐擦過性をさらに向上することができる。アクリル樹脂に占める、芳香族基を有するユニットの割合(質量%)は、樹脂全質量を基準として、25質量%以上50質量%以下であることが好ましい。
[架橋剤]
アクリル樹脂には、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基である架橋構造を樹脂に組み込む。
上記架橋構造をアクリル樹脂に組み込む方法としては、以下の方法が挙げられる。(1)カルボン酸基を有するモノマーに加えて、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基及び2つ以上のエチレン性不飽和結合を有するモノマーを用いて、上記架橋構造を有するアクリル樹脂を合成する。(2)カルボン酸基を有するモノマーなどを用いて(上記架橋構造を有しない)アクリル樹脂を合成した後に、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基及び2つ以上のグリシジル基を有する化合物を反応させて、上記架橋構造を有するアクリル樹脂を合成する。第2樹脂としてのアクリル樹脂に占める、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基の割合(質量%)は、樹脂全質量を基準として、1質量%以上15質量%以下であることが好ましい。
アクリル樹脂の架橋剤として用いることができる、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基及び2つ以上のエチレン性不飽和結合を有するモノマーとしては、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレートなどのエチレン性不飽和結合を2つ有するモノマー類;ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートなどのエチレン性不飽和結合を3つ有するモノマー類;ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレートなどのエチレン性不飽和結合を4つ有するモノマー類などが挙げられる。なかでも、(ポリ)アルキレングリコールジ(メタ)アクリレート類が好ましい。アルキレンオキサイド基は、エチレンオキサイド基、プロピレンオキサイド基、ブチレンオキサイド基であることが好ましく、エチレンオキサイド基であることがさらに好ましい。
アクリル樹脂の架橋剤として用いることができる、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基及び2つ以上のグリシジル基を有する化合物としては、エチレングリコ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、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ジプロピレングリコールジグリシジルエーテルなどの(ポリ)アルキレングリコールジグリシジルエーテル類;ネオペンチル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などの多価アルコールのジグリシジルエーテル類などが挙げられる。なかでも、(ポリ)アルキレングリコールジグリシジルエーテル類が好ましい。アルキレンオキサイド基は、エチレンオキサイド基、プロピレンオキサイド基、ブチレンオキサイド基であることが好ましく、エチレンオキサイド基であることがさらに好ましい。
[アクリル樹脂の物性]
アクリル樹脂の酸価は、5mgKOH/g以上50mgKOH/g以下であることが好ましく、10mgKOH/g以上35mgKOH/g以下であることがさらに好ましい。アクリル樹脂の酸価は、第1ポリエステル樹脂の酸価よりも高いことが好ましい。また、アクリル樹脂の重量平均分子量は、15,000以上70,000以下であることが好ましい。
[式(1)で表される化合物]
ポリエステル樹脂で形成される樹脂粒子は、下記式(1)で表される化合物を含むことが好ましい。すなわち、前記樹脂粒子は、その内部に下記式(1)で表される化合物を有することが好ましい。式(1)で表される化合物はポリエステル樹脂の疎水部と相互作用するので、式(1)で表される化合物を介した疎水性相互作用によって、ポリエステル樹脂の分子鎖を固定化する作用を持つ。このため、インク中ではポリエステル樹脂の水性インクへの溶解が抑制されて、吐出安定性をさらに向上することができる。また、画像においては、ポリエステル樹脂の凝集性が高まるので、耐擦過性をさらに向上することができる。樹脂粒子がその内部に下記式(1)で表される化合物を有する状態とは、ポリエステル樹脂が絡み合って形成された三次元構造の内部に式(1)で表される化合物が存在する状態を指す。
(前記式(1)中、R、R及びRはそれぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1乃至4のアルキル基を表す)
式(1)中、R、R及びRはそれぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1乃至4のアルキル基を表す。炭素数1乃至4のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、i-プロピル基、n-ブチル基、i-ブチル基、t-ブチル基、sec-ブチル基が挙げられる。なかでも、ポリエステル樹脂の疎水部との相互作用をより効率よく生じさせる観点から、メチル基、t-ブチル基が好ましい。特に、式(1)で表される化合物が、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(別名:ジブチルヒドロキシトルエン、BHT)であることが好ましい。
樹脂粒子に占める、式(1)で表される化合物の割合(ppm)は、樹脂粒子の全質量を基準として、100ppm以上1,000ppm以下であることが好ましい。すなわち、樹脂粒子における、[式(1)で表される化合物の質量/(式(1)で表される化合物の質量+樹脂粒子の質量)×10]の値が100ppm以上1,000ppm以下であることが好ましい。前記割合が100ppm未満であると、ポリエステル樹脂の分子鎖を疎水性相互作用により十分に固定化しづらく、ポリエステル樹脂の水性インクへの溶解を十分に抑制できず、吐出安定性をさらに向上する効果が十分に得られない場合がある。一方、前記割合が1,000ppm超であると、式(1)で表される化合物同士の疎水性相互作用により樹脂粒子の内部で偏在化しやすくなる。すると、画像の全体にわたって均一にポリエステル樹脂が存在しにくくなりやすいので、耐擦過性をさらに向上する効果が十分に得られない場合がある。
樹脂粒子に占める式(1)で表される化合物の割合は、以下のようにして算出することができる。まず、インクや樹脂粒子を含む液体から樹脂粒子を分取する。樹脂粒子の質量を測定した後、樹脂粒子を有機溶剤(テトラヒドロフランなど)に添加して、24時間程度撹拌し、試料を調製する。この試料について、適切な孔径のフィルタ(ステンレスメッシュ)で溶解せずに残った樹脂を分取して質量を測定する。分取した樹脂は、架橋構造を有する第2樹脂である。ろ液を分取する。フィルタとしては、例えば、400メッシュの金網(1インチ平方に縦横それぞれ400本のステンレス線が編み込まれたフィルタ)を用いることができる。一方、分取したろ液には、架橋構造を有さず、テトラヒドロフランに溶解した第1樹脂及び式(1)で表される化合物が含まれる。ゲルパーミエーションクロマトグラフィー、液体クロマトグラフィーなどで分析を行い、式(1)で表される化合物及び第1樹脂を定量する。そして、予め測定しておいた樹脂粒子及び第2樹脂の質量と、式(1)で表される化合物及び第1樹脂の定量値から、前記割合を算出する。
〔樹脂粒子の物性〕
樹脂粒子についての、好適な各種の物性について説明する。
[各樹脂の割合]
樹脂粒子を形成する樹脂に占める、第2樹脂の割合(質量%)は、樹脂全質量を基準として、30質量%以上80質量%以下であることが好ましい。前記割合が30質量%未満であると、架橋された樹脂の割合が小さすぎるため、架橋されていない樹脂の粒子径変動による影響が大きくなる傾向にあり、高いレベルのインクの吐出安定性が十分に得られない場合がある。一方、前記割合が80%超であると、架橋された樹脂の割合が大きすぎるため、分子運動が小さくなり、ポリエステル樹脂の分子鎖の絡み合いが生じにくく、画像の耐擦過性をさらに向上する効果が十分に得られない場合がある。また、樹脂粒子を形成する樹脂に占める、第1樹脂の割合(質量%)は、樹脂全質量を基準として、20質量%以上70質量%以下であることが好ましい。また、第1樹脂及び第2樹脂のみによって形成される樹脂粒子が特に好ましい。
樹脂粒子を形成する樹脂に占める、各樹脂の割合は、以下のようにして算出することができる。まず、インクや樹脂粒子を含む液体から樹脂粒子を分取する。樹脂粒子の質量を測定した後、樹脂粒子を有機溶剤(テトラヒドロフランなど)に添加して、24時間程度撹拌し、試料を調製する。この試料について、適切な孔径のフィルタ(ステンレスメッシュ)で溶解せずに残った樹脂を分取する。フィルタとしては、例えば、400メッシュの金網(1インチ平方に縦横それぞれ400本のステンレス線が編み込まれたフィルタ)を用いることができる。分取した樹脂は、架橋構造を有するために溶解しなかった第2樹脂である。第2樹脂の質量と樹脂粒子の質量との差分が、架橋構造を有しなかったために有機溶剤に溶解していた第1樹脂である。これらの質量から、前記割合を算出する。
[樹脂粒子の粒子表面に存在するカルボン酸基]
第1樹脂及び第2樹脂により形成される樹脂粒子は、その粒子表面に存在するカルボン酸基が、25μmol/g以上250μmol/g以下のものであることが好ましい。この値は、樹脂粒子の粒子表面に存在するカルボン酸基の密度(マイクロモル単位)を、樹脂粒子の単位質量当たりで表すものである。粒子表面に存在するカルボン酸基が25μmol/g未満であると、高いレベルのインクの吐出安定性が十分に得られない場合がある。これは、複数のカルボン酸基の間で生ずる電荷の反発が弱く、樹脂粒子の分散状態が安定に保たれにくくなり、流路や吐出口付近に樹脂粒子が堆積しやすくなるためである。一方、粒子表面に存在するカルボン酸基が250μmol/g超であると、高いレベルのインクの吐出安定性が十分に得られない場合がある。これは、インク中のカルボン酸基のカウンターイオンの濃度が高くなって、樹脂粒子が凝集しやすくなり、流路や吐出口付近に樹脂粒子が堆積しやすくなるためである。粒子表面に存在するカルボン酸基の量は、電位差を利用したコロイド滴定により測定することができる。また、酸価X(mgKOH/g)、及び、カルボン酸基の量Y(μmol/g)は、X=Y×56.1/1000の式に基づいて換算することができる。なお、粒子表面に存在するスルホン酸基などのカルボン酸基以外のアニオン性基は、5μmol/g以下であることが好ましく、0μmol/gであることがさらに好ましい。
[重量平均分子量]
第1樹脂の重量平均分子量は、15,000以上70,000以下であることが好ましい。重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによりポリスチレン換算の値として測定することができる。また、架橋された第2樹脂は有機溶剤に溶解しにくいので、重量平均分子量を測定するための試料を調製することが困難である。但し、有機溶剤に不溶な成分が存在することにより、架橋構造を有する樹脂であることを確認することができる。
[樹脂粒子の粒子径]
樹脂粒子の体積基準の累積50%粒子径は、50nm以上200nm以下であることが好ましい。一定量の樹脂粒子を考えた場合、粒子径が小さいと比表面積は大きくなり、粒子径が大きいと比表面積は小さくなる。累積50%粒子径が50nm未満であると、高いレベルのインクの吐出安定性が十分に得られない場合がある。これは、樹脂粒子の比表面積が大きく、樹脂粒子のインクを構成する水性媒体との接触量が多くなり、樹脂粒子を形成する第1樹脂が徐々に水性インクに溶解して、インクの粘度が上昇しやすくなるためである。一方、累積50%粒子径が200nm超であると、樹脂粒子の分散状態が安定に保たれにくくなり、流路や吐出口付近に樹脂粒子が堆積しやすくなるので、高いレベルのインクの吐出安定性が十分に得られない場合がある。樹脂粒子の体積基準の累積90%粒子径は、80nm以上300nm以下であることが好ましい。
樹脂粒子の体積基準の累積50%粒子径は、樹脂粒子の体積基準の累積90%粒子径に対する比率で、0.6倍以上であることが好ましい。前記比率が0.6倍未満であると、粒子径分布が広く、粒子径が大きく異なる樹脂粒子が存在することになる。粒子径の大きい樹脂粒子と粒子径の小さい樹脂粒子が衝突すると、いわゆるヘテロ凝集により樹脂粒子が凝集して流路や吐出口付近に堆積しやすくなるため、高いレベルのインクの吐出安定性が十分に得られない場合がある。前記比率は、0.8倍以下であることが好ましい。
樹脂粒子の体積基準の累積50%粒子径及び累積90%粒子径とは、粒子径積算曲線において、測定された粒子の総体積を基準として、小粒子径側から積算して50%又は90%である粒子の直径を指す。樹脂粒子のD50及びD90は、上記した、樹脂粒子であるか否かの判定と同様の条件で、動的光散乱法により測定することができる。
〔樹脂粒子の製造方法〕
樹脂粒子の製造方法は、上記で説明した樹脂粒子を得ることができるものであれば限定されない。例えば、まず、以下の(A)又は(B)の処理を行う、すなわち、ポリエステル樹脂を合成し、必要に応じて粒子化する。
(A)ポリエステル樹脂を合成した後、粒子化することで、カルボン酸基を有するポリエステル樹脂で形成される樹脂粒子を得る。
(B)ポリエステル樹脂を合成し、上記(1)の粒子化はせずに、カルボン酸基を有するポリエステル樹脂を得る。
次いで、以下の(C)、(D)、又は(E)の処理を行い、樹脂粒子を得る。簡単のために、上記(A)又は(B)で得た生成物を「ポリエステル」と表記する。
(C)ポリエステルのカルボン酸基の一部を、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基及び2つ以上のグリシジル基を有する化合物を用いて架橋する。
(D)ポリエステルの存在下で、アクリル樹脂の原料となるモノマーを重合してカルボン酸基を有するアクリル樹脂を合成した後、カルボン酸基の一部を、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基及び2つ以上のグリシジル基を有する化合物を用いて架橋する。この場合、架橋構造が組み込まれるのは主にアクリル樹脂であるが、ポリエステル樹脂の一部にも架橋構造が組み込まれ得る。
(E)ポリエステルの存在下で、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基及び2つ以上のエチレン性不飽和結合を有するモノマーを含む、アクリル樹脂の原料となるモノマーを重合して、架橋されたアクリル樹脂を合成する。この場合、架橋構造が組み込まれるのはアクリル樹脂である。
ポリエステル樹脂は以下のようにして合成することができる(上記(A)、(B))。多価アルコール及び多価カルボン酸を反応(エステル化反応)させる。必要に応じて、多価アルコール及び多価カルボン酸のいずれかを添加して、ポリエステル樹脂のエステル結合の一部を切断するためのエステル交換反応を行うことで、ポリエステル樹脂の分子量を調整する。このような段階を経てポリエステル樹脂を得ることができる。
カルボン酸基を有するポリエステル樹脂は、例えば、以下のようにして得ることができる。エステル化反応の際に、多価アルコールのヒドロキシ基のモル数よりも、多価カルボン酸のカルボン酸基のモル数が多くなるように原料の使用量を調整する方法が挙げられる。また、エステル交換反応の際に多価カルボン酸を使用する方法が挙げられる。
エステル化反応は、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下で行う。エステル化反応における反応温度は、180~260℃であることが好ましい。また、エステル化反応における反応時間は、2.5~10時間であることが好ましく、4~6時間であることがさらに好ましい。
エステル化反応の途中で反応系内を減圧することによって、エステル化反応で生じた水を系外に排出して、エステル化(脱水縮合)反応を促進してもよい。減圧した状態での反応は、エステル化反応に引き続き、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下で行う。減圧した状態での反応温度は、220~280℃であることが好ましい。また、減圧した状態での反応時間は、2.5~10時間であることが好ましく、4~6時間であることがさらに好ましい。減圧度(真空度)は1Pa以上130Pa以下であることが好ましい。但し、減圧度が低すぎると、反応効率が低下したり、ポリエステル樹脂の重量平均分子量が小さくなったりするので、所望の反応条件に応じて調整することが好ましい。減圧は、大気圧(101325Pa)から130Pa以下になるまで、60~180分程度の時間をかけて徐々に圧力を減ずることが好ましい。
エステル交換反応は、多価アルコール及び多価カルボン酸のいずれかを添加して、ポリエステル樹脂のエステル結合の一部を切断して、ポリエステル樹脂の分子量を調整するために行う。カルボン酸基を有するポリエステル樹脂を効率よく得る観点から、エステル交換反応は多価カルボン酸を用いて行うことが好ましい。また、ポリエステル樹脂の重量平均分子量と酸価をバランスよく調整しやすいため、トリメリット酸(無水物でもよい)を用いてエステル交換反応を行うことが好ましい。
エステル交換反応も、エステル化反応に引き続き、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下で行う。エステル交換反応における反応温度は、180~260℃であることが好ましい。また、エステル交換反応における反応時間は、1~5時間であることが好ましい。エステル交換反応は、触媒や熱安定剤の存在下で行うことができる。触媒としては、酢酸亜鉛、三酸化アンチモン、テトラ-n-ブチルチタネート、n-ブチルヒドロキシオキシスズなどが挙げられる。触媒の使用量(mol)は、多価アルコール又は多価カルボン酸1molに対し、1×10-1mol~20×10-4molであることが好ましい。熱安定剤としては、リン酸などの酸、リン酸トリエチルなどの酸エステルが挙げられる。
上記のようにして合成したポリエステル樹脂は、加圧、粉砕などにより適切な形態にした後、次工程(上記(B)、(C)、(D)、(E))で用いることが好ましい。樹脂粒子は、水性インクの構成成分として用いるため、水性の液媒体に分散させた分散液の状態(樹脂粒子を含む液体)となるように粒子化することが好ましい。水性の液媒体は、脱イオン水、イオン交換水、蒸留水などの水を主成分とするものであり、必要に応じて水溶性有機溶剤を含有してもよい。水性の液媒体は、水の含有量が50質量%以上であることが好ましく、水溶性有機溶剤を含まない水を用いることも好ましい。
ポリエステル樹脂を粒子化して、ポリエステル樹脂で構成される樹脂粒子を形成する方法としては、例えば、分散法、転相(乳化)法などが挙げられる。分散法としては、以下の(1)及び(2)などが挙げられる。(1)ポリエステル樹脂を有機溶剤に溶解させた溶液を、水性の液媒体に添加して、ポリエステル樹脂を分散させる方法がある。また、(2)ポリエステル樹脂を有機溶剤に添加し、さらに水性の液媒体を添加して混合し、ポリエステル樹脂を分散させる方法がある。また、転相(乳化)法としては、ポリエステル樹脂を有機溶剤に溶解させた溶液に、水性の液媒体を添加して溶剤系から水系に転相させる過程で、ポリエステル樹脂を粒子の形態として析出させる方法などが挙げられる。いずれの方法においても、公知の分散機を利用して、適度の剪断力をかけながら粒子化することで、ポリエステル樹脂で形成される樹脂粒子の粒子径を調整することが好ましい。
粒子表面に存在するカルボン酸基を精度よく調整することができるため、樹脂粒子を転相(乳化)法により製造することが好ましい。以下、転相(乳化)法による樹脂粒子の製造方法について説明する。
ポリエステル樹脂を溶解し得る有機溶剤にポリエステル樹脂を溶解させる。有機溶剤としては、テトラヒドロフラン、ジブチルエーテルなどのエーテル類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、イソプロパノールなどのアルコール類が挙げられる。本工程において、水への溶解度が低く、任意の割合で混和しないような有機溶剤(メチルエチルケトンなど)のみを用いると、粒子表面に存在するカルボン酸基を所定の範囲内に調整するのが困難となる場合がある。したがって、有機溶剤としては、水と任意の割合で混和し得るため、テトラヒドロフランなどのエーテル類を用いることが好ましい。テトラヒドロフランなどのエーテル類は、ポリエステル樹脂の溶解性に優れるという観点からも好ましい。樹脂粒子に上述の一般式(1)で表される化合物を含ませる場合は、この工程で、一般式(1)で表される化合物を添加することが好ましい。
次いで、上記で得られたポリエステル樹脂の溶液に、水性の液媒体を徐々に添加し、ポリエステル樹脂で形成される樹脂粒子を析出させる。ポリエステル樹脂で形成される樹脂粒子の分散状態を安定に保つことができるため、水性の液媒体の添加前又は添加の過程で、塩基を添加することが好ましい。塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属の水酸化物、アンモニアなどが挙げられ、水溶液の形態で添加することが好ましい。塩基を添加した系内にはカチオンが存在する。このカチオンを中和しようとして、ポリエステル樹脂のカルボン酸基が粒子表面に位置した状態で粒子化されるので、粒子表面にカルボン酸基が存在する樹脂粒子を形成することができる。つまり、系内の塩基の量を調整すれば、樹脂粒子の粒子表面に存在するカルボン酸基の量を精度よく調整することができ、塩基が多ければ樹脂粒子の粒子表面のカルボン酸基の量も多くなり、塩基が少なければ樹脂粒子の粒子表面のカルボン酸基の量も少なくなる。塩基の使用量は、ポリエステル樹脂の酸価を基準とした中和率(モル%)で管理することができる。水性の液媒体の添加量が増えてゆくのに伴い、当初は透明であった溶液が白濁して乳化が生じ、ポリエステル樹脂で構成される樹脂粒子が形成される。ポリエステル樹脂の溶液中のポリエステル樹脂の含有量、水性の液媒体の添加速度、分散の際の剪断力などによって、ポリエステル樹脂で形成される樹脂粒子の粒子径、粒度分布を制御することができる。
このようにして得られた乳化物について、有機溶剤を減圧により留去し、必要に応じて、適切な孔径のフィルタ(ステンレスメッシュ)などでろ過して、粗大粒子を除去する。次いで、水を添加して樹脂粒子の含有量を調整することで、樹脂粒子を含む液体(樹脂粒子の水分散液)を調製することができる。含有量の調整に用いる水は、脱イオン水、イオン交換水、又は蒸留水であることが好ましい。
このようにして得た第1の樹脂(ポリエステル)について、架橋構造を有する第2樹脂を一体化させて、樹脂粒子を製造する方法を説明する。
上記で得られたポリエステルのカルボン酸基の一部のみを、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基及び2つ以上のグリシジル基を有する化合物(架橋剤)を用いて架橋し、第2樹脂を合成する(上記(C))。具体的には、ポリエステルを含む液体に、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基及び2つ以上のグリシジル基を有する化合物を添加して、架橋させる。架橋の際に、ポリエステルのカルボン酸基のモル数よりも、架橋剤のグリシジル基のモル数が少なくなるように原料の使用量を調整する。架橋反応における反応温度は、60~100℃であることが好ましい。また、架橋反応における反応時間は、1~5時間であることが好ましい。架橋反応の進行は、処理前のポリエステルにおけるカルボン酸基の減少により確認することができる。
上記で得られたポリエステルの存在下で、アクリル樹脂の原料となるモノマーを重合してカルボン酸基を有するアクリル樹脂を合成する。次いで、カルボン酸基の一部を、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基及び2つ以上のグリシジル基を有する化合物(架橋剤)を用いて架橋し、第2樹脂を合成する(上記(D))。具体的には、ポリエステルを含む液体に、アクリル樹脂の原料となるモノマーを添加して、重合させた後、さらに繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基及び2つ以上のグリシジル基を有する化合物を添加して、架橋させる。この場合、架橋構造が組み込まれるのは主にアクリル樹脂であるが、ポリエステル樹脂の一部にも架橋構造が組み込まれ得る。架橋の際に、アクリル樹脂のカルボン酸基のモル数よりも、架橋剤のグリシジル基のモル数が少なくなるように原料の使用量を調整する。架橋反応における反応温度は、60~100℃であることが好ましい。また、架橋反応における反応時間は、1~5時間であることが好ましい。架橋反応の進行は、処理前のポリエステル及びアクリル樹脂におけるカルボン酸基の減少により確認することができる。
上記で得られたポリエステルの存在下で、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基及び2つ以上のエチレン性不飽和結合を有するモノマー(架橋剤)を含む、アクリル樹脂の原料となるモノマーを重合して、架橋されたアクリル樹脂を合成する(上記(E))。具体的には、ポリエステルを含む液体に、アクリル樹脂の原料となるモノマー及び架橋剤を添加して、乳化重合法、ソープフリー重合法などの公知の重合法によりモノマーを重合する。この場合、架橋構造が組み込まれるのはアクリル樹脂である。重合反応における反応温度は、60~100℃であることが好ましい。また、架橋反応における反応時間は、1~10時間であることが好ましい。反応の進行は、モノマーの減少をガスクロマトグラフィーなどで確認する。
このようにして得られた樹脂粒子の水分散液について、必要に応じて、適切な孔径のフィルタ(ステンレスメッシュ)などでろ過して、粗大粒子を除去する。次いで、水を添加して樹脂粒子の含有量を調整することで、樹脂粒子を含む液体(樹脂粒子の水分散液)を調製することができる。含有量の調整に用いる水は、脱イオン水、イオン交換水、又は蒸留水であることが好ましい。インクの生産性の観点から、樹脂粒子を含む液体中の樹脂粒子の含有量(質量%)は、10.0質量%以上50.0質量%以下であることが好ましく、20.0質量%以上45.0質量%以下であることがさらに好ましい。
〔樹脂粒子の組成分析〕
樹脂粒子を構成する樹脂が第1樹脂及び第2樹脂であることは、例えば、以下の方法で判断することができる。まず、樹脂粒子を、その一部分を溶解し得る有機溶剤(テトラヒドロフランなど)に添加し、十分に撹拌して試料を調製する。この際に用いる樹脂粒子は、水分散液の状態でも乾燥した状態でもよい。樹脂粒子の一部分のみが有機溶剤に溶解していることは、試料中に溶解していない樹脂粒子が存在し、かつ、試料中の液体成分の粘度が上昇したことにより確認することができる。試料中の有機溶剤に溶解した成分が非架橋の第1樹脂であり、溶解しない成分が架橋された第2樹脂である。第1樹脂が溶解した有機溶剤、及び、溶解しない成分を分離して、核磁気共鳴(NMR)分光法、マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析法(MALDI-MS)などで分析する。これにより、樹脂を構成するユニット(モノマー)の種類や割合を知ることができる。また、樹脂粒子そのものを熱分解ガスクロマトグラフィーで分析して、樹脂を構成するユニット(モノマー)を検出することもできる。
また、樹脂粒子が複数種の樹脂で形成されていることは、以下のような方法により間接的に確認することもできる。樹脂粒子を含む液体(水分散液)について、粒子をサイズごとに分級することにより粒度分布を測定する方式(CHDF方式)の粒度分布測定装置を用いて、粒度分布を測定する。粒度分布の測定には、例えば、キャピラリー式粒度分布測定器(商品名「CHDF-3000」、昭光サイエンス製)を用いることができる。これとは別に、遠心分離により、樹脂粒子を含む液体の密度分布を測定する。粒度分布及び密度分布の極大値がいずれも1点であれば、樹脂が1種であることを意味する。逆に、粒度分布及び密度分布の少なくとも一方の極大値が2点以上であれば、樹脂が複数種であることを意味する。
(色材)
インクに含有させる色材としては、顔料や染料を用いることができる。色材としては、顔料を用いることが好ましい。粒子径を有する粒子である顔料は、粒子径を有しない色材である染料とは異なり、記録される画像の耐擦過性が低下しやすい傾向にあるが、上記した樹脂粒子を用いれば、色材が顔料であっても耐擦過性の低下を有効に抑制することができる。インク中の色材の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として0.1質量%以上15.0質量%以下であることが好ましく、1.0質量%以上10.0質量%以下であることがさらに好ましい。
染料の具体例としては、アゾ、トリフェニルメタン、(アザ)フタロシアニン、キサンテン、アントラピリドンなどの骨格を有する化合物が挙げられる。染料としては、アニオン性基を有する化合物を用いることが好ましい。
顔料の具体例としては、カーボンブラック、酸化チタンなどの無機顔料、アゾ、フタロシアニン、キナクリドン、イソインドリノン、イミダゾロン、ジケトピロロピロール、ジオキサジン、ペリノンなどの有機顔料が挙げられる。
顔料の分散方式としては、分散剤として樹脂を用いた樹脂分散顔料や、顔料の粒子表面に親水性基が結合している自己分散顔料などを用いることができる。また、顔料の粒子表面に樹脂を含む有機基を化学的に結合させた樹脂結合型顔料や、顔料の粒子表面を樹脂などで被覆したマイクロカプセル顔料などを用いることができる。なかでも、樹脂結合型顔料やマイクロカプセル顔料ではなく、自己分散顔料、分散剤としての樹脂を顔料の粒子表面に物理吸着させた樹脂分散顔料、を用いることが好ましい。樹脂分散顔料の分散剤としては、水不溶性樹脂ではなく、水溶性樹脂を用いることがさらに好ましい。
自己分散顔料としては、顔料の粒子表面にアニオン性基が直接又は他の原子団を介して結合したものが挙げられる。アニオン性基としては、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基、及びホスホン酸基などが挙げられる。アニオン性基のカウンターイオンとしては、水素原子、アルカリ金属、アンモニウム、及び有機アンモニウムなどのカチオンが挙げられる。また、他の原子団は、顔料の粒子表面とイオン性基とのスペーサの機能を持つ基であり、分子量が1,000以下であることが好ましい。他の原子団としては、炭素数1乃至6程度のアルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基などのアリーレン基、エステル基、イミノ基、アミド基、スルホニル基、エーテル基などが挙げられる。また、これらの基を組み合わせた基であってもよい。
顔料を水性媒体中に分散させるための樹脂分散剤としては、アニオン性基の作用によって顔料を水性媒体中に分散させ得る樹脂を用いることが好ましい。樹脂分散剤としては、アクリル系樹脂、ウレタン樹脂などが挙げられる。なかでも、アクリル系樹脂が好ましく、親水性ユニット及び疎水性ユニットを構成ユニットとして有するアクリル系樹脂がさらに好ましい。特に、(メタ)アクリル酸に由来する親水性ユニットと、脂肪族基又は芳香族基を有するモノマーに由来する疎水性ユニットとを有することが好ましい。
親水性ユニットは、アニオン性基、ヒドロキシ基、エチレンオキサイド基などの親水性基を有するユニットである。親水性ユニットは、例えば、親水性基を有するモノマーを重合することで形成することができる。親水性基を有するモノマーの具体例としては、(メタ)アクリル酸などのカルボン酸基を有する酸性モノマー、これらの酸性モノマーの無水物や塩などのアニオン性モノマー、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートなどのヒドロキシ基を有するモノマー、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレートなどのエチレンオキサイド基を有するモノマーなどが挙げられる。酸性モノマーの塩を構成するカチオンとしては、リチウム、ナトリウム、カリウム、アンモニウム、有機アンモニウムなどのイオンが挙げられる。
疎水性ユニットは、アニオン性基、ヒドロキシ基、エチレンオキサイド基などの親水性基を有しないユニットである。疎水性ユニットは、例えば、親水性基を有しない、疎水性モノマーを重合することで形成することができる。疎水性モノマーの具体例としては、スチレン、α-メチルスチレン、ベンジル(メタ)アクリレートなどの芳香族基を有するモノマー、エチル(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレート、(iso-)プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレートなどの脂肪族基を有するモノマーなどが挙げられる。
インクが顔料を含有する場合、インク中の樹脂粒子の含有量(質量%)は、顔料の含有量(質量%)に対する質量比率(倍)で、0.5倍以上3.0倍以下であることが好ましい。前記比率が0.5倍未満であると、顔料に対して樹脂粒子が少なすぎるため、高いレベルの画像の耐擦過性が十分に得られない場合がある。一方、前記比率が3.0倍超であると、顔料に対して樹脂粒子が多すぎるため、顔料に比べて柔らかい樹脂粒子が多くなり、画像が擦過により変形しやすくなって、高いレベルの画像の耐擦過性が十分に得られない場合がある。
(水性媒体)
本発明のインクは、水、又は水及び水溶性有機溶剤の混合溶媒である水性媒体を含有する水性インクである。水としては脱イオン水(イオン交換水)を用いることが好ましい。インク中の水の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、50.0質量%以上95.0質量%以下であることが好ましい。水溶性有機溶剤としては、アルコール類、グリコール類、(ポリ)アルキレングリコール類、含窒素化合物類、及び含硫黄化合物類などのインクジェット用のインクに使用可能なものをいずれも用いることができる。インク中の水溶性有機溶剤の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、3.0質量%以上50.0質量%以下であることが好ましい。水溶性有機溶剤の含有量が上記した範囲外であると、インクジェット用の水性インクとしての耐固着性などの信頼性がやや低下する場合がある。
(その他の成分)
インクは、上記した成分以外にも必要に応じて、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタンなどの多価アルコール類や、尿素、エチレン尿素などの尿素誘導体などの、25℃で固体の水溶性有機化合物を含有してもよい。さらに、インクは、必要に応じて、界面活性剤、pH調整剤、消泡剤、防錆剤、防腐剤、防黴剤、酸化防止剤、還元防止剤、及びキレート剤などの種々の添加剤を含有させてもよい。界面活性剤を用いる場合、インク中の界面活性剤の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、0.1質量%以上5.0質量%以下であることが好ましく、0.1質量%以上2.0質量%以下であることがさらに好ましい。
インクは、上記で説明した樹脂粒子に加えて、その他の樹脂を含有してもよい。その他の樹脂には、顔料を分散するための分散剤なども含まれる。その他の樹脂としては、水溶性樹脂を用いることが好ましい。水溶性樹脂の形態としては、ブロック共重合体、ランダム共重合体、グラフト共重合体、及びこれらの組み合わせなどが挙げられる。水溶性樹脂としては、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、オレフィン系樹脂などが挙げられる。なかでも、アクリル系樹脂やウレタン系樹脂が好ましい。
(インクの物性)
インクの25℃における粘度は、1.0mPa・s以上10.0mPa・s以下であることが好ましく、1.0mPa・s以上5.0mPa・s以下であることがさらに好ましく、1.0mPa・s以上3.0mPa・s以下であることが特に好ましい。また、インクの25℃における表面張力は、10mN/m以上60mN/m以下であることが好ましく、20mN/m以上60mN/m以下であることがさらに好ましく、30mN/m以上50mN/m以下であることが特に好ましい。また、インクの25℃におけるpHは、5.0以上10.0以下であることが好ましく、7.0以上9.5以下であることがさらに好ましい。
(インクの製造方法)
本発明のインクの製造方法は、樹脂粒子を含有する水性インクの製造方法であって、樹脂粒子を製造する工程、並びに、前記工程で得られた樹脂粒子、及びその他のインク成分を混合して、水性インクを製造する工程を有する。樹脂粒子を製造する工程は、以下の(1)及び(2)を有する。(1)多価カルボン酸及び多価アルコールを反応させて、カルボン酸基を有するポリエステル樹脂である第1樹脂を合成する合成工程。(2)カルボン酸基を有するポリエステル樹脂、及び必要に応じてアクリル樹脂の原料となるモノマーの存在下で行う、以下の(2-1)又は(2-2)の架橋工程。(2-1)グリシジル基を有する所定の架橋剤によりカルボン酸基を架橋することで第2樹脂を合成して、所定の樹脂粒子を得る架橋工程。(2-2)さらに、2つ以上のエチレン性不飽和結合を有する所定の架橋剤とともに重合することで第2樹脂を合成して、所定の樹脂粒子を得る架橋工程。前記所定の樹脂粒子は、カルボン酸基をそれぞれ有する、第1樹脂及び第2樹脂で形成され、第1樹脂は、架橋構造を有しないポリエステル樹脂であるとともに、第2樹脂は、架橋構造を有する、ポリエステル樹脂及びアクリル樹脂の少なくとも一方である。そして、第1樹脂及び第2樹脂についての架橋構造は、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基である。「その他のインク成分」とは、上記で説明した、色材、水性媒体、その他の成分などから適宜に選択することができる。
<インクカートリッジ>
本発明のインクカートリッジは、インクと、このインクを収容するインク収容部とを備える。そして、このインク収容部に収容されているインクが、上記で説明した本発明の水性インクである。図1は、本発明のインクカートリッジの一実施形態を模式的に示す断面図である。図1に示すように、インクカートリッジの底面には、記録ヘッドにインクを供給するためのインク供給口12が設けられている。インクカートリッジの内部はインクを収容するためのインク収容部となっている。インク収容部は、インク収容室14と、吸収体収容室16とで構成されており、これらは連通口18を介して連通している。また、吸収体収容室16はインク供給口12に連通している。インク収容室14には液体のインク20が収容されており、吸収体収容室16には、インクを含浸状態で保持する吸収体22及び24が収容されている。インク収容部は、液体のインクを収容するインク収容室を持たず、収容されるインク全量を吸収体により保持する形態であってもよい。また、インク収容部は、吸収体を持たず、インクの全量を液体の状態で収容する形態であってもよい。さらには、インク収容部と記録ヘッドとを有するように構成された形態のインクカートリッジとしてもよい。
<インクジェット記録方法>
本発明のインクジェット記録方法は、上記で説明した本発明の水性インクをインクジェット方式の記録ヘッドから吐出して記録媒体に画像を記録する方法である。インクを吐出する方式としては、インクに力学的エネルギーを付与する方式や、インクに熱エネルギーを付与する方式が挙げられる。本発明においては、インクに熱エネルギーを付与してインクを吐出する方式を採用することが特に好ましい。本発明のインクを用いること以外、インクジェット記録方法の工程は公知のものとすればよい。これ以外に、インクと反応する反応液を予め記録媒体に付与する工程、インクを乾燥させる工程、画像が記録された記録媒体を加熱する工程、などを行ってもよい。本発明のインクジェット記録方法は、水性インクを用いて記録媒体に画像を記録する工程、及び前記記録媒体を加熱する工程を有することが好ましい。記録媒体を加熱すると、記録媒体に付着した樹脂粒子が溶融することで、画像の耐擦過性をさらに向上することができる。なお、活性エネルギー線などの照射によりインクや画像を硬化する工程を行う必要はない。
図2は、本発明のインクジェット記録方法に用いられるインクジェット記録装置の一例を模式的に示す図であり、(a)はインクジェット記録装置の主要部の斜視図、(b)はヘッドカートリッジの斜視図である。インクジェット記録装置には、記録媒体32を搬送する搬送手段(不図示)、及びキャリッジシャフト34が設けられている。キャリッジシャフト34にはヘッドカートリッジ36が搭載可能となっている。ヘッドカートリッジ36は記録ヘッド38及び40を具備しており、インクカートリッジ42がセットされるように構成されている。ヘッドカートリッジ36がキャリッジシャフト34に沿って主走査方向に搬送される間に、記録ヘッド38及び40から記録媒体32に向かってインク(不図示)が吐出される。そして、記録媒体32が搬送手段(不図示)により副走査方向に搬送されることによって、記録媒体32に画像が記録される。記録媒体としては、紙などのインク吸収性を持つ記録媒体、樹脂で形成されるシートやフィルムなどのインク吸収性を持たない記録媒体のいずれも用いることができる。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、下記の実施例によって何ら限定されるものではない。成分量に関して「部」及び「%」と記載しているものは特に断らない限り質量基準である。
<物性値の測定方法>
(各樹脂の割合)
樹脂粒子に占める各樹脂の割合は、以下のようにして測定した。樹脂粒子を含む液体を乾固させて、固体の樹脂粒子を調製した。この固体をテトラヒドロフランに添加して、24時間撹拌し、試料を調製した。この試料について、400メッシュの金網(1インチ平方に縦横それぞれ400本のステンレス線が編み込まれたフィルタ)を用いて、溶解せずに残った樹脂を分取し、質量を測定した。測定した質量の、試料とした固体の樹脂粒子に占める割合を算出して、第2樹脂の割合とし、100%からの差分を第1樹脂の割合とした。
(樹脂粒子の粒子表面のカルボン酸基)
樹脂粒子の粒子表面のカルボン酸基の量は、以下のようにして測定した。樹脂粒子を含む液体を試料とした。この試料について、電位差を利用したコロイド滴定を行い、樹脂粒子の粒子表面のカルボン酸基の量を測定した。コロイド滴定には、流動電位滴定ユニット(商品名「PCD-500」、京都電子工業製)を搭載した電位差自動滴定装置(商品名「AT510」、京都電子工業製)を用いた。滴定試薬としては、0.005mol/Lのメチルグリコールキトサン溶液を用いた。
(ポリエステル樹脂の酸価)
ポリエステル樹脂の酸価は、以下のようにして測定した。樹脂粒子を含む液体から樹脂粒子を分取し、1.0mol/Lの塩酸、次いで水で洗浄した。この樹脂粒子を、水とテトラヒドロフランを1:6の質量比で混合した液体60mLに添加し、25℃で樹脂を溶解させ、試料を調製した。この試料について、中和滴定を行い、ポリエステル樹脂の酸価を測定した。中和滴定には、複合ガラス電極(商品名「C-171」、京都電子工業製)を搭載した電位差自動滴定装置(商品名「AT510」、京都電子工業製)を用いた。滴定試薬としては、0.5mol/Lの水酸化カリウムエタノール溶液を用いた。
(ポリエステル樹脂の重量平均分子量)
ポリエステル樹脂の重量平均分子量は、以下のようにして測定した。25℃で24時間かけて、ポリエステル樹脂で形成される樹脂粒子をテトラヒドロフランに添加し、25℃の環境で24時間かけて樹脂を溶解させた後、メンブレンフィルターを用いてろ過を行い、試料を調製した。試料中のポリエステル樹脂の含有量は約0.3%となるように調整した。この試料について、以下の条件で、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによりポリエステル樹脂の重量平均分子量を測定した。
HPLC装置:商品名「2695 Separations Module」(Waters製)
示差屈折率(RI)検出器:商品名「2414 detector」(Waters製)
カラム:商品名「GPC KF-806M」の4連カラム(昭和電工製)
溶離液:テトラヒドロフラン
流速:1.0mL/min
オーブン温度:40℃
試料注入量:100μL。
標準ポリスチレン樹脂(商品名「TSKスタンダード ポリスチレン」F-850、F-450、F-288、F-128、F-80、F-40、F-20、F-10、F-4、F-2、F-1、A-5000、A-2500、A-1000、A-500、東ソー製)を用いて作成した分子量校正曲線を使用して、重量平均分子量を算出した。
(樹脂が樹脂粒子であるか否かの判断、粒子径)
樹脂が樹脂粒子であるか否かの判断、及び樹脂粒子の粒子径(D50、D90)の測定は、以下のようにして行った。樹脂を含む液体を純水で希釈して、樹脂の含有量が約1.0%である試料を調製した。この試料について、動的光散乱法による粒度分布計(商品名「ナノトラックWAVEII-Q」、マイクロトラック・ベル製)を使用して、粒子径を測定した。測定条件は、SetZero:30s、測定回数:3回、測定時間:180秒、形状:真球形、屈折率:1.6、密度:1.0である。上記の方法で、粒子径を有する粒子が測定されれば、その樹脂は「樹脂粒子」である(すなわち「水分散性樹脂」である)と判断し、粒子径を有する粒子が測定されなければ、その樹脂は「樹脂粒子」ではない(すなわち「水溶性樹脂」である)と判断した。
(樹脂粒子に占める式(1)で表される化合物の割合)
樹脂粒子に占める式(1)で表される化合物の割合は、以下のようにして測定した。樹脂粒子を含む液体を60℃で乾固させて、固体の樹脂粒子を調製し、質量を測定した。この固体をテトラヒドロフランに添加して、24時間撹拌し、試料を調製した。この試料について、400メッシュの金網(1インチ平方に縦横それぞれ400本のステンレス線が編み込まれたフィルタ)を用いて、溶解せずに残った樹脂を分取し、質量を測定した。一方、ろ液について、先に述べた重量平均分子量の測定方法と同様の方法で、示差屈折率(RI)検出器により、式(1)で表される化合物及び第1樹脂に由来するピークの面積を求めた。得られた面積、並びに、樹脂粒子、第1樹脂、及び第2樹脂の質量から、前記割合を算出した。
(インクの粘度)
インクの粘度は、25℃に設定した恒温槽にチューブを経由して不凍液を循環させているE型粘度計(商品名「RE80-L」、東機産業製)に、ロータ(1°34’×R24)を取り付けたものを用いて、測定した。
<ポリエステル樹脂の合成>
オートクレーブ内に設置した反応容器に、表1の「エステル化反応」の項目に示す成分(単位:部)の混合物を入れ、220℃で4時間加熱して、エステル化反応を行った。表1中、成分の略称は、EG:エチレングリコール、NPG:ネオペンチルグリコール、BPA:ビスフェノールA、GLY:グリセリン、tPA:テレフタル酸、iPA:イソフタル酸、BTA:トリメリット酸、HAD:アジピン酸、をそれぞれ表す。次いで、240℃に昇温し、オートクレーブ内の圧力を90分かけて13Paまで減圧した。240℃、13Paの減圧状態を5時間保ってエステル化(脱水縮合)反応を継続した後、オートクレーブ内に窒素ガスを導入して常圧に戻した。反応容器内の温度を220℃まで下げ、触媒(テトラ-n-ブチルチタネート)、及び表1の「エステル交換反応」の項目に示す成分(単位:部)を添加し、220℃で2時間加熱して、エステル交換反応を行った。その後、オートクレーブ内に窒素ガスを導入して加圧状態とし、シート状の樹脂を取り出した。この樹脂を25℃まで冷却した後、クラッシャーで粉砕し、ポリエステル樹脂を得た。表1の右側に、ポリエステル樹脂の酸価、重量平均分子量を示す。
<ポリエステル樹脂で形成される樹脂粒子の製造>
容積2Lのビーカーに、撹拌機(商品名「トルネード撹拌機スタンダードSM-104」、アズワン製)をセットした。このビーカーに、表2に示す種類のポリエステル樹脂210g、有機溶剤(単位:g)、式(1)で表される化合物(表2中、「式(1)」と表記、単位:mg)を入れ、25℃で撹拌することで、ポリエステル樹脂を溶解させた。式(1)で表される化合物としては、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾールを用いた。表2中、有機溶剤の略称は、THF:テトラヒドロフラン、MEK:メチルエチルケトン、IPA:イソプロパノール、をそれぞれ表す。次いで、ポリエステル樹脂の酸価を基準とした中和率(モル%)に相当する使用量の、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して、30分撹拌した。さらに、10℃、150rpmで撹拌しながら、20mL/minの速度で脱イオン水900gをビーカーに滴下した。その後、60℃に昇温し、有機溶剤を減圧により留去し、さらに水の一部も留去した。ビーカーをウォーターバスに入れて、85℃で表2に示す撹拌速度及び加熱処理時間の間撹拌を続け、加熱処理を行った。その後、150メッシュの金網(1インチ平方に縦横それぞれ150本のステンレス線が編み込まれたフィルタ)を用いて、ビーカーの内容物をろ過した。次いで、適量の脱イオン水を添加して樹脂粒子の含有量を調整し、ポリエステル樹脂で形成される樹脂粒子の含有量が25.0%である、各ポリエステル樹脂で形成される樹脂粒子を含む液体を得た。但し、カルボン酸基を有しないポリエステル樹脂を用いて製造したポリエステル樹脂で形成される樹脂粒子20は、その製造過程で凝集物が生じたため、均一な状態のポリエステル樹脂で形成される樹脂粒子を含む液体を得ることはできなかった。表2には、樹脂粒子の体積基準の累積50%粒子径D50を示した。
<第1樹脂及び第2樹脂で形成される樹脂粒子の製造>
(樹脂粒子1~8、39、40、44)
容積300mLのビーカーに、撹拌機(商品名「トルネード撹拌機スタンダードSM-104」、アズワン製)をセットした。このビーカーに、表3に示す種類のポリエステル樹脂で形成される樹脂粒子を含む液体(樹脂粒子の含有量25.0%)100g、及び表3に示す種類のアルキレンオキサイド基を有する架橋剤を入れ、80℃で5時間撹拌した。pHを8.5に調整した後、ポアサイズ3.0μmのミクロフィルター(富士フイルム製)にて加圧ろ過を行った。次いで、適量の脱イオン水を添加して樹脂粒子の含有量を調整し、樹脂粒子の含有量が25.0%である、各樹脂粒子を含む液体を得た。樹脂粒子1~8は、非架橋ポリエステル樹脂である第1樹脂、及び、架橋ポリエステル樹脂である第2樹脂で形成される樹脂粒子であった。また、ポリエステル樹脂で形成される樹脂粒子20を含む液体を用いて調製した樹脂粒子44は、均一な状態の樹脂粒子を含む液体を得ることはできなかった。
表3中の「アルキレンオキサイド基を有する架橋剤」はナガセケムテックス製の以下の商品名のものである。
・EX-810:商品名「デナコールEX-810」、エチレングリコールジグリシジルエーテル、エチレンオキサイド基の繰り返し数1
・EX-830:商品名「デナコールEX-830」、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、エチレンオキサイド基の繰り返し数9
・EX-920:商品名「デナコールEX-920」、ポリプロピングリコールジグリシジルエーテル、プロピレンオキサイド基の繰り返し数3
・EX-841:商品名「デナコールEX-841」、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、エチレンオキサイド基の繰り返し数13。
表3には、樹脂粒子の体積基準の累積50%粒子径D50及び累積90%粒子径D90、D50/D90の比率を示した。また、粒子表面に存在するカルボン酸基の量(表3中、「粒子表面のカルボン酸基」と表記)を示した。さらに、樹脂粒子に占める、式(1)で表される化合物の割合(表3中、「樹脂粒子に占める式(1)の割合」と表記)、第2樹脂の割合を示した。
(樹脂粒子9~38、41~43)
撹拌装置、窒素導入管、還流冷却装置、及び温度計を備えたフラスコに、表4に示す種類のポリエステル樹脂で形成される樹脂粒子を含む液体(樹脂粒子の含有量25.0%)100gを入れ、80℃に昇温した。これとは別に、25gのイオン交換水、表4に示す種類及び使用量(g)の、アルキレンオキサイド基を有するモノマー及びアクリル樹脂の原料となるモノマー、表4に示す使用量(g)の界面活性剤(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム)の混合物を調製した。この混合物について、ホモジナイザー(商品名「T50Dウルトラタラックス」、IKA製)を用いて混合して、モノマーの混合物を得た。上記のフラスコに、得られたモノマーの混合物、及び3%過硫酸カリウム水溶液10gを、それぞれ2時間かけて滴下し、80℃で2時間撹拌した。pHを8.5に調整した後、ポアサイズ3.0μmのミクロフィルター(富士フイルム製)にて加圧ろ過を行った。次いで、適量の脱イオン水を添加して樹脂粒子の含有量を調整し、樹脂粒子の含有量が25.0%である、各樹脂粒子を含む液体を得た。樹脂粒子9~38は、非架橋ポリエステル樹脂である第1樹脂、及び、架橋アクリル樹脂である第2樹脂で形成される樹脂粒子であった。
表4中の略記号は以下のものである。
・EGDMA:エチレングリコールジメタクリレート、エチレンオキサイド基の繰り返し数1
・PDE-200:商品名「ブレンマーPDE-200」、日油製、ポリエチレングリコールジメタクリレート、エチレンオキサイド基の繰り返し数4
・PDP-400N:商品名「ブレンマーPDP-400N」、日油製、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、エチレンオキサイド基の繰り返し数7
・PDT-650:商品名「ブレンマーPDT-650」、日油製、ポリテトラメチレングリコールジメタクリレート、ブチレンオキサイド基の繰り返し数9
・PDE-600:商品名「ブレンマーPDE-600」、日油製、ポリエチレングリコールジメタクリレート、エチレンオキサイド基の繰り返し数14
・MAA:メタクリル酸
・St:スチレン
・EMA:メタクリル酸エチル。
表4には、表3と同様に、樹脂粒子の体積基準の累積50%粒子径D50及び累積90%粒子径D90、D50/D90の比率を示した。また、粒子表面に存在するカルボン酸基の量(表4中、「粒子表面のカルボン酸基」と表記)を示した。さらに、樹脂粒子に占める、式(1)で表される化合物の割合(表4中、「樹脂粒子に占める式(1)の割合」と表記)、第2樹脂の割合を示した。
(樹脂粒子45)
撹拌機、還流冷却装置、及び窒素ガス導入管を備えた四つ口フラスコに、0.2部の過硫酸カリウム、及び79.4部のイオン交換水を入れ、窒素ガスを導入した。また、19.7部のブチルメタクリレート、0.4部のメタクリル酸、0.3部の反応性界面活性剤(商品名「アクアロンKH-05」、第一工業製薬製)を混合し、混合物を得た。得られた混合物を、四つ口フラスコに撹拌下で1時間かけて滴下した後、80℃で2時間反応させた。その後、内容物を25℃まで冷却し、水酸化カリウム、及び適量のイオン交換水を添加して、液体のpHを8.5に調整した。このようにして、樹脂粒子の含有量が25.0%である、樹脂粒子45を含む液体を得た。樹脂粒子45は、架橋構造を有しないアクリル樹脂で形成されたものである。
(樹脂粒子46)
撹拌機、還流冷却装置、及び窒素ガス導入管を備えた四つ口フラスコに、0.20部の過硫酸カリウム、及び79.59部のイオン交換水を入れ、窒素ガスを導入した。また、16.70部のブチルメタクリレート、0.21部のメタクリル酸、3.00部のエチレングリコールジメタクリレート、0.30部の反応性界面活性剤(商品名「アクアロンKH-05」、第一工業製薬製)を混合し、混合物を得た。得られた混合物を、四つ口フラスコに撹拌下で1時間かけて滴下した後、80℃で2時間反応させた。その後、内容物を25℃まで冷却し、水酸化カリウム、及び適量のイオン交換水を添加して、液体のpHを8.5に調整した。このようにして、樹脂粒子の含有量が25.0%である、樹脂粒子46を含む液体を得た。樹脂粒子46は、架橋構造を有するアクリル樹脂で形成されたものである。
(樹脂粒子47)
特許文献1の「複合自己分散ポリエステル水性分散物PL-10」の製造方法の記載に準じて、ポリエステル樹脂B-a6及びB-a1で形成される樹脂粒子を製造した。常法により濃度を調整して、樹脂粒子の含有量が25.0%である、樹脂粒子47を含む液体を得た。樹脂粒子47は、架橋構造を有しない樹脂で形成されたものである。
(樹脂粒子48)
特許文献2の「グラフトポリマーG4(製造例24)」の記載に準じて、ポリエステル樹脂Em1-1及びアクリル樹脂のグラフトポリマーで形成される樹脂粒子を製造した。常法により濃度を調整して、樹脂粒子の含有量が25.0%である、樹脂粒子48を含む液体を得た。樹脂粒子48は、架橋構造を有しない樹脂で形成されたものである。
<顔料分散液の調製>
(顔料分散液1)
0.3mm径のジルコニアビーズ200部を充填したバッチ式縦型サンドミル(アイメックス製)に、顔料10.0部、樹脂を含む液体20.0部、及びイオン交換水70.0部の混合物を入れて、5時間分散した。顔料としては、C.I.ピグメントイエロー74(商品名「Hansa yellow 5GX 01 LV 3344」、クラリアント製)を用いた。樹脂を含む液体としては、水溶性樹脂をその酸価と等モルの水酸化カリウムを含む水に溶解させた、樹脂の含有量が30.0%である水溶液を用いた。この際に用いた水溶性樹脂は、酸価167mgKOH/g、重量平均分子量10,000のスチレン-アクリル酸エチル-アクリル酸共重合体である。その後、遠心分離して粗大粒子を除去し、ポアサイズ3.0μmのミクロフィルター(富士フイルム製)にて加圧ろ過して、顔料分散液1を得た。顔料分散液1中の顔料の含有量は10.0%であり、樹脂の含有量は6.0%であった。
(顔料分散液2)
水5.5gに濃塩酸5.0gを溶かして溶液を5℃に冷却し、この状態で4-アミノフタル酸1.6gを加えた。この溶液の入った容器をアイスバスに入れ、撹拌して溶液の温度を10℃以下に保持しながら、5℃のイオン交換水9.0gに亜硝酸ナトリウム1.8gを溶かして得た溶液を加えた。15分間撹拌後、カーボンブラック(商品名「NIPex 170IQ」、オリオンエンジニアドカーボンズ製)6.0gを撹拌下で加え、さらに15分間撹拌してスラリーを得た。得られたスラリーをろ紙(商品名「標準用ろ紙No.2」、アドバンテック製)でろ過し、粒子を十分に水洗し、110℃のオーブンで乾燥させた。その後、イオン交換法によりカウンターイオンをナトリウムイオンからカリウムイオンに置換して、カーボンブラックの粒子表面に-C-(COOK)基が結合した自己分散顔料を得た。適量のイオン交換水を添加して顔料の含有量を調整し、顔料の含有量が10.0%である顔料分散液2を得た。
<インクの調製>
以下に示す各成分を混合し、十分撹拌した後、ポアサイズ2.5μmのミクロフィルターにて加圧ろ過し、インクを調製した。アセチレノールE100は、川研ファインケミカル製のノニオン性の界面活性剤の商品名である。表3にはインクの特性も示した。
・色材(表5に示す種類):表5に示す使用量(%)
・樹脂粒子(表5に示す種類)を含む液体:24.0%
・グリセリン:5.0%
・トリエチレングリコール:10.0%
・アセチレノールE100:0.1%
・イオン交換水:成分の合計が100.0%になる残量(%)
<評価>
本発明においては、以下に示す各項目の評価基準で、「A」、及び「B」を許容できるレベルとし、「C」を許容できないレベルとした。評価結果を表5に示す。
上記で得られた各インクをそれぞれインクカートリッジに充填し、熱エネルギーの作用により記録ヘッドからインクを吐出するインクジェット記録装置(商品名「PIXUS iP3100」、キヤノン製)に搭載した。本実施例においては、1/1200インチ×1/1200インチの単位領域に、1滴当たり5pLのインク滴を1滴付与する条件で記録したベタ画像の記録デューティを100%と定義する。
(耐擦過性)
上記のインクジェット記録装置を用いて、記録媒体(商品名「オーロラコート」、日本製紙製)に、記録デューティが100%である、200mm×200mmのベタ画像を記録した。画像を25℃で24時間乾燥させた。得られた画像について、JIS L 0849に準じた測定を行うことができる学振型試験機(商品名「耐摩耗試験機」、井元製作所製)を用いて、荷重500gで10往復の条件で摩擦試験を行った。摩擦試験後の画像を目視で確認して、下記の評価基準にしたがって耐擦過性を評価した。
A:画像に擦過痕がついていなかった
B:画像に擦過痕がついていたが、記録媒体は見えなかった
C:画像に擦過痕がついており、記録媒体が見えていた。
(吐出安定性)
以下の評価を行う際には、インクカートリッジに貼り付けたセラミックヒータを利用して、記録ヘッドの吐出口内のインクの温度を50℃に保った。上記のインクジェット記録装置を用いて、記録媒体(商品名「GF-500」、キヤノン製)に、記録デューティが100%である、19cm×26cmのベタ画像を50枚分記録した。1枚目、10枚目、及び50枚目のベタ画像を目視で確認して、下記の評価基準にしたがって吐出安定性を評価した。
A:50枚目においても白スジやカスレが生じていなかった
B:10枚目においては白スジやカスレは生じていなかったが、50枚目においては白スジやカスレが生じていた
C:1枚目においては白スジやカスレは生じていなかったが、10枚目においては白スジやカスレが生じていた

Claims (20)

  1. 樹脂粒子を含有するインクジェット用の水性インクであって、
    前記樹脂粒子が、カルボン酸基をそれぞれ有する、第1樹脂及び第2樹脂で形成され、
    前記第1樹脂が、架橋構造を有しないポリエステル樹脂であるとともに、
    前記第2樹脂が、架橋構造を有する、ポリエステル樹脂及びアクリル樹脂の少なくとも一方であり、
    記第2樹脂についての、前記架橋構造が、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基であることを特徴とする水性インク。
  2. 前記樹脂粒子の粒子表面に存在するカルボン酸基が、25μmol/g以上250μmol/g以下である請求項1に記載の水性インク。
  3. 前記樹脂粒子を形成する樹脂に占める、前記第2樹脂の割合(質量%)が、樹脂全質量を基準として、30質量%以上80質量%以下である請求項1又は2に記載の水性インク。
  4. 前記ポリエステル樹脂がさらに、芳香族基を有するユニットを含む請求項1乃至3のいずれか1項に記載の水性インク。
  5. 前記ポリエステル樹脂に占める、前記芳香族基を有するユニットの割合(質量%)が、樹脂全質量を基準として、25質量%以上50質量%以下である請求項4に記載の水性インク。
  6. 前記第2樹脂が、アクリル樹脂である請求項1乃至5のいずれか1項に記載の水性インク。
  7. 前記アクリル樹脂がさらに、芳香族基を有するユニットを含む請求項6に記載の水性インク。
  8. 前記アクリル樹脂に占める、前記芳香族基を有するユニットの割合(質量%)が、樹脂全質量を基準として、25質量%以上50質量%以下である請求項7に記載の水性インク。
  9. 前記樹脂粒子が、式(1)で表される化合物を含む請求項1乃至のいずれか1項に記載の水性インク。

    (前記式(1)中、R、R及びRはそれぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1乃至4のアルキル基を表す)
  10. 前記樹脂粒子に占める、前記式(1)で表される化合物の割合(ppm)が、前記樹脂粒子の全質量を基準として、100ppm以上1,000ppm以下である請求項に記載の水性インク。
  11. 前記樹脂粒子の体積基準の累積50%粒子径が、50nm以上200nm以下である請求項1乃至10のいずれか1項に記載の水性インク。
  12. 前記樹脂粒子の体積基準の累積90%粒子径が、80nm以上300nm以下である請求項1乃至11のいずれか1項に記載の水性インク。
  13. 前記樹脂粒子の体積基準の累積50%粒子径が、前記樹脂粒子の体積基準の累積90%粒子径に対する比率(倍)で、0.6倍以上である請求項1乃至12のいずれか1項に記載の水性インク。
  14. 前記樹脂粒子の体積基準の累積50%粒子径が、前記樹脂粒子の体積基準の累積90%粒子径に対する比率(倍)で、0.8倍以下である請求項1乃至13のいずれか1項に記載の水性インク。
  15. 前記インク中の前記樹脂粒子の含有量(質量%)が、インク全質量を基準として、0.1質量%以上15.0質量%以下である請求項1乃至14のいずれか1項に記載の水性インク。
  16. 前記インク中の前記樹脂粒子の含有量(質量%)が、インク全質量を基準として、1.0質量%以上10.0質量%以下である請求項1乃至15のいずれか1項に記載の水性インク。
  17. 前記樹脂粒子が、前記第1樹脂及び前記第2樹脂のみによって形成される請求項1乃至16のいずれか1項に記載の水性インク。
  18. インクと、前記インクを収容するインク収容部とを備えたインクカートリッジであって、
    前記インクが、請求項1乃至17のいずれか1項に記載の水性インクであることを特徴とするインクカートリッジ。
  19. インクをインクジェット方式の記録ヘッドから吐出して記録媒体に画像を記録するインクジェット記録方法であって、
    前記インクが、請求項1乃至17のいずれか1項に記載の水性インクであることを特徴とするインクジェット記録方法。
  20. 樹脂粒子を含有するインクジェット用の水性インクの製造方法であって、
    樹脂粒子を製造する工程、並びに、前記工程で得られた樹脂粒子、及びその他のインク成分を混合して、水性インクを製造する工程を有し、
    前記樹脂粒子を製造する工程が、
    (1)多価カルボン酸及び多価アルコールを反応させて、カルボン酸基を有するポリエステル樹脂である第1樹脂を合成する合成工程、及び、
    (2)前記カルボン酸基を有するポリエステル樹脂、及び必要に応じてアクリル樹脂の原料となるモノマーの存在下で、
    (2-1)繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基及び2つ以上のグリシジル基を有する化合物により前記カルボン酸基を架橋することで、カルボン酸基を有する第2樹脂を合成することによって、前記第1樹脂が架橋構造を有しないポリエステル樹脂であるとともに、前記第2樹脂が架橋構造を有する、ポリエステル樹脂及びアクリル樹脂の少なくとも一方である樹脂粒子を得る架橋工程、又は、
    (2-2)さらに、繰り返し数1乃至9のアルキレンオキサイド基及び2つ以上のエチレン性不飽和結合を有するモノマーとともに重合することで、カルボン酸基を有する第2樹脂を合成することによって、前記第1樹脂が架橋構造を有しないポリエステル樹脂であるとともに、前記第2樹脂が架橋構造を有するアクリル樹脂である樹脂粒子を得る架橋工程、
    を有することを特徴とする水性インクの製造方法。
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