JP7662434B2 - インクジェット記録用水系インク - Google Patents

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Description

本発明は、インクジェット記録用水系インクに関する。
インクジェット記録方式は、微細なノズルからインク液滴を直接吐出し、記録媒体に付着させて、文字や画像が記録された記録物を得る記録方式である。この方式は、フルカラー化が容易でかつ安価であり、記録媒体として普通紙が使用可能、記録媒体に対して非接触、という数多くの利点があるため普及が著しい。近年は記録物の耐候性や耐水性の観点から、着色剤として顔料を用いるインクが汎用されている。
しかし顔料は染料と異なり、顔料分子をインクビヒクル中に均一に溶解できないため、ノズルから吐出されるインクが記録媒体上で画像を形成するまで、インク中の顔料の分散状態を維持し、さらにインクジェット記録時の連続吐出性を改善する必要がある。
これは、顔料インクはヘッドのノズルが閉塞しやすいため、印刷を長時間にわたって行うと、一部のノズルの閉塞が生じることに起因する。
また顔料インクは、発色に寄与する部分がインク中の顔料の表面の分子の部分のみであるため、インク中の染料分子全体が発色に寄与する染料インクに比べて画像濃度が低いためこの改善も求められる。
上記の問題等を改善すべく種々の提案がなされている。例えば、特許文献1には、画像の転写性と堅牢性とを両立したインクジェット記録方法として、転写体上に、高粘度化成分を含む反応液を付与する工程と、水、色材、ワックスを含むインクを付与する工程とを経ることにより、水と高沸点水溶性有機溶剤とを含む液体成分と、反応液とインクとが混合して形成された固形分とを含む第一画像形成工程と、第一画像に多孔質体を接触させて液体成分の一部が除去された第二画像を形成する工程と、第二画像を加熱して記録媒体上に転写する転写工程とを繰り返し行う方法であって、第一画像、第二画像を特定の条件で温度管理するインクジェット記録方法が開示されている。
特開2017-144736号公報
しかしながら、特許文献1の技術は、連続吐出性、画像濃度において満足できるものではない。
本発明は、連続吐出性に優れ、画像濃度に優れた記録物を得ることができるインクジェット記録用水系インクを提供することを課題とする。
本発明者らは、高融点のワックスを特定の酸価を有するポリマー分散剤で分散してなるワックス粒子を水系インク中に含有させることにより、上記課題を解決し得ることを見出した。
すなわち、本発明は、ポリマー分散剤(A)で分散された顔料を含有するポリマー粒子、ポリマー分散剤(B)で分散されたワックスを含有するポリマー粒子、及び有機溶剤を含有するインクジェット記録用水系インクであって、該ワックスを含有するポリマー粒子を構成するポリマーの酸価が20mgKOH/g以上110mgKOH/g以下であり、該ワックスの融点が80℃以上である、インクジェット記録用水系インクを提供する。
本発明によれば、連続吐出性に優れ、画像濃度に優れた記録物を得ることができるインクジェット記録用水系インクを提供することができる。
[インクジェット記録用水系インク]
本発明のインクジェット記録用水系インク(以下、「本発明インク」ともいう)は、ポリマー分散剤(A)で分散された顔料を含有するポリマー粒子、ポリマー分散剤(B)で分散されたワックスを含有するポリマー粒子、及び有機溶剤を含有するインクジェット記録用水系インクであって、
該ワックスを含有するポリマー粒子を構成するポリマーの酸価が20mgKOH/g以上110mgKOH/g以下であり、該ワックスの融点が80℃以上である。
なお、本明細書において「水系」とは、顔料を分散させる媒体中で、水が質量比で最大割合を占めていることを意味する。
また、「記録」とは、文字や画像を記録する印刷、印字を含む概念であり、「記録物」とは、文字や画像が記録された印刷物、印字物を含む概念である。
本発明のインクジェット記録用水系インクは、連続吐出性に優れ、画像濃度に優れた記録物を得ることができる。その理由は定かではないが、以下のように考えられる。
顔料インクによるインクジェット記録物は、記録後に記録媒体の表面に多くの顔料が残留するため、顔料は記録媒体表面から剥離しやすくなり、特に画像濃度が高い記録物ほどその影響は顕著である。ここで水系インク中にワックスを含有させると、擦過時のインク塗膜の摩擦抵抗が低下することが知られている。
ワックスはポリマーで分散することが好ましいが、該ポリマーの酸価を110mgKOH/g以下とすることにより、インクが記録媒体の表面に晒された際にワックスが速やかに凝集するために、記録媒体の表面にワックスを適度に残存させて、記録媒体の表面を疎水化し、記録媒体上にインクを適度に残留させることにより、記録物の画像濃度を高めることが可能となる。
また、インクジェット記録用水系インクは、連続吐出時に吐出ノズル近傍で強いせん断条件に晒されることで、顔料粒子とワックス粒子がノズルエッジ付近で凝集物を生成し、ノズル閉塞や吐出ヨレの問題が生じ、連続吐出性を悪化させる。ここで、ワックスを分散しているポリマー分散剤(B)の酸価を20mgKOH/g以上とすることにより、吐出ノズル近傍で強いせん断条件に晒された場合でも、インク中のワックス粒子同士又は顔料粒子とワックス粒子が十分な反発力を有するため、閉塞等の問題が解消され、連続吐出性が向上すると考えられる。
さらに、インク吐出時の強いせん断力によって、ワックス粒子の一部が溶融し、溶融したワックスが顔料表面に吸着することで顔料粒子の凝集を促進させ得るが、ワックスの融点が80℃以上であることにより、一部溶融したワックスが顔料粒子の凝集を促進することなく、連続吐出性がさらに向上すると考えられる。
<顔料>
本発明に用いられる顔料は、無機顔料及び有機顔料のいずれであってもよい。
無機顔料としては、例えば、カーボンブラック、金属酸化物等が挙げられ、黒色インクにおいては、カーボンブラックが好ましい。カーボンブラックとしては、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が挙げられる。白色インクにおいては、二酸化チタン、酸化亜鉛、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム等の金属酸化物等が挙げられる。
有機顔料としては、例えば、アゾ顔料、ジアゾ顔料、フタロシアニン顔料、キナクリドン顔料、イソインドリノン顔料、ジオキサジン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、チオインジゴ顔料、アントラキノン顔料、キノフタロン顔料等が挙げられる。
色相は特に限定されず、無彩色インクにおいては、ホワイト、ブラック、グレー等の無彩色顔料、有彩色インクにおいては、イエロー、マゼンタ、シアン、レッド、ブルー、オレンジ、グリーン等の有彩色顔料をいずれも用いることができる。
前記顔料は単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
本発明に用いられる顔料は、連続吐出性、画像濃度を向上させる観点から、ポリマー分散剤(A)で分散された顔料を含有するポリマー粒子として用いられる。
ここで、「顔料を含有するポリマー粒子」(以下、「顔料含有ポリマー粒子」ともいう)とは、ポリマー分散剤(A)が顔料を包含した形態の粒子、ポリマー分散剤(A)と顔料からなる粒子の表面に顔料の一部が露出している形態の粒子、ポリマー分散剤(A)が顔料の一部に吸着している形態の粒子、及びこれらの混合物を意味する。これらの中では、ポリマー分散剤(A)が顔料を包含した形態の粒子がより好ましい。
〔顔料含有ポリマー粒子〕
顔料含有ポリマー粒子を構成するポリマー分散剤(A)(以下、「ポリマー(a)」ともいう)は、少なくとも顔料分散能を有するものであれば特に制限はない。
ポリマー(a)としては、ビニル単量体の付加重合により得られるビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられる。これらの中でも、顔料の分散安定性、保存安定性等の観点から、ビニル系樹脂が好ましい。ポリマー(a)は非架橋ポリマーであってもよく、適宜合成したもの又は市販品を用いてもよい。
顔料含有ポリマー粒子は、架橋構造を有するポリマー(a)による、顔料を含有する架橋ポリマー粒子(以下、「顔料含有架橋ポリマー粒子」ともいう)であることがより好ましい。「架橋構造を有するポリマー(a)」とは、ポリマー(a)が、前述のポリマー(a)由来の構成単位に加えて架橋剤由来の構成単位を有するポリマーであることを意味する。
ポリマー分散剤(A)が架橋構造を有さない場合、ポリマー(a)は水溶性ポリマーでも水不溶性ポリマーでもよいが、水不溶性ポリマーがより好ましい。ポリマー分散剤(A)が架橋構造を有する場合は、該ポリマー(a)の構成単位と架橋剤由来の構成単位の両方を有することで必然的に水不溶性ポリマーとなる。
本明細書においてポリマーの「水不溶性」とは、105℃で2時間乾燥させ、恒量に達したポリマーを、25℃の水100gに溶解させたときに、その溶解量が10g未満であることを意味する。ポリマーがアニオン性ポリマーの場合、その溶解量は、ポリマーのアニオン性基を水酸化ナトリウムで100モル%中和した時の溶解量である。
〔ポリマー(a)〕
ポリマー(a)がビニル系樹脂である場合、ポリマーaは、(a-1)イオン性モノマー由来の構成単位を含有することが好ましく、更に(a-2)疎水性モノマー及び/又は(a-3)ノニオン性モノマー由来の構成単位を含有することがより好ましい。
〔(a-1)イオン性モノマー〕
(a-1)イオン性モノマーとしては、アニオン性モノマーが好ましく、カルボン酸モノマー、スルホン酸モノマー等が挙げられ、カルボン酸モノマーがより好ましい。
カルボン酸モノマーとしては、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、及びシトラコン酸から選ばれる1種以上が挙げられるが、好ましくは(メタ)アクリル酸である。「(メタ)アクリル酸」とは、アクリル酸及びメタクリル酸から選ばれる少なくとも1種を意味する。
〔(a-2)疎水性モノマー〕
(a-2)疎水性モノマーの「疎水性」とは、モノマーを25℃のイオン交換水100gへ飽和するまで溶解させたときに、その溶解量が10g未満であることをいう。
(a-2)疎水性モノマーの具体例としては、アルキル(メタ)アクリレート、芳香族基含有モノマー等が挙げられる。
アルキル(メタ)アクリレートとしては、炭素数1以上22以下のアルキル基を有するものが好ましく、炭素数6以上18以下のアルキル基を有するものがより好ましい。例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、(イソ)プロピル(メタ)アクリレート、(イソ又はtert-)ブチル(メタ)アクリレート、(イソ)アミル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、(イソ)オクチル(メタ)アクリレート、(イソ)デシル(メタ)アクリレート、(イソ)ドデシル(メタ)アクリレート、(イソ)ステアリル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
なお、「(イソ又はtert-)」及び「(イソ)」は、これらの基が存在する場合としない場合の双方を意味し、これらの基が存在しない場合には、ノルマルを意味する。
芳香族基含有モノマーとしては、ヘテロ原子を含む置換基を有していてもよい、炭素数6以上22以下の芳香族基を有するビニル系モノマーが好ましく、スチレン系モノマー及び芳香族基含有(メタ)アクリレートから選ばれる1種以上がより好ましい。芳香族基含有モノマーの分子量は、500未満が好ましい。
スチレン系モノマーとしては、スチレン、2-メチルスチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、及びジビニルベンゼンが好ましく、スチレンがより好ましい。
芳香族基含有(メタ)アクリレートとしては、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート等が好ましく、ベンジル(メタ)アクリレートがより好ましい。
これらの中では、炭素数1以上18以下、好ましくは炭素数1以上10以下、より好ましくは炭素数1以上8以下のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート、炭素数6以上22以下、好ましくは炭素数6以上18以下の芳香族基を有する芳香族基含有モノマーが好ましく、炭素数1以上4以下のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート、炭素数6以上12以下の芳香族基を有する芳香族基含有モノマーから選ばれる1種以上がより好ましく、アクリル酸エチル、スチレン及びα-メチルスチレンから選ばれる1種以上が更に好ましい。
〔(a-3)ノニオン性モノマー〕
(a-3)ノニオン性モノマーは、水や水溶性有機溶剤との親和性が高いモノマーであり、例えば水酸基やポリアルキレングリコール鎖を含むモノマーである。
(a-3)成分の具体例としては、特開2018-83938号公報の段落〔0018〕に記載のものが挙げられる。2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等のヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート;ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート(n=2~30、nはオキシアルキレン基の平均付加モル数を示す。以下同じ)、ポリプロピレングリコール(n=2~30)(メタ)アクリレート、等のポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート;メトキシポリエチレングリコール(n=1~30)(メタ)アクリレート等のアルコキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート;フェノキシ(エチレングリコール-プロピレングリコール共重合)(n=1~30、その中のエチレングリコール:n=1~29)(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの中では、メトキシポリエチレングリコール(n=1~30)(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(n=2~30)(メタ)アクリレートから選ばれる1種以上が好ましい。
上記(a-1)~(a-3)成分は、それぞれ、各成分に含まれるモノマー成分を単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
(ポリマーa中における各構成単位の含有量)
ポリマーa中における(a-1)~(a-3)成分由来の構成単位の含有量は、連続吐出性、画像濃度を向上させる観点から、次のとおりである。
(a-1)成分の含有量は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは8質量%以上、更に好ましくは10質量%以上であり、そして、好ましくは45質量%以下、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは35質量%以下である。
(a-2)成分の含有量は、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは50質量%以上であり、そして、好ましくは95質量%以下、より好ましくは90質量%以下、更に好ましくは88質量%以下である。
(a-3)成分を含有する場合、その含有量は、好ましくは2質量%以上、より好ましくは5質量%以上、更に好ましくは10質量%以上であり、そして、好ましくは45質量%以下、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは35質量%以下である。
(a-2)成分に対する(a-1)成分の質量比[(a-1)成分/(a-2)成分]は、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.15以上、更に好ましくは0.2以上であり、そして、好ましくは1以下、より好ましくは0.8以下、更に好ましくは0.5以下である。
(ポリマー(a)の製造)
ポリマー(a)は、上記(a-1)~(a-3)のモノマー成分の混合物を公知の重合法により共重合させることによって製造できる。重合法としては溶液重合法が好ましい。
溶液重合法で用いる溶媒に制限はないが、水、脂肪族アルコール、ケトン類、エーテル類、エステル類等の極性溶媒が好ましく、水、メタノール、エタノール、アセトン、メチルエチルケトン等がより好ましい。
重合の際には、重合開始剤や重合連鎖移動剤を用いることができる。重合開始剤としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩や水溶性アゾ重合開始剤等が挙げられ、重合連鎖移動剤としてはメルカプタン類等が挙げられる。
重合温度は、使用する重合開始剤、モノマー、溶媒の種類等によって異なるが、好ましくは30℃以上、より好ましくは50℃以上であり、そして、好ましくは95℃以下、より好ましくは80℃以下である。
重合雰囲気は、好ましくは窒素ガス雰囲気や不活性ガス雰囲気である。
ポリマー(a)は、後述するように中和剤で中和することが好ましい。
ポリマー(a)が架橋構造を有するものでない場合、その数平均分子量は、連続吐出性を向上させる観点から、好ましくは5000以上、より好ましくは1万以上、更に好ましくは2万以上であり、そして、好ましくは8万以下、より好ましくは6万以下、更に好ましくは4万以下である。
ポリマーの数平均分子量は、実施例に記載の方法により測定される。
〔顔料含有ポリマー粒子の製造〕
顔料含有ポリマー粒子は、顔料水分散体として下記の工程1及び2を有する方法により、効率的に製造することができ、更に下記の工程3を行うことが好ましい。
工程1:顔料、ポリマー(a)、有機溶媒、及び水を含む顔料混合物を分散処理して分散処理物を得る工程
工程2:工程1で得られた分散処理物から有機溶媒を除去して顔料含有ポリマー粒子Aの水分散体(以下、「顔料水分散体(i)」ともいう)を得る工程
工程3:工程2で得られた顔料水分散体(i)に架橋剤を添加し、顔料含有ポリマー粒子を架橋させて、顔料含有架橋ポリマー粒子の水分散体(I)(以下、「顔料水分散体(I)」ともいう)を得る工程
(工程1)
工程1における顔料混合物は、ポリマー(a)を有機溶媒に溶解させ、得られた有機溶媒溶液に、顔料、水、及び必要に応じて中和剤、界面活性剤等を加えて混合し、水中油型の分散体を得る方法により得ることが好ましい。
工程1で用いる有機溶媒に制限はないが、ケトン類、エーテル類、エステル類、炭素数1以上3以下の脂肪族アルコール等が好ましく、顔料への濡れ性、ポリマー(a)の顔料への吸着性を向上させる観点から、炭素数4以上8以下のケトンがより好ましく、メチルエチルケトンが更に好ましい。ポリマー(a)としてビニル系樹脂を溶液重合法で合成した場合には、重合で用いた溶媒をそのまま用いてもよい。
ポリマー(a)が酸基を有する場合、該酸基の少なくとも一部は、中和剤を用いて中和されていることが好ましい。これにより、中和後に発現する電荷反発力が大きくなり、水系インクにおける顔料粒子の凝集を抑制し、顔料の分散安定性を向上できると考えられる。
中和する場合は、pHが7以上11以下になるように中和することが好ましい。
中和剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、各種アミン等の塩基が挙げられ、好ましくは水酸化ナトリウム及びアンモニアである。
また、ポリマー(a)を予め中和しておいてもよい。
中和剤の使用当量は、分散安定性、保存安定性を向上させる観点から、好ましくは10モル%以上、より好ましくは15モル%以上、更に好ましくは20モル%以上であり、そして、好ましくは150モル%以下、より好ましくは120モル%以下、更に好ましくは100モル%以下である。
ここで中和剤の使用当量は、中和前のポリマー(a)を「ポリマー(a’)」とする場合、次式によって求めることができる。
中和剤の使用当量(モル%)=〔{中和剤の添加質量(g)/中和剤の当量}/[{ポリマー(a’)の酸価(mgKOH/g)×ポリマーa’の質量(g)}/(56×1,000)]〕×100
工程1における分散処理は、剪断応力による本分散だけで顔料粒子を所望の粒径となるまで微粒化することもできるが、均一な顔料水分散体を得る観点から、顔料混合物を予備分散した後、さらに本分散することが好ましい。
予備分散に用いる分散機としては、アンカー翼、ディスパー翼等の一般に用いられている混合撹拌装置を用いることができる。
本分散に用いる剪断応力を与える手段としては、例えば、ロールミル、ニーダー等の混練機、マイクロフルイダイザー等の高圧ホモジナイザー、ペイントシェーカー、ビーズミル等のメディア式分散機が挙げられる。これらの中でも、顔料を小粒子径化する観点から、高圧ホモジナイザー、ビーズミルを用いることが好ましい。
高圧ホモジナイザーを用いて分散処理を行う場合、処理圧力やパス回数の制御により、顔料水分散体中の顔料粒子の平均粒径を調整することができる。
処理圧力は、生産性及び経済性の観点から、好ましくは60MPa以上300MPa以下であり、パス回数は、好ましくは3以上30以下である。
(工程2)
工程2における有機溶媒の除去は、公知の方法で行うことができる。得られた顔料水分散体(i)中の有機溶媒は実質的に除去されていることが好ましいが、本発明の目的を損なわない限り、残留していてもよい。
また、粗大粒子等を除去する目的で、有機溶媒を除去した水分散体を、更に遠心分離した後、液層部分をフィルター等で濾過し、該フィルター等を通過してなるものを、顔料水分散体(i)として得ることが好ましい。
(工程3)
工程3は、任意であるが、工程2で得られた顔料水分散体(i)に架橋剤を添加し、顔料含有ポリマー粒子を構成するポリマーaのカルボキシ基の一部と反応させることで、顔料含有ポリマー粒子の表層部に架橋構造を形成させて、顔料含有架橋ポリマー粒子の顔料水分散体(I)を得る。これにより、ポリマー(a)の構成単位に加えて架橋剤由来の構成単位を有するものとすることができ、ポリマーaが架橋されてなるポリマーが顔料表面に強固に吸着又は固定化され、顔料の凝集が抑制され、結果として、得られるインクの分散安定性、保存安定性がより向上すると考えられる。
架橋剤としては、好ましくは分子中にエポキシ基を2以上有する多官能エポキシ化合物、より好ましくはグリシジルエーテル基を2以上有する化合物、更に好ましくは炭素数3以上4以下の炭化水素基を有する多価アルコールのポリグリシジルエーテル化合物である。
架橋剤のエポキシ当量は、好ましくは90以上、より好ましくは100以上であり、そして、好ましくは300以下、より好ましくは200以下である。
架橋剤の好適例としては、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル等のポリグリシジルエーテル等から選ばれる1種以上が挙げられる。
工程3における架橋度は、連続吐出性、画像堅牢性等を向上させる観点から、ポリマーaのカルボキシ基のモル当量数に対する架橋剤の架橋性官能基のモル当量数の比で、好ましくは8モル%以上、より好ましくは10モル%以上、更に好ましくは15モル%以上であり、そして、好ましくは70モル%以下、より好ましくは60モル%以下、更に好ましくは50モル%以下である。
ポリマー分散剤(A)が架橋構造を有するものである場合、その数平均分子量の測定は難しいが、架橋構造を形成させる前のポリマー(a)の数平均分子量より大きいことが、顔料の水系媒体への分散性、及びインクの保存安定性を向上させる観点から好ましい。
架橋処理の温度は、架橋反応効率の観点から、好ましくは40℃以上、より好ましくは50℃以上であり、そして、好ましくは90℃以下、より好ましくは80℃以下である。
得られる顔料水分散体(I)の不揮発成分濃度(固形分濃度)は、分散安定性を向上させる観点から、好ましくは10質量%以上、より好ましくは15質量%以上であり、そして、好ましくは45質量%以下、より好ましくは40質量%以下である。
固形分濃度は、実施例に記載の方法により測定される。
顔料水分散体(I)中の顔料の含有量は、分散安定性を向上させる観点から、好ましくは5質量%以上、より好ましくは8質量%以上であり、そして、好ましくは40質量%以下、より好ましくは30質量%以下である。
顔料水分散体(I)中の顔料含有(架橋)ポリマー粒子を構成するポリマー分散剤(A)と顔料の質量比[(ポリマー分散剤(A)/顔料]は、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.1以上であり、そして、好ましくは1以下、より好ましくは0.5以下である。
本発明において顔料含有(架橋)ポリマー粒子を構成するポリマーが架橋構造を有するものである場合、ポリマー分散剤(A)と顔料の質量比を算出するときは、架橋ポリマーの架橋剤由来の構成単位の質量も算入する。
顔料含有(架橋)ポリマー粒子を構成するポリマーの分散処理前(架橋前)の酸価は、インクの連続吐出性、画像濃度を向上させる観点から、好ましくは50mgKOH/g以上、より好ましくは80mgKOH/g以上、更に好ましくは100mgKOH/g以上、より更に好ましくは120mgKOH/g以上であり、そして、好ましくは350mgKOH/g以下、より好ましくは300mgKOH/g以下、更に好ましくは250mgKOH/g以下である。
顔料含有(架橋)ポリマー粒子を構成するポリマーの分散処理後(架橋後)の酸価は、上記と同様の観点から、好ましくは50mgKOH/g以上、より好ましくは80mgKOH/g以上、更に好ましくは100mgKOH/g以上、より更に好ましくは120mgKOH/g以上であり、そして、好ましくは200mgKOH/g以下、より好ましくは150mgKOH/g以下、更に好ましくは110mgKOH/g以下である。
ポリマーの酸価は、実施例に記載の方法により測定される。
顔料含有(架橋)ポリマー粒子の平均粒径は、保存安定性等の観点から、好ましくは50nm以上、より好ましくは70nm以上、更に好ましくは80nm以上であり、そして、好ましくは400nm以下、より好ましくは300nm以下、更に好ましくは200nm以下である。
平均粒径は、実施例に記載の方法により測定される。
<ワックス>
本発明において、ワックスは天然ワックス及び合成ワックスのいずれであってもよい。
天然ワックスとしては、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス等の石油系ワックス;カルナバワックス、キャンデリラワックス、ライスワックス等の植物系ワックス;ラノリン、みつろう等の動物系ワックス等が挙げられる。
合成ワックスとしては、ポリオレフィンワックス、フィッシャー・トロプシュワックス等の合成炭化水素系ワックス;シリコーン系ワックス;パラフィンワックス誘導体、モンタンワックス誘導体、マイクロクリスタリンワックス誘導体等の変性ワックス等が挙げられる。これらの中では、オレフィン系モノマーを主成分とするポリオレフィンワックスが好ましい。
上記のワックスは、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明に用いられるワックスの融点は、インクの連続吐出性を向上させる観点から、融点が80℃以上であり、好ましくは100℃以上、より好ましくは105℃以上、更に好ましくは108℃以上であり、そして、好ましくは150℃以下、より好ましくは145℃以下、更に好ましくは140℃以下である。
ワックスの融点は、実施例に記載の方法により測定される。
〔ワックスを含有するポリマー粒子〕
本発明に用いられるワックスは、インクの連続吐出性を向上させる観点から、ポリマー分散剤(B)で分散されたワックスを含有するポリマー粒子(以下、「ワックス含有ポリマー粒子」ともいう)として用いられる。
ここで、「ワックス含有ポリマー粒子」とは、ポリマー分散剤(B)がワックスを包含した形態の粒子、ポリマー分散剤(B)とワックスからなる粒子の表面にワックスの一部が露出している形態の粒子、ポリマー分散剤(B)がワックスの一部に吸着している形態の粒子、及びこれらの混合物を意味する。これらの中では、ポリマー分散剤(B)とワックスからなる粒子の表面にワックスの一部が露出している形態の粒子、又はポリマー分散剤(B)がワックスの一部に吸着している形態の粒子がより好ましい。
ワックス含有ポリマー粒子を構成するポリマー分散剤(B)(以下、「ポリマー(b)」ともいう)は、(b-1)カルボン酸モノマー由来の構成単位と(b-2)疎水性モノマー由来の構成単位とを有することが好ましい。
ポリマー(b)としては、ビニル単量体の付加重合により得られるビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げられる。これらの中でも、顔料の分散安定性、保存安定性等の観点から、ビニル系樹脂が好ましい。ポリマー(b)は非架橋ポリマーであってもよく、適宜合成したもの又は市販品を用いてもよい。
ワックス含有ポリマー粒子は、架橋構造を有するによる、ポリマー分散剤(B)でワックスを分散した、ワックスを含有する架橋ポリマー粒子(以下、「ワックス含有架橋ポリマー粒子」ともいう)であることがより好ましい。「架橋構造を有するポリマー分散剤(B)」とは、ポリマー分散剤(B)が、前述のポリマー(b)の構成単位に加えて架橋剤由来の構成単位を有するポリマーであることを意味する。
〔ポリオレフィンワックス〕
ポリオレフィンワックスの主成分であるオレフィン系モノマーとしては、鎖状オレフィン、環状オレフィン等が挙げられるが、炭素数2~6の鎖状オレフィンを主成分とするものが好ましく、エチレン又はプロピレンを主成分とするポリオレフィンワックスがより好ましく、エチレンを主成分とするポリエチレンワックスがより好ましい。
ここで「エチレン又はプロピレンを主成分とする」とは、ワックスを構成する成分全体に対して、エチレン又はプロピレンの含有量が、好ましくは50質量%以上、より好ましくは65質量%以上、更に好ましくは80質量%以上であることをいう。
酸化ポリオレフィン系ワックスは、高分子量のポリオレフィン系ポリマーを、熱分解等により、所望の分子量に調整しながら、分子内に酸素原子等を導入することにより得ることができるものであり、ポリオレフィンワックスに包含される。
すなわち、ポリオレフィンワックスは、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、及び酸化ポリエチレンワックスから選ばれる1種以上が好ましく、ポリエチレンワックスがより好ましい。
ポリオレフィンワックスの重量平均分子量は、上記と同様の観点から、好ましくは400以上、より好ましくは600以上、更に好ましくは800以上であり、そして、好ましくは1万以下、より好ましくは8000以下、更に好ましくは6000以下である。
ポリオレフィンワックスの密度は、上記と同様の観点から、好ましくは0.890g/cm以上、より好ましくは0.900g/cm以上、更に好ましくは0.910g/cm以上であり、そして、好ましくは0.985g/cm以下、より好ましくは0.980g/cm以下、更に好ましくは0.975g/cm以下である。
本発明においては、本発明の効果を阻害しない範囲内で、ポリオレフィンワックス以外の他のワックスを含有することができる。
ワックス全量中のポリオレフィンワックスの含有量は、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、更に好ましくは90質量%以上、より更に好ましくは100質量%である。
〔ポリマー(b)〕
ポリマー(b)は、少なくとも(b-1)カルボン酸モノマー由来の構成単位と(b-2)疎水性モノマー由来の構成単位とを含有することが好ましく、更に(b-3)ノニオン性モノマー由来の構成単位を含有することができる。
(b-1)カルボン酸モノマーの具体例、好適例は、前記ポリマー(a)の欄で説明した(a-1)イオン性モノマーの具体例、好適例と同じである。すなわち、(b-1)成分は、好ましくはアクリル酸及びメタクリル酸から選ばれる1種以上である。
(b-2)疎水性モノマーの具体例、好適例は、前記ポリマー(a)の欄で説明した(a-2)疎水性モノマーの具体例、好適例と同じである。すなわち、(b-2)成分は、好ましくは炭素数1以上4以下のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート、炭素数6以上12以下の芳香族基を有する芳香族基含有モノマーから選ばれる1種以上であり、より好ましくはアクリル酸エチル、スチレン及びα-メチルスチレンから選ばれる1種以上である。
(b-3)ノニオン性モノマーの具体例、好適例は、前記ポリマー(a)の欄で説明した(a-3)ノニオン性モノマーの具体例、好適例と同じである。
ポリマーb中における(b-1)~(b-3)成分由来の構成単位の含有量は、連続吐出性、画像堅牢性を向上させる観点から、ポリマー(a)中における(a-1)~(a-3)成分由来の構成単位の含有量と同じである。
すなわち、(b-1)成分の含有量は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは12質量%以上であり、そして、好ましくは45質量%以下、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは35質量%以下である。
(b-2)成分の含有量は、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは50質量%以上であり、そして、好ましくは95質量%以下、より好ましくは90質量%以下、更に好ましくは88質量%以下である。
ポリマー(b)の製造は、前記(ポリマー(a)の製造)と同様にして行うことができる。
ポリマー(b)が酸基を有する場合、該酸基の少なくとも一部は、中和剤を用いて中和されていることが好ましい。これにより、中和後に発現する電荷反発力が大きくなり、水系インクにおけるワックス粒子の凝集を抑制し、ワックスの分散安定性を向上できると考えられる。
中和剤の使用当量は、前記(ポリマー(a)の製造)と同様であり、好ましくは10モル%以上、より好ましくは15モル%以上、更に好ましくは20モル%以上であり、そして、好ましくは150モル%以下、より好ましくは120モル%以下、更に好ましくは100モル%以下である。
〔ワックス含有架橋ポリマー粒子の製造〕
ワックス含有架橋ポリマー粒子の製造方法としては、(i)前記(b-1)成分、(b-2)成分、必要に応じて(b-3)成分を含むモノマー混合物を共重合してなる(架橋)ポリマーを含む分散体と、ワックスを分散処理する方法、(ii)前記(b-1)成分、(b-2)成分、必要に応じて(b-3)成分を含むモノマー混合物を共重合してなる未架橋ポリマーとワックスを含む分散体に架橋剤を添加し、架橋処理する方法等が挙げられる。
分散処理方法、架橋処理方法は、前記〔顔料含有ポリマー粒子の製造〕における分散処理方法、架橋処理方法と同じであり、具体例、好適例も基本的に同じである。
架橋剤の好適例としては、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル等のポリグリシジルエーテル等から選ばれる1種以上が挙げられる。
上記の製造方法の中では、インクの連続吐出性、画像堅牢性を向上させる観点から、(ii)前記(b-1)成分、(b-2)成分、必要に応じて(b-3)成分を含むモノマー混合物を共重合してなる未架橋ポリマーを含む分散体に架橋剤を添加し、架橋処理する方法が好ましい。この理由は、ポリオレフィンワックスを分散処理する工程において、未架橋ポリマーの方が架橋ポリマーよりも、ワックス表面により速く均一に吸着し易いと考えられるからである。(ii)の方法でワックス含有架橋ポリマー粒子を得ることで、ポリマー(b)の構成単位に加えて架橋剤由来の構成単位を有するものとすることができる。
ポリマー(b)の架橋反応は、顔料を含む系で行っても、含まない系で行ってもよいが、顔料を含まない系で行うことが好ましい。これは、水系顔料分散体とワックス含有ポリマー粒子の水分散体の両方を含む系で架橋反応を行うと、架橋反応の反応初期において、該系中の分散粒子間の静電反発力のバランスが変化して、水系顔料分散体中の顔料が凝集するおそれがあるからである。
ポリマー(b)の架橋度は、インクの保存安定性、連続吐出性を向上させる観点から、好ましくは2モル%以上、より好ましくは5モル%以上、更に好ましくは10モル%以上であり、そして、好ましくは75モル%以下、より好ましくは70モル%以下、更に好ましくは65モル%以下である。
架橋度は、ポリマーを構成する全モノマー中における架橋部位の当量である。すなわち、架橋度は下記式により算出される。
架橋度=〔(架橋部位を形成するモノマーのモル当量」×(架橋部位を形成するモノマー骨格中の架橋部位数)/(ポリマーを構成する全モノマーのモル当量)〕×100
ワックス含有架橋ポリマー粒子を構成する架橋前のポリマーの酸価は、インクの連続吐出性、画像濃度、画像堅牢性を向上させる観点から、好ましくは50mgKOH/g以上、より好ましくは80mgKOH/g以上、更に好ましくは100mgKOH/g以上、より更に好ましくは120mgKOH/g以上であり、そして、好ましくは350mgKOH/g以下、より好ましくは300mgKOH/g以下、更に好ましくは250mgKOH/g以下である。
ワックス含有架橋ポリマー粒子を構成する架橋後のポリマーの酸価は、上記と同様の観点から、好ましくは40mgKOH/g以上、より好ましくは50mgKOH/g以上、更に好ましくは60mgKOH/g以上、より更に好ましくは70mgKOH/g以上であり、そして、好ましくは250mgKOH/g以下、より好ましくは200mgKOH/g以下、更に好ましくは150mgKOH/g以下である。
顔料含有ポリマー粒子を構成するポリマーの酸価と、ワックス含有ポリマー粒子を構成するポリマーの酸価の差は、インクの連続吐出性、画像濃度を向上させる観点から、小さいことが好ましく、具体的には、その酸価の差は、20mgKOH/g以内であることがより好ましく、15mgKOH/g以内であることが更に好ましく、5mgKOH/g以内であることがより更に好ましく、実質的に差がなく、同一であることが最も好ましい。
すなわち、顔料含有ポリマー粒子を構成するポリマーと、ワックス含有ポリマー粒子を構成するポリマーは同一であることが好ましい。
本発明においては、顔料を含有するポリマー粒子を構成するポリマー及びワックスを含有するポリマー粒子を構成するポリマーの双方が架橋されてなるものであることが好ましい。
ワックス含有(架橋)ポリマー粒子中のポリマー(b)に対するワックスの質量比〔ワックス/ポリマー(b)〕は、得られるワックス分散体及びインクの連続吐出性を向上させる観点から、好ましくは1以上、より好ましくは2以上、更に好ましくは3以上であり、そして、好ましくは30以下、より好ましくは20以下、更に好ましくは10以下、より更に好ましくは6以下である。
本発明においてワックス含有架橋ポリマー粒子中のポリマー(b)に対するワックスの質量比を算出するときは、架橋剤由来の構成単位の質量も算入する。
ワックス含有(架橋)ポリマー粒子の平均粒径は、インクの連続吐出性、画像濃度を向上させる観点から、好ましくは20nm以上、より好ましくは40nm以上、更に好ましくは80nm以上であり、そして、好ましくは250nm以下、より好ましくは200nm以下、更に好ましくは150nm以下である。
ポリマー粒子の平均粒径は、実施例に記載の方法により測定される。
<有機溶剤>
本発明で用いられる有機溶剤は、主として記録媒体に対するインクの濡れ広がり性を付与する役割を果たす。有機溶剤は、25℃で液体であっても固体であってもよいが、該有機溶剤を25℃の水100mLに溶解させたときに、その溶解量は10mL以上である水溶性有機溶剤が好ましい。
水溶性有機溶剤の沸点は、インクの連続吐出性、画像濃度を向上させる観点から、好ましくは110℃以上、より好ましくは130℃以上、更に好ましくは150℃以上であり、そして、好ましくは250℃以下、より好ましく240℃以下、更に好ましく235℃以下である。
水溶性有機溶剤は、上記と同様の観点から、多価アルコール及び多価アルコールアルキルエーテルから選ばれる1種以上が好ましく、多価アルコールがより好ましい。
多価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,2-ブタンジオール、1,2-ペンタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、1,2-オクタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,2-デカンジオール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン等が挙げられる。
これらの中では、1,2-ペンタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、1,2-オクタンジオール、ジプロピレングリコール、及びグリセリンから選ばれる1種以上が好ましく、1,2-ヘキサンジオール、ジプロピレングリコール、及びグリセリンから選ばれる1種以上がより好ましい。
多価アルコールアルキルエーテルとしては、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチ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、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジ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メチルエーテル、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エチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。
これらの中では、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、及びジエチレングリコールモノブチルエーテルから選ばれる1種以上が好ましく、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、及びジエチレングリコールモノブチルエーテルから選ばれる1種以上がより好ましい。
有機溶剤は、本発明の効果を阻害しない範囲内で、更に上記以外の有機溶剤を含有することができる。
本発明インクは、記録媒体への濡れ性を向上させる観点から、必要に応じて、更に界面活性剤を含有することができる。
界面活性剤としては、ノニオン性界面活性剤、シリコーン系活性剤、フッ素系活性剤等が挙げられるが、ノニオン性界面活性剤がより好ましい。
ノニオン性界面活性剤としては、例えば、アセチレングリコール系界面活性剤、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル型界面活性剤、多価アルコール型界面活性剤、脂肪酸アルカノールアミド等が挙げられる。これらの中では、アセチレングリコール系界面活性剤、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル型界面活性剤が好ましく、例えば、2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオール、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等がより好ましい。
ノニオン性界面活性剤の市販品例としては、日信化学工業株式会社及び Air Products & Chemicals社製の「サーフィノール」シリーズ、川研ファインケミカル株式会社製の「アセチレノール」シリーズ、花王株式会社製の「エマルゲン」シリーズ等が挙げられる。
上記の界面活性剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
(本発明インク中の各成分の含有量)
本発明インク中の各成分の含有量は、インクの連続吐出性、画像濃度を向上させる観点から、以下のとおりである。
(顔料の含有量)
本発明インク中の顔料の含有量は、好ましくは1質量%以上、より好ましくは2質量%以上、更に好ましくは4質量%以上であり、そして、好ましくは12質量%以下、より好ましくは10質量%以下、更に好ましく8質量%以下である。
本発明インク中の顔料含有ポリマー粒子の含有量は、好ましくは2質量%以上、より好ましくは3質量%以上、更に好ましくは5質量%以上であり、そして、好ましくは15質量%以下、より好ましくは12質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。
(ワックスの含有量)
本発明インク中のワックス、特にポリオレフィンワックスの含有量は、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは0.8質量%以上、更に好ましくは1質量%以上であり、そして、好ましくは4質量%以下、より好ましくは3質量%以下、更に好ましくは2.5質量%以下である。
本発明インク中のワックス含有架橋ポリマー粒子の含有量は、好ましくは0.6質量%以上、より好ましくは1質量%以上、更に好ましくは1.5質量%以上であり、そして、好ましくは6質量%以下、より好ましくは5質量%以下、更に好ましくは4質量%以下である。
水系インク中の顔料とワックスとの質量比(顔料/ワックス)は、好ましくは1以上、より好ましくは2以上、更に好ましくは2.5以上であり、そして、好ましくは6以下、より好ましくは5以下、更に好ましくは4以下である。
(本発明インク中のポリマー分散剤(A)、(B)の含有量)
本発明インク中のポリマー分散剤(A)の含有量は、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは1質量%以上、更に好ましくは1.5質量%以上であり、そして、好ましくは5質量%以下、より好ましくは4質量%以下、更に好ましく3質量%以下である。
本発明インク中のポリマー分散剤(B)の含有量は、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.2質量%以上、更に好ましくは0.3質量%以上であり、そして、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下、更に好ましく1質量%以下である。
水系インク中の顔料とポリマー分散剤(A)及び(B)の合計含有量との質量比〔顔料/ポリマー分散剤[(A)+(B)]〕は、好ましくは0.5以上、より好ましくは1以上、更に好ましくは1.5以上であり、そして、好ましくは8以下、より好ましくは6以下、更に好ましくは4以下である。
本発明において水系インク中のポリマー分散剤(A)及び(B)が架橋ポリマーである場合は、ポリマー分散剤(A)及び(B)に架橋剤由来の構成単位の質量も組み入れて顔料とポリマー分散剤(A)及び(B)の合計含有量との質量比を算出する。
(有機溶剤の含有量)
本発明インク中の有機溶剤の含有量は、好ましくは10質量%以上、より好ましくは15質量%以上、更に好ましくは20質量%以上であり、そして、好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは30質量%以下である。
本発明インク中の界面活性剤の含有量は、好ましくは0.2質量%以上、より好ましくは0.4質量%以上、更に好ましくは0.6質量%以上であり、そして、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下、更に好ましくは2質量%以下である。
(アセチレングリコール系界面活性剤の含有量)
水系インク中のアセチレングリコール系界面活性剤の含有量は、記録媒体へのインクの濡れ性を向上させる観点から、好ましくは0.05質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、更に好ましくは0.15質量%以上であり、そして、インクの吐出安定性を向上させる観点から、好ましくは1.2質量%以下、より好ましくは1質量%以下、更に好ましくは0.8質量%以下である。
(その他の非イオン性界面活性剤の含有量)
水系インク中のその他の非イオン性界面活性剤、例えばポリオキシアルキレンアルキルエーテル型界面活性剤の含有量は、好ましくは0.05質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、更に好ましくは0.2質量%以上であり、そして、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下、更に好ましくは1.5質量%以下である。
本発明インク中の水の含有量は、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは50質量%以上であり、そして、好ましくは80質量%以下、より好ましくは75質量%以下、更に好ましくは70質量%以下である。
本発明インクは、その用途に応じて、任意成分として、防腐剤、pH調整剤、粘度調整剤、消泡剤、防錆剤等の各種添加剤を含有することができる。その場合、水の含有量の一部を各種添加剤等の成分に置き換えて含有することができる。
(本発明インクの物性)
本発明インク中の顔料含有ポリマー粒子及びワックス含有ポリマー粒子を含むポリマー粒子の平均粒径は、インクの連続吐出性、画像濃度を向上させる観点から、好ましくは40nm以上、より好ましくは60nm以上、更に好ましくは80nm以上であり、そして、好ましくは250nm以下、より好ましくは200nm以下、更に好ましくは150nm以下である。
本発明インクの32℃の粘度は、連続吐出性を向上させる観点から、好ましくは2mPa・s以上、より好ましくは3mPa・s以上、更に好ましくは5mPa・s以上であり、そして、好ましくは12mPa・s以下、より好ましくは9mPa・s以下、更に好ましくは7mPa・s以下である。水系インクの粘度は、E型粘度計を用いて測定できる。
本発明インクのpHは、連続吐出性を向上させる観点から、好ましくは7以上、より好ましくは7.5以上、更に好ましくは8以上である。また、部材耐性、皮膚刺激性の観点から、pHは、好ましくは11以下、より好ましくは10以下、更に好ましくは9.5以下である。水系インクのpHは、実施例に記載の方法により測定される。
[インクジェット記録方法]
本発明インクは、公知のインクジェット記録装置に装填し、記録媒体にインク液滴として吐出させて画像等を記録することができる。
インクジェット記録におけるインク液滴の吐出方式としては、ピエゾ方式、サーマル式方式、静電方式があるが、ピエゾ方式が好ましい。ピエゾ方式では、多数のノズルが、各々圧力室に連通しており、この圧力室の壁面をピエゾ素子で振動させることにより、ノズルからインク液滴を吐出させる。
記録媒体としては、インク吸収層を有するインクジェット専用紙の他に、コピー等で使用されている普通紙、アート紙等の紙製の基材、通常の非コート紙、基紙の両面を樹脂等で被覆したコート紙、各種貼合紙、合成紙等の他、いわゆる軟包装に用いられる各種非吸液性の樹脂フィルムが挙げられる。
普通紙としては、例えば、上級印刷紙、中級印刷紙、下級印刷紙、薄様印刷紙、微塗工印刷用紙、色上質紙等の特殊印刷用紙、フォーム用紙、PPC用紙(コピー用紙)、その他情報用紙等が挙げられる。
以下の製造例、調製例、実施例及び比較例において、「部」及び「%」は特記しない限り「質量部」及び「質量%」である。なお、各物性等の測定方法は以下のとおりである。
(1)ポリマーの数平均分子量の測定
N,N-ジメチルホルムアミドに、リン酸及びリチウムブロマイドをそれぞれ60mmol/Lと50mmol/Lの濃度となるように溶解した液を溶離液として、ゲル浸透クロマトグラフィー法〔東ソー株式会社製GPC装置(HLC-8320GPC)、東ソー株式会社製カラム(TSKgel SuperAWM-H、TSKgel SuperAW3000、TSKgel guardcolum Super AW-H)、流速:0.5mL/min〕により、標準物質として分子量既知の単分散ポリスチレンキット〔PStQuick B(F-550、F-80、F-10、F-1、A-1000)、PStQuick C(F-288、F-40、F-4、A-5000、A-500)、東ソー株式会社製〕を用いて測定した。
測定サンプルは、ガラスバイアル中にポリマー0.1gを前記溶離液10mLと混合し、25℃で10時間、マグネチックスターラーで撹拌し、シリンジフィルター(DISMIC-13HP、PTFE製、0.2μm、アドバンテック株式会社製)で濾過したものを用いた。
(2)ポリマーの酸価の測定
ポリマーの酸価は、電位差自動滴定装置(京都電子工業株式会社製、電動ビューレット、型番:APB-610)に樹脂をトルエンとアセトン(2:1)を混合した滴定溶剤に溶かし、電位差滴定法により0.1N水酸化カリウム/エタノール溶液で滴定し、滴定曲線上の変曲点を終点とした。水酸化カリウム溶液の終点までの滴定量から酸価(mgKOH/g)を算出した。
ワックス分散体又は顔料含有ポリマー粒子の分散体の酸価は、その分散体2gを50gのイオン交換水で希釈し、0.1Nの水酸化ナトリウム溶液を3ml添加し、そこへ0.1Nの塩酸を徐々に滴下し、電位差滴定法によりpHの変曲点を2か所測定した。2点間の0.1Nの塩酸の滴下量の差から計算される酸のモル数が、ポリマー中のカルボン酸のモル数に相当し、このモル数を酸価(mgKOH/g)に換算した。
(3)水分散体の固形分濃度の測定
30mLのポリプロピレン製容器(φ:40mm、高さ:30mm)にデシケーター中で恒量化した硫酸ナトリウム10.0gを量り取り、そこへサンプル(水分散体)約1.0gを添加して、混合させた後、正確に秤量し、105℃で2時間維持して、揮発分を除去し、更にデシケーター内で更に15分間放置し、質量を測定した。揮発分除去後のサンプルの質量を固形分として、最初のサンプルの質量で除して固形分濃度とした。
(4)ワックスの融点の測定
ワックスの融点は、JIS K 0064に準拠した装置により測定した。具体的には、示差走査熱量計(Q20、ティー・エイ・インスルメント社製)を用いて、試料を200℃まで昇温し、その温度から降温速度10℃/分で0℃まで冷却した。次に、試料を昇温速度10℃/分で昇温し、200℃まで熱量を測定した。観測された融解熱ピークのうち、ピーク面積が最大のピークの温度を融解の最大ピーク温度とし、該ピーク温度を融点とした。
(5)顔料分散体中のポリマー粒子の平均粒径の測定
レーザー粒子解析システム(大塚電子株式会社製、商品名:ELS-8000)を用いて、動的光散乱法により粒径を測定し、キュムラント法解析により算出した。
測定条件は、温度25℃、入射光と検出器との角度90°、積算回数100回であり、分散溶媒の屈折率として水の屈折率(1.333)を入力した。測定サンプルには、水系顔料分散体をスクリュー管(マルエム株式会社製、No.5)に計量し、固形分濃度が2×10-4質量%になるように水を加えてマグネチックスターラーを用いて25℃で1時間撹拌したものを用いた。
(6)ワックス分散体中のポリマー粒子の平均粒径の測定
ワックス分散体中のポリマー粒子の平均粒径(平均分散粒径)は、日機装株式会社製のマイクロトラック粒度分析計UPAを用いて測定した。
(7)pHの測定
pH電極(株式会社堀場製作所製、商品名:6337-10D)を使用した卓上型pH計(株式会社堀場製作所製、商品名:F-71)を用いて、20℃におけるインクのpHを測定した。
製造例1(水不溶性ポリマー(i)の調製)
アクリル酸29部、スチレン60部、アクリル酸エチル11部を混合しモノマー混合液を調製した。反応容器内に、MEK10部、2-メルカプトエタノール(重合連鎖移動剤)0.2部、及び前記モノマー混合液の10%を入れて混合し、窒素ガス置換を十分に、行った。
一方、滴下ロートに、モノマー混合液の残りの90%、前記重合連鎖移動剤0.2部、MEK30部及びアゾ系ラジカル重合開始剤(2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル、富士フイルム和光純薬株式会社製、商品名:V-65)1.1部の混合液を入れ、窒素雰囲気下、反応容器内の前記モノマー混合液を攪拌しながら65℃まで昇温し、滴下ロート中の混合液を3時間かけて滴下した。滴下終了から65℃で2時間経過後、前記重合開始剤0.1部をMEK2部に溶解した溶液を加え、更に65℃で2時間、70℃で2時間熟成させた後に減圧乾燥して水不溶性ポリマー(i)(数平均分子量:32000、酸価:226mgKOH/g)を得た。結果を表1に示す。
製造例2~6(水不溶性ポリマー(ii)~(vi)の調製)
製造例1において、表1に示す条件に変えた以外は、製造例1と同様にして水不溶性ポリマー(ii)~(vi)を得た。結果を表1に示す。
調製例I-1(ワックス分散体W1の調製)
ポリマー分散剤(B)として製造例1で得られた水不溶性ポリマー(i)25部に、該ポリマー(i)のカルボキシ基を中和する中和剤として5N水酸化ナトリウム水溶液(NaOH固形分:16.9%)9.70部を加え中和した(中和剤の使用当量:40モル%)。
更にイオン交換水240部を加え、その中にポリエチレンワックス(HW110P:三井化学株式会社製、商品名:ハイワックス110P、融点:109℃、密度:0.920g/cm、重量平均分子量:1000、軟化点:113℃)100質量部を85~95℃で加熱溶解し、得られた混合物を90~95℃に保持しながら、超音波ホモジナイザーを用いて30分間分散処理を行った後、室温まで冷却し、マイクロフルイダイザー(Microfluidics社製、商品名)で200MPaの圧力で3パス分散処理して分散物を得た。
得られた分散物にイオン交換水を加えて、エポキシ架橋剤(トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ナガセケムテックス株式会社製、商品名:デナコールEX-321、エポキシ価:140)6.32部(架橋度45モル%に相当)を加えて密栓し、スターラーで撹拌しながら70℃で5時間加熱して、ワックスを含有する架橋ポリマー粒子の分散体W1〔(分散体W1の内容物の質量比は、;ワックス:20.0%、ポリマー分散剤(B):6.2%(分散体W1におけるエポキシ架橋剤由来の成分は0.2%)、水酸化ナトリウム:0.33%、残りは水である。)、平均粒径:92nm、pH:7.9、ポリマー分散剤(B)の酸価:96mgKOH/g〕を得た。結果を表2に示す。
調製例I-2~I-14(ワックス分散体W2~W14の調製)
調製例I-1において、表2に示すようにワックスの種類、ポリマー分散剤(B)の種類、5N水酸化ナトリウム水溶液の量、架橋剤の量を変えた以外は、調製例I-1と同様にして、ワックス分散体W2~W14を得た。結果を表2に示す。
なお、ワックス分散体W9、W11は、エポキシ架橋剤を使用していないので、ワックス分散体W9、W11に含まれるワックスを含有するポリマー粒子は、架橋構造を有しない。
表2中の実施例と比較例で用いたワックスの詳細は以下のとおりである。
・HW110P:ハイワックス110P(ポリエチレンワックス、融点:109℃、密度:0.920g/cm、重量平均分子量:1000、三井化学株式会社製)
・HW200P:ハイワックス200P(ポリエチレンワックス、融点:122℃、密度:0.970g/cm、重量平均分子量:2000、三井化学株式会社製)
・HWNP055:ハイワックスNP055(ポリプロピレンワックス、融点:136℃、密度:0.900g/cm、重量平均分子量:7400、三井化学株式会社製)
・TW131:TOWAX-131(カルナバワックス、融点:109℃、密度:0.997g/cm、低分子混合物、東亜化成株式会社製)
・PW155:パラフィンワックス155(パラフィンワックス、融点:69℃、密度:0.927g/cm、低分子混合物、日本精ロウ株式会社製)
調製例II-1(顔料分散体P1の調製)
ポリマー分散剤(A)として製造例1で得られた水不溶性ポリマー(i)100部をMEK78.6部と混合し、更に該ポリマー(i)のカルボキシ基を中和する中和剤として5N水酸化ナトリウム水溶液(NaOH固形分:16.9%)38.8部を加え中和した(中和剤の使用当量:40モル%)。
更にイオン交換水500部を加え、その中にカーボンブラック顔料(CB、C.I.ピグメント・ブラック7、キャボットケミカル社製、商品名:モナーク800)300部を加え、ディスパー(浅田鉄工株式会社製、商品名:ウルトラディスパー)を用いて、20℃でディスパー翼を7000rpmで回転させる条件で60分間撹拌した。
得られた混合物をマイクロフルイダイザー(Microfluidics社製、商品名)で200MPaの圧力で10パス分散処理して顔料分散体(固形分濃度:26.7%、顔料:20%、ポリマー:6.7%)を得た。
得られた顔料分散体にイオン交換水1000部を加え、攪拌した後、減圧下60℃でMEKを完全に除去し、更に一部の水を除去して、固形分濃度を20%(顔料:15.0%)とした後に、エポキシ架橋剤(トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ナガセケムテックス株式会社製、商品名:デナコールEX-321、エポキシ価:140)25.3部(架橋度45モル%に相当)を加えて密栓し、スターラーで撹拌しながら70℃で5時間加熱して、顔料を含有する架橋ポリマー粒子の分散体P1〔(分散体P1の内容物の質量比は、顔料:15.0%、ポリマー分散剤(A):6.3%(分散体P1におけるエポキシ架橋剤由来の成分の量は1.3%)、水酸化ナトリウム:0.33%、残りは水である。)、平均粒径:96nm、pH:7.9、ポリマー分散剤(A)の酸価:96mgKOH/g〕を得た。結果を表3に示す。
調製例II-2~II-10(顔料分散体P2~P10の調製)
調製例II-1において、ポリマー分散剤(A)の種類、5N水酸化ナトリウム水溶液の量、架橋剤の量を表3に示すように変えた以外は、調製例II-1と同様にして、顔料分散体P2~P10を得た。結果を表3に示す。
なお、顔料分散体P6、P8は、エポキシ架橋剤を使用していないので、顔料分散体P6、P8に含まれる顔料を含有するポリマー粒子は、架橋構造を有しない。
実施例1(水系インクの製造)
ワックスを含有する架橋ポリマー粒子の分散体W1 10部、顔料を含有する架橋ポリマー粒子の分散体P1 40部、ジプロピレングリコール16.0部、1,2-ヘキサンジオール4.0部、グリセリン4.0部(有機溶剤は全て富士フイルム和光純薬株式会社製、合計量24.0部)、アセチレングリコール系非イオン性界面活性剤(2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオール:日信化学工業株式会社製、商品名:サーフィノール104)0.2部、非イオン性界面活性剤(ポリオキシエチレンアルキルエーテル:花王株式会社製、エマルゲン120)1.0部(界面活性剤の合計量1.2部)、水系インクのpHが9.0となるようにpH調整剤としてトリエタノールアミン(富士フイルム和光純薬株式会社製)0.52部、合計量が100部となるようイオン交換水を添加して水系インク1(固形分濃度:11.1%、顔料:6%、ポリマー分散剤(A):2.5%、ワックス2.0%、ポリマー分散剤(B):0.6%)を得た。
実施例2~15、比較例1~3(水系インクの製造)
実施例1と同様にして、表4に示す配合により、水系インク2~15、及び21~23を得た。
得られた水系インクについて、下記の方法で、画像濃度、連続吐出性を評価した。結果を表4に示す。
(1)連続吐出性の評価
温度25±1℃、相対湿度30±5%の環境で、インクジェットヘッド(富士フイルム株式会社製、商品名:Samba G3L、ピエゾ式)を装備したインクジェット吐出評価装置(ImageXpert社製、商品名:JetXpert)に水系インクを充填した。ヘッド電圧30V、周波数50kHz、プッシュプル型駆動波形、吐出液適量2.5pl、負圧-4.0kPaを設定し、前記吐出評価装置にインク吐出命令を転送し、インクが正常吐出されているノズル数を確認した。同条件下、30分間の連続吐出を行い、30分後に正常吐出されているノズル数を再確認した。下記式により連続吐出性(%)を算出し、連続吐出性を評価した。
連続吐出性(%)=[(30分後の正常吐出ノズル数/初期の正常吐出ノズル数)]×100
連続吐出性(%)が大きいほど優れていると判断され、数値として90%以上であれば、実用上使用できる。
(2)画像濃度の評価
A4サイズの上質普通紙(日本製紙株式会社製、フォーム用紙、商品名:NPiフォームNext-IJ70)に、水系インクを用いて、以下のインクジェット記録方式により画像を形成した。
(インクジェット記録方式)
温度25±1℃、相対湿度30±5%の環境で、インクジェットヘッド(京セラ株式会社製、商品名:KJ4B-HD06MHG-STDV、ピエゾ式)を装備した印刷評価装置(株式会社トライテック製)に水系インクを充填した。ヘッド電圧26V、周波数10kHz、吐出液適量12pl、ヘッド温度32℃、解像度600dpi、吐出前フラッシング回数200発、負圧-4.0kPaを設定し、記録媒体の長手方向と搬送方向が同じになる向きに、記録媒体を搬送台に減圧で固定した。前記印刷評価装置に印刷命令を転送し、Duty100%のベタ画像を印刷し、印刷後用紙を24時間静置後に、分光光度計(サカタインクスエンジニアリング株式会社製、商品名:スペクトロアイ)を用いて画像濃度を測定した。
画像濃度が高いほど画像堅牢性が優れていると判断され、数値として1.1以上であれば、実用上使用できる。
表4から、実施例で得られた水系インクは、比較例で得られた水系インクに比べて、連続吐出性に優れ、画像濃度に優れた記録物を得ることができることが分かる。

Claims (7)

  1. ポリマー分散剤(A)で分散された顔料を含有するポリマー粒子、ポリマー分散剤(B)で分散されたワックスを含有するポリマー粒子、及び有機溶剤を含有するインクジェット記録用水系インクであって、
    該ワックスを含有するポリマー粒子を構成するポリマーが架橋されてなり、
    該ワックスを含有するポリマー粒子を構成するポリマーの酸価が20mgKOH/g以上110mgKOH/g以下であり、
    該ワックスの融点が80℃以上である、インクジェット記録用水系インク。
  2. ポリマー分散剤(A)で分散された顔料を含有するポリマー粒子、ポリマー分散剤(B)で分散されたワックスを含有するポリマー粒子、及び有機溶剤を含有するインクジェット記録用水系インクであって、
    該顔料を含有するポリマー粒子を構成するポリマーが架橋されてなり、
    該ワックスを含有するポリマー粒子を構成するポリマーの酸価が20mgKOH/g以上110mgKOH/g以下であり、
    該ワックスの融点が80℃以上である、インクジェット記録用水系インク。
  3. 顔料を含有するポリマー粒子を構成するポリマーの酸価と、ワックスを含有するポリマー粒子を構成するポリマーの酸価の差が、20mgKOH/g以内である、請求項1又は2に記載のインクジェット記録用水系インク。
  4. 前記顔料を含有するポリマー粒子を構成するポリマーの酸価が50mgKOH/g以上200mgKOH/g以下である、請求項1~3のいずれかに記載のインクジェット記録用水系インク。
  5. 顔料を含有するポリマー粒子を構成するポリマー及びワックスを含有するポリマー粒子を構成するポリマーの双方が架橋されてなる、請求項1~のいずれかに記載のインクジェット記録用水系インク。
  6. ワックスがポリオレフィンワックスである、請求項1~のいずれかに記載のインクジェット記録用水系インク。
  7. 有機溶剤が多価アルコールである、請求項1~のいずれかに記載のインクジェット記録用水系インク。
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