JP7636711B2 - Aqueous dispersion, method for producing aqueous dispersion, ink and printed matter - Google Patents
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Description
本発明は、水系分散体、水系分散体の製造方法、インク及び印刷物に関する。 The present invention relates to an aqueous dispersion, a method for producing the aqueous dispersion, an ink, and a printed matter.
インクジェット記録装置は、低騒音、低ランニングコスト、カラー印刷が容易であるなどの利点を有しており、デジタル信号の出力機器として一般家庭に広く普及している。また、近年では、家庭用のみならず商業用途や産業用途にもインクジェット技術が利用されてきている。そして、商業用途や産業用途では、インク低吸収性の印刷用塗工紙(コート紙)やインク非吸収性のプラスチックメディアが記録媒体として用いられるため、これらメディアに対しても、インクジェット記録方法により、従来のオフセット印刷並の画質を実現することが求められている。
例えば、特許文献1~4には顔料粒子を特定の樹脂にて被覆した水系顔料分散体について開示されている。
Inkjet recording devices have advantages such as low noise, low running costs, and easy color printing, and are widely used in ordinary households as digital signal output devices. In recent years, inkjet technology has been used not only for household use but also for commercial and industrial purposes. In commercial and industrial applications, low ink-absorbent coated paper for printing and non-ink-absorbent plastic media are used as recording media, and it is therefore required to achieve image quality on a par with that of conventional offset printing using inkjet recording methods for these media.
For example, Patent Documents 1 to 4 disclose water-based pigment dispersions in which pigment particles are coated with a specific resin.
しかしながら、かかる技術を用いても顔料の完全な内包化は困難である。また、顔料を被覆する樹脂の親水性が高いため樹脂が顔料表面から脱離し易い、などの課題がある。その結果、顔料複合樹脂粒子の安定性が劣るため、例えば、加熱乾燥により顔料が凝集することで顔料の均一分散性もしくは塗工膜の表面粗さが悪化し、加熱乾燥前と比較して画像濃度が低下してしまう。そのため、上述した水系インクでは近年の、高い画像濃度を有する画像を得たいというユーザーの要求を満足することができない。
本発明は、分散安定性に優れ、高い画像濃度を示す画像を得ることができる水系分散体を提供することを目的とする。
However, even with such a technique, it is difficult to completely encapsulate the pigment. In addition, there are problems such as the high hydrophilicity of the resin that coats the pigment, which makes the resin easily detach from the pigment surface. As a result, the stability of the pigment composite resin particles is poor, and for example, the pigment aggregates due to heat drying, which deteriorates the uniform dispersion of the pigment or the surface roughness of the coating film, resulting in a decrease in image density compared to before heat drying. Therefore, the above-mentioned water-based ink cannot satisfy the recent user demand for images with high image density.
An object of the present invention is to provide an aqueous dispersion which has excellent dispersion stability and is capable of giving an image exhibiting high image density.
上記課題を解決する本発明は、下記に記載するとおりの水系分散体に係るものである。
エマルション樹脂粒子を分散質として含有する水系分散体であって、
前記エマルション樹脂粒子は、無機顔料を内包した顔料内包化エマルション樹脂粒子を含み、
下記の顔料露出率算出条件にて算出される顔料露出率が8%以下であり、且つ、下記で定義される顔料未内包エマルション樹脂粒子比率が1.0以下であることを特徴とする水系分散体。
(顔料露出率算出条件)
顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む水系分散体を、固形分濃度が10.75質量%となるように調製する。次いで、前記水系分散体を塗工紙に塗工し、25℃で乾燥して得られた膜を導電性処理せずに走査型電子顕微鏡(加速電圧0.75kV、反射電子検出器、倍率20000倍)にて観察する。観察像の二値化によって顔料面積を算出し、塗工膜表面の顔料が占める割合を顔料露出率とする。
(顔料未内包エマルション樹脂粒子比率)
顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む水系分散体を、コロジオン膜貼付メッシュに載せ、乾燥させたサンプルを、透過型電子顕微鏡にて、加速電圧200kV、倍率40000倍で観察を行う。この観察手法により、50nm以上の粒子を3つ以上含む視野の画像を、任意に場所を変えて5枚以上取得する。各画像に対して、顔料内包化エマルション樹脂粒子の個数及び顔料未内包エマルション樹脂粒子の個数をカウントし、下記式(1)により顔料未内包エマルション樹脂粒子比率を算出し、平均した値を顔料未内包エマルション樹脂粒子比率とする。
An aqueous dispersion containing emulsion resin particles as a dispersoid,
the emulsion resin particles include pigment-encapsulated emulsion resin particles encapsulating an inorganic pigment,
An aqueous dispersion characterized in that a pigment exposure rate calculated under the following pigment exposure rate calculation conditions is 8% or less, and a ratio of emulsion resin particles not encapsulating a pigment, as defined below, is 1.0 or less.
(Calculation conditions for pigment exposure rate)
An aqueous dispersion containing pigment-encapsulated emulsion resin particles is prepared so that the solid content concentration is 10.75% by mass. The aqueous dispersion is then applied to a coated paper, and the film obtained by drying at 25° C. is observed under a scanning electron microscope (accelerating voltage 0.75 kV, backscattered electron detector, magnification 20,000 times) without conducting a conductive treatment. The pigment area is calculated by binarizing the observed image, and the ratio of the pigment to the surface of the coating film is defined as the pigment exposure rate.
(Ratio of emulsion resin particles not containing pigment)
The aqueous dispersion containing the pigment-encapsulated emulsion resin particles is placed on a collodion film-attached mesh, and the dried sample is observed under a transmission electron microscope at an acceleration voltage of 200 kV and a magnification of 40,000 times. By this observation method, five or more images of a field of view containing three or more particles of 50 nm or more are obtained at any position. For each image, the number of pigment-encapsulated emulsion resin particles and the number of non-pigment-encapsulated emulsion resin particles are counted, and the ratio of non-pigment-encapsulated emulsion resin particles is calculated by the following formula (1), and the average value is taken as the ratio of non-pigment-encapsulated emulsion resin particles.
本発明によれば、分散安定性にすぐれ、高い画像濃度を示す画像を得ることができる水系分散体を提供することができる。 The present invention provides an aqueous dispersion that has excellent dispersion stability and can produce images with high image density.
以下、本発明の実施形態の一例について説明するが、以下の説明はこの発明における実施の形態の例を例示するものであって、本発明の範囲を限定するものではない。 An example of an embodiment of the present invention will be described below. The following description is merely an example of an embodiment of the present invention and does not limit the scope of the present invention.
<顔料内包化エマルション樹脂粒子>
本発明における顔料内包化エマルション樹脂粒子は、樹脂エマルションの形態である。顔料がエマルション樹脂粒子内に含有されることで、顔料表面からの樹脂の脱離を抑制することが可能となる。エマルションとは粒子が水やインク中に分散している状態を指し、粒子が固体であるか液体であるかは問わない。
<Pigment-encapsulated emulsion resin particles>
The pigment-encapsulated emulsion resin particles in the present invention are in the form of a resin emulsion. By containing the pigment in the emulsion resin particles, it is possible to suppress the detachment of the resin from the pigment surface. The emulsion refers to a state in which particles are dispersed in water or ink, regardless of whether the particles are solid or liquid.
前記顔料内包化エマルション樹脂粒子は、樹脂エマルションのエマルション樹脂粒子中に顔料が内包化され、顔料の表面全てが樹脂で覆われた形態を指す。顔料がエマルション樹脂粒子中に内包化されないで分散媒中に分散した形態や、エマルション樹脂粒子表面に顔料の一部が露出した形態が存在しないことが好ましい。また、顔料内包化エマルション樹脂粒子は球形であることが好ましい。
水系分散体において、顔料が樹脂中に内包化されていることにより、顔料が凝集しないため、顔料が均一に配置された画像が得られる。
The pigment-encapsulated emulsion resin particles refer to a form in which the pigment is encapsulated in the emulsion resin particles of the resin emulsion, and the entire surface of the pigment is covered with the resin. It is preferable that the pigment is not encapsulated in the emulsion resin particles and dispersed in the dispersion medium, or that the pigment is partially exposed on the surface of the emulsion resin particles does not exist. In addition, it is preferable that the pigment-encapsulated emulsion resin particles are spherical.
In the aqueous dispersion, the pigment is encapsulated in the resin, so that the pigment does not aggregate, and an image in which the pigment is uniformly distributed can be obtained.
前記「顔料の表面全てが樹脂で覆われた」とは、顔料内包化エマルション樹脂粒子の外縁(粒子表面)から顔料までの距離、すなわち樹脂の厚みが5nm以上であることを意味し、5nm以上50nm以下であることが好ましく、10nm以上30nm以下であることがより好ましい。前記樹脂の厚みは、上記透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた顔料内包化エマルション樹脂粒子の観察手法を用いて、顔料内包化エマルション樹脂粒子を10粒子以上観察し、各粒子の外縁の樹脂表層から顔料までの厚みを任意に10カ所測定し、平均値を算出することにより求める。 The phrase "the entire surface of the pigment is covered with resin" means that the distance from the outer edge (particle surface) of the pigment-encapsulated emulsion resin particle to the pigment, i.e., the thickness of the resin, is 5 nm or more, and is preferably 5 nm or more and 50 nm or less, and more preferably 10 nm or more and 30 nm or less. The thickness of the resin is determined by observing 10 or more pigment-encapsulated emulsion resin particles using the above-mentioned observation method of pigment-encapsulated emulsion resin particles using a transmission electron microscope (TEM), measuring the thickness from the resin surface layer on the outer edge of each particle to the pigment at 10 random locations, and calculating the average value.
特許文献1~4では、被覆顔料やマイクロカプセル化顔料が提案されているが、樹脂エマルション内に顔料が覆われた形態ではなく、本発明における顔料内包化エマルション樹脂粒子とは異なるものである。 Patent documents 1 to 4 propose coated pigments and microencapsulated pigments, but these are not pigments covered in a resin emulsion and are different from the pigment-encapsulated emulsion resin particles of the present invention.
顔料内包化エマルション樹脂粒子を製造する際には、顔料内包化エマルション樹脂粒子の他に顔料を有しないエマルション樹脂粒子(以下「顔料未内包エマルション樹脂粒子」という。)も製造される。顔料内包化エマルション樹脂粒子の存在量は、目的に応じて顔料内包化エマルション樹脂粒子と顔料未内包エマルション樹脂粒子との比率を適宜選択することによって調整することができる。前記顔料内包化エマルション樹脂粒子の存在量としては、50nm以上の粒子を3つ以上含む視野の画像を5枚以上取得し、50nm以上の前記粒子に対する前記顔料内包化エマルション樹脂粒子の個数が占める割合が30%以上であることが好ましく、50%以上であることがさらに好ましい。また、顔料内包化エマルション樹脂粒子中には顔料一次粒子を二個以上含有することが好ましい。このように、粒子中の顔料密度が増加することで、画像濃度が向上する。 When producing pigment-encapsulated emulsion resin particles, in addition to the pigment-encapsulated emulsion resin particles, emulsion resin particles that do not have a pigment (hereinafter referred to as "non-pigment-encapsulated emulsion resin particles") are also produced. The amount of pigment-encapsulated emulsion resin particles can be adjusted by appropriately selecting the ratio of pigment-encapsulated emulsion resin particles to non-pigment-encapsulated emulsion resin particles depending on the purpose. The amount of pigment-encapsulated emulsion resin particles is preferably 30% or more, more preferably 50% or more, by obtaining five or more images of a field of view that includes three or more particles of 50 nm or more. In addition, it is preferable that the pigment-encapsulated emulsion resin particles contain two or more primary pigment particles. In this way, the pigment density in the particles increases, thereby improving the image density.
前記顔料内包化エマルション樹脂粒子の形態は、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)にて観察することができる。
透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた顔料内包化エマルション樹脂粒子の観察は、例えば、以下のように行う。まず、顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む水系分散体を、固形分濃度が0.1質量%となるようにイオン交換水で希釈して試料液を作製する。次いで、親水化処理を行ったコロジオン膜貼付メッシュ(日新EM社製コロジオン膜貼付メッシュ Cu150メッシュ)上に、試料液を、マイクロピペットを用いて1μL載せ、すぐに三角形に切ったろ紙で試料液を吸い取る。次いで、10倍に希釈したEMステイナーを、マイクロピペットを用いて1μL載せ、すぐに三角形に切ったろ紙で試料液を吸い取る。減圧乾燥の後、透過型電子顕微鏡(日本電子株式会社製JEM-2100F)にて、加速電圧200kV、倍率40000倍で観察を行う。
The morphology of the pigment-encapsulating emulsion resin particles can be observed, for example, with a transmission electron microscope (TEM).
Observation of pigment-encapsulated emulsion resin particles using a transmission electron microscope (TEM) is performed, for example, as follows. First, a water-based dispersion containing pigment-encapsulated emulsion resin particles is diluted with ion-exchanged water so that the solid content concentration is 0.1% by mass to prepare a sample solution. Next, 1 μL of the sample solution is placed using a micropipette on a hydrophilically treated collodion film-attached mesh (Nisshin EM Co., Ltd. Collodion Film-attached Mesh Cu150 Mesh), and the sample solution is immediately absorbed with a triangular cut filter paper. Next, 1 μL of EM stainer diluted 10 times is placed using a micropipette, and the sample solution is immediately absorbed with a triangular cut filter paper. After drying under reduced pressure, observation is performed using a transmission electron microscope (JEM-2100F manufactured by JEOL Ltd.) at an accelerating voltage of 200 kV and a magnification of 40,000 times.
前記顔料内包化エマルション樹脂粒子と顔料未内包エマルション樹脂粒子との比率を顔料未内包エマルション樹脂粒子比率と定義し、以下のようにして算出する。
上記透過型電子顕微鏡(TEM)による顔料内包化エマルション樹脂粒子の観察手法に従って50nm以上の粒子を3つ以上含む視野の画像を5枚以上取得する。各画像に対して、顔料内包化エマルション樹脂粒子の個数及び顔料未内包エマルション樹脂粒子の個数をカウントし、下記式(1)より顔料未内包エマルション樹脂粒子比率を算出する。
According to the above-mentioned observation method of pigment-encapsulated emulsion resin particles by transmission electron microscope (TEM), five or more images of a field of view including three or more particles of 50 nm or more are obtained. For each image, the number of pigment-encapsulated emulsion resin particles and the number of non-pigment-encapsulated emulsion resin particles are counted, and the ratio of non-pigment-encapsulated emulsion resin particles is calculated by the following formula (1).
前記顔料内包化エマルション樹脂粒子は、球形であることが好ましく、粒子のアスペクト比が1.0以上1.7以下の範囲であることが好ましく、1.0以上1.5以下であることがより好ましく、1.0以上1.2以下であることがさらに好ましい。
顔料内包化エマルション樹脂粒子のアスペクト比は、上記透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた顔料内包化エマルション樹脂粒子の観察によって取得した画像の画像処理によって求めた。具体的には、観察位置を任意に変えて顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む視野の画像を複数枚取得し、他の粒子との重なりのない顔料内包化エマルション樹脂粒子を画像解析ソフト(アメリカ国立衛生研究所製、ImageJ)を用いて二値化により抽出し、粒子解析を行った。最近似楕円の長軸/短軸をアスペクト比とし、20粒子の平均値を算出した。
The pigment-encapsulating emulsion resin particles are preferably spherical, and the aspect ratio of the particles is preferably in the range of 1.0 to 1.7, more preferably 1.0 to 1.5, and even more preferably 1.0 to 1.2.
The aspect ratio of the pigment-encapsulated emulsion resin particles was determined by image processing of the image obtained by observing the pigment-encapsulated emulsion resin particles using the above-mentioned transmission electron microscope (TEM). Specifically, the observation position was arbitrarily changed to obtain multiple images of the visual field including the pigment-encapsulated emulsion resin particles, and the pigment-encapsulated emulsion resin particles that did not overlap with other particles were extracted by binarization using image analysis software (ImageJ, manufactured by the National Institutes of Health, USA), and particle analysis was performed. The major axis/minor axis of the most approximate ellipse was taken as the aspect ratio, and the average value of 20 particles was calculated.
前記顔料内包化エマルション樹脂粒子の一粒子に含まれる顔料の一次粒子の個数は、二個以上であることが好ましい。一粒子に複数の顔料を含むことで、十分な画像濃度を達成可能な分散体を作製できる。 The number of primary pigment particles contained in each particle of the pigment-encapsulated emulsion resin particles is preferably two or more. By containing multiple pigments in one particle, a dispersion that can achieve sufficient image density can be produced.
<顔料露出率>
顔料内包化の程度は、内包化されずに露出している顔料(顔料露出率)を定量することによって評価する。前記顔料露出率の算出方法は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて行うことができる。前記顔料露出率の具体的な算出方法は以下のとおりである。
顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む水系分散体を、固形分濃度が10.75質量%となるように調製する。次いで、前記水系分散体を塗工紙に塗工し、25℃で乾燥して得られた膜を導電性処理せずに走査型電子顕微鏡(加速電圧0.75kV、反射電子検出器、倍率20000倍)にて観察する。
この観察手法により、カーボンブラックと、樹脂の反射電子放出量の違いから、SEM像のコントラストの違いにより露出顔料を見分けることが可能である。20000倍における塗工膜表面の顔料が占める面積の割合が、全体の8%以下であることが好ましく、さらに好ましくは5%以下であることが好ましい。
塗工膜表面の顔料が占める面積は、SEM観察像の二値化によって求められ、3視野以上の平均を取ることが好ましい。この観察条件において、チャージアップにより観察不能なものは、顔料露出率が低い傾向にあり、顔料露出率3%以下の際に観測されやすい。
<Pigment exposure rate>
The degree of pigment encapsulation is evaluated by quantifying the amount of pigment that is not encapsulated and is exposed (pigment exposure rate). The pigment exposure rate can be calculated, for example, using a scanning electron microscope (SEM). The specific method for calculating the pigment exposure rate is as follows.
An aqueous dispersion containing pigment-encapsulated emulsion resin particles is prepared so that the solid content concentration is 10.75% by mass. The aqueous dispersion is then applied to coated paper and dried at 25° C. to obtain a film, which is observed under a scanning electron microscope (accelerating voltage 0.75 kV, backscattered electron detector, magnification 20,000 times) without being subjected to a conductive treatment.
This observation method makes it possible to distinguish the exposed pigment from the contrast of the SEM image due to the difference in the amount of reflected electron emission between the carbon black and the resin. The ratio of the area occupied by the pigment on the coating film surface at 20,000 times magnification is preferably 8% or less of the total area, and more preferably 5% or less.
The area of the coating film surface occupied by the pigment is determined by binarizing the SEM observation image, and it is preferable to take the average of three or more visual fields. Under these observation conditions, those that cannot be observed due to charge-up tend to have a low pigment exposure rate, and are easily observed when the pigment exposure rate is 3% or less.
また、顔料の露出の程度は、電気力顕微鏡(EFM)を用いても確認することができる。具体的な方法は以下である。
顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む水系分散体を、固形分濃度が10.75質量%となるようにイオン交換水を用いて調製する。次いで、塗工紙(ルミアートグロス130)に0.15mmバーコーターにて塗工し、25℃で乾燥する。この塗工膜を切り出し、走査プローブ型電子顕微鏡(SPM)にて以下の条件で観察する。
装置:Bruker製DimensionIcon
カンチレバー:オリンパス製OMCL-AC240TM
測定モード:電気力顕微鏡(EFM)モード
TipBias:5V
Lift:20nm
観察範囲:5μm四方
The degree of pigment exposure can also be confirmed using an electric force microscope (EFM) as follows.
An aqueous dispersion containing pigment-encapsulated emulsion resin particles is prepared using ion-exchanged water so that the solid content concentration is 10.75% by mass. Then, the dispersion is coated on coated paper (Lumia Art Gloss 130) using a 0.15 mm bar coater and dried at 25° C. The coating film is cut out and observed under the following conditions using a scanning probe electron microscope (SPM).
Equipment: Bruker Dimension Icon
Cantilever: Olympus OMCL-AC240TM
Measurement mode: Electric force microscope (EFM) mode TipBias: 5V
Lift: 20 nm
Observation area: 5 μm square
この観察手法により、カーボンブラックと、樹脂の電気特性の違いから、電気力像のコントラストの違いにより露出顔料を見分けることが可能である。5μm四方における塗工膜表面の顔料が占める面積の割合が、全体の8%以下であることが好ましく、さらに好ましくは5%以下であることが好ましい。 This observation technique makes it possible to distinguish exposed pigments from carbon black and resins due to differences in the electrical properties and the difference in the contrast of the electric force image. It is preferable that the proportion of the area of the coating film surface occupied by pigments in a 5 μm square is 8% or less of the total area, and more preferably 5% or less.
前記顔料内包化エマルション樹脂粒子を用いて形成した画像は、顔料が露出していない。このため、画像形成後の加熱乾燥工程において、顔料が凝集することがなく、塗工膜の表面粗さを低下させることができる。前記塗工膜の表面粗さは20nm以下が好ましく、10nm以下がさらに好ましく、5nm以下がさらに好ましい。20nm以下とすることで、光の散乱を抑制し、画像濃度を向上させることができる。 In an image formed using the pigment-encapsulated emulsion resin particles, the pigment is not exposed. Therefore, in the heat drying process after image formation, the pigment does not aggregate, and the surface roughness of the coating film can be reduced. The surface roughness of the coating film is preferably 20 nm or less, more preferably 10 nm or less, and even more preferably 5 nm or less. By making it 20 nm or less, light scattering can be suppressed and image density can be improved.
<表面粗さ>
前記塗工膜の表面粗さは走査型プローブ顕微鏡(SPM)を用いて、以下のようにして算出する。まず、顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む水系分散体を、固形分濃度が10.75%となるようにイオン交換水を用いて調製する。次いで、塗工紙(ルミアートグロス130)に0.15mmバーコーターにて塗工し、100℃のオーブンで5分間加熱乾燥する。この塗工膜を切り出し、以下の条件で観察を行い、表面粗さを算出する。観察は三視野行い、表面粗さの平均値を求める。
装置:走査プローブ型顕微鏡(Bruker製DimensionIcon)
カンチレバー:オリンパス製OMCL-AC240TS
測定モード:タッピングモード
観察範囲:2μm四方
<Surface roughness>
The surface roughness of the coating film is calculated using a scanning probe microscope (SPM) as follows. First, an aqueous dispersion containing pigment-encapsulated emulsion resin particles is prepared using ion-exchanged water so that the solid content concentration is 10.75%. Next, the coating is applied to coated paper (Lumia Art Gloss 130) using a 0.15 mm bar coater, and heated and dried in an oven at 100°C for 5 minutes. This coating film is cut out and observed under the following conditions to calculate the surface roughness. Observation is performed in three fields of view to determine the average surface roughness.
Equipment: Scanning probe microscope (Dimension Icon manufactured by Bruker)
Cantilever: Olympus OMCL-AC240TS
Measurement mode: Tapping mode Observation range: 2 μm square
<粗大粒子数>
粗大粒子とは水系分散体中の1μm以上の粒子をいう。そして、本発明における粗大粒子数とは、固形分濃度1%に換算したときの前記水系分散体5μL中に含まれる1μm以上の粒子の個数を言う。
顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む水系分散体中の粗大粒子数は、固形分濃度1%の分散体5μL中の1μm以上の粒子が10万個以下であることが好ましく、5万個以下であることがより好ましく、1万個以下であることがさらに好ましい。粗大粒子数が減ることで、粒子の沈降が起こりにくく、保存安定性が向上する。粗大粒子数の測定は、例えば、日本インテグリス合同会社製個数カウント式粒度分布装置AccuSizerを用いて、以下のように行う。まず、顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む水系分散体を、イオン交換水を用いて測定可能範囲内に入るまで希釈し、測定する。測定結果より、固形分濃度1%に換算したときの前記水系分散体5μL中に1μm以上の粒子が何個あったかを算出し、これを粗大粒子数とする。
<Number of coarse particles>
The term "coarse particles" refers to particles having a size of 1 μm or more in an aqueous dispersion. The number of coarse particles in the present invention refers to the number of particles having a size of 1 μm or more contained in 5 μL of the aqueous dispersion when converted into a solid content concentration of 1%.
The number of coarse particles in the aqueous dispersion containing the pigment-encapsulated emulsion resin particles is preferably 100,000 or less, more preferably 50,000 or less, and even more preferably 10,000 or less, of particles of 1 μm or more in 5 μL of the dispersion with a solid content concentration of 1%. By reducing the number of coarse particles, the particles are less likely to settle, and the storage stability is improved. The number of coarse particles is measured, for example, using a number-counting particle size distribution device AccuSizer manufactured by Nippon Integris LLC as follows. First, the aqueous dispersion containing the pigment-encapsulated emulsion resin particles is diluted with ion-exchanged water until it is within the measurable range, and then measured. From the measurement results, the number of particles of 1 μm or more in 5 μL of the aqueous dispersion when converted to a solid content concentration of 1% is calculated, and this is the number of coarse particles.
<50%累積体積粒径(D50)>
前記顔料内包化エマルション樹脂粒子の粒子径は、50%累積体積粒径(D50)が30nm以上300nm以下であることが好ましく、60nm以上200nm以下であることがより好ましく、70nm以上150nm以下がさらに好ましい。、粒子径が30nm以上であると、液粘度が低下することで分散安定性に優れる。また、粒子径が300nm以下であると、粒子の沈降を抑制し、粒子としての保存安定性が良好となる。顔料内包化エマルション樹脂粒子の粒子径の評価装置としては特に制限はないが、例えば、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(LA-960、堀場製作所社製)を用いて50%累積体積粒径(D50)を測定することが好ましい。
以下では、「50%累積体積粒径(D50)」を「D50」ということがある。
<50% cumulative volume particle size (D50)>
The particle diameter of the pigment-encapsulated emulsion resin particles is preferably 30 nm or more and 300 nm or less, more preferably 60 nm or more and 200 nm or less, and even more preferably 70 nm or more and 150 nm or less, in terms of 50% cumulative volume particle diameter (D50). When the particle diameter is 30 nm or more, the liquid viscosity is reduced, resulting in excellent dispersion stability. Furthermore, when the particle diameter is 300 nm or less, the settling of the particles is suppressed, resulting in good storage stability as particles. There are no particular limitations on the device for evaluating the particle diameter of the pigment-encapsulated emulsion resin particles, but it is preferable to measure the 50% cumulative volume particle diameter (D50) using, for example, a laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring device (LA-960, manufactured by Horiba, Ltd.).
Hereinafter, "50% cumulative volume particle size (D50)" may be referred to as "D50".
<顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む水系分散体の製造方法>
本発明における顔料内包化エマルション樹脂粒子は、顔料を樹脂で内包化したエマルション樹脂粒子である。顔料内包化樹脂エマルション樹脂粒子を含む水系分散体の製造方法は特に制限はないが、例えば、下記工程1~工程5を有する。
工程1:顔料、有機溶剤及び必要に応じて顔料分散剤を混合し、顔料のD50が10nm以上150nm以下である顔料プレ分散体を得る工程
工程2:工程1で得られた顔料プレ分散体と樹脂とを混合し、顔料分散樹脂溶液を得る工程
工程3:工程2で得られた顔料分散樹脂溶液と水とを混合して、顔料を樹脂で内包化した顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む分散液を得る工程
工程4:工程3で得られた顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む分散液から有機溶剤を除去して顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む水系分散体を得る工程
工程5:工程4で得られた水系分散体から、顔料未内包エマルション樹脂粒子および粗大粒子を分離除去する工程
<Method for producing aqueous dispersion containing pigment-encapsulated emulsion resin particles>
The pigment-encapsulated emulsion resin particles in the present invention are emulsion resin particles in which a pigment is encapsulated in a resin. The method for producing an aqueous dispersion containing pigment-encapsulated emulsion resin particles is not particularly limited, and may include, for example, the following steps 1 to 5.
Step 1: A step of mixing a pigment, an organic solvent, and, if necessary, a pigment dispersant to obtain a pigment pre-dispersion having a pigment D50 of 10 nm or more and 150 nm or less. Step 2: A step of mixing the pigment pre-dispersion obtained in step 1 with a resin to obtain a pigment dispersion resin solution. Step 3: A step of mixing the pigment dispersion resin solution obtained in step 2 with water to obtain a dispersion liquid containing pigment-encapsulated emulsion resin particles in which the pigment is encapsulated in the resin. Step 4: A step of removing the organic solvent from the dispersion liquid containing pigment-encapsulated emulsion resin particles obtained in step 3 to obtain an aqueous dispersion containing pigment-encapsulated emulsion resin particles. Step 5: A step of separating and removing non-pigment-encapsulated emulsion resin particles and coarse particles from the aqueous dispersion obtained in step 4.
次に、上記工程1~工程5の各工程について詳細に説明する。
(工程1)
工程1は顔料プレ分散体を得る工程である。
工程1にて得られる顔料プレ分散体は、有機溶剤、顔料、必要に応じて顔料分散剤、その他成分を用いて顔料を分散し、粒径を調整して得られる。工程1において使用される装置に特に制限はないが、分散は分散機を用いるとよい。
前記顔料プレ分散体に使用される有機溶剤は、工程2における樹脂を溶解することができるものであれば特に制限はなく、該有機溶剤としては、例えば、メチルエチルケトン、アセトン等のケトン類および、テトラヒドロフラン等のエーテル類が好ましい。
Next, each of the above steps 1 to 5 will be described in detail.
(Step 1)
Step 1 is a step of obtaining a pigment pre-dispersion.
The pigment pre-dispersion obtained in step 1 is obtained by dispersing the pigment using an organic solvent, a pigment, and optionally a pigment dispersant and other components, and adjusting the particle size. There are no particular limitations on the device used in step 1, but it is preferable to use a dispersing machine for dispersion.
The organic solvent used for the pigment pre-dispersion is not particularly limited as long as it can dissolve the resin in step 2. As the organic solvent, for example, ketones such as methyl ethyl ketone and acetone, and ethers such as tetrahydrofuran are preferable.
前記顔料プレ分散体における顔料の粒径については特に制限はないが、前記顔料内包化エマルション樹脂粒子の粒子径を小さくすることができる点から、D50が10nm以上150nm以下であることが好ましく、20nm以上120nm以下であることがより好ましい。顔料の粒子径は、ゼータ電位・粒子計測システム(ELSZ-1000、大塚電子株式会社製)を用いて測定することができる。前記顔料プレ分散体における顔料の含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記顔料プレ分散体における顔料と顔料分散剤の比率は、特に制限はないが、顔料プレ分散体の分散性を高める点から、顔料と顔料分散剤の比率が4:0.2~4:4が好ましく、4:0.5~4:3がより好ましい。
前記顔料プレ分散体は、必要に応じて、フィルター、遠心分離装置などで粗大粒子を分離除去することが好ましい。
The particle size of the pigment in the pigment pre-dispersion is not particularly limited, but from the viewpoint of reducing the particle size of the pigment-encapsulated emulsion resin particles, D50 is preferably 10 nm or more and 150 nm or less, and more preferably 20 nm or more and 120 nm or less. The particle size of the pigment can be measured using a zeta potential particle measurement system (ELSZ-1000, manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.). The content of the pigment in the pigment pre-dispersion is not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the purpose. The ratio of the pigment to the pigment dispersant in the pigment pre-dispersion is not particularly limited, but from the viewpoint of increasing the dispersibility of the pigment pre-dispersion, the ratio of the pigment to the pigment dispersant is preferably 4:0.2 to 4:4, and more preferably 4:0.5 to 4:3.
It is preferable to separate and remove coarse particles from the pigment pre-dispersion using a filter, a centrifugal separator or the like, as necessary.
前記顔料プレ分散体の製造方法としては、必要に応じて顔料分散剤を有機溶剤中に溶解、あるいは懸濁させ、顔料を投入し攪拌した後、一般に用いられる公知の分散機を用いて製造することができる。公知の分散機としては、例えば、アンカー翼、ディスパー翼、ホモミキサー、ボールミル、ロールミル、ビーズミル、サンドミル、アトライター、パールミル、ダイノーミル、高圧ホモジナイザー、超音波分散機、アジテーターミル、ペイントシェーカー、グレンミル、コボルミル、ジェットミル等があげられる。これらの中では、ロールミル、ビーズミル、サンドミル、ダイノーミル、高圧ホモジナイザー、ペイントシェーカーが分散効率の点で好ましく用いられる。 The pigment pre-dispersion can be produced by dissolving or suspending the pigment dispersant in an organic solvent as necessary, adding the pigment and stirring, and then using a commonly used known dispersing machine. Examples of known dispersing machines include anchor blades, dispersing blades, homomixers, ball mills, roll mills, beads mills, sand mills, attritors, pearl mills, dyno mills, high-pressure homogenizers, ultrasonic dispersers, agitator mills, paint shakers, grain mills, cobol mills, and jet mills. Of these, roll mills, beads mills, sand mills, dyno mills, high-pressure homogenizers, and paint shakers are preferably used in terms of dispersion efficiency.
(工程2)
工程2は、工程1で得られた顔料プレ分散体と樹脂とを混合して、顔料分散樹脂溶液を得る工程である。
工程2にて得られる顔料分散樹脂溶液は、工程1で得られた顔料プレ分散体と樹脂および必要に応じて塩基性化合物、有機溶剤、添加剤とを混合し、攪拌することで得られる。工程2において使用される混合攪拌装置には特に制限はないが、工程1について記述した装置があげられる。これらの中では、アンカー翼もしくはディスパー翼を備えた高速攪拌装置が高粘度溶液の均一攪拌ならびに樹脂粉体を効率よく溶解させる点で好ましく用いられる。
(Step 2)
Step 2 is a step of mixing the pigment pre-dispersion obtained in step 1 with a resin to obtain a pigment dispersion resin solution.
The pigment dispersion resin solution obtained in step 2 is obtained by mixing and stirring the pigment pre-dispersion obtained in step 1 with a resin, and optionally a basic compound, an organic solvent, and an additive. There are no particular limitations on the mixing and stirring device used in step 2, but examples include the devices described for step 1. Among these, a high-speed stirring device equipped with an anchor blade or a dispersing blade is preferably used in terms of uniform stirring of a high-viscosity solution and efficient dissolution of resin powder.
前記顔料分散樹脂溶液の調整手順には特に制限はなく、工程1で得られた顔料プレ分散体に樹脂を加えても良いし、樹脂を有機溶剤に可溶化した後に加えてもよい。
前記顔料分散樹脂溶液における顔料の粒径は、上述した工程1で得られる顔料プレ分散体中の顔料粒子と同様の粒子径が好ましく、工程1と工程2で変化を生じないことがより好ましい。
The procedure for preparing the pigment dispersion resin solution is not particularly limited. The resin may be added to the pigment pre-dispersion obtained in step 1, or may be added after the resin is solubilized in an organic solvent.
The particle size of the pigment in the pigment dispersion resin solution is preferably the same as that of the pigment particles in the pigment pre-dispersion obtained in step 1 above, and it is more preferable that there is no change between steps 1 and 2.
前記顔料分散樹脂溶液の水分含有量は、20質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましく、3質量%以下がさらに好ましい。前記顔料分散樹脂溶液に対する水含有量が20質量%より多いと、顔料の分散安定性が悪化することで凝集体が発生し、工程3にて得られる顔料内包化エマルション樹脂粒子が粗大化する可能性がある。 The water content of the pigment dispersion resin solution is preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and even more preferably 3% by mass or less. If the water content of the pigment dispersion resin solution is more than 20% by mass, the dispersion stability of the pigment may deteriorate, causing aggregates to form, and the pigment-encapsulated emulsion resin particles obtained in step 3 may become coarse.
前記樹脂は工程3において顔料を内包化するのに用いられ、自己乳化型の樹脂であることが好ましい。自己乳化型樹脂とは、樹脂溶液と水との攪拌混合攪拌により乳化状態を形成可能な樹脂のことであり、自己乳化型樹脂としては、ノニオン性やアニオン性、カチオン性の親水性基を有することが好ましく、アニオン性であることがより好ましい。
前記樹脂がアニオン性の自己乳化型樹脂である場合、前記樹脂が水性媒体中でエマルションを形成し、水性媒体中での分散安定性を保つためにアニオン性基の一部ないしは全部を塩基性化合物で中和することが好ましい。
The resin is used to encapsulate the pigment in step 3, and is preferably a self-emulsifying resin. The self-emulsifying resin is a resin that can form an emulsified state by stirring and mixing a resin solution with water, and the self-emulsifying resin preferably has a nonionic, anionic, or cationic hydrophilic group, and more preferably is anionic.
When the resin is an anionic self-emulsifying resin, it is preferable that the resin forms an emulsion in an aqueous medium and that some or all of the anionic groups are neutralized with a basic compound in order to maintain dispersion stability in the aqueous medium.
前記樹脂に対する前記顔料の質量比(P/R)は、樹脂1に対して0.2以上0.75以下が好ましく、0.3以上0.6以下がより好ましい。前記樹脂に対する顔料の比率が0.2以上であると、顔料濃度が適切であり、印字画像濃度が優れる。また、前記樹脂に対する顔料の比率が0.75以下であると、顔料の大部分を樹脂で内包化することができ、加熱乾燥後の塗工膜の表面粗さを抑制することで画像濃度が良好となる。樹脂に対する顔料比率は、仕込み比率もしくは得られた分散体から算出できる。 The mass ratio of the pigment to the resin (P/R) is preferably 0.2 to 0.75, more preferably 0.3 to 0.6, relative to 1 resin. When the pigment to resin ratio is 0.2 or more, the pigment concentration is appropriate and the printed image density is excellent. When the pigment to resin ratio is 0.75 or less, most of the pigment can be encapsulated in the resin, and the surface roughness of the coating film after heat drying is suppressed, resulting in good image density. The pigment to resin ratio can be calculated from the charge ratio or the obtained dispersion.
分散体からの樹脂に対する顔料の質量比(P/R)の算出は、例えば、熱重量示差熱分析装置(TG-DTA)を用いて分散体乾固膜の熱分析により行うことができる。具体的には、分散体の乾固膜を熱重量示差熱分析装置により、窒素ガス雰囲気下で樹脂の熱分解温度まで昇温、保持し、分解した重量を樹脂、残差の重量を顔料として算出することができる。また、窒素ガス雰囲気下での熱分解では完全に樹脂を分解できないような高耐熱性の樹脂は、加熱減量と樹脂に対する顔料比率の検量線を用いて算出することができる。具体的には、任意の比率で混合した顔料と樹脂の混合物を複数作成し、それぞれの混合物を一定の温度まで昇温、保持することで、上記検量線を作成し、未知サンプル測定結果より得られる減量率を基に樹脂に対する顔料の比率を算出することができる。 The mass ratio (P/R) of the pigment to the resin from the dispersion can be calculated by, for example, thermal analysis of the dried-solid dispersion film using a thermogravimetric differential thermal analyzer (TG-DTA). Specifically, the dried-solid dispersion film can be heated to the thermal decomposition temperature of the resin in a nitrogen gas atmosphere using a thermogravimetric differential thermal analyzer, and the decomposed weight can be calculated as the resin and the residual weight as the pigment. In addition, for highly heat-resistant resins that cannot be completely decomposed by thermal decomposition in a nitrogen gas atmosphere, the heat loss can be calculated using a calibration curve of the heat loss and the pigment to resin ratio. Specifically, multiple mixtures of pigment and resin mixed at any ratio are prepared, and each mixture is heated to a certain temperature and maintained at that temperature, and the above calibration curve can be created, and the ratio of pigment to resin can be calculated based on the weight loss rate obtained from the measurement results of unknown samples.
前記顔料分散樹脂溶液における樹脂(R:Resin)と有機溶剤(S:Solvent)の質量比(R/S)は、1.2以上3.0以下が好ましく、1.4以上2.0以下がより好ましい。前記有機溶剤に対する樹脂の比率が1.2以上であると、工程3における樹脂の乳化速度が速くなり、顔料内包化エマルション樹脂粒子の小粒径化を可能とする。また、前記有機溶剤に対する樹脂の比率が3.0以下であると、反応系内の高粘度化を抑制し、攪拌効率が良好になることで粗大粒子の生成を抑制できる。 The mass ratio (R/S) of the resin (R: resin) to the organic solvent (S: solvent) in the pigment dispersion resin solution is preferably 1.2 or more and 3.0 or less, more preferably 1.4 or more and 2.0 or less. When the ratio of resin to the organic solvent is 1.2 or more, the emulsification speed of the resin in step 3 is increased, making it possible to reduce the particle size of the pigment-encapsulated emulsion resin particles. Furthermore, when the ratio of resin to the organic solvent is 3.0 or less, the increase in viscosity in the reaction system is suppressed, and the stirring efficiency is improved, thereby suppressing the generation of coarse particles.
(工程3)
工程3は顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む分散液を得る工程である。
工程3にて得られる分散液は、工程2で得られた顔料分散樹脂溶液と水との混合により得られる。工程3において使用される混合攪拌装置には特に制限はないが、工程1にて記述した装置があげられる。これらの中では、アンカー翼もしくはディスパー翼を備えた高速攪拌装置が高粘度溶液における均一攪拌の点で好ましく、分散にかかるエネルギーが高い場合には生成した顔料内包化エマルション樹脂粒子が破砕されることで内包化形態を維持できないことがある。
(Step 3)
Step 3 is a step of obtaining a dispersion liquid containing pigment-encapsulated emulsion resin particles.
The dispersion liquid obtained in step 3 is obtained by mixing the pigment dispersion resin solution obtained in step 2 with water. There are no particular limitations on the mixing and stirring device used in step 3, but examples include the devices described in step 1. Among these, a high-speed stirring device equipped with an anchor blade or a disperser blade is preferred in terms of uniform stirring in a high-viscosity solution, and if the energy required for dispersion is high, the generated pigment-encapsulated emulsion resin particles may be crushed, making it impossible to maintain the encapsulated form.
前記顔料分散樹脂溶液と水との混合手順には特に制限はないが、顔料分散樹脂溶液中に水を加えるのが好ましい。また、水の添加速度としては、樹脂100質量部に対して10部質量部/min以上1000質量部/min以下が好ましく、30質量部/min以上500質量部/min以下がより好ましい。前記水の添加速度が10質量部/min以上1000質量部/min以下であると、系内の顔料凝集を抑制することで顔料内包化エマルション樹脂粒子の粗大化を抑制できる。 There are no particular limitations on the procedure for mixing the pigment dispersion resin solution with water, but it is preferable to add water to the pigment dispersion resin solution. The rate at which water is added is preferably 10 parts by mass/min or more and 1,000 parts by mass/min or less, and more preferably 30 parts by mass/min or more and 500 parts by mass/min or less, relative to 100 parts by mass of resin. When the rate at which water is added is 10 parts by mass/min or more and 1,000 parts by mass/min or less, pigment aggregation in the system can be suppressed, thereby suppressing coarsening of the pigment-encapsulated emulsion resin particles.
前記水の添加量は、顔料内包化エマルション樹脂粒子の分散安定性の観点から、工程2で用いた樹脂100質量部に対して70質量部以上700質量部以下であることが好ましく、100質量部以上500質量部以下であることが好ましい。
また、工程3における反応温度は20℃以上80℃以下が好ましく、30℃以上60℃以下がより好ましい。
From the viewpoint of dispersion stability of the pigment-encapsulated emulsion resin particles, the amount of water added is preferably 70 parts by mass or more and 700 parts by mass or less, and more preferably 100 parts by mass or more and 500 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the resin used in step 2.
The reaction temperature in step 3 is preferably 20° C. or higher and 80° C. or lower, and more preferably 30° C. or higher and 60° C. or lower.
(工程4)
工程4は顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む水系分散体を得る工程である。
工程4にて得られる水系分散体は、工程3で得られた顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む分散液から有機溶剤を除去することで得られる。
工程3で得られた分散液から有機溶剤を除去する方法としては特に制限はなく公知の除去装置が使用できるが、減圧下にて有機溶剤の沸点以上の温度にて加熱することが好ましく、例えば、ロータリーエバポレーターを使用することができる。
上記減圧下としては、200mmHg以下が好ましく、100mmHg以下がより好ましい。また、加熱温度としては20℃以上80℃以下が好ましく、より好ましくは30℃以上60℃以下である。
(Step 4)
Step 4 is a step of obtaining an aqueous dispersion containing pigment-encapsulated emulsion resin particles.
The aqueous dispersion obtained in the step 4 is obtained by removing the organic solvent from the dispersion liquid containing the pigment-encapsulated emulsion resin particles obtained in the step 3.
The method for removing the organic solvent from the dispersion obtained in step 3 is not particularly limited, and a known removal device can be used. However, it is preferable to heat the organic solvent at a temperature equal to or higher than the boiling point of the organic solvent under reduced pressure. For example, a rotary evaporator can be used.
The reduced pressure is preferably 200 mmHg or less, more preferably 100 mmHg or less, and the heating temperature is preferably 20° C. or more and 80° C. or less, more preferably 30° C. or more and 60° C. or less.
(工程5)
工程5は工程4で得られた水系分散体から、顔料未内包エマルション樹脂粒子および粗大粒子を分離除去する工程である。
分離除去方法は特に制限はなく公知の方法が使用できるが、メンブレンフィルターによるろ過と遠心分離との組み合わせが好ましい。
メンブレンフィルターによるろ過を行うことで、インクジェット吐出時の安定性を担保することができる。メンブレンフィルターの孔径は、使用するインクジェットヘッドのノズル径に合わせて選択する。
遠心分離を用いることで、顔料未内包樹脂粒子及び粗大粒子を系内から取り除くことができる。これにより、該水系分散体に含まれる粒子の粒径や密度が均一になり、粒子の浮上や沈降といった分散不安定化が起きづらくなる。
その他の手法として、限外ろ過膜や精密ろ過膜による分離も、好適に使用しうる。
(Step 5)
Step 5 is a step of separating and removing the emulsion resin particles not encapsulating the pigment and coarse particles from the aqueous dispersion obtained in step 4.
The method for separation and removal is not particularly limited and any known method can be used, but a combination of filtration through a membrane filter and centrifugation is preferred.
Filtration through a membrane filter can ensure stability during inkjet ejection. The pore size of the membrane filter is selected according to the nozzle diameter of the inkjet head to be used.
By using centrifugation, it is possible to remove resin particles not containing pigment and coarse particles from the system, which makes the particle size and density of the particles contained in the aqueous dispersion uniform, and makes it difficult for dispersion instability, such as floating or settling of particles, to occur.
As another method, separation using an ultrafiltration membrane or a microfiltration membrane can also be suitably used.
<樹脂>
樹脂としては特に制限はないが自己乳化型樹脂が好ましく、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル系樹脂などが挙げられる。自己乳化型樹脂はアニオン性基を持つことが好ましく、アニオン性基としては、例えば、カルボキシル基、カルボキシレート基、スルホン酸基、スルホネート基などが挙げられる。これらの中でも、一部又は全部、特に好ましくは全部が塩基性化合物等により中和されたカルボキシレート基やスルホネート基を使用することが好ましい。
<Resin>
The resin is not particularly limited, but a self-emulsifying resin is preferred, and examples of the resin include polyester, polyurethane, and acrylic resins. The self-emulsifying resin preferably has an anionic group, and examples of the anionic group include a carboxyl group, a carboxylate group, a sulfonic acid group, and a sulfonate group. Among these, it is preferred to use a carboxylate group or a sulfonate group that is partially or completely, particularly preferably completely, neutralized with a basic compound or the like.
アニオン性基の中和に使用可能な中和剤としては、例えば、アンモニア、トリエチルアミン、ピリジン、モルホリン等の有機アミンや、モノエタノールアミン等のアルカノールアミン等の塩基性化合物、Na、K、Li、Ca等を含む金属塩基化合物などが挙げられる。
自己乳化型樹脂の酸価は、5mgKOH/g以上50mgKOH/g以下が好ましく、10mgKOH/g以上30mgKOH/g以下がより好ましい。前記酸価が5mgKOH/g以上であると、分散安定性が優れ、またその影響で粒子径が均一化され、分散および吐出性が良好となる。また、前記酸価が50mgKOH/g以下であると、親水性が適正であり、耐水性が向上し、粒子としての安定性が良好となる。
Examples of neutralizing agents that can be used to neutralize the anionic groups include basic compounds such as organic amines such as ammonia, triethylamine, pyridine, and morpholine, and alkanolamines such as monoethanolamine, and metal base compounds including Na, K, Li, and Ca.
The acid value of the self-emulsifying resin is preferably 5 mgKOH/g or more and 50 mgKOH/g or less, more preferably 10 mgKOH/g or more and 30 mgKOH/g or less. When the acid value is 5 mgKOH/g or more, the dispersion stability is excellent, and the particle size is uniformed due to the effect, and the dispersion and ejection properties are good. Also, when the acid value is 50 mgKOH/g or less, the hydrophilicity is appropriate, the water resistance is improved, and the stability as a particle is good.
前記酸価はカタログ値を使用してもよいし、測定により算出しても構わない。前記酸価の測定方法は、例えば、ポリエステルをテトラヒドロフラン(THF)溶液に入れ、0.1Mの水酸化カリウムメタノール溶液を用いて滴定することで、酸価を測定することができる。また、水系分散体における樹脂中のカルボキシル基が中和されている場合は、例えば、過剰の塩酸水溶液を加えて酸性溶液にした後に、クロロホルムで樹脂を抽出する。次いでろ過、遠心分離などにより顔料を除去した後に加熱もしくは減圧乾燥することで樹脂の乾固物を得る。得られた樹脂をTHFに溶解し、0.1Mの水酸化カリウムメタノール溶液を用いて滴定することでも、測定することができる。
以下自己乳化型樹脂として、例えばポリエステルについて詳細に説明する。
The acid value may be a catalog value or may be calculated by measurement. The acid value can be measured, for example, by putting the polyester into a tetrahydrofuran (THF) solution and titrating it with a 0.1M solution of potassium hydroxide in methanol. In addition, when the carboxyl group in the resin in the aqueous dispersion is neutralized, for example, an excess of hydrochloric acid is added to make an acidic solution, and then the resin is extracted with chloroform. Next, the pigment is removed by filtration, centrifugation, or the like, and then the resin is dried by heating or drying under reduced pressure to obtain a dried resin. The obtained resin can also be measured by dissolving it in THF and titrating it with a 0.1M solution of potassium hydroxide in methanol.
Hereinafter, a detailed description will be given of a self-emulsifying resin, for example, polyester.
(ポリエステル)
前記ポリエステルは、多価アルコールと、多価カルボン酸、多価カルボン酸無水物、多価カルボン酸エステル等の多価カルボン酸及び/又はその誘導体とを重縮合させて得られ、組成の一部あるいは全てに芳香族ユニットを有する。即ち、前記芳香族含有ポリエステルは、多価アルコールと、多価カルボン酸、多価カルボン酸無水物、多価カルボン酸エステル等の多価カルボン酸及び/又はその誘導体とを、構成成分として有する。
(polyester)
The polyester is obtained by polycondensation of a polyhydric alcohol with a polycarboxylic acid, such as a polycarboxylic acid, a polycarboxylic anhydride, or a polycarboxylic ester, and/or a derivative thereof, and has an aromatic unit in a part or all of its composition. That is, the aromatic-containing polyester has a polyhydric alcohol and a polycarboxylic acid, such as a polycarboxylic acid, a polycarboxylic anhydride, or a polycarboxylic ester, and/or a derivative thereof, as constituent components.
-多価アルコール成分-
前記多価アルコール成分としては、2価のアルコール(ジオール)、具体的には、炭素数2~36のアルキレングリコール(エチレングリコール、1,2-プロピレングリコール、1,3-プロピレングリコール、1,4-ブチレングリコール、1,6-ヘキサンジオール、トリメチロールプロパンなど);炭素数4~36のアルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコールなど);炭素数6~36の脂環式ジオール(1,4-シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなど);前記脂環式ジオールの炭素数2~4のアルキレンオキシド〔エチレンオキシド(以下EOと略記する)、プロピレンオキシド(以下POと略記する)、ブチレンオキシド(以下BOと略記する)など〕付加物(付加モル数1~30);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど)の炭素数2~4のアルキレンオキシド(EO、PO、BOなど)付加物(付加モル数2~30)などが挙げられる。
-Polyhydric alcohol component-
The polyhydric alcohol component may be a dihydric alcohol (diol), specifically, an alkylene glycol having 2 to 36 carbon atoms (ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-propylene glycol, 1,4-butylene glycol, 1,6-hexanediol, trimethylolpropane, etc.); an alkylene ether glycol having 4 to 36 carbon atoms (diethylene glycol, triethylene glycol, dipropylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polybutylene glycol, etc.); Examples of the alicyclic diols include: alicyclic diols having a carbon number of 2 to 36 (1,4-cyclohexanedimethanol, hydrogenated bisphenol A, etc.); adducts (number of moles added: 1 to 30) of the above-mentioned alicyclic diols with alkylene oxides having a carbon number of 2 to 4 (ethylene oxide (hereinafter abbreviated as EO), propylene oxide (hereinafter abbreviated as PO), butylene oxide (hereinafter abbreviated as BO), etc.); and adducts (number of moles added: 2 to 30) of bisphenols (bisphenol A, bisphenol F, bisphenol S, etc.) with alkylene oxides having a carbon number of 2 to 4 (EO, PO, BO, etc.).
また、前記の2価のジオールに加えて3価以上(3~8価またはそれ以上)のアルコール成分を含有してもよく、具体的には、炭素数3~36の3~8価又はそれ以上の脂肪族多価アルコール(アルカンポリオール及びその分子内若しくは分子間脱水物、例えば、グリセリン、トリエチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、ソルビタン、ポリグリセリン、ジペンタエリスリトール;糖類及びその誘導体、例えば庶糖及びメチルグルコシド;など);前記脂肪族多価アルコールの炭素数2~4のアルキレンオキシド(EO、PO、BOなど)付加物(付加モル数1~30);トリスフェノール類(トリスフェノールPAなど)の炭素数2~4のアルキレンオキシド(EO、PO、BOなど)付加物(付加モル数2~30);ノボラック樹脂(フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど:平均重合度3~60)の炭素数2~4のアルキレンオキシド(EO、PO、BOなど)付加物(付加モル数2~30)などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 In addition to the dihydric diol, the alcohol may contain a trihydric or higher (trihydric to octahydric or higher) alcohol component. Specifically, aliphatic polyhydric alcohols having 3 to 36 carbon atoms and trihydric to octahydric or higher (alkane polyols and their intramolecular or intermolecular dehydrides, such as glycerin, triethylolethane, trimethylolpropane, pentaerythritol, sorbitol, sorbitan, polyglycerin, dipentaerythritol; sugars and their derivatives, such as sucrose and methyl glucoside; etc. ); the aliphatic polyhydric alcohols with alkylene oxides (EO, PO, BO, etc.) having 2 to 4 carbon atoms (1 to 30 moles added); trisphenols (trisphenol PA, etc.) with alkylene oxides (EO, PO, BO, etc.) having 2 to 4 carbon atoms (2 to 30 moles added); novolak resins (phenol novolak, cresol novolak, etc.: average degree of polymerization 3 to 60) with alkylene oxides (EO, PO, BO, etc.) having 2 to 4 carbon atoms (2 to 30 moles added). These may be used alone or in combination of two or more.
-多価カルボン酸成分-
前記多価カルボン酸成分としては、2価のカルボン酸(ジカルボン酸)、具体的には、炭素数4~36のアルカンジカルボン酸(コハク酸、アピジン酸、セバシン酸など)、アルケニルコハク酸(ドデセニルコハク酸など);炭素数4~36の脂環式ジカルボン酸〔ダイマー酸(2量化リノール酸)など〕;炭素数4~36のアルケンジカルボン酸(マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸など);炭素数8~36の芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸又はこれらの誘導体、ナフタレンジカルボン酸など)などが挙げられる。これらの中でも、炭素数4~20のアルカンジカルボン酸、炭素数8~20の芳香族ジカルボン酸が好ましい。なお、前記多価カルボン酸成分としては、上述のものの酸無水物又は低級アルキル(炭素数1~4)エステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)も挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
このほか、ポリ乳酸やポリカーボネートジオールの如き開環重合系も好適に使用しうる。
-Polycarboxylic acid component-
The polyvalent carboxylic acid component includes divalent carboxylic acids (dicarboxylic acids), specifically, alkane dicarboxylic acids having 4 to 36 carbon atoms (succinic acid, apidic acid, sebacic acid, etc.), alkenyl succinic acids (dodecenyl succinic acid, etc.); alicyclic dicarboxylic acids having 4 to 36 carbon atoms (dimer acids (dimerized linoleic acid), etc.); alkene dicarboxylic acids having 4 to 36 carbon atoms (maleic acid, fumaric acid, citraconic acid, mesaconic acid, etc.); aromatic dicarboxylic acids having 8 to 36 carbon atoms (phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid or derivatives thereof, naphthalenedicarboxylic acid, etc.). Among these, alkane dicarboxylic acids having 4 to 20 carbon atoms and aromatic dicarboxylic acids having 8 to 20 carbon atoms are preferred. The polyvalent carboxylic acid component also includes anhydrides or lower alkyl (having 1 to 4 carbon atoms) esters (methyl esters, ethyl esters, isopropyl esters, etc.) of the above-mentioned compounds. These may be used alone or in combination of two or more.
In addition, ring-opening polymerization systems such as polylactic acid and polycarbonate diol can also be suitably used.
前記ポリエステルを単離する方法としては、例えば、顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む水系分散体を加熱乾燥により乾固し、得られた乾固物をテトラヒドロフラン(THF)溶液に入れてポリエステルを溶解させる。次いで、遠心分離、ろ過などにより含有する顔料を除去し、次いでTHFを除去することでポリエステルを単離可能である。また、必要に応じてリサイクルGPCを活用することもできる。 As a method for isolating the polyester, for example, an aqueous dispersion containing pigment-encapsulated emulsion resin particles is dried by heating and drying, and the resulting dried product is placed in a tetrahydrofuran (THF) solution to dissolve the polyester. The pigment contained is then removed by centrifugation, filtration, etc., and the THF is then removed to isolate the polyester. In addition, recycled GPC can also be used if necessary.
前記ポリエステルの分子量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、GPC測定において、重量平均分子量(Mw)2,000~15,000が好ましく、4,000~12,000がより好ましい。 The molecular weight of the polyester is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but the weight average molecular weight (Mw) measured by GPC is preferably 2,000 to 15,000, and more preferably 4,000 to 12,000.
前記ポリエステルのガラス転移温度(Tg)としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、30℃以上100℃以下が好ましく、50℃以上80℃以下がより好ましい。 The glass transition temperature (Tg) of the polyester is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but is preferably 30°C or higher and 100°C or lower, and more preferably 50°C or higher and 80°C or lower.
前記ポリエステルの軟化温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、60℃以上180℃以下が好ましく、80以上150℃以下がより好ましい。
前記ポリステルの分子構造は、溶液又は固体によるNMR測定の他、GC/MS、LC/MS、IR測定などにより確認することができる。
The softening temperature of the polyester is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose, but is preferably from 60° C. to 180° C., and more preferably from 80° C. to 150° C.
The molecular structure of the polyester can be confirmed by NMR measurement of a solution or solid, as well as GC/MS, LC/MS, IR measurement, and the like.
前記ポリエステルの製造方法については、従来一般的に用いられている方法を用いることができ、例えば、以下の方法が挙げられる。
まず、無溶剤下又は有機溶剤存在下で、前記多価アルコールと前記多価カルボン酸の重縮合により製造する。
また、前記ポリエステルの酸価は任意の方法で調整可能であり、例えば、得られたポリエステルと多価カルボン酸、カルボン酸無水物を反応させることで酸価を付与することが可能である。
The polyester can be produced by a method that has been generally used in the past, and examples of the method include the following.
First, the polyhydric alcohol and the polyvalent carboxylic acid are polycondensed in the absence of a solvent or in the presence of an organic solvent.
The acid value of the polyester can be adjusted by any method. For example, the acid value can be imparted by reacting the obtained polyester with a polyvalent carboxylic acid or a carboxylic acid anhydride.
<顔料>
顔料の種類に特に制限はないが、無機顔料を使用することが好ましく、例えば、酸化チタン、酸化鉄、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、バリウムイエロー、カドミウムレッド、クロムイエローに加え、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などの公知の方法によって製造されたカーボンブラック(C.I.ピグメントブラック7)類、銅、鉄(C.I.ピグメントブラック11)等の金属類を使用することができる。
<Pigments>
Although there is no particular limitation on the type of pigment, it is preferable to use an inorganic pigment. For example, in addition to titanium oxide, iron oxide, calcium carbonate, barium sulfate, aluminum hydroxide, barium yellow, cadmium red, and chrome yellow, carbon blacks (C.I. Pigment Black 7) produced by known methods, such as furnace black, lamp black, acetylene black, and channel black, and metals such as copper and iron (C.I. Pigment Black 11) can be used.
前記カーボンブラックとしては、一次粒径は15nm以上100nm以下が好ましく、この範囲とすることで発色性が向上する。DBP吸収量は30mL/100g以上150mL/100g以下が好ましく、この範囲とすることで有機溶剤中での顔料分散性を向上させることができる。また、自己分散顔料を用いてもよく、前記自己分散顔料とは、顔料表面に直接または他の原子団を介して官能基を導入することにより分散安定化させた顔料をいう。分散安定化させる前の顔料としては、例えば、国際公開第2009/014242号パンフレットに列挙されているような、従来公知の様々な顔料を用いることができる。 The carbon black preferably has a primary particle size of 15 nm or more and 100 nm or less, and by setting it in this range, the color development is improved. The DBP absorption is preferably 30 mL/100 g or more and 150 mL/100 g or less, and by setting it in this range, the pigment dispersibility in the organic solvent can be improved. Self-dispersing pigments may also be used, and the self-dispersing pigment refers to a pigment whose dispersion has been stabilized by introducing a functional group directly or via another atomic group onto the pigment surface. As the pigment before dispersion stabilization, for example, various conventionally known pigments such as those listed in the pamphlet of International Publication No. 2009/014242 can be used.
<顔料分散剤>
顔料プレ分散体には顔料の分散性を向上させる点から顔料分散剤を添加することが好ましい。顔料分散剤としては、特に制限はなく、界面活性剤、高分子分散剤など目的に応じて適宜選択することができる。顔料分散剤としては、(メタ)アクリル系樹脂、スチレン-(メタ)アクリル系樹脂、水酸基含有カルボン酸エステル、長鎖ポリアミノアマイドと高分子量酸エステルの塩、高分子量ポリカルボン酸の塩、長鎖ポリアミノアマイドと極性酸エステルの塩、高分子量不飽和酸エステル、高分子共重合物、変性ポリウレタン、変性ポリアクリレート、ポリエーテルエステル型アニオン系活性剤、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物塩、芳香族スルホン酸ホルマリン縮合物塩、ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ステアリルアミンアセテート等を用いることができる。
<Pigment dispersant>
It is preferable to add a pigment dispersant to the pigment pre-dispersion in order to improve the dispersibility of the pigment. The pigment dispersant is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the purpose from surfactants, polymer dispersants, etc. Examples of the pigment dispersant that can be used include (meth)acrylic resins, styrene-(meth)acrylic resins, hydroxyl group-containing carboxylic acid esters, salts of long-chain polyaminoamides and high molecular weight acid esters, salts of high molecular weight polycarboxylic acids, salts of long-chain polyaminoamides and polar acid esters, high molecular weight unsaturated acid esters, polymer copolymers, modified polyurethanes, modified polyacrylates, polyether ester-type anionic surfactants, naphthalene sulfonic acid formalin condensate salts, aromatic sulfonic acid formalin condensate salts, polyoxyethylene alkyl phosphate esters, polyoxyethylene nonylphenyl ethers, and stearylamine acetate.
前記顔料分散剤の親疎水性としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、疎水性の分散剤とすることで、顔料が樹脂中に内包化されやすくなり、画像濃度が向上することから好ましい。前記顔料分散剤の親疎水性は、前記顔料分散剤が水に不溶性であれば疎水性であり、水に可溶性であれば親水性である。 The hydrophilicity/hydrophobicity of the pigment dispersant is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but a hydrophobic dispersant is preferred because it makes it easier for the pigment to be encapsulated in the resin and improves image density. The hydrophilicity/hydrophobicity of the pigment dispersant is such that if the pigment dispersant is insoluble in water, it is hydrophobic, and if it is soluble in water, it is hydrophilic.
顔料分散剤の具体例としては、ジョンクリル(ジョンソンポリマー社製)、Anti-Terra-U(BYK Chemie社製)、Disperbyk(BYK Chemie社製)、Efka(Efka CHEMICALS社製)、フローレン(共栄社化学社製)、ディスパロン(楠本化成社製)、アジスパー(味の素ファインテクノ社製)、デモール(花王社製)、ホモゲノール、エマルゲン(以上、花王社製)、ソルスパース(ルーブリゾール社製)、ニッコール(日光ケミカル社製)等が挙げられる。 Specific examples of pigment dispersants include Joncryl (Johnson Polymers), Anti-Terra-U (BYK Chemie), Disperbyk (BYK Chemie), Efka (Efka Chemicals), Flourene (Kyoeisha Chemicals), Disparlon (Kusumoto Chemicals), Ajisper (Ajinomoto Fine-Techno), Demol (Kao), Homogenol, Emulgen (all Kao), Solsperse (Lubrizol), and Nikkol (Nikko Chemicals).
<インク>
前記顔料内包化エマルション樹脂粒子を、有機溶剤、水、添加剤等と混合することによってインクを得ることができる。
インク中の前記顔料内包化エマルション樹脂粒子の含有量は、画像濃度の向上、良好な定着性や吐出安定性の観点から、5質量%以上20質量%以下が好ましく、より好ましくは8質量%以上15質量%以下である。
以下、インクに用いる有機溶剤、水、樹脂、添加剤等について説明する。
<Ink>
The pigment-encapsulating emulsion resin particles can be mixed with an organic solvent, water, additives, and the like to obtain an ink.
The content of the pigment-encapsulated emulsion resin particles in the ink is preferably from 5% by mass to 20% by mass, and more preferably from 8% by mass to 15% by mass, from the viewpoints of improving image density, good fixing property, and ejection stability.
The organic solvent, water, resin, additives, etc. used in the ink will be described below.
<有機溶剤>
本発明に使用する有機溶剤としては特に制限されず、水溶性有機溶剤を用いることができる。例えば、多価アルコール類、多価アルコールアルキルエーテル類や多価アルコールアリールエーテル類などのエーテル類、含窒素複素環化合物、アミド類、アミン類、含硫黄化合物類が挙げられる。
水溶性有機溶剤の具体例としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、3-メチル-1,3-ブタンジオール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,2-ペンタンジオール、1,3-ペンタンジオール、1,4-ペンタンジオール、2,4-ペンタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,3-ヘキサンジオール、2,5-ヘキサンジオール、1,5-ヘキサンジオール、グリセリン、1,2,6-ヘキサントリオール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、エチル-1,2,4-ブタントリオール、1,2,3-ブタントリオール、2,2,4-トリメチル-1,3-ペンタンジオール、ペトリオール等の多価アルコール類、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ブチルエーテル、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エチルエーテル等の多価アルコールアルキルエーテル類、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル等の多価アルコールアリールエーテル類、2-ピロリドン、N-メチル-2-ピロリドン、N-ヒドロキシエチル-2-ピロリドン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、ε-カプロラクタム、γ-ブチロラクトン等の含窒素複素環化合物、ホルムアミド、N-メチルホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド、3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド等のアミド類、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエチルアミン等のアミン類、ジメチルスルホキシド、スルホラン、チオジエタノール等の含硫黄化合物、プロピレンカーボネート、炭酸エチレン等が挙げられる。
湿潤剤として機能するだけでなく、良好な乾燥性を得られることから、沸点が250℃以下の有機溶剤を用いることが好ましい。
<Organic Solvent>
The organic solvent used in the present invention is not particularly limited, and any water-soluble organic solvent can be used. Examples of the organic solvent include polyhydric alcohols, ethers such as polyhydric alcohol alkyl ethers and polyhydric alcohol aryl ethers, nitrogen-containing heterocyclic compounds, amides, amines, and sulfur-containing compounds.
Specific examples of the water-soluble organic solvent include ethylene glycol, diethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 2,3-butanediol, 3-methyl-1,3-butanediol, triethylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, 1,2-pentanediol, 1,3-pentanediol, 1,4-pentanediol, 2,4-pentanediol, 1,5-pentanediol, and the like. polyhydric alcohols such as pentanediol, 1,2-hexanediol, 1,6-hexanediol, 1,3-hexanediol, 2,5-hexanediol, 1,5-hexanediol, glycerin, 1,2,6-hexanetriol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, ethyl-1,2,4-butanetriol, 1,2,3-butanetriol, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol, and petriol; ethylene glycol monoethyl ether; and ethylene glycol monobutyl ether. polyhydric alcohol alkyl ethers such as diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, tetraethylene glycol monomethyl ether, and propylene glycol monoethyl ether; polyhydric alcohol aryl ethers such as ethylene glycol monophenyl ether and ethylene glycol monobenzyl ether; nitrogen-containing heterocyclic compounds such as 2-pyrrolidone, N-methyl-2-pyrrolidone, N-hydroxyethyl-2-pyrrolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, ε-caprolactam, and γ-butyrolactone; amides such as formamide, N-methylformamide, N,N-dimethylformamide, 3-methoxy-N,N-dimethylpropionamide, and 3-butoxy-N,N-dimethylpropionamide; amines such as monoethanolamine, diethanolamine, and triethylamine; sulfur-containing compounds such as dimethyl sulfoxide, sulfolane, and thiodiethanol; propylene carbonate, and ethylene carbonate.
It is preferable to use an organic solvent having a boiling point of 250° C. or less, since this not only functions as a wetting agent but also provides good drying properties.
炭素数8以上のポリオール化合物、及びグリコールエーテル化合物も好適に使用される。炭素数8以上のポリオール化合物の具体例としては、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、2,2,4-トリメチル-1,3-ペンタンジオールなどが挙げられる。
グリコールエーテル化合物の具体例としては、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ブチルエーテル、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エチルエーテル等の多価アルコールアルキルエーテル類;エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル等の多価アルコールアリールエーテル類などが挙げられる。
Polyol compounds having 8 or more carbon atoms and glycol ether compounds are also suitably used. Specific examples of polyol compounds having 8 or more carbon atoms include 2-ethyl-1,3-hexanediol and 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol.
Specific examples of the glycol ether compound include polyhydric alcohol alkyl ethers such as ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, tetraethylene glycol monomethyl ether, and propylene glycol monoethyl ether; and polyhydric alcohol aryl ethers such as ethylene glycol monophenyl ether and ethylene glycol monobenzyl ether.
炭素数8以上のポリオール化合物、及びグリコールエーテル化合物は、記録媒体として紙を用いた場合に、インクの浸透性を向上させることができる。
有機溶剤のインク中における含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、インクの乾燥性及び吐出信頼性の点から、10質量%以上60質量%以下が好ましく、20質量%以上60質量%以下がより好ましい。
Polyol compounds having 8 or more carbon atoms and glycol ether compounds can improve the permeability of the ink when paper is used as the recording medium.
The content of the organic solvent in the ink is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. From the viewpoints of the drying property and ejection reliability of the ink, however, the content is preferably from 10% by mass to 60% by mass, and more preferably from 20% by mass to 60% by mass.
<水>
インクにおける水の含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、インクの乾燥性及び吐出信頼性の点から、10質量%以上90質量%以下が好ましく、20質量%~60質量%がより好ましい。
<Water>
The water content in the ink is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. From the viewpoints of the drying property and ejection reliability of the ink, however, the water content is preferably from 10% by mass to 90% by mass, and more preferably from 20% by mass to 60% by mass.
<樹脂>
インク中には、顔料内包化エマルション樹脂粒子に含まれる樹脂のほかに、さらに別の樹脂を添加することができる。添加する樹脂の種類としては、特に制限はなく、例えば、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、スチレン系樹脂、ブタジエン系樹脂、スチレン-ブタジエン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アクリルスチレン系樹脂、アクリルシリコーン系樹脂などが挙げられる。
<Resin>
In addition to the resin contained in the pigment-encapsulated emulsion resin particles, another resin may be added to the ink. The type of resin to be added is not particularly limited, and examples thereof include urethane resin, polyester resin, acrylic resin, vinyl acetate resin, styrene resin, butadiene resin, styrene-butadiene resin, vinyl chloride resin, acrylic styrene resin, and acrylic silicone resin.
これらの樹脂からなる樹脂粒子を用いても良い。樹脂粒子を、水を分散媒として分散した樹脂エマルションの状態で、前記顔料内包化エマルション樹脂粒子や有機溶剤などの材料と混合してインクを得ることが可能である。前記樹脂粒子としては、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。また、これらは、1種を単独で用いても、2種類以上の樹脂粒子を組み合わせて用いてもよい。 Resin particles made of these resins may also be used. The resin particles are dispersed in water as a dispersion medium to form a resin emulsion, and the resin particles containing the pigment encapsulated in the emulsion and organic solvents are mixed together to obtain an ink. The resin particles may be appropriately synthesized or may be commercially available. These may be used alone or in combination of two or more types of resin particles.
樹脂粒子の体積平均粒径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、良好な定着性、高い画像硬度を得る点から、10nm以上1,000nm以下が好ましく、10nm以上200nm以下がより好ましく、10nm以上100nm以下が特に好ましい。
前記体積平均粒径は、例えば、粒度分析装置(ナノトラック Wave-UT151、マイクロトラック・ベル株式会社製)を用いて測定することができる。
樹脂の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、定着性、インクの保存安定性の点から、インク全量に対して、前記顔料内包化エマルション樹脂粒子に含まれる樹脂と、後から添加した樹脂との合計が、1質量%以上30質量%以下が好ましく、5質量%以上20質量%以下がより好ましい。
The volume average particle size of the resin particles is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. From the viewpoint of obtaining good fixing property and high image hardness, the volume average particle size is preferably 10 nm or more and 1,000 nm or less, more preferably 10 nm or more and 200 nm or less, and particularly preferably 10 nm or more and 100 nm or less.
The volume average particle size can be measured, for example, by using a particle size analyzer (Nanotrac Wave-UT151, manufactured by Microtrac Bell Co., Ltd.).
The resin content is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. From the viewpoint of fixation property and storage stability of the ink, however, the total amount of the resin contained in the pigment-encapsulated emulsion resin particles and any resin added later is preferably 1% by mass or more and 30% by mass or less, and more preferably 5% by mass or more and 20% by mass or less, relative to the total amount of the ink.
<添加剤>
インクには、必要に応じて、界面活性剤、消泡剤、防腐防黴剤、防錆剤、pH調整剤等を加えても良い。
<Additives>
If necessary, surfactants, antifoaming agents, antiseptic and antifungal agents, rust inhibitors, pH adjusters, and the like may be added to the ink.
<界面活性剤>
界面活性剤としては、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤のいずれも使用可能である。
シリコーン系界面活性剤には特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができる。中でも高pHでも分解しないものが好ましく、例えば、側鎖変性ポリジメチルシロキサン、両末端変性ポリジメチルシロキサン、片末端変性ポリジメチルシロキサン、側鎖両末端変性ポリジメチルシロキサン等が挙げられ、変性基としてポリオキシエチレン基、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン基を有するものが、水系界面活性剤として良好な性質を示すので特に好ましい。また、前記シリコーン系界面活性剤として、ポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤を用いることもでき、例えば、ポリアルキレンオキシド構造をジメチルシロキサンのSi部側鎖に導入した化合物等が挙げられる。
フッ素系界面活性剤としては、例えば、パーフルオロアルキルスルホン酸化合物、パーフルオロアルキルカルボン酸化合物、パーフルオロアルキルリン酸エステル化合物、パーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物及びパーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマー化合物が、起泡性が小さいので特に好ましい。前記パーフルオロアルキルスルホン酸化合物としては、例えば、パーフルオロアルキルスルホン酸、パーフルオロアルキルスルホン酸塩等が挙げられる。前記パーフルオロアルキルカルボン酸化合物としては、例えば、パーフルオロアルキルカルボン酸、パーフルオロアルキルカルボン酸塩等が挙げられる。前記パーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマー化合物としては、パーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマーの硫酸エステル塩、パーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマーの塩等が挙げられる。これらフッ素系界面活性剤における塩の対イオンとしては、Li、Na、K、NH4、NH3CH2CH2OH、NH2(CH2CH2OH)2、NH(CH2CH2OH)3等が挙げられる。
両性界面活性剤としては、例えばラウリルアミノプロピオン酸塩、ラウリルジメチルベタイン、ステアリルジメチルベタイン、ラウリルジヒドロキシエチルベタインなどが挙げられる。
ノニオン系界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンプロピレンブロックポリマー、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、アセチレンアルコールのエチレンオキサイド付加物などが挙げられる。
アニオン系界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル酢酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸塩、ラウリル酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルサルフェートの塩、などが挙げられる。
これらは、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
<Surfactant>
As the surfactant, any of silicone-based surfactants, fluorine-based surfactants, amphoteric surfactants, nonionic surfactants, and anionic surfactants can be used.
Silicone surfactants are not particularly limited and can be appropriately selected according to purpose. Among them, those that do not decompose even at high pH are preferred, such as side chain modified polydimethylsiloxane, both end modified polydimethylsiloxane, one end modified polydimethylsiloxane, side chain both end modified polydimethylsiloxane, etc., and those having polyoxyethylene group or polyoxyethylene polyoxypropylene group as modified group are particularly preferred because they show good properties as aqueous surfactants. In addition, polyether modified silicone surfactants can also be used as the silicone surfactant, such as a compound in which a polyalkylene oxide structure is introduced into the Si part side chain of dimethylsiloxane.
As the fluorine-based surfactant, for example, perfluoroalkyl sulfonic acid compound, perfluoroalkyl carboxylic acid compound, perfluoroalkyl phosphate compound, perfluoroalkyl ethylene oxide adduct, and polyoxyalkylene ether polymer compound having perfluoroalkyl ether group in the side chain are particularly preferred because they have low foaming properties.As the perfluoroalkyl sulfonic acid compound, for example, perfluoroalkyl sulfonic acid, perfluoroalkyl sulfonate, etc. can be mentioned.As the perfluoroalkyl carboxylic acid compound, for example, perfluoroalkyl carboxylic acid, perfluoroalkyl carboxylate, etc. can be mentioned.As the polyoxyalkylene ether polymer compound having perfluoroalkyl ether group in the side chain, for example, sulfate ester salt of polyoxyalkylene ether polymer having perfluoroalkyl ether group in the side chain, salt of polyoxyalkylene ether polymer having perfluoroalkyl ether group in the side chain, etc. can be mentioned. Examples of counter ions of the salts in these fluorosurfactants include Li , Na, K, NH4 , NH3CH2CH2OH , NH2 ( CH2CH2OH ) 2 , and NH ( CH2CH2OH ) 3 .
Examples of amphoteric surfactants include lauryl aminopropionate, lauryl dimethyl betaine, stearyl dimethyl betaine, and lauryl dihydroxyethyl betaine.
Examples of nonionic surfactants include polyoxyethylene alkylphenyl ethers, polyoxyethylene alkyl esters, polyoxyethylene alkylamines, polyoxyethylene alkylamides, polyoxyethylene propylene block polymers, sorbitan fatty acid esters, polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters, and ethylene oxide adducts of acetylene alcohol.
Examples of the anionic surfactant include polyoxyethylene alkyl ether acetates, dodecylbenzene sulfonates, laurates, and polyoxyethylene alkyl ether sulfates.
These may be used alone or in combination of two or more.
前記シリコーン系界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、側鎖変性ポリジメチルシロキサン、両末端変性ポリジメチルシロキサン、片末端変性ポリジメチルシロキサン、側鎖両末端変性ポリジメチルシロキサンなどが挙げられ、変性基としてポリオキシエチレン基、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン基を有するポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤が水系界面活性剤として良好な性質を示すので特に好ましい。
このような界面活性剤としては、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。市販品としては、例えば、ビックケミー株式会社、信越化学工業株式会社、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社、日本エマルジョン株式会社、共栄社化学などから入手できる。
上記のポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、一般式(S-1)式で表わされる、ポリアルキレンオキシド構造をジメチルポリシロキサンのSi部側鎖に導入したものなどが挙げられる。
上記のポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤としては、市販品を用いることができ、例えば、KF-618、KF-642、KF-643(信越化学工業株式会社)、EMALEX-SS-5602、SS-1906EX(日本エマルジョン株式会社)、FZ-2105、FZ-2118、FZ-2154、FZ-2161、FZ-2162、FZ-2163、FZ-2164(東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社)、BYK-33、BYK-387(ビックケミー株式会社)、TSF4440、TSF4452、TSF4453(東芝シリコン株式会社)などが挙げられる。
The silicone surfactant is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Examples of the silicone surfactant include side-chain modified polydimethylsiloxane, both-end modified polydimethylsiloxane, one-end modified polydimethylsiloxane, and both-end side-chain modified polydimethylsiloxane. Polyether-modified silicone surfactants having a polyoxyethylene group or a polyoxyethylene polyoxypropylene group as a modifying group are particularly preferred because they exhibit good properties as an aqueous surfactant.
Such surfactants may be synthesized appropriately or may be commercially available products, such as those available from BYK-Chemie Co., Ltd., Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., Dow Corning Toray Silicone Co., Ltd., Nippon Emulsion Co., Ltd., and Kyoeisha Chemical Co., Ltd.
The polyether-modified silicone surfactant is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, it can be a surfactant represented by the general formula (S-1) in which a polyalkylene oxide structure is introduced into the Si part side chain of dimethylpolysiloxane.
As the polyether-modified silicone surfactant, commercially available products can be used, for example, KF-618, KF-642, KF-643 (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), EMALEX-SS-5602, SS-1906EX (Nihon Emulsion Co., Ltd.), FZ-2105, FZ-2118, FZ-2154, FZ-2161, FZ-2162, FZ-2163, FZ-2164 (Dow Corning Toray Silicone Co., Ltd.), BYK-33, BYK-387 (BYK-Chemie Co., Ltd.), TSF4440, TSF4452, TSF4453 (Toshiba Silicon Co., Ltd.), and the like.
前記フッ素系界面活性剤としては、フッ素置換した炭素数が2~16の化合物が好ましく、フッ素置換した炭素数が4~16である化合物がより好ましい。
フッ素系界面活性剤としては、パーフルオロアルキルリン酸エステル化合物、パーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物、及びパーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマー化合物などが挙げられる。 これらの中でも、パーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマー化合物は起泡性が少ないため好ましく、特に一般式(F-1)及び一般式(F-2)で表わされるフッ素系界面活性剤が好ましい。
一般式(F-2)
CnF2n+1-CH2CH(OH)CH2-O-(CH2CH2O)a-Y
上記一般式(F-2)で表される化合物において、YはH、又はCmF2m+1でmは1~6の整数、又はCH2CH(OH)CH2-CmF2m+1でmは4~6の整数、又はCpH2p+1でpは1~19の整数である。nは1~6の整数である。aは4~14の整数である。
上記のフッ素系界面活性剤としては市販品を使用してもよい。この市販品としては、例えば、サーフロンS-111、S-112、S-113、S-121、S-131、S-132、S-141、S-145(いずれも、旭硝子株式会社製);フルラードFC-93、FC-95、FC-98、FC-129、FC-135、FC-170C、FC-430、FC-431(いずれも、住友スリーエム株式会社製);メガファックF-470、F-1405、F-474(いずれも、大日本インキ化学工業株式会社製);ゾニール(Zonyl)TBS、FSP、FSA、FSN-100、FSN、FSO-100、FSO、FS-300、UR、キャプストーンFS-30、FS-31、FS-3100、FS-34、FS-35(いずれも、Chemours社製);FT-110、FT-250、FT-251、FT-400S、FT-150、FT-400SW(いずれも、株式会社ネオス社製)、ポリフォックスPF-136A,PF-156A、PF-151N、PF-154、PF-159(オムノバ社製)、ユニダインDSN-403N(ダイキン工業株式会社製)などが挙げられ、これらの中でも、良好な印字品質、特に発色性、紙に対する浸透性、濡れ性、均染性が著しく向上する点から、
Chemours社製のFS-3100、FS-34、FS-300、株式会社ネオス製のFT-110、FT-250、FT-251、FT-400S、FT-150、FT-400SW、オムノバ社製のポリフォックスPF-151N及びダイキン工業株式会社製のユニダインDSN-403Nが特に好ましい。
The fluorine-based surfactant is preferably a compound having 2 to 16 fluorine-substituted carbon atoms, and more preferably a compound having 4 to 16 fluorine-substituted carbon atoms.
Examples of the fluorine-based surfactant include perfluoroalkyl phosphate compounds, perfluoroalkyl ethylene oxide adducts, and polyoxyalkylene ether polymer compounds having a perfluoroalkyl ether group on the side chain, etc. Among these, polyoxyalkylene ether polymer compounds having a perfluoroalkyl ether group on the side chain are preferred because they have low foaming properties, and the fluorine-based surfactants represented by the general formulas (F-1) and (F-2) are particularly preferred.
General formula (F-2)
C n F 2n+1- CH 2 CH(OH)CH 2 -O-(CH 2 CH 2 O) a -Y
In the compound represented by the above general formula (F-2), Y is H, or CmF 2m+1 where m is an integer from 1 to 6, or CH 2 CH(OH)CH 2 -CmF 2m+1 where m is an integer from 4 to 6, or CpH 2p+1 where p is an integer from 1 to 19. n is an integer from 1 to 6. a is an integer from 4 to 14.
As the fluorine-based surfactant, commercially available products may be used, such as Surflon S-111, S-112, S-113, S-121, S-131, S-132, S-141, and S-145 (all manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.); Fullard FC-93, FC-95, FC-98, FC-129, FC-135, FC-170C, FC-430, and FC-431 (all manufactured by Sumitomo 3M Limited); Megafac F-470, F-1405, and F-474 (all manufactured by Dainippon Ink and Chemicals, Inc.); Zonyl TBS, FSP, FSA, FSN-100, FSN, FSO-100, FSO, and FS-30. 0, UR, Capstone FS-30, FS-31, FS-3100, FS-34, FS-35 (all manufactured by Chemours); FT-110, FT-250, FT-251, FT-400S, FT-150, FT-400SW (all manufactured by Neos Co., Ltd.), Polyfox PF-136A, PF-156A, PF-151N, PF-154, PF-159 (manufactured by Omnova), Unidyne DSN-403N (manufactured by Daikin Industries, Ltd.), and the like are particularly preferred. Among these, the following are particularly preferred from the viewpoint of excellent printing quality, particularly color development, penetration into paper, wettability, and uniform dyeing.
Particularly preferred are FS-3100, FS-34, and FS-300 manufactured by Chemours Corporation, FT-110, FT-250, FT-251, FT-400S, FT-150, and FT-400SW manufactured by Neos Co., Ltd., Polyfox PF-151N manufactured by Omnova, and Unidyne DSN-403N manufactured by Daikin Industries, Ltd.
インク中における界面活性剤の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、濡れ性、吐出安定性に優れ、画像品質が向上する点から、0.001質量%以上5質量%以下が好ましく、0.05質量%以上5質量%以下がより好ましい。 The content of the surfactant in the ink is not particularly limited and can be selected appropriately depending on the purpose, but from the viewpoint of excellent wettability, ejection stability, and improved image quality, it is preferably 0.001% by mass or more and 5% by mass or less, and more preferably 0.05% by mass or more and 5% by mass or less.
<消泡剤>
消泡剤としては、特に制限はなく、例えば、シリコーン系消泡剤、ポリエーテル系消泡剤、脂肪酸エステル系消泡剤などが挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、破泡効果に優れる点から、シリコーン系消泡剤が好ましい。
<Antifoaming agent>
The defoaming agent is not particularly limited, and examples thereof include silicone-based defoaming agents, polyether-based defoaming agents, and fatty acid ester-based defoaming agents. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, silicone-based defoaming agents are preferred because of their excellent foam breaking effect.
<防腐防黴剤>
防腐防黴剤としては、特に制限はなく、例えば、1,2-ベンズイソチアゾリン-3-オンなどが挙げられる。
<Anti-septic and anti-fungal agents>
The antiseptic and antifungal agent is not particularly limited, and examples thereof include 1,2-benzisothiazolin-3-one.
<防錆剤>
防錆剤としては、特に制限はなく、例えば、酸性亜硫酸塩、チオ硫酸ナトリウムなどが挙げられる。
<Rust inhibitor>
The rust inhibitor is not particularly limited, and examples thereof include acid sulfite and sodium thiosulfate.
<pH調整剤>
pH調整剤としては、pHを7以上に調整することが可能であれば、特に制限はなく、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアミンなどが挙げられる。
<pH Adjuster>
There are no particular limitations on the pH adjuster, so long as it is capable of adjusting the pH to 7 or higher, and examples of the pH adjuster include amines such as diethanolamine and triethanolamine.
インクの物性としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、粘度、表面張力、pH等が以下の範囲であることが好ましい。
インクの25℃での粘度は、印字濃度や文字品位が向上し、また、良好な吐出性が得られる点から、5mPa・s以上30mPa・s以下が好ましく、5mPa・s以上25mPa・s以下がより好ましい。ここで、粘度は、例えば回転式粘度計(東機産業社製RE-80L)を使用することができる。測定条件としては、25℃で、標準コーンローター(1°34’×R24)、サンプル液量1.2mL、回転数50rpm、3分間で測定可能である。
インクの表面張力としては、記録媒体上で好適にインクがレベリングされ、インクの乾燥時間が短縮される点から、25℃で、35mN/m以下が好ましく、32mN/m以下がより好ましい。
インクのpHとしては、接液する金属部材の腐食防止の観点から、7~12が好ましく、8~11がより好ましい。
The physical properties of the ink are not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, it is preferable that the viscosity, surface tension, pH, etc. are within the following ranges.
The viscosity of the ink at 25°C is preferably 5 mPa·s or more and 30 mPa·s or less, and more preferably 5 mPa·s or more and 25 mPa·s or less, in terms of improving the print density and character quality and obtaining good ejection properties. Here, the viscosity can be measured using, for example, a rotational viscometer (RE-80L manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.). The measurement conditions are 25°C, a standard cone rotor (1°34'×R24), a sample liquid volume of 1.2 mL, a rotation speed of 50 rpm, and 3 minutes.
The surface tension of the ink is preferably 35 mN/m or less, and more preferably 32 mN/m or less at 25° C., in order to ensure that the ink is appropriately leveled on the recording medium and the drying time of the ink is shortened.
The pH of the ink is preferably from 7 to 12, and more preferably from 8 to 11, from the viewpoint of preventing corrosion of metal members that come into contact with the ink.
<前処理液>
前処理液は、凝集剤、有機溶剤、水を含有し、必要に応じて界面活性剤、消泡剤、pH調整剤、防腐防黴剤、防錆剤等を含有しても良い。
有機溶剤、界面活性剤、消泡剤、pH調整剤、防腐防黴剤、防錆剤は、インクに用いる材料と同様の材料を使用でき、その他、公知の処理液に用いられる材料を使用できる。
凝集剤の種類は特に限定されず、水溶性カチオンポリマー、酸、多価金属塩等が挙げられる。
<Pretreatment solution>
The pretreatment liquid contains a flocculant, an organic solvent, and water, and may contain, as necessary, a surfactant, an antifoaming agent, a pH adjuster, an antiseptic/fungal agent, an antirust agent, and the like.
The organic solvent, surfactant, defoamer, pH adjuster, antiseptic/fungal agent, and antirust agent can be the same as those used in ink, and other materials used in known treatment liquids can also be used.
The type of the flocculant is not particularly limited, and examples thereof include water-soluble cationic polymers, acids, and polyvalent metal salts.
<後処理液>
後処理液は、透明な層を形成することが可能であれば、特に限定されない。後処理液は、有機溶剤、水、樹脂、界面活性剤、消泡剤、pH調整剤、防腐防黴剤、防錆剤等、必要に応じて選択し、混合して得られる。また、後処理液は、記録媒体に形成された記録領域の全域に塗布しても良いし、インク像が形成された領域のみに塗布しても良い。
<Post-processing solution>
The post-treatment liquid is not particularly limited as long as it can form a transparent layer. The post-treatment liquid is obtained by selecting and mixing organic solvents, water, resins, surfactants, defoamers, pH adjusters, antiseptics, antifungals, rust inhibitors, etc. as necessary. The post-treatment liquid may be applied to the entire recording area formed on the recording medium, or may be applied only to the area where the ink image is formed.
<記録媒体>
記録媒体としては特に制限はなく、普通紙、光沢紙、特殊紙、布などを用いることもできるが、非浸透性基材を用いても良好な画像形成が可能である。
前記非浸透性基材とは、水透過性、吸収性が低い表面を有する基材であり、内部に多数の空洞があっても外部に開口していない材質も含まれ、より定量的には、ブリストー(Bristow)法において接触開始から30msec1/2までの水吸収量が10mL/m2以下である基材をいう。
前記非浸透性基材としては、例えば、塩化ビニル樹脂フィルム、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネートフィルムなどのプラスチックフィルムを、好適に使用することができる。
<Recording media>
There are no particular limitations on the recording medium, and although plain paper, glossy paper, special paper, cloth, etc. can be used, good image formation is also possible using a non-permeable substrate.
The non-permeable substrate is a substrate having a surface with low water permeability and absorbency, and includes materials that have many cavities inside but are not open to the outside. More quantitatively, the non-permeable substrate is a substrate having a water absorption amount of 10 mL/m2 or less from the start of contact to 30 msec 1/2 in the Bristow method.
As the non-permeable substrate, for example, a plastic film such as a polyvinyl chloride resin film, a polyethylene terephthalate (PET) film, a polypropylene film, a polyethylene film, or a polycarbonate film can be suitably used.
記録媒体としては、一般的な記録媒体として用いられるものに限られず、壁紙、床材、タイル等の建材、Tシャツなど衣料用等の布、テキスタイル、皮革等を適宜使用することができる。また、記録媒体を搬送する経路の構成を調整することにより、セラミックスやガラス、金属などを使用することもできる。 The recording medium is not limited to those generally used as recording media, but may be wallpaper, flooring, building materials such as tiles, cloth for clothing such as T-shirts, textiles, leather, etc., as appropriate. In addition, by adjusting the configuration of the path for transporting the recording medium, ceramics, glass, metal, etc. may also be used.
<記録物>
本発明のインク記録物は、記録媒体上に、本発明のインクを用いて形成された画像を有してなる。
インクジェット記録装置及びインクジェット記録方法により記録して記録物とすることができる。
<Recordings>
The ink recorded matter of the present invention comprises an image formed on a recording medium using the ink of the present invention.
A recorded matter can be obtained by recording using an inkjet recording apparatus and an inkjet recording method.
<記録装置、記録方法>
本発明のインクは、インクジェット記録方式による各種記録装置、例えば、プリンタ、ファクシミリ装置、複写装置、プリンタ/ファックス/コピア複合機、立体造形装置などに好適に使用することができる。
本発明において、記録装置、記録方法とは、記録媒体に対してインクや各種処理液等を吐出することが可能な装置、当該装置を用いて記録を行う方法である。記録媒体とは、インクや各種処理液が一時的にでも付着可能なものを意味する。
この記録装置には、インクを吐出するヘッド部分だけでなく、記録媒体の給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置と称される装置などを含むことができる。
記録装置、記録方法は、加熱工程に用いる加熱手段、乾燥工程に用いる乾燥手段を有しても良い。加熱手段、乾燥手段には、例えば、記録媒体の印字面や裏面を加熱、乾燥する手段が含まれる。加熱手段、乾燥手段としては、特に限定されないが、例えば、温風ヒーター、赤外線ヒーターを用いることができる。加熱、乾燥は、印字前、印字中、印字後などに行うことができる。
また、記録装置、記録方法は、インクによって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、幾何学模様などのパターン等を形成するもの、3次元像を造形するものも含まれる。
また、記録装置には、特に限定しない限り、吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、吐出ヘッドを移動させないライン型装置のいずれも含まれる。
更に、この記録装置には、卓上型だけでなく、A0サイズの記録媒体への印刷も可能とする広幅の記録装置や、例えばロール状に巻き取られた連続用紙を記録媒体として用いることが可能な連帳プリンタも含まれる。
記録装置の一例について図10乃至図11を参照して説明する。図10は同装置の斜視説明図である。図11はメインタンクの斜視説明図である。記録装置の一例としての画像形成装置400は、シリアル型画像形成装置である。画像形成装置400の外装401内に機構部420が設けられている。ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色用のメインタンク410(410k、410c、410m、410y)の各インク収容部411は、例えばアルミニウムラミネートフィルム等の包装部材により形成されている。インク収容部411は、例えば、プラスチックス製の収容容器ケース414内に収容される。これによりメインタンク410は、各色のインクカートリッジとして用いられる。
一方、装置本体のカバー401cを開いたときの開口の奥側にはカートリッジホルダ404が設けられている。カートリッジホルダ404には、メインタンク410が着脱自在に装着される。これにより、各色用の供給チューブ436を介して、メインタンク410の各インク排出口413と各色用の吐出ヘッド434とが連通し、吐出ヘッド434から記録媒体へインクを吐出可能となる。
<Recording device and recording method>
The ink of the present invention can be suitably used in various recording devices using the ink jet recording method, such as printers, facsimile machines, copying machines, printer/fax/copier combination machines, and three-dimensional modeling devices.
In the present invention, the recording apparatus and recording method refer to an apparatus capable of ejecting ink, various treatment liquids, etc. onto a recording medium, and a method of recording using the apparatus. The recording medium refers to an object onto which ink or various treatment liquids can be attached even temporarily.
This recording device can include not only the head portion that ejects ink, but also means related to feeding, transporting and discharging the recording medium, and other devices called pre-processing devices and post-processing devices.
The recording apparatus and the recording method may have a heating means used in the heating step and a drying means used in the drying step. The heating means and the drying means include, for example, a means for heating and drying the printed surface and the back surface of the recording medium. The heating means and the drying means are not particularly limited, but for example, a hot air heater or an infrared heater can be used. Heating and drying can be performed before, during, or after printing.
Furthermore, the recording device and recording method are not limited to those that visualize meaningful images such as characters and figures with ink. For example, those that form patterns such as geometric designs and those that form three-dimensional images are also included.
Furthermore, unless otherwise specified, the recording apparatus includes both a serial type apparatus in which the discharge head moves and a line type apparatus in which the discharge head does not move.
Furthermore, this recording device includes not only desktop types, but also wide-width recording devices that can print on A0-sized recording media, and continuous-feed printers that can use continuous paper wound into a roll as a recording medium.
An example of a recording apparatus will be described with reference to Figs. 10 and 11. Fig. 10 is a perspective view of the apparatus. Fig. 11 is a perspective view of a main tank. An
On the other hand, a
この記録装置には、インクを吐出する部分だけでなく、前処理装置、後処理装置と称される装置などを含むことができる。
前処理装置、後処理装置の一態様として、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)などのインクの場合と同様に、前処理液や、後処理液を有する液体収容部と液体吐出ヘッドを追加し、前処理液や、後処理液をインクジェット記録方式で吐出する態様がある。
前処理装置、後処理装置の他の態様として、インクジェット記録方式以外の、例えば、ブレードコート法、ロールコート法、スプレーコート法による前処理装置、後処理装置を設ける態様がある。
This recording apparatus can include not only a portion that ejects ink, but also devices called pre-processing devices and post-processing devices.
As an embodiment of the pre-treatment device and the post-treatment device, a liquid storage section having a pre-treatment liquid and a liquid ejection head, similar to the case of inks such as black (K), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y), and the like, are added, and the pre-treatment liquid and the post-treatment liquid are ejected by an inkjet recording method.
As another embodiment of the pre-treatment device and the post-treatment device, there is an embodiment in which a pre-treatment device and a post-treatment device using a method other than the inkjet recording method, for example, a blade coating method, a roll coating method, or a spray coating method, are provided.
なお、インクの使用方法としては、インクジェット記録方法に制限されず、広く使用することが可能である。インクジェット記録方法以外にも、例えば、ブレードコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ディップコート法、カーテンコート法、スライドコート法、ダイコート法、スプレーコート法などが挙げられる。 The ink can be used in a wide variety of ways, not just inkjet recording. In addition to inkjet recording, other methods include blade coating, gravure coating, bar coating, roll coating, dip coating, curtain coating, slide coating, die coating, and spray coating.
本発明のインクの用途は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、印刷物、塗料、コーティング材、下地用などに応用することが可能である。さらに、インクとして用いて2次元の文字や画像を形成するだけでなく、3次元の立体像(立体造形物)を形成するための立体造形用材料としても用いることができる。
立体造形物を造形するための立体造形装置は、公知のものを使用することができ、特に限定されないが、例えば、インクの収容手段、供給手段、吐出手段や乾燥手段等を備えるものを使用することができる。立体造形物には、インクを重ね塗りするなどして得られる立体造形物が含まれる。また、記録媒体等の基材上にインクを付与した構造体を加工してなる成形加工品も含まれる。前記成形加工品は、例えば、シート状、フィルム状に形成された記録物や構造体に対して、加熱延伸や打ち抜き加工等の成形加工を施したものであり、例えば、自動車、OA機器、電気・電子機器、カメラ等のメーターや操作部のパネルなど、表面を加飾後に成形する用途に好適に使用される。
The use of the ink of the present invention is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and can be applied to, for example, printed matter, paint, coating material, undercoat, etc. Furthermore, the ink can be used not only as an ink for forming two-dimensional characters and images, but also as a material for three-dimensional modeling for forming three-dimensional solid images (three-dimensional objects).
A known three-dimensional modeling device for forming a three-dimensional object can be used, and is not particularly limited. For example, a device equipped with an ink storage means, supply means, discharge means, drying means, etc. can be used. The three-dimensional object includes a three-dimensional object obtained by applying ink over and over. Also included is a molded product obtained by processing a structure to which ink is applied on a substrate such as a recording medium. The molded product is, for example, a recorded matter or structure formed in a sheet or film shape, which is molded by heat stretching, punching, etc., and is preferably used for applications in which the surface is molded after decoration, such as meters and operation panels for automobiles, office automation equipment, electric and electronic devices, and cameras.
本発明の用語における、画像形成、記録、印字、印刷等は、いずれも同義語とする。 In the present invention, the terms image formation, recording, printing, printing, etc. are all synonymous.
記録媒体、メディア、被印刷物は、いずれも同義語とする。 Recording medium, media, and printed material are all synonymous.
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。なお、以降の説明において「部」は、特に明示しない限り「質量部」を表し、「%」は、特に明示しない限り「質量%」を表す。
まず、インクを構成する原料の合成例、顔料プレ分散体の作製例、水系分散体及びインクの作製例を以下に示す。また、水系分散体及びインクの物性の評価方法については後述する。
Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples. In the following description, "parts" means "parts by mass" unless otherwise specified, and "%" means "% by mass" unless otherwise specified.
First, examples of synthesis of raw materials constituting the ink, preparation of a pigment pre-dispersion, preparation of an aqueous dispersion and an ink are shown below. Methods for evaluating the physical properties of the aqueous dispersion and the ink are described later.
[製造例]
<自己乳化樹脂:ポリエステルの合成例>
(ポリエステルαの合成)
窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱電対を装備した500mLの四つ口フラスコに、ジオールとしてビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物(富士フィルムワコーケミカル社製:4,4’-イソプロピリデンビス(2-フェノキシエタノール))275部およびビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物79部(日本乳化剤社製:BA-P2グリコール)並びに、ジカルボン酸としてイソフタル酸ジメチル140部、アジピン酸26部を混合した。そして、反応容器内を十分に窒素ガスで置換した後、300ppm(モノマーに対して)のチタンテトライソプロポキシド添加し、窒素ガス気流下にて4時間程度で200℃まで昇温し、ついで、2時間かけて230℃に昇温し、流出物がなくなるまで反応を行った。その後、5mmHg~30mmHgの減圧下、1時間反応させてポリエステルを得た。
得られた樹脂は、酸価(AV)0.5mgKOH/g、ガラス転移温度(Tg)47℃、重量平均分子量(Mw)5,000であった。
上記で得られたポリエステル160部を窒素気流下、180℃にて溶融し、次いで無水トリメリット酸6部を加えて40分攪拌することで、樹脂の酸価調整をおこない、酸価(AV)20mgKOH/g、ガラス転移温度(Tg)51℃、重量平均分子量(Mw)5,100の[ポリエステルα]を得た。
[Production Example]
<Self-emulsifying resin: polyester synthesis example>
(Synthesis of polyester α)
In a 500 mL four-neck flask equipped with a nitrogen inlet tube, a dehydration tube, a stirrer and a thermocouple, 275 parts of bisphenol A ethylene oxide 2 mole adduct (manufactured by Fuji Film Wako Chemical Co., Ltd.: 4,4'-isopropylidenebis(2-phenoxyethanol)) and 79 parts of bisphenol A propylene oxide 2 mole adduct (manufactured by Nippon Nyukazai Co., Ltd.: BA-P2 glycol) as diols, and 140 parts of dimethyl isophthalate and 26 parts of adipic acid as dicarboxylic acids were mixed. Then, after the inside of the reaction vessel was sufficiently replaced with nitrogen gas, 300 ppm (relative to the monomer) of titanium tetraisopropoxide was added, and the temperature was raised to 200°C in about 4 hours under a nitrogen gas flow, and then the temperature was raised to 230°C over 2 hours, and the reaction was carried out until no effluent was observed. Then, the reaction was carried out for 1 hour under a reduced pressure of 5 mmHg to 30 mmHg to obtain a polyester.
The resulting resin had an acid value (AV) of 0.5 mgKOH/g, a glass transition temperature (Tg) of 47° C., and a weight average molecular weight (Mw) of 5,000.
160 parts of the polyester obtained above was melted at 180° C. under a nitrogen stream, and then 6 parts of trimellitic anhydride was added and stirred for 40 minutes to adjust the acid value of the resin, thereby obtaining [polyester α] having an acid value (AV) of 20 mg KOH/g, a glass transition temperature (Tg) of 51° C., and a weight average molecular weight (Mw) of 5,100.
(ポリエステルβの合成)
窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱電対を装備した1Lの四つ口フラスコに、ジオールとしてプロピレングリコール280部、並びに、ジカルボン酸としてテレフタル酸611部、コハク酸109部を混合した。そして、反応容器内を十分に窒素ガスで置換した後、300ppm(モノマーに対して)のチタンテトライソプロポキシド添加し、窒素ガス気流下にて4時間程度で200℃まで昇温し、ついで、2時間かけて230℃に昇温し、流出物がなくなるまで反応を行った。その後、5mmHg~30mmHgの減圧下、1時間反応させて[ポリエステルβ]を得た。
得られた[ポリエステルβ]は、酸価(AV)19mgKOH/g、ガラス転移温度(Tg)57℃、重量平均分子量(Mw)6,000であった。
(Synthesis of polyester β)
In a 1L four-neck flask equipped with a nitrogen inlet tube, a dehydration tube, a stirrer, and a thermocouple, 280 parts of propylene glycol as a diol, 611 parts of terephthalic acid as a dicarboxylic acid, and 109 parts of succinic acid were mixed. Then, after the inside of the reaction vessel was sufficiently replaced with nitrogen gas, 300 ppm (relative to the monomer) of titanium tetraisopropoxide was added, and the temperature was raised to 200°C in about 4 hours under a nitrogen gas flow, and then the temperature was raised to 230°C over 2 hours, and the reaction was carried out until no effluent was observed. Then, the reaction was carried out for 1 hour under a reduced pressure of 5 mmHg to 30 mmHg to obtain [polyester β].
The obtained [polyester β] had an acid value (AV) of 19 mgKOH/g, a glass transition temperature (Tg) of 57° C., and a weight average molecular weight (Mw) of 6,000.
<顔料プレ分散体の作製>
(顔料プレ分散体A)
以下の処方の材料を混合し、110mlのガラス製スクリュー菅瓶に投入後、直径2.0mmのジルコニアボール(ニッカトー社製、YTZボール)170部を投入し、シェーカー(IKA社製、Vibrax VXR basic)に瓶を固定し、1000rpmで24時間分散させた。その後、メディアと分散液をろ別し、平均孔径5.0μmのPTFEメンブレンフィルターでろ過することで[顔料プレ分散体A]を作製した。この[顔料プレ分散体A]のELSZ-1000におけるD50は110nmであった。
・カーボンブラック: 15.0部
(SBX45、旭カーボン社製、一次粒径:22nm、DBP吸収量:55mL/100g)
・顔料分散剤: 3.8部
(アジスパー PB821、味の素ファインテクノ社製、疎水性)
・メチルエチルケトン: 41.2部
<Preparation of Pigment Pre-Dispersion>
(Pigment Pre-Dispersion A)
The following materials were mixed and poured into a 110 ml glass screw tube bottle, after which 170 parts of 2.0 mm diameter zirconia balls (Nikkato Corporation, YTZ balls) were poured in, the bottle was fixed to a shaker (IKA Corporation, Vibrax VXR basic), and dispersed at 1000 rpm for 24 hours. Thereafter, the media and the dispersion were separated by filtration, and filtered through a PTFE membrane filter with an average pore size of 5.0 μm to produce [Pigment Pre-Dispersion A]. The D50 of this [Pigment Pre-Dispersion A] in ELSZ-1000 was 110 nm.
Carbon black: 15.0 parts (SBX45, manufactured by Asahi Carbon Co., Ltd., primary particle size: 22 nm, DBP absorption: 55 mL/100 g)
Pigment dispersant: 3.8 parts (Ajisper PB821, manufactured by Ajinomoto Fine-Techno Co., Ltd., hydrophobic)
Methyl ethyl ketone: 41.2 parts
以下では、実施例及び比較例として水系分散体1~11及びこの水系分散体を使用したインク1~11の調製例を示す。
水系分散体の特性及びインクの特性の評価結果を表1に示す。
In the following, preparation examples of aqueous dispersions 1 to 11 and inks 1 to 11 using these aqueous dispersions will be shown as examples and comparative examples.
The evaluation results of the properties of the aqueous dispersion and the ink are shown in Table 1.
[実施例1]
(水系分散体1の調製)
スリーワンモーター、アンカー翼、熱電対を備え付けた0.3Lのセパラブルフラスコに、顔料(P:Pigment)とポリエステル(R:Resin)の質量比(P/R)が0.5となるように、[顔料プレ分散体A]60gと[ポリエステルα]30gとを加えて40℃で混合攪拌することで顔料分散樹脂溶液を得た。次いで、ポリエステル(R:Resin)とメチルエチルケトン(S:Solvent)の比率(R/S)が1.4となるように、減圧下でメチルエチルケトンを除去した後、ポリエステルの有する酸価を中和するために、カルボキシル基に対して等量のトリエチルアミン1.1gを加えて0.5時間混合攪拌した。350rpmの速度で攪拌しながらイオン交換水64gを15ml/minの速度で滴下し、20分間攪拌することでエマルションを作製した。最後にメチルエチルケトンを除去し、目開き67μmのナイロン製の網を用いてろ過精製した後、イオン交換水により固形量を30%に調整した。
次いで、遠心分離装置を用いて、4000rpmで5時間遠心分離を行った。セルの上部10vol%と下部20vol%を除いて回収し、顔料の表面全てが5nm以上の樹脂層で覆われ、且つ、顔料一次粒子を二個以上含有した顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む[水系分散体1]を得た。
図1、図2、図3及び図4は、それぞれ[水系分散体1]のTEM画像(倍率1万倍)、TEM画像(倍率4万倍)、SEM画像及びEFM像である。
[Example 1]
(Preparation of Aqueous Dispersion 1)
A 0.3L separable flask equipped with a three-one motor, an anchor blade, and a thermocouple was added with 60 g of [pigment pre-dispersion A] and 30 g of [polyester α], and mixed and stirred at 40 ° C. so that the mass ratio (P / R) of the pigment (P: Pigment) and the polyester (R: Resin) was 0.5, to obtain a pigment dispersion resin solution. Next, methyl ethyl ketone was removed under reduced pressure so that the ratio (R / S) of the polyester (R: Resin) and the methyl ethyl ketone (S: Solvent) was 1.4, and then 1.1 g of triethylamine was added to the carboxyl group in an amount equivalent to neutralize the acid value of the polyester, and mixed and stirred for 0.5 hours. 64 g of ion-exchanged water was dropped at a rate of 15 ml / min while stirring at a speed of 350 rpm, and an emulsion was prepared by stirring for 20 minutes. Finally, methyl ethyl ketone was removed, and the residue was purified by filtration using a nylon mesh with 67 μm openings, and the solid content was adjusted to 30% with ion-exchanged water.
Next, the mixture was centrifuged at 4000 rpm for 5 hours using a centrifugal separator, and the upper 10 vol % and the lower 20 vol % of the cell were removed to obtain [Aqueous Dispersion 1], which contained pigment-encapsulated emulsion resin particles in which the entire surface of the pigment was covered with a resin layer of 5 nm or more and which contained two or more primary pigment particles.
1, 2, 3 and 4 are a TEM image (magnification: 10,000 times), a TEM image (magnification: 40,000 times), a SEM image and an EFM image of [Aqueous Dispersion 1], respectively.
(インク1の調製)
上記で得られた[水系分散体1]を用い、下記処方のインクを調製し、25℃における粘度を7.5mPa・sに調整した後、平均孔径10μmのメンブレンフィルターで濾過を行い、[インク1]を調製した。
-インク処方-
・水系分散体1(固形分として): 10.75%
・プロピレングリコール(粘度7.5mPa・sに調整): 約40%
・シリコーン系界面活性剤: 1.0%
(日信化学工業製シルフェイスSAG503A)
・脂肪族ジアルコール系界面活性剤: 0.1%
(日信化学工業製サーフィノールAD01)
・水: 残量
(合計:100%)
(Preparation of Ink 1)
An ink having the following formulation was prepared using the [Aqueous Dispersion 1] obtained above. The viscosity at 25° C. was adjusted to 7.5 mPa s, and then the ink was filtered through a membrane filter having an average pore size of 10 μm to prepare [Ink 1].
-Ink formula-
Aqueous dispersion 1 (as solid content): 10.75%
Propylene glycol (adjusted to viscosity 7.5 mPa·s): Approximately 40%
Silicone surfactant: 1.0%
(Silface SAG503A manufactured by Nissin Chemical Industry Co., Ltd.)
Aliphatic dialcohol surfactant: 0.1%
(Surfynol AD01 manufactured by Nissin Chemical Industry Co., Ltd.)
・Water: remaining amount
(Total: 100%)
[実施例2]
遠心分離後に、セルの上部5vol%と下部10vol%を除いて回収したことを除き、実施例1と同じ手順にて顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む[水系分散体2]を得た。また、[水系分散体1]の代わり[水系分散体2]を使用したことを除き、[インク1]と同じ手順で[インク2]を調製した。
[Example 2]
Except for recovering only 5 vol% of the upper part and 10 vol% of the lower part of the cell after centrifugation, [Water-based Dispersion 2] containing pigment-encapsulated emulsion resin particles was obtained in the same manner as in Example 1. [Ink 2] was also prepared in the same manner as [Ink 1], except for using [Water-based Dispersion 2] instead of [Water-based Dispersion 1].
[実施例3]
[ポリエステルα]の代わりに[ポリエステルβ]を用いたことを除き、実施例1と同じ手順にて顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む[水系分散体3]を得た。また、[水系分散体1]の代わりに[水系分散体3]を使用したことを除き、[インク1]と同じ手順で[インク3]を調製した。
[Example 3]
Except for using [Polyester β] instead of [Polyester α], [Water-based Dispersion 3] containing pigment-encapsulated emulsion resin particles was obtained in the same manner as in Example 1. Also, [Ink 3] was prepared in the same manner as in [Ink 1], except for using [Water-based Dispersion 3] instead of [Water-based Dispersion 1].
[実施例4]
[ポリエステルα]の代わりに[ポリエステルβ]を用いたことを除き、実施例2と同じ手順にて顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む[水系分散体4]を得た。また、[水系分散体1]の代わりに[水系分散体4]を使用したことを除き、[インク1]と同じ手順で[インク4]を調製した。
[Example 4]
Except for using [Polyester β] instead of [Polyester α], [Water-based Dispersion 4] containing pigment-encapsulated emulsion resin particles was obtained in the same manner as in Example 2. Also, [Ink 4] was prepared in the same manner as in [Ink 1], except for using [Water-based Dispersion 4] instead of [Water-based Dispersion 1].
[実施例5]
[水系分散体1]の代わりに、下記のようにして作製した[水系分散体5]を使用したことを除き、[インク1]と同じ手順で[インク5]を調製した。
(水系分散体5の調製)
スリーワンモーター、アンカー翼、熱電対を備え付けた0.3Lのセパラブルフラスコに、ポリカーボネートジオール(旭化成製デュラノールT5651)40gと2,2-ビス(ヒドロキシメチル)プロピオン酸1.69gを加え、攪拌しながら減圧して系中の水分を除いた。次いで、窒素を導入しながら、有機溶剤としてメチルエチルケトン36g、トリエチルアミン2.93g、ジシクロヘキシルメタン-4,4‘-ジイソシアナート23.7gを仕込み、触媒としてジ-(2エチルヘキサン酸)すず(II)を0.2mL加え、60℃に昇温して2時間還流させ、固形分濃度65%、NCO0.9%、重量平均分子量(Mw)6,500のポリカーボネート系ポリウレタン樹脂溶液を得た。ここに、[顔料プレ分散体A]22gを加えて40℃で混合攪拌することで顔料分散樹脂溶液を得た。次いで、ジエチレントリアミン0.2gを加えて40℃で30分間混合攪拌した後、350rpmの速度で攪拌しながらイオン交換水78gを15ml/minの速度で滴下し、20分間攪拌することでエマルションを作製した。最後にメチルエチルケトンを除去し、目開き67μmのナイロン製の網を用いてろ過精製した後、イオン交換水により固形量を30%に調整した。
次いで、遠心分離装置を用いて、4000rpmで5時間遠心分離を行った。セルの上部20vol%と下部40vol%を除いて回収し、顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む[水系分散体5]を得た。
[Example 5]
[Ink 5] was prepared in the same manner as [Ink 1], except that [Aqueous Dispersion 5] prepared as described below was used instead of [Aqueous Dispersion 1].
(Preparation of Aqueous Dispersion 5)
A 0.3L separable flask equipped with a three-one motor, anchor blade, and thermocouple was charged with 40g of polycarbonate diol (Asahi Kasei Duranol T5651) and 1.69g of 2,2-bis(hydroxymethyl)propionic acid, and the water in the system was removed by reducing the pressure while stirring. Next, while introducing nitrogen, 36g of methyl ethyl ketone, 2.93g of triethylamine, and 23.7g of dicyclohexylmethane-4,4'-diisocyanate were charged as an organic solvent, 0.2mL of di-(2-ethylhexanoic acid)tin(II) was added as a catalyst, and the temperature was raised to 60°C and refluxed for 2 hours to obtain a polycarbonate-based polyurethane resin solution with a solid content concentration of 65%, NCO of 0.9%, and a weight average molecular weight (Mw) of 6,500. 22g of [pigment pre-dispersion A] was added thereto and mixed and stirred at 40°C to obtain a pigment dispersion resin solution. Next, 0.2 g of diethylenetriamine was added and mixed and stirred at 40° C. for 30 minutes, and then 78 g of ion-exchanged water was added dropwise at a rate of 15 ml/min while stirring at a speed of 350 rpm, and stirred for 20 minutes to prepare an emulsion. Finally, methyl ethyl ketone was removed, and the mixture was filtered and purified using a nylon net with a mesh size of 67 μm, and the solid content was adjusted to 30% with ion-exchanged water.
Next, the mixture was centrifuged at 4000 rpm for 5 hours using a centrifugal separator. The upper 20 vol % and the lower 40 vol % of the cell were removed and collected to obtain [Aqueous Dispersion 5] containing pigment-encapsulated emulsion resin particles.
[実施例6]
[水系分散体1]の代わりに、下記のようにして作製した[水系分散体6]を使用したことを除き、[インク1]と同じ手順で[インク6]を調製した。
([水系分散体6]の調製)
遠心分離後に、セルの上部10vol%と下部20vol%を除いて回収したことを除き、実施例5と同じ手順にて顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む[水系分散体6]を得た。
[Example 6]
[Ink 6] was prepared in the same manner as [Ink 1], except that [Aqueous Dispersion 6] prepared as described below was used instead of [Aqueous Dispersion 1].
(Preparation of [Aqueous Dispersion 6])
After centrifugation, the same procedure as in Example 5 was repeated, except that the upper 10 vol % and the lower 20 vol % of the cell were removed and collected, to obtain [Water-based Dispersion 6] containing pigment-encapsulated emulsion resin particles.
[比較例1]
遠心分離を行わなかったことを除き、実施例1と同じ手順にて顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む[水系分散体7]を得た。また、[水系分散体1]の代わりに[水系分散体7]を使用したことを除き、「インク1」と同じ手順で[インク7]を調製した。
図5、6はそれぞれ[水系分散体7]のTEM画像(倍率1万倍)及びTEM画像(倍率5万倍)である。
[Comparative Example 1]
Except for not performing centrifugation, [Water-based Dispersion 7] containing pigment-encapsulated emulsion resin particles was obtained in the same manner as in Example 1. In addition, [Ink 7] was prepared in the same manner as in "Ink 1" except for using [Water-based Dispersion 7] instead of [Water-based Dispersion 1].
5 and 6 are TEM images (magnification: 10,000 times) and TEM images (magnification: 50,000 times) of [Aqueous Dispersion 7], respectively.
[比較例2]
遠心分離後に、セルの下部50vol%を除いて回収したことを除き、実施例1と同じ手順にて顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む[水系分散体8]を得た。また、[水系分散体1]の代わりに[水系分散体8]を使用したことを除き、[インク1]と同じ手順で[インク8]を調製した。
[Comparative Example 2]
Except for recovering only the bottom 50 vol% of the cell after centrifugation, an [Aqueous Dispersion 8] containing pigment-encapsulated emulsion resin particles was obtained in the same manner as in Example 1. In addition, [Ink 8] was prepared in the same manner as [Ink 1], except for using [Aqueous Dispersion 8] instead of [Aqueous Dispersion 1].
[比較例3]
遠心分離後に、セルの上部50vol%を除いて回収したことを除き、実施例1と同じ手順にて顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む[水系分散体9]を得た。また、[水系分散体1]の代わりに[水系分散体9]を使用したことを除き、[インク1]と同じ手順で[インク9]を調製した。
[Comparative Example 3]
Except for excluding and recovering the upper 50 vol% of the cell after centrifugation, [Water-based Dispersion 9] containing pigment-encapsulated emulsion resin particles was obtained in the same manner as in Example 1. Also, [Ink 9] was prepared in the same manner as [Ink 1], except for using [Water-based Dispersion 9] instead of [Water-based Dispersion 1].
[比較例4]
遠心分離を行わなかったことを除き、実施例5と同じ手順にて顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む[水系分散体10]を得た。また、[水系分散体1]の代わりに[水系分散体10]を使用したことを除き、[インク1]と同じ手順で[インク10]を調製した。
[Comparative Example 4]
Except for not performing centrifugation, [Water-based Dispersion 10] containing pigment-encapsulated emulsion resin particles was obtained in the same manner as in Example 5. [Ink 10] was also prepared in the same manner as [Ink 1], except for using [Water-based Dispersion 10] instead of [Water-based Dispersion 1].
[比較例5]
顔料内包化エマルション樹脂粒子の代わりに、下記の[ポリエステル単独樹脂エマルション]と[水系顔料分散体11]を作製し、[インク11]を調製した。
(ポリエステル単独樹脂エマルション)
スリーワンモーター、アンカー翼、熱電対を備え付けた0.3Lのセパラブルフラスコに、ポリエステルα25gとメチルエチルケトン14gを加え、40℃で混合攪拌すること樹脂溶液を得た。次いで、ポリエステルの有する酸価を中和すべく、カルボキシル基に対して等量のトリエチルアミン0.84gを加えて20分間攪拌した。350rpmの速度で攪拌しながらイオン交換水53gを15ml/minの速度で滴下し、20分間攪拌することでエマルションを作製した。最後にメチルエチルケトンを除去し、目開き67μmのナイロン製の網を用いてろ過精製した。イオン交換水により固形量を30%に調整し、D50が78nmのポリエステル単独樹脂エマルションを得た。
[Comparative Example 5]
Instead of the pigment-encapsulated emulsion resin particles, the following [Polyester Sole Resin Emulsion] and [Water-Based Pigment Dispersion 11] were prepared to prepare [Ink 11].
(Polyester single resin emulsion)
25g of polyester α and 14g of methyl ethyl ketone were added to a 0.3L separable flask equipped with a three-one motor, anchor blades, and a thermocouple, and the mixture was stirred at 40°C to obtain a resin solution. Next, in order to neutralize the acid value of the polyester, 0.84g of triethylamine was added in an amount equivalent to the carboxyl group and stirred for 20 minutes. While stirring at a speed of 350 rpm, 53g of ion-exchanged water was dripped at a rate of 15ml/min, and the mixture was stirred for 20 minutes to produce an emulsion. Finally, the methyl ethyl ketone was removed, and the mixture was filtered and purified using a nylon net with a mesh size of 67μm. The solid content was adjusted to 30% with ion-exchanged water to obtain a polyester-only resin emulsion with a D50 of 78nm.
(水系顔料分散体)
以下のようにして合成した[顔料分散剤I]3.8部を、pHが8.0となるように30.0部のジエタノールアミン水溶液に溶解した。さらにイオン交換水を加え、水溶液の全量を45.0部とした。次に、以下の処方の材料を混合し、110mlのガラス製スクリュー菅瓶に投入後、直径2.0mmのジルコニアボール(ニッカトー社製、YTZボール)170部を投入し、シェーカー(IKA社製、Vibrax VXR basic)に瓶を固定し、1000rpmで24時間分散させた。その後、メディアと分散液をろ別し、平均孔径5.0μmの酢酸セルロースメンブレンフィルターでろ過することで[水系顔料分散体11]を作製した。この[水系顔料分散体11]のELSZ-1000におけるD50は120nmであった。
・カーボンブラック(SBX45、旭カーボン社製): 15.0部
・顔料分散剤I水溶液: 45.0部
(Water-based pigment dispersion)
3.8 parts of [pigment dispersant I] synthesized as follows was dissolved in 30.0 parts of diethanolamine aqueous solution so that the pH was 8.0. Further, ion-exchanged water was added to make the total amount of the aqueous solution 45.0 parts. Next, the materials of the following formulation were mixed and poured into a 110 ml glass screw tube bottle, and then 170 parts of zirconia balls (manufactured by Nikkato Corporation, YTZ balls) having a diameter of 2.0 mm were poured, and the bottle was fixed to a shaker (manufactured by IKA Corporation, Vibrax VXR basic) and dispersed for 24 hours at 1000 rpm. Thereafter, the media and the dispersion were separated by filtration, and the mixture was filtered through a cellulose acetate membrane filter having an average pore size of 5.0 μm to prepare [water-based pigment dispersion 11]. The D50 of this [water-based pigment dispersion 11] in ELSZ-1000 was 120 nm.
Carbon black (SBX45, manufactured by Asahi Carbon Co., Ltd.): 15.0 parts Pigment dispersant I aqueous solution: 45.0 parts
(顔料分散剤Iの合成)
1,6-ヘキサンジオール(東京化成工業社製)62.0部を700mlのジクロロメタンに溶解し、東京化成工業製のピリジン(東京化成工業社製)20.7部を加え攪拌をした。
この溶液に、100mlのジクロロメタンに2-ナフタレンカルボニルクロリド(東京化成工業社製)を溶解させた溶液を2時間かけて滴下した後、室温で6時間攪拌した。得られた反応溶液を水洗した後、有機層を単離し、硫酸マグネシウムで乾燥し、溶媒を留去した。残留物を溶離液としてジクロロメタン/メタノール(体積比で98/2)混合溶媒を用いてシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製することで化合物を得た。
(Synthesis of Pigment Dispersant I)
62.0 parts of 1,6-hexanediol (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was dissolved in 700 ml of dichloromethane, and 20.7 parts of pyridine (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added thereto and stirred.
A solution of 2-naphthalenecarbonyl chloride (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) dissolved in 100 ml of dichloromethane was added dropwise to this solution over 2 hours, and the mixture was stirred at room temperature for 6 hours. The resulting reaction solution was washed with water, and then the organic layer was isolated and dried over magnesium sulfate, and the solvent was distilled off. The residue was purified by silica gel column chromatography using a mixed solvent of dichloromethane/methanol (volume ratio 98/2) as an eluent to obtain a compound.
次に、得られた上記化合物42.1部を80mlの乾燥メチルエチルケトンに溶解し、攪拌しながら60℃の加熱を行った。この溶液に、20mlの乾燥メチルエチルケトンにカレンズMOI(昭和電工社製)24.0部を溶解させた溶液を1時間かけて滴下した後、70℃で12時間攪拌した。室温まで冷却した後、溶媒を留去した。残留物を溶離液としてジクロロメタン/メタノール(体積比で99/1)混合溶媒を用いてシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、モノマーを得た。 Next, 42.1 parts of the above compound obtained was dissolved in 80 ml of dry methyl ethyl ketone and heated to 60°C while stirring. A solution of 24.0 parts of Karenz MOI (Showa Denko K.K.) dissolved in 20 ml of dry methyl ethyl ketone was added dropwise to this solution over 1 hour, and then stirred at 70°C for 12 hours. After cooling to room temperature, the solvent was distilled off. The residue was purified by silica gel column chromatography using a mixed solvent of dichloromethane/methanol (volume ratio 99/1) as an eluent to obtain a monomer.
次にアクリル酸(東京化成工業社製)2.30部、前記モノマー8.54g及び2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)(東京化成工業社製)0.31部を100mlのメチルエチルケトンに溶解し、窒素ガス気流下、75℃の温度条件で5時間攪拌を行った。その後、室温まで冷却した反応溶液について、ヘキサンを用いて再沈殿を5回繰り返し、共重合体の精製を行った。精製処理後は共重合体をろ別し、減圧乾燥することで顔料分散剤Iを得た。 Next, 2.30 parts of acrylic acid (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 8.54 g of the monomer, and 0.31 parts of 2,2'-azobis(isobutyronitrile) (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) were dissolved in 100 ml of methyl ethyl ketone, and the mixture was stirred for 5 hours at 75°C under a nitrogen gas flow. The reaction solution was then cooled to room temperature, and reprecipitation was repeated five times using hexane to purify the copolymer. After the purification process, the copolymer was filtered off and dried under reduced pressure to obtain pigment dispersant I.
(インク11の調製)
上記で得られた[ポリエステル単独樹脂エマルション]および[水系顔料分散体11]を用い、下記処方のインクを調製し、25℃における粘度を7.5mPa・sに調整した後、平均孔径10μmのメンブレンフィルターで濾過を行い、インク11を調製した。
図7、図8及び図9はそれぞれ、[インク11]のTEM画像(倍率4万倍)、SEM像及びEFM画像である。
-インク処方-
・ポリエステル単独樹脂エマルション(固形分として): 5.375%
・水系顔料分散体11(固形分として): 5.375%
・プロピレングリコール(粘度7.5mPa・sに調整): 約40%
・シリコーン系界面活性剤: 1.0%
(日信化学工業製シルフェイスSAG503A)
・脂肪族ジアルコール系界面活性剤: 0.1%
(日信化学工業製サーフィノールAD01)
・水: 残量
(合計:100%)
(Preparation of Ink 11)
An ink having the following formulation was prepared using the [Polyester single resin emulsion] and [Water-based pigment dispersion 11] obtained above. The viscosity at 25° C. was adjusted to 7.5 mPa s, and then the ink was filtered through a membrane filter having an average pore size of 10 μm to prepare Ink 11.
7, 8 and 9 are a TEM image (magnification: 40,000 times), a SEM image and an EFM image of [Ink 11], respectively.
-Ink formula-
Polyester single resin emulsion (as solid content): 5.375%
Water-based pigment dispersion 11 (as solid content): 5.375%
Propylene glycol (adjusted to viscosity 7.5 mPa·s): Approximately 40%
Silicone surfactant: 1.0%
(Silface SAG503A manufactured by Nissin Chemical Industry Co., Ltd.)
Aliphatic dialcohol surfactant: 0.1%
(Surfynol AD01 manufactured by Nissin Chemical Industry Co., Ltd.)
・Water: remaining amount
(Total: 100%)
[水系分散体についての評価方法]
作製した水系分散体について、D50、顔料(P)と樹脂(R)との質量比(P/R)、顔料露出率、未内包樹脂比率、及び、粗大粒子数を評価た。評価結果を表1に示す。
[Evaluation method for aqueous dispersions]
The prepared aqueous dispersion was evaluated for D50, the mass ratio (P/R) of pigment (P) to resin (R), the pigment exposure rate, the unencapsulated resin rate, and the number of coarse particles. The evaluation results are shown in Table 1.
<分子量>
装置:GPC(東ソー(株)製)、検出器:RI、測定温度:40℃
移動相:テトラヒドロフラン、流量:0.45mL/min.
数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)は、夫々、分子量既知のポリスチレン試料によって作成した検量線を標準としてGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)にて測定される数平均分子量、重量平均分子量、分子量分布である。なお、カラムは排除限界6万のもの、2万のもの、1万のものを直列に繋いだものを使用した。
<Molecular weight>
Apparatus: GPC (manufactured by Tosoh Corporation), detector: RI, measurement temperature: 40°C
Mobile phase: tetrahydrofuran, flow rate: 0.45 mL/min.
The number average molecular weight (Mn), weight average molecular weight (Mw), and molecular weight distribution (Mw/Mn) are the number average molecular weight, weight average molecular weight, and molecular weight distribution measured by GPC (gel permeation chromatography) using a calibration curve prepared from a polystyrene sample with a known molecular weight as a standard. Note that columns with exclusion limits of 60,000, 20,000, and 10,000 connected in series were used.
<累積50%体積平均粒子径(D50)>
顔料プレ分散体のD50は、ゼータ電位・粒径測定システム(ELSZ-1000、大塚電子株式会社製)を用いて、動的光散乱法により測定した。 具体的には、測定サンプルの固形分濃度が0.01wt%となるように、サンプルをイオン交換水または必要に応じて有機溶剤により希釈し、得られた溶液の一部を石英セルに入れ、サンプルホルダーにセットする。 そして、温度:25℃、ダストカット(回数:5、Upper:5、Lower:100)、積算回数:70の条件で測定を行った。
<Cumulative 50% volume average particle size (D50)>
The D50 of the pigment pre-dispersion was measured by dynamic light scattering using a zeta potential/particle size measurement system (ELSZ-1000, manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.). Specifically, the sample was diluted with ion-exchanged water or, if necessary, with an organic solvent so that the solid content concentration of the measurement sample was 0.01 wt%, and a portion of the obtained solution was placed in a quartz cell and set in a sample holder. Then, the measurement was performed under the following conditions: temperature: 25°C, dust cut (number of times: 5, Upper: 5, Lower: 100), and cumulative number: 70.
また、顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む水系分散体のエマルション樹脂粒子のD50は、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置(LA-960、堀場製作所社製)を用いて測定した。 具体的には、上記装置で測定時の透過率(R)及び透過率(B)が30%~70%となるようにサンプルをイオン交換水により希釈し、得られた溶液の一部をバッチ式セル(スペーサー:50μm)に入れ、サンプルホルダーにセットして測定を行った。 The D50 of the emulsion resin particles of the aqueous dispersion containing the pigment-encapsulated emulsion resin particles was measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer (LA-960, manufactured by Horiba, Ltd.). Specifically, the sample was diluted with ion-exchanged water so that the transmittance (R) and transmittance (B) during measurement with the above-mentioned device were 30% to 70%, and a portion of the resulting solution was placed in a batch-type cell (spacer: 50 μm), which was then set in the sample holder and measured.
<顔料(P)と樹脂(R)との質量比(P/R)>
P/R(Pigment/Resin比)は、水系分散体の乾固物の熱分析により算出した。具体的には、まず、水系分散体を130℃で5時間加熱乾燥し、乾固物を得た。得られた乾固物10mgを、熱重量示差熱分析装置(株式会社リガク製EVO2G-TG-03)により、窒素ガス(200mL/L)雰囲気化で、150℃に昇温して10分間保持、次いで20℃/minで500℃に昇温して30分間保持した。150℃10分間保持後の重量を乾固物重量、500℃30分間保持後の重量を樹脂が分解し残った顔料の重量とし、予め既知の顔料/樹脂比率の混合物を同様に分析して作成した検量線から、P/R(Pigment/Resin比)を算出した。
<Mass ratio (P/R) of pigment (P) to resin (R)>
P/R (Pigment/Resin ratio) was calculated by thermal analysis of the dried product of the aqueous dispersion. Specifically, the aqueous dispersion was first heated and dried at 130°C for 5 hours to obtain a dried product. 10 mg of the obtained dried product was heated to 150°C in a nitrogen gas (200mL/L) atmosphere using a thermogravimetric differential thermal analyzer (EVO2G-TG-03 manufactured by Rigaku Corporation) and held for 10 minutes, then heated to 500°C at 20°C/min and held for 30 minutes. The weight after holding at 150°C for 10 minutes was the weight of the dried product, and the weight after holding at 500°C for 30 minutes was the weight of the pigment remaining after the resin was decomposed. The P/R (Pigment/Resin ratio) was calculated from a calibration curve prepared by similarly analyzing a mixture of known pigment/resin ratios in advance.
<顔料露出率>
顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む水系分散体を、固形分濃度が10.75質量%となるように調製した。次いで、前記水系分散体を塗工紙に塗工し、25℃で乾燥して得られた膜を導電性処理せずに走査型電子顕微鏡(加速電圧0.75kV、反射電子検出器、倍率20000倍)にて観察した。観察像の二値化によって顔料面積を算出し、塗工膜表面の顔料が占める割合を顔料露出率とした。
<Pigment exposure rate>
An aqueous dispersion containing pigment-encapsulated emulsion resin particles was prepared so that the solid content concentration was 10.75% by mass. The aqueous dispersion was then applied to a coated paper, and the film obtained by drying at 25° C. was observed under a scanning electron microscope (accelerating voltage 0.75 kV, backscattered electron detector, magnification 20,000 times) without conducting a conductive treatment. The pigment area was calculated by binarizing the observed image, and the ratio of the pigment to the surface of the coating film was taken as the pigment exposure rate.
この観察手法により、カーボンブラックと、樹脂の反射電子放出量の違いから、露出顔料を見分けることが可能であり、観察範囲全体に対する露出顔料の面積の割合を顔料露出率と定義する。なお露出顔料は、樹脂粒子に対してコントラストが明るく観察される箇所であり、単独の樹脂粒子と顔料分散体を混合して作製した分散液を観察した結果と比較して決定する。顔料露出率は、任意に場所を変えて測定した3視野の平均を取った。 This observation method makes it possible to distinguish between exposed pigment due to the difference in the amount of reflected electron emission between carbon black and resin, and the ratio of the area of exposed pigment to the entire observation range is defined as the pigment exposure rate. Exposed pigment is an area that is observed to have a bright contrast to the resin particles, and is determined by comparing with the results of observing a dispersion made by mixing a single resin particle with a pigment dispersion. The pigment exposure rate was calculated by averaging three visual fields measured at randomly changed locations.
<顔料未内包エマルション樹脂粒子比率>
顔料未内包エマルション樹脂粒子比率は以下のようにして算出した。まず、顔料内包化エマルション樹脂粒子を含むエマルションを、固形分濃度が0.1%となるようにイオン交換水で希釈し試料液を作製する。次いで、親水化処理を行ったコロジオン膜貼付メッシュ(日新EM社製コロジオン膜貼付メッシュ Cu150メッシュ)上に、試料液を、マイクロピペットを用いて1μL載せ、すぐに三角形に切ったろ紙で試料液を吸い取る。次いで、10倍に希釈したEMステイナーを、マイクロピペットを用いて1μL載せ、すぐに三角形に切ったろ紙で試料液を吸い取る。減圧乾燥の後、透過型電子顕微鏡(日本電子株式会社製JEM-2100F)にて、加速電圧200kV、倍率40000倍で観察を行う。この観察手法により、50nm以上の粒子を3つ以上含む視野の画像を、任意に場所を変えて5枚以上取得する。各画像に対して、顔料内包化エマルション樹脂粒子と顔料未内包エマルション樹脂粒子の個数をカウントし、下記式(1)により顔料未内包エマルション樹脂粒子比率を算出し、平均を求めた。
The ratio of non-pigment-encapsulated emulsion resin particles was calculated as follows. First, an emulsion containing pigment-encapsulated emulsion resin particles was diluted with ion-exchanged water so that the solid content concentration was 0.1% to prepare a sample solution. Next, 1 μL of the sample solution was placed on a hydrophilically treated collodion film-attached mesh (Nisshin EM Co., Ltd. Collodion film-attached mesh Cu150 mesh), using a micropipette, and the sample solution was immediately absorbed with a triangular filter paper. Next, 1 μL of EM stainer diluted 10 times was placed on a micropipette, and the sample solution was immediately absorbed with a triangular filter paper. After drying under reduced pressure, observation was performed with a transmission electron microscope (JEM-2100F, JEOL Ltd.) at an accelerating voltage of 200 kV and a magnification of 40,000 times. By this observation method, five or more images of a field of view containing three or more particles of 50 nm or more were obtained at arbitrary locations. For each image, the number of pigment-encapsulated emulsion resin particles and the number of non-pigment-encapsulated emulsion resin particles were counted, and the ratio of non-pigment-encapsulated emulsion resin particles was calculated by the following formula (1), and the average was obtained.
<粗大粒子数>
粗大粒子数の測定は、日本インテグリス合同会社製個数カウント式粒度分布装置AccuSizerを用いて、以下のように行った。まず、顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む水系分散体を、イオン交換水を用いて測定可能範囲内に入るまで希釈し、測定する。測定結果より、固形分濃度1%に換算したときの前記水系分散体5μL中に1μm以上の粒子が何個あったかを算出し、これを粗大粒子数とした。
<Number of coarse particles>
The number of coarse particles was measured using a particle size distribution analyzer, AccuSizer, manufactured by Nippon Entegris LLC, as follows. First, the aqueous dispersion containing the pigment-encapsulated emulsion resin particles was diluted with ion-exchanged water until it was within the measurable range, and then measured. From the measurement results, the number of particles of 1 μm or more in 5 μL of the aqueous dispersion when converted to a solids concentration of 1% was calculated, and this was taken as the number of coarse particles.
<表面粗さ>
表面粗さは走査型プローブ顕微鏡(SPM)を用いて、以下のようにして算出した。まず、顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む水系分散体を、固形分濃度が10.75%となるようにイオン交換水を用いて調製した。次いで、塗工紙(ルミアートグロス130)に0.15mmバーコーターにて塗工し、100℃のオーブンで5分間加熱乾燥した。この塗工膜を切り出し、以下の条件で観察を行い、表面粗さを算出した。観察は任意に場所を変えて三視野行い、表面粗さの平均値を求めた。
装置:走査プローブ型顕微鏡(Bruker製DimensionIcon)
カンチレバー:オリンパス製OMCL-AC240TS
測定モード:タッピングモード
観察範囲:2μm四方
<Surface roughness>
The surface roughness was calculated using a scanning probe microscope (SPM) as follows. First, an aqueous dispersion containing pigment-encapsulated emulsion resin particles was prepared using ion-exchanged water so that the solid content concentration was 10.75%. Next, the coating was applied to coated paper (Lumia Art Gloss 130) using a 0.15 mm bar coater, and heated and dried in an oven at 100°C for 5 minutes. This coating film was cut out and observed under the following conditions to calculate the surface roughness. Observation was performed in three fields of view at random locations, and the average surface roughness was calculated.
Equipment: Scanning probe microscope (Dimension Icon manufactured by Bruker)
Cantilever: Olympus OMCL-AC240TS
Measurement mode: Tapping mode Observation range: 2 μm square
[インクについての評価方法]
次に、作製した各インクについて、以下のようにして、画像濃度、耐沈殿性、耐浮上性を評価した。結果を表1に示した。
[Ink evaluation method]
Next, the prepared inks were evaluated for image density, sedimentation resistance, and floating resistance as described below. The results are shown in Table 1.
(画像出力方法)
インクジェットプリンター(リコー製IPSiO GXe5500)の印字ヘッドを含めたインク供給経路に純水を通液することで洗浄し、洗浄液が着色しなくなるまで十分に通液して洗浄液を装置から抜ききって評価用印字装置とした。
調製したインクを、インクカートリッジに充填し評価用インクカートリッジとした。 充填動作を行わせ、全ノズルに評価インクが充填され異常画像が出ないことを確認し、プリンタ添付のドライバで光沢紙きれいモードを選択後、ユーザー設定でカラーマッチングoffを印字モードとした。このモードでベタ画像の記録媒体上へのインク付着量が20g/m2となるようにヘッドの駆動電圧を変更することで吐出量を調整した。
<画像濃度>
下記画像出力方法にて記録紙(Premier Paper製ルミアートグロス130)にベタ画像を印刷し、100℃のオーブンにて5分間加熱乾燥させた画像をそれぞれ作製した。
印字画像の下に、白色の普通紙を置いた状態で、分光測色濃度計X-Rite939を用いて全濃度を測色し、Kの値を画像濃度とした。
(Image output method)
The ink supply path including the print head of an inkjet printer (IPSiO GXe5500 manufactured by Ricoh) was cleaned by passing pure water through it until the cleaning liquid was no longer colored, and then the cleaning liquid was completely drained from the device to prepare a printing device for evaluation.
The prepared ink was filled into an ink cartridge to prepare an ink cartridge for evaluation. A filling operation was performed, and it was confirmed that all nozzles were filled with the evaluation ink and no abnormal images were produced. After selecting the glossy paper clean mode in the driver attached to the printer, the user settings were changed to the print mode with color matching off. In this mode, the ejection amount was adjusted by changing the head drive voltage so that the amount of ink attached to the recording medium for a solid image was 20 g/ m2 .
<Image Density>
A solid image was printed on recording paper (Lumia Art Gloss 130 manufactured by Premier Paper) using the image output method described below, and then heated and dried in an oven at 100° C. for 5 minutes to prepare each image.
With a sheet of white plain paper placed under the printed image, the total density was measured using a spectrophotometric densitometer X-Rite 939, and the K value was taken as the image density.
<耐沈殿性>
各水系分散体をガラス製スクリュー菅瓶に入れ、40℃で1週間静置し、スクリュー菅瓶の底に存在する沈殿物を下記の基準で評価した。
沈殿物の確認は、スクリュー菅瓶を振動させずにゆっくりと逆さにして、1時間静置後に目視で行った。再分散性の確認は、VORTEX Genius 3(IKA社製)にてダイヤルの値を4とし、10秒間振とうすることにより行った。
[評価基準]
〇:沈殿物なし
△:粒状の沈殿物が存在するが再分散可能
×:再分散不可能な沈殿物が存在
<Sedimentation resistance>
Each aqueous dispersion was placed in a glass screw cap bottle and allowed to stand at 40° C. for one week, and the precipitate present at the bottom of the screw cap bottle was evaluated according to the following criteria.
The presence of precipitate was confirmed by slowly turning the screw cap upside down without shaking and leaving it to stand for 1 hour, and then visually checking. The redispersibility was confirmed by shaking for 10 seconds with a VORTEX Genius 3 (manufactured by IKA) at a dial value of 4.
[Evaluation Criteria]
◯: No precipitate; △: Granular precipitate is present but can be redispersed; ×: Presence of precipitate that cannot be redispersed
<耐浮上性>
各水系分散体を遠心加速式分散安定性測定装置LUMiSizerにて、2000rpmで分散安定性の加速試験を行い、粒子の浮上を観察し、以下の基準で評価した。
[評価基準]
○:試験開始5時間時点で浮上がない
△:試験開始1時間以上5時間未満で浮上が発生
×:試験開始1時間未満で浮上が発生
<Floating resistance>
Each aqueous dispersion was subjected to an accelerated dispersion stability test at 2000 rpm using a centrifugal acceleration type dispersion stability measuring device LUMiSizer, and the floating of particles was observed and evaluated according to the following criteria.
[Evaluation Criteria]
○: No floating occurred 5 hours after the start of the test △: Floating occurred 1 hour to 5 hours after the start of the test ×: Floating occurred less than 1 hour after the start of the test
本発明は下記(1)の水系分散体に係るものであるが、下記(2)~(13)を実施形態として含む。
(1)エマルション樹脂粒子を分散質として含有する水系分散体であって、
前記エマルション樹脂粒子は、無機顔料を内包した顔料内包化エマルション樹脂粒子を含み、
下記の顔料露出率算出条件にて算出される顔料露出率が8%以下であり、且つ、下記で定義される顔料未内包エマルション樹脂粒子比率が1.0以下であることを特徴とする水系分散体。
(顔料露出率算出条件)
顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む水系分散体を、固形分濃度が10.75質量%となるように調製する。次いで、前記水系分散体を塗工紙に塗工し、25℃で乾燥して得られた膜を導電性処理せずに走査型電子顕微鏡(加速電圧0.75kV、反射電子検出器、倍率20000倍)にて観察する。観察像の二値化によって顔料面積を算出し、塗工膜表面の顔料が占める割合を顔料露出率とする。
(顔料未内包エマルション樹脂粒子比率)
顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む水系分散体を、コロジオン膜貼付メッシュに載せ、乾燥させたサンプルを、透過型電子顕微鏡にて、加速電圧200kV、倍率40000倍で観察を行う。この観察手法により、50nm以上の粒子を3つ以上含む視野の画像を、任意に場所を変えて5枚以上取得する。各画像に対して、顔料内包化エマルション樹脂粒子の個数及び顔料未内包エマルション樹脂粒子の個数をカウントし、下記式(1)により顔料未内包エマルション樹脂粒子比率を算出し、平均した値を顔料未内包エマルション樹脂粒子比率とする。
(粗大粒子数)
日本インテグリス合同会社製個数カウント粒度分布装置AccuSizerを用いて、前記水系分散体を測定可能範囲内に入るまでイオン交換水で希釈し、粒度分布を測定する。測定結果より、固形分濃度1%に換算したときの前記水系分散体5μL中に1μm以上の粒子が何個あったかを算出し、これを「粗大粒子数」とする。
(3)前記水系分散体のレーザー回折散乱法により得られるエマルション樹脂粒子の50%累積体積粒径(D50)が30nm以上300nm以下であることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の水系分散体。
(4)前記顔料内包化エマルション樹脂粒子の平均アスペクト比が1.0以上1.7以下である、上記(1)乃至(3)のいずれか1項に記載の水系分散体。
(5)前記無機顔料がカーボンブラックである、上記(1)乃至(4)のいずれか1項に記載の水系分散体。
(6)前記顔料内包化エマルション樹脂粒子が前記無機顔料の一次粒子を二個以上包含する、上記(1)乃至(5)のいずれか1項に記載の水系分散体。
(7)前記水系分散体における前記無機顔料と樹脂との質量比(無機顔料/樹脂)が0.25以上1.0以下である、上記(1)乃至(6)のいずれか1項に記載の水系分散体。
(8)前記エマルション樹脂粒子がポリエステルを含む、上記(1)乃至(7)のいずれか1項に記載の水系分散体。
(9)前記ポリエステルがカルボキシル基を有し、自己乳化型樹脂である、上記(1)乃至(8)のいずれか1項に記載の水系分散体。
(10)上記(1)乃至(9)のいずれか1項に記載の水系分散体を製造する方法であって、下記工程1~工程5を含むことを特徴とする水系分散体の製造方法。
工程1:顔料と有機溶剤とを混合し、顔料の50%累積体積粒径(D50)が10nm以上150nm以下である顔料プレ分散体を得る工程
工程2:工程1で得られた顔料プレ分散体と樹脂とを混合して、顔料分散樹脂溶液を得る工程
工程3:工程2で得られた顔料分散樹脂溶液と水とを混合して、顔料を樹脂で内包化した顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む分散液を得る工程
工程4:工程3で得られた顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む分散液から有機溶剤を除去して顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む水系分散体を得る工程
工程5:工程4で得られた水系分散体から、顔料未内包エマルション樹脂粒子および粗大粒子を分離除去する工程
(11)前記顔料未内包エマルション樹脂粒子および前記粗大粒子を分離除去する工程を遠心分離によって行う、上記(10)に記載の水系分散体の製造方法。
(12)上記(1)乃至(9)のいずれか1項に記載の水系分散体を成分として含有することを特徴とするインク。
(13)上記(12)に記載のインクの印刷層を含むことを特徴とする印刷物。
The present invention relates to the following aqueous dispersion (1), but also includes the following embodiments (2) to (13).
(1) An aqueous dispersion containing emulsion resin particles as a dispersoid,
the emulsion resin particles include pigment-encapsulated emulsion resin particles encapsulating an inorganic pigment,
An aqueous dispersion characterized in that a pigment exposure rate calculated under the following pigment exposure rate calculation conditions is 8% or less, and a ratio of emulsion resin particles not encapsulating a pigment, as defined below, is 1.0 or less.
(Calculation conditions for pigment exposure rate)
An aqueous dispersion containing pigment-encapsulated emulsion resin particles is prepared so that the solid content concentration is 10.75% by mass. The aqueous dispersion is then applied to a coated paper, and the film obtained by drying at 25° C. is observed under a scanning electron microscope (accelerating voltage 0.75 kV, backscattered electron detector, magnification 20,000 times) without conducting a conductive treatment. The pigment area is calculated by binarizing the observed image, and the ratio of the pigment to the surface of the coating film is defined as the pigment exposure rate.
(Ratio of emulsion resin particles not containing pigment)
The aqueous dispersion containing the pigment-encapsulated emulsion resin particles is placed on a collodion film-attached mesh, and the dried sample is observed under a transmission electron microscope at an acceleration voltage of 200 kV and a magnification of 40,000 times. By this observation method, five or more images of a field of view containing three or more particles of 50 nm or more are obtained at any position. For each image, the number of pigment-encapsulated emulsion resin particles and the number of non-pigment-encapsulated emulsion resin particles are counted, and the ratio of non-pigment-encapsulated emulsion resin particles is calculated by the following formula (1), and the average value is taken as the ratio of non-pigment-encapsulated emulsion resin particles.
(Number of large particles)
The aqueous dispersion is diluted with ion-exchanged water until it falls within the measurable range, and the particle size distribution is measured using an AccuSizer, a particle size counting device manufactured by Nippon Entegris LLC. From the measurement results, the number of particles of 1 μm or more in 5 μL of the aqueous dispersion converted into a solids concentration of 1% is calculated, and this is taken as the "number of coarse particles."
(3) The aqueous dispersion according to (1) or (2), wherein the 50% cumulative volume particle size (D50) of the emulsion resin particles obtained by a laser diffraction scattering method of the aqueous dispersion is 30 nm or more and 300 nm or less.
(4) The aqueous dispersion according to any one of (1) to (3) above, wherein the pigment-encapsulating emulsion resin particles have an average aspect ratio of 1.0 or more and 1.7 or less.
(5) The aqueous dispersion according to any one of (1) to (4) above, wherein the inorganic pigment is carbon black.
(6) The aqueous dispersion according to any one of (1) to (5) above, wherein the pigment-encapsulating emulsion resin particles contain two or more primary particles of the inorganic pigment.
(7) The aqueous dispersion according to any one of (1) to (6), wherein a mass ratio of the inorganic pigment to the resin in the aqueous dispersion (inorganic pigment/resin) is 0.25 or more and 1.0 or less.
(8) The aqueous dispersion according to any one of (1) to (7) above, wherein the emulsion resin particles contain a polyester.
(9) The aqueous dispersion according to any one of (1) to (8) above, wherein the polyester has a carboxyl group and is a self-emulsifying resin.
(10) A method for producing the aqueous dispersion according to any one of (1) to (9) above, comprising the following steps 1 to 5:
Step 1: mixing a pigment with an organic solvent to obtain a pigment pre-dispersion having a 50% cumulative volume particle size (D50) of the pigment of 10 nm or more and 150 nm or less. Step 2: mixing the pigment pre-dispersion obtained in step 1 with a resin to obtain a pigment dispersion resin solution. Step 3: mixing the pigment dispersion resin solution obtained in step 2 with water to obtain a dispersion containing pigment-encapsulated emulsion resin particles in which the pigment is encapsulated in the resin. Step 4: removing the organic solvent from the dispersion containing pigment-encapsulated emulsion resin particles obtained in step 3 to obtain an aqueous dispersion containing pigment-encapsulated emulsion resin particles. Step 5: separating and removing non-pigment-encapsulated emulsion resin particles and coarse particles from the aqueous dispersion obtained in step 4. (11) A method for producing an aqueous dispersion according to the above (10), wherein the step of separating and removing the non-pigment-encapsulated emulsion resin particles and the coarse particles is performed by centrifugation.
(12) An ink comprising the aqueous dispersion according to any one of (1) to (9) above as a component.
(13) A printed matter comprising a printed layer of the ink according to (12) above.
400 画像形成装置
401 画像形成装置の外装
401c 装置本体のカバー
404 カートリッジホルダ
410 メインタンク
410k、410c、410m、410y ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色用のメインタンク
411 インク収容部
413 インク排出口
414 収容容器ケース
420 機構部
434 吐出ヘッド
436 供給チューブ
400
Claims (3)
工程1:顔料と有機溶剤とを混合し、顔料の50%累積体積粒径(D50)が10nm以上150nm以下である顔料プレ分散体を得る工程
工程2:工程1で得られた顔料プレ分散体と樹脂とを混合して、顔料分散樹脂溶液を得る工程
工程3:工程2で得られた顔料分散樹脂溶液と水とを混合して、顔料を樹脂で内包化した顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む分散液を得る工程
工程4:工程3で得られた顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む分散液から有機溶剤を除去して顔料内包化エマルション樹脂粒子を含む水系分散体を得る工程
工程5:工程4で得られた水系分散体から、顔料未内包エマルション樹脂粒子および粗大粒子を分離除去する工程 A method for producing an aqueous dispersion containing, as a dispersoid, emulsion resin particles including pigment-encapsulated emulsion resin particles that encapsulate an inorganic pigment , the method comprising the following steps 1 to 5:
Step 1: A step of mixing a pigment with an organic solvent to obtain a pigment pre-dispersion having a 50% cumulative volume particle size (D50) of the pigment of 10 nm or more and 150 nm or less. Step 2: A step of mixing the pigment pre-dispersion obtained in step 1 with a resin to obtain a pigment dispersion resin solution. Step 3: A step of mixing the pigment dispersion resin solution obtained in step 2 with water to obtain a dispersion liquid containing pigment-encapsulated emulsion resin particles in which the pigment is encapsulated in the resin. Step 4: A step of removing the organic solvent from the dispersion liquid containing pigment-encapsulated emulsion resin particles obtained in step 3 to obtain an aqueous dispersion containing pigment-encapsulated emulsion resin particles. Step 5: A step of separating and removing non-pigment-encapsulated emulsion resin particles and coarse particles from the aqueous dispersion obtained in step 4.
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| JP2000007961A (en) | 1998-06-18 | 2000-01-11 | Dainippon Ink & Chem Inc | Aqueous ink composition |
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