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JP5031369B2 - 被覆微粒子、分散微粒子、被覆微粒子の製造方法、インク、記録方法及び記録画像 - Google Patents

被覆微粒子、分散微粒子、被覆微粒子の製造方法、インク、記録方法及び記録画像 Download PDF

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Description

本発明は、被覆微粒子、分散微粒子、被覆微粒子の製造方法、インク、記録方法及び記録画像に関し、詳しくは、微粒子を核にして、該微粒子の表面に化合物の結晶層が形成されてなる被覆微粒子、該被覆微粒子を用いた分散体、該被覆微粒子の製造方法及び該被覆微粒子を用いたインク、該インクを用いた記録方法及び記録画像に関するものである。
これまで、高精細度を要求されるインクジェット用記録液(インク)の色材には染料が用いられてきた。染料を用いたインクは、高透明度、高精細度、優れた発色性等の特徴を有する画像を与えることができるが、耐光性や耐水性等の画像の堅牢性に劣るという問題を有する場合が多い。近年、この画像の耐光性や耐水性等の問題を解決するために、染料に代えて、有機顔料やカーボンブラックを色材として用いた顔料インクが製造されている。このように、画像の堅牢性を高める観点から、インクに使用される色材は、染料から顔料へとシフトしてきており、例えば、下記の如き種々の提案がなされている。
例えば、所定の溶媒に対する親溶媒性の基を有する構造の化合物とすることによって、該溶媒に可溶であり、逆ディールス−アルダー反応によって該親溶媒性の基が脱離し、該溶媒に対する溶解度が不可逆的に低下可能な化合物、及びかかる化合物を用いたインクが提案されている(特許文献1参照)。この化合物が色材の場合には、該色材は、インク中では溶媒に溶解状態(即ち、染料状態)であるが、該インクを被記録材上に付与し、且つ該色材を逆ディールス−アルダー反応させると、溶媒に不溶解状態(即ち、顔料状態である)にすることができ、画像の堅牢性が良好になる。しかしながら、上記提案では、溶媒に溶解した化合物(即ち、染料状態)を被記録材に付与し、該被記録材上で上記の反応を生じせしめるためには、加熱や、光、電磁波及び放射線の照射等といった外的エネルギー付与手段が必要となる。
又、熱的可逆性のディールス−アルダー反応する重合化反応化合物を、インクジェットインク・キャリアの粘度温度制御材として用いた相変化インクについての提案がされている(特許文献2参照)。この提案では、反応が可逆反応であるため、溶解性が減少した状態で冷却すると、環化反応が誘発され、溶解性が増加するという問題がある。
又、金属化合物を含有した被記録媒体に逆ディールス−アルダー反応する化合物(染料)を付与して、前記逆ディールス−アルダー反応する化合物(染料)を逆ディールス−アルダー反応させて、顔料化させる提案が成されている。(特許文献3参照)しかしながら、得られた顔料は、被記録媒体上で、溶媒に対して不溶化した顔料に変換されているが、色ムラが多い記録画像になってしまう。この記録画像をX線回折装置等の各種観察装置を用いて調べたところ、不均一な顔料化状態や、混晶状態、及び凝集状態に成っていることがわかり、良好な記録画像を得るためには、顔料を単結晶化にする問題がある。
又、トリアリルメタン系の化合物の紫外線、熱による分解反応や、フォトクロミック化合物のような光、熱可逆性化合物を使用した極性(溶解性、凝集性)の制御についての提案がされている(特許文献4参照)。しかしながら、該極性部は、ラジカルイオン開裂的に分解する系であるため、非可逆的な状態を形成することは可能であるが、副生成物が極めて不安定であるため、酸化劣化反応を誘発してしまう。又、フォトクロミック反応は、可視、紫外線及び熱に対し可逆反応であるため、ある一定状態を維持することが難しいといった問題がある。
更に、インクが、被記録材上に付与された時に、ディールス−アルダー反応を生じさせることで、得られた記録画像の堅牢性を良好にすることについての提案がある(特許文献5参照)。又、被記録媒体中の構成成分による逆ディールス−アルダー反応に起因して生じる黄変現象を、ディールス−アルダー反応を生じさせる成分として、被記録材に強力なジエノフィル含有させることで防止することが提案されている(特許文献6参照)。
結晶体からなる顔料には、化学式や組成、構造が同じでも2以上の結晶型をとるものがあり、多形と呼ばれる。例として挙げると、フタロシアニンブルーの、α型、β型、ε型等があり、これらは、吸収係数や屈折率が異なるので、色相や隠蔽力が異なっている。有機顔料は、色材として塗料分野で使用されるばかりでなく、エレクトロニクス分野においても、例えば、電子写真感光体の電荷発生剤、CD−R、DVD−R等の被記録媒体用色素、トナーやインクジェットプリンタ用インクの着色剤、液晶表示素子用カラーフィルター色素、有機ELデバイス用発光材等の様々な用途に用いられる。ここで、有機顔料を上記用途に使用するためには、先ず、高純度であること、特定の吸収特性を持つこと、が必要である。吸収特性は、顔料の化学構造、粒径、結晶型、純度等により支配されているが、特に有機顔料は同一化学構造であっても、幾つもの結晶型を持つものが多く存在するため、それらを制御しながら、且つ、いかに高純度に製造していくかが新たな有機顔料を開発する上での重要なポイントとなる。
例えば、電子写真感光体の電荷発生材料としては様々な有機顔料が使用されているが、近年、半導体レーザー光やLED光の発振波長である近赤外光に対し、高感度な吸収を示す顔料が強く求められている。この要求を満たす有機顔料として、フタロシアニン類が広く研究されている。フタロシアニン類は、中心金属の種類により吸収スペクトルや光導電性が異なるだけでなく、結晶型によってもこれらの物性には差があり、同じ中心金属のフタロシアニンでも特定の結晶型が電子写真感光体用に選択されている例が幾つか報告されている。
無金属フタロシアニンではX型の結晶型が高い光導電性で、且つ、800nm以上の近赤外光に対しても感度が有るとの報告があり、又、銅フタロシアニンでは、多くの結晶型のうちで、ε型が最も長波長に感度を有していると報告されている。しかし、X型無金属フタロシアニンは準安定型結晶型であって、その製造が困難であり、又、安定した品質のものが得にくいという欠点がある。一方で、ε型銅フタロシアニンは、α型やβ型の銅フタロシアニンに比べれば分光感度は長波長に伸びているが、800nmでは780nmに比較し、急激に低下しており、発振波長に変動のある半導体レーザー用には使いにくい性能となっている。銅フタロシアニンでは、α、β、γ、ε型等の結晶型の違いにより、帯電性、暗減衰、感度等に大きな差があることが知られており(例えば、非特許文献1参照)、又、結晶型により吸収スペクトルが異なることより、分光感度も変化することも報告されている(例えば、非特許文献2参照)。
この様に、結晶型による電気特性の違いは、無金属フタロシアニンや他の多くの金属フタロシアニンに関してよく知られており、電気特性の良好な結晶型をいかに作るか、という点に多くの努力がなされている。更に、多くの顔料は、水の中で合成或いは後処理されていて、ここで大きさや形を調整した一次粒子がつくられるが、その後の工程、特に乾燥工程で粒子同士が凝集して二次粒子を形成してしまうため、これらの凝集した粒子を微細化することが分散工程においては必要である。
これまで、有機顔料の結晶型を制御(又は微細化)する方法としては、合成段階で制御する方法の他、例えば、アシッドペーステイング法、アシッドスラリー法等のいわゆる硫酸法(特許文献7参照);ソルベントミリング法、ドライミリング法、ソルトミリング法等の粉砕法により一旦溶解或いは非晶質化した後、所望の結晶型に転換させる方法(非特許文献3参照)、加熱条件下、有機顔料を溶媒に加熱溶解した後、徐冷却し結晶化させる方法(特許文献8参照)が一般的である。又、有機薄膜において、結晶型を制御する方法では、昇華温度を制御して所望の結晶型を得る方法(特許文献9参照)が一般的である。
又、金属フタロシアニン化合物に関するものとしては、例えば、画像記録に用いるインクの色材としての銅フタロシアニンに関して、得られた記録画像の耐オゾン性を良好にするために、中心金属をアルミニウムに換えた提案がある(例えば、特許文献10、特許文献11、特許文献12、特許文献13参照)。更に、中心金属に配位結合基を結合させた提案がある(例えば、特許文献14、特許文献15、特許文献16参照)。しかしながら、上記に挙げたような提案では、得られた金属フタロシアニンの結晶タイプの純度を高めることが難しいばかりでなく、結晶サイズの均一化が難しい。
特開2003−327588号公報 特開平11−349877号公報 特開2004−262807号公報 特開平10−31275号公報 特開平7−61117号公報 特開昭64−26444号公報 特開平5−72773号公報 特開2003−160738号公報 特開2003−003084号公報 米国特許第4,535,046号明細書 特開平6−100787号公報 特開平9−328621号公報 特開平11−241032号公報 米国特許第4,311,775号明細書 米国特許第6,153,000号明細書 国際公開第92/01753号パンフレット 染料と薬品、第24巻6号、p122(1984) 電子写真学会誌第22巻、第2号、p111(1984) 色材協会他、「第41回顔料入門講座テキスト(1999)
従って、本発明の目的は、従来の結晶を粉砕して得られた微粒子とは異なり、微粒子表面を結晶で被膜することで、微粒子径のばらつきが少ない均一性の高い微粒子で、しかも安定な結晶被覆微粒子を提供することにある。更に、本発明の他の目的は、有色性の着色微粒子を提供することにあり、これを記録材料として用いると、得られた記録画像は良好な発色性、堅牢性を得ることができる被覆微粒子を提供する目的の1つである。更に、本発明の他の目的は、以下の説明から理解できよう。
上記した目的は、下記の本発明によって達成される。即ち、本発明は、[1]微粒子を核として、該微粒子の表面に化合物の結晶層が形成されている被覆微粒子であって、前記結晶層は、有色結晶の被膜であり、前記結晶を構成する化合物が、該化合物の基礎構造を備えた化合物前駆体逆ディールス−アルダー反応によ分子構造変換することによって得られた、前記化合物前駆体からエチレン化合物が脱離して芳香環が構築された化合物であり、前記化合物前駆体が、下記に示される構造のいずれかを有することを特徴とする被覆微粒子である。
Figure 0005031369
上記した被覆微粒子の好ましい形態としては、下記のものが挙げられる。
[2]前記微粒子が、金属酸化物、金属水和物及び金属結晶体のいずれかである上記[1]に記載の被覆微粒子
又、本発明の別の実施形態は、[]上記[1]又は2]に記載の被覆微粒子の表面を表面処理してなる表面処理微粒子液媒体に分散したことを特徴とする分散微粒子である。
又、本発明の別の実施形態は、[4]金属酸化物、金属水和物及び金属結晶体のいずれかである金属微粒子と、該金属微粒子を被覆する化合物の前駆体と、を共存させる工程と、この共存状態で、前記化合物の前駆体を逆ディールス−アルダー反応により分子構造変換して、前記化合物の前駆体からエチレン化合物が脱離して芳香環が構築された化合物の結晶被覆を上記微粒子の周囲に形成する工程と、を有する被覆微粒子の製造方法であって、該化合物の前駆体が、下記に示される構造のいずれかを有することを特徴とする被覆微粒子の製造方法である。
Figure 0005031369
又、本発明の別の実施形態は、[]上記[1]又は2]に記載の被覆微粒子が含有されてなることを特徴とするインクである。その好ましい形態としては、[]水溶性インクである上記[]に記載のインクが挙げられる。
又、本発明の別の実施形態は、[]上記[]又は[6]に記載のインクを用いてインクジェット記録方法で画像を形成することを特徴とする記録方法である。
又、本発明の別の実施形態は、[]上記[]に記載の記録方法によって形成されたことを特徴とする記録画像である。
本発明によれば、微粒子の表面に結晶層が形成されてなる被覆微粒子が提供され、該結晶を有色性とすることで、堅牢性の良好な着色微粒子が提供される。又、本発明によれば、電子写真記録方法のトナーとして有効に用いることができ、更には、結晶層を半導体特性を有する結晶分子で形成させることで、良好なキヤリアとしても有効な微粒子が提供される。更に、本発明によれば、上記被覆微粒子を表面処理し、該被覆微粒子を液媒体に分散することで、良好な分散微粒子を得ることができ、該被覆微粒子をインクの色材として利用することで、発色性、堅牢性が良好な記録物の提供が可能となる。
以下、好ましい実施の形態を挙げて本発明を更に詳細に説明する。本発明にかかる被覆微粒子は、微粒子を核として、該微粒子の表面に結晶層が形成されていることを特徴とする。本発明で用いる核となる微粒子は、有機化合物、無機化合物、又はその複合物のどれでも良い。この中で、特に好ましくは、微粒子が、電荷を帯びているものや金属酸化物、金属水和物及び金属結晶体から適宜に選択できるものである。更に、これらが、凝集等により微粒子化しているものを用いる。
一般に、有機化合物を初めとする結晶体からなる微粒子を形成する場合、結晶体作成時に、結晶成長を抑制するために、結晶抑制剤を用いることが行われているが、この方法では、結晶を形成する化合物の合成から、その結晶成長を行うに際して、結晶体の成長を均等に終了させることは難しい。又、結晶を合成する際、各種結晶形が混在してしまい、混晶の無い結晶を合成することは難しい。しかしながら、本発明にかかる製造方法では、結晶体微粒子を形成する際に微粒子を核として用いているので、良好な結晶微粒子を、微粒子の周囲に結晶を被覆した被覆微粒子の形態で得ることが出来る。又、微粒子を核にすることで、得られる被覆微粒子の大きさのばらつきを抑制することが可能となる。
又、この微粒子の周囲に形成される結晶層は、結晶層を形成する化合物が、まだ結晶層を形成できない該化合物の前駆体状態で分子構造を変換させて得られる。特に好ましくは、分子構造変換を、逆ディールス・アルダー反応を用いて発現させた場合、従来よりは均一性が向上した結晶体が得られ、高水準なものとしては、混晶の無い結晶(単結晶)層も形成することが可能となる。
次に、本発明にかかる被覆微粒子を得る好適な製造方法について説明する。微粒子を核とし、その表面に結晶層が形成されていることを特徴とする本発明にかかる被覆微粒子を形成する場合には、上記結晶層が、好ましくは、該結晶層を形成する化合物が、前駆体状態のときに、該前駆体を分子構造変換させて得られた化合物により結晶層を形成するのが好ましい。
特に好ましくは、化合物の分子構造の変換を逆ディールス・アルダー反応を用いて発現させて得ることができる。特に好ましくは、上記結晶層を構成する化合物前駆体が、下記一般式(A−1)、(A−2)、(A−3)、(A−4)の少なくとも1種から選択される構造を有していることが好ましい。これにより、該化合物の前駆体を、逆ディールス−アルダー反応させて、該化合物の前駆体中の該構造の一部を脱離し、該化合物により形成された所望する結晶層を得ることができ、本発明にかかる被覆微粒子とすることができる。(図1に、イメージ図を示す。1核となる微粒子101と該微粒子表面に結晶層を形成させるための化合物の前駆体102を共存させ、この状態で、外部よりエネルギー105を付与すると、前記前駆体102が分子構造変換を生じ化合物104に変換する。更に、該化合物104は、微粒子101の周囲に結晶層106を形成し、本発明の被覆微粒子107が造られる。
又、特に、上記結晶層を形成する化合物が有機化合物であると、分子構造変換が容易に行える。又、分子構造変換を逆ディールス・アルダー反応により発現すると、化合物の単結晶を容易に得ることが出来る。
具体的には、図2に記載のように、溶媒溶解化基204を有し、且つ該溶媒溶解性基204により溶媒に溶解している化合物(溶媒可溶化合物)203と微粒子202を液媒体201中で、それぞれ溶解、分散状態で混合状態にする。次に、前記混合液状態で、前記化合物(溶媒可溶化合物)の分子構造を変換させると、図3の様に溶媒301中で、前記化合物(溶媒可溶化合物203)が、溶媒可溶性基(図2中の204)を脱離し、化合物303の状態になり、更に、微粒子表面と物理的、化学的、又は電気的相互作用により、吸着又は反応し、更に結晶化することで結晶層304を形成すると考える。
又、図2及び図3の状態の時に、表面処理剤や分散剤を併用することで、溶媒分散体をつくることもできる。
Figure 0005031369
(上記一般式において、R1〜R4は、水素原子、又は直接的或いは間接的に結合された溶媒可溶性基を表し、R5〜R8は、水素原子、又は直接的或いは間接的に結合された置換基を表す。)
又、このようにして得られた被覆微粒子は、微粒子表面に結晶体が、化学的又は物理的又は電気的に安定に結合するために、結晶層が安定になり、経時的に安定な結晶微粒子を提供することができる。
ここで、本発明の分子構造変換とは、化合物が外部からエネルギー(攪拌混合、熱エネルギー、光エネルギー、これらの組み合わせ等)を付与させると、該化合物の分子構造が変わるものを指し、例えば、溶媒可溶性基を有する有機化合物が、エネルギーの付与により、溶媒可溶性基を脱離させて、溶媒可溶性基を有さない有機化合物に替わることや、部分原子脱離によって、多環構造部が安定した一つの環構造による部分を有することでも良い。
又、本発明の逆ディールス−アルダー反応とは、ディールス−アルダー反応の逆反応のことであるが、一般的なジエン化合物とジエノフィル化合物間でのディールス−アルダー反応系、すなわち発熱反応(ディールス−アルダー反応)と、吸熱反応(逆ディールス−アルダー反応)との平衡反応(可逆性反応)とは異なり、多環縮合環構造が、該構造中の一部分を脱離し、芳香環を形成する反応を言う。これは、本発明の分子構造変換として好ましいものである。例えば、図4、及び図5に示した様に、ビシクロ[2,2,2]オクタジエン骨格の縮合環構造部を有する化合物(前駆体化合物)において、該縮合環構造部の架橋部分をエチレン化合物として脱離させ、芳香環(不可逆性)を構築するものである。
又、本発明の逆ディールス−アルダー反応は、上記エチレン化合物が協奏反応的に脱離し、芳香環を構築することを意味している。協奏反応とはイオン種やラジカル種のような反応性中間体を形成することのない反応のことであり、エチレン化合物の脱離反応は前駆体化合物の分子内の構成元素のみを用いて完結する。故に、前駆体化合物からエチレン化合物脱離の過程において反応系の溶媒等と副反応に伴った不純物を発生させることがなく、固体相と液体相のどちらにおいても定量的に芳香環を構築できることが特徴である。以上の特性を元に、前駆体化合物からエチレン化合物を脱離、更に結晶化させることで、極めて高純度な有機結晶(単結晶)を合成することが出来る。
更に、該脱離部位(図4中及び図5中のR1、R2、R3、R4)に直接的或いは間接的に溶媒溶解性を良好にする置換基を導入することで、化合物の溶媒溶解性を変化させることが出来る。この場合、逆ディールス−アルダー反応によって溶媒可溶性付与基を有する脱離部分を脱離し、その結果、パイ共役系が構築される化合物(溶媒不溶性化合物)へと変換されるが、この場合に、更に、パイ共役系の構築の結果として、分子の立体構造が嵩高い構造から、平坦な構造に変化するように分子構造を構築(設計)しておくことは、好ましい態様である。即ち、このようにすることで、本発明にかかる前駆体化合物(溶媒可溶性化合物)を逆ディールス−アルダー反応させた結果として得られる化合物(溶媒不溶性化合物)の会合性や結晶性を、所望の特性のものに変化させることができる。
又、本発明の逆ディールス−アルダー反応によって該化合物から脱離される部分(脱離部分)を、極めて安定で安全性の高いものにすることが可能であり、系に悪影響を与えるような可逆的な反応や、副次的な反応は起こさないような反応を構築することも可能である。
又、本発明に記載した逆ディールス−アルダー反応を生じる構造部位は、図6の様なディールス・アルダー反応を用いて構築することができる。この理由は、一般の逆ディールス−アルダー反応とは異なり、図4や図5に記載の様に不可逆反応であるため、安定した結晶状態(好ましくは、均一化された結晶を得ることが出来るためである。
更に、下記に示したように、一般式(I)一般式(A−1)、(A−2)、(A−3)、(A−4)の少なくとも1種から選択される構造部分で起こる逆ディールス−アルダー反応は、微粒子が共存すると、低エネルギーで化学変化が進行し、微粒子に化学的反応や、物理的な吸着が生じ、接触部を前記構造を有する化合物が覆い、微粒子表面に、前記構造を有する化合物が、図4又は図5の反応により、結晶体化し、これによって、微粒子を核にした結晶層が形成されてなる被覆微粒子が形成される。
特に、微粒子に、電荷を有する微粒子、又は金属水和物及び金属結晶体のいずれかからなる金属微粒子、又は小さい径の微粒子を用いると、該微粒子の表面活性が高くなるため、低エネルギー(例えば中心核のもつ電解成分やイオン性部分が触媒的に作用して、反応開始エネルギーを与える場合や、低温、微粒子間の摩擦熱など)の作用で、該微粒子表面に結晶層が形成し易くなる。又、好ましい該微粒子の粒径は、1次粒子で100nm以下、2次粒子で600nm以下である。
一般式(A−1)、(A−2)、(A−3)、(A−4)の少なくとも1種から選択される構造を有する化合物を微粒子と共存させた状態で、該化合物の分子構造変換を逆ディールス・アルダー反応により発現させる具体的な方法としては、例えば、加熱や、光、電磁波或いは放射線の照射等から選ばれる少なくとも1つの手段によって行われる、これらエネルギーの付与等が挙げられる。又、微粒子を核にした結晶層が形成された微粒子が有色性であると、粒子径が均一で、且つ経時的に安定な着色微粒子を得ることができる。更に、単結晶や結晶層を構成する化合物が着色成分であると、色調の良好な分散色材を得ることができる。この際に用いる分散方法としては、一般的な、樹脂分散、界面活性剤分散やカプセル化等の方法を用いることができる。又、前記分散材を本発明の被覆微粒子に化学的に反応、及び物理的に吸着させる方法として、熱や光のエネルギーを作用させて、本発明の被覆微粒子を包摂する方法も有効な手段の1つである。
具体的な分散方法としては、特開昭46−52950号公報、米国特許第5,200,164号明細書、米国特許第5,554,739号明細書、特開平8−3498号公報、米国特許第5,571,311号明細書のように、色材の表面に親水基をジアゾニウム基を介して結合させて自己分散型の顔料とし、水分散させる方法や、次亜塩素酸等で色材表面を酸化させて親水基を反応させ、水に分散させる方法がある。
又、界面活性剤やポリマーに内包し、エマルジョンやカプセル状態で水に分散させる方法や、特開平5−179183号公報、特開平6−136311号公報、特開平7−053841号公報、特開平10−87768号公報、特開平11−043639号公報、特開平11−236502号公報、特開平11−269418号公報において開示されている、界面活性剤やポリマー等の分散剤を水分散色材の表面に物理吸着させて水に分散させる方法等が挙げられる。
この場合に使用する分散剤としては、例えば、ランダムやブロック重合されたスチレンアクリル酸共重合体、スチレンマレイン酸共重合体等の樹脂;ミセル状態やエマルジョン状態を用いて水分散状態を付与できるノニオン界面活性剤やアニオン界面活性剤;或いはスチレン、スチレン誘導体、ビニルナフタレン、ビニルナフタレン誘導体、α,β−エチレン性不飽和カルボン酸の脂肪族アルコールエステル等、アクリル酸、アクリル酸誘導体、マレイン酸、マレイン酸誘導体、イタコン酸、イタコン酸誘導体、フマール酸、フマール酸誘導体、酢酸ビニル、ビニルピロリドン、アクリルアミド、及びその誘導体等から選ばれた少なくとも2つ以上の単量体(このうち少なくとも1つは親水性単量体)からなるブロック共重合体、或いは、ランダム共重合体、グラフト共重合体、又はこれらの塩;等が挙げられる。中でも、本発明を実施する上で特に好ましい分散剤は、ブロック共重合体である。ブロック共重合体を用いることによって得られた水分散色材は、個々の水分散色材間にばらつきが少なく、安定なインクを提供し易くなる。
上記におけるブロック共重合体は、AB、BAB、及びABC型等で示される構造を有する。特に、疎水性のブロックと親水性のブロックとを有し、又、分散安定性に貢献する均衡のとれたブロックサイズを有するブロック共重合体は、本発明を実施する上で有利である。それは、官能基を疎水性ブロック(顔料が結合するブロック)に組み込むことができ、それによって分散安定性を向上させるための分散剤と顔料との間の特異的相互作用をよりいっそう強化することができるからである。又、重合体の重量平均分子量は、30,000未満、好ましくは20,000未満、より好ましくは、2,000〜10,000の範囲内とすることができる。
これらの重合体についての製造方法は、例えば、特開平05−179183号公報、特開平06−136311号公報、特開平07−053841号公報、特開平10−87768号公報、特開平11−043639号公報、特開平11−236502号公報、特開平11−269418号公報において開示されている。
上記したようなブロック共重合体に用いることができる代表的な疎水性モノマーとしては、次のようなモノマーが挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない:ベンジルアクリレート、ベンジルメタクリレート、メチルメタクリレート(MMA)、エチルメタクリレート(EMA)、プロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート(BMA又はNBMA)、ヘキシルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート(EHMA)、オクチルメタクリレート、ラウリルメタクリレート(LMA)、ステアリルメタクリレート、フェニルメタクリレート、ヒドロキシルエチルメタクリレート(HEMA)、ヒドロキシプロピルメタクリレート、2−エトキシエチルメタクリレート、メタクリロニトリル、2−トリメチルシロキシエチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート(GMA)、p−トリルメタクリレート、ソルビルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、オクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、フェニルアクリレート、2−フェニルエチルメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、アクリロニトリル、2−トリメチルシロキシエチルアクリレート、グリシジルアクリレート、p−トリルアクリレート及びソルビルアクリレート等である。好ましい疎水モノマーは、ベンジルアクリレート、ベンジルメタクリレート、2−フェニルエチルメタクリレート、メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレートであり、これらから製造されたホモポリマー及びコポリマー、例えば、メチルメタクリレートとブチルメタクリレートとのコポリマーを用いてブロック共重合体を製造することが好ましい。
又、ブロック共重合体に用いることができる代表的な親水性モノマーとしては、次のようなモノマーがあるが、本発明はこれらに限定されるものではない:メタクリル酸(MAA)、アクリル酸、ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEMA)、ジエチルアミノエチルメタクリレート、第3−ブチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド、メタクリルアミド、アクリルアミド及びジメチルアクリルアミド等が挙げられる。特に、メタクリル酸、アクリル酸又はジメチルアミノエチルメタアクリレートのホモポリマー又はコポリマーを用いてブロック共重合体を製造することが好ましい。
酸を含有するポリマーは、直接製造されるか又は重合後除去されるブロッキング基を有するブロックされたモノマーから製造される。ブロッキング基の除去後に、アクリル酸又はメタクリル酸を生ずるブロックされたモノマーの例としては、トリメチルシリルメタクリレート(TMS−MAA)、トリメチルシリルアクリレート、1−ブトキシエチルメタクリレート、1−エトキシエチルメタクリレート、1−ブトキシエチルアクリレート、1−エトキシエチルアクリレート、2−テトラヒドロピラニルアクリレート及び2−テトラヒドロピラニルメタクリレートが挙げられる。
本発明にかかる微粒子を核として、該微粒子の表面に結晶層被膜が形成されてなる被覆微粒子は、下記に述べるように、色調の良好な分散色材(分散微粒子)としてインクの色材として好適に用いることができる。インク中における着色成分として、本発明にかかる被覆微粒子を用いる場合の該分散色材(分散微粒子)の含有量は、特に限定されるものではない。インク中の該分散色材(分散微粒子)の含有量は、被記録材種、例えば、サイズ剤種、その内添量、又、インク中に含有される溶媒種によって変わるが、一般的に使用されている被記録材、溶媒種を想定すると、例えば、10質量%未満の範囲が好ましく、より好ましくは4質量%未満である。又、分散色材としての良好な安定性を重要視すると、2.5質量%未満であるのが好ましい。これらの該分散色材(分散微粒子)の含有量の下限は、所望とする画像濃度に応じて適宜に設定できる。
又、該被覆微粒子に、樹脂分散、界面活性剤分散等の、分散剤を物理吸着等させる方法で分散させる場合に使用する、樹脂分散剤、界面活性剤等は、1種を単独で、或いは必要に応じて2種以上を組み合わせて用いることができる。この場合に使用する好ましい分散剤の量としては、インク全量に対して、0.5〜10質量%、好ましくは0.8〜8質量%、より好ましくは、1〜6質量%の範囲である。もし、分散剤の含有量がこの範囲よりも高い場合には、所望のインク粘度を維持するのが困難となる場合がある。
又、インクに使用する液媒体としては、水を主溶媒とし、これと有機溶剤との混合物であることが好ましい。有機溶剤としては、好ましくは、水と混合し得る有機溶剤を使用する。以下の様な有機溶剤が具体的な一例として挙げられる。例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類;アセトン等のケトン類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール類;エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2,6−ヘキサントリオール、チオジグリコール、ヘキシレングリコール、ジエチレングリコール等のアルキレン基が2〜6個の炭素原子を含むアルキレングリコール類;グリセリン;エチレングリコールモノメチル(又はエチル)エーテル、ジエチレングリコールモノメチル(又はエチル)エーテル、トリエチレングリコールモノメチル(又はエチル)エーテル等の多価アルコールの低級アルキルエーテル類;N−メチル−2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、トリエタノールアミン、スルホラン、ジメチルサルフォキサイド、2−ピロリドン、ε−カプロラクタム等の環状アミド化合物及びスクシンイミド等のイミド化合物等が挙げられる。
上記したような有機溶剤の含有量は、一般には、インクの全質量に対して質量基準で1%〜40%が好ましく、より好ましくは、3%〜30%の範囲である。又、インク中の水の含有量は、30〜95質量%の範囲で使用される。30質量%より少ないと色材の溶解性等が悪くなり、インクの粘度も高くなるため好ましくない。一方、水が95質量%より多いと蒸発成分が多過ぎて、十分な固着特性を満足することができない。
本発明にかかるインクは、必要に応じて、更に、各種界面活性剤、一価アルコール、水溶性有機溶剤、防錆剤、防腐剤、防カビ剤、酸化防止剤、還元防止剤、蒸発促進剤、キレート化剤、水溶性ポリマー及びpH調整剤等の種々の添加剤を含有してもよい。
本発明にかかるインクは、表面張力が40dyn/cm以下であることが好ましい。先に説明したメカニズムの発現のためには、例えば、液滴が記録後に広がりを有する方が効果を出すのは好ましいからである。又、本発明のインクのpHは、インクの安定性の面から6〜9であることが好ましい。
更に、本発明にかかるインクは、被覆微粒子の分散体を溶媒中で安定に保つために、アルカリ金属イオンとアンモニアイオンとを併用することが好ましい。インクジェット記録に用いた場合、両者が併用されていると、インクの安定性及びインクの吐出性が良好になる。アルカリ金属イオンとしては、Li+、Na+、K+等を挙げることができる。
以上のようにして構成される本発明にかかる水性インクは、通常の文具用のインクとしても用いることができるが、インクジェット記録で用いられる際に、特に効果的である。インクジェット記録方法としては、インクに力学的エネルギーを作用させて液滴を吐出する記録方法、及びインクに熱エネルギーを加えてインクの発泡により液滴を吐出するインクジェット記録方法があるが、特に、熱エネルギーによるインクの発泡現象によりインクを吐出させるタイプのインクジェット記録方法に適用する場合に好適であり、吐出が極めて安定となり、サテライトドットの発生等が生じないという特徴がある。但し、この場合には、熱的な物性値(例えば、比熱、熱膨張係数、熱伝導率等)を調整する場合もある。
更に、本発明にかかるインクは普通紙等に記録した場合の印字記録物のインクの定着性の問題を解決すると同時に、インクジェット用ヘッドに対するマッチングを良好にする面から、インク自体の物性として25℃における表面張力が30〜40dyne/cm、粘度が15cP以下、好ましくは10cP以下、より好ましくは5cP以下に調整されることが望ましい。従って、上記物性にインクを調整し、普通紙における問題を解決するためには、本発明のインク中に含有される水分量としては50質量%以上98質量%以下、好ましくは60質量%以上95質量%以下とするのが好適である。
本発明にかかるインクは、インクジェット吐出方式のヘッドに用いられ、又、そのインクが収納されているインク収納容器としても、或いは、その充填用のインクとしても有効である。特に、本発明は、インクジェット記録方式の中でもバブルジェット(登録商標)方式の記録ヘッド、記録装置において、優れた効果をもたらすものである。
その代表的な構成や原理については、例えば、米国特許第4,723,129号明細書、同第4,740,796号明細書に開示されている基本的な原理を用いて行うものが好ましい。この方式は所謂オンデマンド型、コンティニュアス型の何れにも適用可能であるが、特に、オンデマンド型の場合には、インクが保持されているシートや液路に対応して配置された電気熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰を超える急速な温度上昇を与える少なくとも一つの駆動信号を印加することによって、電気熱変換体に熱エネルギーを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰させて、結果的にこの駆動信号に一対一対応し、インク内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成長,収縮により吐出用開口を介してインクを吐出させて、少なくとも一つの滴を形成する。この駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に優れたインクの吐出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信号としては、米国特許第4,463,359号明細書、同第4,345,262号明細書に記載されているようなものが適している。尚、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許第4,313,124号明細書に記載されている条件を採用すると、更に優れた記録を行うことができる。
記録ヘッドの構成としては、上述の各明細書に開示されているような吐出口、液路、電気熱変換体の組み合わせ構成(直線状液流路又は直角液流路)の他に熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示する米国特許第4,558,333号明細書、米国特許第4,459,600号明細書を用いた構成にも本発明は有効である。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通すると吐出孔を電気熱変換体の吐出部とする構成(特開昭59−123670号公報等)に対しても、本発明は有効である。
更に、記録装置が記録できる最大記録媒体の幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッドとしては、上述した明細書に開示されているような複数記録ヘッドの組み合わせによって、その長さを満たす構成や一体的に形成された一個の記録ヘッドとしての構成の何れでも良いが、本発明は、上述した効果を一層有効に発揮することができる。
加えて、装置本体に装着されることで、装置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、或いは記録ヘッド自体に一体的に設けられたカートリッジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。又、本発明は、適用される記録装置の構成として設けられる、記録ヘッドに対しての回復手段、予備的な補助手段等を付加することは本発明の効果を一層安定できるので好ましいものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに対してのキャピング手段、クリーニング手段、加圧或いは吸引手段、電気熱変換体或いはこれとは別の加熱素子或いはこれらの組み合わせによる予備加熱手段、記録とは別の吐出を行う予備吐出モードである。
次に、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。尚、文中、「部」及び「%」とあるものは、特に断りない限り質量基準である。
尚、次の略語を使用する。
・THF:テトラヒドロフラン
・DBU:1,8−ジアザビシクロ−[5.4.0]ウンデセン−7
[実施例1]
(フタロシアニン化合物の前駆体合成)
下記構造を有する化合物を、下記方法で合成した。(図7の合成スキームを参照)
Figure 0005031369
ここで、R1、R3は水酸基、R2、R4、R5、R6、R7、R8は水素原子である。Mは、銅イオンを示す。
まず、原料として1,2−ジヒドロキシシクロヘキサペンタジエン(化合物1)の20%酢酸エチル溶液(25ml)を用意し、溶媒を減圧下濃縮し、そこにアセトン(30ml)、2,2−ジメトキシプロパン(69ml)、痕跡量のp−トルエンスルホン酸を加え、室温で4時間攪拌した。10%水酸化ナトリウム水溶液(30ml)、飽和食塩水(30ml)を加えて攪拌し、反応を停止し、ジエチルエーテル(3×30ml)で抽出、有機層を飽和食塩水(3×30ml)で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させ、減圧下濃縮することで化合物1の水酸基を保護した化合物2が8.33g得られた。
次に、反応容器に化合物2(158mg)とジシアノアセチレン(230mg)を入れ、トルエン(2.00ml)を加えて、90℃で3時間攪拌した。反応終了後、反応溶液を減圧濃縮し、カラムクロマトグラフィ(20−30容量% 酢酸エチル/ヘキサン)で分離し、Rf0.24(20容量% 酢酸エチル/ヘキサン)とRf0.18(20容量% 酢酸エチル/ヘキサン)のフラクションを濃縮した。これらをそれぞれ再結晶することにより、化合物3が184mg得られた。
mp:151.9−152.6℃
1HNMR(溶媒:CDCl3、単位:δppm) 7.87(m、2H)、7.71(m、1H)、7.59(m、2H)、6.16(m、2H)、4.81(dd、J=5.6、2.4Hz、1H)、4.33(dd、J=6.8、2.9Hz、1H)、4.19(dd、J=6.8、2.9Hz、1H)、4.04(dd、J=5.6、1.5Hz、1H)、3.70(m、1H)、3.48(m、1H)1.28(s、3H)、1.22(s、3H)
IR(KBr)/cm-1 2981w、1552s、1313s、1151s、1056s、727.0m、601.7m
更に、反応容器に化合物3(365mg)を入れ窒素置換し、ドライTHF(5.00ml)に溶解させた。そこにn−ブトシキマグネシウムのn−ブタノール溶液を加え、150℃の温度で加熱撹拌し、4量環化、金属錯体化を行った。反応終了後、酢酸エチル(3×20.0ml)で抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥、減圧下濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィ(5容量%酢酸エチル/クロロホルム)で分離し、Rf0.41(5容量%酢酸エチル/クロロホルム)のフラクションを濃縮し、再結晶することにより化合物4が283mgの収率で得られた。
mp:114.9−146.3℃
1HNMR(溶媒:CDCl3、単位:δppm) 8.58(Br、1H)、6.68(d、J=2.4Hz、1H)、6.50(m、2H)、4.56(m、1H)4.34(m、2H)、4.32(q、J=7.0Hz、2H)、4.06(m、1H)、1.42(s、3H)、1.38(t、J=7.0Hz、3H)、1.30(s、3H)
IR(KBr)/cm-1 3345s、2892w、1681s、1297m、1141s、1039s
反応容器に化合物4(289mg)を入れ窒素置換し、THF(5.00ml)に溶解させた。1N塩酸(114mg)を加えて室温で1時間攪拌した。反応終了後、飽和食塩水(20ml)で反応を停止し、反応溶液を1%チオ硫酸ナトリウム水溶液(50.0ml)、飽和食塩水(50.0ml)でそれぞれ洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧下濃縮し、カラムクロマトグラフィで精製し再結晶することで、水酸基が脱保護された水溶性フタロシアニン化合物の前駆体5(収率39.8%)を得た。
(フタロシアニン化合物前駆体の分子構造変換により形成された微粒子結晶層を有する被覆微粒子)
上記で得られた化合物5と、微粒子としてアルミナ水和物からなる微粒子(平均1次粒径:15nm)を、イソプロピルアルコール50wt%の水溶媒中に添加し、密閉容器中で、80℃の温度をかけ混合攪拌した。次に、溶媒の色変化が安定したところで、化合物の分子構造変換終了を確認し、加温をやめ、その後、溶媒を蒸発させることで、本実施例の被覆微粒子を得た。
(分散体の作製)
上記で得られた被覆微粒子を下記方法で微粒子分散体にした。ベンジルメタクリレートとメタクリル酸を原料として、常法により、酸価250、数平均分子量3,000のAB型ブロックポリマーを作り、更に、水酸化カリウム水溶液で中和し、イオン交換水で希釈して均質な50質量%ポリマー水溶液を作成した。
上記のポリマー溶液を180g、被覆微粒子を100g及びイオン交換水を220gを混合し、そして機械的に0.5時間撹拌した。次いで、マイクロフリュイダイザーを使用し、この混合物を、液体圧力約10,000psi(約70Mpa)下で相互作用チャンバ内に5回通すことによって処理した。更に、上記で得た分散液を遠心分離処理(12,000rpm、20分間)することによって、粗大粒子を含む非分散物を除去して分散体(A)液とした。得られた微粒子分散体は、その顔料濃度が10質量%、分散剤濃度が10質量%であった。
(インクの作製)
上記で得られた微粒子分散微粒子を用い、下記組成でインクを作製した。
・分散体(A) 13.4%
・グリセリン 8%
・エチレングリコール 7%
・イソプロピルアルコール 1%
・純水 70.6%
[実施例2]
(キナクリドン化合物の前駆体合成)
下記構造を有する化合物を、下記方法で合成した。(図8の合成スキームを参照)
Figure 0005031369
図8に記載したスキームに従って、本発明にかかる製造方法を実施する際に使用するキナクリドン化合物の前駆体合成した。
先ず、合成に使用した化合物1は、J.Org.Chem.,Vol.61,No.11.1996,pp3794−3798に従って合成した。次に、下記の式において[1]で示した化合物1を用いて、下記に述べるようにして[2]を合成した。
Figure 0005031369
先ず、50mlナス型フラスコに、[1](0.318g,2.60mmol)を入れ、窒素置換した条件下で、dry−CH2Cl2(2ml)を加えた後、水浴で冷やしたものを用意した。これとは別に、25mlナシ型フラスコに、クロロギ酸エチル(0.284g,2.62mmol)を入れ、窒素置換した条件下で、dry−CH2Cl2を加え、これをトランスファーチューブによって、先程用意した50mlのナス型フラスコ内にゆっくりと滴下し、1時間攪拌した。反応の終了をTLC(薄層クロマトグラフィー)によって確認してから、反応を終了させ、酢酸エチルで抽出操作を行った。抽出操作後の有機層を5%HClで洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させ、その後、減圧下で濃縮した。得られた濃縮物を、シリカゲルカラムクロマトグラフィ(展開溶媒:EtOAc/Hexane)により精製することで、目的物である[2]を得た(0.408g,収率:80.8%)。
次に、上記で得た下記[2]で示した化合物2を用いて、下記に述べるようにして[3]を合成した。
Figure 0005031369
先ず、25mlナス型フラスコに、窒素置換した条件下で、dry−Et2O(5.5ml)と[2](0.777g,4.00mmol)とを冷やしたものを用意した。これとは別に、25mlナシ型フラスコに1,4−フェニレンジアミン(0.216g,2.00mmol)を入れ、窒素置換した条件下で、dry−Et2O(2ml)を加えたものを用意し、これを先程の容器にトランスファーチューブにより滴下し、1時間攪拌した。反応終了をTLCにより確認してから、反応を終了し、酢酸エチルで抽出し、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥させて、濃縮した。更に、シリカゲルカラムクロマトグラフィ(EtOAc/Hexane)により精製することで、目的物である[3]を得た(0.690g,収率:75%)。
次に、上記で得た下記[3]で示した化合物3を用いて、下記に述べるようにして[4]を合成した。
Figure 0005031369
先ず、100mlナス型フラスコに、上記で得た[3](0.921g,2.00mmol)をDMSO(ジメチルスルホキサイド)30mlを溶媒として溶解した。そこにt−ブトキシカリウムを加え、50℃で1昼夜加熱攪拌した。反応終了をTLCにより確認してから、反応を水により停止し、酢酸エチルで抽出操作を行った。抽出操作後の有機層を、無水硫酸ナトリウムで乾燥させ、減圧下で濃縮した。最後に、シリカゲルカラムクロマトグラフィ(EtOH/Hexane)により精製することで、目的物である[4]を得た(0.728g,収率:90%)。
次に、上記で得た下記[4]で示した化合物4を用いて、下記に述べるようにして[5]を合成した。
Figure 0005031369
先ず、100mlナス型フラスコに、上記で得た[4](0.808g,2.00mmol)をdry−DMSO(ジメチルスルホキサイド)30mlを溶媒として溶解した。そこにポリリン酸を加え、50℃で1昼夜加熱攪拌した。脱水閉環反応終了をTLCにより確認してから、反応を水により停止し、酢酸エチルで抽出操作を行った。抽出操作後の有機層を、無水硫酸ナトリウムで乾燥させ、減圧下で濃縮した。最後に、シリカゲルカラムクロマトグラフィ(EtOAc/Hexane)により精製することで、目的物であるキナクリドン化合物の前駆体5を得た(0.331g,収率:45%)。
(キナクリドン化合物前駆体の分子構造変換により形成された結晶層を有する被覆微粒子)
上記で得られたキナクリドン化合物の前駆体5を、実施例1と同様の方法で、微粒子表面に結晶を形成した赤味の被覆微粒子を得た。
(微粒子分散体の作製)
上記で得られた被覆微粒子を下記方法で微粒子分散体にした。ベンジルメタクリレートとメタクリル酸を原料として、常法により、酸価250、数平均分子量3,000のAB型ブロックポリマーを作り、更に、水酸化カリウム水溶液で中和し、イオン交換水で希釈して均質な50質量%ポリマー水溶液を作成した。
上記のポリマー溶液を180g、被覆微粒子を100g及びイオン交換水を220gを混合し、そして機械的に0.5時間撹拌した。次いで、マイクロフリュイダイザーを使用し、この混合物を、液体圧力約10,000psi(約70Mpa)下で相互作用チャンバ内に5回通すことによって処理した。更に、上記で得た分散液を遠心分離処理(12,000rpm、20分間)することによって、粗大粒子を含む非分散物を除去して微粒子分散体とした。
(インク)
上記で得られた結晶層を有する被覆微粒子を、実施例1と同様の方法でインク化した。
[実施例3]
(ポルフィリン化合物の前駆体合成)
下記構造を有する化合物を、下記方法で合成した。(図9の合成スキームを参照)
Figure 0005031369
1)化合物2の合成
まず、原料として3,5−シクロヘキサジエン−1,2−ジオール(化合物1)の20%酢酸エチル溶液(25ml)を用意し、溶媒を減圧下濃縮し、そこにアセトン(30ml)、2,2−ジメトキシプロパン(69ml)、痕跡量のp−トルエンスルホン酸を加え、室温で4時間攪拌した。10質量%水酸化ナトリウム水溶液(30ml)、飽和食塩水(30ml)を加えて攪拌し、反応を停止し、ジエチルエーテル(3×30ml)で抽出、有機層を飽和食塩水(3×30ml)で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させ、減圧下濃縮することで化合物1の水酸基を保護した化合物2が8.33gの収量で得られた。
2)化合物3の合成
反応容器に化合物2(158mg、1.04mmol)と2−ニトロ−1−(フェニルスルホニル)エチレン(230mg、1.08mmol)を入れ、トルエン(2.00ml)を加えて、90℃で3時間攪拌した。反応終了後、反応溶液を減圧濃縮し、カラムクロマトグラフィ(20−30容量% 酢酸エチル/ヘキサン)で分離し、Rf0.24(20容量% 酢酸エチル/ヘキサン)とRf0.18(20容量% 酢酸エチル/ヘキサン)のフラクションを濃縮した。これらをそれぞれ再結晶することにより、化合物3aと3bが124mg(0.339mmol、収率:32.6質量%)、62mg(0.17mmol、収率16.3質量%)の収量で得られた。
mp:151.9−152.6℃
HNMR(溶媒:CDCl3 、単位:δppm) 7.87(m、2H)、7.71(m、1H)、7.59(m、2H)、6.16(m、2H)、4.81(dd、J=5.6、2.4Hz、1H)、4.33(dd、J=6.8、2.9Hz、1H)、4.19(dd、J=6.8、2.9Hz、1H)、4.04(dd、J=5.6、1.5Hz、1H)、3.70(m、1H)、3.48(m、1H)1.28(s、3H)、1.22(s、3H)
IR(KBr)/cm-1:2981w、1552s、1313s、1151s、1056s、727.0m、601.7m。
3)化合物4の合成
反応容器に化合物3a、3b(2,2−ジメチル−8−ニトロ−9−フェニルスルホニル−3a,4,7,7a−テトラヒドロ−4,7−エタノ−1,3−ベンゾジオキソール)を365mg(1mmol)を入れ窒素置換し、ドライTHF(5.00ml)に溶解させ、反応容器を氷浴に浸した。ドライ−エチルイソシアノアセテート(0.110ml、1.00mmol)を加えた後、水素化カルシウムにより蒸留したDBU(0.370ml、2.50mmol)を5分かけて滴下し、氷浴を取り除き、室温で17時間攪拌した。反応終了後、2質量%塩酸(10.0ml)を加え、酢酸エチル(3×20.0ml)で抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥、減圧下濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィ(5容量%酢酸エチル/クロロホルム)で分離し、Rf0.41(5容量%酢酸エチル/クロロホルム)のフラクションを濃縮し、再結晶することにより化合物4を283mg(97.8mmol、収率:97.8質量%)の収量で得た。
mp:114.9−146.3℃
1HNMR(溶媒:CDCl3、単位:δppm) 8.58(Br、1H)、6.68(d、J=2.4Hz、1H)、6.50(m、2H)、4.56(m、1H)4.34(m、2H)、4.32(q、J=7.0Hz、2H)、4.06(m、1H)、1.42(s、3H)、1.38(t、J=7.0Hz、3H)、1.30(s、3H)
IR(KBr)/cm-1:3345s、2892w、1681s、1297m、1141s、1039s。
4)化合物5の合成
反応容器に化合物4(289mg、1.00mmol)を入れ窒素置換し、ドライTHF(5.00ml)に溶解させ、反応容器を氷浴に浸した。水素化リチウムアルミニウム(114mg、3.00mmol)を加えて氷浴を取り除き、室温で1時間攪拌した。還元終了後、飽和食塩水(20.0ml)を加え、不溶物をセライト濾過し、クロロホルム(3×100ml)で抽出し、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶液にp−トルエンスルホン酸(80.0mg)を加え、1日攪拌した。更にクロラニル(223mg、0.907mmol)を加え、更に1日撹拌した。反応終了後、反応溶液を1質量%チオ硫酸ナトリウム水溶液(50.0ml)、飽和食塩水(50.0ml)でそれぞれ洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧下濃縮し、カラムクロマトグラフィで精製し再結晶することで、化合物5(収率39.8質量%)を得た。
5)化合物6の合成
反応容器に化合物5と酢酸銅をクロロホルム(30ml)−メタノール(3ml)に溶かし、室温で3時間撹拌した。反応終了後、水(100ml×2)、飽和食塩水(40ml)でそれぞれ洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧下濃縮し、クロロホルム−メタノールから再結晶することによって赤紫色結晶(化合物6)を得た。
6)化合物7の合成
得られた化合物6の酸存在化における加水分解反応により脱保護基反応を行い、目的とするポルフィリン化合物前駆体7(中心金属M:Cu)を得た。
(ポルフィリン化合物前駆体の分子構造変換により形成された結晶層を有する被覆微粒子)
上記で得られたポルフィリン化合物の前駆体と、アルミナ水和物からなる微粒子(平均1次粒径:15nm)を、イソプロピルアルコール50wt%の水溶媒中に添加し、密閉容器中で、高速で混合攪拌し、溶媒の色変化が安定したところで、ポルフィリン化合物前駆体の分子構造変換の終了を確認し、攪拌をやめ、その後、溶媒を蒸発させることで、本実施例の被覆微粒子を得た又、得られた被覆微粒子のX線回折装置で確認し、結晶の形成を確認し、図10に示し、101の2θ部が、結晶ピークである。
(微粒子分散体の作製)
上記で得られた被覆微粒子を下記方法で水分散体にした。ベンジルメタクリレートとメタクリル酸を原料として、常法により、酸価250、数平均分子量3,000のAB型ブロックポリマーを作り、更に、水酸化カリウム水溶液で中和し、イオン交換水で希釈して均質な50質量%ポリマー水溶液を作成した。
上記のポリマー溶液を180g、被覆微粒子を100g及びイオン交換水を220gを混合し、そして機械的に0.5時間撹拌した。次いで、マイクロフリュイダイザーを使用し、この混合物を、液体圧力約10,000psi(約70Mpa)下で相互作用チャンバ内に5回通すことによって処理した。更に、上記で得た分散液を遠心分離処理(12,000rpm、20分間)することによって、粗大粒子を含む非分散物を除去して微粒子分散体とした。
(インク)
上記で得られた微粒子分散体を、実施例1と同様の方法でインク化した。
[実施例4]
実施例3で作製したポルフィリン化合物の前駆体を用いて、下記方法で、被覆微粒子、及びインクを作製した。
(ポルフィリン化合物前駆体の分子構造変換により形成された結晶層を有する被覆微粒子)
上記で得られたポルフィリン化合物の前駆体と、アルミナ水和物からなる微粒子(平均1次粒径:60nm)を、イソプロピルアルコール50wt%の水溶媒中に添加し、密閉容器中で、80℃の温度で混合攪拌し、溶媒の色変化が安定したところで、ポルフィリン化合物前駆体の分子構造変換の終了を確認し、加温をやめ、その後、溶媒を蒸発させることで、本実施例の被覆微粒子を得た。得られた被覆微粒子のX線回折装置で確認し、結晶の形成を確認し、図11に示し、111の2θ部が、結晶ピークである。
(微粒子分散体の作製)
上記で得られた被覆微粒子を下記方法で微粒子分散体にした。ベンジルメタクリレートとメタクリル酸を原料として、常法により、酸価250、数平均分子量3,000のAB型ブロックポリマーを作り、更に、水酸化カリウム水溶液で中和し、イオン交換水で希釈して均質な50質量%ポリマー水溶液を作成した。
上記のポリマー溶液を180g、被覆微粒子を100g及びイオン交換水を220gを混合し、そして機械的に0.5時間撹拌した。次いで、マイクロフリュイダイザーを使用し、この混合物を、液体圧力約10,000psi(約70Mpa)下で相互作用チャンバ内に5回通すことによって処理した。更に、上記で得た分散液を遠心分離処理(12,000rpm、20分間)することによって、粗大粒子を含む非分散物を除去して微粒子分散体とした。
(インク)
上記で得られた微粒子分散体を、実施例1と同様の方法でインク化した。
[実施例5]
実施例3で作製したポルフィリン化合物の前駆体を用いて、下記方法で、被覆微粒子、分散体微粒子、及びインクを作製した。
(ポルフィリン化合物前駆体の分子構造変換により形成された結晶層を有する被覆微粒子)
上記で得られたポルフィリン化合物の前駆体と、アルミナ水和物からなる微粒子(平均1次粒径:15nm)を、容器中で、強いシェア−をかけて全体が均一に成るように混ぜ、全体の色変化が安定したところで、ポルフィリン化合物前駆体の分子構造変換の終了を確認し、混合攪拌を止め、本実施例の被覆微粒子を得た
(微粒子分散体の作製)
上記で得られた微粒子被覆を下記方法で分散体にした。ベンジルメタクリレートとメタクリル酸を原料として、常法により、酸価250、数平均分子量3,000のAB型ブロックポリマーを作り、更に、水酸化カリウム水溶液で中和し、イオン交換水で希釈して均質な50質量%ポリマー水溶液を作成した。
上記のポリマー溶液を180g、被覆微粒子を100g及びイオン交換水を220gを混合し、そして機械的に0.5時間撹拌した。次いで、マイクロフリュイダイザーを使用し、この混合物を、液体圧力約10,000psi(約70Mpa)下で相互作用チャンバ内に5回通すことによって処理した。更に、上記で得た分散液を遠心分離処理(12,000rpm、20分間)することによって、粗大粒子を含む非分散物を除去して分散体とした。
(インク)
上記で得られた分散体微粒子を、実施例1と同様の方法でインク化した。
(比較例1)
実施例3で作製したポルフィリン化合物の前駆体は水に溶解しないため、前記前駆体をイソプロピルアルコール溶媒に1wt%溶解させたものを、受容層としてアルミナ50wt%分散水溶液をPET用紙に塗布、乾燥させアルミナシートに塗布し、乾燥させたものをかきとり、比較例1の微粒子とした。
(微粒子分散体の作製)
上記で得られた微粒子を下記方法で分散体にした。ベンジルメタクリレートとメタクリル酸を原料として、常法により、酸価250、数平均分子量3,000のAB型ブロックポリマーを作り、更に、水酸化カリウム水溶液で中和し、イオン交換水で希釈して均質な50質量%ポリマー水溶液を作成した。
上記のポリマー溶液を180g、被覆微粒子を100g及びイオン交換水を220gを混合し、そして機械的に0.5時間撹拌した。次いで、マイクロフリュイダイザーを使用し、この混合物を、液体圧力約10,000psi(約70Mpa)下で相互作用チャンバ内に5回通すことによって処理した。更に、上記で得た分散液を遠心分離処理(12,000rpm、20分間)することによって、粗大粒子を含む非分散物を除去して分散体とし、比較例1の分散体とした。
(インク)
上記で得られた分散体微粒子を、実施例1と同様の方法でインク化し、比較例1のインクとした。
(比較例2)
市販のパウダー状のβ型銅フタロシアニン顔料を入手し、比較例2の微粒子とした。又、該微粒子を用いて、以下方法で分散体を作製した。
まず、ベンジルメタクリレートとメタクリル酸を原料として、常法により、酸価250、数平均分子量3,000のAB型ブロックポリマーを作り、更に、水酸化カリウム水溶液で中和し、イオン交換水で希釈して均質な50質量%ポリマー水溶液を作成した。
上記のポリマー溶液を180g、顔料粉体を100g及びイオン交換水を220g混合し、そして機械的に0.5時間撹拌した。次いで、マイクロフリュイダイザーを使用し、この混合物を、液体圧力約10,000psi(約70Mpa)下で相互作用チャンバ内に5回通すことによって処理した。更に、上記で得た分散液を遠心分離処理(12,000rpm、20分間)することによって、粗大粒子を含む非分散物を除去して比較例2の微粒子分散体とした。
(インクの作成)
上記で得られた比較例2の微粒子分散体を用い、下記組成で比較例2インクを作製した。
・分散体 13.4%
・グリセリン 8%
・エチレングリコール 7%
・イソプロピルアルコール 1%
・純水 70.6%
(比較例3)
比較例2で用いたフタロシアニン顔料とアルミナ水和物(平均1次粒子径:15nm)を純水中で混合攪拌し、全体が均一に混ざったとことで、攪拌をやめ、水分を蒸発させて比較例3の微粒子をえた。
(微粒子分散体の作製)
上記でられた微粒子を、実施例1と同様の方法で分散体化し、比較例3の分散体とした。
(インク)
上記分散体を用いて、実施例1と同様の方法でインク化し、比較例3のインクとした。
<評価>
(結晶の熱安定性評価)
実施例1〜5で得られた、及び比較例1〜3で得られた顔料粉体の温度変化による結晶状態を、市販のX線回折装置(リガク製)として、XRD−DSC(株式会社リガク製)を用いて、温度300℃まで昇温させて調べた。
実施例の被覆微粒子、温度300℃まで昇温させても結晶状態に変化はなく、単結晶状態であった。ここで、実施例3の被覆微粒子のXRD−DSC測定データを図10に、実施例4の被覆微粒子のXRD−DSC測定結果を図11に示す。図10、及び図11ともに、300℃まで昇温させても2θ=6°近傍に、変化の無いポルフィリンの結晶ピークを見ることが出来る。実施例1、実施例2、及び実施例5も同様に温度変化による結晶状態に変化は認められなかった。これに対し、比較例1の微粒子は、XRD−DSC測定の結果、温度上昇に伴い、2θ=6°近傍のイピーク強度が強まり、結晶と非結晶の混合状態であることがわかった。又、結晶ピークが見られるところと見られないところがあった。更に被記録材上の色味ムラも見られた。比較例2、3の微粒子は、XRD−DSC測定結果、α型とβ型との混晶状態であった。又、温度を300℃まで昇温させていくと、β型のみの結晶に成った。
(結晶の放置後安定性評価)
実施例1〜5、比較例1〜3で得られた被覆微粒子、分微粒子散体、インクを、ガラスシャーレに15g入れ、50℃環境下に、蓋をせずに1ヶ月放置したインクを、市販のX線回折装置(株式会社リガク製)を用いて結晶状態変化を調べた。
実施例の微粒子分散体、及びインクは、水分が蒸発し、固体状になっても結晶状態に変化はなく、又被覆微粒子でも変化はなかった。これに対し、比較例1では、微粒子、微粒子分散体、及びインクで結晶ピーク強度の増加が見られた。比較例2、3では、微粒子分散体、及びインクでは変化は認められなかった。
(安定性評価)
実施例1〜5、比較例1〜3で得られた分散体液、インクを、ガラス密閉容器に入れ、常温環境下に、1ヶ月放置したインクを、再度十分に攪拌し、市販のX線回折装置(リガク製)を用いて結晶状態測定、及び粒度分布計(大塚電子製)を用いて粒子径変化を調べた。
実施例の分散体液、及びインクは、結晶状態、及び粒度分布計ともに変化はなかった。これに対し、比較例1〜3の分散体、インクは、ともに粒度分布が大きい方にシフトし、且つ大きい粒のものが増えた。
(吐出性の評価)
実施例1〜5、比較例1〜3で得られたインクを市販のインクジェット記録装置としてBJF600(商品名、キヤノン(株)製)を用いて、英数文字を市販の上質紙にインクを使い切るまで印字したところ、不吐、よれもなく良好な記録を行うことができた。比較例1、3のインクは、印字できなかった。比較例2のインクは、途中で若干の印字の乱れが発生した。
(発色性の評価)
実施例1〜5、比較例1〜3で得られたインクを市販のインクジェット記録装置としてBJF600(商品名、キヤノン(株)製)を用いて、市販の上質紙に英数文字及び単色の画像を記録し、得られた記録物を目視で観察したところ、実施例のものは、色むら、不均一性の無い良好な発色性を得ることができた。一方、比較例1、3のインクは、印字できなかった。又比較例2のインクは、実施例と銅レベルの発色性であった。
(発色性の安定性評価)
実施例1〜5、比較例1〜3で得られた分散体、及びインクを、ガラス密閉容器に入れ、常温環境下に1ヶ月放置した後、市販の上質紙に塗布し、発色性を目視で評価した。実施例のものは、発色性に変化はなかった。これに対し、比較例2の分散体、インクは、若干であるが発色性の変化を確認できた。又、比較例1、3のサンプルを、常温環境下に1ヶ月放置したところ、色味が変化した。
(粒径分布)
実施例1〜5の被覆微粒子と微粒子分散体とインクとの3状態での平均粒径に差見られず、又分布範囲も狭かった。
比較例1、3では、被覆微粒子>微粒子分散体>インクの関係で平均粒径が大きくなっており、更に実施例1〜4より平均粒径は1桁大きかった。又分布範囲は、広かった。比較例2の被覆微粒子と微粒子分散体とインクとの3状態での平均粒径に差はあまり見られなかった。
本発明は、インクジェット記録用、電子写真用、塗装用の色材や電子写真、半導体でのキャリアへの展開が可能である。
この出願は2004年9月8日に出願された日本国特許出願番号第2004−261698号からの優先権を主張するものであり、その内容を引用してこの出願の一部とするものである。
図1は、本発明にかかる被覆微粒子の製造方法を模式的に示す図である。 図2は、微粒子表面に結晶層が形成される前の混合状態を示すイメージ図である。 図3は、微粒子表面に結晶層が形成された状態を示すイメージ図である。 図4は、本発明の逆ディールス・アルダー反応を説明するイメージ図である。 図5は、本発明の逆ディールス・アルダー反応を説明するイメージ図である。 図6は、ディールス・アルダー反応を説明するイメージ図である。 図7は、金属フタロシアニン化合物の前駆体製造工程を示す図である。 図8は、キナクリドン化合物の前駆体製造工程を示す図である。 図9は、ポルフィリン化合物の前駆体製造工程を示す図である。 図10は、実施例3の被覆微粒子のXRD−DSC測定チャートを示す。 図11は、実施例4の被覆微粒子のXRD−DSC測定チャートを示す。

Claims (8)

  1. 微粒子を核として、該微粒子の表面に化合物の結晶層が形成されている被覆微粒子であって、前記結晶層は、有色結晶の被膜であり、前記結晶を構成する化合物が、該化合物の基礎構造を備えた化合物前駆体逆ディールス−アルダー反応によ分子構造変換することによって得られた、前記化合物前駆体からエチレン化合物が脱離して芳香環が構築された化合物であり、前記化合物前駆体が、下記に示される構造のいずれかを有することを特徴とする被覆微粒子。
    Figure 0005031369
  2. 前記微粒子は、金属酸化物、金属水和物及び金属結晶体のいずれかである金属微粒子である請求項1に記載の被覆微粒子。
  3. 請求項1又は2に記載の被覆微粒子の表面を表面処理してなる表面処理微粒子を液媒体に分散したことを特徴とする分散微粒子。
  4. 金属酸化物、金属水和物及び金属結晶体のいずれかである金属微粒子と、該金属微粒子を被覆する化合物の前駆体と、を共存させる工程と、この共存状態で、前記化合物の前駆体を逆ディールス−アルダー反応により分子構造変換して、前記化合物の前駆体からエチレン化合物が脱離して芳香環が構築された化合物の結晶被膜を上記微粒子の周囲に形成する工程と、を有する被覆微粒子の製造方法であって、該化合物の前駆体が、下記に示される構造のいずれかを有することを特徴とする被覆微粒子の製造方法。
    Figure 0005031369
  5. 請求項1又は2に記載の被覆微粒子が含有されてなることを特徴とするインク。
  6. 前記インクは、水溶性インクである請求項5に記載のインク。
  7. 請求項5又は6に記載のインクを用いてインクジェット記録方法で画像を形成することを特徴とする記録方法。
  8. 請求項7に記載の記録方法によって形成されたことを特徴とする記録画像。
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