JP7306475B2 - 顔料組成物の製造方法 - Google Patents
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Description
粗大粒子数の低減には、顔料、顔料分散樹脂及び液状媒体を含有する原料組成物を、長時間分散処理をしたり、繰り返し分散機に投入し処理する方法が効果的である。
しかし、前記方法では、顔料組成物やインク等の生産効率を向上させることができない場合があった。
前記顔料組成物を前記インクジェット印刷用インクの製造用に使用する場合、前記顔料組成物は、前記顔料組成物の全量に対する固形分の比率が1質量%~50質量%の範囲であることが好ましく10質量%~30質量%の範囲であることがより好ましい。
前記斜向衝突チャンバーとしては、例えば、スギノマシン株式会社製の機器名「スターバースト」のチャンバーが挙げられる。斜向衝突チャンバーは、長時間使用時の後述する硬質体の摩耗を避けることができ、かつ、シングルノズルチャンバーよりも優れた剪断力を得ることができるため、優れた微細化能力を奏し粗大粒子の数を低減し保存安定性に優れた顔料組成物を得る、または、より一層印刷濃度の高い印刷物を製造可能な顔料組成物を得るうえで好ましい。
前記分散機としては、具体的には、スギノマシン株式会社製の機器名「スターバースト」を用いることができる。
前記工程1の前に、あらかじめ前記顔料、顔料分散樹脂及び液状媒体が、予めローターステーター型処理機またはビーズミル処理機によって混合する工程0では、前記顔料が粉砕又は解砕される工程でもある。
粗大粒子を多く含有する原料組成物を、前記工程1において前記分散機で処理すると、前記分散機中で配管詰まり等の不具合が生じる可能性が懸念される。そのため、このような不具合を回避する観点から、工程1において前記分散機を用いて前記顔料を顔料分散樹脂で液状媒体中に分散させる工程に先立って、前処理として予備粉砕又は予備解砕を行う工程0を行うことが有効である。
前記水は、本発明の顔料組成物に含まれる液状媒体の全量に対して10~90質量%の範囲で使用することが好ましく、15~80質量%の範囲で使用することが、水性インクを製造するうえで好ましい。
また、顔料組成物を製造する際に高圧ホモジナイザーを使用する場合や、前記顔料組成物を用いて得られたインクジェット印刷インクを、後述するサーマルタイプのインクジェット印刷方式に適用する場合、前記有機溶剤としては、沸点が100℃以上の高沸点溶剤を使用することが好ましい。また、前記有機溶剤として沸点100℃以上の高沸点溶剤を使用することが、顔料の濡れを促進する結果、顔料に樹脂が吸着されやすくなり保存安定性等が向上するうえで好ましい。
前記高沸点溶剤としては、例えばグリセリン、2-ピロリドン、1-(2-ヒドロキシエチル)-2-ピロリドン、ジプロピレングリコール、プロピレングリコール、1,5-ペンタンジオール等を使用することができる。
前記液状媒体(a)の分散項(δD1)としては、好ましくは12~24、より好ましくは14~21、特に好ましくは16~19の範囲である。
前記液状媒体(a)の極性項(δP1)としては、好ましくは4~17、より好ましくは6~15、特に好ましくは8~13の範囲である。
前記液状媒体(a)の水素結合項(δH1)としては、好ましくは6~43、より好ましくは9~35、特に好ましくは9~30の範囲である。
前記範囲内の分散項(δD1)と極性項(δP1)と水素結合項(δH1)とを備えた液状媒体としては、例えばトリエチレングリコール、グリセリン、2-ピロリドン、1-(2-ヒドロキシエチル)-2-ピロリドン、ジプロピレングリコール、プロピレングリコール、1,5-ペンタンジオール等を使用することができる。
なお、前記液状媒体の分散項(δD1)と極性項(δP1)と水素結合項(δH1)の値は、コンピュータソフトウェアであるHansen Solubility Parameters in Practice 4th Edition 4.1.07(HSPiP)に収録された値である。
前記範囲の分散項(δD1)と極性項(δP1)と水素結合項(δH1)とを備えた液状媒体は、前記顔料組成物に含まれる液状媒体の全量に対して10~95質量%の範囲で使用することが好ましく、50~80質量%の範囲で使用することがより好ましい。
本発明の顔料組成物に使用する液状媒体としては、前記した水を、前記高沸点溶剤や、前記分散項(δD1)と極性項(δP1)と水素結合項(δH1)とを備えた液状媒体等と組み合わせ使用することが、前記顔料分散樹脂等の樹脂成分が顔料成分の表面に吸着しやすくなるため好ましい。とりわけ、本発明の顔料組成物を製造する際に高圧ホモジナイザーを使用する場合や、前記顔料組成物を用いて得られたインクジェット印刷インクを、後述するサーマルタイプのインクジェット印刷方式に適用する場合には、前記液状媒体としては、前記した水を、前記高沸点溶剤や、前記分散項(δD1)と極性項(δP1)と水素結合項(δH1)とを備えた液状媒体等と組み合わせ使用することが、顔料の濡れを促進する結果、顔料に樹脂が吸着されやすくなり保存安定性等が向上するうえで好ましい。
・液状媒体は、グリコール類、ラクタム類及びグリセリンからなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。
・液状媒体は、トリエチレングリコール、トリエチレングリコール及びジプロピレングリコールからなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。
・液状媒体は、N-(2-ヒドロキシエチル)ピロリドン及び2-ピロリドンからなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。
・顔料成分がカーボンブラックを含む場合、液状媒体は、N-(2-ヒドロキシエチル)ピロリドン、2-ピロリドン、トリエチレングリコール及びグリセリンからなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。
・顔料成分がマゼンタ顔料を含む場合、液状媒体は、2-ピロリドン、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール及びグリセリンからなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。
・顔料成分がシアン顔料を含む場合、液状媒体(a)は、ジプロピレングリコール、N-(2-ヒドロキシエチル)ピロリドン、2-ピロリドン、トリエチレングリコール及びグリセリンからなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。
・顔料成分がイエロー顔料を含む場合、液状媒体(a)は、プロピレングリコールやN-(2-ヒドロキシエチル)ピロリドン、2-ピロリドン、トリエチレングリコール及びグリセリンからなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。
前記液状媒体は、本発明の顔料組成物の全量に対して30~98質量%の範囲で使用することが好ましく、60~95質量%の範囲で使用することが、水性インクを製造するうえで好ましい。
中和率[%]=((塩基性化合物の質量[g]×56×1000)/(樹脂成分の酸価×塩基性化合物の当量×樹脂成分の質量[g]))×100
粒子電荷計(スペクトリス株式会社製、商品名:PCD-04)を用いて、試料セルの白金電極で±2500mVの範囲の流動電位を計測した。顔料組成物を試料セルに入れ、滴定液(0.01N、Poly-DADMAC)で滴定した。電荷量の滴定は、試料セルと移動ピストンの動きにより生じる電位差(すなわち、液体の流動電位)に基づき行った。流動電位がゼロを超えた(電位が正になった)ところで滴定を終了した。変曲点からの滴下量を、流動電位がゼロになった時の滴下量で除した値に100をかけた値を樹脂吸着率として得た。
前記樹脂吸着率は、経時的に粘度の著しい上昇を引き起こしにくいことから非常に優れた保存安定性を備え、さらには、顔料組成物に含まれうる粒子径1.0μm以上の粗大粒子の数を低減でき、高発色性の印刷物を製造可能なインクジェット印刷インクを製造するうえで、20~50質量%の範囲であることがより好ましく、25~40質量%の範囲であることが特に好ましい。
(スチレン-アクリル酸系共重合体A)
攪拌装置、滴下装置及び還流装置を備えた反応容器にメチルエチルケトン100質量部を仕込んだ後、攪拌しながら反応容器内を窒素置換した。次に、反応容器を加温し、メチルエチルケトンを還流した状態で、滴下装置からスチレン77質量部、アクリル酸10質量部、メタクリル酸13質量部及び重合触媒(和光純薬工業株式会社製、商品名:V-59)8質量部の混合液を2時間かけて滴下した。滴下の途中より、反応容器の温度を80℃に保った。滴下終了後、同温度で25時間更に反応を続けた。反応終了後、反応容器内を放冷した後、メチルエチルケトンを加えることによって固形分濃度50質量%の溶液を得た。さらに、この溶液を乾燥させた後、1mm以下の粉状に粉砕してスチレン-アクリル酸共重合体Aを得た。スチレン-アクリル酸共重合体Aの酸価は150mgKOH/gであり、重量平均分子量は8800であった。
送液ポンプ:LC-9A(株式会社島津製作所製)
システムコントローラー:SLC-6B(株式会社島津製作所製)
オートインジェクター:S1L-6B(株式会社島津製作所製)
検出器:RID-6A(株式会社島津製作所製)
データ処理ソフト:Sic480IIデータステーション(システムインスツルメンツ社製)
カラム:GL-R400(ガードカラム)+GL-R440+GL-R450+GL-R400M(日立化成株式会社製)
溶出溶媒:THF(テトラヒドロフラン)
溶出流量:2mL/min
カラム温度:35℃
スチレンの使用量を74質量部に変更し、アクリル酸の使用量を11質量部に変更し、メタクリル酸の使用量を15質量部に変更したことを除きスチレン-アクリル酸共重合体Aと同様の手順でスチレン-アクリル酸共重合体Bを得た。スチレン-アクリル酸共重合体Bの酸価は170mgKOH/gであり、重量平均分子量は11000であった。
(黒色顔料組成物)
[実施例A1]
はじめに、黒色顔料(三菱ケミカル株式会社製、カーボンブラック、#960、ドライ顔料)375g、上述のスチレン-アクリル酸系共重合体A150g、トリエチレングリコール413g、純水495g及び34質量%水酸化カリウム水溶液68gを混合することにより第1の原料組成物(顔料濃度:25質量%、固形分濃度:35質量%)を作製した。
高圧ホモジナイザー(スギノマシン株式会社製、機器名:スターバースト、斜向衝突チャンバー)の代わりに、高圧ホモジナイザー(スギノマシン株式会社製、機器名:スターバースト、ボール衝突チャンバー)を用いて、前記第2の原料組成物を140MPaの圧力で噴出させボールに衝突させる処理を、1パスを施すこと以外は、実施例A1と同様の方法で顔料組成物を得た。
高圧ホモジナイザー(スギノマシン株式会社製、機器名:スターバースト、ボール衝突チャンバー)を用い前記第2の原料組成物を噴出させる際の圧力を140MPaから200MPaに変更したこと以外は、参考例A2と同様の方法で顔料組成物を得た。
はじめに、実施例A1と同様の手順で第1の原料組成物を作製した。
次に、60℃に加温しながら周速度12m/s、回転数2400rpmで30分攪拌することにより第2の原料組成物を得た。
はじめに、実施例A1と同様の手順で第1の原料組成物を作製した。
高圧ホモジナイザー(スギノマシン株式会社製、機器名:スターバースト、斜向衝突チャンバー)を用い前記第2の原料組成物を噴出させる際の圧力を140MPaから100MPaに変更したこと以外は、参考例A2と同様の方法で顔料組成物を得た。
黒色顔料(三菱ケミカル株式会社製、カーボンブラック、#960、ドライ顔料)50g、上述のスチレン-アクリル酸系共重合体A20g、トリエチレングリコール55g及び34質量%水酸化カリウム水溶液9gを混合することにより混合物を調製した後、80℃に保温されたプラネタリーミキサー(株式会社愛工舎製作所製、機器名:ケミカルミキサーACM04LVTJ-B)に仕込み、自転回転数80回転/分、公転回転数25回転/分で混練を行った。プラネタリーミキサーの電流値が最大電流値を示してから60分を経過後に、イオン交換水を4gずつ投入し、イオン交換水が合計36gになるまで混練を続け、混練物を得た。得られた混練物に希釈操作として、イオン交換水30gを投入して、顔料組成物(顔料濃度:25質量%、固形分濃度:35質量%)を得た。
高圧ホモジナイザー(スギノマシン株式会社製、機器名:スターバースト、斜向衝突チャンバー)の代わりに、高圧ホモジナイザー(スギノマシン株式会社製、機器名:スターバースト、シングルノズルチャンバー)を用いて、実施例A1で使用したものと同様の前記第2の原料組成物を140MPaの圧力でシングルノズルチャンバー内を通液させる処理を1パス施すこと以外は、実施例A1と同様の方法で顔料組成物を得た。
高圧ホモジナイザー(スギノマシン株式会社製、機器名:スターバースト、シングルノズルチャンバー)を用い前記第2の原料組成物を噴出させる際の圧力を140MPaから200MPaに変更したこと以外は、比較例A2と同様の方法で顔料組成物を得た。
前記第2の原料組成物を噴出させるパス回数を1パスから20パスに変更したこと以外は、参考例A2と同様の方法で顔料組成物を得た。
[実施例B1]
はじめに、赤色顔料(FASTOGEN SUPER MAGENTA RY WET顔料、DIC株式会社製、顔料濃度:32質量%、ウェット顔料)1500g、上述のスチレン-アクリル酸系共重合体B95g、トリエチレングリコール356g及び34質量%水酸化カリウム水溶液49gを混合することにより第1の原料組成物(顔料濃度:24質量%、固形分濃度:28質量%)を作製した。
次に、前記工程1において、高圧ホモジナイザー(スギノマシン株式会社製、機器名:スターバースト、斜向衝突チャンバー)を用いて、前記第2の原料組成物を200MPaの圧力で噴出させ衝突させる処理を、1パスを施すことによって顔料組成物を得た。
高圧ホモジナイザー(スギノマシン株式会社製、機器名:スターバースト、斜向衝突チャンバー)の代わりに、高圧ホモジナイザー(スギノマシン株式会社製、機器名:スターバースト、ボール衝突チャンバー)を用いて、前記第2の原料組成物を200MPaの圧力で噴出させボールに衝突させる処理を、1パスを施すこと以外は、参考例A2と同様の方法で顔料組成物を得た。
はじめに、実施例B1と同様の手順で第1の原料組成物を作製した。
次に、60℃に加温しながら周速度12m/s、回転数2400rpmで30分攪拌することにより第2の原料組成物を得た。
赤色顔料(FASTOGEN SUPER MAGENTA RY WET顔料、DIC株式会社製、ドライ顔料)50g、上述のスチレン-アクリル酸系共重合体B10g、トリエチレングリコール40g及び34質量%水酸化カリウム水溶液5gを混合することにより混合物を調製した後、80℃に保温されたプラネタリーミキサー(株式会社愛工舎製作所製、機器名:ケミカルミキサーACM04LVTJ-B)に仕込み、自転回転数80回転/分、公転回転数25回転/分で混練を行った。プラネタリーミキサーの電流値が最大電流値を示してから60分を経過後に、イオン交換水を4gずつ投入し、イオン交換水が合計36gになるまで混練を続け、混練物を得た。得られた混練物に希釈操作として、イオン交換水67gを投入して、顔料組成物(顔料濃度:24質量%、固形分濃度:28質量%)を得た。
はじめに、実施例B1と同様の手順で第1の原料組成物を作製した。
次に、60℃に加温しながら周速度12m/s、回転数2400rpmで30分攪拌することにより第2の原料組成物を得た。
次に、前記工程1において、高圧ホモジナイザー(スギノマシン株式会社製、機器名:スターバースト、シングルノズルチャンバー)を用いて、前記第2の原料組成物を200MPaの圧力でシングルノズルチャンバー内を通液させる処理を2パスを施すことによって顔料組成物を得た。
実施例及び比較例で得られた顔料組成物を用いて下記の手順で粗大粒子数、粒子径、粘度、保存安定性、印刷濃度及び樹脂吸着率を評価した。結果を表1及び表2に示す。
粒度分布計(Particle Sizing Systems製、Accusizer 780 APS、個数カウント方式)を用いて直径1.0μm以上の粒子数及び直径0.5μm以上の粒子数を以下の手順で測定した。感度が1000~4000個/mLの範囲となるように顔料組成物を純水で希釈した。次に、粒度分布計を用いて、希釈後の顔料組成物に含まれる直径1.0μm以上の粒子数及び直径0.5μm以上の粒子数を3回測定した。続いて、粒子数の測定値にそれぞれ希釈濃度を乗じて得られる値の平均値を粗大粒子数として算出した。
顔料組成物を約4mLのセルに入れた。マイクロトラック・ベル株式会社製のナノトラック粒度分布計「UPA150」を用いて25℃環境下でレーザー光の散乱光を検出することにより粒子径を測定した。粒子径として、体積平均粒子径(Mv)、個数平均粒子径(Mn)、D50、D90及びD95を測定した。
顔料濃度を13%に調整した顔料組成物1.0mLをサンプルカップに入れた後、25℃の環境下で、東機産業株式会社製のTV-20型粘度計を用いて顔料組成物の粘度を測定した。
顔料組成物をポリプロピレン容器に密封した後、60℃で1週間保存した。そして、体積平均粒子径(Mv)、粘度、及び、直径0.5μmの粗大粒子数における保存前後の変化率を算出した。前記保存前の体積平均粒子径(Mv)、粘度、及び、直径0.5μmの粗大粒子数に対する、前記保存後の体積平均粒子径(Mv)、粘度、及び、直径0.5μmの粗大粒子数のそれぞれの変化率を算出した。
前記変化率が10%の範囲内であったものは保存安定性に優れると評価でき、10%超え15%以内のものは保存安定性が良好であると評価でき、15%を超えたものは保存安定性が十分でないと評価した。
[インクジェット記録用インクの作製]
バッチ式遠心分離機(株式会社コクサン製)を用いて上述の顔料組成物を25℃、遠心力134000G、10分間の滞留時間で遠心分離した。上澄み液をデカンテーションすることにより、精製した顔料組成物を得た。遠心分離で得られた顔料組成物と、2-ピロリドン8.0質量部と、トリエチレングリコールモノブチルエーテル8.0質量部と、グリセリン3.0質量部と、サーフィノール440(日信化学工業株式会社製)0.5質量部と、イオン交換水47.2質量部とを混合することによってインクジェット記録用水性インクを得た。黒色顔料組成物を用いて得られたインクにおける顔料濃度は2.5質量%であり、赤色顔料組成物を用いて得られたインクにおける顔料濃度は3.5質量%であった。
インクジェット記録用インクをインクジェットプリンターENVY4500(HP Inc.製)のカートリッジに充填した。続いて、プリンターに搭載されたクリーニングを1回実施した後、市販のPPC用紙(販売:大塚商会、品番:10PPCHWA4N)に、普通紙/標準の印刷モードで、100%ベタ部を有する画像を印刷することにより印刷物を得た。
X-Rite社製の「eXact」を用いて印刷物の100%ベタ部を測色し、印刷パターンの濃度を評価値として得た。評価値は、値が高いほど色が濃く見える(高評価である)ことを示す。
粒子電荷計(スペクトリス株式会社製、商品名:PCD-04)を用いて、試料セルの白金電極で±2500mVの範囲の流動電位を計測した。顔料組成物を試料セルに入れ、滴定液(0.01N、Poly-DADMAC)で滴定した。電荷量の滴定は、試料セルと移動ピストンの動きにより生じる電位差(すなわち、液体の流動電位)に基づき行った。流動電位がゼロを超えた(電位が正になった)ところで滴定を終了した。変曲点からの滴下量を、流動電位がゼロになった時の滴下量で除した値に100をかけた値を樹脂吸着率として得た。
Claims (4)
- 顔料、顔料分散樹脂及び液状媒体を含有する原料組成物を分散機で処理する工程1を経ることによって、顔料が顔料分散樹脂によって液状媒体中に分散された顔料組成物を製造する方法であって、
前記原料組成物は、顔料、顔料分散樹脂及び液状媒体が、予めローターステーター型処理機またはビーズミル処理機によって混合されたものであり、
前記分散機が、前記原料組成物同士を衝突させる構成を備えた分散機であり、
前記原料組成物同士を衝突させる構成を備えた分散機が、斜向衝突型分散機であり、
前記斜向衝突型分散機は、50~140MPaの範囲の圧力で、前記原料組成物同士を衝突させる構成を備えたものであり、
前記斜向衝突分散機に、前記原料組成物を繰り返し投入し処理する回数(パス回数)が、1~8回の範囲であり、
前記斜向衝突型分散機が、斜向衝突チャンバーであり、
前記顔料分散樹脂は、アニオン性基を有するラジカル重合体を含み、
前記顔料分散樹脂の酸価は、120~180mgKOH/gであり、
前記原料組成物は、前記ラジカル重合体の前記アニオン性基を中和する塩基性化合物としてアルカリ金属水酸化物をさらに含有し、
下記式(1)で定義される前記顔料分散樹脂の中和率が、80~120%であることを特徴とする顔料組成物の製造方法。
中和率[%]=((塩基性化合物の質量[g]×56×1000)/(顔料分散樹脂の酸価×塩基性化合物の当量×顔料分散樹脂の質量[g]))×100 …(1) - 前記原料組成物の固形分濃度が、1質量%~60質量%の範囲のものである請求項1に記載の顔料組成物の製造方法。
- 前記ローターステーター型処理機は、インライン式処理機である請求項1又は2に記載の顔料組成物の製造方法。
- 前記顔料組成物がインクジェット印刷インク用の顔料組成物である請求項1~3のいずれか1項に記載の顔料組成物の製造方法。
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