説明

水系カーボンブラック分散液及びその製造方法、並びに水系インク

【課題】粘度が低く、普通紙への印字物の印字濃度が高く、耐マーカー性に優れ、保存安定性に優れており、インクジェット用インクとして優れた特性を示す水系カーボンブラック分散液及びその製造方法、並びに水系インクを提供する。
【解決手段】(A)ジエン系単量体を構成単位として含み、スルホン酸(塩)基を有する(共)重合体及び/又はその水添物、(B−1)DBP吸収量が250ml/100g以上のカーボンブラック、及び(B−2)DBP吸収量が250ml/100g未満のカーボンブラック、を含有する水系カーボンブラック分散液。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水系インク、特にインクジェット記録用インクとして有用な水系インクに適した水系カーボンブラック分散液及びその製造方法、並びに水系インクに関するものである。
【背景技術】
【0002】
紙などの基材にインクジェット方式により記録する方法は、コンピューター等のプリンターなどに採用され近年急速に普及している。インクジェット方式による記録方式はインクの微小液滴を飛翔させて紙や高分子シートなどの記録シートに付着させ、画像、文字などの記録を行うもので、高速、低騒音であり、多色化が可能であり、記録パターンの融通性が大きく、現像−定着が不要などの特徴がある。
【0003】
従来のインクジェット記録用インクは、各種染料を水あるいは水と有機溶媒の混合溶媒などに溶解させた染料インクが用いられてきた。しかし、染料インクには、にじみが多く印字品質、耐水性に劣るなどの欠点がある。そこで、にじみが少なくて印字品質に優れ、耐水性に優れるインクが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。また、近年、にじみが少なくて印字品質に優れ、耐光性、耐水性にも優れる顔料インクの検討が行われるようになってきた。上記特許文献1においては顔料の使用についても提案されているが、顔料を使用した場合には、インク中の顔料粒子の分散性、分散安定性や印字ヘッド部での目詰り等の点において必ずしも十分ではなかった。特に近年、インクジェットプリンタの高精細化の進展に伴い、従来の顔料インクでは印字ヘッド等での目詰りが起こりやすく、また印字品質も不十分になってきている。
【0004】
そこで、インク中の顔料粒子の分散性に関して種々検討されている(例えば、特許文献2、3参照)。これらの中には、例えば、顔料を微粒子化するという提案があるが、顔料の微粒子化が実現できたとしても、単に微粒子化しただけでは、顔料インクの粘度が増大したり、いったん沈降した顔料の分散安定性が悪いため、再分散が困難で、また、印字濃度や耐マーカー性の点においても十分ではなかった。
【0005】
また、顔料としてカーボンブラックを使用した場合に、カーボンブラックの分散安定性を向上させ、印字濃度を高くするために、カーボンブラックを含む水不溶性ビニルポリマー粒子の水分散体を含有するインクが提案されている(例えば、特許文献4参照)。しかし、インク粘度あるいは普通紙に印字した場合の印字濃度がまだ十分でなく、さらに、インクの保存安定性、あるいは普通紙に印字した場合の耐マーカー性が十分でないという問題があった。
【0006】
【特許文献1】特開平11−217525号公報
【特許文献2】特開平07−238234号公報
【特許文献3】特開平09−272832号公報
【特許文献4】特開2005−42098号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、前記従来の技術的課題を背景になされたもので、粘度が低く、普通紙への印字物の印字濃度が高く、耐マーカー性に優れ、保存安定性に優れており、インクジェット用インクとして優れた特性を示す水系カーボンブラック分散液及びその製造方法、並びに水系インクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、下記のように特定の重合体と特定の2種類のカーボンブラックとを使用することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明により、下記の水系カーボンブラック分散液及びその製造方法、並びに水系インクが提供される。
【0009】
[1] (A)ジエン系単量体を構成単位として含む(共)重合体又はジエン系単量体を構成単位として含む(共)重合体の水添物であって、かつスルホン酸(塩)基を有する重合体、(B−1)DBP吸収量が250ml/100g以上のカーボンブラック、(B−2)DBP吸収量が250ml/100g未満のカーボンブラック、及び(C)水を含有する水系カーボンブラック分散液。
【0010】
[2] 前記(B−1)DBP吸収量が250ml/100g〜500ml/100gのカ−ボンブラック、前記(B−2)DBP吸収量が130ml/100g〜230ml/100gのカ−ボンブラックである[1]に記載の水系カ−ボンブラック分散液。
[3] (D)水溶性有機溶剤を更に含有する[1]又は[2]に記載の水系カーボンブラック分散液。
【0011】
[4] (B−1)成分と(B−2)成分との質量比が、(B−1)/(B−2)=5/95〜40/60である[1]〜[3]のいずれかに記載の水系カーボンブラック分散液。
【0012】
[5] 含有されるカーボンブラック((B−1)及び(B−2))の数平均粒子径が、50〜250nmである[1]〜[4]のいずれかに記載の水系カーボンブラック分散液。
【0013】
[6] (A)ジエン系単量体を構成単位として含む(共)重合体、又はジエン系単量体を構成単位として含む(共)重合体の水添物であり、かつスルホン酸(塩)基を有する重合体、(B−1)DBP吸収量が250ml/100g以上のカーボンブラック、(B−2)DBP吸収量が250ml/100g未満のカーボンブラックを、(C)水および(D)水溶性有機溶剤の存在下で分散させる水系カーボンブラック分散液の製造方法。
【0014】
[7] (D)成分が、アルコール化合物又はグリコールエーテル化合物である[6]に記載の水系カーボンブラック分散液の製造方法。
【0015】
[8] [1]〜[5]のいずれかに記載の水系カーボンブラック分散液を含有する水系インク。
【0016】
[9] インクジェット記録用インクとして使用する[8]に記載の水系インク。
【発明の効果】
【0017】
本発明の水系カーボンブラック分散液により、粘度が低く、普通紙への印字物の印字濃度が高く、耐マーカー性に優れ、保存安定性に優れた本発明の水系インクが得られる。更に、上記水系インクを用いて普通紙に印字した印字特性が優れており、インクジェット記録用インクとして好適である。また、本発明の水系カーボンブラック分散液の製造方法により、上記本発明の水系カーボンブラック分散液を効率的に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
以下、本発明の水系カーボンブラック分散液及びその製造方法、並びに水系インクの実施形態を具体的に説明する。
【0019】
本発明の水系カーボンブラック分散液は、(A)ジエン系単量体を構成単位として含む(共)重合体又はジエン系単量体を構成単位として含む(共)重合体の水添物であって、かつスルホン酸(塩)基を有する重合体((A)成分)、(B−1)DBP吸収量が250ml/100g以上のカーボンブラック((B−1)成分)、(B−2)DBP吸収量が250ml/100g未満のカーボンブラック((B−2)成分)、及び(C)水を含有するものである。以下、各成分について詳細に説明する。
【0020】
(A)成分:
本発明に使用される上記(A)成分(ジエン系単量体を構成単位として含む(共)重合体又はジエン系単量体を構成単位として含む(共)重合体の水添物であって、かつスルホン酸(塩)基を有する重合体)は、ジエン単量体を必須成分とするジエン系(共)重合体あるいはその水添物(以下「ベース重合体」ともいう)を、スルホン化することによって得られるものである。(A)成分は、水系カーボンブラック分散液やそれを使用した水系インクにおけるカーボンブラックの分散剤として使用される。(A)成分を使用することにより、保存安定性及び耐マーカー性に優れた水系カーボンブラック分散液や、それを使用した水系インクを得ることができる。
【0021】
ベース重合体に使用されるジエン単量体としては、炭素数4〜10のジエン系単量体が好ましく、より好ましくは炭素数4〜8、さらに好ましくは炭素数4〜6のジエン系単量体である。ジエン系単量体の具体例としては、例えば、1,3−ブタジエン、1,2−ブタジエン、1,2−ペンタジエン、1,3−ペンタジエン、2,3−ペンタジエン、イソプレン、1,2−ヘキサジエン、1,3−ヘキサジエン、1,4−ヘキサジエン、1,5−ヘキサジエン、2,3−ヘキサジエン、2,4−ヘキサジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、2−エチル−1,3−ブタジエン、1,2−ヘプタジエン、1,3−ヘプタジエン、1,4−ヘプタジエン、1,5−ヘプタジエン、1,6−ヘプタジエン、2,3−ヘプタジエン、2,5−ヘプタジエン、3,4−ヘプタジエン、3,5−ヘプタジエンなどのほか、分岐した炭素数4〜7の各種脂肪族あるいは脂環族ジエン類が挙げられ、1種単独でまたは2種以上を併用して用いることができる。特に好ましいのは1,3−ブタジエン、イソプレンである。
【0022】
これらのジエン単量体以外に、他の単量体を併用することもできる。他の単量体としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、o−メチルスチレン、p−メチルスチレン、m−メチルスチレン、ビニルナフタレンなどの芳香族ビニル単量体、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチルなどの(メタ)アクリル酸アルキルエステル、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などのモノあるいはジカルボン酸またはジカルボン酸の無水物、(メタ)アクリロニトリルなどのビニルシアン化合物、塩化ビニル、塩化ビニリデン、ビニルメチルエチルケトン、酢酸ビニル、(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリル酸グリシジルなどの不飽和化合物が挙げられる。これら他の単量体は、1種単独でまたは2種以上併用して用いることができる。これら他の単量体のうち好ましくはスチレンである。
【0023】
これら他の単量体を併用する場合には、ジエン単量体の使用量は、好ましくは0.5質量%以上、さらに好ましくは1質量%以上、特に好ましくは5質量%以上である。0.5質量%未満では、スルホン化して得られるスルホン化物中に導入されるスルホン酸(塩)基含量が低くなる場合があり好ましくない。
【0024】
ベース重合体は、ジエン単量体および必要に応じて他の単量体を、過酸化水素、ベンゾイルパーオキサイド、アゾビスイソブチロニトリルなどのラジカル重合開始剤、あるいはn−ブチルリチウム、ナトリウムナフタレン、金属ナトリウムなどのアニオン重合開始剤の存在下、必要に応じて公知の溶剤を使用して、通常、−100〜150℃、好ましくは0〜130℃で、(共)重合を行うことにより得られる。
【0025】
また、ベース重合体としては、上記(共)重合体のジエン単量体に基づく二重結合の一部あるいは全部を水添した物も含まれる。この場合、上記(共)重合体を公知の水添触媒、例えば、特開平5―222115号公報に記載されているような触媒、方法で得ることができる。
【0026】
本発明に使用されるベース重合体は、単独重合体あるいは共重合体であって、共重合体はランダム型でもAB型あるいはABA型などのブロック型の共重合体でも特に制限なく使用できる。好ましいベース重合体としては、例えば、イソプレン単独重合体、ブタジエン単独重合体、イソプレン−スチレンランダム共重合体、イソプレン−スチレンブロック共重合体、スチレン−イソプレン−スチレン三元ブロック共重合体、ブタジエン−スチレンランダム共重合体、ブタジエン−スチレンブロック共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、ブタジエン−スチレン−ブタジエン三元ブロック共重合体、イソプレン−スチレン−イソプレン−スチレン−イソプレン五元ブロック共重合体、ブタジエン−スチレン−ブタジエン−スチレン−ブタジエン五元ブロック共重合体およびこれら(共)重合体の残存二重結合を一部水添した(共)重合体あるいは全部水添した(共)重合体などが挙げられる。これらのうち、さらに好ましいのは、イソプレン−スチレンブロック共重合体、スチレン−イソプレン−スチレン三元ブロック共重合体、ブタジエン−スチレンブロック共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、ブタジエン−スチレン−ブタジエン三元ブロック共重合体、イソプレン−スチレン−イソプレン−スチレン−イソプレン五元ブロック共重合体およびこれらの水添物等である。
【0027】
ベース重合体のポリスチレン換算の重量平均分子量(以下「Mw」という)は、好ましくは1,000〜500,000、さらに好ましくは3,000〜100,000、特に好ましくは5,000〜20,000である。Mwが1,000未満であると、カーボンブラックの十分な分散性が得られず、一方、500,000を超えると、カーボンブラックの分散性が低下したり、カーボンブラック分散液の粘度が上昇することがある。
【0028】
(A)成分は、上記ベース重合体を、公知の方法、例えば日本化学会編集、新実験講座(14巻III、1773頁)あるいは、特開平2−227403号公報などに記載された方法でスルホン化して得られる。すなわち、上記ベース重合体は、該重合体中のジエン単位の二重結合部分をスルホン化剤を用いて、スルホン化することができる。このスルホン化の際、二重結合は開環して単結合になるか、あるいは二重結合は残ったまま、水素原子がスルホン酸と置換することになる。なお、他の単量体、例えば芳香族ビニル単量体を使用した場合には、二重結合部分がジエン単位部分以外にも、芳香族単位がスルホン化されてもよい。この場合のスルホン化剤としては、好ましくは無水硫酸、無水硫酸と電子供与性化合物との錯体のほか、硫酸、クロルスルホン酸、発煙硫酸、亜硫酸水素塩(Na塩、K塩、Li塩など)などが使用される。
【0029】
ここで、電子供与性化合物としては、N,N−ジメチルホルムアミド、ジオキサン、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテルなどのエーテル類;ピリジン、ピペラジン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミンなどのアミン類;ジメチルスルフィド、ジエチルスルフィドなどのスルフィド類;アセトニトリル、エチルニトリル、プロピルニトリルなどのニトリル化合物などが挙げられ、このうちでもN,N−ジメチルホルムアミド、ジオキサンが好ましい。
【0030】
スルホン化剤の量は、ベース重合体中のジエン系単量体単位と芳香族ビニル単量体単位のトータル1モルに対して、通常、無水硫酸換算で0.005〜1.5モル、好ましくは0.01〜1.0モルであり、0.005モル未満では、目的とするスルホン化率のものが得られないため、種々の性能が発現できず、一方、1.5モルを超えると、未反応の無水硫酸が多くなり、アルカリで中和したのち、多量の硫酸塩を生じ、純度が低下する。
【0031】
このスルホン化の際には、無水硫酸などのスルホン化剤に不活性な溶媒を使用することもでき、この溶媒としては例えばクロロホルム、ジクロロエタン、テトラクロロエタン、テトラクロロエチレン、ジクロロメタンなどのハロゲン化炭化水素;ニトロメタン、ニトロベンゼンなどのニトロ化合物;液体二酸化イオウ、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素、ジオキサン、テトラヒドロフランなどのエーテル系溶剤が挙げられる。これらの溶媒は、適宜、2種以上混合して使用することができる。このスルホン化の反応温度は、通常、−70〜200℃、好ましくは−30〜50℃であり、−70℃未満ではスルホン化反応が遅くなり経済的でなく、一方200℃を超えると副反応を起こし、生成物が黒色化あるいは不溶化する場合がある。
【0032】
(A)成分は、この生成物に水または塩基性化合物を作用させることにより得られる。この塩基性化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ金属水酸化物;ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムメトキシド、ナトリウム−t−ブトキシド、カリウム−t−ブトキシドなどのアルカリ金属アルコキシド;炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウムなどの炭酸塩;メチルリチウム、エチルリチウム、n−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、アミルリチウム、プロピルナトリウム、メチルマグネシウムクロライド、エチルマグネシウムブロマイド、プロピルマグネシウムアイオダイド、ジエチルマグネシウム、ジエチル亜鉛、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウムなどの有機金属化合物;アンモニア水、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、ピリジン、アニリン、ジメチルエタノールアミン、ジエタノ−ルアミン、トリエタノ−ルアミン、モノエタノ−ルアミン、アミノメチルプロパノ−ル、ピペラジンなどのアミン類;ナトリウム、リチウム、カリウム、カルシウム、亜鉛などの金属化合物を挙げることができる。これらの塩基性化合物は、1種単独で使用することも、また2種以上を併用することもできる。これらの塩基性化合物の中では、アルカリ金属水酸化物、アミン類が好ましく、特に水酸化ナトリウム、水酸化リチウムが好ましい。
【0033】
塩基性化合物の使用量は、使用したスルホン化剤1モルに対して、2モル以下、好ましくは1.3モル以下である。この反応の際には、上記塩基性化合物を水溶液の形で使用することもでき、あるいは塩基性化合物に不活性な有機溶媒に溶解して使用することもできる。この有機溶媒としては、上記スルホン化に使用される各種の有機溶媒のほか、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素化合物;メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコールなどのアルコール類などが挙げられる。これらの溶媒は、適宜、2種以上混合して使用することができる。
【0034】
塩基性化合物を水溶液または有機溶媒の溶液として使用する場合には、塩基性化合物濃度は、通常、1〜70質量%、好ましくは10〜50質量%程度である。また、この反応温度は、通常、−30〜150℃、好ましくは0〜120℃、さらに好ましくは50〜100℃で行われ、また常圧、減圧あるいは加圧下のいずれでも実施することができる。さらに、反応時間は、通常、0.1〜24時間、好ましくは0.5〜5時間である。
【0035】
以上のようにして合成された(A)成分のスルホン酸(塩)基含量は、0.1〜3.5mmol/g、好ましくは0.2〜3mmol/gである。0.1mmol/g未満では、後述するように、カーボンブラックの分散性が低下するため好ましくなく、一方、3.5mmol/gを超えると、印字物の耐水性が低下し好ましくない。このような(A)成分のスルホン酸(塩)基含量は、赤外線吸収スペクトルによってスルホン酸基の吸収より確認でき、これらの組成比は元素分析などにより知ることができる。また、核磁気共鳴スペクトルにより、その構造を確認することができる。
【0036】
このようにして合成された(A)成分は、好ましくは水に乳化させたもの(以下、「再乳化物」ともいう)を使用する。再乳化の方法は、上記(A)成分あるいは、中和前の生成物の有機溶剤溶液を、水あるいは前記アルカリ化合物と攪拌・混合し、乳化させたのち、水を残したまま有機溶剤を除去することにより得られる。この再乳化は、一般的な方法を採用でき、上記(A)成分の有機溶剤溶液中に攪拌しながら水を添加する方法、攪拌しながら(A)成分の有機溶剤溶液を水中に添加する方法、(A)成分の有機溶剤溶液と水とを同時に添加して攪拌する方法など、特に制限はない。
【0037】
ここで、再乳化に使用する有機溶剤としては、例えば、トルエン、キシレンなどの芳香族系溶媒、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族系溶剤、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン系溶剤、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル系溶剤、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール系溶剤などが使用される。これら溶剤は、単独で使用しても、2種以上併用して使用してもよい。
【0038】
再乳化の際に用いられる上記有機溶剤の使用量は、(A)成分100質量部に対し、好ましくは、20〜5,000質量部、さらに好ましくは50〜2,000質量部である。20質量部未満では、安定な再乳化物が得られず、一方、5,000質量部を超えると、生産性が悪くなる。また、再乳化の際に用いられる水の使用量は、(A)成分100質量部に対し、好ましくは、50〜10,000質量部、さらに好ましくは100〜5,000質量部である。50質量部未満では、安定な再乳化物が得られ難く、一方、10,000質量部を超えると、生産性が悪くなる。
【0039】
なお、再乳化に際しては、界面活性剤を併用することもできる。この界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシソルビタンエステル、ポリオキシエチレンアルキルアミンエーテルなどの非イオン系界面活性剤、オレイン酸塩、ラウリン酸塩、ロジン酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩などのアニオン系界面活性剤、オクチルトリメチルアンモニウムブロマイド、ジオクチルジメチルアンモニウムクロライド、ドデシルピリジジニウムクロライドなどのカチオン系界面活性剤などが挙げられる。これらの界面活性剤は、1種単独で使用することも、あるいは2種以上を混合して用いることもできる。上記界面活性剤は、(A)成分の有機溶剤の溶液中に溶解あるいは分散させて使用しても、水中に溶解あるいは分散させて使用してもかまわない。上記界面活性剤の使用量は、(A)成分100質量部に対し、通常、10質量部以下、好ましくは5質量部以下である。10質量部を超えると、スルホン化物エマルジョン(再乳化物)の純度が低下する。
【0040】
また、系のpHを調整するために、水酸化ナトリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ化合物、アミン類、塩酸、硫酸などの無機酸を添加することもできる。好ましいpHは5〜12である。また、少量であれば、水以外の有機溶剤などを併用することもできる。
【0041】
本発明に係る水系カーボンブラック分散液中の(A)成分の濃度は、1〜20質量%であることが好ましく、5〜15質量%であることが更に好ましい。(A)成分の濃度が1質量%未満では、カーボンブラックの十分な分散性が得られず好ましくなく、20質量%を超えると、水系カーボンブラック分散液の粘度が上昇したりしてカーボンブラックを十分に分散できず好ましくない。
【0042】
(B−1)成分,(B−2)成分:
本発明の水系カーボンブラック分散液には、(B−1)成分(DBP吸収量が250ml/100g以上のカーボンブラック)と、(B−2)成分(DBP吸収量が250ml/100g未満のカーボンブラック)とが含有されている。(B−1)成分は、得られた水系インクを印字物にしたときの印字濃度を高くすることが可能であるが、水系インクの粘度、保存安定性(再分散性)及び耐マーカー性を低下させるものであった。これに対し、(B−2)成分は、得られた水系インクの粘度を低下させ、保存安定性及び耐マーカー性を向上させることが可能であるが、水系インクを印字物にしたときの印字濃度を高くできないものであった。なお、上記において、DBP吸収量とは、カーボンブラックに吸着されるジブチルフタレート容量をいい、JIS K6221に従って測定される。
【0043】
そこで、上記(B−1)成分及び(B−2)成分のそれぞれの上記長所を生かし、短所を補うべく、本発明の水系カーボンブラック分散液においては、これらを併用することとした。これにより、得られた水系インクの粘度を低下させ、保存安定性及び耐マーカー性を向上させ、更には、水系インクを印字物にしたときの印字濃度を高くすることが可能となった。
【0044】
(B−1)成分は、DBP吸収量が250ml/100g以上であり、250〜500ml/100gであることが好ましく、300〜400ml/100gであることが更に好ましい。250ml/100g未満であると、得られる水系インクを印字物にしたときの印字濃度を高くすることができない。また、(B−1)成分は、比表面積が300〜2000m2/gであることが好ましく、500〜1500m2/gであることが更に好ましい。比表面積が300m2/g未満であると、印字濃度が高くならず、2000m2/gを超えると、スラリーおよびインクの粘度が上昇し好ましくない。
【0045】
(B−2)成分は、DBP吸収量が250ml/100g未満であり、130〜230ml/100gであることが好ましく、150〜230ml/100gであることが更に好ましい。250ml/100g以上であると、得られる水系インクの粘度を低下させ、保存安定性及び耐マーカー性を向上させることができない。また、(B−2)成分は、比表面積が200〜600m2/gであることが好ましく、230〜350m2/gであることが更に好ましい。比表面積が200m2/g未満であると、印字濃度が上がらず、600m2/gを超えると、スラリーおよびインクの粘度が上昇し好ましくない。
【0046】
本発明の水系カーボンブラック分散液に含有される(B−1)成分と(B−2)成分との質量比は、(B−1)/(B−2)=5/95〜40/60であることが好ましく、10/90〜30/70であることが更に好ましい。(B−1)成分と(B−2)成分との質量比をこのような範囲とすることにより、上記(B−1)成分及び(B−2)成分の特徴をバランス良く発現させることが可能となる。
【0047】
本発明の水系カーボンブラック分散液に含有される、(B−1)成分と(B−2)成分とを合わせた全てのカーボンブラックについての数平均粒子径が、50〜250nmであることが好ましく、100〜200nmであることが更に好ましい。50nmより小さいと印字濃度が上がらず、250nmを超えると保存安定性が不良となる。
【0048】
本発明の水系カーボンブラック分散液に含有されるカーボンブラック((B−1)成分と(B−2)成分との合計)は、2〜30質量%であることが好ましく、5〜20質量%であることが更に好ましい。カーボンブラックの濃度が2質量%未満では、生産性が低下するため好ましくなく、30質量%を超えると、粘度が上昇するため顔料を十分に分散できず好ましくない。
【0049】
上記カ−ボンブラック((B−1)成分と(B−2)成分)を具体的に例示すると、次の通りである。
(B−1):Printex XE2B(デグサ社製)、Blackpearls 2000(キャボット社製)、ケッチェンブラックEC、ケッチェンブラックEC−300J、ケッチェンブラックEC−600JD(以上、ケッチェン・ブラック・インターナショナル社製)
(B−2):レイヴァン(Raven)7000、レイヴァン5750、レイヴァン5250、レイヴァン5000ULTRA、レイヴァン3500、レイヴァン2000、レイヴァン1500、レイヴァン1250、レイヴァン1200、レイヴァン1190ULTRA−II、レイヴァン1170、レイヴァン1255(以上、コロンビア社製)、BlackpearlsL、リーガル(Regal)400R、リーガル330R、リーガル660R、モウグル(Mogul)L、モナク(Monarch)700、モナク800、モナク880、モナク900、モナク1000、モナク1100、モナク1300、モナク1400、バルカン(Vulcan)XC−72(以上、キヤボット社製)、カラーブラック(Color Black)FW1、カラーブラックFW2、カラーブラックFW2V、カラーブラック18、カラーブラックFW200、カラーブラックS150、カラーブラックS160、カラーブラックS170、プリンテックス(Printex)35、プリンテックスU、プリンテックスV、プリンテックス140U、プリンテックス140V、スペシヤルブラック(Special Black)6、スペシヤルブラック5、スペシヤルブラック4A、スペシヤルブラック4(以上、デグサ社製)、No.25、No.33、No.40、No.47、No.52、No.900、No.2300、No.3030、No.3050、No.3230、No.3350、MCF−88、MA600、MA7、MA8、MA100(以上、三菱化学社製)
【0050】
(D)成分:
本発明の水系カーボンブラック分散液は、更に(D)水溶性有機溶剤((D)成分)を含有することが好ましい。(D)成分としては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、グリセリン等のアルコール化合物;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチル−n−プロピルケトン等のケトン化合物;酢酸イソプロピル、酢酸n−プロピル、酢酸エチル等のエステル化合物;エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコールなどのグリコール化合物;ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル等のグリコールエーテル化合物;N−メチル−2―ピロリドン、トリエタノールアミン等の含窒素化合物化合物;その他テトラヒドロフラン、ジオキサン、プロピレンカーボネート、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等、アセテート、チオジグリコール、チオール等の水溶性有機溶剤として一般に使用されるが挙げられるが、好ましくはアルコール化合物、又は、グリコールエーテル化合物である。より好ましくは下記1)又は2)のいずれかのアルコール化合物、又は、下記3)のグリコールエーテル化合物である。尚、下記1)のアルキル基、及び、下記2)のアルキル基及びアルキレン基は直鎖でも分岐していてもよい。
【0051】
1)炭素数3〜6のアルキル基を有するモノアルコール化合物。
2)炭素数3〜6のアルキル基、又は炭素数3〜6のアルキレン基を有する多価アルコール化合物。
3)上記アルコールのグリコールエーテル化合物。
【0052】
1)炭素数3〜6のアルキル基を有するモノアルコール化合物として、例えばn−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、1−メトキシ−2−プロパノール、ペンタノ−ル、ヘキサノール等が挙げられる。
【0053】
2)炭素数3〜6のアルキル基又は炭素数3〜6のアルキレン基を有する多価アルコール化合物として、例えば1,2−ペンタンジオール、2,5−ヘキサンジオール、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、1,2,6−ヘキサントリオール、1,2−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、2,4−ペンタンジオール、1,5−ペンタンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、トリメチロールプロパン、1,2,6−ヘキサントリオール1,2,5−ペンタントリオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、3−ヘキセン−2,5−ジオール等が挙げられる。
【0054】
3)上記アルコールのグリコールエーテル化合物としては、該アルコールのグリコールエーテルであり、グリコールとしてはモノ、ジ、トリ又はテトラエチレングリコール又はモノ、ジ、トリ又はテトラプロピレングリコール等で、例えばエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、トリエチレングリコールモノヘキシルエーテル、テトラエチレングリコール、トリ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ブチルエーテル、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ヘキシルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、トリエチレングリコールモノイソブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノイソブチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、トリエチレングリコールモノプロピルエーテル、テトラエチレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノヘキシルエーテル、ジプロピレングリコールモノヘキシルエーテル、トリプロピレングリコールモノヘキシルエーテル、テトラプロピレングリコール、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、テトラプロピレングリコールモノヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノイソブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノイソブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノイソブチルエーテル、テトラプロピレングリコールモノイソブチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、トリプロピレングリコールモノプロピルエーテル、テトラプロピレングリコールモノプロピルエーテル等が挙げられる。
【0055】
これらの中で特に好ましい(D)成分としては、1,2−ヘキサンジオール、トリエチレングリコールモノブチルエーテルである。これらアルコール化合物は、単独で使用しても2種以上併用することもできる。
【0056】
本発明の水系カーボンブラック分散液に含有される(D)成分は、(A)成分100質量部に対して、10〜200質量部であることが好ましく、30〜100質量部であることが更に好ましい。(D)成分が10質量部未満では、カーボンブラック粒子の粒子径が十分小さくならない場合があり好ましくなく、200質量部を超えると、水系カーボンブラック分散液の粘度が上昇するためカーボンブラックの分散が不良となり好ましくない。
【0057】
本発明の水系カーボンブラック分散液における(A)成分、(B−1)成分、(B−2)成分、(C)成分、及び(D)成分の含有割合は、総計を100質量部とした場合、(A)成分が3〜15質量部、(B−1)成分が1〜5質量部、(B−2)成分が8〜20質量部、(C)成分が50〜87質量部、及び(D)成分が1〜10質量部が好ましく、(A)成分が2〜14質量部、(B−1)成分が2〜4質量部、(B−2)成分が10〜18質量部、(C)成分が56〜84質量部、及び(D)成分が2〜8質量部が更に好ましい。
【0058】
他の分散剤:
本発明の水系カーボンブラック分散液には、更に他の分散剤を併用することも可能である。他の分散剤としては、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、アクリル酸−アクリロニトリル共重合体、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−メタクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−α−メチルスチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−α−メチルスチレン−アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、ビニルナフタレン−マレイン酸共重合体、酢酸ビニル−エチレン共重合体、酢酸ビニル−脂肪酸ビニルエチレン共重合体、酢酸ビニル−マレイン酸エステル共重合体、酢酸ビニル−クロトン酸共重合体、酢酸ビニル−アクリル酸共重合体などが挙げられる。また、本発明の水系カーボンブラック分散液は、更に前記界面活性剤、pH調整剤等を含有してもよい。
【0059】
水系カーボンブラック分散液:
本発明の水系カーボンブラック分散液は、(C)水を含む水性媒体中で、上記(A)成分、(B−1)成分及び(B−2)成分を、分散機で混合分散して製造するが、(D)成分の存在下で分散させることが好ましい。また、他の添加剤の存在下で分散させてもよい。水性媒体としては水が好ましい。使用する分散機は、サンドミル、ホモジナイザー、アトライター、ボールミル、ペイントシェーカー、フルイダイザー、高速ミキサー、超音波分散機等であり、ミル媒体として、ガラスビーズ、ジルコニアビーズ、ステンレスビーズなどを使用してもよいし、しなくてもよい。分散時間は5分〜24時間、好ましくは30分〜8時間である。より具体的には、0.01〜1.0mmの粒子径のセラミックビーズを用いて遊星ボールミルあるいはサンドミルでインクを分散する方法がある。この場合に、遊星ボールミルでは加速度5〜50G、サンドミルではセラミックビーズの充填率50〜90%で周速5〜20m/sで行うと好ましい。
また、(B−1)成分のカ−ボンブラックのみ((B−2)成分は入れずに)を同様に調製した分散液と、(B−2)成分のカ−ボンブラックのみ((B−1)成分は入れずに)を同様に調製した分散液を、混合しても良い。
【0060】
本発明の水系カーボンブラック分散液の粘度は、(A)成分、(B−1)成分、(B−2)成分等の濃度にもよるが、2〜20mPa・sであることが好ましく、5〜10mPa・sであることが更に好ましい。
【0061】
水系インク:
本発明の水系インクは、上述した本発明の水系カーボンブラック分散液に、更に、水、水溶性有機溶剤、その他公知の添加剤を添加し、混合することにより得ることができる。本発明の水系インクには、水系カーボンブラック分散液中のカーボンブラック固形分が1〜15質量%含有されていることが好ましい。また、本発明の水系インクの粘度は、2〜10mPa・sであることが好ましく、3〜7mPa・sであることが更に好ましい。本発明で得られた水系インクはインクジェット記録用インクとして好ましく使用できる。本発明の水系インクを使用したインクジェット記録用インクは、紙、OHP等のメディアに印字した場合に、印字品質、すなわち、印字濃度、耐マーカー性に優れたものである。
【0062】
本発明の製造方法で得られた水系カーボンブラック分散液は、インクジェット記録用として特に有用であるが、他のインクとして、例えば、一般の万年筆、ボールペン、サインペンなどの筆記用具のインクとしても使用可能である。
【実施例】
【0063】
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら制限を受けるものではない。なお、実施例、比較例中の部及び%は、特に断らない限り質量基準である。また、実施例、比較例に用いられる各種成分及び各種測定は、下記の方法に拠った。
【0064】
(実施例1)
表1に示すように、重合体A8質量部、カーボンブラックB−1(a)2質量部、カーボンブラックB−2(a)13質量部、1,2−ヘキサンジオール3質量部、及び水74質量部を、スリーワンモーターを用いて、室温、500rpmで10分間予備混合した。予備混合した分散液60ml、0.3mmのジルコニアビーズ70mlを、三菱重工業社製ダイヤモンドファインミルMD−1型分散機に仕込み、内温15℃〜40℃、周速11m/sで30分間分散し、水系カーボンブラック分散液を得た。水系カーボンブラック分散液の粘度及び粒子径を下記方法により測定した。結果を表2に示す。一方、得られた水系カーボンブラック分散液40gにトリエチレングリコールモノブチルエーテル10g、水50gを混合して水系インク(インクジェット記録用インク)を調製した。得られた水系インクを、IJプリンターMC2000(セイコーエプソン社製)を用いて、市販普通紙XEROX4200(XEROX社製)に印字し、印字品質を以下のように評価した。その結果を表3に示す。
【0065】
(実施例2)
B−1(a)を4質量部とし、B−2(a)の代わりにB−2(b)を11質量部使用し、1,2−ヘキサンジオールの代わりにトリエチレングリコールモノブチルエーテルを使用した以外は、実施例1と同様にして水系インクを得た。そして、実施例1と同様にして印字品質を評価した。
【0066】
(実施例3)
重合体Aの代わりに重合体Bを使用し、B−1(a)の代わりにB−1(b)を使用し、1,2−ヘキサンジオールの代わりにトリエチレングリコールモノブチルエーテルを使用した以外は、実施例1と同様にして水系インクを得た。そして、実施例1と同様にして印字品質を評価した。
【0067】
(実施例4)
重合体Aの代わりに重合体Cを使用し、B−1(a)の代わりにB−1(b)を使用した以外は、実施例1と同様にして水系インクを得た。そして、実施例1と同様にして印字品質を評価した。
【0068】
(実施例5)
1,2−ヘキサンジオールを使用しなかった以外は、実施例1と同様にして水系インクを得た。そして、実施例1と同様にして印字品質を評価した。
【0069】
(比較例1)
重合体Aの代わりに重合体Dを使用した以外は、実施例1と同様にして水系インクを得た。そして、実施例1と同様にして印字品質を評価した。
【0070】
(比較例2)
B−1(a)を使用せず、B−2(a)を15質量部使用した以外は、実施例1と同様にして水系インクを得た。そして、実施例1と同様にして印字品質を評価した。
【0071】
(比較例3)
B−1(a)を15質量部使用し、B−2(a)を使用しなかった以外は、実施例1と同様にして水系インクを得た。そして、実施例1と同様にして印字品質を評価した。
【0072】
1.重合体(分散剤(A成分))
重合体A;イソプレン(IP)/スチレン(ST)(50/50モル比)ブロック共重合体のスルホン化物(イソプレン単位をスルホン化)、スルホン酸(塩)基含量 1.5mmol/g、Mw 10,000
【0073】
重合体B;IP/ST/IP/ST/IP(30/15/10/15/30モル比)5元ブロック共重合体のスルホン化物(イソプレン単位をスルホン化)、スルホン酸(塩)基含量 1.1mmol/g、Mw 20,000
【0074】
重合体C;IP/ST(50/50モル比)ブロック共重合体の水添物の15モル%スルホン化物(スチレン単位をスルホン化)、スルホン酸(塩)基含量 1.2mmol/g、Mw 6,000、水添率 99%
【0075】
重合体D;ブレンマ−PE200(日本油脂社製、ポリエチレングリコ−ルモノメタクリレ−ト)/アクリル酸/スチレン(25/15/60モル比)ランダム共重合体、Mw 10,000
【0076】
2.カーボンブラック(B−1成分、B−2成分)
B−1(a):Printex XE2B(デグサ社製)、DBP吸収量:380ml/100g、比表面積:950m2/g
【0077】
B−1(b):Blackpearls 2000(キャボット社製)、DBP吸収量:330ml/100g、比表面積:1475m2/g
【0078】
B−2(a):Color Black FW18(デグサ社製)、DBP吸収量:160ml/100g、比表面積:260m2/g
【0079】
B−2(b):Vulcan XC72 (キャボット社製)、DBP吸収量:174ml/100g、比表面積:254m2/g
【0080】
3.測定
カーボンブラック粒子径;
大塚電子社製、Photal PAR−IIIを用いて、得られた水系カーボンブラック分散液および水系インクのそれぞれに含有されるカーボンブラックの数平均粒子径を測定した。
【0081】
粘度;
東機産業社製E型粘度計、RE−80Lを用いて、得られた水系カーボンブラック分散液および水系インクの粘度を測定した。
【0082】
水系インクの保存安定性;
得られたインクを70℃、2週間、栓付のガラス容器に密封して静置保存した。保存前と保存後の25℃の粘度を上記粘度計で測定し、以下の判定をした。
○:保存前と保存後の粘度の差が0.5mPa・s未満
△:保存前と保存後の粘度の差が0.5〜1mPa・s
×:保存前と保存後の粘度の差が1mPa・sを超える
【0083】
印字濃度;
マクベス濃度計により印字物の光学濃度(OD値)を測定した。
【0084】
耐マーカー性;
市販水性マーカー(カクテルライン(黄色)(ペンテル社製)を用いて、印字物をマーキングした。同じ部分を同じ強さで3回マーキングし、水性マーカーにカーボンブラックの黒色が転写するか否かで、耐マーカー性を判断した。
○:3回マーキングしてもマーカーが黒く汚れない
△:1回のマーキングでは汚れないが、2回目のマーキングによりマーカーが黒く汚れる
×:1回のマーキングによりマーカーが黒く汚れる
【0085】
【表1】

【0086】
【表2】

【0087】
【表3】

【0088】
表3に示すように、実施例1〜5の水系カーボンブラック分散液を用いた水系インクは、粘度が低く、普通紙への印字物の印字濃度が高く、耐マーカー性に優れ、保存安定性に優れており、インクジェット用インクとして優れた特性を示すことが判る。これに対し、比較例1の水系インクは、重合体Dを使用しているために、保存安定性及び印字物の耐マーカー性に劣るものであった。比較例2の水系インクは、(B−1)カーボンブラックを使用していないため、印字物の印字濃度が低いものであった。比較例3の水系インクは、(B−2)カーボンブラックを使用していないため、粘度が高く、保存安定性及び印字物の耐マーカー性に劣るものであった。
【産業上の利用可能性】
【0089】
本発明の水系カーボンブラック分散液により、粒子径が小さく、粘度が低く、保存安定性が良好な本発明の水系インクを得ることができる。そして、本発明の水系インクは、普通紙に印字したときの印字特性が優れているため、インクジェット記録用インクとして好適に利用することができる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
(A)ジエン系単量体を構成単位として含む(共)重合体又はジエン系単量体を構成単位として含む(共)重合体の水添物であって、かつスルホン酸(塩)基を有する重合体、
(B−1)DBP吸収量が250ml/100g以上のカーボンブラック、
(B−2)DBP吸収量が250ml/100g未満のカーボンブラック、及び
(C)水
を含有する水系カーボンブラック分散液。
【請求項2】
前記(B−1)DBP吸収量が250ml/100g〜500ml/100gのカ−ボンブラック、前記(B−2)DBP吸収量が130ml/100g〜230ml/100gのカ−ボンブラックである請求項1記載の水系カ−ボンブラック分散液。
【請求項3】
(D)水溶性有機溶剤を更に含有する請求項1又は2に記載の水系カーボンブラック分散液。
【請求項4】
前記(B−1)成分と前記(B−2)成分との質量比が、(B−1)/(B−2)=5/95〜40/60である請求項1〜3のいずれかに記載の水系カーボンブラック分散液。
【請求項5】
含有されるカーボンブラック((B−1)及び(B−2))の数平均粒子径が、50〜250nmである請求項1〜4のいずれかに記載の水系カーボンブラック分散液。
【請求項6】
(A)ジエン系単量体を構成単位として含む(共)重合体又はジエン系単量体を構成単位として含む(共)重合体の水添物であって、かつスルホン酸(塩)基を有する重合体、(B−1)DBP吸収量が250ml/100g以上のカーボンブラック、(B−2)DBP吸収量が250ml/100g未満のカーボンブラックを、(C)水および(D)水溶性有機溶剤の存在下で分散させる水系カーボンブラック分散液の製造方法。
【請求項7】
前記(D)成分が、アルコール化合物又はグリコールエーテル化合物である請求項6に記載の水系カーボンブラック分散液の製造方法。
【請求項8】
請求項1〜5のいずれかに記載の水系カーボンブラック分散液を含有する水系インク。
【請求項9】
インクジェット記録用インクとして使用する請求項8に記載の水系インク。

【公開番号】特開2007−16104(P2007−16104A)
【公開日】平成19年1月25日(2007.1.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−197724(P2005−197724)
【出願日】平成17年7月6日(2005.7.6)
【出願人】(000004178)JSR株式会社 (3,320)
【Fターム(参考)】