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JP2018030985A - 赤外線吸収性粒子分散液、水性インク、インクカートリッジ、記録装置及び記録方法 - Google Patents

赤外線吸収性粒子分散液、水性インク、インクカートリッジ、記録装置及び記録方法 Download PDF

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JP2018030985A
JP2018030985A JP2016166228A JP2016166228A JP2018030985A JP 2018030985 A JP2018030985 A JP 2018030985A JP 2016166228 A JP2016166228 A JP 2016166228A JP 2016166228 A JP2016166228 A JP 2016166228A JP 2018030985 A JP2018030985 A JP 2018030985A
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石塚 孝宏
Takahiro Ishizuka
孝宏 石塚
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Fuji Xerox Co Ltd
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Abstract

【課題】赤外線吸収剤が安定的に分散して含まれる赤外線吸収性粒子分散液の提供。【解決手段】水性媒体に一般式(1)で表される化合物と一般式(2)で表される構成単位及びアルキル(メタ)アクリレートに由来する構成単位を含み酸価が6〜100mgKOH/gであるポリマーとを含有する赤外線吸収性粒子を含む分散液。【選択図】なし

Description

本発明は、赤外線吸収性粒子分散液、水性インク、インクカートリッジ、記録装置及び記録方法に関する。
光照射によって記録媒体に定着するインクやトナー等として、赤外線吸収剤を含有する組成物が知られている。
例えば特許文献1には、スクアリリウム系赤外線吸収剤を含有するレーザー誘導感熱色素転写用色素供与体素子が開示されている。
例えば特許文献2には、樹脂骨格中に近赤外線領域の波長を吸収する化合物が化学的に結合された樹脂を含有する合成樹脂水分散体が開示されている。
例えば特許文献3には、ポリマー、赤外線吸収剤及び分散液を安定化させる界面活性剤を含む水性固体粒子分散液が開示されている。
特開平06−210972号公報 特開平11−021460号公報 特開2003−231819号公報
従来、赤外線吸収剤を水性媒体に含有させるために、赤外線吸収剤とポリマーとを、双方を含有する粒子に粒子化して水性媒体に分散させる技術が知られている。ただし、双方を粒子化して水性媒体に分散させる過程において、凝集物が発生して赤外線吸収性を示す粒子の収率が低くなったり、赤外線吸収性を示す粒子の粒径が大きくなったりすることがあった。
本発明は、一般式(2)で表される構成単位及びアルキル(メタ)アクリレートに由来する構成単位を含むポリマーの酸価が6mgKOH/g未満又は100mgKOH/g超である場合に比べ、一般式(1)で表される化合物が水性媒体に安定的に分散して含まれる赤外線吸収性粒子分散液を提供することを課題とする。
前記課題を解決するための具体的手段には、下記の態様が含まれる。
請求項1に係る発明は、
水性媒体と、
前記水性媒体に分散した赤外線吸収性粒子であって、下記一般式(1)で表される化合物並びに下記一般式(2)で表される構成単位及びアルキル(メタ)アクリレートに由来する構成単位を含み酸価が6mgKOH/g以上100mgKOH/g以下であるポリマーを含有する赤外線吸収性粒子と、
を含む赤外線吸収性粒子分散液。

一般式(1)中、Rは一般式(1−R)で表される基を表し、R、R及びRはそれぞれ独立にアルキル基を表す。一般式(1−R)中、Rは水素又はメチル基を表し、nは0以上3以下の整数を表す。

一般式(2)中、Rは水素、メチル基又は−X−R−Aを表し、Rは水素又は−X−R−Aを表し、Xは単結合、−CO−、−C(=O)O−、−CONH−、−OC(=O)−又はフェニレン基を表し、Rは単結合又は2価の連結基を表し、Aは−COOH、−SOH又は−OPOを表す。単一の構成単位内に−X−R−Aが2個以上存在する場合、X、R及びAはそれぞれ互いに同じでも異なっていてもよい。
請求項2に係る発明は、
前記一般式(2)で表される構成単位が、2−カルボキシエチル(メタ)アクリレートに由来する構成単位、スチレンスルホン酸に由来する構成単位、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸に由来する構成単位、及びリン酸モノ2−(メタ)アクリロイルオキシエチルに由来する構成単位の少なくともいずれかである、請求項1に記載の赤外線吸収性粒子分散液。
請求項3に係る発明は、
pHが6.0以上9.5以下である、請求項1又は請求項2に記載の赤外線吸収性粒子分散液。
請求項4に係る発明は、
前記ポリマーは、ベンゼン環を全質量に対して3質量%以上50質量%以下の範囲で含有する、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の赤外線吸収性粒子分散液。
請求項5に係る発明は、
水性媒体と、
前記水性媒体に分散した赤外線吸収性粒子であって、下記一般式(1)で表される化合物並びに下記一般式(2)で表される構成単位及びアルキル(メタ)アクリレートに由来する構成単位を含み酸価が6mgKOH/g以上100mgKOH/g以下であるポリマーを含有する赤外線吸収性粒子と、
を含む水性インク。

一般式(1)中、Rは一般式(1−R)で表される基を表し、R、R及びRはそれぞれ独立にアルキル基を表す。一般式(1−R)中、Rは水素又はメチル基を表し、nは0以上3以下の整数を表す。

一般式(2)中、Rは水素、メチル基又は−X−R−Aを表し、Rは水素又は−X−R−Aを表し、Xは単結合、−CO−、−C(=O)O−、−CONH−、−OC(=O)−又はフェニレン基を表し、Rは単結合又は2価の連結基を表し、Aは−COOH、−SOH又は−OPOを表す。単一の構成単位内に−X−R−Aが2個以上存在する場合、X、R及びAはそれぞれ互いに同じでも異なっていてもよい。
請求項6に係る発明は、
前記一般式(2)で表される構成単位が、2−カルボキシエチル(メタ)アクリレートに由来する構成単位、スチレンスルホン酸に由来する構成単位、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸に由来する構成単位、及びリン酸モノ2−(メタ)アクリロイルオキシエチルに由来する構成単位の少なくともいずれかである、請求項5に記載の水性インク。
請求項7に係る発明は、
前記ポリマーは、ベンゼン環を全質量に対して3質量%以上50質量%以下の範囲で含有する、請求項5又は請求項6に記載の水性インク。
請求項8に係る発明は、
請求項5〜請求項7のいずれか1項に記載の水性インクを収容したインクカートリッジ。
請求項9に係る発明は、
請求項5〜請求項7のいずれか1項に記載の水性インクを収容し、前記水性インクを記録媒体に付与するインク付与手段と、
前記記録媒体に付与された前記水性インクに赤外線を照射する赤外線照射手段と、
を備える記録装置。
請求項10に係る発明は、
請求項5〜請求項7のいずれか1項に記載の水性インクを記録媒体に付与するインク付与工程と、
前記記録媒体に付与された前記水性インクに赤外線を照射する赤外線照射工程と、
を有する記録方法。
請求項1、2に係る発明によれば、一般式(2)で表される構成単位及びアルキル(メタ)アクリレートに由来する構成単位を含むポリマーの酸価が6mgKOH/g未満又は100mgKOH/g超である場合に比べ、一般式(1)で表される化合物が水性媒体に安定的に分散して含まれる赤外線吸収性粒子分散液が提供される。
請求項3に係る発明によれば、pHが6.0未満又は9.5超である場合に比べ、赤外線吸収性能の経時的な低下が抑制される赤外線吸収性粒子分散液が提供される。
請求項4に係る発明によれば、一般式(2)で表される構成単位及びアルキル(メタ)アクリレートに由来する構成単位を含むポリマーがベンゼン環を全質量に対して3質量%未満又は50質量%超の範囲で含有する場合に比べ、一般式(1)で表される化合物が水性媒体に安定的に分散して含まれる赤外線吸収性粒子分散液が提供される。
請求項5、6に係る発明によれば、一般式(2)で表される構成単位及びアルキル(メタ)アクリレートに由来する構成単位を含むポリマーの酸価が6mgKOH/g未満又は100mgKOH/g超である場合に比べ、一般式(1)で表される化合物が水性媒体に安定的に分散して含まれる水性インクが提供される。
請求項7に係る発明によれば、一般式(2)で表される構成単位及びアルキル(メタ)アクリレートに由来する構成単位を含むポリマーがベンゼン環を全質量に対して3質量%未満又は50質量%超の範囲で含有する場合に比べ、一般式(1)で表される化合物が水性媒体に安定的に分散して含まれる水性インクが提供される。
請求項8に係る発明によれば、一般式(2)で表される構成単位及びアルキル(メタ)アクリレートに由来する構成単位を含むポリマーの酸価が6mgKOH/g未満又は100mgKOH/g超である場合に比べ、一般式(1)で表される化合物が水性媒体に安定的に分散して含まれる水性インクを収容したインクカートリッジが提供される。
請求項9に係る発明によれば、一般式(2)で表される構成単位及びアルキル(メタ)アクリレートに由来する構成単位を含むポリマーの酸価が6mgKOH/g未満又は100mgKOH/g超である場合に比べ、一般式(1)で表される化合物が水性媒体に安定的に分散して含まれる水性インクを用いる記録装置が提供される。
請求項10に係る発明によれば、一般式(2)で表される構成単位及びアルキル(メタ)アクリレートに由来する構成単位を含むポリマーの酸価が6mgKOH/g未満又は100mgKOH/g超である場合に比べ、一般式(1)で表される化合物が水性媒体に安定的に分散して含まれる水性インクを用いる記録方法が提供される。
本実施形態に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
以下に、発明の実施形態を説明する。これらの説明及び実施例は実施形態を例示するものであり、発明の範囲を制限するものではない。
本開示において組成物中の各成分の量について言及する場合、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計量を意味する。
本開示において、「アルカン」、「アルキル」、「アルキレン」、「アルケン」及び「アルケニル」は、鎖式炭化水素のみならず環式炭化水素をも含む。
本開示において「(メタ)アクリル」とは、「アクリル」又は「メタクリル」のいずれでもよいことを意味する。
本開示において「水性媒体」とは、水、又は、水とその他の溶媒との混合溶媒であって、水を主たる溶媒とする混合溶媒を意味する。本開示において「主たる溶媒」とは、混合溶媒を構成する全溶媒のうち最も質量の多い溶媒を指す。
<赤外線吸収性粒子分散液>
本実施形態に係る赤外線吸収性粒子分散液は、水性媒体と、該水性媒体に分散した赤外線吸収性粒子とを含む分散液であり、赤外線吸収性粒子が、一般式(1)で表される化合物と、一般式(2)で表される構成単位及びアルキル(メタ)アクリレートに由来する構成単位を含み酸価が6mgKOH/g以上100mgKOH/g以下であるポリマーとを含有する。
従来、水に対して不溶又は難溶な性質を有する有機化合物を水性媒体に含有させるために、該有機化合物とポリマーとを、双方を含有する粒子に粒子化して水性媒体に分散させる技術が知られている。
本実施形態は、一般式(1)で表される化合物と、一般式(2)で表される構成単位及びアルキル(メタ)アクリレートに由来する構成単位を含み酸価が6mgKOH/g以上100mgKOH/g以下であるポリマーとを、双方を含有する粒子に粒子化し、一般式(1)で表される化合物を水性媒体に安定的に分散させるものであり、一般式(1)で表される化合物と前記ポリマーとを含有する赤外線吸収性粒子の分散液を提供する。
以下、本開示書において、一般式(2)で表される構成単位及びアルキル(メタ)アクリレートに由来する構成単位を含み、酸価が6mgKOH/g以上100mgKOH/g以下であるポリマーを「特定ポリマー」という。
本実施形態において、特定ポリマーの酸価は、6mgKOH/g以上100mgKOH/g以下である。一般式(2)で表される構成単位及びアルキル(メタ)アクリレートに由来する構成単位を含むポリマーの酸価が6mgKOH/g未満であると、該ポリマーの水性媒体への分散性が相対的に低い故に、赤外線吸収性粒子の分散安定性に劣る。一方、一般式(2)で表される構成単位及びアルキル(メタ)アクリレートに由来する構成単位を含むポリマーの酸価が100mgKOH/g超であると、該ポリマーの水溶性が相対的に高い故に、該ポリマーと一般式(1)で表される化合物とを含有する粒子が形成されにくく、したがって、水性媒体に安定して分散する赤外線吸収性粒子が得られにくい。これらの観点から、特定ポリマーの酸価は、下限としては6mgKOH/g以上であり、8mgKOH/g以上がより好ましく、10mgKOH/g以上が更に好ましく、上限としては100mgKOH/g以下であり、80mgKOH/g以下がより好ましく、60mgKOH/g以下が更に好ましい。
本実施形態は、赤外線吸収性粒子の分散安定性に優れる。そのため、本実施形態によれば、赤外線吸収性粒子の分散液を調製する過程において凝集物が発生しにくく、赤外線吸収性粒子の収率が高い。また、本実施形態によれば、粒径の小さな赤外線吸収性粒子(例えば体積平均粒径150nm以下)が分散した分散液が得られる。
本実施形態において、赤外線吸収性粒子の分散状態は、液体粒子が分散した乳化でもよく、固体粒子が分散した懸濁でもよく、分散安定性の観点からは、固体粒子が分散した懸濁が好ましい。
即ち、本実施形態に係る赤外線吸収性粒子分散液は、赤外線吸収性粒子が液体状態で水性媒体に分散した乳化液(エマルジョン)でもよく、赤外線吸収性粒子が固体状態で水性媒体に分散した懸濁液(サスペンジョン)でもよく、赤外線吸収性粒子の分散安定性の観点からは、懸濁液であることが好ましい。
以下、本実施形態に係る赤外線吸収性粒子分散液の成分、組成、製造方法などについて詳細に説明する。
[一般式(1)で表される化合物]
一般式(1)で表される化合物は、長期間又は高温下で保管しても赤外線吸収性能が低下しにくい。この機序として、下記が推測される。
スクアリリウム骨格を有する化合物は、赤外線吸収性能が高い等の理由によって光定着性インク等の水性組成物に含有されるが、スクアリリウム骨格が溶媒及びその他の材料(分散剤、界面活性剤等)による侵襲を受け分解することがある。
これに対して、一般式(1)で表される化合物は、4つのアルキル基のうち少なくとも1つが炭素数3以上の分岐アルキル基であるので、スクアリリウム骨格を侵襲する分子がスクアリリウム骨格に近づきにくくなると考えられる。それ故、一般式(1)で表される化合物は、水性組成物中で分解されにくく、長期間又は高温下で保管しても赤外線吸収性能が低下しにくいと推測される。
一般式(1)中、Rは、一般式(1−R)で表される基を表す。
一般式(1−R)で表される基の総炭素数は6以下が好ましく、5以下がより好ましく、4以下が更に好ましく、4が特に好ましい。総炭素数の下限は3である。
一般式(1−R)中、Rは、水素又はメチル基を表す。Rは、メチル基であることが好ましい。Rがメチル基である場合、一般式(1−R)で表される基は末端が三つに分岐した構造であり、Rが水素である場合に比べて、より赤外線吸収性能の低下が抑制される。これは、Rがメチル基である構造の方が、Rが水素である構造に比べ、スクアリリウム骨格を侵襲する分子がスクアリリウム骨格に近づきにくく、一般式(1)で表される化合物の分解が抑えられることによると考えられる。
一般式(1−R)中、nは、0以上3以下の整数を表す。nは、0以上2以下の整数が好ましく、0又は1がより好ましく、0が更に好ましい。nは、小さいほど赤外線吸収性能の低下が抑制される。これは、nの値が小さいほど、一般式(1−R)で表される基における分岐構造部分とスクアリリウム骨格との距離が近くなるが故に、スクアリリウム骨格を侵襲する分子がスクアリリウム骨格に近づきにくく、一般式(1)で表される化合物の分解が抑えられることによると考えられる。
一般式(1−R)で表される基の具体例としては、イソプロピル基、イソブチル基、tert−ブチル基、3−メチルブチル基(3−メチルブタン−1−イル基)、2,2−ジメチルプロピル基(2,2−ジメチルプロパン−1−イル基)、4−メチルペンチル基(4−メチルペンタン−1−イル基)、3,3−ジメチルブチル基(3,3−ジメチルブタン−1−イル基)、4,4−ジメチルペンチル基(4,4−ジメチルペンタン−1−イル基)が挙げられる。これらの中でも、イソプロピル基、イソブチル基、tert−ブチル基がより好ましく、tert−ブチル基が更に好ましい。
一般式(1)中、R、R及びRは、それぞれ独立にアルキル基を表す。R、R及びRは少なくとも1つが一般式(1−R)で表される基であることが好ましく、R、R及びRの全てが一般式(1−R)で表される基であることがより好ましい。一般式(1)中における一般式(1−R)で表される基の数が多いほど、赤外線吸収性能の低下がより抑制される。これは、一般式(1−R)で表される基が多いほど、スクアリリウム骨格を侵襲する分子がスクアリリウム骨格に近づきにくく、一般式(1)で表される化合物の分解が抑えられることによると考えられる。
、R及びRのうち1つが一般式(1−R)で表される基である場合、R、R及びRのいずれが一般式(1−R)で表される基であってもよい。R、R及びRのうち2つが一般式(1−R)で表される基である場合、R、R及びRのいずれが一般式(1−R)で表される基であってもよい。
乃至Rのうち2つ以上が一般式(1−R)で表される基である場合、複数ある一般式(1−R)で表される基の構造は同じであっても異なっていてもよい。
、R及びRの少なくとも1つが一般式(1−R)で表される基である場合における好ましい構造は、Rについて前述したとおりである。
、R及びRの少なくとも1つが一般式(1−R)で表される基以外である場合におけるアルキル基は、直鎖状、分岐状、及び環状の何れの構造であってもよい。この場合のアルキル基は分岐数が多い方が好ましく、炭素鎖は短い方が好ましい。炭素数としては、1以上10以下が好ましく、2以上8以下がより好ましく、3以上6以下が更に好ましい。
アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、sec−ブチル基、2−メチルブタン−2−イル基、3−メチルブタン−2−イル基、3,3−ジメチルブタン−2−イル基、3−ペンチル基、2−メチルペンタン−3−イル基、3−メチルペンタン−3−イル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。これらの中でも、2−メチルブタン−2−イル基、3−メチルペンタン−3−イル基が好ましい。
以下に、一般式(1)で表される化合物の具体例を示す。
化合物(I−a−1)〜(I−a−7)、化合物(I−b−1)〜(I−b−21)、化合物(I−c−1)〜(I−c−21)は、一般式(1−R)で表される基を4つ有する化合物である。化合物(I−d−1)〜(I−d−4)は、一般式(1−R)で表される基を2つ有する化合物である。
上記の具体例の中でも、化合物(I−a−1)〜(I−a−7)、化合物(I−b−1)〜(I−b−6)、化合物(I−c−1)〜(I−c−6)が好ましく、化合物(I−a−1)、化合物(I−b−3)、化合物(I−c−3)がより好ましく、化合物(I−a−1)が最も好ましい。
一般式(1)で表される化合物は、例えば下記の反応スキームに従って合成される。
(1)R、R、R及びRが全て同じ基の化合物
まず、不活性雰囲気下且つ冷却下、有機マグネシウムハロゲン化物(グリニャール試薬、例えば塩化エチルマグネシウム等)の有機溶剤(例えばテトラヒドロフラン等)溶液に出発物質1を滴下して作用させる。その後、反応を完結させるため室温(例えば20℃乃至25℃。本説明において以下同じ)又はそれ以上の温度に戻してもよい。次いで冷却下、ギ酸誘導体(例えばギ酸エチル等)を滴下して作用させる。その後、反応を完結させるため室温又はそれ以上の温度に戻してもよい。反応の終わった混合物から有機物を抽出し、分離した有機層から中間体Aを得る。
次いで、溶媒(例えばシクロヘキサン等)に中間体Aと酸化試薬(例えば酸化マンガン等)とを加え、加熱還流して反応させる。反応中に生じる水を除去してもよい。反応混合物の有機層から中間体Bを得る。中間体Bを得る際に精製を行ってもよい。
次いで、中間体Bに対し付加環化反応を行う。例えば、溶媒(例えばエタノール等)に一硫化水素ナトリウムn水和物を加え、冷却下、中間体Bを滴下する。その後、室温で反応させ、反応液から溶媒を除去した後、飽和するまで食塩を加え、分液して有機相を回収し、有機相から中間体Cを得る。中間体Cを得る際に精製を行ってもよい。
次いで、不活性雰囲気下、溶媒(例えば無水テトラヒドロフラン等)と中間体Cとを混合し、グリニャール試薬(例えば臭化メチルマグネシウム等)を滴下する。滴下終了後、反応液を加熱して還流させ、次いで冷却下、臭化アンモニウムを滴下する。分離した有機層を乾燥し濃縮して、中間体Dを得る。
次いで、不活性雰囲気下、中間体D及びスクアリン酸を溶媒(例えばシクロヘキサンとイソブタノールとの混合溶媒等)に分散し、塩基性化合物(例えばピリジン等)を加えて加熱還流させ、化合物(I)−Aが得られる。反応中に生じる水を除去してもよい。また、精製や単離、濃縮等を実施してもよい。
(2)RとRが同じ基且つRとRが同じ基の化合物(RとRは異なる基)
上記(1)の反応スキームにおける中間体Aを得る過程を、下記の過程に変更する。
不活性雰囲気下且つ冷却下、グリニャール試薬(例えば臭化エチルマグネシウム等)の有機溶剤(例えばテトラヒドロフラン等)溶液に、出発物質1を滴下し、さらに添加物質2を滴下し反応させる。反応後の溶液に、冷却下で強酸(例えば塩酸等)を加え、次いで室温下でエーテルを加え、有機層から中間体A’を得る。中間体A’を得る際に精製を行ってもよい。
(3)RとRが同じ基且つRとRが同じ基の化合物(RとRは異なる基)
上記(1)の反応スキームにおける中間体Dとして、Rの構造が異なる化合物を2種類準備し、この2種の化合物とスクアリン酸とを反応させて、一般式(1)で表される化合物を得る。
〜Rのうち3つが同じ基の化合物、2つが同じ基で残りの2つがそれぞれ異なる基の化合物、4つとも異なる基の化合物も、上記反応スキームに準じて合成し得る。
一般式(1)で表される化合物(テトラヒドロフラン溶液)の最大吸収波長(λmax)は、波長760nm以上1200nm以下であることが好ましく、波長780nm以上1100nm以下であることがより好ましく、波長800nm以上1000nm以下であることが更に好ましい。
一般式(1)で表される化合物(テトラヒドロフラン溶液)の最大吸収波長(λmax)におけるモル吸光係数(εmax)は、1×10Lmol−1cm−1以上6×10Lmol−1cm−1以下が好ましく、2×10Lmol−1cm−1以上6×10Lmol−1cm−1以下がより好ましく、2.5×10Lmol−1cm−1以上6×10Lmol−1cm−1以下が更に好ましい。
[特定ポリマー]
本実施形態において特定ポリマーは、水性媒体に液体状態で分散するポリマーでもよく、水性媒体に固体状態で分散するポリマーでもよく、分散安定性の観点からは、水性媒体に固体状態で分散するポリマーが好ましい。
本実施形態において、特定ポリマーは、一般式(1)で表される化合物の分散剤として作用する。特定ポリマーは、少なくとも、一般式(2)で表される構成単位と、アルキル(メタ)アクリレートに由来する構成単位とを含み、酸価が6mgKOH/g以上100mgKOH/g以下である。特定ポリマーの酸価は、下限としては8mgKOH/g以上がより好ましく、10mgKOH/g以上が更に好ましく、上限としては80mgKOH/g以下がより好ましく、60mgKOH/g以下が更に好ましい。
本実施形態においてポリマーの酸価は、JIS K0070:1992に定める中和滴定法によって求めた値である。
一般式(2)で表される構成単位を含むポリマーは、一般式(2)で表される構成単位に代えて(メタ)アクリル酸由来の構成単位を含むポリマーに比べ、安定して分散する。しかも、一般式(2)で表される構成単位を含むポリマーは、水性媒体のpHが中性付近(例えばpH6.0乃至9.5)において、安定して分散する。これは、一般式(2)で表される構成単位が有するアニオン性基は、(メタ)アクリル酸由来の構成単位が有するアニオン性基に比べ、解離定数pKaが小さいことが理由と考えられる。
一般式(1)で表される化合物は、媒体のpHが中性から離れるほど分解しやすいところ、一般式(2)で表される構成単位を含むポリマーを用いることにより、赤外線吸収性粒子分散液のpHを中性付近に設定することができるので、本実施形態によれば、一般式(1)で表される化合物の分解を抑制し、赤外線吸収性能の経時的な低下を抑制し得る。
一般式(2)中、Rは水素、メチル基又は−X−R−Aを表し、水素又はメチル基が好ましい。−X−R−AにおけるX、R及びAは、後述するとおりである。
一般式(2)中、Rは水素又は−X−R−Aを表し、水素が好ましい。−X−R−AにおけるX、R及びAは、後述するとおりである。
一般式(2)中、Xは単結合、−CO−、−C(=O)O−、−CONH−、−OC(=O)−又はフェニレン基を表す。
一般式(2)中、Rは単結合又は2価の連結基を表す。2価の連結基としては、例えば、炭素数1以上4以下のアルキレン基(メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、イソプロピレン基、n−ブチレン基、イソブチレン基、sec−ブチレン基、tert−ブチレン基等)、−C(=O)O−、−OC(=O)−、1,2−フェニレン基、1,4−フェニレン基、1,2−シクロヘキシレン基、1,4−シクロヘキシレン基、及びこれらの組合せが挙げられる。
一般式(2)中、Aは−COOH(カルボキシ基)、−SOH(スルホン酸基)又は−OPO(リン酸基)を表す。
単一の構成単位内に−X−R−Aが2個以上存在する場合、単一の構成単位内に複数存在するX、R及びAはそれぞれ互いに同じでも異なっていてもよい。
特定ポリマーは、単一のポリマー分子内に、一般式(2)で表される構成単位として、1種を含んでいてもよく、2種以上を含んでいてもよい。
一般式(2)で表される構成単位の具体例としては、例えば下記が挙げられる。下記の構造式において、R11は水素又はメチル基を表し、R12は、1,2−フェニレン基、1,4−フェニレン基、1,2−シクロヘキシレン基又は1,4−シクロヘキシレン基を表し、nは1以上10以下の整数を表し、mは1以上10以下の整数を表す。nは、1以上5以下の整数が好ましく、1以上3以下の整数がより好ましく、1が特に好ましい。mは、1以上6以下の整数が好ましく、2以上4以下の整数がより好ましい。
特定ポリマーは、少なくとも、一般式(2)で表される構成単位となるモノマーとアルキル(メタ)アクリレートとを重合することにより得る。特定ポリマーは、一般式(2)で表される構成単位となるモノマー及びアルキル(メタ)アクリレート以外のモノマーを重合成分としてもよい。特定ポリマーの重合法に特に制限はなく、公知の重合法によりモノマー混合物を共重合させればよい。
一般式(2)で表される構成単位であって−COOH(カルボキシ基)を有する構成単位となるモノマーとしては、例えば、スチレンカルボン酸(ビニル安息香酸)、α−メチルスチレンカルボン酸、2−カルボキシエチル(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2−(メタ)アクリロイロキシエチルフタル酸等が挙げられる。
一般式(2)で表される構成単位であって−SOH(スルホン酸基)を有する構成単位となるモノマーとしては、例えば、スチレンスルホン酸、α−メチルスチレンスルホン酸、ビニルベンジルスルホン酸、(メタ)アクリロイルオキシエタンスルホン酸、(メタ)アクリロイルオキシプロパンスルホン酸、(メタ)アクリロイルオキシブタンスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルエタンスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルブタンスルホン酸等が挙げられる。
一般式(2)で表される構成単位であって−OPO(リン酸基)を有する構成単位となるモノマーとしては、例えば、リン酸モノ2−(メタ)アクリロイルオキシエチル、リン酸モノビニル等が挙げられる。
アルキル(メタ)アクリレートにおけるアルキル基の炭素数は、水性媒体に対する分散性に優れる観点から、炭素数1以上8以下のアルキル基が好ましく、炭素数1以上4以下のアルキル基がより好ましく、ここでアルキル基は置換基を有しないことが好ましい。
アルキル(メタ)アクリレートとしては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、sec−ブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、ヘプチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。アルキル(メタ)アクリレートは、1種を用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
特定ポリマーは、一般式(1)で表される化合物をより安定的に分散させる観点から、分子中に芳香環を有することが好ましく、芳香環含有モノマーを重合成分に含むことが好ましい。
芳香環含有モノマーとしては、スチレン、α−メチルスチレン、ジメチルスチレン、トリメチルスチレン、エチルスチレン、イソプロピルスチレン、クロロスチレン、ジクロロスチレン、クロロメチルスチレン、ブロムスチレン、メトキシスチレン、アセトキシスチレン、スチレンカルボン酸メチル(ビニル安息香酸メチル)等のスチレン系モノマー;ポリスチレン構造単位を有するマクロモノマー;フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、ナフチル(メタ)アクリレート、2−フェノキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート等の芳香族基含有(メタ)アクリレート;などが挙げられる。芳香環含有モノマーは、1種を用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
特定ポリマーが含有する芳香環としては、単環であるベンゼン環が好ましく、特定ポリマーは、ベンゼン環を全質量に対して3質量%以上50質量%以下の範囲で含有することが好ましい。ベンゼン環含有量が上記範囲であると、水性媒体中で特定ポリマーが粒子を形成して分散しやすく、一般式(1)で表される化合物の分散がより安定する。上記の観点から、特定ポリマーのベンゼン環含有量は、下限としては4質量%以上がより好ましく、5質量%以上が更に好ましく、上限としては45質量%以下がより好ましく、40質量%以下が更に好ましい。
特定ポリマーを形成する、上記以外のモノマーとしては、例えば下記が挙げられる。下記モノマーは、1種を用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
アルキル(メタ)アクリレート以外の(メタ)アクリル酸エステル類。具体的には、フルフリル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシペンチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート、2,2−ジメチル−3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2,2,2−テトラフルオロエチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、2−メトキシエチル(メタ)アクリレート、2−(2−メトキシエトキシ)エチル(メタ)アクリレート、エトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(分子量200乃至1000)モノ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(分子量200乃至1000)モノ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
カルボキシ基含有モノマー。具体的には、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、クロトン酸、イタコン酸モノアルキルエステル(例えば、イタコン酸モノメチル、イタコン酸モノエチル、イタコン酸モノブチル等)、マレイン酸モノアルキルエステル(例えば、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノエチル、マレイン酸モノブチル等)などが挙げられる。
ビニルエステル類。具体的には、ビニルアセテート、ビニルプロピオネート、ビニルブチレート、ビニルイソブチレート、ビニルカプロエート、ビニルクロロアセテート、ビニルメトキシアセテート、ビニルフェニルアセテート、安息香酸ビニル、サリチル酸ビニル等が挙げられる。
(メタ)アクリルアミド類。具体的には、(メタ)アクリルアミド、メチル(メタ)アクリルアミド、エチル(メタ)アクリルアミド、プロピル(メタ)アクリルアミド、ブチル(メタ)アクリルアミド、シクロヘキシル(メタ)アクリルアミド、フェニル(メタ)アクリルアミド、ベンジル(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド、メトキシエチル(メタ)アクリルアミド、ジメチル(メタ)アクリルアミド、ジエチル(メタ)アクリルアミド、β−シアノエチル(メタ)アクリルアミド、N−(2−アセトアセトキシエチル)(メタ)アクリルアミド、ジアセトン(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。
オレフィン類。具体的には、ジシクロペンタジエン、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、イソプレン、クロロプレン、ブタジエン、2,3−ジメチルブタジエン等が挙げられる。
ビニルエーテル類。具体的には、メチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、ヘキシルビニルエーテル、メトキシエチルビニルエーテル等が挙げられる。
そのほかに、クロトン酸ブチル、クロトン酸ヘキシル、イタコン酸ジメチル、イタコン酸ジブチル、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジブチル、フマル酸ジメチル、フマル酸ジエチル、フマル酸ジブチル、メチルビニルケトン、フェニルビニルケトン、メトキシエチルビニルケトン、N−ビニルオキサゾリドン、N−ビニルピロリドン、ビニリデンクロライド、メチレンマロンニトリル等が挙げられる。
以上に挙げたモノマーは、例えば、特定ポリマーのガラス転移温度、有機溶剤への溶解性、又は一般式(1)で表される化合物に対する親和性等を制御する観点から、1種又は複数種を選択する。
以下に、特定ポリマーの具体例を、重合成分を記載して例示する。括弧内は重合成分の質量比である。本発明は、これらの化合物P01〜P23に限定されるものではない。
・P01:フェノキシエチルアクリレート/メチルメタクリレート/アクリル酸/2−カルボキシエチルアクリレート共重合体(50/44/1/5)
・P02:フェノキシエチルアクリレート/ベンジルメタクリレート/イソブチルメタクリレート/スチレンカルボン酸共重合体(30/35/25/10)
・P03:フェノキシエチルメタクリレート/イソブチルメタクリレート/2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸共重合体(50/44/6)
・P04:スチレン/ブチルアクリレート/エチルメタクリレート/2−カルボキシエチルアクリレート共重合体(30/15/49/6)
・P05:スチレン/ブチルアクリレート/エチルメタクリレート/スチレンスルホン酸ナトリウム共重合体(30/20/44/6)
・P06:スチレン/フェノキシエチルアクリレート/メチルメタクリレート/2−カルボキシエチルアクリレート共重合体(10/50/35/5)
・P07:ベンジルアクリレート/メチルメタクリレート/2−カルボキシエチルアクリレート共重合体(55/40/5)
・P08:フェノキシエチルメタクリレート/ベンジルアクリレート/スチレンカルボン酸共重合体(45/47/8)
・P09:スチレン/フェノキシエチルアクリレート/ブチルメタクリレート/2−カルボキシエチルアクリレート共重合体(5/48/40/7)
・P10:ベンジルメタクリレート/フェノキシエチルメタクリレート/メチルメタクリレート/リン酸モノ2−メタクリロイルオキシエチル共重合体(30/30/30/10)
・P11:ベンジルアクリレート/メチルメタクリレート/ブチルアクリレート/2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸共重合体(12/50/30/8)
・P12:スチレン/エチルメタクリレート/2−カルボキシエチルアクリレート共重合体(30/60/10)
・P13:スチレン/フェノキシエチルメタクリレート/ブチルアクリレート/2−カルボキシエチルアクリレート共重合体(15/76/5/4)
・P14:メチルメタクリレート/フェノキシエチルメタクリレート/ベンジルアクリレート/2−カルボキシエチルアクリレート共重合体(50/30/15/5)
・P15:メチルメタクリレート/ブチルメタクリレート/2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸共重合体(56/40/4)
・P16:ベンジルアクリレート/2−カルボキシエチルアクリレート共重合体(90/10)
・P17:メチルメタクリレート/メトキシエチルアクリレート/ベンジルメタクリレート/イタコン酸共重合体(44/15/35/6)
・P18:エチルメタクリレート/スチレン/マレイン酸共重合体(46/50/4)
・P19:メチルメタクリレート/ベンジルメタクリレート/メトキシポリエチレングリコールメタクリレート(n=23)/2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸共重合体(74/15/5/6)
・P20:ベンジルメタクリレート/エトキシトリエチレングリコールメタクリレート/リン酸モノ2−メタクリロイルオキシエチル共重合体(65/30/5)
・P21:メチルメタクリレート/ブチルアクリレート/2−カルボキシエチルアクリレート共重合体(75/19/6)
・P22:フェノキシエチルアクリレート/ベンジルメタクリレート/イソブチルメタクリレート/スチレンスルホン酸ナトリウム共重合体(30/35/29/6)
・P23:スチレン/エチルメタクリレート/リン酸モノ2−メタクリロイルオキシエチル共重合体(30/60/10)
特定ポリマーは、酸価が6mgKOH/g以上100mgKOH/g以下となる範囲で、一般式(2)で表される構成単位を含有する。特定ポリマーにおける一般式(2)で表される構成単位の含有量は、例えば、2質量%以上50質量%以下であり、3質量%以上30質量%以下が好ましい。
特定ポリマーにおけるアルキル(メタ)アクリレートに由来する構成単位の含有量は、例えば、15質量%以上80質量%以下であり、30質量%以上70質量%以下が好ましい。
特定ポリマーの分子量範囲は、重量平均分子量として3000以上20万以下が好ましく、5000以上15万以下がより好ましく、1万以上10万以下が更に好ましい。重量平均分子量が3000以上であることにより、後述する水溶性成分の含有割合が低減され、一般式(1)で表される化合物の分散に適する。一方、重量平均分子量が20万以下であることにより、有機溶剤に対する溶解性に優れ且つ有機溶剤に溶解したポリマー溶液の粘度が抑えられるので、赤外線吸収性粒子分散液を製造する際において水性媒体への分散が容易になり、よって、赤外線吸収性粒子の分散安定性に優れる。
ポリマーの重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(Gel Permeation Chromatography:GPC)によって測定し、ポリスチレン換算で算出する。
特定ポリマーのガラス転移温度は、40℃以上150℃以下が好ましい。ガラス転移温度が40℃以上であることにより、特定ポリマーを含むインクを用いて形成した画像の引っかき耐性やブロッキング耐性に優れ、ガラス転移温度が150℃以下であることにより、特定ポリマーを含むインクを用いて形成した画像の耐擦性に優れる。この観点から、特定ポリマーのガラス転移温度は、60℃以上140℃以下がより好ましく、70℃以上130℃以下が更に好ましい。
特定ポリマーは、ポリマー分散液としたときに、該分散液に含まれる固形分量に対する水溶性成分の割合が10質量%以下であることが好ましい。
通常、ポリマーの集合体を構成する個々の分子には構成単位の組成にばらつきがあり、したがって、個々の分子には水に対する溶解度にばらつきがある。水に対する溶解度が相対的に高いポリマー分子が、ここでいう「水溶性成分」に相当する。水溶性成分、つまり水に対する溶解度が相対的に高いポリマー分子は、一般式(1)で表される化合物の分散に適しないので、特定ポリマーは、ポリマー分散液としたときに、該分散液に含まれる水溶性成分が少ないほど好ましい。また、特定ポリマーを含有する粒子の膨潤や粒子どうしの接着を抑制し、安定な分散を維持する観点からも、特定ポリマーは、ポリマー分散液としたときに、該分散液に含まれる水溶性成分が少ないほど好ましい。これらの観点から、特定ポリマーを分散液としたときに、該分散液に含まれる固形分量に対する水溶性成分の割合は、10質量%以下が好ましく、8質量%以下がより好ましく、5質量%以下が更に好ましく、少ないほど好ましい。
上記水溶性成分の割合は、下記の方法で測定する。
水にポリマーを分散させたポリマー分散液(固形分濃度10質量%、液温23±0.5℃)を調製する。その際、ポリマーの分散のために必要に応じて中和剤を使用する。ポリマー分散液を、遠心式限外濾過フィルターユニットを用いて、分散質と媒質とに遠心分離し、分離した媒質を乾燥させて乾固物の質量を測定し、ポリマー分散液の固形分量(=ポリマー分散液の調製に用いたポリマー量+ポリマー分散液の調製過程で用いた中和剤の質量)に対する媒質の乾固物量の割合を算出し、水溶性成分の割合(質量%)とする。
[水性媒体]
赤外線吸収性粒子分散液の媒体は、水、又は、水を主たる溶媒とする混合溶媒である。混合溶媒は、例えば、水と水溶性有機溶剤との混合物である。
水としては、不純物の混入又は微生物の発生を抑制する観点から、蒸留水、イオン交換水、限外濾過水などの精製水が好ましい。
水溶性有機溶剤としては、アルコール、多価アルコール、多価アルコール誘導体、含窒素溶剤、含硫黄溶剤などが挙げられる。赤外線吸収性粒子分散液に含まれる水溶性有機溶剤は、例えば、赤外線吸収性粒子分散液の製造過程において一般式(1)で表される化合物又は特定ポリマーの溶解に用いた有機溶剤の残存物である。
水の含有量は、赤外線吸収性粒子分散液の全質量に対して、50質量%以上95質量%以下が好ましく、60質量%以上90質量%以下がより好ましい。
水溶性有機溶剤の含有量は、赤外線吸収性粒子分散液の全質量に対して、30質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましい。
[その他の成分]
本実施形態に係る赤外線吸収性粒子分散液は、一般式(1)で表される化合物以外の赤外線吸収能を有する化合物(例えば、スクアリリウム系色素、クロコニウム系色素、ナフタロシアニン系色素、シアニン系色素、アミニウム系色素等)、紫外線吸収能を有する化合物(例えば、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物等)、着色剤、中和剤、界面活性剤、分散安定剤、特定ポリマー以外のポリマー等を含んでいてもよい。
[赤外線吸収性粒子分散液の製造方法]
赤外線吸収性粒子分散液の製造方法としては、例えば、転相乳化法、特定ポリマーの粒子に赤外線吸収能を有する化合物を含浸させる含浸法が挙げられ、転相乳化法が好ましい。
転相乳化法は、有機溶剤に赤外線吸収能を有する化合物及び特定ポリマーが溶解した溶液を調製し、該溶液に中和剤を加えて特定ポリマーを中和した後、水を徐々に混合して赤外線吸収能を有する化合物と特定ポリマーとを双方を含有する粒子に粒子化して分散状態にする方法である。ここでの分散状態は、液体粒子が分散した乳化でもよく、固体粒子が分散した懸濁でもよく、分散安定性の観点からは、固体粒子が分散した懸濁が好ましい。有機溶剤は、該有機溶剤の水に対する溶解度が10質量%以下である場合、又は、該有機溶剤の蒸気圧が水より大きい場合には、赤外線吸収性粒子の分散安定性の観点から除去されることが好ましい。中和は、必須の工程ではないが、特定ポリマーが未中和の解離性基を有する場合、分散液のpH調製等の観点から、行うことが好ましい。
含浸法は、特定ポリマーの粒子分散液を調製し、該粒子分散液と、有機溶剤に赤外線吸収能を有する化合物が溶解した溶液とを混合した後、有機溶剤を徐々に除去して赤外線吸収能を有する化合物を特定ポリマーの粒子に含浸させ赤外線吸収性粒子とする方法である。特定ポリマーの粒子は、液体粒子でもよく固体粒子でもよく、分散安定性の観点からは、固体粒子が好ましい。特定ポリマーの粒子分散液は、例えば、特定ポリマーが溶解した溶液を調製し、該溶液に中和剤を加えて中和した後、水を徐々に混合しながら有機溶剤を除去することにより調製する。
転相乳化法及び含浸法に用いる有機溶剤は、一般式(1)で表される化合物の溶解性及び特定ポリマーの溶解性に基づいて選択する。具体的には、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン等のケトン系溶剤;メタノール、エタノール、2−プロパノール、1−プロパノール、1−ブタノール、tert−ブタノール等のアルコール系溶剤;クロロホルム、塩化メチレン等の塩素系溶剤;ベンゼン、トルエン等の芳香族系溶剤;酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソプロピル等のエステル系溶剤;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶剤;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル等のグリコールエーテル系溶剤;などが挙げられる。これらの有機溶剤は、1種を用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
有機溶剤の使用量としては、特定ポリマー100質量部に対し、10質量部以上2000質量部以下が好ましく、100質量部以上1000質量部以下がより好ましい。有機溶剤の使用量が特定ポリマー100質量部に対し10質量部以上であると、粒子の分散が安定し、有機溶剤の使用量が特定ポリマー100質量部に対し2000質量部以下であると、有機溶剤を除去する工程が不要又は短時間で済む。
転相乳化法及び含浸法に用いる中和剤としては、特定ポリマーがアニオン性基を有することから、有機塩基、無機アルカリが挙げられる。有機塩基としては、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン等が挙げられる。無機アルカリとしては、アルカリ金属の水酸化物(例えば、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム等)、炭酸塩(例えば、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等)、アンモニアなどが挙げられる。
中和剤の添加量は、赤外線吸収性粒子の分散安定性の観点から、赤外線吸収性粒子分散液のpHが後述の範囲となる添加量が好ましい。
転相乳化法及び含浸法における特定ポリマーの使用量、及び赤外線吸収性粒子分散液に含まれる特定ポリマーの含有量としては、赤外線吸収能を有する化合物100質量部に対し、100質量部以上9900質量部以下が好ましく、300質量部以上4900質量部以下がより好ましい。特定ポリマーの使用量(特定ポリマーの含有量)が赤外線吸収能を有する化合物100質量部に対し100質量部以上であると、赤外線吸収能を有する化合物の分散が安定し、特定ポリマーの使用量(特定ポリマーの含有量)が赤外線吸収能を有する化合物100質量部に対し9900質量部以下であると、赤外線吸収性粒子分散液の赤外線吸収効率がよい。
転相乳化法及び含浸法において、一般式(1)で表される化合物以外の有機化合物も用いて、該化合物を一般式(1)で表される化合物及び特定ポリマーと共に粒子化し、三者を含有する粒子を形成してもよい。共に粒子化する有機化合物としては、例えば、染料、一般式(1)で表される化合物以外の赤外線吸収能を有する化合物(例えば、スクアリリウム系色素、クロコニウム系色素、ナフタロシアニン系色素、シアニン系色素、アミニウム系色素等)、紫外線吸収能を有する化合物(例えば、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物等)などが挙げられる。
[赤外線吸収性粒子分散液の物性]
赤外線吸収性粒子分散液に含まれる赤外線吸収性粒子の体積平均粒径は、10nm以上150nm以下が好ましく、10nm以上120nm以下がより好ましく、10nm以上100nm以下が更に好ましい。体積平均粒径が10nm以上であることで、耐光性に優れ、体積平均粒径が150nm以下であることで、インクジェット方式の打滴特性に優れる。粒径分布は、広い粒径分布又は単分散性の粒径分布のいずれであってもよい。赤外線吸収性粒子の平均粒径及び粒径分布は、例えば、光散乱法を用いて測定する。
本実施形態に係る赤外線吸収性粒子分散液のpHは、一般式(1)で表される化合物の分解を抑制し、赤外線吸収性能の経時的な低下を抑制する観点から、9.5以下が好ましく、9.0以下がより好ましく、8.5以下が更に好ましく、8.0以下が更に好ましい。一方、特定ポリマー及び赤外線吸収性粒子を安定的に分散させる観点からは、本実施形態に係る赤外線吸収性粒子分散液のpHは、6.0以上が好ましく、6.5以上がより好ましく、7.0以上が更に好ましい。
また、一般的な水性インクがアルカリ性(pH8乃至10程度)であるので、本実施形態に係る赤外線吸収性粒子分散液を用いて水性インクを調製する観点からも、本実施形態に係る赤外線吸収性粒子分散液のpHは、上記の範囲が好ましい。
本実施形態において赤外線吸収性粒子分散液のpHは、温度23±0.5℃、相対湿度55±5%の環境下で測定する。
本実施形態に係る赤外線吸収性粒子分散液の表面張力は、20mN/m以上40mN/m以下が好ましく、25mN/m以上35mN/m以下がより好ましい。本実施形態において赤外線吸収性粒子分散液の表面張力は、ウィルヘルミー型表面張力計を用いて、温度23±0.5℃、相対湿度55±5%の環境下で測定する。
本実施形態に係る赤外線吸収性粒子分散液の粘度は、1mPa・s以上30mPa・s以下が好ましく、2mPa・s以上20mPa・s以下がより好ましい。本実施形態において赤外線吸収性粒子分散液の粘度は、TV−20形粘度計(東機産業)を測定装置として用い、温度23±0.5℃、せん断速度1400s−1の条件で測定する。
<水性インク>
本実施形態に係る水性インクは、水性媒体と、該水性媒体に分散した赤外線吸収性粒子とを含む水性インクであり、赤外線吸収性粒子が、一般式(1)で表される化合物と、一般式(2)で表される構成単位及びアルキル(メタ)アクリレートに由来する構成単位を含み酸価が6mgKOH/g以上100mgKOH/g以下であるポリマーとを含有する。
本実施形態に係る水性インクにおける、一般式(1)で表される化合物、特定ポリマー、及び赤外線吸収性粒子の詳細は、本実施形態に係る赤外線吸収性粒子分散液について述べたとおりである。
本実施形態に係る水性インクは、例えば、本実施形態に係る赤外線吸収性粒子分散液そのもの;本実施形態に係る赤外線吸収性粒子分散液に、少なくとも着色剤を添加した組成物;市販の水性インクに、本実施形態に係る赤外線吸収性粒子分散液を添加した組成物;などである。
[水性媒体]
水性インクの媒体は、水、又は、水を主たる溶媒とする混合溶媒である。混合溶媒は、例えば、水と水溶性有機溶剤との混合物である。水溶性有機溶剤としては、アルコール、多価アルコール、多価アルコール誘導体、含窒素溶剤、含硫黄溶剤などが挙げられる。水性インクにおける水及び水溶性有機溶剤の詳細は、赤外線吸収性粒子分散液について述べたのと同様である。
水の含有量は、水性インクの全質量に対して、40質量%以上80質量%以下が好ましく、50質量%以上80質量%以下がより好ましい。
水溶性有機溶剤の含有量は、水性インクの全質量に対して、50質量%以下が好ましく、40質量%以下がより好ましい。
[着色剤]
着色剤としては、顔料又は染料が挙げられ、画像の耐光性等の観点からは顔料が好ましい。
着色剤として顔料を使用する場合は、併せて顔料分散剤を用いることが好ましい。顔料分散剤としては、公知のあらゆる、高分子分散剤、界面活性剤等が挙げられる。顔料分散剤は、1種を用いてもよく、2種以上を併用してもよい。顔料分散剤の含有量は、顔料の種類及び顔料分散剤の種類により異なるため一概には言えないが、顔料の含有量に対して0.1質量%以上100質量%以下がよい。
顔料としては、水に自己分散する顔料(以下「自己分散型顔料」という。)も挙げられる。自己分散型顔料とは、顔料表面に親水性基を有し、顔料分散剤が存在しなくとも水に分散する顔料のことを指す。自己分散型顔料としては、例えば、顔料に対して、カップリング剤処理、ポリマーグラフト処理、プラズマ処理、酸化処理、還元処理等の表面改質処理を施すことにより得られる、公知のあらゆる自己分散型顔料が挙げられる。
顔料としては、樹脂により被覆された所謂マイクロカプセル顔料も挙げられる。市販のマイクロカプセル顔料としては、DIC社製、東洋インキ社製がある。
顔料としては、高分子化合物を顔料に物理的に吸着又は化学的に結合させた、樹脂分散型顔料も挙げられる。
顔料としては、赤色、緑色、茶色、白色等の特定色顔料;金色、銀色等の金属光沢顔料;無色又は淡色の体質顔料;プラスチックピグメント;シリカ、アルミナ、又はポリマービード等の表面に染料又は顔料を固着させた粒子;染料の不溶レーキ化物;着色エマルジョン;着色ラテックス;なども挙げられる。
着色剤として染料を使用する場合は、染料を高分子分散剤(例えば、本開示の特定ポリマー)と共に粒子化し、該粒子を水性インクに含ませることが好ましい。
着色剤が粒状物である場合、その体積平均粒径は、例えば、10nm以上200nm以下である。
着色剤の含有量は、水性インクの全質量に対して、1質量%以上25質量%以下が好ましく、2質量%以上20質量%以下がより好ましい。
[添加剤]
本実施形態に係る水性インクは、必要に応じて、各種の添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、ポリマー、界面活性剤、浸透剤、粘度調整剤、pH調整剤、pH緩衝剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、防腐剤、防カビ剤等が挙げられる。本実施形態に係る水性インクは、一般式(1)で表される化合物以外の赤外線吸収能を有する化合物を含んでいてもよい。
[水性インクの物性]
水性インクに含まれる赤外線吸収性粒子の体積平均粒径は、10nm以上150nm以下が好ましく、10nm以上120nm以下がより好ましく、10nm以上100nm以下が更に好ましい。体積平均粒径が10nm以上であることで、耐光性に優れ、体積平均粒径が150nm以下であることで、インクジェット方式の打滴特性に優れる。粒径分布は、広い粒径分布又は単分散性の粒径分布のいずれであってもよい。赤外線吸収性粒子の平均粒径及び粒径分布は、例えば、光散乱法を用いて測定する。
本実施形態に係る水性インクのpHは、6.5以上11.0以下が好ましく、7.0以上10.5以下がより好ましく、8.0以上10.0以下が更に好ましい。本実施形態において水性インクのpHは、温度23±0.5℃、相対湿度55±5%の環境下で測定する。
本実施形態に係る水性インクの表面張力は、20mN/m以上40mN/m以下が好ましく、25mN/m以上35mN/m以下がより好ましい。本実施形態において水性インクの表面張力は、ウィルヘルミー型表面張力計を用いて、温度23±0.5℃、相対湿度55±5%の環境下で測定する。
本実施形態に係る水性インクの粘度は、1mPa・s以上30mPa・s以下が好ましく、2mPa・s以上20mPa・s以下がより好ましい。本実施形態において水性インクの粘度は、TV−20形粘度計(東機産業)を測定装置として用い、温度23±0.5℃、せん断速度1400s−1の条件で測定する。
<インクカートリッジ>
本実施形態に係るインクカートリッジは、本実施形態に係る水性インクを収容したカートリッジである。本実施形態に係るインクカートリッジは、例えば、インクジェット方式の記録装置に着脱可能な形態で提供される。
<記録装置、記録方法>
本実施形態に係る記録装置は、本実施形態に係る水性インクを収容し、該水性インクを記録媒体に付与するインク付与手段と、記録媒体に付与された水性インクに赤外線を照射する赤外線照射手段とを備える。本実施形態に係る記録装置により、本実施形態に係る水性インクを記録媒体に付与するインク付与工程と、記録媒体に付与された水性インクに赤外線を照射する赤外線照射工程とを有する記録方法が実現される。
本実施形態におけるインク付与手段としては、例えば、インクジェット方式によりインクを吐出する吐出手段;ロール、スプレー、スポンジ等による塗布手段;オフセット印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、凸版印刷等による印刷手段;が挙げられる。
本実施形態におけるインク付与手段は、インクジェット方式によりインクを吐出する吐出手段が好適である。インクジェット方式を適用した記録装置及び記録方法は、本実施形態に係る水性インクを用いることにより、吐出安定性に優れる。
本実施形態に係る記録装置は、記録媒体に付与された水性インクを乾燥させる乾燥手段として、赤外線照射手段を備える。本実施形態に係る記録装置は、前記乾燥手段として、赤外線照射手段のほかに、加熱ロール、加熱ドラム、加熱ベルト等の接触式加熱手段;発熱体及び送風機からなる温風送風手段;これらの組合せ;を備えていてもよい。
記録媒体としては、例えば、紙;樹脂でコートされた紙;樹脂、金属、ガラス、セラミックス、シリコン、ゴム等を材料とするフィルム及び板;が挙げられる。
本実施形態に係る記録装置は、本実施形態に係る水性インクを収容し、記録装置に着脱されるようカートリッジ化されたインクカートリッジを備えていてもよい。
以下、本実施形態に係る記録装置及び記録方法の一例について図面を参照しつつ説明する。
図1は、本実施形態に係る記録装置の一例を示す概略構成図である。図1に示す記録装置12は、インクジェット方式の記録装置である。
図1に示す記録装置12は、筐体14の内部に、画像記録前の記録媒体Pを収容する容器16と、駆動ロール24及び従動ロール26に張架された無端状の搬送ベルト28と、インク付与手段の一例であるインク吐出ヘッド(インク吐出ヘッド30Y、30M、30C、30K。総称するときは、インク吐出ヘッド30という。)と、赤外線照射装置(赤外線照射装置60Y、60M、60C、60K。総称するときは、赤外線照射装置60という。)と、画像記録後の記録媒体Pを収容する容器40とを備える。
容器16と搬送ベルト28との間は、画像記録前の記録媒体Pが搬送される搬送経路22であり、搬送経路22には、記録媒体Pを容器16から1枚ずつ取り出すロール18と、記録媒体Pを搬送する複数のロール対20とが配置されている。搬送ベルト28の上流側には、帯電ロール32が配置されている。帯電ロール32は、従動ロール26との間で搬送ベルト28及び記録媒体Pを挟みつつ従動し、接地された従動ロール26との間に電位差を生じさせ、記録媒体Pに電荷を与えて搬送ベルト28に静電吸着させる。
インク吐出ヘッド30は、搬送ベルト28の平坦部分に対向して、搬送ベルト28の上方に配置されている。インク吐出ヘッド30と搬送ベルト28とが対向した領域が、インク吐出ヘッド30からインク滴が吐出される領域である。
インク吐出ヘッド30Y、30M、30C、30Kはそれぞれ、Y(イエロー)色の画像を記録するヘッド、M(マゼンタ)色の画像を記録するヘッド、C(シアン)色の画像を記録するヘッド、K(ブラック)色の画像を記録するヘッドである。インク吐出ヘッド30Y、30M、30C、30Kは、例えばこの順に、搬送ベルト28の上流側から下流側に並べられている。インク吐出ヘッド30Y、30M、30C、30Kはそれぞれ、記録装置12に着脱される各色のインクカートリッジ31Y、31M、31C、31Kと供給管(不図示)を通じて連結され、インクカートリッジから各色のインクがインク吐出ヘッドへ供給される。
インク吐出ヘッド30としては、例えば、有効な記録領域(インクを吐出するノズルの配置領域)が記録媒体Pの幅(記録媒体Pの搬送方向と直交する方向の長さ)以上とされた長尺状のヘッド;記録媒体Pの幅よりも短尺状のヘッドであって、記録媒体Pの幅方向に移動してインクを吐出するキャリッジ方式のヘッド;が挙げられる。
インク吐出ヘッド30が採用するインクジェット方式としては、ピエゾ素子の振動圧力を利用するピエゾ方式;静電誘引力を利用してインクを吐出する電荷制御方式;電気信号を音響ビームに変えインクに照射して放射圧を利用してインクを吐出する音響インクジェット方式;インクを加熱して気泡を形成し、生じた圧力を利用するサーマルインクジェット方式;などが挙げられる。
インク吐出ヘッド30は、例えば、インク滴量10pL以上15pL以下の範囲でインク滴を吐出する低解像度用の記録ヘッド(例えば600dpiの記録ヘッド)、インク滴量10pL未満の範囲でインク滴を吐出する高解像度用の記録ヘッド(例えば1200dpiの記録ヘッド)である。dpiは「dots per inch」を意味する。
記録装置12は、4つのインク吐出ヘッドを備える形態に限られない。記録装置12は、YMCKに中間色を加えた4つ以上のインク吐出ヘッドを備える形態;1つのインク吐出ヘッドを備え1色のみの画像を記録する形態;であってもよい。
インク吐出ヘッド30の下流側には、搬送ベルト28の上方に、各色のインク吐出ヘッドごとに赤外線照射手段装置60Y、60M、60C、60Kが配置されている。赤外線照射装置60(赤外線照射手段の一例)は、記録媒体P上のインクに赤外線を照射してインクの乾燥を行う。
赤外線照射装置60の光源としては、例えば、発光ダイオード、半導体レーザ、面発光型半導体レーザ、ハロゲンランプ、キセノンランプが挙げられる。
赤外線照射装置60としては、例えば、有効な赤外線照射領域(赤外線を照射する光源の配置領域)がインク吐出ヘッド30による記録領域の幅以上とされた長尺状の赤外線照射装置;インク吐出ヘッド30による記録領域の幅よりも短尺状の赤外線照射装置であって、記録媒体Pの幅方向に移動して赤外線を照射するキャリッジ方式の赤外線照射装置;が挙げられる。
赤外線照射装置60の照射条件は、インクの赤外線吸収性能、インク中の水分量などに応じて設定する。照射条件としては、記録媒体P上に付与されたインク中の水分量を10質量%以下に乾燥させる照射条件が好ましい。具体的には、例えば、中心波長が700nm以上1200nm以下(好ましくは780nm以上980nm以下)、照射強度が0.1J/cm以上10J/cm以下(好ましくは1J/cm以上3J/cm以下)、照射時間が0.1ミリ秒以上10秒以下(好ましくは10ミリ秒以上100ミリ秒以下)である。
記録装置12は、各色のインク吐出ヘッドごとに赤外線照射装置を備える形態に限られず、最下流のインク吐出ヘッドの下流側に1つのみ赤外線照射装置を備える形態であってもよい。
記録装置12は、赤外線照射装置60と共に、インクの乾燥手段として接触式加熱手段及び温風送風手段の少なくともいずれかを備えていてもよい。接触式加熱手段又は温風送風手段は、例えば、記録媒体の表面温度を50℃以上120℃以下の範囲に上昇させる条件で乾燥を行う。
赤外線照射装置60の下流側には、駆動ロール24と対向して剥離板34が配置されている。剥離板34は、記録媒体Pを搬送ベルト28から剥離させる。
搬送ベルト28と容器40との間は、画像記録後の記録媒体Pが搬送される搬送経路36であり、搬送経路36には、記録媒体Pを搬送する複数のロール対38が配置されている。
記録装置12の動作について説明する。
画像記録前の記録媒体Pは、容器16からロール18で1枚ずつ取り出され、複数のロール対20によって搬送ベルト28へ搬送される。
次いで、記録媒体Pは、帯電ロール32によって搬送ベルト28に静電吸着され、搬送ベルト28の回転によってインク吐出ヘッド30の下方へ搬送される。
次いで、記録媒体P上に、インク吐出ヘッド30からインクが吐出され、画像が記録される。
次いで、記録媒体P上のインクに赤外線照射装置60から赤外線が照射され、インクが赤外線吸収によって発熱し、インク温度が上昇し、インクが乾燥する。
次いで、インクが乾燥し画像が固定化された記録媒体Pは、剥離板34によって搬送ベルト28から剥離され、複数のロール対38によって容器40に搬送される。
本実施形態に係る記録装置は、インク付与手段から記録媒体にインクを直接付与する形態に限られず、インク付与手段から中間転写体にインクを付与した後、中間転写体上のインクを記録媒体に転写する形態であってもよい。
本実施形態に係る記録装置は、図1に示す記録装置12を一例とする枚葉機に限られず、輪転機でもよい。
以下、実施例により発明の実施形態を詳細に説明するが、発明の実施形態は、これら実施例に限定されるものではない。以下の説明において、特に断りのない限り、「部」はすべて質量基準である。
<一般式(1)で表される化合物の合成>
[化合物(I−a−1)の合成]
下記の反応スキームに従って化合物(I−a−1)を合成した。
三口フラスコにDean−Starkトラップ、還流冷却管、撹拌シール及び撹拌棒を設置し、反応容器とした。反応容器に2,2,8,8−テトラメチル−3,6−ノナジイン−5−オールとシクロヘキサンを入れた。酸化マンガン(IV)の粉末を加え、スリーワンモータで撹拌し、加熱還流させた。反応中にできた水を共沸蒸留により除去した。薄層クロマトグラフィーで2,2,8,8−テトラメチル−3,6−ノナジイン−5−オールの残存がないことを確認した。反応混合物を放冷後、減圧濾過し、黄色の濾液(F1)を得た。濾別した固体を別の容器に移して酢酸エチルを添加し、超音波分散して濾過する作業を4回繰り返し、酢酸エチル抽出液(F2)を得た。酢酸エチル抽出液(F2)と濾液(F1)とを混合し、ロータリーエバポレータ次いで真空ポンプで濃縮し、オレンジ色の液体を得た。オレンジ色の液体を減圧蒸留し、淡黄色液体(中間体1)を得た。
三口フラスコに温度計及び滴下ロートを設置し、反応容器とした。エタノールに一硫化水素ナトリウムn水和物を加え、室温(20℃)下で溶解するまで撹拌した後、氷水で冷却した。内温が5℃になったところで、中間体1とエタノールの混合液を少しずつ滴下した。滴下により液が黄色からオレンジ色に変化した。発熱により内温が上昇するため、滴下量を調整しながら、内温5℃以上7℃以下の範囲で滴下した。その後、氷水バスを外し、室温(20℃)下で自然昇温させながら撹拌した。反応液に水を投入し、ロータリーエバポレータでエタノールを除去した。その後、飽和するまで食塩を加え、酢酸エチルで分液して有機相を回収した。有機相を飽和塩化アンモニウムで2回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させた。乾燥後、減圧濃縮し、茶色の液体を回収した。茶色の液体を減圧蒸留した。200℃から留分が出始めるが、初留は目的とする成分の純度が低いので、蒸気量が増えたところで本留とした。黄色液体(中間体2)が蒸留された。
三口フラスコに撹拌棒と中間体2とを入れ、窒素導入管及び還流冷却器を付け、窒素置換した。窒素雰囲気下、無水テトラヒドロフランを注射器で加え、室温(20℃)下で撹拌しながら臭化メチルマグネシウムの1Mテトラヒドロフラン溶液を注射器で滴下した。滴下終了後、この反応液を加熱撹拌し、還流させた。窒素雰囲気下、反応液を放冷後、氷水浴にて冷却しながら、臭化アンモニウムを水に溶かした溶液を滴下した。反応混合物をさらに室温(20℃)にて撹拌した後、n−ヘキサンを加え、硫酸ナトリウムで乾燥した。乾燥後、n−ヘキサン/テトラヒドロフラン溶液を注射筒で取出し、無機層を酢酸エチルで洗浄し抽出液を得た。n−ヘキサン/テトラヒドロフラン溶液と無機層からの抽出液とを混合し、減圧濃縮後真空乾燥し、中間体3を得た。
窒素雰囲気下、中間体3及びスクアリン酸を、シクロヘキサンとイソブタノールとの混合溶媒に分散し、ピリジンを加えて加熱還流させた。その後、イソブタノールを追加し、反応混合物をさらに加熱還流させた。反応中に生じた水を共沸蒸留により除去した。反応混合物を放冷後、減圧濾過し、難溶物を除去した。濾液をロータリーエバポレータで濃縮した。残渣にメタノールを添加し、40℃に加熱後、−10℃に冷却した。濾過にて結晶を得て、これを真空乾燥し、化合物(I−a−1)を得た。
[化合物(I−a−2)の合成]
化合物(I−a−1)の合成において、2,2,8,8−テトラメチル−3,6−ノナジイン−5−オールの代わりに2,2,10,10−テトラメチル−4,7−ウンデカジイン−6−オールを使用したこと以外は同様の手順で、化合物(I−a−2)を合成した。
[化合物(I−a−5)の合成]
化合物(I−a−1)の合成において、2,2,8,8−テトラメチル−3,6−ノナジイン−5−オールの代わりに2,10−ジメチル−4,7−ウンデカジイン−6−オールを使用したこと以外は同様の手順で、化合物(I−a−5)を合成した。
<ポリマーの合成>
[ポリマーP12の合成]
撹拌機、温度計、還流冷却管、及び窒素ガス導入管を備えた三口フラスコに、メチルエチルケトン25部を仕込んで、80℃まで昇温した。反応容器内温度を80℃に保ちながら、スチレン(和光純薬工業製)30部、エチルメタクリレート(和光純薬工業製)60部、2−カルボキシエチルアクリレート(ソルベイ日華製、Sipomer β−CEA)10部、メチルエチルケトン70部、及び重合開始剤(和光純薬工業製、V−601。以下同じ)2部からなる混合溶液を、2時間かけて滴下した。滴下終了後、重合開始剤0.4部及びメチルエチルケトン10部からなる溶液を加え、80℃で2時間撹拌し、さらに、重合開始剤0.4部及びメチルエチルケトン10部からなる溶液を加え、80℃で2時間撹拌し、次いで、85℃に昇温して2時間撹拌した。こうして、メチルエチルケトンにポリマーP12が溶解したポリマーP12溶液を得た。ポリマーP12の重量平均分子量(Mw)は34000(GPCによりポリスチレン換算で算出)、酸価は34mgKOH/g、ポリマーP12溶液の固形分濃度は48質量%であった。
[ポリマーP12−1〜7、P04、P21の合成]
表1に従ってモノマーの種類と量を変更した以外は、ポリマーP12の合成と同様にして、各ポリマー溶液を得た。
[ポリマーP15の合成]
撹拌機、温度計、還流冷却管、及び窒素ガス導入管を備えた三口フラスコに、エタノール10部を仕込んで、80℃まで昇温した。反応容器内温度を80℃に保ちながら、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(和光純薬工業製)4部、メチルメタクリレート(和光純薬工業製)56部、n−ブチルメタクリレート(和光純薬工業製)40部、エタノール60部、水6部、及び重合開始剤(和光純薬工業製、V−601。以下同じ)1部からなる混合溶液を、2時間かけて滴下した。滴下終了後、重合開始剤0.2部及びメチルエチルケトン10部からなる溶液を加え、80℃で2時間撹拌し、さらに、重合開始剤0.2部及びメチルエチルケトン10部からなる溶液を加え、80℃で2時間撹拌し、次いで、85℃に昇温して2時間撹拌した。こうして、有機溶剤にポリマーP15が溶解したポリマーP15溶液を得た。ポリマーP15の重量平均分子量(Mw)は25000(GPCによりポリスチレン換算で算出)、酸価は11mgKOH/g、ポリマーP15溶液の固形分濃度は48質量%であった。
[ポリマーP15−1〜2、P05、P23の合成]
表1に従ってモノマーの種類と量を変更した以外は、ポリマーP15の合成と同様にして、各ポリマー溶液を得た。
<実施例1:赤外線吸収性粒子分散液の製造>
[赤外線吸収性粒子分散液AD−1の製造]
化合物(I−a−1)であるスクアリリウム化合物20部をフラスコに入れた。そこに、テトラヒドロフラン3600部を加え、撹拌子を入れて撹拌した。次いで、ポリマーP12−1溶液(固形分濃度48質量%)800部を加え、さらにメチルエチルケトン800部及びイソプロピルアルコール80部を加えて撹拌し、混合した。次いで、水酸化ナトリウムの10質量%水溶液を、ポリマーP12−1に含まれる全カルボキシ基の0.8当量、撹拌しながら加えた。次いで、撹拌を続けながら水10000部を徐々に添加し、水を混合した。混合液が均一に近い状態になった後、フラスコに蒸留管と減圧ポンプを付け、30℃以上35℃以下となるように混合液を加熱して撹拌しながら減圧し、有機溶剤と水の一部を留去した。有機溶剤を水に置換しながら濃縮する操作を、材料から換算した固形分濃度が7質量%を超えないように水の添加量を調節しながら、有機溶剤臭が無くなるまで繰り返した。濃縮液を230メッシュのナイロンメッシュで濾過し、赤外線吸収性粒子分散液を得た。この赤外線吸収性粒子分散液について、後述する「(1)収率」に記載の方法によって、固形分量を測定し、収率を求めた。測定した固形分量に基づいて、この赤外線吸収性粒子分散液に水を添加して固形分濃度を5質量%に調製し、赤外線吸収性粒子分散液AD−1とした。赤外線吸収性粒子分散液の製造に用いた化合物(I−a−1)の量及びポリマー量から換算すると、赤外線吸収性粒子分散液AD−1における化合物(I−a−1)の濃度は0.25質量%であった。
[赤外線吸収性粒子分散液AD−2〜15、20、21の製造]
表1に従って、ポリマーの種類及び中和度(ポリマーに含まれる全酸性基に対する水酸化ナトリウムの添加量(当量))並びに赤外線吸収能を有する化合物を変更した以外は、赤外線吸収性粒子分散液AD−1の製造と同様にして、各赤外線吸収性粒子分散液を得た。表1中の「I−a−2」は化合物(I−a−2)であり、「I−a−5」は化合物(I−a−5)であり、「II」は下記構造式で表される化合物(II)である。
[赤外線吸収性粒子分散液AD−16の製造]
化合物(I−a−1)であるスクアリリウム化合物20部をフラスコに入れた。そこに、テトラヒドロフラン3600部を加え、撹拌子を入れて撹拌した。次いで、ポリマーP05溶液(固形分濃度48質量%)800部を加え、さらにテトラヒドロフラン2700部を加えて撹拌し、混合した。次いで、撹拌を続けながら水10000部を徐々に添加し、水を混合した。混合液が均一に近い状態になった後、フラスコに蒸留管と減圧ポンプを付け、30℃以上35℃以下となるように混合液を加熱して撹拌しながら減圧し、有機溶剤と水の一部を留去した。有機溶剤を水に置換しながら濃縮する操作を、材料から換算した固形分濃度が7質量%を超えないように水の添加量を調節しながら、有機溶剤臭が無くなるまで繰り返した。濃縮液を230メッシュのナイロンメッシュで濾過し、赤外線吸収性粒子分散液を得た。この赤外線吸収性粒子分散液について、後述する「(1)収率」に記載の方法によって、固形分量を測定し、収率を求めた。測定した固形分量に基づいて、この赤外線吸収性粒子分散液に水を添加して固形分濃度を5質量%に調製し、赤外線吸収性粒子分散液AD−16とした。赤外線吸収性粒子分散液の製造に用いた化合物(I−a−1)の量及びポリマー量から換算すると、赤外線吸収性粒子分散液AD−16における化合物(I−a−1)の濃度は0.25質量%であった。
[赤外線吸収性粒子分散液AD−17〜19の製造]
表1に従ってポリマーの種類を変更した以外は、赤外線吸収性粒子分散液AD−16の製造と同様にして、各赤外線吸収性粒子分散液を得た。
[評価]
(1)収率
赤外線吸収性粒子分散液の一部を大気圧下120℃で2時間加熱して乾燥させ、固形分量(質量)を測定し、下記の式に従って収率を求め、下記のとおり分類した。
・式:赤外線吸収性粒子分散液の固形分量÷(赤外線吸収性粒子分散液の製造に用いた赤外線吸収能を有する化合物量+赤外線吸収性粒子分散液の製造に用いたポリマー溶液の固形分量+赤外線吸収性粒子分散液の製造過程で中和に用いた水酸化ナトリウムの質量)×100
G1:収率90%以上。
G2:収率80%以上90%未満。
G3:収率70%以上80%未満。
G4:収率70%未満。
(2)粒径
動的光散乱式粒径分布測定装置LB−500(堀場製作所)を用いて、赤外線吸収性粒子分散液(固形分濃度5質量%)に分散している粒子の体積基準メジアン径(nm)を測定した。
(3)赤外線吸収量の低下率
赤外線吸収性粒子分散液(固形分濃度5質量%)を5倍に希釈し、温度60℃下で14日間保管した。保管前後の赤外線吸収性粒子分散液それぞれについて、波長818nmにおける吸収量を、分光光度計(日立製作所、U−4100)を用いて測定し、下記の式に従って赤外線吸収量の低下率を算出し、下記のとおり分類した。
・式:赤外線吸収量の低下率(%)=((保管前の赤外線吸収量−保管後の赤外線吸収量)÷保管前の赤外線吸収量)×100
G1:低下率10%未満。
G2:低下率10%以上30%未満。
G3:低下率30%以上50%未満。
G4:低下率50%以上。
表1中の略語の意味は下記のとおりである。
St:スチレン、MMA:メチルメタクリレート、EMA:エチルメタクリレート、BMA:n−ブチルメタクリレート、BA:n−ブチルアクリレート、CEA:Sipomer β−CEA(2−カルボキシエチルアクリレート)、AMPS:2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、NaSS:スチレンスルホン酸ナトリウム、MOEP:リン酸モノ2−メタクリロイルオキシエチル
<実施例2:赤外線吸収インク(光定着インク)の製造>
[シアン顔料分散液CD1の調製]
反応容器に、スチレン6部、ステアリルメタクリレート11部、スチレンマクロマーAS−6(東亜合成)4部、ブレンマーPP−500(日油)5部、メタクリル酸5部、2−メルカプトエタノール0.05部及びメチルエチルケトン24部からなる混合溶液を調液した。別途、スチレン14部、ステアリルメタクリレート24部、スチレンマクロマーAS−6(東亜合成)9部、ブレンマーPP−500(日油)9部、メタクリル酸10部、2−メルカプトエタノール0.13部、メチルエチルケトン56部及び2,2'−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)1.2部からなる混合溶液を調液し、滴下ロートに入れた。
窒素雰囲気下、反応容器内の混合溶液を撹拌しながら75℃まで昇温し、滴下ロート中の混合溶液を1時間かけて滴下した。滴下終了から2時間経過後、2,2'−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)1.2部をメチルエチルケトン12部に溶解した溶液を3時間かけて滴下し、75℃で2時間反応させ、さらに80℃で2時間熟成させ、ポリマー溶液を得た。
得られたポリマー溶液5部(固形分換算)、ピグメントブルー15:3(大日精化工業)10部、メチルエチルケトン40部、1mol/L水酸化ナトリウム水溶液8部及びイオン交換水82部を、0.1mmジルコニアビーズ300部と共にビーズミル分散機に仕込み、6時間分散した。得られた分散液を、エバポレーターを用いて減圧濃縮し、メチルエチルケトンの除去と、顔料濃度10質量%までの濃縮とを行った。こうして、ポリマー分散剤で表面が被覆されたシアン顔料が分散したシアン顔料分散液CD1を得た。シアン顔料分散液CD1の体積平均粒径は77nmであった。
[シアンインクC−1の製造]
下記の材料を混合した後、5μmフィルターで粗大粒子を除去し、シアンインクC−1を得た。赤外線吸収性粒子分散液AD−1は、製造直後の分散液を使用した。シアンインクC−1のpHは8.8であった。
・シアン顔料分散液CD1 6質量%(固形分換算)
・赤外線吸収性粒子分散液AD−1 1質量%(固形分換算)
・ジエチレングリコール 5質量%
・プロパンジオール 25質量%
・オルフィンE1010(日信化学工業) 1.2質量%
・イオン交換水 合計が100質量%となる残量
[シアンインクC−2〜17の製造]
赤外線吸収性粒子分散液AD−1を赤外線吸収性粒子分散液AD−2〜5、7、9〜13、15〜18、20、21のいずれか1つに変更した以外は、シアンインクC−1の製造と同様にして、シアンインクC−2〜17を得た。赤外線吸収性粒子分散液は、製造直後の分散液を使用した。
[印字試験]
製造直後のシアンインクC−1〜17を、エプソン社製インクジェットプリンターPX−1004のカートリッジに詰め替え、特菱アート両面N(三菱製紙)にインクジェットプリンターPX−1004で印字したところ、シアンインクC−1〜17の全てにおいて、吐出不良がなく良好な印字が行えた。画像に対して、中心波長810nm、照射強度3J/cm、照射時間200ミリ秒の条件で赤外線照射を行ったところ、シアンインクC−1〜17の全てにおいて、滲みのない画像が得られた。
12 記録装置
14 筐体
16 容器
18 ロール
20 ロール対
22 搬送経路
24 駆動ロール
26 従動ロール
28 搬送ベルト
30Y,30M,30C,30K インク吐出ヘッド(インク付与手段の一例)
31Y,31M,31C,31K インクカートリッジ
32 帯電ロール
34 剥離板
36 搬送経路
38 ロール対
40 容器
60Y,60M,60C,60K 赤外線照射装置(赤外線照射手段の一例)
P 記録媒体

Claims (10)

  1. 水性媒体と、
    前記水性媒体に分散した赤外線吸収性粒子であって、下記一般式(1)で表される化合物並びに下記一般式(2)で表される構成単位及びアルキル(メタ)アクリレートに由来する構成単位を含み酸価が6mgKOH/g以上100mgKOH/g以下であるポリマーを含有する赤外線吸収性粒子と、
    を含む赤外線吸収性粒子分散液。

    一般式(1)中、Rは一般式(1−R)で表される基を表し、R、R及びRはそれぞれ独立にアルキル基を表す。一般式(1−R)中、Rは水素又はメチル基を表し、nは0以上3以下の整数を表す。

    一般式(2)中、Rは水素、メチル基又は−X−R−Aを表し、Rは水素又は−X−R−Aを表し、Xは単結合、−CO−、−C(=O)O−、−CONH−、−OC(=O)−又はフェニレン基を表し、Rは単結合又は2価の連結基を表し、Aは−COOH、−SOH又は−OPOを表す。単一の構成単位内に−X−R−Aが2個以上存在する場合、X、R及びAはそれぞれ互いに同じでも異なっていてもよい。
  2. 前記一般式(2)で表される構成単位が、2−カルボキシエチル(メタ)アクリレートに由来する構成単位、スチレンスルホン酸に由来する構成単位、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸に由来する構成単位、及びリン酸モノ2−(メタ)アクリロイルオキシエチルに由来する構成単位の少なくともいずれかである、請求項1に記載の赤外線吸収性粒子分散液。
  3. pHが6.0以上9.5以下である、請求項1又は請求項2に記載の赤外線吸収性粒子分散液。
  4. 前記ポリマーは、ベンゼン環を全質量に対して3質量%以上50質量%以下の範囲で含有する、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の赤外線吸収性粒子分散液。
  5. 水性媒体と、
    前記水性媒体に分散した赤外線吸収性粒子であって、下記一般式(1)で表される化合物並びに下記一般式(2)で表される構成単位及びアルキル(メタ)アクリレートに由来する構成単位を含み酸価が6mgKOH/g以上100mgKOH/g以下であるポリマーを含有する赤外線吸収性粒子と、
    を含む水性インク。

    一般式(1)中、Rは一般式(1−R)で表される基を表し、R、R及びRはそれぞれ独立にアルキル基を表す。一般式(1−R)中、Rは水素又はメチル基を表し、nは0以上3以下の整数を表す。

    一般式(2)中、Rは水素、メチル基又は−X−R−Aを表し、Rは水素又は−X−R−Aを表し、Xは単結合、−CO−、−C(=O)O−、−CONH−、−OC(=O)−又はフェニレン基を表し、Rは単結合又は2価の連結基を表し、Aは−COOH、−SOH又は−OPOを表す。単一の構成単位内に−X−R−Aが2個以上存在する場合、X、R及びAはそれぞれ互いに同じでも異なっていてもよい。
  6. 前記一般式(2)で表される構成単位が、2−カルボキシエチル(メタ)アクリレートに由来する構成単位、スチレンスルホン酸に由来する構成単位、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸に由来する構成単位、及びリン酸モノ2−(メタ)アクリロイルオキシエチルに由来する構成単位の少なくともいずれかである、請求項5に記載の水性インク。
  7. 前記ポリマーは、ベンゼン環を全質量に対して3質量%以上50質量%以下の範囲で含有する、請求項5又は請求項6に記載の水性インク。
  8. 請求項5〜請求項7のいずれか1項に記載の水性インクを収容したインクカートリッジ。
  9. 請求項5〜請求項7のいずれか1項に記載の水性インクを収容し、前記水性インクを記録媒体に付与するインク付与手段と、
    前記記録媒体に付与された前記水性インクに赤外線を照射する赤外線照射手段と、
    を備える記録装置。
  10. 請求項5〜請求項7のいずれか1項に記載の水性インクを記録媒体に付与するインク付与工程と、
    前記記録媒体に付与された前記水性インクに赤外線を照射する赤外線照射工程と、
    を有する記録方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025110169A1 (ja) * 2023-11-22 2025-05-30 三菱鉛筆株式会社 樹脂粒子分散体及びこれを含有する水性インク組成物

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