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JP5470945B2 - 分散剤、並びに、それを用いた顔料組成物、顔料分散体、及びインクジェットインキ - Google Patents

分散剤、並びに、それを用いた顔料組成物、顔料分散体、及びインクジェットインキ Download PDF

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Description

本発明は、分散剤に関し、更に詳しくは、塗料及び着色樹脂組成物等の分野に適する、分散性、流動性、及び保存安定性に優れた顔料分散体を製造することのできる分散剤、及びそれを用いた顔料組成物に関する。
また、本発明は、分散剤と色材とを含む、分散性、流動性、保存安定性、印字適性、及び印字物耐性に優れたインクジェットインキを提供することを目的とする。
<分散剤>
一般に、インキ等を製造する場合、顔料を安定に高濃度で分散することが難しく、製造工程や製品そのものに対して種々の問題を引き起こすことが知られている。例えば、微細な粒子からなる顔料を含む分散体は往々にして高粘度を示し、製品の分散機からの取り出しや輸送が困難となるばかりでなく、高粘度化が顕著な場合は保存中にゲル化を起こし、使用困難となることさえある。更に展色物の表面に関しては光沢の低下、レベリング不良等の状態不良を生じる。また、異種の顔料を混合して使用する場合、凝集による色別れや、沈降等の現象により展色物に色むらや著しい着色力の低下が現れることがある。
そこで一般的には、分散状態を良好に保つために分散剤が利用されている。分散剤は、顔料に吸着する部位と、分散媒である溶剤に親和性の高い部位との構造を持ち合わせ、この2つの機能の部位のバランスで分散剤の性能は決まる。分散剤は、被分散物である顔料の表面状態に合わせ、種々のものが使用されているが、酸性に偏った表面を有する顔料には塩基性の分散剤が使用されるのが一般的である。この場合、塩基性の官能基が顔料の吸着部位となる。塩基性の官能基としてアミノ基を有する分散剤は、例えば特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6等に記載されている。
しかし、特許文献1、特許文献2、及び特許文献3に記載の分散剤では、分散能力は持ち合わせるが、側鎖が限定され、使用できる溶剤やバインダー樹脂の種類が限定されていた。また、特許文献4、特許文献5、及び特許文献6に記載の分散剤では、ある程度の分散能力は持ち合わせるが、低粘度で安定な分散体をつくるには使用量を多くする必要があった。しかし、使用量を多くすることは、インキ、塗料等への展開を考える上で、塗膜の耐性が落ちる場合がある等好ましいものではなかった。
また、特許文献7、及び特許文献8では水酸基2個を有するメルカプタン化合物を開始剤として重合性不飽和結合を有する化合物を重合させて得られるポリオールを用いることを特徴とするポリウレタン樹脂についての記述があるが、これを分散剤として使用した際には塩基性部位としてアミンが残存していないため、酸性に偏った表面を有する顔料に対して、十分な分散性が得られなかった。
また、特許文献9では水酸基2個を有するメルカプタン化合物を開始剤として重合性不飽和結合を有する化合物を重合させて得られるポリオールを用いることを特徴とするポリウレタンウレア樹脂についての記述があるが、粒子状ポリウレタンにしているため、これを分散剤として使用した際には酸性に偏った表面を有する顔料に対して、十分な分散性が得られなかった。
<インクジェットインキ>
従来インクジェットインキとしては、酸性染料、直接染料、又は塩基性染料等の水溶性染料をグリコールエーテル系溶剤と水に溶解したものが良く用いられていたが、近年では、耐久性が求められるサイン業界向けに顔料を用いたインキが多く使用されるようになってきた。しかし、インキを製造する場合、顔料を安定に高濃度で分散することが難しく、製造工程や製品そのものに対して種々の問題を引き起こすことが知られている。例えば、微細な粒子からなる顔料を含む分散体は往々にして高粘度を示し、高粘度化が顕著な場合は保存中にゲル化を起こし、使用困難となることさえある。特にインクジェットインキは微細なノズルを通って吐出されるため、高い安定性が求められている。保存中の増粘はノズル詰まりによる不吐出の原因となり致命的な欠陥となる。
そこで一般的には、分散状態を良好に保つために分散剤が利用されている。特に塩基性の官能基としてアミノ基を有する分散剤が好んで使われている。例えば特許文献10、及び特許文献11などに記載されている。
しかし、特許文献10、及び特許文献11に記載の分散剤では、分散安定性は高いが、塗膜の耐性が低い等問題があった。更に特許文献10、特許文献11、及び特許文献12に記載の分散剤では、組み合わせることができるバインダー樹脂と分散剤との種類が限定されてしまうために、塗膜耐性、及び/又は印字安定性が落ちる場合があるなど好ましいものではなかった。
特開平9−169821号公報 特開平9−194585号公報 特開2004−089787号公報 特開平1−236930号公報 特開平3−103478号公報 特開平16−344795号公報 特表昭57−500246号公報 特開昭63−066211号公報 特開平5−194702号公報 特開2007−284642号公報 特開2006−056990号公報 特開2007−169492号公報
本発明は、低使用量で分散性、流動性、及び保存安定性に優れ、バインダー樹脂や溶剤に制限されない顔料分散体を得るための分散剤の提供を目的とする。更に本発明は、オフセットインキ、グラビアインキ、カラーフィルタ用レジストインキ、インクジェットインキ、塗料、及び着色樹脂組成物等に適する、分散性、流動性に優れた分散性や安定性を付与できる、分散剤、該分散剤の製造方法、並びに、該分散剤を用いた顔料組成物、顔料分散体、及びインクジェットインキの提供を目的とする。
前記課題は、
片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)のヒドロキシル基と、ジイソシアネート(B)のイソシアネート基とを反応してなる片末端領域に2つのイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(E)のイソシアネート基と、
ポリアミン(C)を含むアミン化合物の一級及び/又は二級アミノ基と、
を反応させてなる分散剤であり、
アミン価が1〜100mgKOH/gであることを特徴とする分散剤により解決される。
また、本発明は、アミン化合物が、ポリアミン(C)の他にモノアミン(D)を含むことを特徴とする前記分散剤に関する。
また、本発明は、片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)が、分子内に2つのヒドロキシル基と1つのチオール基とを有する化合物(a1)の存在下に、エチレン性不飽和単量体(a2)をラジカル重合してなることを特徴とする前記分散剤に関する。
また、本発明は、エチレン性不飽和単量体(a2)が、低級アルキル(メタ)アクリレートを含むことを特徴とする前記分散剤に関する。
また、本発明は、エチレン性不飽和単量体(a2)の合計100重量%中、低級アルキル(メタ)アクリレートが、30〜100重量%であることを特徴とする前記分散剤に関する。
また、本発明は、片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)の重量平均分子量が、500〜30,000であることを特徴とする前記分散剤に関する。
また、本発明は、ポリアミン(C)が、2つの一級及び/又は二級アミノ基を有する化合物であることを特徴とする前記分散剤に関する。
また、本発明は、ポリアミン(C)が、両末端に2つの一級及び/又は二級アミノ基を有し、更に、両末端以外に二級及び/又は三級アミノ基を有する化合物であることを特徴とする前記分散剤に関する。
また、本発明は、重量平均分子量が、1,000〜100,000であることを特徴とする前記分散剤に関する。
一方、本発明は、
分子内に2つのヒドロキシル基と1つのチオール基とを有する化合物(a1)の存在下、エチレン性不飽和単量体(a2)をラジカル重合してなる、片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)を製造する第一の工程と、
前記片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)のヒドロキシル基とジイソシアネート(B)のイソシアネート基とを反応してなる片末端領域に2つのイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(E)を製造する第二の工程と、
片末端領域に2つのイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(E)のイソシアネート基と少なくともポリアミン(C)を含むアミン化合物の一級及び/又は二級アミノ基とを反応させる第三の工程と、
を含む分散剤の製造方法に関する。
また、本発明は、アミン化合物が、ポリアミン(C)の他にモノアミン(D)を含むことを特徴とする前記分散剤の製造方法に関する。
また、前記、第一の工程、第二の工程、及び/又は第三の工程が溶剤中で行なわれ、該溶剤が、ジエチレングリコールジエチルエーテルであることを特徴とする前記の分散剤の製造方法に関する。
一方、本発明は、前記分散剤、及び顔料を含むことを特徴とする顔料組成物に関する。
また、更に、下記一般式(1)、下記一般式(2)、及び下記一般式(3)で表される酸性置換基を有する色素誘導体の群から選ばれる少なくとも一種類以上の色素誘導体を含むことを特徴とする前記顔料組成物に関する。
一般式(1):
P−Z1
[一般式(1)中、Pは、アゾ系、ベンズイミダゾロン系、フタロシアニン系、キナクリドン系、アントラキノン系、ジオキサジン系、ジケトピロロピロール系、キノフタロン系、イソインドリノン系、イソインドリン系、ペリレン系、ペリノン系、フラバンスロン系、ピランスロン系、及びアンスラピリミジン系から選ばれる一種の有機色素残基であり、Z1は、スルホン酸基、又はカルボキシル基である。]
一般式(2):
(P−Z2)[N+(R1,R2,R3,R4)]
[一般式(2)中、Pは、アゾ系、ベンズイミダゾロン系、フタロシアニン系、キナクリドン系、アントラキノン系、ジオキサジン系、ジケトピロロピロール系、キノフタロン系、イソインドリノン系、イソインドリン系、ペリレン系、ペリノン系、フラバンスロン系、ピランスロン系、及びアンスラピリミジン系から選ばれる一種の有機色素残基であり、R1は、炭素数5〜20のアルキル基であり、R2,R3,及びR4は、それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1〜20のアルキル基であり、Z2は、SO3 -、又はCOO-である。]
一般式(3):
(P−Z2)M+
[一般式(3)中、Pは、アゾ系、ベンズイミダゾロン系、フタロシアニン系、キナクリドン系、アントラキノン系、ジオキサジン系、ジケトピロロピロール系、キノフタロン系、イソインドリノン系、イソインドリン系、ペリレン系、ペリノン系、フラバンスロン系、ピランスロン系、及びアンスラピリミジン系から選ばれる一種の有機色素残基であり、Mは、Na原子、又はK原子であり、Z2は、SO3 -、又はCOO-である。]
一方、本発明は、前記顔料組成物を、溶剤、又はワニスに分散させてなる顔料分散体に関する。
一方、本発明は、前記顔料分散体、及びバインダー樹脂を含むことを特徴とするインクジェットインキに関する。
また、本発明は、バインダー樹脂が、エチレン性不飽和単量体(a3)をラジカル重合してなることを特徴とする前記インクジェットインキに関する。
また、本発明は、エチレン性不飽和単量体(a3)が、メチルメタクリレートを含むことを特徴とする前記インクジェットインキに関する。
また、本発明は、エチレン性不飽和単量体(a3)が、更にブチルメタクリレートを含むことを特徴とする前記インクジェットインキに関する。
また、本発明は、エチレン性不飽和単量体(a3)の合計100重量%中、メチルメタクリレートとブチルメタクリレートとの合計が30〜100重量%であることを特徴とする前記インクジェットインキに関する。
また、本発明は、エチレン性不飽和単量体(a3)の合計100重量%中、下記一般式(4)で表される単量体が、5〜100重量%であることを特徴とする前記インクジェットインキに関する。
一般式(4):
[一般式(4)中、R5は、炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は炭素数6〜15の脂環式のアルキル基である。]
また、溶剤として、ジエチレングリコールジエチルエーテルを含むことを特徴とする前記インキジェットインクに関する。
本発明の分散剤を使用することにより、従来得られなかった分散性、流動性、及び保存安定性を有する顔料組成物を提供することができる。更に、本発明の分散剤は、顔料又は顔料組成物を、溶剤又はワニス中に、顔料粒子が凝集することなく、長期にわたって安定に分散することができるため、オフセットインキ、グラビアインキ、カラーフィルタ用レジストインキ、インクジェットインキ、塗料、及び着色樹脂組成物等に適する高い分散性及び高い保存安定性を有する顔料分散体を提供することができる。
特にインクジェット用途では、本発明により分散性、流動性に優れ、高い経時安定性、印字適性、塗膜の耐性に優れたインクジェットインキを提供することができる。
本明細書では、「(メタ)アクリロイル」、「(メタ)アクリル」、「(メタ)アクリル酸」、「(メタ)アクリレート」、「(メタ)アクリロイルオキシ」、又は「(メタ)アクリルアミド」と表記した場合には、特に説明がない限り、それぞれ、「アクリロイル及び/又はメタクリロイル」、「アクリル及び/又はメタクリル」、「アクリル酸及び/又はメタクリル酸」、「アクリレート及び/又はメタクリレート」、「アクリロイルオキシ及び/又はメタクリロイルオキシ」、又は「アクリルアミド及び/又はメタクリルアミド」を表すものとする。
{分散剤}
一般に、顔料分散剤は、顔料に吸着する部位と、分散媒である溶剤に親和性の高い部位との構造を持ち合わせ、この2つの部位のバランスで分散剤の性能が決まる。つまり、分散性を発現させるためには、分散剤の顔料に吸着する性能と、分散媒である溶剤への親和性がともに非常に重要である。
本発明は、顔料担体(バインダー樹脂等)及び分散媒(有機溶剤等)を限定することなく、酸性に偏った表面を有する顔料を分散し、流動性及び保存安定性に優れた顔料分散体を製造し得る従来にない分散剤の提供を目的としている。
また、本発明のインクジェットインキの最大の特徴は、下記分散剤を含むことである。
本発明の分散剤は、
片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)のヒドロキシル基と、 ジイソシアネート(B)のイソシアネート基とを反応してなる片末端領域に2つのイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(E)のイソシアネート基と、
ポリアミン(C)[及び場合によりモノアミン(D)]を含むアミン化合物の一級及び/又は二級アミノ基と、
を反応させることによって合成される。
本発明による分散剤分子において、ビニル重合体(A)に由来し、側鎖として主鎖にグラフトされるビニル重合体部位は、広範囲にわたる顔料担体及び分散媒との親和性に優れ、溶剤親和性部位として機能する。また、本発明による分散剤分子において、主鎖のウレア結合部位が、酸性に偏った顔料表面の吸着基として機能する。更に、より吸着性を向上させるために、主鎖にアミノ基を導入することも可能である。
本発明の分散剤の各構成要素について説明する。
《片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)》
片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)(以下、ビニル重合体(A)と略記する場合がある。)は、分子内に2つのヒドロキシル基と1つのチオール基とを有する化合物(a1)の存在下に、エチレン性不飽和単量体(a2)をラジカル重合することで得ることができる。ビニル重合体(A)のビニル重合体部位は、バインダー樹脂等の顔料担体及び分散媒である溶剤に親和性の高い部位であり、下記一般式(5)で表される。
一般式(5):
[一般式(5)中、
6は、化合物(a1)からヒドロキシル基とチオール基とを除く残基であり、
7は、エチレン性不飽和単量体(a2)から二重結合部位及びR8を除く残基であり、
8は水素原子又はメチル基であり、
nは、2以上の整数、好ましくは3〜200の整数である。
ここでR6がビニル重合体(A)でいう、末端領域となる。]
<分子内に2つのヒドロキシル基と1つのチオール基とを有する化合物(a1)>
分子内に2つのヒドロキシル基と1つのチオール基とを有する化合物(a1)(以下、化合物(a1)と表記する場合がある。)としては、分子内に2つのヒドロキシル基と1つのチオール基とを有する化合物であれば特に限定されず、例えば、1−メルカプト−1,1−メタンジオール、1−メルカプト−1,1−エタンジオール、3−メルカプト−1,2−プロパンジオール(チオグリセリン、若しくはチオグリセロールとも言う。)、2−メルカプト−1,2−プロパンジオール、2−メルカプト−2−メチル−1,3−プロパンジオール、2−メルカプト−2−エチル−1,3−プロパンジオール、1−メルカプト−2,2−プロパンジオール、2−メルカプトエチル−2−メチル−1,3−プロパンジオール、又は2−メルカプトエチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール等が挙げられる。
一般式(5)中の化合物(a1)からヒドロキシル基とチオール基とを除く残基R6は、特に限定されないが、溶剤、ワニス、又はバインダー樹脂との相溶性の観点から、炭素数1〜20の直鎖状又は分岐状アルキル基が好ましく、上記に挙げた化合物(a1)のような、炭素数1〜7の直鎖状又は分岐状アルキル基がより好ましい。2つのヒドロキシル基と1つのチオール基は、それぞれ異なる炭素に結合していても、一部同じ炭素に結合していても、すべて同じ炭素に結合していても構わない。
目的とする片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)の分子量にあわせて、化合物(a1)とエチレン性不飽和単量体(a2)と、任意に重合開始剤とを混合して加熱することでビニル重合体(A)を得ることができる。化合物(a1)は、エチレン性不飽和単量体(a2)100重量部に対して、0.5〜30重量部用いて、塊状重合又は溶液重合により得ることが好ましく、より好ましくは1〜20重量部、更に好ましくは2〜15重量部、特に好ましくは2〜10重量部である。反応温度は、40〜150℃、好ましくは50〜110℃である。0.5重量部未満であると、ビニル重合体部位の分子量が高すぎて、顔料担体及び溶剤に対する親和性部位として、その絶対量が増えてしまい、分散性の効果自体が低下する場合があり、30重量%を超えると、ビニル重合体部(A)の分子量が低すぎて、顔料担体及び溶剤に対する親和性部位として、その立体反発の効果がなくなると共に、顔料の凝集を抑えることが困難になる場合がある。
<重合開始剤>
重合の際、エチレン性不飽和単量体(a2)100重量部に対して、任意に0.001〜5重量部の重合開始剤を使用することができる。重合開始剤としては、アゾ系化合物及び有機過酸化物を用いることができる。
アゾ系化合物の例としては、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチル−4−メトキシバレロニトリル)、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、4,4’−アゾビス(4−シアノバレリック酸)、2,2’−アゾビス(2−ヒドロキシメチルプロピオニトリル)、又は2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]等が挙げられる。
有機過酸化物の例としては、過酸化ベンゾイル、t−ブチルパーベンゾエイト、クメンヒドロパーオキシド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−n−プロピルパーオキシジカーボネート、ジ(2−エトキシエチル)パーオキシジカーボネート、t−ブチルパーオキシネオデカノエート、t−ブチルパーオキシビバレート、(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキシド、ジプロピオニルパーオキシド、又はジアセチルパーオキシド等が挙げられる。
これらの重合開始剤は、単独で、もしくは2種類以上組み合わせて用いることができる。
<重合溶剤>
溶液重合の場合には、重合溶媒として、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、トルエン、キシレン、アセトン、ヘキサン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、又はジエチレングリコールジ低級アルキルエーテル等が用いられ、特にこれらに限定されるものではないが、分散安定性の観点で、ジエチレングリコール低級アルキルエーテルが好ましく、その中でも、低臭気の観点で、ジエチレングリコールジエチルエーテルが特に好ましい。
これらの重合溶媒は、2種類以上混合して用いることもできるが、最終用途で使用する溶剤であることが好ましい。
<エチレン性不飽和単量体(a2)>
エチレン性不飽和単量体(a2)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、t−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、トリメチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、又はイソボルニル(メタ)アクリレート等のアルキル(メタ)アクリレート類;
フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、又はフェノキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート等の芳香族(メタ)アクリレート類;
テトラヒドロフルフリール(メタ)アクリレート、又はオキセタン(メタ)アクリレート等の複素環式(メタ)アクリレート類;
メトキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、又はエトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート等のアルコキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート類;
(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、ダイアセトン(メタ)アクリルアミド、又はアクリロイルモルホリン等のN置換型(メタ)アクリルアミド類;
N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、又はN,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等のアミノ基含有(メタ)アクリレート類;あるいは、
(メタ)アクリロニトリル等のニトリル類等が挙げられる。
また、上記アクリル系単量体と併用できる単量体として、
スチレン、又はα−メチルスチレン等のスチレン類;
エチルビニルエーテル、n−プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、又はイソブチルビニルエーテル等のビニルエーテル類;あるいは、
酢酸ビニル、又はプロピオン酸ビニル等の脂肪酸ビニル類等が挙げられる。
また、カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体を併用することもできる。カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマール酸、又はクロトン酸等から1種又は2種以上を選択することができる。
<重合条件等>
本発明においては、上記に例示したエチレン性不飽和単量体(a2)の中でも、分散性及び塗膜耐性の観点から、低級アルキル(メタ)アクリレート(低級アルキル部分の炭素原子数は1〜4)、特にメチルメタクリレートが好ましく用いられ、顔料担体及び分散媒との親和性の観点から、メチルメタクリレートと、n−ブチルメタクリレート又はt−ブチルメタクリレートと、を併用することがより好ましい。エチレン性不飽和単量体(a2)として、メチルメタクリレートを使用し、n−ブチルメタクリレート又はt−ブチルメタクリレートを使用しない場合には、エチレン性不飽和単量体(a2)の合計100重量%中、メチルメタクリレートの割合が30〜100重量%であることが好ましく、50〜100重量%であることがより好ましい。また、エチレン性不飽和単量体(a2)として、メチルメタクリレートと、n−ブチルメタクリレート又はt−ブチルメタクリレートと、を併用する場合には、両者の合計が、エチレン性不飽和単量体(a2)の30〜100重量%を占めることが好ましく、50〜100重量%を占めることがより好ましい。エチレン性不飽和単量体(a2)として、メチルメタクリレートを使用した場合、更には、メチルメタクリレートと、n−ブチルメタクリレート又はt−ブチルメタクリレートと、を併用した場合には、顔料分散性がより良好となる。メチルメタクリレートと、n−ブチルメタクリレート又はt−ブチルメタクリレートと、の共重合部位は、分散性等の基本物性を保ちつつ、バインダー樹脂や分散溶媒との親和性もよく、汎用性が高い。
片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)の、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)によるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)としては、500〜30,000であることが好ましく、1,000〜15,000であることがより好ましく、1,000〜8,000であることが特に好ましい。該重量平均分子量が500未満では、溶媒親和部による立体反発の効果が少なくなるとともに、顔料の凝集を防ぐことが困難となり、分散安定性が不十分となる場合がある。また、30,000を超えると、溶媒親和部の絶対量が増えてしまい、分散性の効果自体が低下する場合がある。更に、分散体の粘度が高くなる場合がある。
該重量平均分子量が500〜30,000であれば、顔料の凝集を防ぐことにより、顔料分散体の粘度上昇を抑えることに有利である。
片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)のガラス転移温度(Tg)は、塗膜の耐性が向上するという点から、50〜200℃が好ましく、50〜120℃がより好ましい。
片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)のTgは、下記のFoxの式で算出した値を用いた。なお、分子内に2つのヒドロキシル基と1つのチオール基とを有する化合物(a1)由来の骨格もビニル重合体(A)中に存在するが、ガラス転移温度を計算する以下の計算から除くものとする。
1/Tg=W1/Tg1+W2/Tg2+・・・+Wn/Tgn
W1からWnは、使用している各単量体の重量分率を示し、Tg1からTgnは、各単量体から得られるそれぞれのホモポリマーのガラス転移温度(単位は絶対温度「K」)を示す。
算出に使用する主なホモポリマーのTgを下記に例示する。
メチルメタクリレート:105℃(378K)
n−ブチルメタクリレート:20℃(293K)
t−ブチルメタクリレート:107℃(380K)
ラウリルメタクリレート:−65℃(208K)
2−エチルヘキシルメタクリレート:−10℃(263K)
シクロヘキシルメタクリレート:66℃(339K)
n−ブチルアクリレート:−45℃(228K)
エチルアクリレート:−20℃(253K)
ベンジルメタクリレート:54℃(327K)
スチレン:100℃(373K)
《ジイソシアネート(B)》
本発明に用いられるジイソシアネート(B)としては、ポリウレタン等の合成時に従来から使用されている、公知のものを使用することができ、例えば、芳香族基を有するジイソシアネート(b1)、脂肪族基を有するジイソシアネート(b2)、芳香基及び脂肪族基を有するジイソシアネート(b3)、又は脂環族基を有するジイソシアネート(b4)等が挙げられる。
芳香族基を有するジイソシアネート(b1)としては、キシリレンジイソシアネート、1,3−フェニレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルジイソシアネート、1,4−フェニレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、4,4’−トルイジンジイソシアネート、ナフチレンジイソシアネート、又は1,3−ビス(イソシアネートメチル)ベンゼン等が挙げられる。
脂肪族基を有するジイソシアネート(b2)としては、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ペンタメチレンジイソシアネート、1,2−プロピレンジイソシアネート、2,3−ブチレンジイソシアネート、1,3−ブチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、又は2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等を挙げることができる。
芳香族基及び脂肪族基を有するジイソシアネート(b3)としては、ω,ω’−ジイソシアネート−1,3−ジメチルベンゼン、ω,ω’−ジイソシアネート−1,4−ジメチルベンゼン、ω,ω’−ジイソシアネート−1,4−ジエチルベンゼン、1,4−テトラメチルキシリレンジイソシアネート、又は1,3−テトラメチルキシリレンジイソシアネート等を挙げることができる。
脂環族基を有するジイソシアネート(b4)としては、3−イソシアネートメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート(IPDI)、1,3−シクロペンタンジイソシアネート、1,3−シクロヘキサンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、メチル−2,4−シクロヘキサンジイソシアネート、又はメチル−2,6−シクロヘキサンジイソシアネート等を挙げることができる。
以上、列挙したジイソシアネート(B)は、必ずしもこれらに限定されるものではなく、2種類以上を併用して使用することもできる。
本発明に用いられるジイソシアネート(B)としては、3−イソシアナートメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート[別名:イソホロンジイソシアネート、IPDI]が難黄変性であるために好ましい。
《ポリアミン(C)》
本発明に用いられるポリアミン(C)としては、少なくとも2つの一級及び/又は二級アミノ基を有する化合物であり、イソシアネート基と反応しウレア結合を生成するために用いられる。このようなアミンとしてジアミン(c1)が挙げられる。
2つの一級アミノ基を有するジアミン(c1)としては、ポリウレタン等の合成時に、鎖延長剤として、従来から使用されている、公知のものを使用することができ、具体的には、
エチレンジアミン、プロピレンジアミン[別名:1,2−ジアミノプロパン又は1,2−プロパンジアミン]、トリメチレンジアミン[別名:1,3−ジアミノプロパン又は1,3−プロパンジアミン]、テトラメチレンジアミン[別名:1,4−ジアミノブタン]、2−メチル−1,3−プロパンジアミン、ペンタメチレンジアミン[別名:1,5−ジアミノペンタン]、ヘキサメチレンジアミン[別名:1,6−ジアミノヘキサン]、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジアミン、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、又はトリレンジアミン等の脂肪族ジアミン;
イソホロンジアミン、又はジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジアミン等の脂環式ジアミン;あるいは、
フェニレンジアミン、又はキシリレンジアミン等の芳香族ジアミン等を挙げることができる。
また、2つの二級アミノ基を有するジアミン(c1)としては、ポリウレタン等の合成時に、鎖延長剤として、従来から使用されている、公知のものを使用することができ、具体的には、
N,N−ジメチルエチレンジアミン、N,N−ジエチルエチレンジアミン、又はN,N’−ジ−tert−ブチルエチレンジアミン等を挙げることができる。
また、一級及び二級アミノ基を有するジアミン(c1)としては、ポリウレタン等の合成時に、鎖延長剤として、従来から使用されている、公知のものを使用することができ、具体的には、
N−メチルエチレンジアミン[別名:メチルアミノエチルアミン]、N−エチルエチレンジアミン[別名:エチルアミノエチルアミン]、N−メチル−1,3−プロパンジアミン[別名:N−メチル−1,3−ジアミノプロパン又はメチルアミノプロピルアミン]、N,2−メチル−1,3−プロパンジアミン、N−イソプロピルエチレンジアミン[別名:イソプロピルアミノエチルアミン]、N−イソプロピル−1,3−ジアミノプロパン[別名:N−イソプロピル−1,3−プロパンジアミン又はイソプロピルアミノプロピルアミン]、又はN−ラウリル−1,3−プロパンジアミン[別名:N−ラウリル−1,3−ジアミノプロパン又はラウリルアミノプロピルアミン]等挙げることができる。
本発明のポリアミンは少なくとも2つの一級及び/又は二級アミノ基を有する化合物であり、一級及び/又は二級アミンがイソシアネート基と反応してウレア基を生成する、このウレア基が顔料吸着部位になるが、ポリアミン(C)が、両末端に2つの一級及び/又は二級アミノ基を有し、更に、両末端以外に二級及び/又は三級アミノ基を有する化合物である場合には、酸性顔料に対しての吸着性が向上するため、特に好ましい。
このようなポリアミン(C)としては、以下の様な両末端に2つの一級及び/又は二級アミノ基を有し、更に、両末端以外に二級及び/又は三級アミノ基を有するポリアミン(c2)が挙げられる。
ポリアミン(c2)としては、
メチルイミノビスプロピルアミン[別名:N,N−ビス(3−アミノプロピル)メチルアミン]、ラウリルイミノビスプロピルアミン[別名:N,N−ビス(3−アミノプロピル)ラウリルアミン]、イミノビスプロピルアミン[別名:N,N−ビス(3−アミノプロピル)アミン]、N,N’−ビスアミノプロピル−1,3−プロピレンジアミン、又はN,N’−ビスアミノプロピル−1,4−ブチレンジアミン等を挙げることができ、
2つの1級アミノ基と1つの3級アミノ基を有するメチルイミノビスプロピルアミン、又はラウリルイミノビスプロピルアミンは、ジイソシアネートとの反応制御がし易く好ましい。
2つの1級アミノ基と1つの2級アミノ基を有するイミノビスプロピルアミンは、顔料への吸着性が良く好ましい。
また、本発明のポリアミン(C)としては、2つ以上の一級及び/又は二級アミノ基を有する重合体(c3)も使用することができる。
一級及び/又は二級アミノ基を有する重合体(c3)としては、一級アミノ基を有するエチレン性不飽和単量体や二級アミノ基を有するエチレン性不飽和単量体、例えば、ビニルアミンやアリルアミンの単独重合体(いわゆるポリビニルアミンやポリアリルアミン)、あるいはそれらと他のエチレン性不飽和単量体との共重合体、及び、エチレンイミンの開環重合体や塩化エチレンとエチレンジアミンとの重縮合体やオキサゾリドン−2の開環重合体(いわゆるポリエチレンイミン)から選ばれることが好ましい。重合体中における一級及び/又は二級アミノ基の含有率としては、重合体を基準として、単量体単位で10〜100重量%が好ましく、20〜100重量%がより好ましい。含有率が10重量%以上であれば、顔料の凝集を防ぎ、粘度の上昇を抑えることに効果的である。
一級アミノ基を有するエチレン性不飽和単量体や二級アミノ基を有するエチレン性不飽和単量体と共重合可能なエチレン性不飽和単量体としては、例えば、
(メタ)アクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、又はフマール酸等の不飽和カルボン酸;
スチレン、α−メチルスチレン、p−ヒドロキシスチレン、クロロメチルスチレン、インデン、又はビニルトルエン等の芳香族ビニル化合物;
メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレート、又は2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル;
ベンジル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アルキルアリールエステル;
グリシジル(メタ)アクリレート、又は2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等の官能基を有する(メタ)アクリル酸置換アルキルエステル;
ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、又はジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート等の三級アミノ基を有する(メタ)アクリル酸置換アルキルエステル;
(メタ)アクリルアミド、ジメチル(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミド、n−ブチル(メタ)アクリルアミド、tert−ブチル(メタ)アクリルアミド、又はtert−オクチル(メタ)アクリルアミド等のアルキル(メタ)アクリルアミド;
ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、又はジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等の置換アルキル(メタ)アクリルアミド;
1,3−ブタジエン、又はイソプレン等のジエン化合物;
片末端メタクリロイル化ポリメチルメタクリレートオリゴマー、片末端メタクリロイル化ポリスチレンオリゴマー、又は片末端メタクリロイル化ポリエチレングリコール等の重合性オリゴマー(マクロモノマー);あるいは、
シアン化ビニル等を挙げることができる。
一級及び/又は二級アミノ基を有する重合体の、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)によるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)としては、300〜75,000であることが好ましく、300〜20,000であることがより好ましく、500〜5,000であることが特に好ましい。該重量平均分子量が300〜75,000であれば、顔料の凝集を防ぐことにより、顔料分散体の粘度上昇を抑えることに効果的である。
《モノアミン(D)》
本発明の分散剤を構成するアミン化合物としては、ポリアミン(C)の他に、更にモノアミン(D)も使用することができる。モノアミン(D)としては、分子内に第一級アミノ基又は第二級アミノ基を1個有するモノアミン化合物であり、モノアミン(D)は、ジイソシアネート(B)とポリアミン(C)の反応において高分子量化しすぎるのを抑えるため、反応停止剤として使用される。モノアミン(D)は、分子内に第一級アミノ基又は第二級アミノ基以外の他の極性官能基を有していることもできる。このような極性官能基としては、水酸基、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、シアノ基、ニトロキシル基等が挙げられる。
モノアミン(D)としては、ポリウレタン等の合成時に、反応停止剤として、従来から使用されている、公知のものが使用でき、具体的には、
アミノメタン、アミノエタン、1−アミノプロパン、2−アミノプロパン、1−アミノブタン、2−アミノブタン、1−アミノペンタン、2−アミノペンタン、3−アミノペンタン、イソアミルアミン、N−エチルイソアミルアミン、1−アミノヘキサン、1−アミノヘプタン、2−アミノヘプタン、2−オクチルアミン、1−アミノノナン、1−アミノデカン、1−アミノドデカン、1−アミノトリデカン、1−アミノヘキサデカン、ステアリルアミン、アミノシクロプロパン、アミノシクロブタン、アミノシクロペンタン、アミノシクロヘキサン、アミノシクロドデカン、1−アミノ−2−エチルヘキサン、1−アミノ−2−メチルプロパン、2−アミノ−2−メチルプロパン、3−アミノ−1−プロペン、3−アミノメチルヘプタン、3−イソプロポキシプロピルアミン、3−ブトキシプロピルアミン、3−イソブトキシプロピルアミン、2−エチルヘキシロキシプロピルアミン、3−デシロキシプロピルアミン、3−ラウリロキシプロピルアミン、3−ミリスチロキシプロピルアミン、2−アミノメチルテトラヒドロフラン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、N−メチルエチルアミン、N−メチルイソプロピルアミン、N−メチルヘキシルアミン、ジイソプロピルアミン、ジn−プロピルアミン、ジn−ブチルアミン、ジsec−ブチルアミン、N−エチル−1,2−ジメチルプロピルアミン、ピペリジン、2−ピペコリン、3−ピペコリン、4−ピペコリン、2,4−ルペチジン、2,6−ルペチジン、3,5−ルペチジン、3−ピペリジンメタノール、ピペコリニックアシッド、イソニペコチックアシッド、メチルイソニペコテート、エチルイソニペコテート、2−ピペリジンエタノール、4−ピペリジンエタノール、4−ピペリジンブチリックアシッド塩酸塩、4−ピペリジノール、ピロリジン、3−アミノピロリジン、3−ピロリジノール、インドリン、アニリン、N−ブチルアニリン、o−アミノトルエン、m−アミノトルエン、p−アミノトルエン、o−ベンジルアニリン、p−ベンジルアニリン、1−アニリノナフタレン、1−アミノアントラキノン、2−アミノアントラキノン、1−アミノアントラセン、2−アミノアントラセン、5−アミノイソキノリン、o−アミノジフェニル、4−アミノジフェニルエーテル、β−アミノエチルベンゼン、2−アミノベンゾフェノン、4−アミノベンゾフェノン、o−アミノアセトフェノン、m−アミノアセトフェノン、p−アミノアセトフェノン、ベンジルアミン、N−メチルベンジルアミン、3−ベンジルアミノプロピオニックアシッドエチルエーテル、4−ベンジルピペリジン、α−フェニルエチルアミン、フェネシルアミン、p−メトキシフェネシルアミン、フルフリルアミン、p−アミノアゾベンゼン、m−アミノフェノール、p−アミノフェノール、アリルアミン、2−アミノ−2−メチル−プロパノール又はジフェニルアミン等が挙げられる。
中でも、脂肪族アミンで第二級アミノ基のみを有するモノアミン化合物は、分散剤の分散性を向上させるため、好ましい。
第二級アミノ基のみを有する脂肪族モノアミン化合物としては、
ジメチルアミン、ジエチルアミン、N−メチルエチルアミン、N−メチルイソプロピルアミン、N−メチルヘキシルアミン、ジイソプロピルアミン、ジn−プロピルアミン、ジn−ブチルアミン、ジsec−ブチルアミン、N−エチル−1,2−ジメチルプロピルアミン、ピペリジン、2−ピペコリン、3−ピペコリン、4−ピペコリン、2,4−ルペチジン、2,6−ルペチジン、3,5−ルペチジン、3−ピペリジンメタノール、2−ピペリジンエタノール、4−ピペリジンエタノール、4−ピペリジノール、ピロリジン、3−アミノピロリジン、又は3−ピロリジノール等が挙げられる。
また、三級アミノ基は、イソシアネート基と反応する活性水素を有していないため、一級又は二級アミノ基と、三級アミノ基とを有するジアミンは、モノアミン(D)と同様に反応停止剤として使用することができ、本発明による分散剤の重合体末端に、顔料吸着能を向上させる効果がある三級アミノ基を導入することができる。
一級又は二級アミノ基と、三級アミノ基とを有するジアミンとしては、
N,N−ジメチルエチレンジアミン、N,N−ジエチルエチレンジアミン、N,N−ジメチル−1,3−プロパンジアミン、又はN,N,2,2−テトラメチル−1,3−プロパンジアミン等の一級アミノ基と三級アミノ基とを有するジアミン;あるいは、
N,N,N’−トリメチルエチレンジアミン等の二級アミノ基と三級アミノ基とを有するジアミンを挙げることができる。
これらの反応停止剤として作用するアミンアミン化合物は、一種類又は二種類以上混合して用いてもよい。なお、一級アミノ基とイソシアネート基が反応した後のウレア結合の活性水素は、反応性が低く、本発明の分散剤の重合条件では、それ以上イソシアネート基と反応し、分子量が大きくなることはない。
《ウレタンプレポリマー(E)》
ウレタンプレポリマー(E)は片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)のヒドロキシル基と、ジイソシアネート(B)のイソシアネート基と、を反応して得られる。
例えば、ビニル重合体(A)のモル数をα、ジイソシアネート(B)のモル数をβとした場合、α/β=α/(α+1)の時、理論上、片末端領域に2つのイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーが得られる。αを正の整数とすると、αが大きくなるほど分子量が高くなる。実際の構造制御については、詳しくは後述する。
<合成触媒(F)>
ウレタンプレポリマー(E)の合成時には、ポリウレタン等の合成触媒として従来から使用されている、公知の触媒(F)を使用することができ、例えば三級アミン系化合物、又は有機金属系化合物等を挙げることができる。
三級アミン系化合物としては、例えば、
トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、N,N−ジメチルベンジルアミン、N−メチルモルホリン、又はジアザビシクロウンデセン(DBU)等を挙げることができる。
有機金属系化合物としては錫系化合物、又は非錫系化合物を挙げることができる。
錫系化合物としては、例えば、
ジブチル錫ジクロライド、ジブチル錫オキサイド、ジブチル錫ジブロマイド、ジブチル錫ジマレエート、ジブチル錫ジラウレート(DBTDL)、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫スルファイド、トリブチル錫スルファイド、トリブチル錫オキサイド、トリブチル錫アセテート、トリエチル錫エトキサイド、トリブチル錫エトキサイド、ジオクチル錫オキサイド、トリブチル錫クロライド、トリブチル錫トリクロロアセテート、又は2−エチルヘキサン酸錫等を挙げることができる。
非錫系化合物としては、例えば、
ジブチルチタニウムジクロライド、テトラブチルチタネート、又はブトキシチタニウムトリクロライド等のチタン系、オレイン酸鉛;
2−エチルヘキサン酸鉛、安息香酸鉛、又はナフテン酸鉛等の鉛系;
2−エチルヘキサン酸鉄、又は鉄アセチルアセトネート等の鉄系;
安息香酸コバルト、又は2−エチルヘキサン酸コバルト等のコバルト系;
ナフテン酸亜鉛、又は2−エチルヘキサン酸亜鉛等の亜鉛系;あるいは、
ナフテン酸ジルコニウム等のジルコニウム系を挙げることができる。
上記触媒の中で、ジブチル錫ジラウレート(DBTDL)、又は2−エチルヘキサン酸錫等が反応性や衛生性の点で好ましい。
上記三級アミン系化合物、又は有機金属系化合物等の触媒は、場合によっては単独でも使用できるが、併用することもできる。
ウレタンプレポリマー(E)合成時に用いる有機金属化合物触媒は、後述のアミンとの更なる反応においても、該反応を著しく促進する。
<合成溶剤>
本発明においてウレタンプレポリマー(E)の合成時には、ポリウレタン等の合成溶剤として、公知の溶剤が好適に使用される。溶剤の使用は反応制御を容易にする役割を果たす。
かかる目的で使用される溶剤としては、例えば、
酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、トルエン、キシレン、アセトン、ヘキサン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノ低級アルキルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノ低級アルキルエーテルアセテート、又はジエチレングリコールジ低級アルキルエーテル等が用いられ、特にこれらに限定されるものではない。
ウレタンプレポリマー(E)の溶解性、溶剤の沸点等、アミンの溶解性の点から、特に酢酸エチル、トルエン、メチルエチルケトン、ジエチレングリコールジ低級アルキルエーテル低級アルキル、又はこれらの混合溶剤が好ましい。その中でも、分散安定性の観点で、ジエチレングリコール低級アルキルエーテルが好ましく、低臭気の観点で、ジエチレングリコールジエチルエーテルが特に好ましい。
また、溶剤を使用した場合のウレタンプレポリマー反応系内の濃度は、ウレタンプレポリマーの固形分濃度に換算して、反応制御の観点から、好ましくは30〜95重量%であり、粘度制御の観点から、更に好ましくは40〜90重量%である。30重量%未満では、反応が遅くなり、未反応物が残ることがあるため好ましくない。95重量%を超えると、反応が部分的に急激に進む場合があり、分子量等のコントロールが難しくなるため好ましくない。
<合成条件>
片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)のヒドロキシル基とジイソシアネート(B)のイソシアネート基とを反応させてウレタンプレポリマー(E)を合成するウレタン化反応は、種々の方法が可能である。
1)全量仕込みで反応する方法と、
2)片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)及び必要に応じて、溶剤を反応容器に仕込み、ジイソシアネート(B)を滴下した後、必要に応じて触媒を添加する方法に大別されるが、
反応を精密に制御することができる点では方法2)が好ましい。ウレタンプレポリマー(E)を得る反応の温度は120℃以下が好ましい。更に好ましくは50〜120℃である。120℃より高くなると反応速度の制御が困難になり、所定の分子量と構造を有するウレタンプレポリマー(E)が得られなくなる場合がある。ウレタン化反応は、触媒の存在下、50〜110℃で1〜20時間行うのが好ましい。
片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)とジイソシアネート(B)の配合比は、片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)のモル比率を整数αとした時、ジイソシアネート(B)のモル比率がα+1で、理論上、片末端領域に2つのイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(E)が合成できる。αの最小が1なので、ビニル重合体(A)に対するジイソシアネート(B)の配合モル比率(α+1)/αは2以下となる。ジイソシアネートを更に増やした場合、ウレタンプレポリマー(E)と過剰のジイソシアネート(B)の混合物中のイソシアネート基すべてを、ポリアミン(C)とモノアミン(D)の一級及び/又は二級アミノ基と反応するように設計すれば過剰のジイソシアネート(B)を本発明の分散剤分子の中に取り込むことが可能である。通常のウレタンプレポリマーを合成する場合、ポリオールを残さないために、次工程のポリアミンによる鎖延長を見込んで、過剰のポリイソシアネートを配合する場合が多いが、本発明の分散剤では、過剰なジイソシアネート(B)由来の重合体の構成単位や過剰なジイソシアネート(B)の加水分解物由来の不純物が、顔料分散性や経時安定性に悪影響を与えることが多い。
従って、片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)に対するジイソシアネート(B)の配合モル比は、ウレタンプレポリマーの生産性の観点から、 1.01〜3.00が好ましく、最終合成物である分散剤の設計(顔料吸着部位と溶剤親和性部位のバランス)の観点から、1.30〜2.30がより好ましく、最終合成物である分散剤を使った顔料分散体の分散安定性の観点から、1.50〜2.00が最も好ましい。前記配合モル比が小さすぎると、最終製品である分散剤が高分子量になり、それを用いた顔料分散体、更に、それを用いた塗料やインキの粘度が高くなり、実用上問題となる場合がある。また、前述通り、前記配合モル比が2.00より大きいと、ビニル重合体(A)由来のビニル重合部を持たないジイソシアネート(B)及びそれ由来のウレタン部位が増え、最終製品である分散剤の性能に重大な悪影響を及ぼす場合がある。
《分散剤の製造方法及び合成条件等》
本発明の分散剤は、
分子内に2つのヒドロキシル基と1つのチオール基とを有する化合物(a1)の存在下、エチレン性不飽和単量体(a2)をラジカル重合してなる、片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)を製造する第一の工程と、
前記片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)のヒドロキシル基とジイソシアネート(B)のイソシアネート基とを反応してなる片末端領域に2つのイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(E)を製造する第二の工程と、
片末端領域に2つのイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(E)のイソシアネート基とポリアミン(C)[及び場合によりモノアミン(D)]を含むアミン化合物の一級及び/又は二級アミノ基とを反応させる第三の工程と、
により製造することができる。
本発明において、ウレタンプレポリマー(E)、ポリアミン(C)、及びモノアミン(D)、からウレタンウレア樹脂、又は末端に一級又は二級又は三級のアミノ基を有するポリウレタンウレアを得るためのウレア反応は、
1)ウレタンプレポリマー(E)溶液を反応容器に仕込み、ポリアミン(C)、及びモノアミン(D)を滴下する方法、
2)ポリアミン(C)、及びモノアミン(D)、及び必要に応じて溶剤からなる溶液を反応容器に仕込み、ウレタンプレポリマー(E)溶液を滴下する方法、
に大別される。
安定した反応になる方で合成を行うが、分子量の精密な制御のためには方法2)が好ましい。本発明のウレア反応の温度は、100℃以下が好ましい。更に好ましくは70℃以下である。70℃でも反応速度は大きく、制御できない場合は、50℃以下が更に好ましい。100℃より高くなると反応速度の制御が困難であり、所定の分子量と構造を有するウレタンウレア樹脂を得ることが難しくなる場合がある。
また、ウレタンプレポリマー(E)、及びポリアミン(C)、更に必要に応じてモノアミン(D)との配合比は、特に限定されず、用途と要求性能により任意に選択される。
反応の終点は、滴定に因るイソシアネート%測定、IR測定によるイソシアネートピークの消失により判断する。
本発明の分散剤の重量平均分子量(Mw)は、1,000〜100,000であることが好ましく、より好ましくは1,500〜50,000、特に好ましくは1,500〜20,000である。重量平均分子量が1,000未満であれば、顔料組成物やインクジェットインキの安定性が低下する場合があり、100,000を超えると樹脂間の相互作用が強くなり、顔料組成物やインクジェットインキの増粘が起きる場合がある。また、得られた分散剤のアミン価は、1〜100mgKOH/gであることが好ましく、より好ましくは2〜50mgKOH/g、更に好ましくは3〜30mgKOH/gである。アミン価が1mgKOH/g未満であれば顔料と吸着する官能基が不足し、顔料分散に寄与することが困難になる場合があり、100mgKOH/gを超えると、顔料同士の凝集が起こり、粘度低下効果の不足や塗膜外観に不具合を生じさせる場合がある。
本発明のインクジェットインキに使用する前記分散剤の使用量は、顔料の重量を基準として、顔料分散性の観点から、5重量%以上が好ましく、20重量%以上がより好ましく、30重量%以上が更に好ましい。5重量%より少ないと、分散液安定性が悪くなる場合があり、インキ塗膜耐性も弱くなる。
<その他の分散剤>
本発明の分散剤は、顔料の分散性や、顔料組成物及び顔料分散体の保存安定性を向上させるために、本発明の分散剤以外の公知分散剤と併用することもできる。そのような公知分散剤としては、水酸基含有カルボン酸エステル、長鎖ポリアミノアマイドと高分子量酸エステルとの塩、高分子量ポリカルボン酸の塩、長鎖ポリアミノアマイドと極性酸エステルとの塩、高分子量不飽和酸エステル、高分子共重合物、変性ポリウレタン、変性ポリアクリレート、ポリエーテルエステル型アニオン系活性剤、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物塩、芳香族スルホン酸ホルマリン縮合物塩、ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、又はステアリルアミンアセテート等を用いることができる。
上記公知分散剤の具体例としては、BYK Chemie社製「Anti−Terra−U(ポリアミノアマイド燐酸塩)」、「Anti−Terra−203/204(高分子量ポリカルボン酸塩)」、「Disperbyk−101(長鎖ポリアミノアマイドと極性酸エステルとの塩)、107(水酸基含有カルボン酸エステル)、110、111(酸基を含む共重合物)、130(ポリアマイド)、161、162、163、164、165、166、170、180、又は182(高分子共重合物)」、「Bykumen(高分子量不飽和酸エステル)」、「BYK−P104、又はP105(高分子量不飽和酸ポリカルボン酸)」、「P104S、又は240S(高分子量不飽和酸ポリカルボン酸とポリシロキサンとの混合物)」、あるいは、「Lactimon(長鎖アミンと不飽和酸ポリカルボン酸との部分アミド化物とポリシロキサンとの混合物)」が挙げられる。
また、Efka CHEMICALS社製「エフカ44、46、47、48、49、54、63、64、65、66、71、701、764、又は766」、「エフカポリマー100(変性ポリアクリレート)、150(脂肪族系変性ポリマー)、400、401、402、403、450、451、452、453(変性ポリアクリレート)、又は745(銅フタロシアニン系)」、共栄社化学社製「フローレン TG−710(ウレタンオリゴマー)」、「フローノンSH−290、又はSP−1000」、「ポリフローNo.50E、又はNo.300(アクリル系共重合物)」、あるいは、楠本化成社製「ディスパロン KS−860、873SN、874(高分子分散剤)、#2150(脂肪族多価カルボン酸)、又は#7004(ポリエーテルエステル型)」が挙げられる。
更に、花王社製「デモールRN、N(ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物ナトリウム塩)、MS、C、SN−B(芳香族スルホン酸ホルマリン縮合物ナトリウム塩)、又はEP」、「ホモゲノールL−18(ポリカルボン酸型高分子)」、「エマルゲン920、930、931、935、950、又は985(ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル)」、「アセタミン24(ココナッツアミンアセテート)、又は86(ステアリルアミンアセテート)」、ルーブリゾール社製「ソルスパーズ5000(フタロシアニンアンモニウム塩系)、13940(ポリエステルアミン系)、17000(脂肪酸アミン系)、又は24000」、日光ケミカル社製「ニッコール T106(ポリオキシエチレンソルビタンモノオレート)、MYS−IEX(ポリオキシエチレンモノステアレート)、又はHexagline 4−0(ヘキサグリセリルテトラオレート)」、あるいは、味の素ファインテクノ社製「アジスパーPB821、又はPB822(塩基性分散剤)」等が挙げられる。
これらのその他の公知分散剤の使用量は、前記本発明による分散剤を基準として、顔料分散性の観点から、0〜50重量%が好ましく、0〜40重量%がより好ましい。50重量より多いとインキ塗膜の耐性が悪化してしまう場合がある。
本発明のインクジェットインキの最大の特徴は、前記の本発明による分散剤を含んでなることである。前記本発明分散剤は、顔料吸着性部位として、ポリウレタンウレア主鎖に、ウレタン結合及びウレア結合、更に好ましくは、一級及び/又は二級及び/又は三級アミノ基を有し、溶剤親和性部位として、側鎖にポリアクリレート鎖を有する構造を特徴としていることから、顔料吸着位部と溶剤親和性部位のバランスが良く、溶剤中で、優れた分散安定性を発現する。
一方、溶剤親和性部位として機能するポリアクリル鎖は、乾燥及び硬化後に、高いインキ塗膜耐性をも発現する。
また、更にインキ塗膜物性を向上させる目的で、バインダー樹脂を添加する場合、本発明のインクジェットインキに使用している本発明分散剤の側鎖ポリアクリル鎖が、バインダー樹脂との相溶性に優れているため、インクジェットインキの基本物性を損なうことなくインキ塗膜物性を向上させることができる。
《顔料組成物》
本発明の分散剤と色材とを混合し、分散することにより、顔料組成物を得ることができる。
また、本発明のインクジェットインキに含まれる色材は、印刷インキ、塗料に使用される様々な色材が使用できる。本発明で使用する色材は、特に制限されないが、例えば、カーボンブラック、酸化チタン、又は炭酸カルシウム等の無彩色の顔料又は有彩色の有機顔料等が使用できる。
<顔料>
本発明で使用することのできる顔料は、特に制限されないが、例えば、
溶性アゾ顔料、不溶性アゾ顔料、フタロシアニン顔料、ハロゲン化フタロシアニン顔料、キナクリドン顔料、イソインドリノン顔料、イソインドリン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、ジオキサジン顔料、アントラキノン顔料、ジアンスラキノニル顔料、アンスラピリミジン顔料、アンサンスロン顔料、インダンスロン顔料、フラバンスロン顔料、ピランスロン顔料、又はジケトピロロピロール顔料等があり、
更に具体的な例をカラーインデックスのジェネリックネームで示すと、
ピグメントブラック7、ピグメントブルー15、ピグメントブルー15:1、ピグメントブルー15:3、ピグメントブルー15:4、ピグメントブルー15:6、ピグメントブルー22、ピグメントブルー60、又はピグメントブルー64等の青色顔料;
ピグメントグリーン7、ピグメントグリーン36、又はピグメントグリーン58等の緑色顔料;
ピグメントレッド9、ピグメントレッド48、ピグメントレッド49、ピグメントレッド52、ピグメントレッド53、ピグメントレッド57、ピグメントレッド97、ピグメントレッド122、ピグメントレッド123、ピグメントレッド144、ピグメントレッド146、ピグメントレッド149、ピグメントレッド166、ピグメントレッド168、ピグメントレッド177、ピグメントレッド178、ピグメントレッド179、ピグメントレッド180、ピグメントレッド185、ピグメントレッド192、ピグメントレッド202、ピグメントレッド206、ピグメントレッド207、ピグメントレッド209、ピグメントレッド215、ピグメントレッド216、ピグメントレッド217、ピグメントレッド220、ピグメントレッド221、ピグメントレッド223、ピグメントレッド224、ピグメントレッド226、ピグメントレッド227、ピグメントレッド228、ピグメントレッド238、ピグメントレッド240、ピグメントレッド242、ピグメントレッド254、又はピグメントレッド255等の赤色顔料;
ピグメントバイオレット19、ピグメントバイオレット23、ピグメントバイオレット29、ピグメントバイオレット30、ピグメントバイオレット37、ピグメントバイオレット40、又はピグメントバイオレット50等の紫色顔料;
ピグメントイエロー12、ピグメントイエロー13、ピグメントイエロー14、ピグメントイエロー17、ピグメントイエロー20、ピグメントイエロー24、ピグメントイエロー74、ピグメントイエロー83、ピグメントイエロー86、ピグメントイエロー93、ピグメントイエロー94、ピグメントイエロー95、ピグメントイエロー109、ピグメントイエロー110、ピグメントイエロー117、ピグメントイエロー120、ピグメントイエロー125、ピグメントイエロー128、ピグメントイエロー137、ピグメント、イエロー138、ピグメントイエロー139、ピグメントイエロー147、ピグメントイエロー148、ピグメントイエロー150、ピグメントイエロー151、ピグメントイエロー153、ピグメントイエロー154、ピグメントイエロー155、ピグメントイエロー166、ピグメントイエロー168、ピグメントイエロー180、ピグメントイエロー185、又はピグメントイエロー213等の黄色顔料;
ピグメントオレンジ13、ピグメントオレンジ36、ピグメントオレンジ37、ピグメントオレンジ38、ピグメントオレンジ43、ピグメントオレンジ51、ピグメントオレンジ55、ピグメントオレンジ59、ピグメントオレンジ61、ピグメントオレンジ64、ピグメントオレンジ71、又はピグメントオレンジ74等の橙色顔料;あるいは、
ピグメントブラウン23、ピグメントブラウン25、又はピグメントブラウン26等の茶色顔料が挙げられる。
また、カーボンブラックについては中性、酸性、又は塩基性等のあらゆるカーボンブラックを使用することができる。
本発明のインクジェットインキで使用する顔料濃度は、インクジェットインキの固形分を基準として、1〜80重量%が好ましく、2〜50重量%がより好ましい。1重量%より少ないと着色力が無く、80重量%より多いとインキの保存安定性が悪化する。
<色素誘導体>
次に、本発明で使用することのできる酸性置換基を有する色素誘導体について説明する。本発明で使用することのできる酸性置換基を有する色素誘導体としては、下記一般式(1)、下記一般式(2)、及び下記一般式(3)で表される色素誘導体の群から選ばれる少なくとも一種類以上の色素誘導体を挙げることができる。酸性置換基を有する色素誘導体は、下記一般式(1)で表される電荷を有さない色素誘導体、並びに下記一般式(2)及び(3)で表される電荷を有する色素誘導体に分けられる。
一般式(1):
P−Z1
[一般式(1)中、Pは、アゾ系、ベンズイミダゾロン系、フタロシアニン系、キナクリドン系、アントラキノン系、ジオキサジン系、ジケトピロロピロール系、キノフタロン系、イソインドリノン系、イソインドリン系、ペリレン系、ペリノン系、フラバンスロン系、ピランスロン系、及びアンスラピリミジン系から選ばれる一種の有機色素残基であり、Z1は、スルホン酸基又はカルボキシル基である。]
一般式(2):
(P−Z2)[N+(R1,R2,R3,R4)]
[一般式(2)中、Pは、アゾ系、ベンズイミダゾロン系、フタロシアニン系、キナクリドン系、アントラキノン系、ジオキサジン系、ジケトピロロピロール系、キノフタロン系、イソインドリノン系、イソインドリン系、ペリレン系、ペリノン系、フラバンスロン系、ピランスロン系、及びアンスラピリミジン系から選ばれる一種の有機色素残基であり、R1は、炭素数5〜20のアルキル基であり、R2,R3,及びR4は、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜20のアルキル基であり、Z2は、SO3 -又はCOO-である。]
一般式(3):
(P−Z2)M+
[一般式(3)中、Pはアゾ系、ベンズイミダゾロン系、フタロシアニン系、キナクリドン系、アントラキノン系、ジオキサジン系、ジケトピロロピロール系、キノフタロン系、イソインドリノン系、イソインドリン系、ペリレン系、ペリノン系、フラバンスロン系、ピランスロン系、及びアンスラピリミジン系から選ばれる一種の有機色素残基であり、Mは、Na又はK原子であり、Z2は、SO3 -又はCOO-である。]
一般式(1)〜(3)で示される色素誘導体中のPは有機色素残基を示すが、オフセットインキ、グラビアインキ、カラーフィルタ用レジストインキ、インクジェットインキ、塗料、及び着色樹脂組成物に使用する顔料の化学構造と、上記有機色素残基の化学構造は必ずしも一致しなければいけないものではないが、最終的に製造されるインキ等の色相を考慮すれば、黄色系顔料の分散に使用する際には黄色系の顔料誘導体、赤系顔料の分散に使用する際には赤系の顔料誘導体、青系顔料の分散に使用する際には青系の顔料誘導体のように、分散する顔料の色相に近いもの、もしくは無色のものを使用した方が色相的に優れた顔料分散体を製造することができる。
後述する、本発明のインクジェットインキにおける色素誘導体の使用量は、顔料を基準として、0〜50重量%が好ましく、0〜30重量%がより好ましい。50重量%より多いとインキ塗膜の耐性が悪化する。
本発明の顔料組成物、並びに、後述する、顔料分散体、及びインクジェットインキは、分散剤を有機溶剤中に溶解、あるいは懸濁させた後、この液中に顔料、及び必要に応じて一般式(1)〜(3)で示される色素誘導体を投入し、ハイスピードミキサー等で均一になるまで撹拌混合した後、横型サンドミル、縦型サンドミル、アニュラー型サンドミルといったビーズミルやロールミル、メディアレス分散機等の種々の分散機を用いて分散して製造することができる。また、色素誘導体は、顔料の製造時に添加することにより予め顔料を表面処理するための、処理剤として使用してもよい。
<有機溶剤>
本発明の顔料組成物、並びに、後述する、顔料分散体、及びインクジェットインキには、オフセットインキ、グラビアインキ、カラーフィルタ用レジストインキ、インキジェットインキ、塗料、及び着色樹脂組成物等に使用される有機溶剤が広く利用できる。補足するならば、本発明の分散剤が溶解、もしくは均一に懸濁する有機溶剤であれば特に制限をうけるものではない。
具体的な有機溶剤の例としては、
メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、又はn−ブチルアルコール等のアルコール類;
アセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチル−n−ブチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−n−アミルケトン、メチルイソアミルケトン、ジエチルケトン、エチル−n−プロピルケトン、エチルイソプロピルケトン、エチル−n−ブチルケトン、エチルイソブチルケトン、ジ−n−プロピルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、又はイソホロン等のケトン類;
酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸−n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸−n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸ヘキシル、酢酸オクチル、乳酸メチル、乳酸プロピル、又は乳酸ブチル等のエステル類;
γ−ブチロラクトン、又はε−カプロラクトン等のラクトン類;
エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、又はジプロピレングリコール等のグリコール類;
エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、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ヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピ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ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールジプロピルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、又はテトラ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類;
エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート、又はジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等のグリコールアセテート類;
n−ヘキサン、イソヘキサン、n−ノナン、イソノナン、ドデカン、又はイソドデカン等の飽和炭化水素類;
1−ヘキセン、1−ヘプテン、又は1−オクテン等の不飽和炭化水素類;
シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロデカン、又はデカリン等の環状飽和炭化水素類;
シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテン、1,1,3,5,7−シクロオクタテトラエン、又はシクロドデセン等の環状不飽和炭化水素類;
N−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン、又は2−ピロリドン等の(N−アルキル)ピロリドン類;
N−メチル−2−オキサゾリジノン等のN−アルキルオキサゾリジノン類;あるいは、
ベンゼン、トルエン、又はキシレン等の芳香族炭化水素類等が挙げられる。
これらの有機溶剤は単独で使用しても、2種類以上を混合して使用することもできるが、最終用途で使用する溶剤であることが好ましい。
《顔料分散体》
本発明の顔料組成物を、溶剤、又はワニス中に分散し、顔料分散体として、各種インキや塗料に使用することができる。特に、ワニスに分散することにより、種々の印刷インキやインクジェットインキとして使用し、展色する際の定着性を付与させることができる。
<溶剤>
顔料分散体に使用する溶剤は、上記有機溶剤を使用することができる。分散剤の合成溶剤、顔料組成物に含まれる溶剤、又は後述するインクジェットインキに使用する溶剤と同じ溶剤を使用してもよいし、必要に応じて異なる樹脂を使用してもよい。
<ワニス>
ワニスとして使用できる樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、又は光硬化性樹脂が挙げられ、上記有機溶剤に溶解してワニスとして使用する。顔料分散体を、後述するインクジェットインキに使用する場合、バインダー樹脂と同じ樹脂を使用してもよいし、必要に応じて異なる樹脂を使用してもよい。
熱可塑性樹脂としては、石油樹脂、カゼイン、セラック、ロジン変性マレイン酸樹脂、ロジン変性フェノール樹脂、ニトロセルロース、セルロースアセテートブチレート、環化ゴム、塩化ゴム、酸化ゴム、塩酸ゴム、フェノール樹脂、アルキド樹脂、ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アミノ樹脂、エポキシ樹脂、ビニル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、塩酢ビ樹脂、エチレン酢ビ樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、乾性油、合成乾性油、スチレン−マレイン酸樹脂、スチレン−アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、又はブチラール樹脂等を挙げることができる。
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、メラミン樹脂、又は尿素樹脂等を挙げることができる。
光硬化性樹脂(感光性樹脂)としては、水酸基、カルボキシル基、又はアミノ基等の反応性の置換基を有する線状高分子にイソシアネート基、アルデヒド基、又はエポキシ基等の反応性置換基を有する(メタ)アクリル化合物やケイヒ酸を反応させて、(メタ)アクリロイル基、又はスチリル基等の光架橋性基を該線状高分子に導入した樹脂を用いることができる。また、スチレン−無水マレイン酸共重合物やα−オレフィン−無水マレイン酸共重合物等の酸無水物を含む線状高分子をヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート等の水酸基を有する(メタ)アクリル化合物によりハーフエステル化したものを用いることもできる。
本発明の顔料分散体、及び後述するインクジェットインキは、その使用する用途によって可塑剤、表面調整剤、紫外線防止剤、光安定化剤、酸化防止剤、帯電防止剤、アンチブロッキング剤、消泡剤、粘度調整剤、ワックス、界面活性剤、レベリング剤等の種々の添加剤を使用することができる。
本発明の顔料分散体、及び後述するインクジェットインキは、前記ワニスとして、光重合性樹脂(感光性樹脂)ワニスを使用したり、更に、重合性モノマー及び/又はオリゴマーを含有させることにより、紫外線や電子線で硬化させる放射線硬化型インキとしても使用することができる。
また、本発明の顔料分散体、及び後述するインクジェットインキは、前記ワニスとして、熱硬化性樹脂ワニスを使用したり、更に、熱反応性化合物(熱架橋剤)を含有させることにより、熱硬化型インキとしても使用することもできる。
本発明におけるワニスに含まれる溶剤としては、例えば、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、トルエン、キシレン、アセトン、ヘキサン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、又はジエチレングリコールジエチルエーテル等が用いられるが、特にこれらに限定されるものではない。
本発明の顔料分散体は、特に、インクジェットインキ、及びカラーフィルタ用レジストインキに好適に使用される。従って、インクジェットインキ、及びカラーフィルタインキで使用されている溶剤を用いて、分散剤、顔料組成物、顔料分散体、ワニスを製造することが好ましい。これらの溶剤としては、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、又はジエチレングリコールジエチルエーテル等が挙げられる。臭気が少なく、溶解性に優れたジエチレングリコールジエチルエーテルを使用するのが最も好ましい。
《インクジェットインキ》
本発明の顔料分散体は、そのまま、インクジェットインキとして使用できるが、更に下記バインダー樹脂を添加することにより、印刷物の耐性を向上させることができる。
{バインダー樹脂}
本発明のインクジェットインキでは、更にバインダー樹脂を使用することが好ましい。バインダー樹脂としては、エチレン性不飽和単量体(a3)をラジカル重合して得られる樹脂が本発明で使用する分散剤との相溶性に優れ、印刷物の耐性を著しく向上させるために好ましい。
エチレン性不飽和単量体(a3)を重合して得られる樹脂を重合する際、エチレン性不飽和単量体(a3)100重量部に対して、任意に0.001〜20重量部の重合開始剤を使用することができる。0.001重量部未満であると、分子量が大きくなり粘度も高くなるため、インキの吐出性が低下する場合があり、20重量%を超えるとビニル重合体部の分子量が低すぎて、耐久性が悪くなる場合がある。重合開始剤としては、ビニル重合体(A)の合成で示した重合開始剤を使用することができる。
更に、得られるバインダー樹脂の分子量や分子量分布を制御するために、連鎖移動剤として、ラジカル重合によるビニル系ポリマーの合成時に従来から使用されている、公知の連鎖移動剤が任意の量使用できる。
具体的には、
メルカプトエタノール、チオグリセロール、チオグリコール酸、2−メルカプトプロピオン酸、3−メルカプトプロピオン酸、チオリンゴ酸、チオグリコール酸オクチル、3−メルカプトプロピオン酸オクチル、2−メルカプトエタンスルホン酸、n−ドデシルメルカプタン、オクチルメルカプタン、又はブチルチオグリコレート等のチオール系連鎖移動剤;
四塩化炭素、塩化メチレン、ブロモホルム、又はブロモトリクロロエタン等のハロゲン化物;
イソプロパノール、又はグリセリン等の第2級アルコール;
亜リン酸、次亜リン酸、亜硫酸、亜硫酸水素、亜二チオン酸、メタ重亜硫酸等の低級酸化物;並びに、
次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸カリウム、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸水素カリウム、亜二チオン酸ナトリウム、亜二チオン酸カリウム、メタ重亜硫酸ナトリウム、又はメタ重亜硫酸カリウム等の低級酸化物の塩等が挙げられる。
上記連鎖移動剤は、単独で使用されてもあるいは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。
溶液重合の場合には、重合溶媒として、ビニル重合体(A)の合成で示した重合溶剤を使用することができる。
エチレン性不飽和単量体(a3)としては、ビニル重合体(A)の合成で示したエチレン性不飽和単量体(a2)を使用することができる。
本発明においては、上記に例示したエチレン性不飽和単量体(a3)の中でも、メチルメタクリレートが好ましく用いられ、メチルメタクリレートとブチルメタクリレートとを併用することがより好ましい。
エチレン性不飽和単量体(a3)として、メチルメタクリレートを使用し、ブチルメタクリレートを使用しない場合には、エチレン性不飽和単量体(a3)の合計100重量%中、メチルメタクリレートの割合が30〜100重量%であることが好ましく、50〜100重量%であることがより好ましく、75〜100重量%であることが更に好ましい。
また、エチレン性不飽和単量体(a3)として、メチルメタクリレートとブチルメタクリレートとを併用する場合には、両者の合計が、エチレン性不飽和単量体(a3)の30〜100重量%を占めることが好ましく、50〜100重量%を占めることがより好ましく、75〜100重量%であることが更に好ましい。
エチレン性不飽和単量体(a3)として、メチルメタクリレートを使用した場合、更には、メチルメタクリレートとブチルメタクリレートとを併用した場合には、塗膜の耐性が良好になる。
エチレン性不飽和単量体(a3)として、メチルメタクリレートとブチルメタクリレートとを併用する場合、メチルメタクリレートとブチルメタクリレートとの重量混合比率は1:0.01〜9が好ましく、1:0.01〜1がより好ましく、1:0.01〜0.3が更に好ましい。メチルメタクリレートは塗膜の耐性を向上させる効果があり、ブチルメタクリレートは溶剤への溶解性を向上させる効果がある。これらの効果をバランス取りする目的でエチレン性不飽和単量体(a3)として、メチルメタクリレートとブチルメタクリレートとを併用する。
また、本発明においては、上記に例示したエチレン性不飽和単量体(a3)の中でも、下記一般式(4)で表わされる単量体を使用することも、好ましい態様の一つである。一般式(4)で表される単量体の使用量は、エチレン性不飽和単量体(a3)の合計100重量%中、5〜100重量%が好ましく、5〜70重量%がより好ましい。一般式(4)で表わされる単量体を用いると、溶媒親和性が良くなり、バインダー樹脂の溶解性が良好になる。
一般式(4):
[一般式(4)中、R5は、炭素原子数1〜4の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、又は炭素数6〜15の脂環式のアルキル基である。]
一般式(4)で表される単量体としては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレート、i−プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、i−ブチルアクリレート、s−ブチルアクリレート、t−ブチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ジシクロペタニンルアクリレート、イソボルニルアクリレート、アダマンチルアクリレート、メチルアダマンチルアクリレート、又はエチルアダマンチルアクリレート等が挙げられる。
バインダー樹脂のGPCによるポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)としては、1,000〜100,000であることが好ましく、3,000〜50,000であることがより好ましく、5,000〜40,000であることが特に好ましい。該重量平均分子量が5,000〜40,000であれば、塗膜の耐性やインクジェットの射出性能が共に優れバランスに適している。
バインダー樹脂のガラス転移温度(Tg)は、塗膜の耐性が向上するという点から、50〜200℃が好ましく、50〜120℃がより好ましい。
本発明においては、バインダー樹脂に用いるエチレン性不飽和単量体(a3)と分散剤に用いるエチレン性不飽和単量体(a2)とにメチルメタクリレート、ブチルメタクリレートのいずれか1つ以上を用いることが好ましい。その中でもメチルメタクリレートが好ましく用いられ、メチルメタクリレートとブチルメタクリレートとを併用することがより好ましい。エチレン性不飽和単量体(a2)とエチレン性不飽和単量体(a3)の双方に、メチルメタクリレートを使用し、ブチルメタクリレートを使用しない場合には、エチレン性不飽和単量体(a3)の合計100重量%中、メチルメタクリレートの割合が30〜100重量%であることが好ましく、50〜100重量%であることがより好ましく、75〜100重量%であることが更に好ましい。また、エチレン性不飽和単量体(a2)とエチレン性不飽和単量体(a3)の双方に、メチルメタクリレートとブチルメタクリレートとを併用する場合には、両者の合計が、エチレン性不飽和単量体(a3)の30〜100重量%を占めることが好ましく、50〜100重量%を占めることがより好ましく、75〜100重量%であることが更に好ましい。エチレン性不飽和単量体(a2)とエチレン性不飽和単量体(a3)の双方に、メチルメタクリレートを使用した場合、更には、メチルメタクリレートとブチルメタクリレートとを併用した場合には、バインダー樹脂と分散剤の相溶性が向上し、塗膜の耐性、発色、光沢が良好になる。
また、本発明において、バインダー樹脂に用いるエチレン性不飽和単量体(a3)と分散剤に用いるエチレン性不飽和単量体(a2)とに、メチルメタクリレートとブチルメタクリレートとを併用する場合、メチルメタクリレートとブチルメタクリレートとの重量混合比率は1:0.01〜9が好ましく、1:0.01〜1がより好ましく、1:0.01〜0.3が更に好ましい。メチルメタクリレートは塗膜の耐性を向上させる効果があり、ブチルメタクリレートは溶剤への溶解性を向上させる効果がある。これらの効果をバランス取りする目的で、バインダー樹脂に用いるエチレン性不飽和単量体(a3)と分散剤に用いるエチレン性不飽和単量体(a2)に、メチルメタクリレートとブチルメタクリレートとを併用する。
バインダー樹脂として、エチレン性不飽和単量体にメチルメタクリレート、ブチルメタクリレートとを含む共重合体以外に、メチルメタクリレートのホモポリマーとブチルメタクリレートのホモポリマーとを混合してもよい。メチルメタクリレートのホモポリマーとブチルメタクリレートのホモポリマーとを混合して用いる場合、メチルメタクリレートのホモポリマーとブチルメタクリレートのホモポリマーとの重量混合比率は1:0.01〜9が好ましく、1:0.01〜1がより好ましく、1:0.01〜0.3が更に好ましい。
本発明のインクジェットインキに使用するバインダー樹脂の使用量は、インクジェットインキ中、インキ塗膜耐性の観点から、2〜30重量%が好ましく、3〜20重量%がより好ましい。2重量%より少ないと塗膜耐性が弱く、30重量%より多いとインクジェットインキとしてインクジェットヘッドからの吐出が不安定となる場合がある。
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例に特に限定されるものではない。なお、実施例中、「部」は「重量部」、「%」は「重量%」を表す。また、数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)は、TSKgelカラム(東ソー社製)を用い、RI検出器を装備したGPC(東ソー社製、HLC−8320GPC)で、展開溶媒にDMFを用いたときのポリスチレン換算分子量である。
なお、本明細書では、本発明の分散剤と色材とを混合し、溶剤中で分散して調製したものを顔料組成物、更にワニスとして分散剤を添加しインキとして調製したものを顔料分散体、更に分散剤以外にバインダー樹脂を添加して定着性や塗膜耐性を向上させたものをインクジェットインキと称することにより区別した
(合成例1)[ビニル重合体(A)の合成]
ガス導入管、温度計、コンデンサー、及び攪拌機を備えた反応容器に、メチルメタクリレート 500部、チオグリセロール 11部、及びジエチレングリコールジエチルエーテル(DEDG) 511部を仕込み、窒素ガスで置換した。反応容器内を90℃に加熱して、AIBN[2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)] 0.50部を添加した後7時間反応した。固形分測定により95%が反応したことを確認後、室温まで冷却して、重量平均分子量9,500の、片末端領域に2つの遊離ヒドロキシル基を有するビニル重合体(A−1)の固形分50%溶液を得た。
(合成例2〜12)[ビニル重合体(A−2〜12)の合成]
表1に記載した原料と仕込み量を用いた以外は合成例1と同様にして合成を行い、片末端領域に2つの遊離ヒドロキシル基を有するビニル重合体(A−2〜12)の固形分50%溶液を得た。
表1中の略称は以下に示す通りである。
MMA:メチルメタクリレート
BMA:n−ブチルメタクリレート
t−BMA:t−ブチルメタクリレート
LMA:ラウリルメタクリレート
2EHMA:2−エチルヘキシルメタクリレート
CHMA:シクロヘキシルメタクリレート
BA:n−ブチルアクリレート
EA:エチルアクリレート
BzMA:ベンジルメタクリレート
St:スチレン
AIBN:2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)
DEDG:ジエチレングリコールジエチルエーテル
PGMAc:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
Tg:ガラス転移温度
(製造例1)<分散剤(G−1)の製造>
ガス導入管、温度計、コンデンサー、及び攪拌機を備えた反応容器に、ビニル重合体(A−1)の固形分50%溶液 1022部と、イソホロンジイソシアネート 45.2部と、DEDG 45.1部と、触媒としてジブチル錫ジラウレート 0.11gを仕込み、窒素ガスで置換した。反応容器内を100℃に加熱して、3時間反応した後、40℃まで冷却して無色透明溶液(B−1)を得た。ガス導入管、温度計、コンデンサー、及び攪拌機を備えた反応容器に、メチルイミノビスプロピルアミン 11.1部、ジブチルアミン 6.6部、DEDG 304.6部の混合液を仕込み、100℃まで加熱して無色透明溶液(B−1)1112.4部を30分かけて滴下し、更に1時間反応した後、室温まで冷却して反応を終了した。固形分を40%に調整し、分散剤(G−1)の無色透明溶液を得た。分散剤(G−1)の重量平均分子量は43,200であり、アミン価9.0mg KOH/gであった
(製造例2〜20)<比較分散剤2〜20の製造>
表2に記載した原料と仕込み量を用いた以外は製造例1と同様にして合成を行い、分散剤(G−2〜20)の溶液を得た。
表2中の略称は、以下に示す通りである。
・IPDI:イソホロンジイソシアネート
・DBTDL:ジブチル錫ジラウレート
・MIBPA:メチルイミノビスプロピルアミン[別名:N,N−ビス(3−アミノプロピル)メチルアミン]
・IBPA:イミノビスプロピルアミン[別名:N,N−ビス(3−アミノプロピル)アミン]
・IPDA:イソホロンジアミン
・DBA:ジn−ブチルアミン
・AMP:2−アミノ−2−メチル−プロパノール
・PA:1−アミノプロパン
・BzA:ベンジルアミン
・DEDG:ジエチレングリコールジエチルエーテル
・PGMAc:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
(比較製造例1)<(比較)分散剤G−21の製造>
温度計、撹拌機、窒素導入口及び還流管を備えた反応フラスコ内に、12−ヒドロキシステアリン酸(純正化学製) 10.0部及びε−カプロラクトン(純正化学製) 190部を仕込み、窒素気流下で160℃まで4時間かけて昇温し、160℃で2時間加熱した後、ε−カプロラクトンの残量が1%以下になるまで加熱を行った。次いで室温まで冷却し、ポリエステル(数平均分子量2604、酸価21.5mgKOH/g)を得た。また、キシレン 25.0部とポリアリルアミン 10%水溶液[日東紡績(株)製「PAA−1LV」、数平均分子量約3,000] 70部からなる混合物を160℃で撹拌し、分離装置を使用して水を溜去すると共に、キシレンを反応溶液に返流しながら、これに先に得たポリエステル 13.9部を160℃まで昇温したものを加え、2時間160℃で反応を行った。キシレンをDEDGに置換し、更に、固形分を40%に調整して、比較分散剤(G−21)の溶液(数平均分子量10,500、アミン価38.5mg KOH/g)を得た。
(比較製造例2)<(比較)分散剤G−22の製造>
「Johncryl 682」(S.C.Johnson社製の低分子量のアルカリ可溶性スチレンアクリル共重合体;Mn980、Mw1620、酸価235mgKOH/g、軟化点110℃、ガラス転移点50℃) 238.8部、「エマルゲン105」[花王(株)製ポリオキシエチレンラウリルエーテル;HLB=9.7] 181.0部、オクタチタン酸n−ブチル 0.2部、及びキシレン 72.5gを窒素気流中で170〜174℃で8時間加熱還流して、ディーンスタークトラップ中に9.0部の水分を溜出分離した。
反応混合物を70℃に冷却し、キシレン 365.5部、及び「エポミンSP−006」(日本触媒化学工業(株)製ポリエチレンイミン;Mw600) 21.6部を加え、136〜138℃で1時間加熱還流して、ディーンスタークトラップ中に1.8部の水分を溜出分離した。
反応生成物を常温まで冷却して、単黄褐色透明で粘稠な樹脂溶液を得た。この樹脂溶液の不揮発分は49%、酸価38.6mgKOH/g、アミン価25.0mgKOH/g、ガードナー法による粘度T〜U、色数8であった。
更に、この樹脂溶液のキシレンをDEDGに置換し、固形分を40%に調整して、比較分散剤(G−22)を得た。
(実施例1)<顔料組成物1の調製>
青色顔料として銅−フタロシアニンブルーを8.0部、青色誘導体を2.0部、製造例1にて合成した分散剤(G−1)を固形分換算で2.0部、及び溶剤(DEDG)48部を配合し、2mmφジルコニアビーズ100部を加えスキャンデックスで3時間分散し、顔料組成物1を調製した。
(実施例2〜20、及び比較例1〜3)<顔料組成物2〜20、及び顔料組成物C1〜C3の調製>
表3に示した配合比に変更した以外は、実施例1と同様に顔料組成物2〜20、及び顔料組成物C1〜C3を調製した。
表3中の略称(溶剤)及び誘導体は、以下に示す通りである。
・DEDG:ジエチレングリコールジエチルエーテル
・PGMAc:プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート
・DMM:ジプロピレングリコールジメチルエーテル
・IPA:イソプロピルアルコール
・青色誘導体:下記一般式(6)に示す青色色素誘導体
一般式(6):
P−[SO3H・H2N (CH211 CH3
(一般式(6)中、Pは、銅フタロシアニン残基である。)
・赤色誘導体:下記一般式(7)に示す赤色色素誘導体
一般式(7):
Q−(SO3H)
(一般式(7)中、Qは、キナクリドン残基である。)
<顔料組成物の評価>
本発明の顔料組成物の分散状態の評価は、溶剤中で分散した顔料組成物の分散体の状態(初期粘度と経時安定性)、及び溶剤を蒸発させた顔料組成物の塗膜の状態(ヘイズ)で、それぞれ評価した。
(1)初期粘度:分散後、1日室温で放置後にB型粘度計(25℃、回転速度100rpm)で測定した(低い程良好)。
(2)経時安定性:分散後、1週間40℃に放置後にB型粘度計(25℃、回転速度100rpm)で測定し、初期粘度と比較し、±10%未満であれば○、±10〜20%であれば△、±20%を超えていたら×とした(粘度変化率が0に近いほど良好)。
(3)ヘイズ:ヘイズメーター(光透過率20%)で測定した(透過率が低いほど良好)。
結果を表4に示す。
以上の評価結果から明らかなように、本発明の分散剤を使用した実施例1〜20の顔料組成物1〜20は、低い初期粘度で、且つ経時粘度の増加がほとんどなく良好な安定性を示している。更にヘイズも低い。これに対して、比較例3の顔料組成物C3では、経時安定性がなく分散性に問題があり、比較例1、及び2の顔料組成物C1、及びC2では、溶剤選択性があり分散性に問題があることが分かった。
(実施例21)<顔料分散体1の調製>
エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート 19.5部に、キナクリドン顔料(クラリアント社製 キナクリドン顔料 Hostaperm Red E5B 02)10.0部、色素誘導体A 0.5部、及び分散剤(G−1)溶液 10.0部を投入し、ハイスピードミキサーで均一になるまで攪拌後、得られたミルベースを横型サンドミルで1時間分散し、更に、分散剤(G−1)溶液 2.5部と追加溶剤 57.5部を追加して、ハイスピードミキサーで均一になるまで攪拌し、顔料分散体1を調製した。
(実施例22〜44及び比較例4〜5)<顔料分散体2〜24、及び顔料分散体C1〜C2の調製>
表5に記載した配合以外は実施例21と同様にして、顔料分散体2〜24、及び顔料分散体C1〜C2を調製した。
表5中の略称は以下に示す通りである。
顔料
・PV19 :キナクリドン顔料(クラリアント社製 キナクリドン顔料「Hostaperm Red E5B02」 C.I.Pigment Violet 19)
・PB15:3 :フタロシアニン顔料(東洋インキ製造社製 フタロシアニン顔料 「Lionol Blue FG−7351」 C.I.Pigment Blue 15:3)
色素誘導体
・色素誘導体A、及びB:一般式(6)、(7)に示される構造の色素誘導体
分散剤
・分散剤G−1〜20:表2の合成組成を元に製造例1〜20で作成した分散剤
・分散剤G−21〜22:比較製造例1、2で作成した比較分散剤
溶剤
・BGAc:エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート
・DEDG:ジエチレングリコールジエチルエーテル
追加溶剤
・追加する前記溶剤と同じ溶剤
顔料分散体1〜24、及び顔料分散体C1〜C2について、分散性の尺度として(1)分散粒径、流動性の尺度として(2)粘度、保存安定性の尺度として(3)経時粘度、塗膜耐性の尺度として(4)アルコール耐性(I)をそれぞれ評価し、表6に示した。
(1)分散粒径:顔料分散体を酢酸エチルで200〜1000倍に希釈し、粒度分布系 マイクロトラックUPA150(日機装社製)で測定した。
(2)粘度:顔料分散体を25℃に調整し、E型粘度計 RE80(東機産業社製)にて測定した。
(3)経時粘度:顔料分散体を70℃で1週間保存後の粘度を、上記と同様にして測定した。初期からの粘度変化が5%以下を◎、5〜10%を○、10〜30%を△、それ以上を×とした。
(4)アルコール耐性(I):顔料分散体を大判インクジェットプリンターcolorpainter 64S(セイコーアイ・インフォテック社製)で塩化ビニルシート メタマークMD5にベタ印刷を行い、できたサンプルを、エタノール/水=80/20に薄めたエタノール溶液を含ませた綿棒で10往復擦った。綿棒についたインキの量で、全くつかない◎、うっすらとつく○、綿棒にはつくが、印字面の基材は見えない△、基材が見えるほどとれる×とした。
以上、(1)〜(4)の評価結果を下記表6に示す。
表6の評価結果から明らかなように、本発明の分散剤を使用した実施例21〜44の顔料分散体1〜24は、低い初期粘度で、且つ経時粘度の増加がほとんどなく良好な安定性を示し、インクジェットインキとしてそのまま使用でき、良好なアルコール耐性(I)を示すことが分かった。これに対して、比較例5の顔料分散体C2は、経時安定性が悪く、分散性に問題があり、比較例4の顔料分散体C1は、アルコール耐性(I)が悪いことが分かった。本発明の分散剤を用いた顔料分散体1〜24は、インクジェットインキだけでなく、オフセットインキ、グラビアインキ、カラーフィルタ用レジストインキ、塗料、又は各種着色樹脂組成物等に利用することができる。
次に、更に擦過性や印字適性を向上させたインクジェットインキを調製する時に使用するバインダー樹脂溶液の製造方法について説明する。
(製造例23)<バインダー樹脂(H−1)の製造>
反応容器にエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート 250部を入れ、容器に窒素ガスを注入しながら80℃に加熱して、同温度でメチルメタクリレート 50.0部、n−ブチルメタクリレート 50.0部、及び2,2'−アゾビスイソブチロニトリル 4.0部の混合物を1時間かけて滴下することにより重合反応を行った。
滴下終了後、更に80℃で3時間反応させた後、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル1.0部をエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート50部に溶解させたものを添加し、更に80℃で1時間反応を続けて、アクリル樹脂の溶液を得た。
エチレングリコールモノブチルエーテルアセテートを添加して固形分20%に調整し、バインダー樹脂(H−1)溶液を得た。アクリル樹脂の重量平均分子量は、約20,000であった。
(製造例24〜28)<バインダー樹脂(H−2)〜(H−6)の製造>
表7に記載した原料と仕込み量を用いた以外は製造例23と同様にして合成を行い、バインダー樹脂(H−2)〜(H−6)の溶液を得た。
表7中の略称は以下に示す通りである。
エチレン性不飽和単量体(a3)
・MMA:メ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
・MA:メチルアクリレート
重合開始剤
・AIBN:2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)
重合溶剤
・BGAc:エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート
・DEDG:ジエチレングリコールジエチルエーテル
(実施例45〜54及び比較例6〜9)<インクジェットインキ1〜10、及びC1〜C4の調製>
下記表8に示す配合処方にて、表6に示す顔料分散体と表7に示すバインダー樹脂溶液と溶剤を配合してインキ化し、インクジェットインキ1〜10、及びインクジェットインキC1〜C4を調製した。
表8中の略称等は、以下に示す通りである。
バインダー樹脂(表7)
・H−1〜6:表7に示す重合組成で作成したバインダー樹脂
・VYHD:塩酢ビ樹脂(ダウ・ケミカル社製 塩化ビニル−酢酸ビニル共重合物)
実施例45〜54、及び比較例6〜9のインクジェットインキ1〜10、及びインキジェットC1〜C4について、分散性の尺度として(1)分散粒径、流動性の尺度として(2)粘度、保存安定性の尺度として(3)経時粘度、塗膜耐性の尺度として(4)アルコール耐性(II)、及び(5)擦過性、印字適性の尺度として(6)吐出状態をそれぞれ評価した。分散剤とバインダー樹脂の相溶性が悪い場合は、(1)〜(6)すべての項目での評価が悪化する事がある。
(1)分散粒径:インクジェットインキを酢酸エチルで200〜1000倍に希釈し、粒度分布系 マイクロトラックUPA150(日機装社製)で測定した。
(2)粘度:インクジェットインキを25℃に調整し、E型粘度計 RE80(東機産業社製)にて測定した。
(3)経時粘度:インクジェットインキを70℃で1週間保存後の粘度を、上記と同様にして測定した。初期からの粘度変化が5%以下を◎、5〜10%を○、10〜30%を△、それ以上を×とした。
(4)アルコール耐性(II):インクジェットインキを大判インクジェットプリンターcolorpainter 64S(セイコーアイ・インフォテック社製)で塩化ビニルシート メタマークMD5にベタ印刷を行い、できた印字サンプルを、エタノールを含ませた綿棒で10往復擦った。綿棒についたインキの量で、全くつかない◎、わずかにつく○、綿棒にはつくが、印字面の基材は見えない△、基材が見えるほどとれる×とした。
(5)擦過性:上記と同様にしてできた印字サンプルを学振試験機にかけ、200gの重りをつけたカナ金3号で25往復したあとの、カナ金についたインキの量で、全くつかない◎、わずかにつく○、カナ金にはつくが、印地面の基材は見えない△、基材が見えるほど取れる×とした。
(6)吐出状態(印字適正):インクジェットインキを大判インクジェットプリンターcolorpainter 64S(セイコーアイ・インフォテック社製)10分間ベタ印字後に、ノズルチェックパターンの印刷状態を観察した。ノズル抜けや曲がりといった印字欠陥が1%以下を◎、1〜5%を○、5〜10%を△、10%以上を×とした。
以上、(1)〜(6)の評価結果を、下記表9に示す。
表5に示す本発明の分散剤を使用した顔料分散体1〜24のアルコール耐性(I)評価は、表6に示すように、◎で良好だが、より厳しいアルコール耐性(II)評価を行なうと、△又は×となり、より高い塗膜耐性を求められるインクジェットインキとして使用するには不十分であることがわかった。
一方、表9に示す評価結果から明らかなように、実施例45〜54のインクジェットインキ1〜10は、本発明の分散剤を使用した顔料分散体に、更に、バインダー樹脂を加えることによって、保存安定性は維持したまま、印刷物耐性が更に向上し、印字適性が高くなった。特に、バインダー樹脂としてアクリル系樹脂を使用すると、より塗膜耐性が優れていることがわかった。これに対して、比較例6〜9のインクジェットインキC1〜C4のように、本発明の分散剤を使用していない顔料分散体に、バインダー樹脂を加えても、アルコール耐性(II)は向上せず、保存安定性及び印字適性も悪かった。
以上、本発明を特定の態様に沿って説明したが、当業者に自明の変形や改良は本発明の範囲に含まれる。

Claims (21)

  1. 分子内に2つのヒドロキシル基と1つのチオール基とを有する化合物(a1)の存在下に、エチレン性不飽和単量体(a2)をラジカル重合してなる、片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)のヒドロキシル基と、ジイソシアネート(B)のイソシアネート基とを反応してなる片末端領域に2つのイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(E)のイソシアネート基と、
    ポリアミン(C)を含むアミン化合物の一級及び/又は二級アミノ基と、
    を反応させてなる分散剤であり、
    アミン価が1〜100mgKOH/gであることを特徴とする分散剤。
  2. アミン化合物が、ポリアミン(C)の他にモノアミン(D)を含むことを特徴とする請求項1記載の分散剤。
  3. エチレン性不飽和単量体(a2)が、低級アルキル(メタ)アクリレートを含むことを特徴とする請求項1または2記載の分散剤。
  4. エチレン性不飽和単量体(a2)の合計100重量%中、低級アルキル(メタ)アクリレートが、30〜100重量%であることを特徴とする請求項1〜3いずれか記載の分散剤。
  5. 片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)の重量平均分子量が、500〜30,000であることを特徴とする請求項1〜4いずれか記載の分散剤。
  6. ポリアミン(C)が、2つの一級及び/又は二級アミノ基を有する化合物であることを特徴とする請求項1〜5いずれか記載の分散剤。
  7. ポリアミン(C)が、両末端に2つの一級及び/又は二級アミノ基を有し、更に、両末端以外に二級及び/又は三級アミノ基を有する化合物であることを特徴とする請求項1〜6いずれか記載の分散剤。
  8. 重量平均分子量が、1,000〜100,000であることを特徴とする請求項1〜7いずれか記載の分散剤。
  9. 分子内に2つのヒドロキシル基と1つのチオール基とを有する化合物(a1)の存在下、エチレン性不飽和単量体(a2)をラジカル重合してなる、片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)を製造する第一の工程と、
    前記片末端領域に2つのヒドロキシル基を有するビニル重合体(A)のヒドロキシル基とジイソシアネート(B)のイソシアネート基とを反応してなる片末端領域に2つのイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(E)を製造する第二の工程と、
    片末端領域に2つのイソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(E)のイソシアネート基と少なくともポリアミン(C)を含むアミン化合物の一級及び/又は二級アミノ基とを反応させる第三の工程と、
    を含む分散剤の製造方法。
  10. アミン化合物が、ポリアミン(C)の他にモノアミン(D)を含むことを特徴とする請求項9記載の分散剤の製造方法。
  11. 第一の工程、第二の工程、及び/又は第三の工程が溶剤中で行なわれ、該溶剤が、ジエチレングリコールジ低級アルキルエーテルであることを特徴とする請求項9又は10記載の分散剤の製造方法。
  12. 請求項1〜いずれか記載の分散剤、及び顔料を含むことを特徴とする顔料組成物。
  13. 更に、下記一般式(1)、下記一般式(2)、及び下記一般式(3)で表される酸性置換基を有する色素誘導体の群から選ばれる少なくとも一種類以上の色素誘導体を含むことを特徴とする請求項12記載の顔料組成物。
    一般式(1):
    P−Z1
    (一般式(1)中、Pは、アゾ系、ベンズイミダゾロン系、フタロシアニン系、キナクリドン系、アントラキノン系、ジオキサジン系、ジケトピロロピロール系、キノフタロン系、イソインドリノン系、イソインドリン系、ペリレン系、ペリノン系、フラバンスロン系、ピランスロン系、及びアンスラピリミジン系から選ばれる一種の有機色素残基であり、Z1は、スルホン酸基、又はカルボキシル基である。)
    一般式(2):
    (P−Z2)[N+(R1,R2,R3,R4)]
    (一般式(2)中、Pは、アゾ系、ベンズイミダゾロン系、フタロシアニン系、キナクリドン系、アントラキノン系、ジオキサジン系、ジケトピロロピロール系、キノフタロン系、イソインドリノン系、イソインドリン系、ペリレン系、ペリノン系、フラバンスロン系、ピランスロン系、及びアンスラピリミジン系から選ばれる一種の有機色素残基であり、R1は、炭素数5〜20のアルキル基であり、R2,R3,及びR4は、それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数1〜20のアルキル基であり、Z2は、SO3 -又はCOO-である。)
    一般式(3):
    (P−Z2)M+
    (一般式(3)中、Pは、アゾ系、ベンズイミダゾロン系、フタロシアニン系、キナクリドン系、アントラキノン系、ジオキサジン系、ジケトピロロピロール系、キノフタロン系、イソインドリノン系、イソインドリン系、ペリレン系、ペリノン系、フラバンスロン系、ピランスロン系、及びアンスラピリミジン系から選ばれる一種の有機色素残基であり、Mは、Na原子、又はK原子であり、Z2は、SO3 -、又はCOO-である。)
  14. 請求項12又は13記載の顔料組成物を、溶剤、又はワニスに分散させてなる顔料分散体。
  15. 請求項14記載の顔料分散体、及びバインダー樹脂を含むことを特徴とするインクジェットインキ。
  16. バインダー樹脂が、エチレン性不飽和単量体(a3)をラジカル重合してなることを特徴とする請求項15記載のインクジェットインキ。
  17. エチレン性不飽和単量体(a3)が、メチルメタクリレートを含むことを特徴とする請求項16記載のインクジェットインキ。
  18. エチレン性不飽和単量体(a3)が、更にブチルメタクリレートを含むことを特徴とする請求項17記載のインクジェットインキ。
  19. エチレン性不飽和単量体(a3)の合計100重量%中、メチルメタクリレートとブチルメタクリレートとの合計が30〜100重量%であることを特徴とする請求項17又は18記載のインクジェットインキ。
  20. エチレン性不飽和単量体(a3)の合計100重量%中、下記一般式(4)で表される単量体が、5〜100重量%であることを特徴とする請求項16記載のインクジェットインキ。
    一般式(4):

    [一般式(4)中、R5は、炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、又は炭素数6〜15の脂環式のアルキル基である。]
  21. 更に、溶剤として、ジエチレングリコールジエチルエーテルを含むことを特徴とする請求項15〜20いずれか記載のインキジェットインキ。
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