【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)平成24年度独立行政法人科学技術振興機構 研究成果展開事業 研究成果最適展開支援プログラム 産業技術力強化法第19条の適用を受ける特許出願
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
水への溶解性が50質量g/100g水(25℃)以上である水溶性有機溶剤(a)を分散媒体とし、少なくとも炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基を含有してなるメタクリレートとメタクリル酸とを形成成分としてなるA−Bブロック型のカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーである顔料分散剤(c)を使用して、白色顔料である酸化チタンを上記分散媒体に油性分散させた後、
得られた油性の酸化チタン含有分散液にアルカリと水との混合物を添加することで上記メタクリル酸のカルボキシル基を中和して且つ相転換して、
水溶性有機溶剤(a)、アルカリおよび水を含む溶液中に酸化チタンが分散してなる水性の顔料分散液を得る方法であり、
前記A−Bブロック型のカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーを構成する一方又は両方のポリマーブロックの理論Tgが99〜190℃であることを特徴とするインクジェット記録用の水性白色顔料分散液組成物の製造方法。
前記炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基を含有してなるメタクリレートが、シクロヘキシルメタクリレート(CHMA)、3,3,5−トリメチルシクロヘキシルメタクリレート(TMCHMA)、4−t−ブチルシクロヘキシルメタクリレート(TBCMA)、トリシクロデシルメタクリレート(TCDMA)およびイソボルニルメタクリレート(IBXMA)からなる群から選択される少なくとも1種である請求項1又は2に記載のインクジェット記録用の水性白色顔料分散液組成物の製造方法。
前記A−Bブロック型のカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーが、メタクリル酸系モノマーに由来する構成単位を90質量%以上含み、AポリマーブロックおよびBポリマーブロックが共に、その形成成分として少なくとも炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基を含むメタクリレートを70質量%以上含んでなり、且つ、少なくともBポリマーブロックが、メタクリル酸に由来するカルボキシル基を含んでなる、カルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーである請求項1〜3のいずれか1項に記載のインクジェット記録用の水性白色顔料分散液組成物の製造方法。
前記Aポリマーブロックの数平均分子量が1,000〜20,000の範囲内にあり、その理論Tgが99〜180℃であり、且つ、前記Bポリマーブロックのメタクリル酸に由来するカルボキシル基による酸価が、100〜250mgKOH/gであり、該Bポリマーブロックの分子量(A−Bブロックコポリマーの数平均分子量からAポリマーブロックの数平均分子量を引いた分子量)が1,000〜10,000の範囲内にあり、且つ、前記A−Bブロックコポリマーの数平均分子量が2,000〜30,000の範囲内にあり、さらに、その分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1.6以下である請求項4に記載のインクジェット記録用の水性白色顔料分散液組成物の製造方法。
前記水への溶解性が50質量g/100g水(25℃)以上である水溶性有機溶剤(a)が、アルキレン(炭素数:C2〜C6)ジオール;アルキレン(炭素数:C3〜C10)トリオール;そのモノまたはジアルキル(C1〜C4)エーテル;ポリ(n=2〜5)アルキレン(炭素数:C2〜C4)グリコールモノまたはジアルキル(炭素数:C1〜C4)エーテル;モノまたはポリ(n=2〜5)エチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート;アミド系溶剤からなる群から選択される少なくとも1種である請求項1〜5のいずれか1項に記載のインクジェット記録用の水性白色顔料分散液組成物の製造方法。
前記重合開始化合物と、前記触媒の存在下、炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基を含有してなるメタクリレートを含むメタクリル酸系モノマーを含有するモノマー成分を30〜50℃の重合温度でリビングラジカル重合してAポリマーブロックを形成した後、さらに、メタクリル酸を含有するメタクリル酸系モノマー成分を添加して、30〜50℃の重合温度でリビングラジカル重合してBポリマーブロックを形成することによって、
メタクリル酸系モノマーに由来する構成単位を90質量%以上含み、且つ、炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基を含有してなるメタクリレートに由来する構成単位を70質量%以上含むA−Bブロックコポリマーを得る請求項7に記載のカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーの製造方法。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下に、本発明を実施するための好ましい形態を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明によって提供される白色顔料分散液は、以下の手順からなる新規な本発明の製造方法によって安定して得られるが、その技術的な特徴の1つは、白色顔料である酸化チタンを水性媒体に分散させる顔料分散剤(c)として、少なくとも炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基を含有してなるメタクリレートとメタクリル酸とを形成成分としたカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーを用いた点にある。後述するように、該ポリマーは水に不溶であり、また、該ポリマー溶液をアルカリ水溶液に添加すると、ぶよぶよのゼリー状や固体状となって析出するものであり、そのままでは、水系の顔料分散液の分散剤として用いることはできない。本発明の製造方法は、このような顔料分散剤(c)を使用し、新たな手順によって、先に述べた良好な状態に酸化チタンを微分散してなり、沈降回復性にも優れたインクジェット印刷に好適な水性の白色顔料分散液組成物の提供を可能にする。
【0021】
本発明のインクジェット記録用の水性白色顔料分散液組成物の製造方法は、上記した特有の顔料分散剤(c)を用いて酸化チタンの表面の状態を水系媒体に分散可能なものにすることを特徴とするが、具体的な手段として、下記に挙げる(I)又は(II)の方法を用いる。
(I)水への溶解性が50質量g/100g水(25℃)以上である水溶性有機溶剤(a)を分散媒体とし、少なくとも炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基を含有してなるメタクリレートとメタクリル酸とを形成成分としたカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーである顔料分散剤(c)を使用して、白色顔料である酸化チタンを上記分散媒体に油性分散させた後、得られた油性の酸化チタン含有分散液にアルカリと水との混合物を添加することで、上記メタクリル酸のカルボキシル基を中和して且つ相転換して、該酸化チタンが、水溶性有機溶剤(a)、アルカリおよび水を含む溶液中に分散してなる水性の顔料分散液を得る方法。
(II)水への溶解性が50質量g/100g水(25℃)以上である水溶性有機溶剤(a)或いは該水溶性有機溶剤(a)以外の水に不溶又は一部溶解する有機溶剤(b)を分散媒体とし、少なくとも炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基を含有してなるメタクリレートとメタクリル酸とを形成成分としたカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーである顔料分散剤(c)を使用して、白色顔料である酸化チタンを上記いずれかの分散媒体に油性分散させた後、得られた油性の酸化チタン含有分散液を、上記顔料分散剤(c)の貧溶剤中に添加することで顔料分散剤(c)である樹脂を析出させて樹脂処理酸化チタンを得るか、または、該分散液を構成している有機溶剤を蒸発させて樹脂処理酸化チタンを得るかして、得られた樹脂処理酸化チタンを、アルカリおよび水、必要に応じて前記水溶性有機溶剤(a)を含む溶液中に添加して、酸化チタンがアルカリおよび水を含む溶液中に分散してなる水性の顔料分散液を得る方法。
【0022】
特に、上記したいずれの方法においても、顔料分散剤(c)として下記の構成を有するカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーを用いることが好適である。すなわち、顔料分散剤(c)として、メタクリル酸系モノマーに由来する構成単位を90質量%以上含み、AポリマーブロックおよびBポリマーブロックが共に、その形成成分として少なくとも炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基を含むメタクリレートを70質量%以上含んでなり、且つ、少なくともBポリマーブロックが、メタクリル酸に由来するカルボキシル基を含んでなる、カルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーを用いることが好適である。
【0023】
まず、本発明の製造方法について、上記した(I)の方法についての説明をする。該方法では、水への溶解性が50質量g/100g水(25℃)以上である水溶性有機溶剤(a)を分散媒体として、白色顔料である酸化チタンを、炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基含有のメタクリレートおよびメタクリル酸を構成成分とするカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーである顔料分散剤(c)にて分散した後、これにアルカリと水の混合物を添加する。
この方法の特徴は、水溶性有機溶剤(a)中にて、上記した特有の顔料分散剤(c)を使用して、酸化チタンを『油性分散』することにある。すなわち、本発明で用いる顔料分散剤(c)の必須の構成成分であるメタクリル酸のカルボキシル基が、本発明で分散対象としている、未処理の酸化チタン、或いはシリカアルミナ処理などの表面処理された酸化チタン(以下、未処理の酸化チタンや表面処理された酸化チタンを、単に酸化チタンと称す)と水素結合やイオン結合の吸着作用などすることによって、酸化チタンを、水溶性有機溶剤(a)中に微細に油性分散することができる。
【0024】
次なる本発明の製造方法の特徴は、この油性分散にて酸化チタンを微分散して油性の酸化チタン分散液を得た後、該分散液に、アルカリと水との混合物を添加することで、『相転換が起こり水へ分散する、すなわち水性化する』ことを実現した点にある。具体的には、このようにすることで、顔料分散剤(c)として用いるポリマーのメタクリル酸のカルボキシル基がアルカリにて中和され、上記した酸化チタンとの吸着が壊れて水への親和性が出て、且つ、顔料分散剤(c)を構成する炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基含有のメタクリレートの疎水性部である脂肪族環状アルキル基が、酸化チタンに、疎水性相互作用によって吸着することが起こったものと考えられる。すなわち、酸化チタンの表面にポリマーが堆積、被覆、カプセル化し、酸化チタン表面に顔料分散剤(c)の中和されたカルボキシル基が存在することになり、この結果、該カルボキシル基のイオン反発によって水中に分散することが実現できたものと考えられる。以下、この方法をI法と称す。
【0025】
次に、本発明の製造方法の、上記(II)の方法について説明する。この製造方法では、有機溶剤(I法で用いた水溶性有機溶剤(a)と同じでも異なってもよい)を分散媒体として、白色顔料である酸化チタンを、少なくとも炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基含有のメタクリレートおよびメタクリル酸を構成成分とするカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーである顔料分散剤(c)にて油性分散した後、該分散液を、該顔料分散剤(c)の貧溶剤に析出させて得られた樹脂処理酸化チタン、或いは、該分散液の有機溶剤を蒸発させて得られた樹脂処理酸化チタンを、アルカリおよび水、必要に応じて水溶性有機溶剤(a)を含む溶液中に添加して、アルカリおよび水を含む溶液中に酸化チタンが分散してなる水性の顔料分散液を得る。
【0026】
まず、この方法の場合も、前記したI法で用いたと同様の顔料分散剤(c)を用いて、有機溶剤中に白色顔料である酸化チタンを『油性分散』して油性の酸化チタン分散液を得る。この方法の場合、この際の分散媒体として用いる有機溶剤は、I法で用いたと同様の水溶性有機溶剤(a)であってもよいが、これとは別の、他の水に不溶又は一部溶解する有機溶剤(b)であってもよい。そして、該顔料分散剤(c)が溶解しない溶剤である貧溶剤を用い、得られた油性の酸化チタン分散液を当該貧溶剤中に添加する方法で、ポリマーを析出させ、酸化チタンの粒子表面に顔料分散剤(c)として用いるポリマーが、堆積、被覆、カプセル化された『樹脂処理酸化チタン』を得る。同様の樹脂処理酸化チタンを得る別の方法では、上記で得た油性の酸化チタン分散液を、加熱して分散媒体として用いた有機溶剤を揮発させることで、酸化チタンの粒子表面に顔料分散剤(c)が堆積、被覆、カプセル化された『樹脂処理酸化チタン』を得る。そして、これらの方法で得られた樹脂処理酸化チタンを、アルカリおよび水、必要に応じて前記水溶性有機溶剤(a)を含む溶液中に添加して、『水性で分散』する。この結果、アルカリが、顔料分散剤(c)のカルボキシル基を中和して親水性を出し、顔料分散剤(c)の疎水性の部分が酸化チタンに吸着して、前記したように、カルボキシル基のイオン反発によって酸化チタンが水中に分散することとなる。以下、この方法をII法と称す。
【0027】
本発明の製造方法において特に重要なことは、顔料分散剤(c)(単に顔料分散剤と称す場合もある)として、少なくとも炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基含有のメタクリレートおよびメタクリル酸を構成成分とするカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーを用いたことにある。そして、この顔料分散剤が、アルカリにて中和されて水へ溶解してしまっては、上記したいずれの方法で行ったとしても酸化チタンの表面にある処理部分がなくなってしまい、本発明の目的を達成することができないので、本発明で用いる顔料分散剤は、中和されても水に不溶であることを要する。加えて、その中和されたポリマーが水に不溶でも、その中和されたポリマーが軟質であると、酸化チタンは比重の関係で少なからず沈降するので、沈降した時に軟質のポリマーがその圧力で融着や融合してしまい、沈降した酸化チタンの再分散が達成されないので、中和されたポリマーが軟質でないこと、すなわち、そのガラス転移点(Tg)が低くないこと(高Tgであること)が要求される。加えて、当該ポリマーは、水に不溶で軟質でなくても、水への親和性が高すぎると、中和されたイオン部の保水層部によって、ポリマー同士の絡み合いによる融合によって、酸化チタンが凝集してしまい、再分散性を達成できなくなる恐れがある。したがって、顔料分散剤を構成している親水性基であるカルボキシル基やグリコール鎖などが少ないものが望まれる。
【0028】
上記した理由から、本発明の製造方法では、使用する顔料分散剤が、前記した炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基含有のメタクリレートおよびメタクリル酸を構成成分とするカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーであることを必須とする。すなわち、この炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基含有のメタクリレートが、顔料分散剤としてのポリマーの性質を、上記で要求する硬質且つ高Tgの性質にすることができる。また、当該メタクリレートは炭素数が大きく脂肪族環状構造であるために、疎水性が高く且つ低吸湿性であるので、カルボキシル基がイオン中和されても、水に不溶で親水性が低い性質をもつ。このようなモノマーで形成されたカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーからなる顔料分散剤で酸化チタンを処理した場合、酸化チタン表面にカルボキシル基を修飾する形態をとることになって、前記した顔料分散剤同士の融合が阻害され、沈降しても、酸化チタン粒子同士の凝集がなく、再分散性が良好となる。このため、本発明の用途であるインクジェットインクには非常に好適である。
【0029】
さらに、より好ましくは、本発明では、顔料分散剤として、メタクリル酸系モノマーに由来する構成単位を90質量%以上含む、AポリマーブロックとBポリマーブロックとからなるA−Bブロック型のコポリマーであり、該A−Bブロックコポリマーは、AポリマーブロックおよびBポリマーブロックが共に、少なくとも炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基含有のメタクリレートを70質量%以上の構成成分とし、且つ、該ポリマーを構成する少なくともBポリマーブロックがメタクリル酸を構成成分とするカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーを用いるとよい。
【0030】
これは、このような構造のカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーを用いると、Aポリマーブロックは水にまったく親和性がないポリマーブロックであり、一方、カルボキシル基を有するBポリマーブロックは、脂肪族環状アルキル構造を多く含有することで、カルボキシル基が中和されても水に不溶であるポリマーブロックであるので、酸化チタンが、該A−Bブロックコポリマーである顔料分散剤で処理されてアルカリで中和されても、Aポリマーブロックは、水および有機溶剤を含む水媒体でも溶解せず酸化チタンをカプセル化した状態に保つ働きをし、Bポリマーブロックは、酸化チタンの表面にカルボキシル基を付与する作用をして、分散性を出す。
【0031】
加えると、本発明で使用する顔料分散剤は、上記構造を有するカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーであるので、該顔料分散剤をアルカリで中和しても、水に微粒子分散したり析出したりして水に不溶であるので、単に、水、該顔料分散剤、有機溶剤、酸化チタン等の配合で分散しても、『全く分散できないこと』も大きな特徴である。
【0032】
以下、本発明の製造方法について、より具体的に例を示して説明するが、まず、I法について説明する。I法で、分散媒体に使用する水性有機溶剤(a)としては、従来公知のものが使用されるが、好ましくは、水性インクジェットインクに使用されている、湿潤性、浸透性、保湿性、乾燥防止の効果を付与する水溶性有機溶剤であることが好ましい。本発明のI法の製造方法によって得られる水性の白色顔料分散液の場合は、その溶液に含有される水性有機溶剤(a)が、インク用の溶剤としてそのまま使用することができる。また、このI法では、相転換させるためにアルカリ水溶液を加えて混合することから、分散媒体として用いる有機溶剤が水に不溶であった場合は混合できないので、水溶性の有機溶剤を使用する。具体的には、I法で使用する水性有機溶剤(a)は、水への溶解性が50質量g/100g水(25℃)以上であり、好ましくは、完全に水と混和するものを使用するとよい。
【0033】
すなわち、I法で使用する水溶性有機溶剤(a)としては、具体的には、アルコール系溶剤、ジオール系溶剤、グリコール系溶剤、アミド系溶剤、スルホキシド、グリコールエーテル系溶剤、グリコールエステル溶剤、エーテル系溶剤、カーボネート系溶剤などが使用できる。
好ましくは、アルキレン(炭素数:C2〜C6)ジオール;アルキレン(炭素数:C3〜C10)トリオール;そのモノまたはジアルキル(炭素数:C1〜C4)エーテル;ポリ(n=2〜5)アルキレン(炭素数:C2〜4)グリコールモノまたはジアルキル(炭素数:C1〜C4)エーテル;モノまたはポリ(n=2〜5)エチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート;アミド系溶剤が挙げられる。具体的には、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチル−3−ヒドロキシ−1−ブタノールなどのアルキレン(炭素数:C2〜C6)ジオール;グリセリン、トリメチロールプロパン、1,2,4−ブタントリオールなどのアルキレン(炭素数:C3〜C10)トリオール;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、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プロピルエーテル、3−メチル−3−メトキシ−1−ブタノールなどの前記したアルキレン(炭素数:C2〜C6)ジオールのモノ、ジアルキルエーテル;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、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテルなどのポリ(n=2〜5)アルキレン(炭素数:C2〜4)グリコールモノまたはジアルキル(炭素数:C1〜C4)エーテル;ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどのモノまたはポリ(n=2〜5)エチレングリコールモノアルキルエーテルアセテート;2−ピロリドン、N−メチルピロリドンなどのアミド系溶剤が好ましい。これらの溶剤は、インクジェットインクに使用することが可能な溶剤で、浸透性、乾燥性、粘度、表面張力の調整などに使用される溶剤である。
【0034】
次に、本発明の製造方法で使用される顔料は、白色顔料分散液や白色インクを形成するためのものであり、白色顔料であって、中でも特に隠ぺい性に優れる酸化チタンである。酸化チタンとしては、特に限定はなく、ルチル型、アナターゼ型、ブルカイト型などの結晶系や硫酸法、塩素法などの製造方法にいかんなく使用することができる。また、表面処理がなされていなくても使用できるが、シリカ処理、アルミナ処理、ジルコニア処理、亜鉛処理、シリカアルミナ処理、シランカップリング剤処理などの有機処理、無機処理である表面処理がなされている酸化チタンも使用される。さらに、本発明の製造方法では、必要に応じて、酸化チタンに加えてさし色として、有彩色の有機顔料や染料を添加してもよい。
【0035】
また、本発明の目的から、白として隠ぺい力が高い方がよく、その顔料自体の平均粒子径としては、50〜300nm、好ましくは、80〜280nmであるものがよい。平均粒子径が50nmより小さいと隠ぺい力が足りず印画物が透けてしまい、300nm超だと、分散しても細かくならなかったり、フィルターやヘッドに詰まったりするので好ましくない。また、平均粒子径が300nm超だと、粒子が大きいため沈降しやすく、分散安定性を得るのが難しい場合がある。
【0036】
また、この酸化チタンは、本発明の製造方法によって調製された白色顔料分散液とされて分散された時の平均粒子径が、100〜300nmであることが隠ぺい力を出すために好ましい。100nm未満だと隠ぺい力が足りず、300nm超だと、フィルターやヘッドのつまりを生じたり、分散液やインク中で沈降したり、印画物の平滑性や精鋭性を損なったりする可能性があるからである。より好ましくは、150〜250nmである。
【0037】
次に、本発明の製造方法で使用する顔料分散剤(c)について説明する。本発明で使用される顔料分散剤は、少なくとも炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基含有のメタクリレートおよびメタクリル酸を構成成分とするメタクリレート系のポリマーであり、本発明では、特にA−Bブロック型のカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーを用いる。その他、上記特有のモノマーから形成されるランダム共重合体やグラフト共重合体であっても本発明の製造方法と同様のことができるが、上記ブロック共重合体を用いた方が、より安定した処理が可能で、得られる顔料分散液もより高品質のものを安定して得られる。
【0038】
本発明で使用するメタクリレート系のポリマーを形成するための炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基含有のメタクリレートは、疎水性が高く、ポリマーに高Tgを付与でき、低吸湿性である性質のものである。具体的には、例えば、シクロヘキシルメタクリレート、メチルシクロヘキシルメタクリレート、クロロシクロヘキシルメタクリレート、エチルシクロヘキシルメタクリレート、フェニルシクロヘキシルメタクリレート、ドデカヒドロナフチルメタクリレート、3,3,5−トリメチルシクロヘキシル、2−イソプロピル−5−メチルシクロヘキシル、シクロオクチルメタクリレート、シクロデシルメタクリレート、シクロドデシルメタクリレート、トリシクロデカン−8−イルメタクリレート、アダマンチルメタクリレート、2−メチルアダマンタン−2−イルメタクリレート、3,5−ジメチル−1−アダマンチルメタクリレート、テトラシクロデシルメタクリレート、テトラシクロドデシルメタクリレート、t−ブチルシクロヘキシルメタクリレート、イソボロニルメタクリレートなどが挙げられ、これらの中から一種以上使用される。また、その脂肪族環状アルキル基に、水酸基、アミノ基などの官能基が結合していてもよい。水酸基が置換した脂肪族環状アルキル基を有するメタクリレートでは、水性化後、その水酸基と酸化チタンとの水素結合があり、分散安定性に寄与すると考えられる。例えば、ヒドロキシメチルシクロヘキシルメタクリレート、3−ヒドロキシ−1−アダマンチルメタクリレートなどが挙げられる。
【0039】
特に好ましくは、市販品で入手しやすい安価であり、且つそのホモポリマーのガラス転移点温度(Tg)が80℃以上であるシクロヘキシルメタクリレート、3,3,5−トリメチルシクロヘキシルメタクリレート、4−t−ブチルシクロヘキシルメタクレート、トリシクロデシルメタクリート、イソボルニルメタクリレートを一種以上使用することがよい。本発明で顔料分散剤として使用するカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーは、上記に列挙したような、そのホモポリマーのTgが高い炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基含有のメタクリレートを形成成分とするものであることから、該A−Bブロックコポリマー構成する一方或いは両方のポリマーブロックの理論Tgは、80℃〜190℃と極めて高いものになる。本発明では、このようなA−Bブロックコポリマーを、酸化チタンの顔料分散剤にとして用いることで、先に述べた本発明に特有の工程を安定に実現させ、その結果、安定した微分散や沈降後の回復が難しい酸化チタンの良好な水性の白色分散液の製造を可能にしている。
【0040】
本発明で顔料分散剤として使用するカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーを形成するための成分として、上記特有の脂肪族環状アルキル基を有するメタクリレートのほかに、メタクリル酸を使用する。これは、本発明で使用する顔料分散剤に酸性基を付与する成分であり、本発明の製造方法で行う油性分散時には酸化チタンへの吸着基として働き、I法で相転換して水性にした際には、酸化チタンの表面にカルボキシル基を付与し、アルカリとの中和によってイオン化し親水性の効果を出す働きをする。他のカルボキシル基を有するメタクリレートでもよく、例えば、2−ヒドロキシエチルメタクリートのフタル酸エステル化物などが挙げられるが、しかし、このエステル化物の場合は、水性で使用した場合、そのエステル基が加水分解してしまい、吸着性能が付与できない場合があるので、本発明ではメタクリル酸が適している。
【0041】
本発明では、上記の炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基含有のメタクリレートとメタクリル酸のほかに、他の重合しうるラジカル重合性不飽和結合を有するモノマーを共重合してもよい。例えば、スチレンやビニルトルエンなどのビニル系モノマー;メチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリレート;(メタ)アクリルアミドやジメチル(メタ)アクリルアミドなどのアミド系モノマー;ポリスチレンマクロモノマーやシロキサンマクロモノマーなどが挙げられる。これらの共重合成分は本発明における性質を阻害しない範囲で使用される。この含有量は好ましくは0〜50%、より好ましくは0〜10%である。
【0042】
先に述べたように、本発明の製造方法を実施するにあたり、これらの構成成分で構成されるランダム共重合体、ブロック共重合体、グラフト共重合体のいずれでも、酸化チタンの顔料分散剤として使用できるが、本発明では、より高い効果が安定して得られるブロック共重合体、中でもA−Bブロック型のカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーを用いる。特に好ましくは、該顔料を分散するための良好な顔料分散剤として、メタクリル酸系モノマーに由来する構成単位を90質量%以上含むAポリマーブロックとBポリマーブロックとからなるA−Bブロック型のコポリマーであり、前記した特定の構造と構成であるカルボキシル基含有ブロックコポリマー(以下、単にA−Bブロックコポリマーとも呼ぶ)を用いる。
【0043】
このA−Bブロックコポリマーは、AポリマーブロックとBポリマーブロックとからなり、下記のように、その構成の違いから、A、Bそれぞれのポリマーブロックは異なる機能を示す。
具体的には、Aポリマーブロックは、本発明の製造方法で行う油性分散時には水性有機溶剤(a)に相溶し、溶解するブロックポリマーであり、この分散系では、このポリマーブロックが立体反発して顔料の凝集を防止し、微分散性、分散安易性を保持する。次いでI法で行われる、アルカリと水との混合物を添加することで相転換して水性化することに対しては、このAポリマーブロックは水系媒体には完全に不溶であるため、酸化チタンに堆積、被覆、カプセル化する作用をする。他方のBポリマーブロックは、メタクリル酸由来のカルボキシル基を有し、油性分散時には酸化チタンと水素結合やイオン結合によって吸着するポリマーブロックで、次いで行われる水性化では、アルカリにてカルボキシル基がイオン化され、且つ、そのBポリマーブロックを構成する疎水性の高いメタクリレートのため水には不溶であり、酸化チタン表面にカルボキシル基を付与する作用をする。すなわち、油性分散時は、Aポリマーブロックが分散媒体に溶解し、Bポリマーブロックが顔料に吸着して良好な分散性を示し、一方、I法で、アルカリ水を加えて中和した後は、Aポリマーブロックは顔料をカプセル化して吸着し、Bポリマーブロックが酸化チタンの表面をイオン化させてイオン反発にて良好な分散性を保持するという構造をしている。
【0044】
また、上記したように、本発明の製造方法で得た白色顔料分散液では、特有の構造を有する顔料分散剤が、酸化チタンに吸着して分散安定性が保持できるが、比重が重い酸化チタンは、地球の重力によって少なからず沈降はしてしまうことが考えられる。しかし、本発明を特徴づける顔料分散剤は、形成成分であるモノマー組成が従来のものと全く異なるので、本発明の製造方法が実施されると従来の顔料分散剤では達成できない下記の挙動を示す。すなわち、沈降した場合でも、酸化チタンに対して吸着するAポリマーブロックの吸着の程度が従来の顔料分散剤に比べて著しく優れており、脱離することがなく、Bポリマーブロックが水に不溶であるが、イオン性を酸化チタン表面に付与しているため、沈降して酸化チタンが密着したとしても、イオン斥力と疎水性が高い低吸湿性のモノマーを有するため、融着・融合することがなく、振とうや撹拌によって容易に密着がほどけ、元の分散状態に戻す働きをする。これは酸化チタンの表面にカルボキシル基が付与された自己分散性顔料のような効果を発揮するものである。
【0045】
本発明で使用する本発明を特徴づけるA−Bブロックコポリマーを構成するAポリマーブロックは、これを分散剤として用いた場合に、油性分散時は分散媒体に溶解し、水性化時は酸化チタンをカプセル化するポリマーブロックである。且つ、その構成は、高Tg、低吸湿性のモノマーである、前記した少なくとも炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基を有するメタクリレートを70質量%以上、好ましくは80質量%以上、構成成分としてなるものである。70%未満では、本発明の分散剤の性質である高疎水性、水不溶性、低吸湿性、高Tgを付与できない可能性があるので好ましくない。この本発明で規定する脂肪族環状アルキル基であることが、疎水性が強く且つ耐熱性があると考えられ、カプセル化の保持がインクの高温保存試験でも耐えうることができ、分散の安定性を保持する。また必要に応じて、本発明の性質を損なわない程度に前記した他のモノマーのメタクリレートを共重合成分とすることができる。また、Aポリマーブロックに酸基を有するメタクリレート、例えば、メタクリル酸が導入されていてもよく、カプセル化して水に不溶、親水性がないという観点では、導入しない方が好ましいが、必要に応じて10質量%以下の含有量とすることができる。
【0046】
上記したAポリマーブロックのTgについては、熱分析した実測、文献からのデータ値、理論計算式からの算出値が使用できる。熱分析は従来公知の方法で特に限定さない。データ値としては、そのモノマーのホモポリマーのTg値は、モノマーメーカーの技術資料や高分子データハンドブック(培風館発行、高分子学会編(基礎編)、昭和61年1月初版)、Polymer Handbook(WILLYINTERSIENCE、Fourthedition)などに記載されている。また、理論計算式としては、例えば、フォックス式が挙げられる。これは、Aポリマーブロックがn種のモノマーから構成されていれば、そのモノマーのホモポリマーのTgを使用して、以下のフォックス式に従って、そのポリマーブロックのTgを算出できる。
フォックス式:100/(Tg+273)=Σ(Wn/(Tgn+273))
Tg=ポリマーブロックのTg計算値
Wn=ポリマーブロックを構成するモノマーの重量%比
Tgn=各モノマーのホモポリマーのTg
【0047】
次に、本発明の製造方法で使用する本発明を特徴づけるA−Bブロックコポリマーを構成するBポリマーブロックについて説明する。これは、前記した少なくとも炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基を有するメタクリレートとメタクリル酸から構成されるポリマーブロックで、本発明の製造方法の油性分散時には顔料へ吸着するポリマーブロックであり、その後の水性化時には、酸化チタンの表面にカルボキシル基を付与し、中和されることでイオン反発にて分散へ寄与するポリマーブロックである。前記した通り、炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基を有するメタクリレートを70質量%以上であることが好ましく、より好ましくは80質量%以上である。すなわち、70%未満では、本発明が使用する顔料分散剤に対して所望している顔料分散剤の性質である、高疎水性、水不溶性、低吸湿性、高Tgを付与できず、水に溶解してしまい、酸化チタンが沈降して接触した際に、そのBポリマーブロック同士が融合してしまい再分散できない可能性がある。
【0048】
このBポリマーブロックは、カルボキシル基を付与するメタクリル酸を構成成分とする。油性分散時にはカルボキシル基が酸化チタンと吸着し、水性化時には中和されイオン反発する基である。その含有量は、あまりに多すぎると中和した場合にそのBポリマーブロックを水に溶解させてしまう可能性があり、逆に少なすぎるとイオン反発が足りず、凝集してしまい分散できない可能性がある。好ましくは、10〜30質量%、より好ましくは15〜28質量%である。Bポリマーブロックの他の構成成分として、本発明の性質を損なわない程度に他の前記したモノマーのメタクリレートを共重合成分とすることができる。
【0049】
このBポリマーブロックもAポリマーブロックと同様に高Tgであることが好ましい。高Tgであると、疎水性が強く、カルボキシル基が中和されても水に不溶であり且つ耐熱性があると考えられ、インクの高温保存試験でも耐えうることができ、酸化チタンから脱離れせず、分散の安定性をより良好に保持することができるものになる。Tgに関しては前記した通りである。また、必要に応じて、本発明の性質を損なわない程度に前記した他のモノマーのメタクリレートを共重合成分とすることができる。
【0050】
本発明の白色顔料分散液を製造する際に使用する顔料分散剤は、以上で説明したようなAポリマーブロックとBポリマーブロックとからなるA−Bブロックコポリマーであることを特徴とする。さらに好ましくは、Aポリマーブロックの数平均分子量が1,000〜20,000の範囲内にあり、且つ、前記Bポリマーブロックの、メタクリル酸に由来するカルボキシル基による酸価が、100〜250mgKOH/gであり、前記Bポリマーブロックの分子量(A−Bブロックコポリマーの数平均分子量からAポリマーブロックの数平均分子量を引いた分子量)が1,000〜10,000の範囲内にあり、かつ、前記A−Bブロックコポリマーの数平均分子量が2,000〜30,000の範囲内にあり、さらに、その分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1.6以下であるものが好ましい。
【0051】
まず、Aポリマーブロックの数平均分子量が1,000〜20,000の範囲内にあることが好ましい理由について説明する。この分子量が1,000未満であると油性分散の際に、溶解性鎖が短いので、立体反発による凝集防止ができずに微分散性、分散安定性が乏しい場合があるし、また、水性化した後、カプセル化に対しては分子量が小さいので脱離など起こしてしまう場合がある。また、20,000超だと、水性化の後に顔料の多粒子間でカプセル化してしまう可能性があり、微分散できない場合がある。より好ましくは、Aポリマーブロックの数平均分子量が2,000〜15,000の範囲内にあるものを使用すればよい。
【0052】
また、Bポリマーブロックについては、メタクリル酸に由来するカルボキシル基による酸価が、100〜250mgKOH/gであることが好ましいが、その理由は以下のようである。前記したが、この酸価は100mgKOH/g未満だとイオン反発が足りず、凝集してしまい分散できない可能性があり、また、油性での分散における吸着量が足りず十分に分散できないおそれがある。逆に、250mgKOH/g超だと中和した場合にそのBポリマーブロックを水に溶解させてしまう可能性がある。より好ましい上記酸価は、120〜210mgKOH/gである。
【0053】
加えて、前記Bポリマーブロックの分子量が1,000〜10,000の範囲内にあることが好ましい理由は、下記の通りである。Bポリマーブロックの分子量が1,000未満だと水性化でのイオン成分が足りずイオン反発できずに分散性が乏しい場合があり、一方、10,000超だと油性分散時に多粒子間に吸着がなされ、微分散性、保存安定性に乏しい場合がある。より好ましいBポリマーブロックの分子量の範囲は、2,000〜8,000である。
【0054】
次に、このA−Bブロックコポリマーの数平均分子量は、2,000〜30,000の範囲内にあることが好ましい理由について説明する。より好ましくは、4,000〜23,000である。加えて、さらに、その分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)が1.6以下であることが好ましい。本発明の製造方法により好適なものは、1.5以下というその分子量分布がより狭いものである。すなわち、この分布が狭いということは、分子量がそろっていることを意味する。これに対し分子量分布が広いものは、分子量が小さいものから、大きいものまで含み、小さいものは前記した物性の低下、大きいものは粘度の上昇や凝集が起こってしまうものである。したがって、この分子量分布が広いと、顔料分散剤としての性能が劣ってしまう可能性があるので、分子量分布の値が1.6以下であるものを用いることが好ましい。
【0055】
本発明の製造方法で顔料分散剤として使用するA−Bブロックコポリマーの構成成分は、その90%以上がメタクリル酸系モノマーであることが好適であるが、必要に応じて、10%未満で他の重合性モノマーが使用でき、その種類は特に限定されない。例えば、前記したアクリル酸系のモノマーやスチレンなどのビニル系モノマーなどが使用できる。
以上が、本発明の効果を達成するために必須となる、白色顔料である酸化チタンに対する顔料分散剤として良好に機能するA−Bブロックコポリマーの構成についての説明である。
【0056】
次に、本発明のI法の製造方法で相転換して水性化する工程や、最終的に水に分散させる際にはアルカリが使用されるが、その種類は特に限定されない。従来公知のものが使用されるが、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物;アンモニア;トリエチルアミン、トリブチルアミンなどの有機アミン;エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メチルアミノプロパノールなどの水酸基含有有機アミン;ポリエチレングリコールプロピレングリコールモノアミンなどのポリグリコールアミン;テトラブチルアンモニウムハイドライドなどの第4級アンモニウム塩などが、一種以上使用できる。その量はメタクリル酸に対して任意であるが、好ましくは等モル以上の中和率とするとよい。
【0057】
少なくとも以上の成分を使用して、本発明の製造方法によって酸化チタンを良好に分散してなる顔料分散液を得ることができるが、必要に応じて、品質に影響のない程度に他の添加剤を使用することも好ましい形態である。この場合に使用する添加剤としては、特に限定されず、例えば、消泡剤、レベリング剤、光安定剤、紫外線吸収剤、表面調整剤、染料などの着色剤、膜特性の改良や接着性を改良するためのポリマー成分、撥水剤、撥油剤、化学結合を伴う架橋剤、マット化剤、シランカップリング剤、界面活性剤などの各種添加剤を1種以上任意に添加できる。
【0058】
次に、I法の具体的な製造方法について説明する。先に述べたようにI法は、水溶性有機溶剤(a)を分散媒体として、酸化チタンを、少なくとも炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基含有のメタクリレートおよびメタクリル酸を構成成分とするカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーである顔料分散剤にて油性分散した後、該分散液にアルカリと水の混合物を添加して相転換して、白色顔料である酸化チタンが水に分散してなる水性の顔料分散液を得る方法である。
まず、水溶性有機溶剤(a)、酸化チタン、顔料分散剤を少なくとも用いて分散するが、この場合、任意の分散方法がとられ、特に限定されない。その際に用いる分散機としては、例えば、ニーダー、二本ロール、三本ロール、ミラクルKCK(浅田鉄鋼株式会社、商品名)といった混練機や、超音波分散機や、高圧ホモジナイザーであるマイクロフルイダイザー(商品名、みずほ工業株式会社)、ナノマイザー(商品名、吉田機械興業株式会社)、スターバースト(商品名、スギノマシン株式会社)、G−スマッシャー(商品名、リックス株式会社)等が挙げられる。また、ガラスやジルコンなどのビーズメディアを使用したものでは、ボールミル、サンドミルや横型メディアミル分散機、コロイドミルなどが使用できる。その分散処方は特に限定されない。
【0059】
本発明の製造方法において、所望の粒度や分布を有する顔料の分散体を得るためには、分散機の粉砕メディアのサイズを小さくする、粉砕メディアの充填率を大きくする、また、処理時間を長くする、吐出速度を遅くする、粉砕後フィルターや遠心分離機などで分級するなどの手法が用いられる。または、それらの手法の組み合わせが挙げられる。次いで、得られた顔料分散液は、そのままでもよいが、遠心分離機にかけたり、任意のフィルターを通したりして、粗大粒子を除去することが好ましい。
【0060】
本発明の製造方法において油性分散する際の材料の配合量については、液状としてメディアで分散する方法やロールなどの高固形分で固いペースト状での分散方法が取れるので、特に限定されない。その配合を例示すると、液状分散の場合は、酸化チタン40〜70質量%、顔料分散剤を顔料に対して1〜20質量%、残りを100質量%になるように水溶性有機溶剤の量を調整して配合する。固いペースト状での分散では、酸化チタンが70質量%〜90質量%、顔料分散剤が顔料に対して1〜20質量%、残りが水溶性有機溶剤である。顔料に対する顔料分散剤の量については、1%よりも少ないと分散剤が足りないことにより分散が進行せず、また、20%より多いと分散液の粘度が高くなったり、沈降した時に逆に粒子同士を凝集する接着剤的な働きをしてしまったりする可能性がある。より好ましくは、酸化チタンに対して5〜15質量%の範囲であり、インクジェット記録用途としての特性や、コスト面に応じて調整される量バランスである。この配合にて上記の分散方法と処理方法にて油性の白色顔料分散液を得ることができる。
【0061】
次いで、アルカリを溶解させた水溶液(混合液)と、上記の油性分散で得られた油性の白色顔料分散液を混合、必要に応じて、追加の水溶性有機溶剤を加えて、そのまま混合するだけでも本発明が目的とする酸化チタンが良好に分散した水性の白色顔料分散液を得ることができるが、好ましくは、再度前記した分散方法によって分散するとよい。
【0062】
この本発明の製造方法のI法で得られる白色顔料分散液の成分配合率については、任意の配合で得ることができるが、特に本発明の製造方法で得られるものとしては、水を10〜50質量%、白色顔料の酸化チタンを20〜50質量%、顔料分散剤0.4〜10質量%、アルカリを0.05〜2質量%、水溶性有機溶剤(a)を0〜30質量%とからなるようにすることが好ましい。本発明では、先に説明した油性分散の際における酸化チタン含有量によって上記の配合量を適宜に調整することができる。白色顔料である酸化チタンは、顔料分散液の20〜50質量%を占めることが好ましいが、20質量%未満では、水性化する際に分散時に粘性が足りず、分散が円滑に進行し難いという課題があり、また、50質量%を超えると、粘度が高すぎて分散ができない場合があるので好ましくない。より好ましい酸化チタンの比率は、30〜50質量%である。
【0063】
本発明の製造方法I法で得られる白色顔料分散液を構成する材料の比率としては、上記した好ましい比率を満足する白色顔料である酸化チタンおよび顔料分散剤の量であって、且つ、分散媒体として用いた水溶性有機溶剤(a)、アルカリおよび水、必要に応じて使用する他の添加剤等の配合によって、最終的にその総計が100質量%になるように任意に調整するとよい。
【0064】
最終製品とするには、次いで、前記した処理にて粗大粒子などを除去する。上記したようにして得られる本発明の白色顔料分散液の物性に関しては、酸化チタンの含有量によって異なるので、粘度などの物性については特に限定されず任意である。例示すると、顔料分散液の粘度の範囲としては、10〜300mPa・sが挙げられるが、粘度が高くても、インクにした時に調整できるので、特に限定はない。その他の物性についても特に限定はない。
【0065】
顔料分散液に含まれることとなる製造の際に使用する酸化チタン自体の粒子径については前記したが、特に本発明では、本発明の白色顔料分散液とされて分散された時の平均粒子径が、100〜300nmであることが、印画された際の十分な隠ぺい力を出すためには好ましい。100nm未満だと隠ぺい力が足りず、300nm超だと、フィルターやヘッドのつまりを生じたり、分散液やインク中で沈降したり、印画物の平滑性や精鋭性を損なったりする可能性があるからである。より好ましくは、150〜250nmである。
【0066】
次に、本発明の製造方法の前記したII法について説明する。II法では、I法で用いたと同様の水溶性有機溶剤(a)であっても、他の、水に不溶又は一部溶解する有機溶剤(b)であってもよいが、これらの有機溶剤を分散媒体として、酸化チタンを、I法で用いたと同様の顔料分散剤にて油性分散した後、得られた油性の分散液を該顔料分散剤の貧溶剤に添加して顔料分散剤のポリマーを析出させて、或いは、得られた油性の分散液の有機溶剤(b)等を蒸発させて、樹脂処理酸化チタンを得、得られた樹脂処理酸化チタンを、アルカリおよび水、必要に応じて水溶性有機溶剤を含む溶液に添加して、混合分散し、白色顔料分散液を得る方法である。
【0067】
前記したI法は、酸化チタンを油性分散して油性の顔料分散液を得、これにアルカリ水を加えて相転換して水性化して、水性の白色顔料分散液を得る方法であるが、このII法は、I法で用いた水溶性有機溶剤の代わりに(場合によっては水溶性有機溶剤を使用してもよい)、水に溶解しないまたは溶解性が乏しい有機溶剤を分散媒体として使用し、油性分散した後、該有機溶剤をなくして顔料分散剤であるポリマーを析出させ、酸化チタン表面に顔料分散剤を堆積、被覆、カプセル化して、製造の途中で、顔料分散剤で処理された酸化チタンを得ることを特徴とする。II法の場合は、上記のようにして得た樹脂処理酸化チタンをアルカリ水に分散させることで、水性の白色顔料分散液を得る。
【0068】
このII法は、前記したI法と得られる顔料分散液は最終的には同じであるが、樹脂処理顔料を経由すること、さらに、油性分散の際に分散媒体として使用する有機溶剤が、必ずしも水溶性の有機溶剤でなくてもよいという違いがある。また、最終段階で、分散媒体に用いた有機溶剤をなくすことで得た樹脂処理酸化チタンを使用するので、インクに使用する場合、任意の水溶性有機溶剤が使用でき、また水のみでのインクとすることができるという利点がある。
【0069】
本発明の製造方法のII法では、まず、前記した酸化チタン、顔料分散剤を用いて、有機溶剤(b)に油性分散する。この有機溶剤(b)は、I法で用いた前記した水溶性有機溶剤(a)でもよいが、他の、従来公知の水へ不溶、または一部溶解するような汎用の有機溶剤が使用でき、特に限定されない。
【0070】
例えば、ヘキサン、オクタン、デカン、イソデカン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの炭化水素系溶剤;
メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、ヘキサノール、ベンジルアルコール、シクロヘキサノールなどのアルコール系溶剤;
メチルセロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールブ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などのグリコール系溶剤;
ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、メチルシクロプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アニソールなどのエーテル系溶剤;
メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、イソホロン、アセトフェノンなどのケトン系溶剤;
酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸プロピル、酪酸メチル、酪酸エチル、カプロラクトン、乳酸メチル、乳酸エチル、琥珀酸ジメチル、アジピン酸ジメチル、グルタル酸ジメチルなどのエステル系溶剤;
クロロホルム、ジクロロエタンなどのハロゲン化溶剤;
ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、カプロラクタムなどのアミド系溶剤の他、ジメチルスルホキシド、スルホラン、テトラメチル尿素、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、炭酸ジメチルなどを挙げることができる。なお、これらの有機溶剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0071】
上記に列挙したような有機溶剤を使用して、前記した油性の分散方法にて分散して、油性の酸化チタンの顔料分散液を得る。次いで、この有機溶剤を除去して、顔料分散剤を酸化チタンの表面に堆積、被覆、カプセル化させる。この有機溶剤の除去の方法としては、従来公知の方法を適用できるが、その手段の1つとして、使用する顔料分散剤が溶解しない溶剤である貧溶剤と混合して、酸化チタンとともに顔料分散剤を析出させ、析出した後、ろ過、洗浄、乾燥して樹脂処理顔料を得る方法が挙げられる。この貧溶剤は、使用する顔料分散剤の構造、組成によって違うので任意である。使用する貧溶剤の量は等量以上、好ましくは、2倍質量以上使用することが好ましい。また、好ましくは、顔料分散剤は不溶であるが、該有機溶剤とは混和する有機溶剤である貧溶剤を使用するとよい。
【0072】
別の有機溶剤の除去方法としては、該有機溶剤を加熱や真空によって留去させる方法がある。この方法は従来公知の方法がとられ特に限定されない。この場合は、有機溶剤が樹脂処理酸化チタンに含まれないように十分乾燥することが好ましい。
【0073】
本発明の製造方法のII法では、以上のようにして得られる樹脂処理顔料を、アルカリの水溶液、必要に応じて、任意の有機溶剤や水溶性有機溶剤(a)、さらには前記した添加剤を加えて、樹脂処理顔料に使用されている顔料分散剤のカルボキシル基をアルカリにて中和してイオン化し、これによって酸化チタンを微分散させる。この方法としては、従来公知の混合撹拌だけでもよいが、前記した分散方法をとることが微粒子分散できるので好ましい。得られた水性の白色顔料分散液は、製品とする場合に、前記したI法で行ったと同様の後処理方法をとることができる。
【0074】
本発明の製造方法のII法における配合等は、前記したI法で行ったと同様に、水を10〜50質量%、白色顔料の酸化チタンを20〜50質量%、顔料分散剤0.4〜10質量%、アルカリを0.05〜2質量%、水溶性有機溶剤(a)を0〜30質量%とからなるようにすることが好ましい。特に、本発明の製造方法のII法を用いれば、水溶性有機溶剤の量を0とした水性の顔料分散液を得ることができる。本発明の製造方法のII法で得られる水性の白色顔料分散液は、以上の好ましい比率を満足する、白色顔料である酸化チタンおよび顔料分散剤の量であって、アルカリおよび水、必要に応じて使用する水溶性有機溶剤(a)や他の添加剤等の配合によって、その総計が100質量%になるように任意に調整したものであることが好ましい。
【0075】
本発明では、上記で説明したような、酸化チタン、水溶性有機溶剤、本発明を特徴づける顔料分散剤、アルカリ、水等の材料を使用して行う特有の製造方法を提供するが、これらの方法によって、本発明の優れた水性の白色顔料分散液を得ることができる。
【0076】
次に、本発明の製造方法の手順により優れた水性の白色顔料分散液を得ることを可能にする、本願発明で必須とする本発明を特徴づける特有の構成の顔料分散剤(c)であるA−Bブロック型のカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーの製造方法について説明する。本発明で顔料分散剤(c)として使用される前記したA−Bブロックコポリマーは、下記に説明するリビングラジカル重合によって簡便に得られる。中でも好ましい製造方法は、重合開始化合物および触媒の存在下、本発明を特徴づける前記した特有のメタクリル酸系モノマーを含有するモノマー成分をリビングラジカル重合する工程を含み、該重合開始化合物が、ヨウ素又はヨウ素化合物の少なくともいずれかであり、該触媒が、ハロゲン化リン、フォスファイト系化合物、フォスフィネート化合物、イミド系化合物、フェノール系化合物、ジフェニルメタン系化合物、およびシクロペンタジエン系化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物であり、その重合温度を30〜50℃とする方法が挙げられる。
【0077】
リビングラジカル重合としては、これまでに様々な方法が発明されており、例えば、アミンオキシドラジカルの解離と結合を利用するニトロキサイド法(Nitroxide mediated polymerization:NMP法)、銅、ルテニウム、ニッケル、鉄等の重金属と、これらの重金属と錯体を形成するリガンドとを使用し、ハロゲン化合物を開始化合物として用いて重合する原子移動ラジカル重合(Atom transfer radical polymerization:ATRP法)、ジチオカルボン酸エステルやザンテート化合物等を開始化合物として使用するとともに、付加重合性モノマーとラジカル開始剤を使用して重合する可逆的付加解裂型連鎖移動重合(Reversible addition- fragmentation chain transfer:RAFT法)およびMacromolecular Design via Interchange of Xanthate(MADIX法)、有機テルル、有機ビスマス、有機アンチモン、ハロゲン化アンチモン、有機ゲルマニウム、ハロゲン化ゲルマニウム等の重金属を用いる方法(Degenerative transfer:DT法)などが挙げられる。
【0078】
しかしながら、上記の方法は、いずれも、本発明の効果を得るために必要となる構成を有するA−Bブロックコポリマーを得るには問題がある。すなわち、例えば、NMP法では、テトラメチルピペリジンオキシドラジカルを使用するが、100℃以上の高温条件下で重合することが必要とされるし、メタクリレート系モノマーを用いた場合には、重合が進行しないといった問題もある。
【0079】
また、ATRP法では、重金属を使用する必要があるし、酸化還元を伴う重合方法なので、酸素の除去が必要であるし、アミン化合物をリガンドとして錯体を形成させて重合する方法では、重合系に酸性物質が存在すると錯体の形成が阻害されてしまうので、酸基を有する付加重合性モノマーをそのまま重合させることは困難である。保護基で酸基を保護したモノマーを重合し、重合後に保護基を脱離させる必要があるが、煩雑であり、酸基をポリマーブロックに導入することは容易なことではない。
【0080】
また、RAFT法およびMADIX法では、先ず、ジチオカルボン酸エステルやザンテート化合物などの特殊な化合物が必要であり、これらは硫黄系の化合物であるので、得られるポリマーには硫黄系の不快な臭気が残りやすく、着色されている場合もある。このため、得られたポリマーから臭気や着色を除去する必要がある。メタクリル酸系モノマーの重合もうまくいかない場合がある。
【0081】
さらに、DT法では、ATRP法と同様に重金属を使用する必要がある。このため、得られたポリマーから重金属を除去する必要があるとともに、発生した重金属を含む排水を浄化しなければならないといった問題がある。
【0082】
そのような状況下、本発明を特徴づけるカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーの製造方法で使用するリビングラジカル重合方法は、重金属化合物の使用を必須とせず、ポリマーの精製を必須とせず、さらに、特殊な化合物を合成する必要がなく、市場にある比較的安価な材料を用いるだけで容易に製造することができ、極めて有用である。また、重合条件が穏和であり、従来のラジカル重合方法と同様の条件で重合することができる方法であり、特筆すべきは、カルボキシル基やリン酸基などを有する酸基含有モノマーをそのままリビングラジカル重合できるところにある。
【0083】
具体的には、本発明を特徴づけるブロックコポリマーの製造方法は、重合開始化合物および触媒の存在下、メタクリル酸系モノマーを含有するモノマー成分をリビングラジカル重合する工程(重合工程)を含むことを特徴とする。そして、重合開始化合物が、ヨウ素とヨウ素化合物の少なくともいずれかであることを要す。
【0084】
上記した重合工程は、ヨウ素とヨウ素化合物の少なくともいずれかを重合開始化合物として使用して、メタクリル酸系モノマーを含有するモノマー成分をリビングラジカル重合によって重合する工程である。本発明で用いる重合方法では、重合開始化合物として用いられるヨウ素やヨウ素化合物に熱や光を与えると、ヨウ素ラジカルが解離する。そして、ヨウ素ラジカルが解離した状態でモノマーが挿入された後、直ちにヨウ素ラジカルがポリマー末端ラジカルと再度結合して安定化し、停止反応を防止しながら重合反応が進行する。
【0085】
本発明の製造方法で用いることのできるヨウ素化合物の具体例としては、2−アイオド−1−フェニルエタン、1−アイオド−1−フェニルエタンなどのアルキルヨウ化物;2−シアノ−2−アイオドプロパン、2−シアノ−2−アイオドブタン、1−シアノ−1−アイオドシクロヘキサン、2−シアノ−2−アイオド−2,4−ジメチルペンタン、2−シアノ−2−アイオド−4−メトキシ−2,4−ジメチルペンタンなどのシアノ基含有ヨウ化物などを挙げることができる。
【0086】
これらのヨウ素化合物は、市販品をそのまま使用してもよいが、従来公知の方法で調製したものを使用することもできる。例えば、アゾビスイソブチロニトリルなどのアゾ化合物とヨウ素とを反応させることで、ヨウ素化合物を得ることができる。また、上記のヨウ素化合物のヨウ素が臭素又は塩素などのハロゲン原子に置換した有機ハロゲン化物に、第4級アンモニウムアイオダイドやヨウ化ナトリウムなどのヨウ化物塩を反応させ、ハロゲン交換させることでもヨウ素化合物を得ることができる。
【0087】
本発明で用いる重合方法の重合工程では、上記した重合開始化合物とともに、重合開始化合物のヨウ素を引き抜くことができる、特定の触媒を使用する。触媒としては、ハロゲン化リン、フォスファイト系化合物、フォスフィネート化合物などのリン系化合物;イミド系化合物などの窒素系化合物;フェノール系化合物などの酸素系化合物;ジフェニルメタン系化合物、シクロペンタジエン系化合物などの炭化水素系化合物を用いることが好ましい。なお、これらの触媒は、一種単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
【0088】
リン系化合物の具体例としては、三ヨウ化リン、ジエチルフォスファイト、ジブチルフォスファイト、エトキシフェニルフォスフィネート、フェニルフェノキシフォスフィネートなどを挙げることができる。窒素系化合物の具体例としては、スクシンイミド、2,2−ジメチルスクシンイミド、マレイミド、フタルイミド、N−アイオドスクシンイミド、ヒダントインなどを挙げることができる。酸素系化合物であるフェノール系化合物の具体例としては、フェノール、ヒドロキノン、メトキシヒドロキノン、t−ブチルフェノール、カテコール、ジ−t−ブチルヒドロキシトルエンなどを挙げることができる。炭化水素系化合物の具体例としては、シクロヘキサジエン、ジフェニルメタンなどを挙げることができる。
【0089】
この触媒の使用量(モル数)は、重合開始化合物の使用量(モル数)未満とすることが好ましい。触媒の使用量(モル数)が多すぎると、重合が制御されすぎてしまい、重合が進行しにくくなる場合がある。また、リビングラジカル重合の際の温度(重合温度)は30〜50℃とすることが好ましい。重合温度が高すぎると、重合末端のヨウ素がメタクリル酸によって分解してしまい、末端が安定せずにリビング重合とならない場合がある。
【0090】
また、重合工程においては、通常、ラジカルを発生しうる重合開始剤を添加する。重合開始剤としては、従来公知のアゾ系開始剤や過酸化物系開始剤が使用される。なお、上記の重合温度の範囲で十分にラジカルが発生する重合開始剤を用いることが好ましい。具体的には、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)などのアゾ系開始剤を用いることが好ましい。重合開始剤の使用量は、モノマーに対して0.001〜0.1モル倍とすることが好ましく、0.002〜0.05モル倍とすることがさらに好ましい。重合開始剤の使用量が少なすぎると重合反応が十分に進行しない場合がある。一方、重合開始剤の使用量が多すぎると、リビングラジカル重合反応ではない通常のラジカル重合反応が副反応として進行してしまう場合がある。
【0091】
リビングラジカル重合は、有機溶剤を使用しないバルク重合であってもよいが、有機溶剤を使用する溶液重合とすることが好ましい。この有機溶剤としては、重合開始化合物、触媒、モノマー成分、および重合開始剤などの成分を溶解しうるものであることが好ましい。
さらに、前記した油性分散で分散媒体として使用する水溶性有機溶剤(a)やII法で用いる有機溶剤(b)を使用することができ、それらの溶剤の樹脂溶液として得られるので好ましい。
【0092】
溶液重合する場合において、重合液の固形分濃度(モノマー濃度)は5〜80質量%とすることが好ましく、20〜60質量%とすることがさらに好ましい。重合液の固形分濃度が5質量%未満であると、モノマー濃度が低すぎて重合が完結しない場合がある。一方、重合液の固形分濃度が80質量%超又はバルク重合であると、重合液の粘度が高すぎてしまい、撹拌が困難になって重合収率が低下する傾向にある。リビングラジカル重合は、モノマーがなくなるまで行うことが好ましい。具体的には、重合時間は0.5〜48時間とすることが好ましく、実質的には1〜24時間とすることがさらに好ましい。また、重合雰囲気は特に限定されず、通常の範囲内で酸素が存在する雰囲気であっても、窒素気流雰囲気であってもよい。また、重合に使用する材料(モノマーなど)は、蒸留、活性炭処理、又はアルミナ処理などにより不純物を除去したものを用いてもよいし、市販品をそのまま用いてもよい。さらに、遮光下で重合を行ってもよいし、ガラスなどの透明容器中で重合を行ってもよい。
【0093】
A−Bブロックコポリマーの重合順序としては、(i)Aポリマーブロックを構成するモノマーを重合してAポリマーブロックを形成した後、(ii)Bポリマーブロックを構成するモノマーを添加してさらに重合することが好ましい。Bポリマーブロックを構成するモノマーを先に重合すると、重合が完結せずに、酸基を有するモノマーが反応系内に残存する場合がある。このような場合、酸基を有するモノマーがAポリマーブロックに導入されやすくなる場合がある。これに対して、Aポリマーブロックを構成するモノマーを先に重合すれば、重合が完結せずにモノマーが反応系内に残存した場合であっても、得られるA−Bブロックコポリマーの構成成分の90質量%以上が(メタ)アクリレート系モノマーとなるようにBポリマーブロックを導入すれば、A−Bブロックコポリマーを容易に得ることができる。ただし、本発明で必要とする顔料分散剤の性質を得ることができれば、Aポリマーブロック、Bポリマーブロック共に、カルボキシル基が導入されても問題はないので、逆の手順で重合してもよい。なお、好ましくは重合率50%以上、さらに好ましくは重合率80%以上、特に好ましくは、重合率100%となるまでAポリマーブロックを構成するモノマーを重合してAポリマーブロックを形成した後、Bポリマーブロックノマーを添加してBポリマーブロックを形成すればよい。
【0094】
上記した製造方法において、重合開始化合物の使用量を調整することによって、得られるA−Bブロックコポリマーの分子量を制御することができる。具体的には、重合開始化合物のモル数に対して、モノマーのモル数を適切に設定することで、任意の分子量のA−Bブロックコポリマーを得ることができる。例えば、重合開始化合物を1モル使用し、分子量100のモノマーを500モル使用して重合した場合、「1×100×500=50,000」の理論分子量を有するA−Bブロックコポリマーを得ることができる。すなわち、A−Bブロックコポリマーの理論分子量を下記式(1)で算出することができる。なお、上記の「分子量」は、数平均分子量(Mn)と重量平均分子量(Mw)のいずれをも含む概念である。
「A−Bブロックコポリマーの理論分子量」=
「重合開始化合物1モル」×「モノマー分子量」×「モノマーのモル数/重合開始化合物のモル数」 ・・・(1)
【0095】
なお、重合工程においては、2分子停止や不均化の副反応を伴う場合があるので、上記の理論分子量を有するA−Bブロックコポリマーが得られない場合がある。A−Bブロックコポリマーは、これらの副反応が起こらずに得られたものであることが好ましい。ただし、カップリングによって得られるA−Bブロックコポリマーの分子量が多少大きくなっても、重合反応が途中で停止して得られるA−Bブロックコポリマーの分子量が多少小さくなってもよい。また、重合率は100%でなくてもよい。さらに、重合を一旦終了した後、重合開始化合物や触媒を添加して残存するモノマーを消費させて重合を完結させてもよい。すなわち、A−Bブロックコポリマーが生成していればよい。
【0096】
上記した製造方法で得られたA−Bブロックコポリマーは、重合開始化合物に由来するヨウ素原子が結合した状態のままであってもよいが、ヨウ素原子を脱離させることが好ましい。ヨウ素原子をA−Bブロックコポリマーから脱離させる方法としては、従来公知の方法であれば特に限定されない。具体的には、A−Bブロックコポリマーを加熱したり、酸やアルカリで処理したりすればよい。また、A−Bブロックコポリマーをチオ硫酸ナトリウムなどで処理してもよい。脱離したヨウ素は、活性炭やアルミナなどのヨウ素吸着剤で処理して除去するとよい。
【0097】
以上のような工程にて本発明で使用する特有の構造を有するA−Bブロックコポリマーである顔料分散剤(c)を得ることができる。本発明に使用される顔料分散剤は、塗料、インキ、文具、コーティング剤等にも使用できるが、特に、微粒子化と保存安定性、吐出性、沈降防止又は沈降回復性が要求される本発明のインクジェット記録用水性白色顔料分散液に好適である。
【0098】
本発明では、上記したような方法で容易に得られる本発明を特徴づける特有の顔料分散剤を使用することで実現することが可能になる、本発明の製造方法で得られる優れた水性の白色顔料分散液を含んでなるインクジェット記録用水性白色インク組成物を提供する。本発明で提供する当該インクは、顔料である酸化チタンの、沈降性、保存安定性、吐出安定性、高速印刷性などの諸物性が非常に良好な結果を与える。このため、本発明の白色顔料分散液を使用することで、優れた白色水性インクジェット用インクを提供することが可能になる。勿論、本発明の製造技術は、その他、様々な用途を目的とした水性の白色インク組成物としても利用できる。
【0099】
本発明の白色顔料分散液を使用してなるインクの配合や物性は任意であり、特に限定されない。これはインクジェットプリンターの仕様によって決められるものであり、それらの配合、処方などは特に限定されない。
【0100】
その装置に合うように顔料濃度を調整する。その含有量としては、0.3〜20質量%、より好ましくは3〜10質量%がよい。この顔料濃度以下では、印字濃度が薄くなり、またこの濃度以上では粘度が高くなったり、装置のヘッドにつまりが生じたりする場合がある。
【0101】
また、インクを調製する場合には、該インクを適用する装置や用途の特性に合うように、液媒体、添加剤や皮膜成分であるバインダーを添加してもよい。液媒体としては、水、前記した水溶性有機溶剤が使用される。本発明で提供する白色顔料分散液では、この水溶性有機溶剤を多く添加しても、その顔料分散の安定性が阻害されないことが、本発明の大きな特徴である。
【0102】
添加剤としては、粘度調整剤、表面張力調整剤、浸透調整剤等が挙げられる。表面張力調整や紙への浸透調整には、アニオン性、カチオン性、ノニオン性、両性の活性剤や高分子活性剤が使用可能である。加えて、量を多く入れても本発明の分散安定性が高いのでその量は制限がないが、吐出の際に泡が生じる場合があるので、その配合量は通常0.01〜5質量%であり、好ましくは0.1〜2質量%である。
【0103】
また、この水溶性有機溶剤や表面張力調整剤にて表面張力を調整するが、そのインクの表面張力を20mN/m以上40mN/m以下に調整する量が好ましい。この表面張力でインクジェットによる印字ドットの形成が最適な幅となる。
【0104】
さらに、他に必要に応じて所望の物性値をもつインクとするために、上記以外の界面活性剤、消泡剤、防腐剤などを添加することができる。さらにノズル乾燥防止剤として尿素、チオ尿素、エチレン尿素またはそれらの誘導体を含有することもできる。
【0105】
また、本発明のインクにはバインダー成分を添加してもよく、従来公知のバインダー成分を添加することができる。好ましくは、エマルジョン型バインダー、ディスパージョン型バインダーがよく、より好ましくは、界面活性剤を使用しない自己乳化型のエマルジョン又はディスパージョンがよい。溶解している状態のバインダーを使用すると、遊離樹脂があることによってインクの粘性に影響を及ぼし、高速印刷性、吐出安定性が悪くなる場合がある。よって、エマルジョンやディスパージョンでは溶解している状態ではなく、粘度も低いので好適である。その種類としては、アクリル系、スチレン系、アクリルスチレン系、ウレタン系、アクリルウレタン系などのポリマー種が任意に使用される。
【0106】
例示すると、カルボキシル基やスルホン酸基を有するジオール成分をウレタン化して、中和して得ることができるウレタンディスパージョン;カルボキシル基、リン酸基、スルホン酸基、ポリエチレングリコール鎖を有するモノマーなどを共重合して、必要に応じて中和して得られるアクリル系ディスパージョンやエマルジョン;ポリスチレンアクリル酸などのアルカリ中和水溶性樹脂を保護コロイドとして得られるエマルジョン;5−スルホ−イソフタル酸やトリメリット酸などを共重合して得られるポリエステル系ディスパージョンやエマルジョン;ポリオレフィン系アイオノマーやポリオレフィン系無水マレイン酸変性物のアルカリ中和物のディスパージョンやエマルジョン:A−Bブロック型のポリマーでAが疎水性の被膜を形成するポリマーブロックで、Bポリマーブロックが水溶解して形成しているエマルジョンが挙げられる。その量は限定されない。
【0107】
使用されるインクジェットインクのインクジェット印刷の印字手法は、サーマル方式、バブルジェット方式など、特に方式は限定されない。また、インクジェット印刷の用途としては特に限定されず、用途としては例えば、オフィス用インクジェットプリンター、産業用インクジェットプリンター、捺染用インクジェットプリンター、水性UVインクジェットプリンターなどが挙げられる。特に好ましくは、現在オフセット印刷に変わりうる高速印刷として、高速印刷対応のインクジェット印刷に好適である。
【実施例】
【0108】
次に、本発明を特徴づける顔料分散剤の合成例、該顔料分散剤を用いて水性白色顔料分散液を得るための実施例および比較例の方法等を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。以下、文中の「部」および「%」は、特に断りのない限り質量基準である。また、使用した各モノマーのガラス転移点(以下、Tg)は、モノマーメーカーカタログ、POLYMER HANDBOOK Fourth Editionを参照した。
【0109】
(合成例1:ポリマー−1)
還流管、ガス導入装置、温度計および撹拌装置を取り付けた500mlセパラブルフラスコに、ジエチレングリコールモノブチルエーテル(以下「BC」と略記)を198.2部、ヨウ素を1.0部、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)(以下「V−70」と略記)を3.7部、トリシクロデシルメタクリレート(商品名:FM−513M、日立化成社製、ホモポリマーTg=173℃、以下「TCDMA」と略記)を66.1部、さらに触媒としてジフェニルメタンを0.17部仕込んだ。窒素を流しながら45℃で5時間重合し、Aポリマーブロックの溶液を得た。
該溶液の固形分から算出したAポリマーブロックの重合率(収率)は96.2%であった。また、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、GPCと略記)にて測定したMnは4,900、分子量分布(以下「PDI」と略記)は1.20、ピークトップの分子量は6,000であった。
【0110】
次いで、重合の温度を40℃に低下させ、上記で得たAポリマーブロックの溶液に、TCDMAを44.0部、メタクリル酸(以下「MAA」と略記)を17.2部、V−70を1.2部添加した。そして4時間重合し、次いで70℃に加温して1時間重合することでBポリマーブロックを形成して、A−Bブロックコポリマーの溶液を得た。
【0111】
得られたA−Bブロックコポリマーの溶液の固形分は41.2%であり、その固形分から算出したBポリマーブロックの重合率はほぼ100%であった。また、A−BブロックコポリマーのMnは9,500、PDIは1.35、ピークトップ分子量は14,200であった。Bポリマーブロックの分子量Mn(「A−BブロックコポリマーのMn:9,500」−「AポリマーブロックのMn:4,900」)は4,600であった。Bポリマーブロックの分子量(Mn)は、上記したように、A−Bブロックコポリマーの数平均分子量からAポリマーブロックの数平均分子量を引いて算出した値としたが、以下の合成例で示すBポリマーブロックのMnの値も同様にして得た算出値である。
【0112】
上記で得たA−Bブロックコポリマーの溶液を冷却した後、BCを66.1部添加して、固形分を33.3%に調整した。また、ポリマー酸価は88.0mgKOH/gであった。このA−Bブロックコポリマーのポリマー酸価は、以下のようにして測定した値である。すなわち、該ポリマーの酸価は、エタノール/トルエンを溶媒とした0.1NのKOHエタノール溶液を用い、フェノールフタレインを指示薬として滴定して算出した値である。以下、ポリマー酸価については上記と同様の方法で測定し、その値を示した。
【0113】
上記で得られたA−Bブロックコポリマー溶液について、以下の検討を行って特性を調べた。該ポリマー溶液を水に添加したところ、白色のポリマーが析出した。すなわち、該ポリマーは水に不溶であることがわかった。また、得られたポリマー溶液を希KOH水溶液に添加したところ、ぶよぶよのゼリー状となって析出したが、これを撹拌したところ、真っ白の乳白液で、大量のブツが析出している状態となった。本発明者らは、この現象は、該ポリマーを構成しているBポリマーブロックが有するメタクリル酸由来のカルボキシル基が水で中和され、Bポリマーブロックの部分に水への親和性が出るが、コポリマーの共重合成分に用いたTCDMAのトリシクロデシル基の疎水性が強いために、該ポリマーの溶解性はよくないので析出してしまい、且つ、該ポリマーを構成しているAポリマーブロックは水に不溶であることから粒子となり、撹拌することで、粒子径の大きい白色の乳液、ブツとなって析出した状態になったと考えている。
【0114】
このポリマー溶液を150℃で1時間乾燥した後、算出した固形分は33.0%であった。以下、最終の固形分は、上記と同様にして測定した。
以下、上記で得られたA−Bブロックコポリマーを「ポリマー−1」と称する。該ポリマーは、本発明で規定する構成の顔料分散剤(c)であり、中でも、本発明で好適な顔料分散剤(c)として規定するA−Bブロックコポリマーに該当する。具体的には、Aポリマーブロックが、炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基を含有してなるメタクリレートである高TgのTCDMAのホモポリマーであり、BポリマーブロックはTCDMA/MAAがランダム共重合してなるA−Bブロックコポリマーである。
【0115】
(合成例2〜5:ポリマー−2〜5)
合成例2〜5では、合成例1で使用したTCDMAに変えて以下の各化合物を用いた以外は合成例1と同様にして、ポリマー−2〜5を合成した。具体的には、その質量等は変えずに、それぞれ、合成例2では、イソボロニルメタクリレート(ホモポリマーTg=155℃、以下「IBXMA」と略記)を、合成例3では、4−t−ブチルシクロヘキシルメタクリレート(ホモポリマーTg=122℃、以下「TBCHMA」と略記)を、合成例4では、3,3,5−トリメチルシクロヘキシルメタクリレート(ホモポリマーTg=125℃、以下「TMCHMA」と略記)を、合成例5では、シクロヘキシルメタクリレート(ホモポリマーTg=83℃、以下「CHMA」と略記)を用いた以外は、合成例1と同様の方法で合成した。そして、得られたポリマー−2〜5についての、組成、酸価、Tgなどの物性値を、合成例1で得たポリマー−1における値と合わせて表1にまとめて示した。これらのポリマー−1〜5はいずれも、本発明で規定する顔料分散剤(c)として好適な、Aポリマーブロックが、炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基を含有してなるメタクリレートのホモポリマーである構造を有するA−Bブロック型のカルボキシル基含有A−Bブロックコポリマーである。
【0116】
【0117】
(合成例6:ポリマー−6)
合成例1で用いたと同様の装置を使用し、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル(以下「TPM」と略記)を212.2部、ヨウ素を1.0部、V−70を3.7部、TCDMAを33.0部、CHMAを25.2部、アイオドスクシンイミドを0.2部、を仕込んで、合成例1と同様の方法で重合してAポリマーブロック溶液を得た。該溶液の固形分から算出したAポリマーブロックの重合率(収率)は84.4%であった。また、GPCにて測定したMnは4,700、PDIは1.17、ピークトップの分子量は5,700であった。
【0118】
次いで、合成例1と同様にして、上記で得たAポリマーブロックの溶液に、TCDMAを33.0部、CHMAを25.2部、MAAを17.6部、を仕込んで、Bポリマーブロックを形成し、A−Bブロックコポリマーの溶液を得た。得られたポリマーの溶液の固形分は40.9%であり、その固形分から算出したBポリマーブロックの重合率はほぼ100%であった。また、該A−BブロックコポリマーのMnは10,400、PDIは1.40、ピークトップ分子量は16,700であった。また、算出したBポリマーブロックのMnは5,700であった。
【0119】
次いで、冷却して、BCを添加して、固形分を33.3%に調整し、酸価を測定したところ、85.5mgKOH/gであった。また、合成例1と同様にして、ポリマー溶液を水に添加したところ、白色のポリマーが析出した。さらに、アルカリ溶液に添加しても白色のままであり、まったく不溶であった。また、最終の固形分は33.4%であった。
【0120】
以下、上記で得られたA−Bブロックコポリマーを「ポリマー−6」と称する。該ポリマーは、本発明で規定する構成の顔料分散剤(c)であり、中でも、本発明で好適な顔料分散剤(c)として規定するA−Bブロックコポリマーに該当する。具体的には、Aポリマーブロックは、TCDMAとCHMAのランダムコポリマーであり、Bポリマーブロックは、TCDMAとCHMAとMAAのランダムコポリマーである構造を有し、且つ、比較的低酸価であるA−Bブロックコポリマーである。
【0121】
(合成例7:ポリマー−7)
合成例1で使用したと同様の装置を使用し、トリエチレングリコールモノブチルエーテル(以下「BTG」と略記)を186.6部、ヨウ素を1.0部、V−70を3.7部、IBXMAを44.0部、CHMAを16.8部、アイオドスクシンイミドを0.2部、を仕込んで、合成例1と同様の方法で重合してAポリマーブロック溶液を得た。該溶液の固形分から算出したAポリマーブロックの重合率(収率)は99.0%であった。また、GPCにて測定したMnは5,200、PDIは1.18、ピークトップの分子量は6,300であった。
【0122】
次いで、合成例1と同様にて、上記で得たAポリマーブロックの溶液に、IBXMAを23.5部、CHMAを17.6部、MAAを17.6部、を仕込んで、Bポリマーブロックを形成し、A−Bブロックコポリマーの溶液を得た。得られたポリマーの溶液の固形分は40.9%であり、その固形分から算出したBポリマーブロックの重合率はほぼ100%であった。また、A−BブロックコポリマーのMnは9,500、PDIは1.36、ピークトップ分子量は15,100であった。また、算出したBポリマーブロックのMnは4,300であった。
【0123】
次いで、冷却して、BCを添加して、固形分を33.3%に調整し、酸価を測定したところ、97.8mgKOH/gであった。また、合成例1と同様にして、ポリマー溶液を水に添加したところ、白色のポリマーが析出した。さらに、アルカリ溶液に添加しても白色のままでまったく不溶であった。また、最終の固形分は34.0%であった。
【0124】
以下、上記で得られたA−Bブロックコポリマーを「ポリマー−7」と称する。該ポリマーは、本発明で規定する構成の顔料分散剤(c)であり、中でも、本発明で好適な顔料分散剤(c)として規定するA−Bブロックコポリマーに該当する。具体的には、Aポリマーブロックは、IBXMAとCHMAのランダムコポリマーであり、Bポリマーブロックは、IBXMAとCHMAとMAAのランダムコポリマーである構造を有し、且つ、比較的高酸価であるA−Bブロックコポリマーである。
【0125】
(合成例8:ポリマー−8)
合成例1で用いたと同様の装置を使用し、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート (以下「PGMAc」と略記)を177.7g、ヨウ素を1.0g、V−70を3.7g、3−ヒドロキシ−1−アダマンチルメタクリレート(ホモポリマーTg=150℃、以下「HAMA」と略記)を23.6g、CHMAを33.6部、スクシンイミドを0.05部、を仕込んで、合成例1と同様の方法で重合してAポリマーブロック溶液を得た。該溶液の固形分から算出したAポリマーブロックの重合率(収率)は87.6%であった。また、GPCにて測定したMnは4,800、PDIは1.22、ピークトップの分子量は6,000であった。
【0126】
次いで、合成例1と同様にして、上記で得たAポリマーブロックの溶液に、1−アダマンチルメタクリレート(ホモポリマーTg=170℃、以下「ADMA」と略記)を22部、CHMAを16.8部、MAAを17.6部、を仕込んで、Bポリマーブロックを形成し、A−Bブロックコポリマーの溶液を得た。得られたポリマーの溶液の固形分は41.9%であり、その固形分から算出したBポリマーブロックの重合率はほぼ100%であった。また、A−BブロックコポリマーのMnは9,700、PDIは1.46、ピークトップ分子量は15,500であった。また、算出したBポリマーブロックのMnは4,900であった。
【0127】
次いで、冷却して、BCを添加して、固形分を33.3%に調整し、酸価を測定したところ、101.8mgKOH/gであった。また、合成例1と同様にして、ポリマー溶液を水に添加したところ、白色のポリマーが析出した。さらに、アルカリ溶液に添加しても白色のままであり、まったく不溶であった。また、最終の固形分は33.3%であった。
【0128】
以下、上記で得られたA−Bブロックコポリマーを「ポリマー−8」と称する。該ポリマーは、本発明で規定する構成の顔料分散剤(c)であり、中でも、本発明で好適な顔料分散剤(c)として規定するA−Bブロックコポリマーに該当する。具体的には、Aポリマーブロックは、HAMAとCHMAのランダムコポリマーであり、且つ、HAMA由来の水酸基を有するポリマーブロックであり、Bポリマーブロックは、ADMAとCHMAとMAAのランダムコポリマーである構造を有する、A−Bブロックコポリマーである。
【0129】
(合成例9:ポリマー−9)
合成例1で用いたと同様の装置を使用し、3−メトキシ−3−メチル−1−ブタノール(以下「MMB」と略記)を210.3部、ヨウ素を1.0部、V−70を3.7部、TMCHMAを42部、メチルメタクリレート(ホモポリマーTg=105℃、以下「MMA」と略記)10.0部、ジフェニルメタン0.1部を仕込んで、合成例1と同様の方法で重合してAポリマーブロック溶液を得た。該溶液の固形分から算出したAポリマーブロックの重合率(収率)は91.4%であった。また、GPCにて測定したMnは5,300、PDIは1.24、ピークトップの分子量は6,700であった。
【0130】
次いで、合成例1と同様にして、上記で得たAポリマーブロックの溶液に、TMCHMAを52.0部、MAAを17.6部、を仕込んで、Bポリマーブロックを形成し、A−Bブロックコポリマーの溶液を得た。得られたポリマーの溶液の固形分は41.0%であり、その固形分から算出したBポリマーブロックの重合率はほぼ100%であった。また、A−BブロックコポリマーのMnは11,600、PDIは1.54、ピークトップ分子量は18,800であった。また、算出したBポリマーブロックのMnは6,300であった。
【0131】
次いで、冷却して、BCを添加して、固形分を33.3%に調整し、酸価を測定したところ、94.6mgKOH/gであった。また、合成例と同様にして、ポリマー溶液を水に添加したところ、白色のポリマーが析出した。さらに、アルカリ溶液に添加しても白色のままであり、まったく不溶であった。また、最終の固形分は34.0%であった。
【0132】
以下、上記で得られたA−Bブロックコポリマーを「ポリマー−9」と称する。該ポリマーは、本発明で規定する構成の顔料分散剤(c)であり、中でも、本発明で好適な顔料分散剤(c)として規定するA−Bブロックコポリマーに該当する。具体的には、Aポリマーブロックは、TMCHMAとMMAのランダムコポリマーであって、脂肪族環状アルキル基以外のアルキルを有し、且つ、本発明で規定する炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基を含有するメタクリレートであるTMCHMAを約80質量%含有し、一方、Bポリマーブロックは、このTMCHMAとMAAとのランダムコポリマーで、比較的高酸価であり、且つ、各ポリマーブロックの共重合するモノマーに用いたMMAのTgが100℃であるため、そのTgが100℃以上であるA−Bブロックコポリマーである。
【0133】
(合成例10:ポリマー−10)
合成例1で用いたと同様の装置を使用し、MMBを210.3部、ヨウ素を1.0部、V−70を3.7部、TMCHMAを42部、イソブチルメタクリレート(ホモポリマーTg=48℃、以下「IBMA」と略記)を16.8部、ジフェニルメタンを0.168部、を仕込んで、合成例1と同様の方法で重合してAポリマーブロック溶液を得た。該溶液の固形分から算出したAポリマーブロックの重合率(収率)は89.1%であった。また、GPCにて測定したMnは5,400、PDIは1.20、ピークトップの分子量は6,700であった。
【0134】
次いで、合成例1と同様にして、上記で得たAポリマーブロックの溶液に、TMCHMAを58.8部、MAAを17.6部、仕込んで、Bポリマーブロックを形成し、A−Bブロックコポリマーの溶液を得た。得られたポリマーの溶液の固形分は41.3%であり、その固形分から算出したBポリマーブロックの重合率はほぼ100%であった。また、A−BブロックコポリマーのMnは12,000、PDIは1.55、ピークトップ分子量は19,300であった。また、算出したBポリマーブロックのMnは6,600であった。
【0135】
次いで、冷却して、BCを添加して、固形分を33.3%に調整し、酸価を測定したところ、85.4mgKOH/gであった。また、合成例1と同様にして、ポリマー溶液を水に添加したところ、白色のポリマーが析出した。さらに、アルカリ溶液に添加しても白色のままであり、まったく不溶であった。また、最終の固形分は33.3%であった。
【0136】
以下、上記で得られたA−Bブロックコポリマーを「ポリマー−10」と称する。該ポリマーは、本発明で規定する構成の顔料分散剤(c)であり、中でも、本発明で好適な顔料分散剤(c)として規定するA−Bブロックコポリマーに該当する。具体的には、Aポリマーブロックは、TMCHMAとIBMAのランダムコポリマーであり、脂肪族環状アルキル基以外のアルキルを有し、且つ、本発明で規定する炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基を含有するメタクリレートであるTMCHMAを約70質量%含有し、共重合するモノマー成分であるIBMAのTgが48℃であるため、Aポリマーブロックの理論Tgは100℃以下となる。一方、Bポリマーブロックは、TMCHMAとMAAのランダムコポリマーであり、これらのブロックポリマーで構成されたポリマー−10は、比較的低酸価のA−Bブロックコポリマーである。
【0137】
合成例6〜10でそれぞれ得たA−Bブロックコポリマーであるポリマー−6〜10についての、分子量、組成、Tg、酸価などの物性値を表2にまとめた。これらのポリマー−6〜10はいずれも、本発明で規定する顔料分散剤(c)として好適な、Aポリマーブロックが、炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基を含有してなるメタクリレートを共重合するモノマーに含むランダムコポリマーである。
なお、Bポリマーブロックの理論Tgは、Bポリマーブロックに含まれるAポリマーブロックの残留モノマー組成が不明であるため記載していないが、いずれのBポリマーブロックも、炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基を有するモノマーが70%近く、或いはそれ以上を占めているので、疎水性が高く、少なくとも100℃の高Tgを示すものと考えられる。
【0138】
【0139】
(比較合成例1:比較ポリマー−1)
比較合成例1では、合成例1で使用したTCDMAに変えて、質量等は変えずにベンジルメタクリレート(ホモポリマーTg=54℃、以下「BzMA」と略記)を用いた以外は合成例1と同様にして、比較ポリマー1を合成した。
BzMAを用いて得られたAポリマーブロックの重合率は96.2%であった。また、GPCにて測定したMnは6,900、PDIは1.17、ピークトップの分子量は8,200であった。
次いで、合成例1で行ったと同様にして、BzMAとMAAを共重合成分としてBポリマーブロックを形成し、比較例のA−Bブロックコポリマーの溶液を得た。得られたポリマーの溶液の固形分は40.8%であり、その固形分から算出したBポリマーブロックの重合率はほぼ100%であった。また、得られたA−BブロックコポリマーのMnは11,300、PDIは1.37、ピークトップ分子量は16,800であった。また、算出したBポリマーブロックのMnは4,400であった。
【0140】
次いで、合成例1と同様にして固形分を33.3%に調整し、酸価を測定したところ88.0mgKOH/gであった。また、得られたポリマー溶液を水に添加したところ、白色のポリマーが析出した。すなわち、該ポリマーは水に不溶であることがわかった。また、得られたポリマー溶液を希KOH水溶液に添加したところ、殆ど透明の若干青味のあるポリマー分散液となった。本発明者らは、この現象は、該ポリマーを構成しているBポリマーブロックが有するメタクリル酸由来のカルボキシル基が水で中和され、該MAAとの共重合成分がBzMAである共重合体(Bポリマーブロック部分)は水に溶解し、一方、BzMAのホモポリマーで構成されたAポリマーブロックは水に不溶であるので微粒子となり、この結果、上記した殆ど透明の分散液になったと考えている。
【0141】
なお、上記でポリマー溶液を150℃で1時間乾燥した後、算出した最終の固形分は33.0%であった。
以下、上記で得られたA−Bブロックコポリマーを「比較ポリマー−1」と称する。これは、本発明で規定する構成の顔料分散剤(c)の範囲外のものであり、本発明で顔料分散剤(c)として好適であるとしているA−Bブロックコポリマーに該当しないものである。具体的には、該A−Bブロックコポリマーは、AポリマーブロックはTgが54℃のBzMAのホモポリマーであり、一方のBポリマーブロックはBzMA/MAAのランダム共重合であり、炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基を含有してなるメタクリレートとメタクリル酸とを形成成分とした顔料分散剤(c)には該当しない。上記したように、アルカリにて中和されて容易に水に溶解するA−Bブロックコポリマーであり、本発明の水性白色顔料分散液組成物の製造方法において利用できない顔料分散剤である。
【0142】
<実施例1>
合成例1で得たポリマー−1を136.4部、ブチルカルビトールを163.6部、白色顔料である酸化チタンからなるC.I.ピグメントホワイト6(商品名:JR−405、テイカ社製)を450部、配合し、ディスパーで撹拌した。次いで、横型メディア分散機にて十分顔料を分散させ、油性顔料分散液を得た。このときの油性顔料分散液中に分散されている顔料の平均粒子径は290nmであり、その粘度は86.3mPa・sであった。次いで、上記で得た油性顔料分散液700部をディスパーにて撹拌しながら、水酸化カリウムが4.0部、水が341部からなる混合液を徐々に添加して、中和を行い、相転換した。次いで、再度横型メディア分散機にて十分顔料を分散させ、水性顔料分散液を得、次いで、得られた水性顔料分散液から10μmフィルターおよび5μmフィルターにて粗大粒子を除去した。この際、フィルターのつまりはまったく見られなかった。このときの水性顔料分散液中に分散されている顔料の平均粒子径は266nmであり、その粘度は14.5mPa・s、そのpHは9.8であった。以下、これを白色顔料分散液−1と称す。なお、参考までに、上記で得た油性顔料分散液10gに水を等量加えたところ、析出してぼそぼそのペースト状となった。このことから、水にはそのままでは分散しないことが確認された。なお、上記した顔料の平均粒子径は、それぞれ光散乱による粒度分布測定機にて測定した。以下における顔料の平均粒子径についても同様にして測定した。
【0143】
上記で得た白色顔料分散液−1を、20mlサンプル瓶に10部装填し、70℃で1週間の保存試験を行った。以降における保存試験も上記と同様の条件で行い、試験結果は、以下のようにして評価した。まず、上記保存試験後の白色顔料分散液−1の外観を見たところ、酸化チタンが沈降しており、若干透明感のある白い上澄みが見られた。その沈降物をスパチュラにて底を掻いたところ、その沈降物は殆どなく、さらさらの沈降物であることがわかった。次いで、これを10回振とうしたところ、この沈降物がなくなった。また、この保存試験後の白色顔料分散液−1中における顔料の平均粒子径を測定したところ、264nmであり、その粘度は15.6mPa・s、pHは9.9であった。そして、再分散性が非常に良好であることが確認できた。
【0144】
<実施例2〜
4、6、7、参考例5
、および比較例1>
実施例1のポリマー−1に変えて、先に説明した合成例2〜5、9、10および比較合成例1で得られたポリマー−2〜5、−9、−10、比較ポリマー−1をそれぞれに使用して同様の方法で白色顔料分散液を得、その保存試験を行った。この結果を表3にまとめて示した。それぞれ、ポリマー−1を使用した顔料分散液を白色顔料分散液−1としたと同様に、ポリマー−2〜5、−9、−10を使用して作成した顔料分散液を白色顔料分散液−2〜5、−9、−10とし、比較ポリマー−1を使用して得られた顔料分散液を比較白色顔料分散液−1とした。
【0145】
【0146】
表3に示した結果の如く、本発明の特定構造と組成を有する顔料分散剤(c)を用いた場合、保存試験(保存安定性試験)において、沈降は発生してもその量は少なく、また、撹拌によって、容易に再分散することが明らかとなった。これは、本発明を特徴づける顔料分散剤(c)により、該樹脂分散剤を用い、上記した特有の操作で処理された顔料は沈降しにくく、沈降したとしても、該樹脂分散剤によってその表面が高疎水性となるために、樹脂同士の融着が起こらず顔料分散粒子のまま存在し、この結果、撹拌によって簡単に元の分散状態に戻るためと考えられる。
【0147】
また、本発明の各合成例に使用した炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基を含有してなるメタクリレートが、他の合成例の場合と比較して炭素数が小さいモノマーを用いた合成例5のポリマー−5を顔料分散剤としている
参考例5の白色顔料分散液に関しては、保存安定性試験において、若干の粒子径が大きくなること、粘度が高くなる傾向があることが確認された。すなわち、
参考例5で顔料分散剤として使用したA−Bブロックコポリマーを形成するモノマーは、炭素数が6のシクロヘキシル基を有するシクロヘキシルメタクリレートであり、表1に示したように、そのホモポリマーのTgが83℃と若干低いため、疎水性が足りずに分散性が足りなかったためと考えられる。しかし、その程度は十分に実用の範囲内である。
【0148】
また、実施例6や7では、顔料分散剤(c)に、合成例9、10で合成したポリマー−9、−10使用したが、これらのポリマーの合成には、本発明で規定した炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基を有するモノマーに加えて、炭素数6未満の脂肪族環状アルキル基ではないアルキル基を有するモノマーを用いた。表3に示したように、この場合も他の実施例と同様の効果を示した。このことは、モノマー成分として、本発明で規定する炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基を有するモノマーを用いれば疎水性を高めることができるので、他のアルキル基を有するモノマーを併用した場合でも、高Tgを実現できたためと考えられる。保存安定性試験において、この場合も、
参考例5のシクロヘキシルメタクリレートを合成に用いたポリマー−5を分散剤とした場合と同様に、若干の沈降と若干の粒子径・粘度増大が認められたが、その程度は十分に実用の範囲内である。
【0149】
一方、A−Bブロックコポリマーの合成に本発明で規定する炭素数6以上の脂肪族環状アルキル基を含有してなるメタクリレートに変えてBzMAを使用した比較ポリマー−1を顔料分散剤として用いた比較例1では、表3に示したように、本発明の製造方法で規定する油性分散と水性化に対しては効果を発揮する。しかし、水性顔料分散液の保存試験において、顔料分散剤の水への親和性が大きいためと考えられるが、沈降したものが融着してガム状になり、このガム状の沈降物は、顔料分散剤が著しく融合しているため、撹拌しても、容易に元に戻らなかった。この場合のポリマーの組成を考慮すると、他の脂肪族メタクリレートなどを使用した場合も、同様の結果になることが推測される。
【0150】
<実施例8〜13>
それぞれに、使用する顔料分散剤や有機溶媒、および顔料分散剤の使用量を変えた以外は実施例1で行ったと同様の手順からなる実施例8〜13の各方法で、それぞれ油性の白色顔料分散液を作製した。油性分散における配合および得られた油性の白色顔料分散液の物性を表4にまとめて示した。なお、表中、配合についての単位は部数である。
【0151】
【0152】
次いで、得られた各顔料分散剤のカルボキシル基と当モルのジエタノールアミンを溶解した水溶液を、酸化チタンの含有量が33.3%になるように加えて、前記と同様の分散を行って水性の白色顔料分散液を得た。そして、その後に先述したと同様の保存試験を行った。その結果を表5にまとめて示した。
【0153】
【0154】
表5に示した上結果の如く、本発明で規定する特定の構造と組成による顔料分散剤(c)を用いた場合、顔料に対する該顔料分散剤(c)の使用量を変化させても、その顔料分散溶液はいずれも、水性での分散性、保存安定性試験において、沈降は発生してもその量は少なく、また、撹拌によって、容易に再分散することが明らかとなった。しかし、顔料に対する顔料分散剤の質量比を15%とした実施例10および13で得た顔料分散液の場合は、他の実施例と比較し、顔料分散剤が多いことによって水性での分散が進行し、さらに細かく分散されていたが、顔料分散剤の濃度が高いために、その粘度が若干高く、また、沈降物も若干ではあるが残る結果であった。しかし、その使用において十分に実用の範囲内であった。
【0155】
<実施例14>
顔料分散剤(c)として合成例8で得たポリマー−8を136.4部用い、これに、プロピレングリコールモノメチルエーテルを163.6部、C.I.ピグメントホワイト6を(商品名:JR−407、テイカ社製)450部配合し、ディスパーで撹拌した。次いで、横型メディア分散機にて十分顔料を分散させ、油性顔料分散液を得た。このときの平均粒子径は278nm、粘度は64.3mPa・sであった。
次いで、5リッターのビーカーに、顔料分散剤(c)の貧溶媒であるメタノール2,000部を用意し、ディスパーで撹拌しながら、上記で得た油性顔料分散液700部を徐々に添加し、酸化チタンと顔料分散剤を析出させた。1時間撹拌後、ろ過して、メタノール1,000部で洗浄し、イオン交換水でよく洗浄した。これは、白色顔料の酸化チタンを顔料分散剤(c)にて処理した樹脂処理顔料である。
【0156】
次いで、上記で得た樹脂処理顔料495部に、1.2−ヘキサンジオールを56部、イオン交換水を529部、10%濃度に調整した水酸化ナトリウム水溶液45部を添加して撹拌して邂逅させた後、横型メディア分散機にて所定時間、再度分散させた。次いで、10μmおよび5μmのメンブレンフィルターで粗大粒子をろ過して、水性の白色顔料分散液を得た。この顔料分散液の平均粒子径は300nmであり、粘度は38mPa・sであった。また、この顔料分散液を、70℃で1週間の条件で保存試験を行った。保存安定性試験後の分散液は、酸化チタン顔料が沈降しており、透明の上澄みが見られたが、10回振とうさせたところ沈降はなくなり、再分散性が良好であることが確認された。また、平均粒子径と粘度は、保存する前と同様の粒子状態であり、良好な分散を示した。なお、上記では、顔料分散剤(c)の貧溶媒であるメタノールを用いて酸化チタンと顔料分散剤を析出させて樹脂処理顔料を得たが、この方法に限らず、油性分散に用いた溶媒を蒸発させることで樹脂処理顔料を得た場合も、上記したと同様の良好な水性の白色顔料分散液が得られた。
【0157】
上記した通り、実施例14では、本発明を特徴づける特定の構造と組成とを有する顔料分散剤(c)を用い、特有の手順により、まず、白色顔料の酸化チタンを、該顔料分散剤(c)にて処理した樹脂処理顔料を得、該樹脂処理顔料をアルカリおよび水を含む溶液中に分散することで白色顔料分散液を製造するが、該方法で得られる白色顔料分散液も、先の方法で得たと同様に、白色顔料である酸化チタンが非常に良好に微分散されたものであり、しかも、その保存安定性が良好であり、さらに、保存の際に若干の沈降が生じる場合があったとしても、優れた再分散性を実現したものとなることを確認した。
【0158】
<応用例および比較応用例>
次に、先に調製した実施例
及び参考例の白色顔料分散液−1〜5、および比較白色顔料分散液−1をそれぞれに使用して、白色顔料インクを下記の配合で作成した。
各白色顔料分散液 37.5部
グリセリン 3.6部
1,2−ヘキサンジオール 1.8部
水 57.1部
白色顔料分散液−1〜5、比較白色分散液−1を用い、これらをそれぞれに含む上記配合をディスパーにて撹拌し均一化した後、10μmフィルターおよび5μmフィルターを通すことで、顔料濃度15%のインクを得た。得られたものをそれぞれインク−1〜5、比較インク−1とした。
【0159】
静置保管での沈降ハードケーキの形成には非常に長い保管時間を要するため、当該方法に変えて、遠心機を用いて強制的に遠心加速度を加え、溶液内での顔料粒子の移動を促進させる、強制的にハードケーキを形成する方法を用いて評価を行った。以下に、この試験方法の詳細を示す。上記した顔料濃度15%のそれぞれのインクを、精製水で2倍量に希釈して、顔料濃度7.5%のインクを調整した。これを、2ml容量のポリプロピレン製マイクロチューブに1.5g計量し、小型遠心機(ディスクボーイFB−4000 倉敷紡績(株)製)にて、9,000回転で1分間操作してマイクロチューブ底部に強制的に沈降物を形成させた。次いで、形成した沈降物が下側になるようにマイクロチューブを鉛直に保持して30分間室内に静置した後、手操作にて振とう混合させ、形成した沈降物を再分散させた。そして、沈降物が再分散し、消失するに至る振とう回数により、再分散性の評価を行った。評価基準は、○:振とう10回以内で消失、×:振とう50回以上で消失とした。結果を表6に示した。
【0160】
【0161】
本発明を特徴づける特定の構造および組成の顔料分散剤(c)を使用し、本発明で規定する特有の操作で製造された水性の白色顔料分散液を含有してなる各インクは、上記した方法で強制的に沈降物が生じるものの、形成した沈降物の回復が見られ、容易に再分散することが確認された。実際の撹拌では、応用例のインク−1〜5では10回も振らずに、4〜5回の振とうで沈降物は再分散した。この理由は、沈降物に樹脂同士の融合による凝集が見られず、顔料分散粒子として沈降しているためと考えられる。一方、比較応用例の比較インク−1では、樹脂同士の融合によって、顔料分散粒子が固く凝集したため、振とうでは容易に再分散できなかったものと考えられる。また、この沈降物をミクロスパーテルにて掻いたところ、先の表3に示したように、比較白色顔料分散液−1についての保存性試験では、その沈降物はガム状であったのに対して、該比較白色顔料分散液−1を含有してなる比較インク−1では固いケーキを形成していた。
【0162】
上記したように、本発明の応用例と比較応用例との比較から、本発明を特徴づける顔料分散剤(c)を使用し、本発明で規定する特有の操作で製造された水性の白色顔料分散液を含有してなる各インクを用いることで、顔料分散剤の酸化チタンに対する顔料吸着部が該顔料から脱離することなく吸着することが達成され、この結果、応用例の各インクの保存安定性が良好になることがわかった。
【0163】
また、応用例及び比較応用例の各インクを用い、インクジェットプリンター「EM−930C」(セイコーエプソン(株)製)にて黒帯展色紙にベタ印字を行い、黒帯部分の下地に対する隠蔽性を確認したところ、いずれのインクでも隠蔽性のある画像が得られた。
【0164】
次いで、同様のインクジェットプリンターを使用し、米国ゼロックス社製のゼロックス紙4024に、フォト360dpiの印刷モードにて1時間連続して印刷した。各インクともヘッドの詰まりもなく、印画物にスジやヨレも生じず、良好ない印刷ができた。
【0165】
しかし、この状態で1週間放置後、同様の印刷を行ったところ、実施例1〜
4及び参考例5で得られた白色顔料分散液−1〜5を含有してなる応用例の各インクでは問題なく印刷できたが、比較応用例の比較インク−1では、ヘッドの詰まりが生じてしまい印刷できなかった。これは、本発明の製造方法で得た水性の白色顔料分散液を使用したインクの場合は、放置しても沈降が起こりづらいためそのまま印刷することができたが、比較応用例の比較インク−1の場合は、顔料が沈降したり、沈降した顔料粒子がヘッドを詰まらせたのではないかと考えられる。
【0166】
上記したと同様にして、他の実施例の白色顔料分散液を含有してなるインクを作製し、該インクをそれぞれに用いてインクジェットプリンターで上記したと同様の試験を行った。その結果、いずれのインクを用いた場合にも同様の結果を与え、本発明で規定する特定の顔料分散剤を用い、新規な手順で製造した水性の白色顔料分散液を用いてなる白色顔料である酸化チタンを分散したインクは、良好な吐出安定性、筋やよれのない印画物を与えることを確認した。