CN101585260A - 图像形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像形成方法。所述方法通过将从喷墨记录设备喷射的水性墨水直接沉积到记录介质上而形成图像。该方法包括:使用包括以下单元的设备作为喷墨记录设备:图像形成单元;和干燥单元,其被安置在图像形成单元的下游侧;使用专用纸作为记录介质,专用纸是由原纸、含粘合剂的第一层和含白色颜料的第二层连续层压的记录介质;以及使用专用墨水作为水性墨水,专用墨水至少含有树脂分散剂(A)、通过树脂分散剂(A)分散的颜料(B)、自分散性聚合物微粒(C)和水性液体介质(D)。

Description

图像形成方法
技术领域
本发明涉及一种图像形成方法,并且更具体地,涉及在直接印刷型图像形成方法中图像质量的改善,其中通过喷墨记录设备将水性墨水直接涂覆到记录介质上而形成图像。
背景技术
喷墨记录设备能够用简单的组合物记录良好质量的图像,因此,这些设备被广泛地用作个人用家庭打印机,以及商业用办公室打印机。特别是,在商业用办公室打印机的情况下,越来越需要更高的处理速度以及更高的图像质量。
在提高采用喷墨记录设备获得的图像质量过程中,通常地,必需的是应当几乎没有从墨水头的喷嘴喷射的墨滴之间的干扰(以下被称为“着地干扰”),几乎没有图像的收缩(以下被称为“图像收缩”)以及具有良好的文字再现性(以下被称为“文字再现性”)等。
出于环境稳定性的观点,水被广泛地用作喷墨墨水中的溶剂,而这种采用水作为墨水溶剂的水性墨水由于在记录过程中水渗透到记录介质中,容易使记录介质产生变形,例如卷曲或起皱。
目前,作为办公室打印机中提高图像质量并且抑制卷曲的方法,注意力集中在使用中间转印体的双液体系基图像形成方法。在这种图像形成方法中,将墨水和使墨水聚集或者沉淀的处理液体沉积到中间转印体上,从而形成墨水聚集体(适宜地,将残留溶剂干燥并且驱除),于是将墨水聚集体转印到记录介质上。通过在中间转印体上形成墨水聚集体,然后在干燥残留溶剂之后将该墨水聚集体以这种方式转印到记录介质上,获得了高质量的图像,并且卷曲变得更不容易发生。
例如,日本专利申请出版物2004-010633公开了一种在双液法中使用的墨水组,所述墨水组至少包含含有颜料、水溶性溶剂和水的水性墨水,以及使水性墨水聚集的液体组合物,其中通过使水性墨水和液体组合物中的一种变成碱性,而使另一种变成酸性,可以实现在光学密度、渗出和渗色方面优异的记录。
日本专利申请出版物11-188858公开了一种使用中间转印体的图像形成方法和设备,其中通过向中间转印体上沉积粉末层(水溶性树脂),所述粉末层能够通过与墨水反应而溶胀,增加粘度并且分离,可以在记录介质上形成几乎不表现渗出的图像。
日本专利申请出版物2000-037942公开了通过以下方法改善光学密度、渗出、混色和干燥持续时间的技术:通过使液体组合物(处理液体)和墨水中的一种变成酸性,而使另一种变成碱性,控制颜料在记录介质上的聚集性能。
然而,由于使用中间转印体的图像形成方法是首先在中间转印体上形成图像(墨水聚集体),然后将该图像转印到记录介质上的间接印刷法,因此,与向记录介质上直接形成图像的直接印刷法相比,涉及到大量的步骤,因此,设备相应地变得更加复杂。而且,在间接印刷法和直接印刷法这两种方法中提高图像质量并且抑制卷曲在使技术多样化方面也是重要的。
另一方面,喷墨图像记录方法正开始从办公室应用扩展到各个其它领域。这些领域中的一个是在工业打印机中的应用。在商业印刷领域中,主要使用涂布纸作为记录介质。使用涂布纸的原因是纸的质地。涂布纸具有更慢的液体吸收性,因此比普通纸或特殊喷墨纸更容易产生着地干扰,而且,由于如在层压纸例如特殊喷墨纸的情况下,它们不使用非渗透性介质作为基底材料,因此如果它们在通常的喷墨图像形成中使用,则容易产生卷曲。
考虑到这些情形,需要一种使用通过喷墨记录设备向记录介质上直接涂覆水性墨水形成图像的直接印刷系统的图像形成方法,所述图像形成方法满足几乎不产生着地干扰或图像收缩,具有良好的文字再现性并且使得卷曲不容易发生的条件。
发明内容
本发明是鉴于上述情形而作出的,其一个目的是提供一种使用向记录介质上直接形成图像的直接印刷系统的图像形成方法,所述图像形成方法满足几乎不产生着地干扰和图像收缩,具有良好的文字再现性并且使得卷曲不容易发生的条件。
为了达到上述目的,本发明涉及一种通过将从喷墨记录设备喷射的水性墨水直接沉积到记录介质上而形成图像的方法,所述方法包括:使用包括以下单元的设备作为喷墨记录设备:图像形成单元,其具有与图像形成鼓的周围表面相对设置的线头型喷墨头,在将所述记录介质保持在图像形成鼓的周围表面上并且旋转传送的同时,所述喷墨头将所述水性墨水沉积到所述记录介质上;和干燥单元,其被安置在所述图像形成单元的下游侧,所述干燥单元具有与干燥鼓的周围表面相对设置的干燥装置,所述干燥装置干燥沉积在所述记录介质上的所述水性墨水中的溶剂,在将所述记录介质保持在所述干燥鼓的周围表面上并且旋转传送的同时,所述干燥单元通过所述干燥装置干燥溶剂;使用专用纸作为记录介质,所述专用纸是由原纸、含粘合剂的第一层和含白色颜料的第二层连续层压的记录介质,其上安置有第一层的原纸基于JIS P8140中规定的吸水性试验,在15秒接触时间的情况下的Cobb吸水性不高于5.0g/m2,并且第二层根据Bristow方法,在0.5秒接触时间的情况下的吸水量不低于2ml/m2并且不高于8ml/m2,并且在pH调节后的层表面pH不高于5.5;以及使用专用墨水作为水性墨水,所述专用墨水至少含有树脂分散剂(A)、通过树脂分散剂(A)分散的颜料(B)、自分散性聚合物微粒(C)和水性液体介质(D)。
由于在根据本发明的图像形成方法中使用的喷墨记录设备包括具有相互分离的结构的鼓,其中图像形成单元包括被安置在图像形成鼓上的喷墨头,并且干燥单元包括被安置在干燥鼓上的干燥装置,因此在图像形成单元中的处理与干燥单元中的处理之间没有干扰。例如,没有由于干燥单元的干燥热而加热图像形成单元的图像形成鼓。因此,被安置在图像形成单元中的喷墨头的墨水没有被干燥,可以防止喷墨头中的喷射故障的发生,因此可以在记录介质上形成高质量图像。
此外,由于通过被安置在干燥单元中的干燥装置,可以快速地干燥由图像形成单元沉积在记录介质上的水性墨水的溶剂,因此即使在直接印刷系统中,也不出现由着色材料在记录介质上的流动所导致的图像不均匀性,或者由多种墨水的沉积所导致的墨水渗出或混色。因此,可以在记录介质上形成高质量的图像。
此外,由于在根据本发明的图像形成方法中使用的记录介质具有原纸,所述的原纸具有上述条件的第一层,因此溶剂阻挡层在结构上形成于纸的表面上,因此,可以防止水和水溶性有机溶剂渗入到原纸层中。而且,通过提供具有上述条件的第二层,在溶剂阻挡层上形成具有墨水聚集功能的吸墨层,因此在沉积墨滴之后,可以快速地形成墨水聚集体并且防止水和水溶性有机溶剂渗透到原纸层中。因此,可以在记录介质上形成高质量的图像。
而且,在根据本发明的图像形成方法中使用的水性墨水同时包含用于分散颜料的树脂分散剂和自分散性聚合物微粒,因此可以获得具有良好喷射稳定性、良好的耐磨性和高分散稳定性的喷墨记录用水性墨水。因此,可以在记录介质上形成高质量的图像。
因此,在根据本发明的图像形成方法中,通过使用具有上述相应特征的喷墨记录设备、记录介质和水性墨水形成图像,因此,在记录介质上直接形成图像的直接印刷法中,可以实现满足几乎没有着地干扰和图像收缩,文字再现性良好,以及卷曲可能性低的条件的图像形成。
优选地,将固着单元安置在喷墨记录设备中的干燥单元的下游侧,所述固着单元具有与固着鼓的周围表面相对设置的固着装置,所述固着装置通过对墨水施加热和压力而固着已经沉积在记录介质上的墨水,在将记录介质保持在干燥鼓的周围表面上并且旋转传送的同时,所述固着单元通过所述固着装置固着墨水。
根据本发明的该方面,依靠固着鼓,固着单元具有与干燥鼓和图像形成鼓相独立的结构,因此,在图像形成单元、干燥单元和固着单元的相应处理之间没有相互干扰。因此,可以自由地设定通过固着装置获得的温度,因此,可以根据水性墨水的种类、记录介质的类型等在适当的固着条件下进行处理。
优选地,喷墨记录设备中的每一个鼓包括保持所述记录介质的前端的保持装置;将中间传送单元安置在所述鼓之间,所述中间传送单元包括中间传送体和传送引导器,所述中间传送体具有用于保持所述记录介质的前端的保持装置,所述中间传送体通过所述保持装置保持所述记录介质的前端,并且旋转地移动记录介质,所述传送引导器引导通过中间传送体旋转地移动的记录介质的非记录表面;并且通过被安置在鼓上的保持装置以及被安置在中间传送体上的保持装置转移,传送记录介质。
根据本发明的该方面,由于安置各自具有保持装置的中间传送体,以及将保持装置安置在相应的鼓上,并且由于通过被安置在鼓上的保持装置以及被安置在中间传送体上的保持装置转移记录介质,因此,在采用鼓传送来传送记录介质时,可以避免由于与记录介质的记录表面接触而引起的图像缺陷。因此,可以在记录介质上形成高质量的图像。而且,在将记录介质从图像形成单元转移到干燥单元的过程中,即使在由于被水性墨水沉积而处于半湿润状态的大尺寸记录介质的情况下,也可以以高的精度传送记录介质。因此,可以以高的精度确保记录介质的位置,因此,可以在记录介质上形成高质量的图像。
优选地,喷墨记录设备中的线型喷墨头具有不短于50cm的头部宽度,以及在副扫描方向上以不低于1000dpi的喷嘴密度安置的喷嘴。
如在该方面中,本发明在高清晰度的单程喷墨图像形成方法中是特别有价值的,在所述单程喷墨图像形成方法中,在垂直于主扫描方向的方向上以1000dpi以上的喷嘴密度安置线头型喷墨头。
优选地,其上安置有第一层的记录介质的原纸在2分钟接触时间的情况下的Cobb值不高于5.0g/m2,所述Cobb值是在JIS P8140中规定的吸水性试验中使用二甘醇测定的,并且第二层在0.9秒接触时间的情况下的吸水量不低于1ml/m2并且不高于6ml/m2,所述吸水量是根据Bristow方法使用含有30重量%二甘醇的纯水测定的。
根据本发明的该方面,使与第二层相关的条件更加严格,因此,可以在记录介质上形成更高质量的图像。
优选地,在水性墨水中的树脂分散剂(A)具有疏水性结构单元(a)和亲水性结构单元(b);所述疏水性结构单元(a)包含至少40重量%的疏水性结构单元(a1)以及至少15重量%的疏水性结构单元(a2),所述疏水性结构单元(a1)具有不直接结合到形成树脂(A)的主链的原子上的芳环,所述疏水性结构单元(a2)衍生自丙烯酸和甲基丙烯酸中一种的含1至4个碳原子的烷基酯;并且亲水性结构单元(b)包含衍生自丙烯酸和甲基丙烯酸中的至少一种的结构单元(b1),并且亲水性结构单元(b)的比率不高于15重量%。
根据本发明的该方面,规定了树脂分散剂(A)在水性墨水中的适宜形式,并且通过使用这种类型的水性墨水,可以获得更高的图像质量。
亲水性结构单元(b)和疏水性结构单元(a)的组成依赖于它们的亲水性和疏水性的程度,并且适宜地,相对于树脂(A)的总重量,以超过80重量%,更适宜为85重量%以上的比率含有疏水性结构单元(a)。换言之,亲水性结构单元(b)的含量必须等于或低于15重量%,并且如果亲水性结构单元(b)的含量大于15重量%,则无助于颜料的分散而简单地溶解在水性液体介质(D)中的成分变得更多,诸如颜料(B)的分散的性能变得更差,并且这导致喷墨记录墨水的喷射性能劣化。
优选地,不直接结合到形成水性墨水中的树脂分散剂(A)的主链的原子上的芳环以不低于15重量%并且不高于27重量%的比率存在于树脂分散剂(A)中。
根据本发明的该方面,规定了树脂分散剂(A)在水性墨水中的适宜形式,使得可以提高水性墨水中的颜料的分散稳定性、喷射稳定性、洁净性能和耐磨性。
优选地,在水性墨水中的自分散性聚合物微粒(C)含有衍生自含芳族基团的(甲基)丙烯酸酯单体的结构单元,所述含芳族基团的(甲基)丙烯酸酯单体的含量比为10重量%至95重量%。
根据本发明的该方面,规定了自分散性聚合物微粒在水性墨水中的适宜形式,并且通过使用这种类型的水性墨水,可以获得更高的图像质量。
优选地,在水性墨水中的自分散性聚合物微粒(C)包含具有羧基并且酸值为25至100的第一聚合物。
根据本发明的该方面,规定了自分散性聚合物微粒在水性墨水中的适宜形式,并且通过使用这种类型的水性墨水,可以获得更高的图像质量。
优选地,在有机溶剂中制备第一聚合物,并且通过中和第一聚合物中的羧基的至少一部分,将第一聚合物制备成以水作为连续相的聚合物分散体。
根据本发明的该方面,规定了组成自分散性聚合物微粒的第一聚合物的适宜形式,并且通过使用这种类型的水性墨水,可以获得更高的图像质量。
而且,考虑到提高图像质量并且抑制卷曲,在本发明中,除上述优选方面以外,还适宜的是采用关于喷墨记录设备、记录介质和水性墨水的下列方面。
<喷墨记录设备>
优选被安置在喷墨记录设备的中间传送单元中的传送引导器包括负压施加装置,所述负压施加装置对记录介质的非记录表面施加负压。根据该方面,可以促进水性墨水中的溶剂(包括沸点为100℃以上的高沸点溶剂)渗透到记录介质的记录表面中。
而且,通过提供负压施加装置,当在鼓的周围上以紧密接触的方式传送记录介质时,在与旋转方向相反的方向上对记录介质施加力的同时,引导记录介质的旋转移动,因此,可以防止鼓周围上的记录介质的起皱或上浮的发生。
优选安置负压控制装置以控制通过负压施加装置施加的负压。根据该方面,通过在鼓的周围上以紧密接触的方式传送记录介质时控制负压,可以在通过负压施加装置对非记录表面更可靠地施加负压的同时引导记录介质的旋转移动。而且,可以控制所施加的负压,并且更有效率地促进水性墨水的溶剂渗透到记录介质的记录表面中。
优选负压控制装置根据记录介质的类型控制负压。根据该方面,可以响应(respond to)记录介质的多样性。
优选负压控制装置根据记录介质的厚度和记录介质的孔隙率中的至少一个适宜地控制负压。通过采用该方面,可以响应记录介质的多样性。
优选中间传送单元中的中间转印体包括正压施加装置,所述正压施加装置对记录介质的记录表面施加正压。根据该方面,当在鼓(其是图像形成单元、干燥单元和固着单元的鼓中的至少一种,下面同样适用)的周围上以紧密接触的方式传送记录介质时,在通过正压施加装置对记录表面施加正压的同时,引导记录介质的旋转移动,因此,可以防止鼓周围上的记录介质的起皱和上浮的发生,因此,提高了在记录介质的记录表面上形成的图像的质量。而且,通过施加正压,可以促进水性墨水的溶剂渗透到记录介质的记录表面中。
优选安置正压控制装置以控制通过正压施加装置施加的正压。通过采用该方面,可以借助于正压以更可靠的方式沿着传送引导器旋转地移动记录介质。而且,可以控制所施加的正压,并且更有效率地促进水性墨水的溶剂渗透到记录介质的记录表面中。
优选正压控制装置根据记录介质的类型控制正压。通过采用该方面,可以响应记录介质的多样性。而且,正压控制装置根据记录介质的厚度和记录介质的孔隙率中的至少一个适宜地控制正压。通过采用该方面,可以响应记录介质的多样性。
优选正压施加装置包括限制对记录介质的记录表面施加的正压的正压限制装置。通过采用该方面,可以借助于正压以更可靠的方式沿着传送引导器旋转地移动记录介质。而且,还可以更可靠地促进水性墨水的溶剂渗透到记录介质的记录表面中。
优选正压施加装置包括将空气流吹送到记录介质的记录表面上的鼓风口。根据该方面,通过从鼓风口吹送空气流,可以促进水性墨水的溶剂渗透到记录介质的记录表面中。
优选正压控制装置根据已经沉积在记录介质的记录表面上的溶剂的量,控制从鼓风口吹送的空气流的温度和流量中的至少一个。根据该方面,通过降低溶剂的粘度,可以促进溶剂渗透到记录介质中。
优选安置吸引装置,所述吸引装置使记录介质与鼓的周围表面紧密接触。根据该方面,可以以更可靠的方式防止在鼓的周围表面上的记录介质的起皱和浮动的发生。
优选吸引装置包括抽吸装置,所述抽吸装置通过抽吸将记录介质保持到鼓的周围表面上。根据该方面,通过抽吸,保持记录介质与鼓的周围表面紧密接触,因此,可以以更可靠的方式防止记录介质的起皱和浮动的发生。
<记录介质>
优选其上安置有第一层的原纸基于JIS P8140中规定的吸水性试验,在2分钟接触时间的情况下,在Cobb方法中的吸水性为2.0g/m2以下。
优选在pH调节之前,第二层的表面pH小于8.0。
优选白色颜料仅包括基于JIS K5101中规定的pH值试验(常温抽出法)的pH小于8.0的白色颜料。
优选在JIS K5101中规定的pH值试验(常温抽出法)中,将0.1ml的1mol/l盐酸加入到10g的测量液体中之后,白色颜料具有小于6.0的pH。
优选第一层中的粘合剂含有热塑性树脂,并且适宜地,热塑性树脂是选自聚酯型氨基甲酸酯胶乳和丙烯酸类(acryl)硅氧烷胶乳中的至少一种树脂。更优选地,第一层还含有层状无机化合物。适宜地,第一层还含有白色颜料,而且,适宜地,白色颜料是高岭土。纵横比为30以上的高岭土是特别适宜的。
优选记录介质通过包括以下步骤的方法制备:在原纸上形成第一层的第一形成步骤;以及在第一层上形成第二层的第二形成步骤,其中在第一形成步骤中,将安置在原纸表面上的热塑性聚合物微粒在热塑性聚合物微粒的最低成膜温度或高于热塑性聚合物微粒的最低成膜温度的温度范围内热处理。
优选在记录介质的制备中,当由涂布速度S(m/min)和涂层的膜厚度t(μm)确定的剪切速度D(D=S/(t×60×10-6))不低于103(s-1)并且不高于106(s-1)时,用于形成第二层的涂布液具有不低于20mPa·s并且不高于150mPa·s的高剪切粘度。
<水性墨水>
优选树脂分散剂(A)的酸值不低于30mg KOH/g并且不高于100mgKOH/g。通过这种方式,可以提高水性墨水的颜料分散性和储存稳定性。
优选具有不直接结合到形成树脂分散剂(A)的主链的原子上的芳环的疏水性结构单元(a1)是衍生自甲基丙烯酸苄酯、丙烯酸苯氧基乙酯和甲基丙烯酸苯氧基乙酯中的至少一种的结构单元。
优选具有不直接结合到形成树脂分散剂(A)的主链的原子上的芳环的疏水性结构单元(a1)是衍生自丙烯酸苯氧基乙酯或甲基丙烯酸苯氧基乙酯的结构单元。
优选自分散性聚合物微粒(C)是包含衍生自含芳环的单体的结构单元的共聚物。
优选颜料(B)通过转相法制备,从而被覆有树脂分散剂(A)。
优选颜料(B)和树脂分散剂(A)的重量比为100∶25至100∶140。
优选树脂分散剂(A)的重均分子量为30000至150000。通过将分子量设定至上述范围中,分散剂的立体排斥效应趋于良好,出于通过立体效应防止颜料的粘附的趋向,这是适宜的。
优选水性墨水包含至少一种类型的水溶性有机溶剂。
优选水性墨水包含表面活性剂。
优选水性墨水中的含芳族基团的(甲基)丙烯酸酯单体为丙烯酸苯氧基乙酯。
优选在水性墨水中组成自分散性聚合物微粒的第一聚合物的酸值小于树脂分散剂(A)的酸值。
根据本发明的图像形成方法,在记录介质上直接形成图像的直接印刷法中,可以满足几乎不产生着地干扰或图像收缩,获得良好的文字再现性,并且使得卷曲不易于发生的高质量条件。
附图说明
下面将参考附图说明本发明的特性,以及本发明的其它目的和优点,在附图中,相同的符号在全部图中表示相同或类似的部分,并且其中:
图1是在根据本发明的一个实施方案的图像形成方法中使用的喷墨记录设备的总体示意图;
图2是图像形成单元的示意图;
图3是干燥单元的示意图;
图4是固着单元的示意图;
图5A和5B是显示头部的内部结构的平面透视图;
图6是显示头部的组成的又一个实施方案的平面图;
图7沿着图5A和5B中的线9-9的横截面图;
图8是显示头部中的喷嘴的排列的一个实施方案的平面图;
图9是显示喷墨记录设备的系统组成的主要框图;
图10是显示第一中间传送控制单元的系统组成的主要框图;
图11是显示第一中间传送单元和干燥单元之间的关系的示意图;
图12A和12B是第一中间传送单元的横截面图;
图13是干燥鼓的横截面图;
图14是在根据本发明的一个实施方案的图像形成方法中使用的记录介质的横截面图;
图15是实验A中的比较例中使用的喷墨记录设备的总体示意图;
图16是显示实验A中的实验条件和结果的表;和
图17是显示实验B中的实验条件和结果的表。
具体实施方式
根据本发明的图像形成方法使用如下所述的喷墨记录设备、记录介质和水性墨水。
喷墨记录设备的总体组成
首先,将描述根据本发明的一个实施方案的喷墨记录设备的总体组成。
如图1中所示,根据本实施方案的喷墨记录设备1是采用鼓-基直接印刷方法的喷墨记录设备,所述鼓-基直接印刷方法是在传送专用记录介质22通过鼓的同时,通过向相应鼓上的记录介质22上进行图像的印刷、干燥和固定,在记录介质22(参见图14)上直接形成图像的直接印刷法的一种模式。
喷墨记录设备1以从根据记录介质22的传送方向的上游侧的顺序包括:纸供给单元10,其供给记录介质22(切片纸);图像形成单元14,其通过将着色的墨水沉积到记录介质22的记录表面上而形成图像;干燥单元16,其干燥着色的墨水的溶剂;固着单元18,其使图像可靠地固着;以及排出单元20,其传送并且排出其上形成图像的记录介质22。以这种方式,喷墨记录设备1具有在相应单元中设置相应的图像形成工序的组成。第一中间传送单元26被安置在图像形成单元14和干燥单元16之间,并且第二中间传送单元28被安置在干燥单元16和固着单元18之间。
<纸供给单元>
纸供给单元10是将记录介质22供给至图像形成单元14的机构。将纸供给托盘50安置在纸供给单元10中,并且将记录介质22从纸供给托盘50供给至图像形成单元14。在下面的部分“记录介质”中详细描述储存在纸供给托盘50中的记录介质22。
<图像形成单元>
如图2中所示,图像形成单元14配置有转移鼓52和图像形成鼓70。转移鼓52从纸供给单元10的纸供给托盘50接收记录介质22,并且将记录介质22转移到图像形成鼓70。
图像形成单元14还配置有线型墨水头72C、72M、72Y和72K,所述线型墨水头72C、72M、72Y和72K分别对应青色(C),品红色(M),黄色(Y)和黑色(K)四种颜色的墨水,从根据图像形成鼓70的旋转方向(图2中的逆时针方向)的上游侧以所述的顺序被设置在与图像形成鼓70的外周围表面相对的位置。
图像形成鼓70是在其外周围表面上具有保持装置73的鼓,所述保持装置73用于通过在介质的传送方向上保持记录介质22的前端而旋转地传送记录介质22。墨水头72C、72M、72Y和72K是将墨水沉积到记录介质22的记录表面上的墨水沉积装置。
如图2中所示,墨水头72C、72M、72Y和72K各自具有与记录介质22上的图像形成区的最大宽度对应的长度,所述记录介质22被设置在图像形成鼓70的外周围表面上。墨水头72C、72M、72Y和72K是整行型的喷墨记录头(喷墨头),其各自具有在其喷墨表面形成的喷嘴行,其中多个用于喷射墨水的喷嘴是跨过图像形成区的整个宽度上排列的。将墨水头72C、72M、72Y和72K固定,从而在垂直于记录介质22的传送方向(图像形成鼓70的旋转方向)的方向上延伸。适宜的是线型喷墨头具有在副扫描方向(记录介质的传送方向)上以至少1000dpi的密度并且跨过至少50cm的宽度安置的喷嘴。
这些墨水头72C、72M、72Y和72K分别将相应的有色墨水的液滴喷射到记录介质22的记录表面上,所述记录介质22被保持在图像形成鼓70的外周围表面上。在这样做的过程中,通过存在于记录介质22的记录表面上的后述聚集剂使分散在墨水中的着色材料(颜料)聚集,从而以在记录介质22上不出现着色材料等的流动这样的方式形成着色材料的聚集体。以这种方式,在记录介质上形成图像。
在墨水和聚集剂之间的反应的一个可想到的实例利用一种机理,由该机理颜料的分散体被破坏,并且通过由将酸引入到聚集体中所导致的pH降低使颜料聚集,从而防止着色材料的渗出,在各种颜色的墨水之间的混色,以及由墨滴液体在着地时的混合所导致的液滴沉积干扰。
而且,通过编码器91(参见图9)使各个墨水头72C、72M、72Y和72K的液滴喷射时机同步,所述编码器91被设置在图像形成鼓70上,并且测定旋转速度。以这种方式,可以以良好的精度确定着地位置。此外,预先确定由图像形成鼓70中的波动导致的速度变化,因此校正用编码器91获得的液滴喷射时机,因此可以降低液滴喷射中的不均匀性,而与图像形成鼓70的波动,旋转轴的精度或图像形成鼓70的外周围表面的速度无关。
而且,可以通过从图像形成鼓70上取下头部单元,并且清洁墨水头72C、72M、72Y、72K的喷嘴表面而进行维护操作,从而驱除粘度增加的墨水等。
而且,尽管在本实施方案中描述了C、M、Y和K四种标准色的构造,但是墨水颜色的组合和颜色的数量不限于这些。在需要时,可以加入浅色和/或深色墨水,以及特别颜色的墨水。例如,其中用于喷射浅色墨水如浅青色和浅品红色的墨水头的构造是可以的,并且各种颜色的头部的排列顺序不受特别限制。下面给出墨水头72C、72M、72Y和72K的更详细描述。
<干燥单元>
如上述图1中所示,干燥单元16包括干燥鼓76,并且如图3中所示,干燥单元16包括第一IR(红外线)加热器78,温热空气吹送喷嘴80以及第二IR加热器82,它们从根据干燥鼓76的旋转方向(图1中的逆时针方向)的上游侧以这种顺序被设置在与干燥鼓76的周围表面相对的位置。
干燥鼓76是将记录介质22保持在其外周围表面上并且旋转传送的鼓。第一IR加热器78、温热空气吹送喷嘴80和第二IR加热器82是用于干燥沉积在记录介质22上的墨水溶剂中所含的水分(在某些情况下,可以包括水溶性有机溶剂)的干燥装置。
干燥单元16借助于图2中所示的第一IR加热器78、温热空气吹送喷嘴80和第二IR加热器82,通过蒸发被保持在干燥鼓76上的记录介质22的记录表面上的墨水溶剂中所含的水分,进行干燥溶剂中所含的水分的步骤,所述溶剂是通过着色材料的聚集作用分离的。
干燥鼓76通过钩形保持装置(与图2中的保持装置73类似的装置)保持记录介质22的前端,所述钩形保持装置被设置在鼓的外周围侧。干燥鼓76可以具有被安置在外周围侧中的抽吸孔,以通过抽吸孔的抽吸将记录介质22保持紧密接触。
从温热空气吹送喷嘴80中排出的温热空气的温度是50℃至70℃,并且通过排气装置(未示出)将蒸发的水分与空气一起驱除到设备的外部。还可以通过冷却器(散热器)等冷却回收的空气,并且将水分以液体的形式回收。
例如,将干燥鼓76的温度设定为60℃以下,将第一IR加热器78和第二IR加热器82的温度设定至180℃,将来自温热空气吹送喷嘴80的温热空气的温度设定至70℃,并且将来自温热空气吹送喷嘴80的温热空气的流量设定至12m3/分钟。
通过独立的结构形成图像形成单元14的图像形成鼓70和干燥单元16的干燥鼓76,因此,可以减少在墨水头72C、72M、72Y和72K中由头部维护单元通过加热干燥的干燥引起的墨水喷射故障的发生。而且,可以自由地设定干燥单元16的温度,因此可以设定最佳干燥温度。
<固着单元>
如上述图1中所示,固着单元18包括固着鼓84,并且如图4中所示,固着单元18包括第一固着辊86,第二固着辊88以及联机(in-line)传感器90,它们从根据固着鼓84的旋转方向(图4中的逆时针方向)的上游侧以所述的顺序被设置在与固着鼓84的周围表面相对的位置。
固着鼓84是将记录介质22保持在其外周围表面上并且旋转传送的鼓。第一固着辊86和第二固着辊88是用于固着形成于记录介质22上的图像的辊构件。联机传感器90是用于测量被固着在记录介质22上的图像的测试图案、水分量、表面温度、光泽等的测量装置,并且使用CCD线传感器等。
固着鼓84通过被安置在鼓的外周围侧的钩形保持装置(与图2中的保持装置73类似的装置)保持记录介质22的前端。与上述干燥鼓76类似,固着鼓84可以具有被安置在外周围侧上的抽吸孔,使得通过抽吸孔的抽吸将记录介质22保持与鼓紧密接触。
在固着单元18中,如图4中所示,通过第一固着辊86和第二固着辊88,加热并且按压被保持在固着鼓84上的记录介质22的记录表面上由干燥单元16形成的薄图像层内部的胶乳粒子,从而将胶乳粒子固着到记录介质22上。
第一固着辊86和第二固着辊88是在具有良好热导率的铝等金属管内部结合卤素灯的加热辊。通过对施加等于或大于胶乳的Tg温度(玻璃化转变温度)的热能以使胶乳粒子熔化,将胶乳按压到记录介质22中的起伏处,并且固着在其中,而且,将图像的表面起伏处变平,可以获得高光泽。
而且,第一固着辊86和第二固着辊88与固着鼓84形成压料辊对,并且该辊对中的至少一个在辊表面上具有弹性层,从而形成记录介质22的均匀夹区宽度。
而且,还可以根据图像层的厚度以及胶乳粒子的Tg特性,以多级(stage)的形式提供第一固着辊86和第二固着辊88。
例如,将固着鼓84的温度设定为60℃,将第一固着辊86和第二固着辊88的温度设定为60℃至80℃,并且将第一固着辊86和第二固着辊88的夹区压力设定至1MPa。
由于在固着单元18和其它鼓中的处理在结构形式上是分开的,因此可以自由地设定固着单元18的温度,而与图像形成单元14或干燥单元16无关。
<排出单元>
在固着单元18后面安置排出单元20。转移鼓94、传送带96和张力辊98被安置在固着单元18的固着鼓84和排出单元20的排出托盘92之间,从而与它们相对。将记录介质22通过转移鼓94输送到传送带96,然后排出到排出托盘92中。
<墨水头的结构>
接着描述墨水头的结构。相应墨水颜色的墨水头72C、72M、72Y、72K具有相同的结构,下面以参考标记100表示墨水头中的任何一个。
图5A是示出墨水头100的构造的一个实施方案的透视平面图,图5B是其一部分的放大图。应当将墨水头100中的喷嘴间距最小化以将记录介质22的表面上印刷的点的密度最大化。如图5A和5B中所示,根据本实施方案的墨水头100具有其中将多个墨水室单元(作为记录元件单元的液滴喷射元件)108在二维上以交错的矩阵形式设置的结构,所述多个墨水室单元的每一个具有形成喷墨口的喷嘴102、对应喷嘴102的压力室104等,因此,降低了在头部的纵向(垂直记录介质22的传送方向的方向)投影的有效喷嘴间隔(投影喷嘴间距),并且获得了高的喷嘴密度。
在基本上垂直于记录介质22的传送方向(图5A中箭头S)的方向(在图5A中由箭头M表示的方向)上,跨过与记录介质22的图像形成区的整个宽度对应的长度构成一个或多个喷嘴行的模式不限于在图5A和5B中所示的实例。例如,代替图5A中的组成的是,如图6中所示,通过以交错的矩阵形式排列并且组合各自具有以二维方式排列的多个喷嘴102的短头部组件100′,可以形成总体上长度对应记录介质22的图像形成区的整个宽度的喷嘴行的线型头部(line head)。
如图5A和5B中所示,与每一个喷嘴102对应安置的压力室104的平面形状基本上是正方形的形状,并且将喷嘴102的出口安置在该平面形状的对角线的末端中的一个,而用于供给墨水的入口(供给口)106安置在其另一个末端。压力室104的形状不限于本实施例的形状,并且各种形状是可以的,其中平面形状是四边形(菱形、矩形等)、五边形、六边形或其它多边形、或圆形、椭圆形等。
图7是示出形成墨水头100中的记录元件单元的一个通道的液滴喷射元件(对应一个喷嘴102的墨水室单元)的组成的横截面图(沿着图5A和5B中的线7-7)。
如图7中所示,每一个压力室104经由供给口106与共用通道110连接。共用通道110与作为供给墨水的基本槽(base tank)的墨水槽(未示出)连接,并且将从墨水槽供给的墨水经由共用流动通道110供给到压力室104中。
将配置有单个电极114的致动器116接合到压力片(还用作共用电极的振动片)112上,所述压力片112形成压力室104的一部分的表面(在图7中,顶板)。在对单个电极114和共用电极施加驱动电压时,致动器116变形,从而改变压力室104的体积。这导致使墨水从喷嘴102中喷出的压力变化。对于致动器116,可以采用利用压电体如锆钛酸铅、钛酸钡等的压电元件。当在喷射墨水之后致动器116的位移返回到初始状态时,由来自共用的流动通道110的新墨水经由供给口106重新补充压力室104。
通过根据通过数字半色调处理由输入图像产生的点数据,控制对应喷嘴102的致动器116的驱动,可以从喷嘴102中喷射墨滴。通过在副扫描方向上以均匀的速度传送记录介质的同时,根据记录介质22的传送速度控制喷嘴102的喷墨时机,可以在记录介质22上记录所需要的图像。
如图8中所示,通过在与主扫描方向重合的行方向和以相对于主扫描方向为θ的固定角倾斜而非垂直于主扫描方向的列方向上,基于固定排列图案以格子的方式排列多个具有上述结构的墨水室单元108,实现了本实施方案的高密度喷嘴头。
更具体地,通过采用其中在与相对于主扫描方向成θ角的方向一致的方向上,以均匀间距d排列多个墨水室单元108的结构,被投影(正交投影)以在主扫描方向上对准的喷嘴的间距PN为d×cosθ,因此,该喷嘴102可以被视为相当于沿着主扫描方向以固定间距PN线性排列的那些。通过采用这种组成,可以实现在将喷嘴对准主扫描方向投影时的有效喷嘴行的更高密度。
在包括长度对应图像可记录宽度的整个宽度的喷嘴行的整行型头部中,将“主扫描”定义为通过在以下方式的一种中驱动喷嘴,在垂直于记录介质22的传送方向的方向上印刷一根线(由一行点形成的线,或者由多行点形成的线):(1)同时驱动全部喷嘴;(2)从一侧到另一侧依次驱动喷嘴;以及(3)将喷嘴分区,并且在每一个区中从一侧到另一侧依次驱动喷嘴。
特别是,当驱动以矩阵例如图8中所示的矩阵的方式排列的喷嘴102时,优选根据上述(3)的主扫描。更具体地,将喷嘴102-11,102-12,102-13,102-14,102-15和102-16作为一区(另外,将喷嘴102-21、102-22、...、102-26作为另一区;将喷嘴102-31、102-32、...、102-36作为另一区);并且通过根据记录介质22的传送速度,依次驱动喷嘴102-11、102-12、...、102-16,在与记录介质22的传送方向垂直的方向上印刷1根线。
另一方面,副扫描被定义为:在使整行型头部和记录介质22彼此相对地移动的同时,重复进行由主扫描形成的1根线(由1行点形成的线、或者由多行点形成的线)的印刷。
由通过如上所述的主扫描记录的1根线所指的方向(或者带状区域的纵向)被称为“主扫描方向”,而其中进行上述副扫描的方向被称为“副扫描方向”。换言之,在本实施方案中,将记录介质22的传送方向称为副扫描方向,并且将与其垂直的方向称为主扫描方向。在实施本发明的本实施方案的过程中,喷嘴的排列不限于所示的实例。
而且,在本实施方案中,采用其中通过典型为压电元件的致动器116的变形而喷射墨滴的方法;然而,在实施本发明的本实施方案的过程中,用于排出墨水的方法不受特别限制,并且代替压电喷射方法的是,还可以采用各种类型的方法,例如热喷射方法,其中通过热生成体如加热器加热墨水,并且使得其中形成气泡,所述墨滴通过由这些气泡施加的压力而喷射。
<控制系统>
图9是示出喷墨记录设备1的系统组成的主要框图。喷墨记录设备1包括通信接口120,系统控制器122,印刷控制器124,第一中间传送控制单元128,头部驱动器130,第二中间传送控制单元132,干燥控制单元134,固着控制单元138,联机传感器90,编码器91,电动机驱动器142,存储器144,加热器驱动器146,图像缓冲存储器148、抽吸控制单元149等。
通信接口120是用于接收从主机150输送的图像数据的接口单元。可以将串行接口如USB(通用串行总线),IEEE 1394,以太网(Ethernet)以及无线网络,或并行接口如森特尤尼克斯(Centronics)用作通信接口120。可以将缓冲存储器(未示出)安装在该部分中以提高通信速度。从主机150输送的图像数据经由通信接口120被喷墨记录设备1接收,并且临时存储在存储器144中。
系统控制器122由中央处理器(CPU)及其外围电路等组成,并且起着根据指定的程序控制整个喷墨记录设备1的控制装置的作用,以及起着进行各种计算的计算装置的作用。换言之,系统控制器122控制各个部分,如通信接口128,第一中间传送控制单元128,头部驱动器130,第二中间传送控制单元132,干燥控制单元134,固着控制单元138,存储器144,电动机驱动器142,加热器驱动器146、抽吸控制单元149等,并且控制与主机150的通信,并且从存储器144读取并且写入存储器144等,以及产生用于控制传送系统的电动机152和加热器154的控制信号。
存储器144是临时存储经由通信接口120输出的图像并且经由系统控制器122从图像存储器144读取数据并且将数据写入图像存储器144的存储装置。存储器144不限于是包括半导体元件的存储器,并且还可以使用磁介质如硬盘。
将通过系统控制器122的CPU执行的程序和控制程序所需的各种数据存储在ROM 145中。ROM 145可以是不可重写存储装置,或者它可以是可重写存储装置如EEPROM。存储器144用作图像数据的临时存储区,并且它还用作程序扩展区以及CPU的计算工作区。
电动机驱动器142是根据来自系统控制器122的指令驱动电动机152的驱动器。在图9中,在设备的各个部分中设置的电动机的由参考标记152表示。例如,图9中所示的电动机152包括驱动图1中的转移鼓52、图像形成鼓70、干燥鼓76、固着鼓84、转移鼓94的旋转的电动机,用于通过图像形成鼓70的抽吸孔74的抽吸产生负压的泵75的驱动电动机,墨水头72C、72M、72Y和72K的头部单元的缩回机构的电动机等。
加热器驱动器146是根据来自系统控制器122的指令驱动加热器154的驱动器。在图9中,被安置在喷墨记录设备1中的多个加热器由参考标记154表示。例如,图9中所示的加热器154包括预热器(未示出),所述预热器在纸供给单元10中将记录介质22预先加热至适合的温度。
印刷控制器124具有用于执行各种任务、补偿和其它类型的处理的信号处理功能,以根据来自系统控制器122的指令,由存储在存储器144中的图像数据产生印刷控制信号,从而将产生的印刷数据(点数据)提供给头部驱动器130。在印刷控制器124中进行所需的信号处理,并且在印刷数据的基础上,经由头部驱动器130控制来自各个墨水头100的墨滴的喷射量和喷射时机。以这种方式,可以获得所需的点尺寸和点位置。
印刷控制器124配置有图像缓冲存储器148,并且在印刷控制器124中处理图像数据时,将图像数据、参数和其它数据临时存储在图像缓冲存储器148中。在图9中示出的方面是其中图像缓冲存储器148伴随控制器124的方面;然而,存储器144还可以作为图像缓冲存储器148。其中印刷控制器124和系统控制器122集成以形成单个处理器的方面也是可以的。
将给出从图像输入至印刷输出的处理的顺序的总体描述,将要印刷的图像数据从外部源经由通信接口120输入,并且积累在存储器144中。在此阶段,将RGB图像数据存储在例如存储器144中。
在喷墨记录设备1中,通过改变由墨水(着色材料)形成的微细点的液滴沉积密度和点尺寸,形成似乎具有对人眼连续的色调灰度的图像,因此,必需将输入的数字图像转换为尽可能如实地再现图像的色调灰度(即,图像的亮和暗色调)的点图案。因此,将存储在存储器144中的原始图像数据(RGB数据)经由系统控制器122输送到印刷控制器124中,并且使用阈值矩阵、误差扩散等,通过半色调技术在印刷控制器124中转换成每一种墨水颜色的点数据。
换言之,印刷控制器124进行用于将输入的RGB图像数据转换成四种颜色K、C、M、Y的点数据的处理。将由印刷控制器124这样产生的点数据存储在图像缓冲存储器148中。
头部驱动器130基于由印刷控制器124提供的印刷数据(换言之,存储在图像缓冲存储器148中的点数据),输出用于驱动与墨水头100的各个喷嘴102对应的致动器116的驱动信号。在头部驱动器130中可以包括用来保持头部中的恒定驱动条件的反馈控制系统。
通过将由头部驱动器130输出的驱动信号提供给墨水头100,从相应的喷嘴102中喷射墨水。在以指定的速度传送记录介质22的同时,通过控制墨水从墨水头100中的喷射在记录介质22上形成图像。
系统控制器122控制第一中间传送控制单元128,第二中间传送控制单元132,干燥控制单元134,固着控制单元138以及抽吸控制单元149稍后参考图11描述第一和第二中间传送控制单元26和28的组成。
第一中间传送控制单元128根据来自系统控制器122的指令,控制第一中间传送单元26的中间传送体30和传送引导器32的操作。更具体地,对于中间传送体30,第一中间传送控制单元128控制中间传送体30的实际旋转驱动、被安置在中间传送体30上的保持装置34的旋转、以及鼓风机38的操作等。而且,对于中间传送体30,第一中间传送控制单元128控制经由抽吸孔42进行抽吸操作的泵43的操作等。
图10是示出第一中间传送控制单元128的系统组成的主要框图。如图10中所示,第一中间传送控制单元128包括中间传送体旋转驱动单元141,鼓风控制单元(温热空气控制单元)143,以及负压控制单元147。
通过中间传送体旋转驱动单元141控制实际的中间传送体30的旋转驱动。
鼓风控制单元143能够控制并且调节来自鼓风机38的风的温度和流量,以促进在水性墨水中含有的水分的有效干燥,高沸点溶剂的粘度的降低,以及溶剂的渗透。而且,还可以根据记录介质22的类型,控制从鼓风机38吹送的空气的流量,并且控制由吹送的空气产生的正压的大小。而且,还可以根据记录介质22的类型(例如,高质量纸,涂布纸等),控制从鼓风机38吹送的空气的温度。
通过负压控制单元147控制泵43,以经由非记录表面抽吸记录介质22,以使水性墨水中含有的溶剂渗透到记录介质中,所述非记录表面是与记录表面相反的表面。而且,还可以控制通过泵43施加的负压,使得可以基于记录介质22的厚度和记录介质22的孔隙率之中的至少一个改变压力。而且,还可以根据记录介质22的类型,控制通过泵43施加的负压的大小。
第二中间传送控制单元132具有与第一中间传送控制单元128类似的系统结构,并且控制第二中间传送单元28的中间传送体30和传送引导器32的操作。
根据来自系统控制器122的指令,干燥控制单元134控制干燥单元16中的第一IR加热器78,温热空气吹送喷嘴80和第二IR加热器82的操作。
根据来自系统控制器122的指令,固着控制单元138控制固着单元18中的第一固着辊86和第二固着辊88的操作。
抽吸控制单元149控制泵75的操作,所述泵75连接到图像形成单元14中的图像形成鼓70的抽吸孔74。
联机传感器90对系统控制器122提供用于对记录介质22施加的测试图案的测量结果数据、记录介质22的水分含量、表面温度和光泽的测定数据的信号。而且,编码器91对系统控制器122提供用于图像形成鼓70的旋转速度的测定信号,并且经由头部驱动器130适时地控制墨水头100的液滴喷射时机。
<中间传送单元>
接着,将描述中间传送单元的结构。
第一中间传送单元26是用于将记录介质22从图像形成单元14的图像形成鼓70传送至干燥单元16的干燥鼓76的传送装置。第二中间传送单元28是用于将记录介质22从干燥单元16的干燥鼓76传送至固着单元18的固着鼓84的传送装置。
第一中间传送单元26和第二中间传送单元28共用类似的结构,因此这里将第一中间传送单元26作为一个代表实例进行描述。
宽泛地说,第一中间传送单元26由中间传送体30和传送引导器32组成。
中间传送体30是保持从图像形成鼓70接收的记录介质22的一端,并且使记录介质22旋转并且被转移到干燥鼓76的鼓,所述图像形成鼓70是图像形成单元14的压力鼓。中间传送体30具有用于保持记录介质22的末端的钩形保持装置34。保持装置34在跟随圆形路径的同时旋转。在本实施方案中,将两个保持装置34安置在中间传送体30的相应端部,但是保持装置34的数量不限于此。
图12A是第一中间传送单元26的横截面图,并且图12B是沿着图12A中的线12B-12B的横截面图。
如图12B中所示,通过框架31和33上的轴承35和37可旋转地安置中间传送体30,所述框架31和33是在传送的记录介质22的幅宽方向(垂直于传送方向的方向)上以一定间隔安置的。
如图12A和12B中所示,在中间传送体30的表面中形成多个鼓风口36,所述多个鼓风口36用于将空气流吹送到记录介质22的记录表面上。将鼓风口36连接至鼓风机38,所述鼓风机38构成用于吹送空气流的鼓风装置。将从鼓风机38吹送的空气流设定至例如70℃的温度,以及1m3/min的流量。而且,适宜地,将空气流从多个鼓风口36以实际上垂直的方式吹送到记录介质22的记录表面上。
因为记录介质22由于从鼓风口36吹送的空气而跟随传送引导器32旋转地移动,因此避免了在中间传送体30和记录介质22的记录表面之间的接触,并且可以防止墨水附着到中间传送体30上。
而且,如图12A和12B中所示,中间传送体30在内部包括:空气流限制引导器40,其部分地限制从鼓风口36吹送的空气流。如图12B中所示,空气流限制引导器40被固定到框架31上。例如,在图12A中,显示了以下情形:其中通过保持装置34将记录介质22保持在图中的左侧,并且相对于中间传送体30,将记录介质22安置成朝向传送引导器32侧。在这种情况下,空气流限制引导器40限制了空气流的方向,使得从与记录介质22的记录表面相对的鼓风口36吹送出空气流。
通过借助于空气流限制引导器40限制空气流的方向,记录介质22由于从鼓风口36吹送的空气流而更可靠地跟随传送引导器32旋转地移动,因此,更可靠地避免了在中间传送体30和记录介质22的记录表面之间的接触,并且可以防止墨水附着到中间传送体30上。
而且,鼓风口36和鼓风机38等作为通过将空气流吹送到记录介质22的记录表面上而施加正压的正压施加装置,并且它们还作为在与旋转方向相反的方向上引起作用于记录介质22上的力的反张力施加装置,因此记录介质22旋转地移动,同时使得反张力作用于记录介质22的记录表面上。
以这种方式,当通过将干燥鼓76的保持装置73保持记录介质22的前端而与干燥鼓76紧密接触地传送记录介质22时,由于从鼓风口36排出的空气流,反张力作用于记录介质22的尾部的记录表面上,因此记录介质22在传送至干燥鼓76的过程中不发生起皱和卷曲。
而且,如图11和12中所示,将传送引导器32设置在中间传送体30附近。传送引导器32是以圆弧形状形成的,并且在将反张力施加到记录介质22的与记录表面相反的表面(下面,将其称为“非记录表面”)的同时,引导记录介质22的旋转移动。更具体地,传送引导器32具有用于引导记录介质22的传送的引导表面30a,并且还具有反张力施加装置,所述引导表面30a被安置成与其中中间传送体30的保持装置34跟随圆弧形路径的位置相对,所述反张力施加装置引起在与记录介质22的旋转方向相反的方向上作用于记录介质22上的力。
对于反张力施加装置,可以使用对记录介质22的非记录表面施加负压的负压施加装置。更具体地,作为负压施加装置,提供有:在引导表面30a中形成的多个抽吸孔42,连接至抽吸孔42的室41,连接至室41的泵43等。
而且,引导表面30a具有多个支撑并且引导记录介质22的支撑部44。
以这种方式,当通过将干燥鼓76的保持装置73保持记录介质22的前端而与干燥鼓76紧密接触地传送记录介质22时,由于通过抽吸孔42的抽吸,反张力作用于记录介质22的尾部的非记录表面上,因此记录介质22在传送至干燥鼓76的过程中不发生起皱和卷曲。
借助于具有上述组成的中间传送体30和传送引导器32,通过将中间传送体30的保持装置34保持其前端而使记录介质22旋转并且移动,同时通过经由在传送引导器32的引导表面30a中的抽吸孔42,采用泵43抽吸负压而吸引非记录表面。因此,记录介质22在被保持部44支撑和引导的同时旋转地移动。之后,将记录介质22从中间传送体30的保持装置34转移至干燥鼓76的保持装置73。
这里,在通过支撑部44支撑非记录表面的同时传送记录介质22,并且在不与中间传送体30、传送引导器32等的组成构件接触的情况下传送记录介质22的记录表面。
而且,当通过将干燥鼓76的保持装置73保持记录介质22的前端而与干燥鼓76紧密接触地传送记录介质22时,因此反张力作用于记录介质22的尾部的记录表面和非记录表面上,不发生传送至干燥鼓76的记录介质22的起皱或卷曲,并且可以形成高质量的图像。
除此以外,反张力施加装置还可以由在其表面上具有大的摩擦系数的支撑部44组成。更具体地,这种装置可以由具有增加的表面粗糙度的支撑部44组成,或者由具有由诸如橡胶的材料制成的表面的支撑部44组成。从而可以实现与其中进行抽吸的情况类似的有益效果。
如上所述,可能的情况是其中图像形成单元14配置有代替转移鼓52的中间传送单元(未显示)、该中间传送单元的中间传送体30保持记录介质22的前端,并且旋转地移动记录介质22,从而将记录介质22转移至图像形成鼓70的情况;同样在这种情况下,中间传送单元还具有与第一中间传送单元26和第二中间传送单元28共同的结构。
以这种方式,当通过将图像形成鼓70的保持装置保持记录介质22的前端而与图像形成鼓70紧密接触地传送记录介质22时,反张力作用于记录介质22的前部和与鼓紧密接触的部分之间,因此在记录介质22被传送至干燥鼓76时,不发生起皱或卷曲,并且获得了可以将墨水精确地沉积在记录介质22上的有益效果。
图13是在记录介质22的幅宽方向(在垂直于记录介质22的传送方向的方向)上观察时,干燥鼓76附近的横截面图。如图13中所示,将连接至泵75的用于施加负压的抽吸孔74安置在干燥鼓76的外周围侧。因此,当与干燥鼓76紧密接触地传送记录介质22时,通过抽吸吸引记录介质22的前部以与干燥鼓76紧密接触,同时通过第一中间传送单元26使得反张力作用于记录介质22的尾部,因此,可以以更可靠的方式防止在干燥鼓76上的记录介质22的起皱或卷曲的发生。还可以借助于静电吸引保持记录介质22的前部与干燥鼓76紧密接触。
当通过在第一中间传送单元26和第二中间传送单元28的每一个中通过抽吸而吸引记录介质22的非记录表面时,可以通过控制系统(参见图10)的负压控制单元147控制通过泵43经由抽吸孔42施加的负压,使其基于记录介质22的规格,例如记录介质22的厚度、记录介质22的孔隙率和记录介质22的类型等中的至少一个可变。
<喷墨记录设备的具体效果>
使用上述构造的喷墨记录设备1,可以获得下述具体效果。
在干燥单元16中,通过第一IR加热器78、温热空气吹送喷嘴80和第二IR加热器82干燥记录介质22上的墨水溶剂。因此,防止着色材料在记录介质22上的流动所引起的图像不均匀性,以及在涂覆多种墨水时发生的墨水渗出或混色,并且可以在记录介质22上以高的速度形成高质量图像。
关于在图像形成单元14和干燥单元16之间的关系,根据用于图像形成鼓70和干燥鼓76的结构,分别安置喷墨头72C、72M、72Y、72K的组,以及第一IR加热器78、温热空气吹送喷嘴80和第二IR加热器82的组。因此,图像形成鼓70本身没有被加热,喷墨头72C、72M、72Y、72K的弯液面没有被干燥,可以防止喷墨头72C、72M、72Y、72K不喷射作用,并且可以在记录介质22上以高速度形成高质量图像。
关于在图像形成单元14,干燥单元16和固着单元18之间的关系,由于分别根据各个鼓的单独结构,安置喷墨头72C、72M、72Y和72K的组、第一IR加热器78、温热空气吹送喷嘴80和第二IR加热器82的组,以及第一固着辊86和第二固着辊88的组,因此,可以自由地设定第一固着辊86和第二固着辊88的温度。
因为记录介质22的记录表面不与其它结构构件如中间传送体30接触,因此可以避免对图像的损害。
即使在其中记录介质的记录表面处于半湿润状态的大尺寸记录介质22的情况下,也可以精确地传送介质,因此可以以高的精度确保记录介质的位置。
通过借助于鼓风机控制单元143和负压控制单元147,根据记录介质22的类型控制鼓风机38和泵43而控制施加到记录介质22上的压力,可以获得与记录介质22的总体性能的相容性。
如果根据记录介质22的厚度和记录介质22的孔隙率中的至少一个,通过鼓风控制单元143和负压控制单元147控制施加到记录介质22上的压力,则可以获得与记录介质22的总体性能的相容性。
通过将空气流从中间传送体30的鼓风口36吹送到记录介质22的记录表面上,可以进一步促进记录介质22的记录表面上的墨水的高沸点溶剂渗透到记录介质22中。
通过使用空气流限制引导器40限制空气流的方向,使得从与记录介质22的记录表面相对的鼓风口36吹送空气流,以更可靠的方式促进了记录介质22的记录表面上的墨水的高沸点溶剂渗透到记录介质22中。
表1显示了关于高沸点溶剂的粘度特性对包含高沸点溶剂的液体的液体温度的评价结果。表1显示了在将高沸点溶剂的含量设定为5级,并且将液体温度设定为3级时获得的评价结果。粘度单位为mPa·s(cP)。
表1
如表1中所示,高沸点溶剂的粘度趋向于随着液体温度的升高而降低。因此,通过吹送温热空气以升高水性墨水温度并且降低水性墨水的高沸点溶剂的粘度,可以增强水性墨水的溶剂到记录介质22中的渗透。
当在中间传送体30中的传送引导器32将记录介质22转移到图像形成鼓70、干燥鼓76或固着鼓84上时,力(反张力)作用在与记录介质22的旋转方向相反的方向上。作为结果,可以减少在将记录介质22传送到干燥鼓76或固着鼓84上时的皱纹或浮动的发生。因此,因为对记录介质22施加张力并且在干燥鼓76上增强干燥,因此获得降低卷曲和起皱的效果,并且因为在固着鼓84上施加张力并且将记录介质22传送到固着单元18上,因此在减少记录介质22的浮动的同时,获得防止在固着单元18中的记录介质22的皱纹发生的效果。
可以考虑通过抽吸而吸引记录介质22的非记录表面的装置,用于将反张力施加到记录介质22上。还可以考虑将空气吹送到记录介质22的记录表面上的装置,用于将反张力施加到记录介质22上。通过部分限制被吹送到记录介质22的记录表面上的空气流,例如,如果通过吹送控制引导器40限制空气流的方向以在面向记录介质22的记录表面的方向上从鼓风口36中吹送空气流,则可以有效地使反张力作用于记录介质22上。其它适合的方法包括增加传送引导器32的引导器表面44的表面粗糙度、或者附着橡胶等以及增加摩擦力。
此外,在图像形成鼓70或干燥鼓76或固着鼓84配置有使记录介质22与鼓的外围表面紧密接触的装置的情形下,在将记录介质22传送到图像形成鼓70上时,可以可靠地防止浮动皱纹的发生。可以考虑抽吸装置或静电吸引装置,用于使记录介质22与鼓的外围表面紧密接触。
此外,在第一中间传送单元26中,在通过中间传送体30的保持装置34保持记录介质22的前端的同时,使记录介质22旋转并且移动。在这种情况下,通过进行从中间传送体30的鼓风口36吹送空气流,以及从传送引导器32的抽吸孔42中产生抽吸中的至少任何一个,将记录介质22在其非记录表面被支撑部44支撑的同时传送。因此,在其中记录表面不与中间传送体30接触的情形下传送记录介质22。因此,由在图像形成单元14中涂覆在记录介质的记录表面上的水性墨水形成的图像保持完整。
通过部分限制被吹送到记录介质22的记录表面上的空气流,例如,如果通过吹送控制引导器40限制空气流的方向以在面向记录介质22的记录表面的方向上从鼓风口36中吹送空气流,则可以有效地使反张力作用于记录介质22上。
在第一中间传送单元26和第二中间传送单元28中进行从传送引导器32的抽吸孔42中抽吸和从中间传送体30的鼓风口36吹送空气流中的任何一个的情形下,在图像形成单元14中涂覆的水性墨水中含有的高沸点溶剂渗透到记录介质中。因此,当在后续工序的固着单元18中,使用第一固着辊86和第二固着辊88固着图像时,因为高沸点溶剂不存在于记录介质22的表面上,因此可以确保聚集的着色材料和记录介质的粘附,提高图像的固着能力,并且提高图像的质量,并且还改善着色材料对第一固着辊86和第二固着辊88的粘脏。
当通过抽吸吸引记录介质22的非记录表面时,可以使用控制系统的负压控制单元147(参见图10),基于记录介质22的厚度和记录介质22的孔隙率中的至少一个,可变地控制通过泵43从抽吸孔42中施加的负压。更具体地,在记录介质22的厚度大的情形下,增加通过泵43从抽吸孔42中施加的负压,以增强溶剂到记录介质22中的渗透。此外,在记录介质22的孔隙率小的情形下,增加通过泵43从抽吸孔42中施加的负压,以增强溶剂到记录介质22中的渗透。
此外,在第一中间传送单元26和第二中间传送单元28中,将热空气从中间传送体30的鼓风口36中吹送到专用纸的记录表面上时,降低了在墨水中含有的高沸点溶剂的粘度,增强了溶剂到记录介质22中的渗透,并且增强了在墨水中含有的残留水分的干燥。
可以通过控制系统(参见图10)的鼓风机控制单元143调节并且控制从鼓风机38中吹送的空气的温度和量,以有效地增强高沸点溶剂的粘度的降低,以及在墨水中含有的残留水分的干燥。
上面详细描述了根据本发明的喷墨记录设备和喷墨记录方法,但是本发明不限于上述实施例,无须赘言在不偏离本发明的范围内,可以进行各种修改和改变。
记录介质
将详细描述根据本发明的图像形成方法中使用的记录介质22。
在本发明中使用的记录介质22由原纸、第一层和第二层组成,并且还具有根据需要适当地选择的其它层。
例如,如图14中所示,记录介质22由原纸211、第一层212和第二层213组成,所述原纸211使用高质量纸、所述第一层212是在原纸211上以溶剂阻挡层形式形成的,所述第二层213是在第一层212上以吸墨层形式形成的。记录介质22可以处于片或卷材的形式。
<原纸>
对原纸211没有特别限制,所述原纸211可以根据目的适当地选自通常已知的纸。
对于可以被用作原纸211的原料的纸浆,出于在原纸的表面平滑性、硬性和尺寸稳定性(卷曲特性)之间实现良好的平衡以及将这些性能提高至充分高的水平的观点,阔叶树漂白牛皮纸浆(LBKP)是适宜的,但是还可以使用针叶漂白牛皮纸浆(NBKP)或阔叶树漂白亚硫酸盐纸浆(LBSP)等。
可以使用打浆机或精磨机等来对纸浆打浆。根据需要,可以将各种添加剂加入到在对纸浆打浆之后获得液体浆(以下被称为“浆纸材料”)中,例如填料、干纸增强剂、施胶剂、湿纸增强剂、固着剂、pH调节剂或其它化学品。
填充材料的可能实例是:碳酸钙、粘土、高岭土、白色粘土、滑石、氧化钛、硅藻土、硫酸钡、氢氧化铝、氢氧化镁等。干纸增强剂的实例包括:阳离子淀粉、阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、两性聚丙烯酰胺和羧基改性的乙烯醇等。施胶剂的实例包括:脂肪酸盐、松香和松香衍生物,例如马来松香、石蜡、烷基烯酮二聚体、烯基琥珀酸酐(ASA)、环氧化(epoxified)脂肪酰胺等。
湿纸增强剂的实例包括:聚胺聚酰胺表氯醇、三聚氰胺树脂、脲素树脂、环氧化聚酰胺树脂等。固着剂的实例包括:多价金属盐、例如硫酸铝或氯化铝,阳离子聚合物例如阳离子淀粉等。pH调节剂的实例包括:苛性钠和碳酸钠。
其它化学品的实例包括:消泡剂、染料、腐浆控制剂(slime controllingagent)、荧光增白剂等。而且,还可以根据需要添加软化剂等。在ShinKamikakobinran(“新纸加工手册”)(由Shiyaku Time出版,1980)第554至555页描述了软化剂。
在表面施胶处理中使用的处理液体可以包括例如,水溶性聚合物、施胶剂、防水材料、颜料、pH调节剂、染料、荧光增白剂等。水溶性聚合物的可能实例包括:阳离子淀粉、聚乙烯醇、羧基改性的聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、硫酸纤维素、明胶、酪蛋白、聚丙烯酸钠、苯乙烯和马来酐的共聚物的钠盐和聚苯乙烯磺酸钠等。
施胶剂的可能实例是:石油树脂乳液、苯乙烯-马来酐共聚物的烷基酯的铵盐、松香、高级脂肪酸盐、烷基烯酮二聚体(AKD)、环氧化脂肪酰胺等。
防水材料的实例包括:苯乙烯-丁二烯共聚物的胶乳或乳液、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯、偏二氯乙烯共聚物等,或者聚酰胺聚胺表氯醇。
颜料的实例包括:碳酸钙、粘土、高岭土、滑石、硫酸钡、氧化钛等。pH调节剂的实例包括:盐酸、苛性钠和碳酸钠。
除上述天然纸浆纸以外,原纸211的材料的其它可能实例包括:合成纸浆纸、组合天然纸浆和合成纸浆的混合纸、以及各种类型的组合纸。原纸的厚度为30μm至500μm,适宜为50μm至300μm,并且更适宜为70μm至200μm。
<第一层>
对第一层212没有特别限制,并且可以根据目的从通常已知的材料中选择适合的材料,条件是它含有粘合剂,并且在JIS P8140规定的吸水性试验中,其上安置有第一层212的原纸211在15秒接触时间的情况下的吸水性(Cobb方法)为5.0g/m2以下;并且更适宜地,第一层212应当具有下列条件。
适宜地,其上安置有第一层212的原纸211基于在JIS P8140中规定的吸水性试验,在2分钟接触时间的情况下的Cobb吸水性应当为2.0g/m2以下。而且,适宜地,当在JIS P8140规定的吸水性试验中使用二甘醇时,其上安置有第一层212的原纸211在2分钟接触时间的情况下的Cobb值应当为5.0g/m2以下。而且,适宜的是粘合剂含有热塑性树脂和聚乙烯醇中的至少一种(适宜地,聚合度为1000以上的乙酰乙酰基改性的聚乙烯醇)、粘合剂还含有层状无机化合物,在聚乙烯醇的重量X和形成层状无机化合物的水溶胀性合成云母的重量Y之间的重量比X/Y不低于1并且不高于30,粘合剂还含有硬化剂、并且粘合剂还含有白色颜料。
粘合剂
对第一层212中所含的粘合剂没有特别限制,条件是它含有热塑性树脂和聚乙烯醇中的至少一种,但是适宜地它含有热塑性树脂。
对热塑性树脂没有特别限制,并且可以适当地选择通常已知的热塑性树脂或其胶乳,例如聚烯烃树脂(例如,α-烯烃的均聚物例如聚乙烯、聚丙烯、或者这些的混合物等)。在这些之中,胶乳是适宜的,并且适合的实例是:聚酯型氨基甲酸酯胶乳、丙烯酸类胶乳、丙烯酸类硅氧烷胶乳、丙烯酸类环氧胶乳、丙烯酸类苯乙烯胶乳、丙烯酸类氨基甲酸酯胶乳、苯乙烯丁二烯胶乳、丙烯腈-丁二烯胶乳以及乙酸乙烯酯胶乳等;适宜地,选择并且使用这些中的至少一种。在这些胶乳之中,特别适宜的是选择聚酯型氨基甲酸酯胶乳和丙烯酸类硅氧烷胶乳中的至少一种。
聚酯型氨基甲酸酯胶乳的可能实例是:由Dainippon Ink and Chemicals生产的HydranAP系列和Hydran ECOS系列。
对于丙烯酸类胶乳,可以使用商业产品,例如,水分散性胶乳例如下述那些。更具体地,丙烯酸类树脂的可能实例是:由Daicel ChemicalIndustries生产的“Cevian A 4635、46583、4601”等,以及由Nippon Zeon生产的“Nipol LX811、814、821、820、857”等。
特别适宜的是使用如日本专利申请出版物10-264511、2000-43409、2000-343811和2002-120452中所述的丙烯酸类硅氧烷胶乳的丙烯酸类乳液(其商购产品的实例是:由Daicel Chemical Industries生产的“Aquabrid系列UM7760、UM7611、UM4901、MSi-045、ASi-753、ASi-903、ASi-89、ASi-91、ASi-86、4635、MSi-04S、AU-124、AU-131、AEA-61、AEC-69以及AEC-162”)。
上述热塑性树脂可以单独地使用,或者可以组合使用两种以上的树脂。
热塑性树脂的玻璃化转变温度(Tg)适宜为5℃至70℃,并且更适宜为15℃至50℃。特别是,通过将Tg值设定在此范围,在制备过程中没有导致诸如用于形成第一层的液体(例如,涂布溶液)的干燥和粘着的问题的处理难题,而且,可以容易地获得高的光泽度以及高的平坦度,而不出现诸如不能获得所需的光泽度的问题,除非将Tg设定得过高并且将砑光机温度设定得相当高,或者对金属辊的表面的粘附的可能性增加,反过来使表面条件劣化。
热塑性树脂的最低成膜温度适宜为20℃至60℃,并且更适宜为25℃至50℃。特别是,通过将其中可以成膜的最低成膜温度范围设定至上述范围,在制备过程中没有导致诸如用于形成第一层的液体(例如,涂布溶液)的干燥和粘着的问题的处理难题,而且,可以形成具有使墨水溶剂快速通过足够的微孔率的层,而没有在形成第二层213时由于大的渗入使层的涂布表面状态的劣化。仅通过涂覆液体(例如,涂布液)而形成的层本身不具有良好的光泽度,但是具有高光泽度同时保持微孔率的层可以通过随后进行软砑光处理而获得。
如果将上述组合物形成为层,则相对于第一层212的固含量,在第一层212中的热塑性树脂的含量适宜为15重量%至95重量%,并且更适宜为30重量%至90重量%。特别是,通过将含量设定为上述范围,可以获得墨水溶剂的良好渗透性,同时更有效地防止随时间发生渗出,但不削弱由砑光处理获得的光泽度或平坦度。
除聚乙烯醇(PVA)以外,聚乙烯醇还包括阳离子-改性的聚乙烯醇、阴离子-改性的聚乙烯醇、硅烷醇-改性的聚乙烯醇、乙酰乙酰基-改性的聚乙烯醇,以及其它聚乙烯醇衍生物。聚乙烯醇可以独立地或者以两种以上的组合形式使用。在这些之中,优选使用聚乙烯醇或者乙酰乙酰基-改性的聚乙烯醇。
适宜地,聚乙烯醇具有70%至99%,更适宜为85%至99%的皂化度。而且,适宜地,聚乙烯醇具有1000至4500,并且更适宜为1500至4500的聚合度。通过将皂化度和聚合度设定到这些范围,可以获得膜的适合强度以及伸长性。
通过将液体或气体形式的双烯酮加入到聚乙烯醇树脂的溶液、分散液或者粉末中以与其反应,通常可以制备作为上述聚乙烯醇的一种形式的乙酰乙酰基-改性的聚乙烯醇。可以根据记录介质的目标质量适当地选择乙酰乙酰基-改性的聚乙烯醇的乙酰化度,但是适宜地,它为0.1摩尔%至20摩尔%,更适宜为0.5摩尔%至10摩尔%。
聚乙烯醇树脂包括可以通过聚乙酸乙烯酯及其衍生物的低级醇溶液的皂化而获得的聚乙烯醇,以及可以与乙酸乙烯酯和聚乙酸乙烯酯共聚的单体的共聚物的皂化产物。可以与乙酸乙烯酯共聚的单体的可能实例包括:不饱和羧酸,例如马来酸(酐)、富马酸、巴豆酸、衣康酸、(甲基)丙烯酸,以及它们的酯;α-烯烃,例如乙烯和丙烯;烯烃磺酸酯例如(甲基)烯丙基磺酸酯、乙烯磺酸酯和磺酸酯马来酸酯;烯烃磺酸碱金属盐,例如(甲基)烯丙基磺酸钠、乙烯磺酸钠、(甲基)丙烯酸磺酸钠、(马来酸一烷基酯)磺酸钠以及烷基马来酸二磺酸钠;含酰胺基单体,例如N-羟甲基丙烯酰胺以及丙烯酰胺烷基磺酸碱金属盐;以及N-乙烯基吡咯烷酮衍生物等。
作为粘合剂,除如上所述的乙酰基-改性的聚乙烯醇以外,还可以根据需要组合使用以5重量%以上溶解于25℃水中的化合物。这些粘合剂的可能实例包括:聚乙烯醇(包括改性的聚乙烯醇例如羧基改性、衣康酸改性、马来酸改性、二氧化硅改性、以及氨基改性的聚乙烯醇)、甲基纤维素、羧甲基纤维素;淀粉(包括改性淀粉)、明胶、阿拉伯树胶;酪蛋白、苯乙烯-马来酐共聚物的水解产物、聚丙烯酰胺,以及乙酸乙烯酯-聚丙烯酸共聚物的皂化产物等。这些粘合剂不仅用于分散目的,而且用于提高涂膜的强度,并且对于这种目的,可以组合使用合成聚合物胶乳粘合剂,例如苯乙烯-丁二烯共聚物、乙酸乙烯酯共聚物、丙烯腈-丁二烯共聚物、丙烯酸甲酯-丁二烯共聚物、聚偏二氯乙烯等。根据需要,可以根据粘合剂的类型添加适合的粘合剂交联剂。
而且,在第一层212中所含的乙酰乙酰基-改性的聚乙烯醇具有抑制氧渗透的显著效果,并且具有高的S-S性能。这里,“S-S性能”是指由膜断裂之前的应力-伸长率表示的拉伸能量吸收(韧性)。因此,第一层212响应使用加热的处理而自由地膨胀,并且不产生裂纹,并且不易于起泡。
在本发明中,乙酰乙酰基-改性的聚乙烯醇的聚合度适宜为1000以上,并且更适宜为1500以上。通过使聚合度为1000以上,在抑制低湿度环境(例如,20℃和10%)中裂纹的产生方面获得了更大的效果。这可以归结于(lay down)以下事实:将聚合度设定至1000以上的较大数值能够显著提高强度和膜断裂时的伸长率。而且,设定高的聚合度导致涂布液的粘度增加,并且涂布表面状态退化,但是这些缺陷可以通过降低涂布液的浓度和水分散性云母的比率而纠正。
出于通过与膜硬化剂反应而获得的防水性,以及水溶液中稳定性的观点,乙酰乙酰基-改性的聚乙烯醇的改性比率适宜为0.05摩尔%至20摩尔%,并且更适宜为0.05摩尔%至15摩尔%。
对乙酰乙酰基-改性的聚乙烯醇的皂化度没有特别限制,并且适宜地,它为80%至99.5%。如果皂化度低,则在断裂时的伸长率变得更大。如果聚合度高,则皂化度变得更高,但是在低聚合度的情况下,适宜的是皂化度应当低。而且,设定低皂化度的有利之处在于在可以获得大的伸长率的同时,可以降低粘度,并且可以提高涂布表面的矫平性,从而改善涂布表面的状态。
<Cobb吸水性>
Cobb吸水性是通过如JIS P8140中规定的吸水性试验获得的,并且测量在使纸的一个表面与水接触规定的时间时所吸收的水量。接触时间被设定为15秒和2分钟。
<Cobb值>
Cobb值在JIS P8140中规定的吸水性试验方法的基础上,测量在使纸的一个表面与二甘醇接触规定的时间时所吸收的二甘醇的量,其中接触时间为2分钟。这里,接触时间被设定为2分钟。
<层状无机化合物>
适宜地,第一层212还含有层状无机化合物。层状无机化合物适宜为可溶胀性无机层状化合物,并且这些化合物的可能实例包括:可溶胀性粘土矿,比如,膨润土、锂蒙脱石、皂石、贝得石(beedelite)、绿脱石、硅镁石、贝得石、蒙脱土等,溶胀性合成云母、溶胀性合成蒙脱石等。这些溶胀性层状无机化合物具有由厚度为1nm至1.5nm的单个晶格层组成的层状结构;在晶格中的金属原子的置换显著高于其它粘土矿中的金属原子的置换。因此,在晶格层中发生正电荷的短缺,并且为了对其进行补偿,阳离子如Na+、Ca2+、Mg2+等被吸附在层之间。存在于层间的阳离子被称为“可交换阳离子”,并且与各种阳离子交换。特别是,如果层间的阳离子为Li+、Na+等,则由于该离子具有小的半径,因此在层状晶格之间的键变弱,因此与水发生大的溶胀。如果在这种状态下施加剪切力,则键容易断裂以致形成在水中稳定的溶胶。这种趋向在膨润土和溶胀性合成云母中更强烈,因此考虑到本发明的目的,优选这些材料。水溶胀性合成云母是特别适宜的。
水溶胀性合成云母的可能实例包括:Na四硅氟云母(tetrasic mica)NaMg2.5(Si4O10)F2Na、Li teniorite(NaLi)Mg2(Si4O10)F2Na、或Li锂蒙脱石(NaLi)/3Mg2/3Li1/3(Si4O10)F2等。
在本发明中适宜地使用的水溶胀性合成云母的尺寸是:1nm至5nm的厚度,以及1μm至20μm的平面尺寸。在不削弱涂布表面的平滑性或透明性的范围内,为了控制扩散,厚度越小越好,并且平面尺寸越大越好。因此,纵横比为100以上,适宜为200以上,并且特别适宜为500以上。
<质量比率>
在第一层212中所含的乙酰乙酰基-改性的聚乙烯醇的质量X与水溶胀性合成云母的质量Y之间的质量比率X/Y适宜在1至30的范围内(1和30包括在内),并且更适宜在5至15的范围内(5和15包括在内)。如果质量比率在1至30的范围内(1和30包括在内),则在抑制氧渗透并且防止起泡的发生方面获得大的效果。
<膜硬化剂>
在根据本发明的第一层212中所含的膜硬化剂是选自以下材料中的至少一种材料:醛化合物、2,3-二羟基-1,4-二噁烷及其衍生物,以及在单个分子中含有两个或更多个连接至具有正哈米特取代基常数σp的取代基的乙烯基的化合物。通过将选自醛化合物、2,3-二羟基-1,4-二噁烷及其衍生物,以及在单个分子中含有两个或更多个连接至具有正哈米特取代基常数σp的取代基的乙烯基的化合物中的至少一种材料作为膜硬化剂加入到根据本发明的第一层212中,可以使硬化剂与乙酰乙酰基-改性的聚乙烯醇反应,并且提高记录材料的防水性,而不增加第一层涂布液的粘度。作为其结果,获得了具有提高的防水性和提高的第一层涂布液的涂布稳定性的记录材料。
具有正哈米特取代基常数σp的取代基的可能实例是:CF3基团(σp值:0.54)、CN基团(σp值:0.66)、COCH3基团(σp值:0.50)、COOH基团(σp值:0.45)、COOR基团(其中R表示烷基)(σp值:0.45)、NO2基团(σp值:0.78)、OCOCH3基团(σp值:0.31)、SH基团(σp值:0.15)、SOCH3基团(σp值:0.49)、SO2CH3基团(σp值:0.72)、SO2NH2基团(σp值:0.57)、SCOCH3基团(σp值:0.44)、F基团(σp值:0.06)、Cl基团(σp值:0.23)、Br基团(σp值:0.23)、I基团(σp值:0.18)、IO2基团(σp值:0.76)、N+(CH3)2基团(σp值:0.82)、S+(CH3)2基团(σp值:0.90)等。
在单个分子中含有两个或更多个连接至具有正哈米特取代基常数σp的取代基的乙烯基的化合物的实例包括:2-乙烯磺酰基(ethylenesulfonyl)-N-[2-(2-乙烯磺酰基-乙酰基氨基)-乙基]乙酰胺、双-2-乙烯基磺酰基乙基醚、双丙烯酰亚胺、N-N′-二丙烯酰基脲、1,1-双乙烯基砜乙烷、亚乙基-双-丙烯酰胺,以及由下列化学式表示的二丙烯酸酯和二甲基丙烯酸酯化合物:
CH2=CHCOO(CH2CH2O)n-COCH=CH2
n=4,n=9
Figure A20091020387300411
n=4,n=9
在这些之中,特别优选2-乙烯磺酰基-N-[2-(2-乙烯磺酰基-乙酰基氨基)-乙基]乙酰胺。
相对于乙酰乙酰基-改性的聚乙烯醇,在单个分子中含有两个或更多个连接至具有正哈米特取代基常数σp的取代基的乙烯基的化合物在第一层212中的含量适宜地不小于0.1重量%并且不大于30重量%,并且更适宜不小于0.5重量%并且不大于10重量%。如果相对于乙酰乙酰基-改性的聚乙烯醇,在第一层中的该化合物的含量不小于0.5重量%并且不大于10重量%,则根据本发明的化合物可以进一步在能够提高记录材料的防水性而不引起第一层涂布液的粘度增加方面表现出有益效果。
<白色颜料>
白色颜料的可能实例是:氧化钛、硫酸钡、碳酸钡、碳酸钙、锌钡白、矾土白、氧化锌、云母、三氧化锑、磷酸钛、氢氧化铝、高岭土、粘土、滑石、氧化镁、氢氧化镁等。这些可以单独或者以两种以上的组合形式使用。在这些颜料之中,高岭土是特别适宜的。
<高岭土>
适宜地,高岭土具有30以上的纵横比(直径/厚度比率)。纵横比为30以上的高岭土的实例是:工程等级的高岭土(例如Contour 1500(纵横比59)或Astra-Plate(纵横比34))。而且,如果高岭土具有高的白度以及陡峭的粒度分布(均匀粒度),则它对各种类型的涂布纸赋予优异的白度以及印刷相容性。
对于白色颜料的粒度,适宜地,尺寸为2μm以下的粒子的比率为75%以上,而且,适宜地,平均粒度为0.1μm至0.5μm。特别是,通过将粒度设定至上述范围,可以有效地避免白度的任何降低或者光泽度的降低。
氧化钛可以是金红石型或锐钛矿型,并且这些可以单独或者组合使用。而且,可以通过硫酸方法或者氯方法制备氧化钛。氧化钛可以适当地选自通过含水氧化铝处理、含水二氧化硅处理或者含水氧化锌处理而表面包覆有无机材料的氧化钛;表面包覆有有机材料,例如表面包覆有有机材料例如三羟甲基甲烷、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷或2,4-二羟基-2-甲基戊烷的氧化钛;或已经进行了使用聚二甲基硅氧烷的硅氧烷处理的氧化钛等。
适宜地,白色颜料的折射率为1.5以上。如果包含具有在该范围内的折射率的白色颜料,则可以形成高质量的图像。
而且,适宜地,白色颜料基于BET方法的比表面积小于100m2/g,并且如果包含具有在该范围内的比表面积的白色颜料,则当涂覆并且形成第二层时,可以防止形成第二层的涂布液渗透到第一层中,因此可以提高第二层的吸墨性。
BET方法是一种通过气相吸附技术测量表面积的方法,并且测量1g样品的总比表面积,换言之,由吸附等温线测量比表面积。通常,使用氮气作为吸附气体,并且由吸附气体的压力或体积的变化测量吸附量。布鲁厄、埃米特、特勒方程(BET方程)是表示多分子吸附等温线的熟知方法;使用该方程,测定吸附量,并且通过将该量乘以一个吸附分子的表面所占的表面积而获得表面积。
在以层状形成组合物的情况下,在第一层中的白色颜料的含量根据白色颜料的种类、热塑性树脂的种类、层厚度等变化,但是通常地,相对于100重量份热塑性树脂,适宜的是白色颜料的含量应当为约50重量份至200重量份。
还可以将通常已知的添加剂,例如抗氧化剂加入到第一层中。
在使用上述组合物形成第一层时的膜厚度适宜在1μm至30μm的范围内,并且更适宜在5μm至20μm的范围内。特别是,通过将膜厚度设定至上述范围,可以在后续砑光处理后获得良好的表面光泽度,并且以少量的白色颜料获得良好的白度,同时获得了涂布纸与美术纸的那些性能等同的处理性能,例如可弯曲性。而且,由于第一层含有白色颜料,因此获得的有益效果在于可以防止在涂覆第一层之后进行砑光处理时对砑光机的粘着。
<第二层>
对第二层213没有特别限制,条件是它含有白色颜料,并且根据Bristow方法,在0.5秒接触时间的情况下的吸水量不低于2ml/m2并且不高于8ml/m2,并且可以根据目的适当地选择通常已知的材料,但是适宜地,满足下列条件。更具体地,第二层:具有不低于1ml/m2并且不高于6ml/m2的吸水量,该吸水量是通过Bri stow方法,使用含有30重量%二甘醇的纯水在0.9秒接触时间的情况下测定的;还含有粘合剂(热塑性树脂);相对于100份固体重量的白色颜料固含量,含有10份固体重量至60份固体重量的热塑性树脂;并且在膜表面具有4以下的pH等。
<白色颜料>
对白色颜料没有特别限制,并且例如,可以选择在印刷用涂布纸中常用的下列白色颜料之一:碳酸钙、高岭土、二氧化钛、氢氧化铝、氧化锌、硫酸钡、缎光白和滑石。如果第二层含有白色颜料,则获得的有益效果在于墨水中的颜料可以保持在第二层中。
适宜地,白色颜料仅由基于JIS K5101(常温抽出法)中规定的pH值试验方法的pH低于8.0(优选为7.5以下)的白色颜料组成。如果pH超过8.0,则第二层的表面pH变得更大,并且由于在墨水中通常包含的着色材料具有阴离子电荷(anionic charge)(阴离子可离解基团),因此获得了着色材料的相对稳定的溶解和分散,并且着色材料的聚集变得更不容易发生,从而作为图像渗出和着地后的墨滴变形的结果,导致图像质量的下降。
而且,适宜地,基于JIS K5101中规定的pH值试验方法(常温抽出法),在将0.1ml的1mol/l盐酸加入到10g的测量液体之后,白色颜料具有低于6.0(优选为5.0以下,更优选为4.0以下)的pH。如果pH为6.0以上,则第二层的表面pH变得更高,从而可能导致图像渗出和图像质量的下降。而且,当通过使用酸等将第二层调节至低的pH,以促进着色材料的聚集时,调节pH的有益效果由于白色颜料被中和而降低,并且表面pH变得更高,并且这可能导致图像渗出和图像质量的下降。
这种类型的颜料的可能实例是:高岭土、氧化钛、高岭土和氧化钛的混合物等。
在第二层中的白色颜料的含量适宜为50重量%至98重量%,更适宜为70重量%至97重量%。
<Bristow方法>
Bristow方法是测量短时间内的液体吸收量的最常用方法,并且它还被日本纸和纸浆工业技术协会(J.TAPPI)使用。在J.TAPPI No.51“纸和板纸的液体吸收性的测试方法(Test Method for Liquid Absorption of Paper andBoard)”中描述了这种测试方法的详情。在测量过程中,根据墨水的表面张力调节Bristow试验机的流浆箱(head box)的狭缝宽度。而且,从计算中排除墨水至纸背侧的排出。
<粘合剂(热塑性树脂)>
对粘合剂(热塑性树脂)没有特别限制,并且可以使用与第一层212中所用粘合剂相同的粘合剂。相对于100重量份的白色颜料,在第二层213中的粘合剂的含量适宜为2重量份至50重量份,并且更适宜为3重量份至30重量份。
<层表面pH>
通过将第二层213的层表面pH调节至酸性pH,可以使墨水聚集,从而改善墨水的固着。
在pH调节后,第二层213的层表面pH必须为5.5以下,并且更适宜为4.5以下,以防止着地干扰。
这里,表面pH是通过由日本纸和纸浆工业技术协会(J.TAPPI)规定的膜表面pH测量中的方法A(涂布法)测量的;例如,可以使用与上述方法A对应的由Kyoritsu Chemical-Check Lab.生产的“型号MPC”纸表面pH测量装置。
适宜地,通过对第二层213的表面上的涂布液添加来调节pH,但是根据情形,还可以将酸沉积到记录介质的表面上。更具体地,通过沉积含有酸性材料的处理液体调节pH。酸性材料可以是磷酸基、膦酸基、次膦酸基、硫酸基、磺酸基、亚磺酸基或羧酸基或它们的盐;并且最优选磷酸基、磺酸基和羧酸基。磷酸的可能实例是:磷酸、多磷酸、偏磷酸或这些的衍生物或盐。硫酸的可能实例是甲磺酸、多磺酸、或这些的衍生物或盐。羧酸的可能实例是草酸、酒石酸、苹果酸、丙二酸、柠檬酸、富马酸、马来酸、琥珀酸、水杨酸、邻苯二甲酸、乳酸、乙酸、三氯乙酸、氯乙酸、聚丙烯酸或这些的衍生物或盐,或者具有呋喃结构、吡咯结构、吡咯啉结构、吡咯烷酮结构、吡喃酮结构、噻吩结构、吲哚结构、吡啶结构和喹啉结构并且还含有作为官能团的羧基的化合物等,例如,吡咯烷酮甲酸、吡喃酮甲酸、吡咯甲酸、呋喃甲酸、吡啶甲酸、香豆酸、噻吩甲酸、烟酸、或这些的衍生物或者盐。而且,还可以使用诸如盐酸、硫酸、硝酸等的酸。
<其它层>
对其它层没有特别限制,并且可以根据目的适当地选择。
制备记录介质的方法
根据本发明的制备记录介质22的方法包括第一形成步骤和第二形成步骤,并且还包括根据需要适当地选择的其它步骤。
<第一形成步骤>
在第一形成步骤中,在原纸211上形成第一层212,并且除了在热塑性聚合物微粒的最低成膜温度以上的温度范围内热处理原纸211的表面上安置的热塑性聚合物微粒的情况以外,不对该第一形成步骤进行特别限制,因此该步骤可以根据目的适当地选择。可以在热处理中施加压力。
对热塑性树脂微粒没有特别限制,该热塑性树脂微粒包括通常已知的所有热塑性树脂粒子。这些通常已知的热塑性树脂的实例包括:一般的热塑性聚合物,例如聚烯烃,如聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯;聚酰胺或聚酰亚胺;以及聚酯,例如聚对苯二甲酸乙二醇酯;或者包括下列的单聚物(monopolymer):α-亚甲基脂族一羧酸酯,例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、(甲基)丙烯酸辛酯或(甲基)丙烯酸苯酯;苯乙烯类,例如苯乙烯、氯苯乙烯或乙烯基苯乙烯;乙烯基酯,例如乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯或丁酸乙烯酯;乙烯基醚,例如甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚或丁基乙烯基醚;或乙烯基酮,例如乙烯基甲基酮、乙烯基己基酮或乙烯基异丙烯基酮;或含有这些组成单元的任何一个的适宜共聚物。
而且,还可以单独使用一种的热塑性树脂粒子,或者使用其两种以上的组合。
适宜地,热塑性树脂粒子具有10nm至200nm的平均粒度。这里,树脂粒子的平均粒度采用通过动态光散射法(使用装置:Otsuka ElectronicsELS-800)测量的值。而且,适宜地,组成聚合物微粒的热塑性树脂具有5℃至60℃的最低成膜温度(MFT)。
而且,适宜地,热塑性树脂的涂布量为1g/m2至30g/m2
出于抑制起皱、改善随时间渗出并且获得良好的可制备性以及其它因素的观点,适宜的是热塑性树脂粒子应当含有所分散的水分散性胶乳的粒子。
通过将不溶解或非常难溶解于水中的疏水聚合物以很细粒子的形式分散于水相分散介质中而得到水分散性胶乳。分散状态可以是下列状态中的任何一种:其中将聚合物乳化或者乳液聚合或者胶束分散于分散介质中的状态,或者其中聚合物分子部分具有亲水结构并且分子链本身是以分子分散的状态,等。在以下文献中详细描述了这种聚合物胶乳:“合成树脂乳液(Synthetic Resin Emulsions)”Taira Okuda & Hiroshi Inagaki,编辑,(由Kobunshi Kankokai出版,1978);“合成胶乳应用(Synthetic latexapplications)”Takaaki Sugimura,Yasuo Kataoka,Soichi Suzuki & KeijiKasahara,编辑(由Kobunshi Kankokai出版,1993);以及“合成胶乳化学(TheChemistry of synthetic latexes)”Soichiro Muroi(由Kobunshi Kankokai出版,1970)等。
更具体地,适宜的是水分散性胶乳应当是选自下列的至少一种胶乳:丙烯酸类胶乳、丙烯酸类硅氧烷胶乳、丙烯酸类环氧胶乳、丙烯酸类苯乙烯胶乳、丙烯酸类氨基甲酸酯胶乳、苯乙烯-丁二烯胶乳、丙烯腈-丁二烯胶乳以及乙酸乙烯酯胶乳。
按数均分子量计,水分散性胶乳的分子量适宜为3,000至100,000,特别适宜为约5,000至100,000。如果分子量太低,则底涂层的动力学强度可能不足,并且如果它太高,则这在可制备性例如分散稳定性和粘度方面是不利的。
在上述水分散性胶乳之中,出于能够同时获得经济性和可制备性,同时在根据本发明的第一层中抑制墨水溶剂的渗透和起皱的效果的观点,最适宜使用选自丙烯酸类硅氧烷胶乳和丙烯酸类苯乙烯胶乳中的至少一种胶乳。
<第二形成步骤>
除在第一层212上形成第二层213的情况以外,对第二形成步骤没有特别限制,并且可以根据目的适当地选择第二形成步骤。然而,适宜地,当由涂布速度S(m/min)和涂覆层的厚度t(μm)决定的剪切速度D(D=S/(t×60×10-6))在不低于103(s-1)并且不高于102(s-1)的范围内,并且通过刮涂法涂覆用于形成第二层213的涂布液时,用于形成第二层213的涂布液具有不低于20mPa·s并且不高于150mPa·s的高剪切粘度。
<高剪切粘度>
用于第二层的涂布液的高剪切粘度适宜地在30mPa·s至150mPa·s的范围内,并且更适宜在40mPa·s至140mPa·s的范围内。
如果它小于20mPa·s,则由于与向原纸211上的直接涂布相反,第二层涂布液不渗入第一层211中,因此涂布量不可能随着刮涂法而增加;而如果它大于150mPa·s,则削弱第二层涂布液的流动性,这在处理方面是不利的。
<刮涂法>
刮涂法是其中在刮擦已经涂覆到纸载体上的涂布材料时产生较大的剪切力的涂布法。
<其它步骤>
对其它步骤没有特别限制,并且可以根据目的适当地选择其它步骤。
<水性墨水>
下面将更详细地描述在根据本发明的图像形成方法中使用的水性墨水。
根据本发明的水性墨水被构成一种特殊墨水,该墨水至少包含树脂分散剂(A),通过树脂分散剂(A)分散的颜料(B),自分散性聚合物微粒(C)和水性液体介质(D)。
<树脂分散剂(A)>
树脂分散剂(A)用作颜料(B)在水性液体介质(D)中的分散剂,并且可以是任何适合的树脂,条件是它能够分散颜料(B)。树脂分散剂(A)的优选结构包括疏水性结构单元(a)和亲水性结构单元(b)。在必要时,树脂分散剂(A)还可以包含结构单元(c),所述结构单元(c)不同于疏水性结构单元(a)和亲水性结构单元(b)。
对于疏水性结构单元(a)和亲水性结构单元(b)的组合比率,优选疏水性结构单元(a)占树脂分散剂(A)的总重量的比率大于80重量%,优选85重量%以上。因此,亲水性结构单元(b)的组合比率必须不大于15重量%。在亲水性结构单元(b)的组合比率大于15重量%的情形下,独立地溶解于水性液体介质(D)中而不参与颜料的分散的成分的量增加,从而导致性能如颜料(B)的分散性的下降,并且使喷墨记录用墨水的喷射能力恶化。
<疏水性结构单元(a)>
根据本发明的树脂分散剂(A)的疏水性结构单元(a)至少包含疏水性结构单元(a1),所述疏水性结构单元(a1)具有不直接连接到形成树脂分散剂(A)的主链的原子上的芳环。
如在此所用的表述“不直接连接到”指其中芳环和形成树脂的主链结构的原子通过连接基团连接的结构。使用这样的构造,在树脂分散剂(A)中的亲水性结构单元与疏水性芳环之间保持足够的距离。因此,在树脂分散剂(A)和颜料(B)之间容易发生相互作用,导致强的吸附,因此提高了分散性。
<具有芳环的疏水性结构单元(a1)>
出于颜料分散稳定性,喷射稳定性和清洁能力的观点,优选基于树脂分散剂(A)的总重量,具有不直接连接到形成树脂分散剂(A)的主链的原子上的芳环的疏水性结构单元(a1)的含量比不小于40重量%并且小于75重量%,更优选不小于40重量%并且小于70重量%,并且还更优选不小于40重量%并且小于60重量%。
出于提高颜料分散稳定性,喷射稳定性,清洁能力和耐擦性的观点,优选不直接连接到形成树脂分散剂(A)的主链的原子上的芳环在树脂分散剂(A)中所含有的比率不大于15重量%并且不大于27重量%,更优选不小于15重量%并且不大于25重量%,并且还更优选不小于15重量%并且不大于20重量%。
在上述范围内,可以提高颜料分散稳定性,喷射稳定性,清洁能力和耐擦性。
根据本发明,优选将在疏水性结构单元(a)中的具有芳环的疏水性结构单元(a1)引入到在由下列通式(1)表示的结构中的树脂分散剂(A)中。
通式(1)
Figure A20091020387300491
在通式(1)中,R1表示氢原子,甲基或卤素原子;L1表示(主链侧)-COO-,-OCO-,-CONR2-,-O-或取代或未取代的亚苯基;并且R2表示氢原子和含1至10个碳原子的烷基。L2表示单键或含1至30个碳原子的二价连接基团;当它为二价连接基团时,连接基团优选含1至25个碳原子,更优选1至20个碳原子。适合的取代基的实例包括卤素原子,烷基,烷氧基,羟基和氰基,但是该名单是非限制性的。Ar1表示由芳环衍生的一价基团。
在通式(1)中,下列的结构单元组合是优选的:R1为氢原子或甲基,L1为(主链侧)-COO-,并且L2为具有1至25个碳原子并且包含亚烷氧基和/或亚烷基的二价连接基团。在还更优选的组合中,R1为氢原子或甲基,L1为(主链侧)-COO-,并且L2为(主链侧)-(CH2-CH2-O)n-(n表示结构重复单元的平均数量;n=1至6)。
在疏水性结构单元(a1)中含有的Ar1中的芳环不受特别限制,并且适合的芳环的实例包括苯环,含8个以上碳原子的稠合芳环,含有稠合芳环的杂环,或两个以上的连接苯环。
如在此所提及的含8个以上碳原子的稠合芳环是含8个以上的碳原子的芳族化合物,所述芳族化合物由具有至少两个或更多个稠合苯环的芳环和/或至少一个或多个芳环和稠合到所述芳环上的脂环烃组成。其具体实例包括萘,蒽,芴,菲和苊。
其中芳环稠合的杂环是其中没有杂原子的芳族化合物(优选为苯环)和具有杂原子的环状化合物稠合的化合物。具有杂原子的环状化合物优选为五元环或六元环。杂原子的优选实例为氮原子,氧原子和硫原子。具有杂原子的环状化合物可以具有多个杂原子。在这种情况下,杂原子可以是相同或不同的。其中芳环稠合的杂环的具体实例包括邻苯二甲酰亚胺,吖啶酮,咔唑,苯并噁唑和苯并噻唑。
下面显示可以形成疏水性结构单元(a1)的单体的具体实例,所述的疏水性结构单元(a1)包括苯环,含8个以上碳原子的稠合芳环,其中芳环稠合的杂环,或由相互连接的两个以上的苯环衍生的一价基团,但是本发明不限于下述具体实例。
根据本发明,出于分散稳定性的观点,在具有直接连接到形成树脂分散剂(A)的主链的原子上的芳环的疏水性结构单元(a1)之中,优选的结构单元衍生自甲基丙烯酸苄酯,丙烯酸苯氧基乙酯和甲基丙烯酸苯氧基乙酯之中的至少任何一种。
<衍生自丙烯酸或甲基丙烯酸的含1至4个碳原子的烷基酯的疏水性结构单元(a2)>
在树脂分散剂(A)中含有的衍生自丙烯酸或甲基丙烯酸的含1至4个碳原子的烷基酯的疏水性结构单元(a2)必须以下列含量比包含于树脂分散剂(A)中:至少不小于15重量%,优选不小于20重量%并且不高于60重量%,并且更优选不小于20重量%并且不高于50重量%。
(甲基)丙烯酸酯的具体实例包括(甲基)丙烯酸甲酯,(甲基)丙烯酸乙酯,(甲基)丙烯酸(异)丙酯和(甲基)丙烯酸(异或叔)丁酯。
在烷基中的碳原子的数量优选为1至4,更优选为1至2。
<亲水性结构单元(b)>
下面描述组成根据本发明的树脂分散剂(A)的亲水性结构单元(b)。
亲水性结构单元(b)被包含的比率大于0重量%并且不大于15重量%,优选不小于2重量%并且不大于15重量%,更优选不小于5重量%并且不大于15重量%,并且还更优选不小于8重量%并且不大于12重量%。
树脂分散剂(A)至少包含作为亲水性结构单元(b)的丙烯酸和/或甲基丙烯酸(b1)。
<亲水性结构单元(b1)>
亲水性结构单元(b1)的含量必须根据下述结构单元(b2)的量或疏水性结构单元(a)的量或者这两个量变化。
因此,根据本发明的树脂分散剂(A)可以含有含量比高于80重量%的疏水性结构单元(a)和含量比不大于15重量%的亲水性结构单元(b),并且是由疏水性结构单元(a1)和(a2),亲水性结构单元(b1)和(b2)和结构单元(c)确定的。
例如,当树脂分散剂(A)仅由疏水性结构单元(a1)和(a2),亲水性结构单元(b1)和结构单元(b2)构成时,可以通过(100-(疏水性结构单元(a1)和(a2)的重量%)-(结构单元(b2)的重量%))得到丙烯酸和甲基丙烯酸(b1)的含量比。在这种情况下,(b1)和(b2)的总量必须不大于15重量%。
当树脂分散剂(A)由疏水性结构单元(a1)和(a2),亲水性结构单元(b1)和结构单元(c)构成时,可以通过“100-(疏水性结构单元(a1)和(a2)的重量%)-(结构单元(c)的重量%)”得到亲水性结构单元(b1)的含量比。
树脂分散剂(A)还可以仅由疏水性结构单元(a1),疏水性结构单元(a2)和亲水性结构单元(b1)构成。
可以通过丙烯酸和/或甲基丙烯酸的聚合获得亲水性结构单元(b1)
丙烯酸和甲基丙烯酸可以单独或以混合物的形式使用。
出于颜料分散性和储存稳定性的观点,根据本发明的树脂分散剂(A)的酸值优选不小于30mg KOH/g并且不高于100mgKOH/g,更优选不小于30mg KOH/g并且低于85mgKOH/g,并且还更优选不小于50mgKOH/g并且低于85mg KOH/g。
如在此所提及的酸值被定义为完全中和1g树脂分散剂(A)所需的KOH的重量(mg),并且可以通过在JIS标准(JIS K0070,1992)中所述的方法来测量。
<结构单元(b2)>
结构单元(b2)优选具有非离子脂族基团。结构单元(b2)可以通过使与其对应的单体聚合形成,并且可以在聚合物的聚合之后将脂族官能团引入到聚合物链中。
形成结构单元(b2)的单体不受特别限制,条件是它具有可以形成聚合物的官能团和非离子亲水性官能团。可以使用熟知的适合单体,但是出于可获得性、操作性能和实用性的观点,优选乙烯基单体。
乙烯基单体的实例包括(甲基)丙烯酸酯类,(甲基)丙烯酰胺类以及具有亲水性官能团的乙烯基酯类。
亲水性官能团的实例包括羟基,氨基,酰胺基(具有未取代的氮原子),以及下述烯化氧聚合物如聚环氧乙烷和聚环氧丙烷。
在它们之中,特别优选(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丁酯、(甲基)丙烯酰胺、丙烯酸氨基乙酯,丙烯酸氨基丙酯和包含烯化氧聚合物的(甲基)丙烯酸酯。
结构单元(b2)优选包含具有烯化氧聚合物结构的亲水性结构单元。
出于疏水性的观点,优选在烯化氧聚合物中的亚烷基具有1至6个碳原子,更优选2至6个碳原子,并且还更优选2至4个碳原子。
烯化氧聚合物的聚合度优选为1至120,更优选为1至60,并且还更优选为1至30。
还优选结构单元(b2)为具有羟基的亲水性结构单元。
结构单元(b2)中的羟基的数量不受特别限制。出于树脂(A)的亲水性和在聚合过程中溶剂或其它单体的互溶性的观点,优选该数值为1至4,更优选为1至3,还更优选为1至2。
<结构单元(c)>
如上所述,根据本发明的树脂分散剂(A)还可以包含结构单元(c),所述结构单元(c)具有与疏水性结构单元(a1),疏水性结构单元(a2)和亲水性结构单元(b)的结构不同的结构(下面将该结构单元简称为“结构单元(c)”。
如在此所提及的不同于疏水性结构单元(a1),疏水性结构单元(a2)和亲水性结构单元(b)的结构单元(c)是具有与(a1),(a2)和(b)的结构不同的结构的结构单元(c),并且优选结构单元(c)为疏水性结构单元。
结构单元(c)可以是疏水性结构单元,但是它必须是结构与疏水性结构单元(a1)和疏水性结构单元(a2)的结构不同的结构单元。
基于树脂分散剂(A)的总重量,结构单元(c)的含量比优选不大于35重量%,更优选不大于20重量%,并且还更优选不大于15重量%。
结构单元(c)可以通过使与其对应的单体聚合形成。可以在聚合之后将疏水性官能团引入聚合物链中。
在结构单元(c)为疏水性结构单元的情况下适合的单体不受特别限制,条件是它具有可以形成聚合物的官能团和疏水性官能团,并且可以使用熟知的适宜单体。
出于可获得性,操作性能和实用性的观点,乙烯基单体((甲基)丙烯酰胺类,苯乙烯类和乙烯基酯类)优选作为可以形成疏水性结构单元的单体。
(甲基)丙烯酰胺类的实例包括N-环己基(甲基)丙烯酰胺,N-(2-甲氧基乙基)(甲基)丙烯酰胺,N,N-二烯丙基(甲基)丙烯酰胺以及N-烯丙基(甲基)丙烯酰胺。
苯乙烯类的实例包括苯乙烯,甲基苯乙烯,二甲基苯乙烯,三甲基苯乙烯,乙基苯乙烯,异丙基苯乙烯,正丁基苯乙烯,叔丁基苯乙烯,甲氧基苯乙烯,丁氧基苯乙烯,乙酰氧基苯乙烯,氯苯乙烯,二氯苯乙烯,溴苯乙烯,氯甲基苯乙烯,被能够通过酸性物质去保护的基团(例如,叔丁氧羰基)保护的羟基苯乙烯,苯甲酸甲基乙烯酯和α-甲基苯乙烯以及乙烯基萘。在它们之中,优选苯乙烯和α-甲基苯乙烯。
乙烯基酯类的实例包括乙酸乙烯酯、氯乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、甲氧基乙酸乙烯酯和苯甲酸乙烯酯。在它们之中,优选乙酸乙烯酯。
上述化合物可以单独或以其两种以上的混合物的形式使用。
根据本发明的树脂分散剂(A)可以是将结构单元不规则地引入其中的无规共聚物,或将结构单元规则地引入其中的嵌段共聚物。当树脂分散剂为嵌段共聚物时,可以通过以任何顺序引入结构单元进行合成,并且可以将相同的结构组分使用两次以上。出于实用性和生产率的观点,优选树脂分散剂为无规共聚物。
此外,根据本发明的树脂分散剂(A)的由重均分子量(Mw)表示的分子量范围优选为30,000至150,000,更优选为30,000至100,000,并且还更优选为30,000至80,000。
将分子量设定在上述范围内是优选的,原因是分散剂的位阻排斥效应趋向于良好,并且吸附到颜料上的时间趋向于通过位阻效应消除。
根据本发明使用的树脂的分子量分布(由重均分子量与数均分子量的比率表示)优选为1至6,更优选为1至4。
出于墨水分散稳定性和喷射稳定性的观点,将分子量分布设定在上述范围内是优选的。数均分子量和重均分子量是通过在采用TSKgel,GMHxL,TSKgel,G4000HxL,TSKgel,G2000HxL(全部是由Tosoh Co.生产的产品的商品名)的GPC分析仪中,将THF用作溶剂,用差示折射计检测并且通过使用聚苯乙烯作为标准物质的换算表示的分子量。
通过各种聚合方法,例通过如溶液聚合,沉淀聚合,悬浮聚合,本体聚合(lump polymerization)和乳液聚合,可以合成根据本发明使用的树脂分散体(A)。聚合反应可以通过常规的操作例如间歇方式、半连续方式或连续方式进行。
作为聚合引发方法,采用自由基引发剂的方法和采用光或辐射辐照的方法是已知的。在下列文献中描述了这些聚合方法和聚合引发方法:TeijiTsuruda“Kobunshi Gosei Hoho”,Kaiteiban(Nikkan Kogyo Shinbunsha Kan,1971)和Takayuki Otsu,Masaetsu Kinoshita“Kobunshi Gosei-no Jikkenho”Kagaku Dojin,1972,124至154页。
采用自由基引发的溶液聚合方法特别优选作为聚合方法。可以在溶液聚合方法中使用的溶剂的实例包括各种有机溶剂,如乙酸乙酯,乙酸丁酯,丙酮,甲基乙基酮,甲基异丁基酮,环己酮,四氢呋喃,二噁烷,N,N-二甲基甲酰胺,N,N-二甲基乙酰胺,苯,甲苯,乙腈,二氯甲烷,氯仿,二氯乙烷,甲醇,乙醇,1-丙醇,2-丙醇和1-丁醇。这些溶剂可以单独或以其两种以上的混合物的形式使用。还可以使用另外含有水的混合溶剂。
必须根据要合成的聚合物的分子量和聚合引发剂的种类设定聚合温度。通常,聚合温度是约℃至100℃,但是优选聚合在50℃至100℃的范围内进行。
可以适当地设定反应压力。通常反应压力为1kg/cm2至100kg/cm2,并且优选为1kg/cm2至30kg/cm2。反应时间是约5小时至30小时。获得的树脂可以进行纯化如再沉淀。
下面显示了根据本发明的树脂分散剂(A)的优选具体实例,但是本发明不限于此。
Figure A20091020387300561
  R11   R21   R31   R32   a   b   c   Mw
  B-1   CH3   CH3   CH3   -CH3   60   10   30   46000
  B-2   H   H   H   -CH3   60   10   30   50000
  B-3   CH3   CH3   CH3   -CH2CH3   61   10   29   43000
  B-4   CH3   CH3   CH3   -CH2CH2CH2CH3   61   9   30   51000
  B-5   CH3   CH3   CH3   -CH2(CH3)CH3   60   9   31   96000
  B-6   H   H   H   -CH2(CH3)(CH3)CH3   60   10   30   32000
  B-7   CH3   CH3   CH3   -CH2CH(CH3)CH3   60   5   30   75000
a,b,c表示各自的组成(重量%)
Figure A20091020387300562
  R12   R22   R33   R34   d   e   f   Mw
  B-8   CH3   CH3   CH3   -CH3   55   12   33   31000
  B-9   H   H   H   -CH2CH(CH3)CH3   70   10   20   34600
d,e,f表示各自的组成(重量%)
Figure A20091020387300571
  R13   p   R23   R35   R36   g   h   i   Mw
  B-10   CH3   1   CH3   CH3   -CH3   60   9   31   35500
  B-11   H   1   H   H   -CH2CH3   69   10   21   41200
  B-12   CH3   2   CH3   CH3   -CH3   70   11   19   68000
  B-13   CH3   4   CH3   CH3   -CH2(CH3)CH3   70   7   23   72000
  B-14   H   5   H   H   -CH3   70   10   20   86000
  B-15   H   5   H   H   -CH2CH(CH3)CH3   70   2   28   42000
g,h,i表示各自的组成(重量%)
Figure A20091020387300572
Figure A20091020387300573
<颜料(B)和树脂分散剂(A)的比率>
颜料(B)和树脂分散剂(A)的重量比优选为100∶25至100∶140,更优选100∶25至100∶50。当树脂分散剂以不低于100∶25的比率存在时,分散稳定性和耐擦性趋向于提高,并且在树脂分散剂以100∶140以下的比率存在时,分散稳定性趋向于提高。
<颜料(B)>
根据本发明,颜料(B)是几乎不溶解于水和有机溶剂的有色物质(当颜料为无机的时候,包括白色)的通称,这描述在Kagaku Daijiten(第三版),在1994年4月1日出版,(由Michinori Oki编辑),第518页,并且根据本发明,可以使用有机颜料和无机颜料。
此外,在本发明的说明书中的“通过树脂分散剂(A)分散的颜料(B)”指通过树脂分散剂(A)分散并且保持的颜料,并且优选用作在水性液体介质(D)中通过树脂分散剂(A)分散并且保持的颜料。可以在水性液体介质(D)中任选包含另外的分散剂。
根据本发明通过树脂分散剂(A)分散的颜料(B)不受特别限制,条件是它是通过树脂分散剂(A)分散并且保持的颜料。出于颜料分散稳定性和喷射稳定性的观点,在上述颜料之中更优选通过相变方法制备的微胶囊化颜料。
微胶囊化颜料表示根据本发明使用的颜料(B)的优选实例。如在此所提及的微胶囊化颜料是被树脂分散剂(A)包覆的颜料。
微胶囊化颜料的树脂必须使用树脂分散剂(A),但是优选将在水中具有自分散性并且还具有阴离子(酸性)基团的聚合物化合物用于不同于树脂分散剂(A)的树脂。
<微胶囊化颜料的制备>
使用上述组分如树脂分散剂(A),通过常规的物理和化学方法,可以制备出微胶囊化颜料。例如,可以通过在日本专利申请出版物9-151342,10-140065,11-209672,11-172180,10-025440和11-043636中公开的方法制备微胶囊化颜料。下面评述用于制备微胶囊化颜料的方法。
在日本专利申请出版物9-151342和10-140065中所述的相变方法或酸沉淀方法可以用作用于制备微胶囊化颜料的方法,并且在它们之中,出于分散稳定性的观点,优选相变方法。
(a)相变方法
如在本发明的说明书中所提及的相变方法主要是自分散(相变乳化)方法,通过该方法,将颜料和具有自分散性或溶解性的树脂的混合熔体分散于水中。混合熔体还包含上述固化剂或聚合物化合物。认为如在此所提及的混合熔体包括通过在不溶解的情况下混合获得的状态,通过在溶解的情况下混合获得的状态,以及这两种状态。“相变方法”的更具体制备方法可以与在日本专利申请出版物10-140065中公开的方法相同。
(b)酸沉淀方法
如在本发明的说明书中所提及的酸沉淀方法是通过使用下列步骤制备微胶囊化颜料的方法:使用由树脂和颜料组成的含水滤饼,并且通过使用碱性化合物中和含水滤饼内的树脂中含有的全部或一些阴离子基团。
更具体地,酸沉淀方法包括下列步骤:(1)将树脂和颜料分散在碱性水性介质中,并且在必要时,进行热处理以使树脂凝胶化;(2)通过获得中性或酸性pH使树脂疏水,并且将树脂牢固地固定到颜料上;(3)在必要时,进行过滤和水洗以获得含水滤饼;(4)通过使用碱性化合物中和含水滤饼中的树脂中含有的全部或一些阴离子基团,然后再分散在水性介质中;以及(5)在必要时,进行热处理,并且使树脂凝胶化。
上述相变方法和酸沉淀方法的更具体制备方法可以与在日本专利申请出版物9-151342和10-140065中公开的那些方法相同。根据本发明,还可以使用在日本专利申请出版物11-209672和11-172180中描述的用于制备着色剂的方法。
根据本发明的优选制备方法主要包括下列制备步骤:
(1)将具有阴离子基团的树脂或通过将所述的树脂溶解于有机溶剂中获得的溶液与碱性化合物的水溶液混合,以引起中和;(2)将颜料混合到混合液体中以形成悬浮液,然后使用分散设备分散颜料以获得颜料分散体;(3)在必要时,通过蒸馏消除溶剂并且获得其中颜料包覆有具有阴离子基团的树脂的水性分散体。
根据本发明,可以使用例如球磨机、辊磨机、珠磨机、高压均化器、高速旋转分散设备和超声均化器进行在上文中提及的捏合和分散处理。
<颜料B>
根据本发明,可以使用下列颜料。因此,黄色墨水颜料的实例包括C.I.颜料黄1、2、3、4、5、6、7、10、11、12、13、14、14C、16、17、24、34、35、37、42、53、55、65、73、74、75、81、83、93、95、97、98、100、101、104、108、109、110、114、117、120、128、129、138、150、151、153、154、155、180。
品红色墨水颜料的实例包括C.I.颜料红1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、21、22、23、30、31、32、37、38、39、40、48(Ca)、48(Mn)、48:2、48:3、48:4、49、49:1、50、51、52、52:2、53:1、53、55、57(Ca)、57:1、60、60:1、63:1、63:2、64、64:1、81、83、87、88、89、90、101(Bengal)、104、105、106、108(镉红)、112、114、122(喹吖啶酮品红)、123、146、149、163、166、168、170、172、177、178、179、184、185、190、193、202、209、219。在它们之中、特别优选C.I.颜料红122。
青色墨水颜料的实例包括C.I.颜料蓝1、2、3、15、15:1、15:2、15:3、15:4、16、17:1、22、25、56、60、C.I.瓮蓝4、60、63。在它们之中、特别优选C.I.颜料蓝15:3。
其它彩色墨水颜料的实例包括C.I.颜料橙5、13、16、17、36、43、51、C.I.颜料绿1、4、7、8、10、17、18、36、C.I.颜料紫1(若丹明色淀)、3、5:1、16、19(喹吖啶酮红)、23、28。还可以使用处理的颜料如通过使用树脂等处理颜料表面获得的接枝碳。
碳黑是黑色颜料的一个实例。碳黑的具体实例包括由MitsubishiChemical生产的No.2300,No.900,MCF88,No.33,No.40,No.45,No.52,MA 7,MA8,MA100,以及No.2200B;由Colombia生产的Raven5750,Raven 5250,Raven 5000,Raven 3500,Raven 1255和Raven 700;由Cabot Corp.生产的Regal 400R,Regal 1330R,Regal 1660R,Mogul L,Monarch 700,Monarch 800,Monarch 880,Monarch 900,Monarch 1000,Monarch 1100,Monarch 1300以及Monarch 1400;以及由Degussa Co.,Ltd.生产的Color Black FW1,Color Black FW2,Color Black FW2V,Color BlackFW18,Color Black FW200,Color Black S150,Color Black S160,Color BlackS170,Printex 35,Printex U,Printex V,Printex 140U,Special Black 6,Special Black 5,Special Black 4A和Special Black 4。
上述颜料可以单独或以通过选择在上述组的每个中的多种颜料或来自不同组的多种颜料获得的组合的形式使用。
出于分散稳定性和水性墨水的浓度的观点,在根据本发明的水性墨水中的颜料(B)的含量比优选为1重量%至10重量%,更优选为2重量%至8重量%,并且还更优选为2重量%至6重量%。
<自分散性聚合物微粒>
根据本发明使用的水性墨水包含至少一种自分散性聚合物微粒。如在此所提及的自分散性聚合物微粒指不含游离乳化剂的水不溶性聚合物的微粒,这种水不溶性聚合物能够在没有另一种表面活性剂的存在下,在水性介质中在树脂本身的官能团(特别是酸性基团或其盐)的作用下呈现出分散状态。
如在此所提及的分散状态既包括其中水不溶性聚合物以液态分散于水性介质中的乳化状态(乳液),又包括其中水不溶性聚合物以固态分散于水性介质中的分散状态(悬浮液)。
在水溶性墨水中含有水不溶性聚合物的情况下,出于墨水稳定性和墨水聚集速度的观点,优选根据本发明的水不溶性聚合物为可以呈现出其中水不溶性聚合物以固态分散于水性介质中的分散状态的水不溶性聚合物。
根据本发明的自分散性聚合物微粒的分散状态表示可以在视觉上证实,在通过下列方法获得的体系中,在25℃的温度下经过至少1周仍存在具有良好的稳定性的分散状态:混合通过将30g的水不溶性聚合物溶解于70g的有机溶剂(例如,甲基乙基酮)中获得的溶液,能够将水不溶性聚合物的成盐基团100%中和的中和剂(在成盐基团为阴离子时,中和剂为氢氧化钠,而在成盐基团为阳离子时,中和剂为乙酸)以及200g的水,搅拌(设备:配备有搅拌叶轮的搅拌设备,转速200rpm,30min,25℃),然后从混合液体中消除有机溶剂。
如在此所提及的水不溶性聚合物为在105℃下干燥2小时,然后溶解于100g的25℃水中时以10g以下的量溶解的树脂。溶解量优选不大于5
g,更优选不大于1g。溶解量是指与水不溶性聚合物的成盐基团的种类对应地使用氢氧化钠或乙酸进行100%中和时的状态。
水性介质可以由水组成,或者在必要时,还可以包含亲水性有机溶剂。根据本发明,优选包括水和相对于水的含量比不大于0.2重量%的亲水性有机溶剂的组成,并且更优选仅包括水的组成。
水不溶性聚合物的主链骨架不受特别限制,并且可以使用乙烯基聚合物或缩聚物(环氧树脂,聚酯,聚氨酯,聚酰胺,纤维素,聚醚,聚脲,聚酰亚胺,聚碳酸酯等)。在它们之中,优选乙烯基聚合物。
在日本专利申请出版物2001-181549和2002-088294中描述了乙烯基聚合物和组成乙烯基聚合物的单体的优选实例。还可以使用具有通过下列聚合引入聚合物链的末端中的离解性基团的乙烯基聚合物:使用具有离解性基团(或可以衍生离解性基团的取代基)的链转移剂,聚合引发剂,或引发-转移-终止剂(iniferter)的乙烯基单体的自由基聚合;或者通过将具有离解性基团(或可以衍生离解性基团的取代基)的化合物用于引发剂或终止剂的离子聚合。
在日本专利申请出版物20001-247787中描述了缩聚物和组成缩聚物的单体的优选实例。
出于自分散性的观点,优选根据本发明的自分散性聚合物微粒包含水不溶性聚合物,该水不溶性聚合物包含亲水性结构单元和衍生自具有芳族基团的单体的结构单元。
亲水性结构单元不受特别限制,条件是它衍生自包含亲水性基团的单体,并且该结构单元可以衍生自一种具有亲水性基团的单体或者两种以上具有亲水性基团的单体。亲水性基团不受特别限制,并且可以是离解性基团或非离子亲水性基团。
出于促进自分散的观点,并且还出于形成的乳化或分散状态的稳定性的观点,优选根据本发明的亲水性基团为离解性基团,更优选阴离子离解性基团。离解性基团的实例包括羧基,磷酸根基团和磺酸根基团。在它们之中,出于在构造墨水组合物时的固着能力的观点,优选羧基。
出于自分散性和聚集能力的观点,优选根据本发明的具有亲水性基团的单体为含离解性基团的单体,更优选具有离解性基团和烯属不饱和体的含离解性基团的单体。
适合的含离解性基团的单体的实例包括不饱和羧酸单体,不饱和磺酸单体,以及不饱和磷酸单体。
不饱和羧酸单体的具体实例包括丙烯酸,甲基丙烯酸,巴豆酸,衣康酸,马来酸,富马酸,柠康酸和2-甲基丙烯酰氧基甲基琥珀酸。不饱和磺酸单体的具体实例包括苯乙烯磺酸,2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸,(甲基)丙烯酸3-磺基丙酯,以及双-(3-磺基丙基)-衣康酸酯。不饱和磷酸单体的具体实例包括乙烯基膦酸,磷酸乙烯酯,磷酸双(甲基丙烯酰氧基乙基)酯,磷酸二苯基-2-丙烯酰氧基乙酯,磷酸二苯基-2-甲基丙烯酰氧基乙酯,磷酸二丁基-2-丙烯酰氧基乙酯。
在包含离解性基团的单体之中,出于分散稳定性和喷射稳定性的观点,优选不饱和羧酸单体,并且特别优选丙烯酸和甲基丙烯酸。
出于自分散性和在与反应液体接触过程中的聚集速度的观点,优选根据本发明的自分散性聚合物微粒包含具有羧基并且酸值(mg KOH/g)为25至100的第一聚合物。而且,出于自分散性和在与反应液体接触过程中的聚集速度的观点,优选酸值为25至80,更优选为30至65。在酸值不低于25的情形下,获得自分散性的良好稳定性。在酸值不高于100的情形下,提高聚集能力。
包含芳族基团的单体不受特别限制,条件是它为具有芳族基团和可聚合基团的化合物。芳族基团可以是衍生自芳族烃的基团或者衍生自芳族杂环的基团。根据本发明,出于在水性介质中的粒子形状稳定性的观点,优选芳族基团衍生自芳族烃。
可聚合基团可以是可缩聚基团或可加聚基团。根据本发明,出于水性介质中的粒子形状稳定性的观点,优选可聚合基团为可加聚基团,更优选包含烯属不饱和键的基团。
根据本发明的包含芳族基团的单体优选为具有衍生自芳族烃的芳族基团和烯属不饱和体的单体,更优选为包含芳族基团的(甲基)丙烯酸酯单体。根据本发明,可以使用包含一种芳族基团的单体,或者可以使用两种以上单体的组合。
包含芳族基团的单体的实例包括(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯,(甲基)丙烯酸苄酯,(甲基)丙烯酸苯酯以及苯乙烯单体。在它们之中,出于聚合物链的亲水性-疏水性平衡和墨水固着能力的观点,优选包含芳族基团的单体为选自(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯,(甲基)丙烯酸苄酯和(甲基)丙烯酸酯苯中的至少一种的单体。在它们之中,优选(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯,并且还更优选丙烯酸苯氧基乙酯。
“(甲基)丙烯酸酯”指丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。
根据本发明的自分散性聚合物微粒包括衍生自(甲基)丙烯酸酯包含芳族基团的单体的结构单元,并且(甲基)丙烯酸酯包含芳族基团的单体的含量比优选为10重量%至95重量%。在(甲基)丙烯酸酯包含芳族基团的单体的含量比为10重量%至95重量%的情形下,提高自乳化或分散状态的稳定性。另外,可以抑制墨水粘度的增加。
根据本发明,出于分散状态的稳定性、在水性介质中通过芳环彼此的疏水相互作用稳定粒子形状,以及由粒子适当的疏水化导致的水溶性组分的量的降低的观点,优选包含芳族基团的(甲基)丙烯酸酯单体的含量比为15重量%至90重量%,优选为15重量%至80重量%,更优选为25重量%至70重量%。
根据本发明的自分散性聚合物微粒可以由例如包含具有芳族基团的单体的结构单元和包含具有离解性基团的单体的结构单元构成。在必要时,微粒还可以包含其它结构单元。
形成其它结构单元的单体不受特别限制,条件是它们为可与含芳族基团的单体和含离解性基团的单体共聚的单体。在它们之中,出于聚合物骨架的挠性和控制玻璃化转变温度(Tg)的容易性的观点,优选包含烷基的单体。
包含烷基的单体的实例包括(甲基)丙烯酸烷基酯,如(甲基)丙烯酸甲酯,(甲基)丙烯酸乙酯,(甲基)丙烯酸异丙酯,(甲基)丙烯酸正丙酯,(甲基)丙烯酸正丁酯,(甲基)丙烯酸异丁酯,(甲基)丙烯酸叔丁酯,(甲基)丙烯酸己酯,以及(甲基)丙烯酸乙基己酯;含羟基的烯属不饱和单体,如(甲基)丙烯酸羟甲酯,(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯,(甲基)丙烯酸2-羟基丙酯,(甲基)丙烯酸4-羟基丁酯,(甲基)丙烯酸羟基戊酯以及(甲基)丙烯酸羟基己酯;(甲基)丙烯酸二烷基氨基烷基酯,如(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙酯;N-羟基烷基(甲基)丙烯酰胺,如N-羟基甲基(甲基)丙烯酰胺,N-羟基乙基(甲基)丙烯酰胺,以及N-羟基丁基(甲基)丙烯酰胺;和(甲基)丙烯酰胺类,如N-烷氧基烷基(甲基)丙烯酰胺,例如N-甲氧基甲基(甲基)丙烯酰胺,N-乙氧基甲基(甲基)丙烯酰胺,N-(正,异)丁氧基甲基(甲基)丙烯酰胺,N-甲氧基乙基(甲基)丙烯酰胺,N-乙氧基乙基(甲基)丙烯酰胺,以及N-(正-,异)丁氧基乙基(甲基)丙烯酰胺。
作为重均分子量,组成根据本发明的自分散性聚合物微粒的水不溶性聚合物的分子量范围优选为3000至200,000,更优选为50000至150,000,还更优选为10,000至100,000。在重均分子量不小于3000的情形下,可以有效地抑制水溶性组分的量。在重均分子量不大于200,000的情形下,可以提高自分散稳定性。可以通过凝胶渗透色谱法(GPC)测量重均分子量。
出于控制聚合物的亲水性和疏水性的观点,优选组成根据本发明的自分散性聚合物微粒的水不溶性聚合物包含共聚比率为15重量%至90重量%的含芳族基团的(甲基)丙烯酸酯单体,含羧基的单体和含烷基的单体,具有25至100的酸值,并且具有3000至200,000的重均分子量。还更优选组成自分散性聚合物微粒的水不溶性聚合物包含共聚比率为15重量%至80重量%的含芳族基团的(甲基)丙烯酸酯单体,含羧基的单体和含烷基的单体,具有25至95的酸值,并且具有5000至150,000的重均分子量。
作为组成自分散性聚合物微粒的水不溶性聚合物的具体实例,下面显示了示例性化合物B-01至B-19,但是本发明不限于此。在圆括号中显示了共聚物组分的重量比。
B-01:丙烯酸苯氧基乙酯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物(50/45/5)。
B-02:丙烯酸苯氧基乙酯-甲基丙烯酸苄酯-甲基丙烯酸异丁酯-甲基丙烯酸共聚物(30/35/29/6)。
B-03:甲基丙烯酸苯氧基乙酯-甲基丙烯酸异丁酯-甲基丙烯酸共聚物(50/44/6)。
B-04:丙烯酸苯氧基乙酯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸乙酯-丙烯酸共聚物(30/55/10/5)。
B-05:甲基丙烯酸苄酯-甲基丙烯酸异丁酯-甲基丙烯酸共聚物(35/59/6)。
B-06:苯乙烯-丙烯酸苯氧基乙酯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物(10/50/35/5)。
B-07:丙烯酸苄酯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物(55/40/5)。
B-08:甲基丙烯酸苯氧基乙酯-丙烯酸苄酯-甲基丙烯酸共聚物(45/47/8)。
B-09:苯乙烯-丙烯酸苯氧基乙酯-甲基丙烯酸丁酯-丙烯酸共聚物(5/48/40/7)。
B-10:甲基丙烯酸苄酯-甲基丙烯酸异丁酯-甲基丙烯酸环己酯-甲基丙烯酸共聚物(35/30/30/5)。
B-11:丙烯酸苯氧基乙酯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸共聚物(12/50/30/8)。
B-12:丙烯酸苄酯-甲基丙烯酸异丁酯-丙烯酸共聚物(93/2/5)。
B-13:苯乙烯-甲基丙烯酸苯氧基乙酯-丙烯酸丁酯-丙烯酸共聚物(50/5/20/25)。
B-14:苯乙烯-丙烯酸丁酯-丙烯酸共聚物(62/35/3)。
B-15:甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸苯氧基乙酯-丙烯酸共聚物(45/51/4)。
B-16:甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸苯氧基乙酯-丙烯酸共聚物(45/49/6)。
B-17:甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸苯氧基乙酯-丙烯酸共聚物(45/48/7)。
B-18:甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸苯氧基乙酯-丙烯酸共聚物(45/47/8)。
B-19:甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸苯氧基乙酯-丙烯酸共聚物(45/45/10)。
用于制备组成根据本发明的自分散性聚合物微粒的水不溶性聚合物的方法不受特别限制。适合的方法的实例包括:用于在可聚合表面活性剂的存在下进行乳液聚合,并且导致表面活性剂和水不溶性聚合物的共价连接的方法;以及通过熟知的方法如溶液聚合方法和本体聚合方法,共聚单体混合物的方法,所述单体混合物包含上述含亲水性基团的单体和包含芳族基团的单体。在上述聚合方法之中,出于在水性墨水的情况下的聚集速度和沉积稳定性的观点,优选溶液聚合方法,并且更优选使用有机溶剂的溶液聚合方法。
出于聚集速度的观点,优选根据本发明的自分散性聚合物微粒包含在有机溶剂中合成的第一聚合物,并且该第一聚合物被制备成具有羧基并且酸值为20至100的树脂分散体,其中第一聚合物的羧基的至少一些被中和,并且包含水作为连续相。
因此,用于制备根据本发明的自分散性聚合物微粒的方法优选包括:在有机溶剂中合成第一聚合物的步骤;以及获得其中第一聚合物的羧基的至少一些被中和的水性分散体的分散步骤。
分散步骤优选包括下列步骤(1)和步骤(2)。
步骤(1):搅拌包含第一聚合物(水不溶性聚合物)、有机溶剂,中和剂和水性介质的混合物的步骤。
步骤(2):从混合物中消除有机溶剂的步骤。
步骤(1)优选为下列处理:其中将第一聚合物(水不溶性聚合物)溶解于有机溶剂中,然后逐渐加入中和剂和水性介质,混合并且搅拌所述组分,并且获得分散体。通过将中和剂和水性介质加入到通过水不溶性聚合物溶解于有机溶剂中获得的溶液中,可以获得确保更高的储存稳定性的粒度的自分散性聚合物粒子。用于搅拌混合物的方法不受特别限制,并且可以使用通用的混合和搅拌设备,以及在必要时的分散设备,如超声分散设备或高压均化器。
醇-基溶剂,酮-基溶剂或醚-基溶剂优选作为有机溶剂。醇-基溶剂的实例包括异丙醇,正丁醇,叔丁醇以及乙醇。酮溶剂的实例包括丙酮,甲基乙基酮,二乙基甲酮以及甲基异丁基酮。醚基溶剂的实例包括二丁基醚和二噁烷。在这些溶剂之中,优选酮-基溶剂如甲基乙基酮,以及醇-基溶剂如异丙醇。此外,为了缓和从油体系至水性体系的相变中的极性变化,优选将异丙醇和甲基乙基酮一起使用。在将两种溶剂一起使用的情形下,防止聚集和沉淀,以及粒子相互融合,并且可以获得细粒度和高分散稳定性的自分散性聚合物微粒。
使用中和剂使得离解性基团被部分或完全中和,并且自分散性聚合物在水中形成稳定的乳化或分散状态。当根据本发明的自分散性聚合物具有作为离解性基团的阴离子离解性基团(例如,羧基)时,可以使用碱性化合物,如有机胺化合物、氨和碱金属氢氧化物作为中和剂。有机胺化合物的实例包括一甲胺、二甲胺、三甲胺、一乙胺、二乙胺、三乙胺、一丙胺、二丙胺、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺、N,N-二乙基乙醇胺、2-二甲基氨基-2-甲基-1-丙醇、2-氨基-2-甲基-1-丙醇、N-甲基二乙醇胺、N-乙基二乙醇胺、一异丙醇胺、二异丙醇胺和三异丙醇胺。碱金属氢氧化物的实例包括:氢氧化锂、氢氧化钠和氢氧化钾。在它们之中,出于稳定根据本发明的自分散性聚合物微粒在水中的分散体的观点,优选氢氧化钠、氢氧化钾、三乙胺和三乙醇胺。
以优选5摩尔%至120摩尔%,更优选10摩尔%至110摩尔%,并且还更优选15摩尔%至100摩尔%/100摩尔的离解性基团的比率使用这些碱性化合物。在碱性化合物的比率不小于15摩尔%的情形下,表现出在粒子分散体在水中的稳定效果,而在该比率不大于100摩尔%的情形下,水溶性组分的量降低。
在步骤(2)中,通过普通的方法,如真空蒸馏步骤(1)中获得的分散体,蒸馏出有机溶剂,从而导致至水性体系的相变,并且使得可以获得自分散性聚合物粒子的水分散体。基本上消除了在获得的水分散体中含有的有机溶剂,并且有机溶剂的量优选不大于0.2重量%,更优选不大于0.1重量%。
根据本发明的自分散性聚合物微粒的平均粒度在优选10nm至400nm,更优选10nm至200nm,并且还更优选10nm至100nm的范围内。平均尺寸为10nm以上的粒子更适合制备。在平均粒度不大于400nm的情形下,提高了储存稳定性。
根据本发明的自分散性聚合物微粒的粒度分布不受特别限制,并且可以使用具有宽粒度分布或单分散的粒度分布的粒子。而且,可以以混合物的形式使用两种以上的水不溶性粒子。
可以通过使用例如光散射法测量自分散性聚合物微粒的平均粒度和粒度分布。
可以在水性墨水组合物中有利地包含根据本发明的自分散性聚合物微粒,并且可以单独使用一种粒子,或者可以将两种以上的粒子一起使用。
<水性液体介质(D)>
在喷墨记录体系的水性墨水中,水性液体介质(D)表示水和水溶性有机溶剂的混合物。水溶性有机溶剂(以下也可以称为“溶剂介质”)用作干燥防止剂,润湿剂和渗透剂。
使用干燥防止剂以防止喷嘴的喷墨口被干燥的喷墨墨水堵塞。蒸气压低于水的蒸气压的水溶性有机溶剂优选用作干燥防止剂和润湿剂。此外,可以有利地使用水溶性有机溶剂作为渗透剂,以确保喷墨印刷用墨水更好地渗透到记录介质(纸等)中。
水溶性有机溶剂的实例包括烷烃二醇(多元醇),如甘油、1,2,6-己三醇,三羟甲基丙烷,1,2-亚乙基二醇,丙二醇,二甘醇,三甘醇,四甘醇,五甘醇,二丙二醇,2-丁烯-1,4-二醇,2-乙基-1,3-己二醇,2-甲基-2,4-戊二醇,1,2-辛二醇,1,2-己二醇,1,2-戊二醇和4-甲基-1,2-戊二醇;糖,如葡萄糖,甘露糖,果糖,核糖,木糖,阿拉伯糖,半乳糖,醛糖酸,葡糖醇(山梨醇),麦芽糖,纤维二糖,乳糖,蔗糖,海藻糖和麦芽三糖;糖醇;透明质酸;所谓的固体润湿剂,如尿素;含1至4个碳原子的烷基醇,如乙醇,甲醇,丁醇,丙醇和异丙醇;二醇醚如乙二醇单甲醚,乙二醇单乙醚,乙二醇单丁醚,乙二醇单甲醚乙酸酯,二甘醇单甲醚,二甘醇单乙醚,二甘醇单-正丙醚,乙二醇单-异丙醚,二甘醇单-异丙醚,乙二醇单-正丁醚,乙二醇单-叔丁醚,二甘醇单-叔丁醚,1-甲基-1-甲氧基丁醇,丙二醇单甲醚,丙二醇单乙醚,丙二醇单-正丁醚,丙二醇单-正丙醚,丙二醇单-异丙醚,二丙二醇单甲醚,二丙二醇单乙醚,二丙二醇单-正丙醚以及二丙二醇单-异丙醚;2-吡咯烷酮,N-甲基-2-吡咯烷酮,1,3-二甲基-2-咪唑啉酮,甲酰胺,乙酰胺,二甲亚砜,山梨糖醇,失水山梨糖醇,乙酸甘油酯,二乙酸甘油酯,三乙酸甘油酯和环丁砜。这些化合物可以单独或以其两种以上的组合的形式使用。
多元醇可用作干燥防止剂或润湿剂。适合的多元醇的实例包括甘油,1,2-亚乙基二醇,二甘醇,三甘醇,丙二醇,二丙二醇,三丙二醇,1,3-丁二醇,2,3-丁二醇,1,4-丁二醇,3-甲基-1,3-丁二醇,1,5-戊二醇,四甘醇,1,6-己二醇,2-甲基-2,4-戊二醇,聚乙二醇,1,2,4-丁三醇和1,2,6-己三醇。这些醇可以单独或以其两种以上的组合的形式使用。
多元醇化合物优选作为渗透剂。脂族二醇的实例包括2-乙基-2-甲基-1,3-丙二醇,3,3-二甲基-1,2-丁二醇,2,2-二乙基-1,3-丙二醇,2-甲基-2-丙基-1,3-丙二醇,2,4-二甲基-2,4-戊二醇,2,5-二甲基-2,5-己二醇,5-己烯-1,2-二醇和2-乙基-1,3-己二醇。在它们之中,优选2-乙基-1,3-己二醇和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇。
水溶性有机溶剂可以单独或以其两种以上的混合物的形式使用。在墨水中的水溶性有机溶剂的含量比优选不小于1重量%并且不高于60重量%,更优选不小于5重量%并且不高于40重量%。
加入到墨水中的水的量不受特别限制,但是它优选不小于10重量%并且不高于99重量%,更优选不小于30重量%并且不高于80重量%。特别优选水量不小于50重量%并且不高于70重量%。
出于分散稳定性和喷射稳定性的观点,优选根据本发明的水性液体介质(D)的含量比不小于60重量%并且不高于95重量%,更优选不小于70重量%并且不高于95重量%。
<表面活性剂>
优选将表面活性剂(以下也可以称为“表面张力调节剂”)加入到根据本发明的水性墨水中。表面活性剂的实例包括非离子、阳离子、阴离子和甜菜碱表面活性剂。加入到墨水中的表面张力调节剂的量优选为将根据本发明的水性墨水的表面张力调节为20mN/m至60mN/m,更优选20mN/m至45mN/m,并且还更优选25mN/m至40mN/m这样的量,以使用喷墨喷射墨水。
在分子中具有含亲水性部分和疏水性部分的组合的结构的化合物可以有效地用作表面活性剂,并且可以使用阴离子表面活性剂,阳离子表面活性剂,两性表面活性剂以及非离子表面活性剂。而且,上述聚合物物质(聚合物分散剂)也可以被用作表面活性剂。
阴离子表面活性剂的具体实例包括十二烷基苯磺酸钠,月桂基硫酸钠,烷基二苯基醚二磺酸钠,烷基萘磺酸钠,二烷基磺基琥珀酸钠,硬脂酸钠,油酸钾,二辛基磺基琥珀酸钠,聚氧乙烯烷基醚硫酸钠,聚氧乙烯烷基醚硫酸钠,聚氧乙烯烷基苯基醚硫酸钠,二烷基磺基琥珀酸钠,硬脂酸钠,油酸钠,以及叔辛基苯氧基乙氧基聚乙氧基乙基硫酸钠盐。这些表面活性剂可以单独或以其两种以上的组合的形式使用。
非离子表面活性剂的具体实例包括聚氧乙烯月桂基醚,聚氧乙烯辛基苯基醚,聚氧乙烯油基苯基醚,聚氧乙烯壬基苯基醚,氧乙烯氧丙烯嵌段共聚物,叔辛基苯氧基乙基聚乙氧基乙醇,壬基苯氧基乙基聚乙氧基乙醇。这些表面活性剂可以单独或以其两种以上的组合的形式使用。
阳离子表面活性剂的实例包括四烷基铵盐,烷基胺盐,苄烷铵(benzalkonium)盐,烷基吡啶鎓盐和咪唑鎓盐。具体实例包括二羟基乙基硬脂基胺,2-十七碳烯基-羟基乙基咪唑啉,氯化月桂基二甲基苄基铵,氯化十六烷基吡啶鎓,和氯化硬脂酰氨基甲基吡啶鎓。
加入到根据本发明的喷墨记录用水性墨水中的表面活性剂的量不受特别限制,但是该量不小于1重量%,更优选1重量%至10重量%,并且还更优选1重量%至3重量%。
<其它组分>
根据本发明使用的水性墨水还可以包含其它添加剂。其它添加剂的实例包括这样的熟知添加剂,如紫外线吸收剂,褪色防止剂,防霉剂,pH调节剂,防锈剂,抗氧化剂,乳化稳定剂,防腐剂,消泡剂,粘度调节剂,分散剂稳定剂和螯合剂。
紫外线吸收剂的实例包括二苯甲酮类紫外线吸收剂,苯并三唑类紫外线吸收剂,水杨酸酯类紫外线吸收剂,氰基丙烯酸酯紫外线吸收剂和镍配合物类紫外线吸收剂。
褪色防止剂的实例包括各种有机和金属配合物体系的试剂。有机褪色防止剂的实例包括对苯二酚类、烷氧基酚类、二烷氧基酚类、酚类、苯胺类、胺类、茚满类、苯并呋喃类、烷氧基苯胺类和杂环类。金属配合物的实例包括镍配合物和锌配合物。
防霉剂的实例包括脱氢乙酸钠、苯甲酸钠、吡啶硫酮-1-氧化钠、对羟基苯甲酸乙酯、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、山梨糖醇钠(sodium sorbitate)以及五氯苯酚钠。防霉剂优选以0.02重量%至1.00重量%用于墨水中。
pH调节剂不受特别限制,条件是它可以将pH调节至所需的值,而不不利地影响所制备的记录墨水,并且可以根据目的适当地选择该试剂。适合的试剂的实例包括醇胺(例如,二乙醇胺、三乙醇胺和2-氨基-2-乙基-1,3-丙二醇),碱金属氢氧化物(例如,氢氧化锂,氢氧化钠和氢氧化钾),氢氧化铵类(例如,氢氧化铵和氢氧化季铵),氢氧化鏻,和碱金属碳酸盐。
防锈剂的实例包括酸性亚硫酸盐,硫代硫酸钠,亚硫基二乙酸铵,硝酸二异丙铵,季戊四醇四硝酸酯,亚硝酸二环己铵。
抗氧化剂的实例包括酚类抗氧化剂(包括受阻酚抗氧化剂),胺抗氧化剂,含硫抗氧化剂和含磷抗氧化剂。
螯合剂的实例包括乙二胺四乙酸钠盐,氨三乙酸钠盐,羟乙基乙二胺三乙酸钠盐,二亚乙基三胺五乙酸钠盐和2-氨基丙二酰脲二乙酸(uramyldiacetic acid)钠盐。
实施例
实验A
下面是对进行的实验的描述,以比较在形成图像中使用的喷墨记录设备、记录介质和水性墨水中的每一个满足本发明的条件时获得的图像质量(本发明)与在形成图像中使用的喷墨记录设备、记录介质和水性墨水中的至少一个不满足本发明的条件时获得的图像质量(比较例)。
<在本实施例中使用的喷墨记录设备>
根据图像信号,将各种颜色CMY(青色、品红色和黄色)的相应水性墨水从头部72C、72M和72Y以液滴的形式喷射到记录介质22上,所述记录介质22从图1中所示的喷墨记录设备的纸供给单元10卷绕在图像形成鼓70上。在明亮部分(highlight portion)的喷墨量为1.4pl,而在高密度部分的喷墨量为3pl(2滴),并且在主扫描方向和副扫描方向上的记录密度均为1200dpi。
随即,通过第一IR加热器78(表面温度180℃)、空气吹送喷嘴80(在70℃的温热空气流)以及第二IR加热器82(表面温度180℃),在干燥鼓76上干燥以液滴形式喷射到记录介质22的记录表面上的水性墨水。干燥时间为2秒。
接着,将其上已经形成图像的记录介质22传送至固着辊,并且通过50℃的压力鼓(固着鼓84),以及温度为80℃并且夹区压力为0.14MPa的第一固着辊86和第二固着辊88加热并且固着。
通过借助于鼓70、76和84的鼓传送,以535mm/s的传送速度传送记录介质22。
<用于比较的喷墨记录设备>
作为用于比较的喷墨记录设备,如图15中所示,使用在墨滴喷射条件、干燥条件、固着条件等方面具有与本发明的喷墨记录设备相同的条件的设备,不同之处在于将传送系统从鼓传送系统改变至带传送设备27,所述带传送设备27由一对辊24和环形带25组成。换言之,安置在本发明的喷墨记录设备中使用的喷墨头72C、72M、72Y和72K、第一IR加热器78、温热空气吹送喷嘴80、第二IR加热器82和固着辊86(将由与压力鼓类似的材料制成的支持辊87安置以用于固着辊86),并且以类似的方式控制它们各自的温度。因此,在图15中,对与图1中相同的构件使用类似的标记。
<记录介质S-1的制备>
<<用于形成第一层的涂布液A的制备>>
使用非鼓泡捏合机(产品名:由Nippon Seiki Seisakusyo生产的NBK-2),将100份高岭土(产品名:Kaobright 90,由Shiraishi Calcium生产)、3.8份0.1N氢氧化钠(由Wako Junyaku Kogyo生产)、1.3份40%聚丙烯酸钠(产品名:Aron T-50,由Toa Gosei生产)和49.6份水混合在一起,并且分散,以产生65%高岭土分散液。
随即,取得100份的22.5%聚酯型氨基甲酸酯胶乳水分散液(玻璃化转变温度49℃,最低成膜温度29℃,产品名:Hydran AP-40F,由DainipponInk and Chemicals生产),并且向其中加入5份水、7.0份上述获得的65%高岭土分散液以及0.8份10%Emulgen 109P(由Kao Corp.生产)。将混合物充分搅拌并且混合,随即将所得到的混合物的液体温度保持在15℃至25℃,从而获得24.0%用于形成第一层的涂布液A。
<<用于形成第二层的涂布液“a”的制备>>
将100份高岭土(产品名:Kaobright 90,由Shiraishi Calcium生产)以及1.3份的40%聚丙烯酸钠(产品名:Aron T-50,由Toa Gosei生产)混合在一起。然后将混合物分散在水中,加入100份的7%PVA 245水溶液(由Kuraray生产)和3.5份的10%Emulgen 109P水溶液(由Kao Corp.生产),并且还加入模绕酮酸(moronic acid),以在涂布后获得3.5的层表面pH,从而产生最终固含量为27%的用于形成第二层的涂布液“a”。
<<形成第一层>>
使用挤出模涂布机,将所得到的底涂层涂布液涂覆到纸张定量为81.4g/m2的高质量纸(产品名:Shiraoi,由Nippon Paper Industries生产)的两个表面上,一个侧面进行一次,同时将每一侧的涂布量调节至8.0g/m2。通过在85℃并且流速为15m/s的温热空气流中干燥1分钟而形成第一层。而且,在这样形成的第一层上进行下述软砑光处理。这样获得的第一层的厚度为8.1μm。
<<形成第二层>>
然后使用挤出模涂布机,将如上所述制备的用于形成第二层的涂布液“a”涂覆到其上已经形成第一层的高质量纸的两个表面上,一个侧面进行一次,同时将每一侧的干燥重量调节至20g/m2。通过在70℃并且流速为10m/s的温热空气流中干燥1分钟而形成第二层。以这种方式,完成了喷墨记录介质S-1。这样获得的第二层的厚度为20.2μm。
记录介质S-1的Cobb吸水性为1.4g/m2,并且根据Bristow方法,在0.5秒接触时间的吸水量为3.1g/m2
<记录介质S-2的制备>
使用具有由金属辊和树脂辊组成的一对辊的软砑光机,将如上所述得到的记录介质S-1的表面在以下条件下进行软砑光处理:金属辊表面温度50℃,夹区压力50kg/cm。通过这种方式,制备了记录介质S-2。记录介质S-2的Cobb吸水性为1.4g/m2,并且根据Bristow方法,在0.5秒接触时间的吸水量为3.1g/m2
<用于比较例的记录介质的制备>
作为在比较例中使用的记录介质,准备纸张定量为104.7g/m2的Tokubishi Art(由Mitsubishi Paper Mills生产)。Tokubishi Art具有一层组成,根据Bristow方法,在0.5秒接触时间的情况下的吸水量为5.5g/m2,并且层表面pH为7.1,并且它不具有根据本发明的记录介质的特性。
<在本实施例中使用的水性墨水的制备>
<<树脂分散剂P-1的合成>>
根据下列方案合成表示树脂分散剂(A)的一种形式的树脂分散剂P-1。
Figure A20091020387300751
将总共88g的甲基乙基酮投入到容量为1000毫升(ml)的三颈烧瓶中,所述三颈烧瓶配备有搅拌器和冷却管,在氮气氛下进行到72℃的加热,然后在3小时内滴加通过将0.85g的2,2’-偶氮二异丁酸二甲酯、60g甲基丙烯酸苄酯、10g甲基丙烯酸以及30g甲基丙烯酸甲酯溶解于50g甲基乙基酮中而得到的溶液。在完成滴加后,反应进行1小时,然后加入通过将0.42g的2,2’-偶氮二异丁酸二甲酯溶解在2g甲基乙基酮中而得到的溶液,将温度升高至78℃,并且加热进行4小时。在大大过量的己烷中将得到的反应溶液再沉淀2次,并且干燥所沉淀的树脂以获得96g的树脂分散剂P-1。
通过H-NMR确认所得到的树脂分散剂P-1的组成,并且通过GPC得到的重均分子量(Mw)为44,600。此外,通过在JIS标准(JIS K0070:1992)中所述的方法得到聚合物的酸值。结果为65.2mg KOH/g。
<<自分散性聚合物微粒B-01的合成>>
通过下列方案合成表示自分散性聚合物微粒(C)的一个实施方案的自分散性聚合物微粒B-01。
将总共360.0g的甲基乙基酮装填到反应容器中,所述反应容器由2升的三颈烧瓶形成并且配备有搅拌器、温度计、回流冷却器和氮气引入管,并且将温度升高至75℃。
以恒定的速率滴加包含180.0g丙烯酸苯氧基乙酯、162.0g甲基丙烯酸甲酯、18.0g丙烯酸、72g甲基乙基酮以及1.44g“V-601”(由Wako Junyaku生产)的混合溶液,使得在2小时内完成滴加,同时将反应容器内的温度保持在75℃。
在完成滴加后,加入包含0.72g“V-601”以及36.0g甲基乙基酮的溶液,并且在75℃的温度进行2小时的搅拌。然后,加入包含0.72g“V-601”以及36.0g异丙醇的溶液,并且在75℃的温度进行2小时的搅拌,随后加热至85℃,并且进一步搅拌2小时。
所得到的共聚物的重均分子量(Mw)为64,000,并且酸值为38.9(mgKOH/g)。重均分子量(Mw)是采用凝胶渗透色谱法(GPC),通过聚苯乙烯换算而计算的。在该过程中使用柱子TSKgel SuperHZM-H、TSKgelSuperHZ4000以及TSKgel SuperHZ200(由Tosoh Corp.生产)。
然后称量总共668.3g的共聚物聚合溶液,加入388.3g异丙醇和145.7ml的1mol/L NaOH水溶液,并且将反应容器内部的温度升高至80℃。然后,将720.1g蒸馏水以20ml/min的速率滴加,并且获得了水分散体。然后在大气压下,将反应容器内的温度在80℃保持2小时,在85℃保持2小时,并且在90℃保持2小时,然后反应容器内的压力降低以蒸馏出总共913.7g的异丙醇、甲基乙基酮和蒸馏水。作为结果,获得了固体浓度为28.0%的自分散性聚合物微粒(B-01)水分散体(乳液)。
下面显示了自分散性聚合物微粒(B-01)的化学结构式。与每一种结构单元相关的数值表示重量比。
Figure A20091020387300771
<<包含青色颜料的树脂粒子分散体的制备>>
使用直径为0.1mm的氧化锆珠,在珠磨机中将下列物质混合并且分散2小时至6小时:总共10重量份的颜料蓝15:3(酞菁蓝A220,由Dainichi Seika Color & Chemicals生产),5重量份的表1中所述的树脂分散剂(P-1),42重量份的甲基乙基酮,5.8重量份的1N NaOH水溶液以及86.9重量份去离子水。
在减压下,于55℃,将甲基乙基酮从获得的分散体中除去,然后除去部分水,以获得包含颜料浓度为10.2重量%的青色颜料的树脂粒子分散体。
<<青色墨水组合物C-1的制备>>
使用所获得的包含青色颜料和自分散性聚合物微粒(B-01)的树脂粒子分散体制备下列组成的水溶性青色墨水组合物C-1:
-包含青色颜料的树脂粒子分散体:39.2重量份
-自分散性聚合物微粒(B-01):28.6重量份
-甘油:20.0重量份
-二甘醇:10.0重量份
-Olfine E1010:(由Nisshin Kagaku Kogyo KK生产):1.0重量份
-去离子水:1.2重量份
<<品红色墨水组合物M-1的制备>>
以与青色墨水组合物相同的方式制备品红色墨水组合物M-1,不同之处在于使用由Chiba Specialty Chemicals生产的Cromophthal Jet MagentaDWQ(PR-122)代替在青色颜料分散体的制备中所用的颜料蓝15:3(酞菁蓝A220,由Dainichi Seika Color & Chemicals生产)。
<<黄色墨水组合物Y-1的制备>>
以与青色墨水组合物相同的方式制备品黄色墨水组合物Y-1,不同之处在于使用由Chiba Specialty生产的Irgalite Yellow GS(PY74)代替在青色颜料分散体的制备中所用的颜料蓝15:3(酞菁蓝A220,由Dainichi SeikaColor & Chemicals生产)。
<<黑色墨水组合物Bk-1的制备>>
以与青色墨水组合物相同的方式制备黑色墨水组合物Bk-1,不同之处在于使用由Mitsubishi Chemicals生产的碳黑MA100代替在青色颜料分散体的制备中所用的颜料蓝15:3(酞菁蓝A220,由Dainichi Seika Color &Chemicals生产)。
<<青色墨水组合物C-2,品红色墨水组合物M-2,黄色墨水组合物Y-2和黑色墨水组合物Bk-2的制备>>
此外,还通过使用一半量的GP-250(三氧丙烯甘油醚(trioxypropyleneglyceryl ether),Sunnix GP250,由Sanyo Chemical Industries生产)代替在青色墨水组合物C-1,品红色墨水组合物M-1,黄色墨水组合物Y-1和黑色墨水组合物Bk-1的上述制备中用作高沸点溶剂的甘油,使用一半量的DEGmEE(二甘醇单乙醚)代替二甘醇,并且用水补足差额,制备满足由本发明阐述的条件的水性墨水。作为结果,制备了青色墨水组合物C-2,品红色墨水组合物M-2,黄色墨水组合物Y-2和黑色墨水组合物Bk-2。
<在比较例中使用的水性墨水的制备>
<<青色墨水组合物C-3,品红色墨水组合物M-3,黄色墨水组合物Y-3和黑色墨水组合物Bk-3的制备>>
如上所述制备在比较例中使用的青色墨水组合物C-3,品红色墨水组合物M-3,黄色墨水组合物Y-3和黑色墨水组合物Bk-3。
从被制备成根据实际实施例的水性墨水的上述青色墨水组合物C-1、品红色墨水组合物M-1、黄色墨水组合物Y-1和黑色墨水组合物Bk-1中排除自分散性聚合物微粒(B-01),并且用水补足由于这种排除造成的短缺。通过这种方式,制备了在比较例中使用的青色墨水组合物C-3、品红色墨水组合物M-3、黄色墨水组合物Y-3和黑色墨水组合物Bk-3。
<<青色墨水组合物C-4,品红色墨水组合物M-4,黄色墨水组合物Y-4和黑色墨水组合物Bk-4的制备>>
作为在比较例中使用的其它水性墨水,与青色墨水组合物C-1、品红色墨水组合物M-1、黄色墨水组合物Y-1和黑色墨水组合物Bk-1类似地制备青色墨水组合物C-4、品红色墨水组合物M-4、黄色墨水组合物Y-4和黑色墨水组合物Bk-4,不同之处在于使用相等量的低分子量分散剂2-1代替在制备上述青色墨水组合物C-1、品红色墨水组合物M-1、黄色墨水组合物Y-1和黑色墨水组合物Bk-1的颜料分散体时使用的树脂分散剂P-1。
用于比较的低分子量分散剂2-1的化学结构如下:
Figure A20091020387300791
(低分子量分散剂2-1)
试验结果
图16中的表显示了使用上述喷墨记录设备、记录介质和水性墨水的实验A(实验1至15)的实验结果。
在实验1中,使用图1(本发明)中所示的喷墨记录设备1,通过将如上所述制备的青色墨水组合物C-1、品红色墨水组合物M-1、黄色墨水组合物Y-1和黑色墨水组合物Bk-1的液滴喷射到如上所述制备的记录介质S-1上,进行图像形成。
在实验2中,以与实验1类似的方式进行图像形成,不同之处在于使用青色墨水组合物C-3、品红色墨水组合物M-3、黄色墨水组合物Y-3和黑色墨水组合物Bk-3代替实验1中的水性墨水(其中水性墨水不满足根据本发明的条件的比较例)。
在实验3中,以与实验1类似的方式进行图像形成,不同之处在于使用青色墨水组合物C-4、品红色墨水组合物M-4、黄色墨水组合物Y-4和黑色墨水组合物Bk-4代替实验1中的水性墨水(其中水性墨水不满足根据本发明的条件的比较例)。
在实验4中,以与实验1类似的方式进行图像形成,不同之处在于使用Tokubishi美术纸代替实验1中的记录介质S-1(其中记录介质不满足根据本发明的条件的比较例)。
在实验5中,以与实验1类似的方式进行图像形成,不同之处在于使用青色墨水组合物C-3、品红色墨水组合物M-3、黄色墨水组合物Y-3和黑色墨水组合物Bk-3代替实验1中的水性墨水,而且使用Tokubishi美术纸代替实验1中的记录介质S-1(其中水性墨水和记录介质均不满足根据本发明的条件的比较例)。
在实验6中,以与实验1类似的方式进行图像形成,不同之处在于使用青色墨水组合物C-4、品红色墨水组合物M-4、黄色墨水组合物Y-4和黑色墨水组合物Bk-4代替实验1中的水性墨水,而且使用Tokubishi美术纸代替实验1中的记录介质S-1(其中水性墨水和记录介质均不满足根据本发明的条件的比较例)。
在实验7中,以与实验1类似的方式进行图像形成,不同之处在于使用图15中所示的喷墨记录设备2代替实验1中的喷墨记录设备1(其中喷墨记录设备不满足根据本发明的条件的比较例)。
在实验8中,以与实验1类似的方式进行图像形成,不同之处在于使用图15中所示的喷墨记录设备2代替实验1中的图像记录设备1,并且使用青色墨水组合物C-3、品红色墨水组合物M-3、黄色墨水组合物Y-3和黑色墨水组合物Bk-3代替实验1中的水性墨水(其中喷墨记录设备和水性墨水均不满足根据本发明的条件的比较例)。
在实验9中,以与实验1类似的方式进行图像形成,不同之处在于使用图15中所示的喷墨记录设备2代替实验1中的图像记录设备1,并且使用青色墨水组合物C-4、品红色墨水组合物M-4、黄色墨水组合物Y-4和黑色墨水组合物Bk-4代替实验1中的水性墨水(其中喷墨记录设备和水性墨水均不满足根据本发明的条件的比较例)。
在实验10中,以与实验1类似的方式进行图像形成,不同之处在于使用图15中所示的喷墨记录设备2代替实验1中的图像记录设备1,并且使用Tokubishi美术纸代替实验1中的记录介质S-1(其中喷墨记录设备和记录介质均不满足根据本发明的条件的比较例)。
在实验11中,以与实验1类似的方式进行图像形成,不同之处在于使用图15中所示的喷墨记录设备2代替实验1中的图像记录设备1,并且使用青色墨水组合物C-2、品红色墨水组合物M-2、黄色墨水组合物Y-2和黑色墨水组合物Bk-2代替实验1中的水性墨水(其中喷墨记录设备和记录介质均不满足根据本发明的条件的比较例)。
在实验12中,进行图像形成,其中使用图15中所示的喷墨记录设备2代替实验1中的图像记录设备1,而且使用Tokubishi美术纸代替实验1中的记录介质S-1,并且使用青色墨水组合物C-3、品红色墨水组合物M-3、黄色墨水组合物Y-3和黑色墨水组合物Bk-3代替实验1中的水性墨水(其中喷墨记录设备、记录介质和水性墨水中没有一个满足根据本发明的条件的比较例)。
在实验13中,以与实验1类似的方式进行图像形成,不同之处在于使用记录介质S-2代替实验1中的记录介质S-1(本发明)。
在实验14中,以与实验1类似的方式进行图像形成,不同之处在于使用青色墨水组合物C-2、品红色墨水组合物M-2、黄色墨水组合物Y-2和黑色墨水组合物Bk-2代替实验1中的水性墨水(本发明)。
在实验15中,以与实验1类似的方式进行图像形成,不同之处在于使用记录介质S-2代替实验1中的记录介质S-1,而且使用青色墨水组合物C-2、品红色墨水组合物M-2、黄色墨水组合物Y-2和黑色墨水组合物Bk-2代替实验1中的水性墨水(本发明)。
对于实验1至15,评价4个评价项目,即,着地干扰、图像收缩、文字再现性和卷曲,并且将其分为3个评价等级(良好、尚可、差)。
<用于着地干扰的评价标准>
良好:当使用4个相邻的喷嘴绘制线时,线厚度变化不大于5μm
尚可:当使用4个相邻的喷嘴绘制线时,线厚度变化大于5μm并且不大于10μm
差:当使用4个相邻的喷嘴绘制线时,线厚度变化大于10μm
<用于图像收缩的评价标准>
通过重叠品红色和青色以100%比率的点百分比印刷50点×50点正方形的形状,并且测得实际表面积相对于理论表面积的比率。
良好:图像收缩不高于1%
尚可:图像收缩高于1%并且不高于5%
差:图像收缩高于5%
<用于文字再现性的评价标准>
良好:再现了具有高密度笔画的3点日本文字“鹰”
尚可:没有再现具有高密度笔画的3点日本文字“鹰”,但是再现了具有高密度笔画的4点日本文字“鹰”
差:没有再现具有高密度笔画的4点日本文字“鹰”
<用于卷曲的评价标准>
将以250%的印刷比率印刷的样品或记录介质切割为5mm×50mm,使得长边呈弧形,并且如下所述测量样品的曲率C。在下列评价标准的基础上评价卷曲。
<<测量曲率的方法>>
在温度为25℃并且相对湿度为50%的环境中储存规定的时间之后,测量向其上已经涂覆水性墨水的样品的曲率C。可以根据半径为R(米)的圆弧表示曲率C∶C=1/R。
<<评价标准>>
良好:在涂覆水性墨水后储存1天之后,样品的曲率C不超过20
尚可:在涂覆水性墨水后储存7天之后,样品的曲率C不超过20
差:在涂覆水性墨水后储存7天之后,样品的曲率C超过20
<实验A的结果>
因此,如从图16中的表可以看出,当在图像形成中使用的喷墨记录设备、记录介质和水性墨水中的每一个符合本发明的条件(实验1、13、14和15)时,在以下每一个评价项目方面所获得的图像质量为“良好”:着地干扰、图像收缩、文字再现性和卷曲。
另一方面,在图像形成中使用的喷墨记录设备、记录介质和水性墨水中的至少一个不符合本发明的条件(实验2至12)的情况下,在着地干扰、图像收缩、文字再现性和卷曲中的至少一个方面的图像质量具有“差”的评价。
对实验7中的图像收缩所示的星号(*)表示当印刷连续进行10分钟时,图像收缩从“良好”降低至“差”。
由实验A中的结果表明,在实施根据本发明的图像形成方法中,为了在着地干扰、图像收缩、文字再现性和卷曲中的每一个方面获得良好的评价结论,必要的是喷墨记录设备、记录介质和水性墨水必须全部符合本发明的条件。
实验B
实验B用来研究在保持使用图1中的喷墨记录设备1的恒定设备条件以及使用由青色墨水组合物C-1、品红色墨水组合物M-1、黄色墨水组合物Y-1和黑色墨水组合物Bk-1组成的水性墨水的恒定墨水条件同时,改变记录介质的条件时的图像质量和卷曲的评价结果。
在根据本发明的图像形成方法中使用的记录介质满足下列3个条件:
条件1:其上安置有第一层的原纸基于JIS P8140中规定的吸水性试验,在15秒接触时间的情况下的Cobb吸水性为5.0g/m2以下;
条件2:第二层根据Bristow方法,在0.5秒接触时间的情况下的吸水量不低于2ml/m2并且不高于8ml/m2;以及
条件3:在pH调节后,第二层具有5.5以下的表面pH。
在满足上述3个条件的情况下,以及在它们得不到满足的情况下制备下列16种记录介质S-2至S-17。在制备记录介质中,由于在实验A中已经描述了记录介质S-2的制备方法,因此这里省略了其进一步的描述。
<记录介质S-2的制备>
以与实验A中所述的制备方法类似的方式制备记录介质S-2,并且将其在实验1中使用。实验1满足上述所有条件1至3。
<记录介质S-3的制备>
以与记录介质S-2类似的方式制备记录介质S-3,不同之处在于记录介质S-2的制备中第一层的厚度被设定为4.5μm。将该记录介质S-3在实验2中使用。实验2不满足上述条件1。
<记录介质S-4的制备>
以与记录介质S-2类似的方式制备记录介质S-4,不同之处在于记录介质S-2的制备中第一层的厚度被设定为5μm。将该记录介质S-4在实验3中使用。实验3满足上述所有条件1至3。
<记录介质S-5的制备>
以与记录介质S-2类似的方式制备记录介质S-5,不同之处在于记录介质S-2的制备中第一层的厚度被设定为5.8μm。将该记录介质S-5在实验4中使用。实验4满足上述所有条件1至3。
<记录介质S-6的制备>
以与记录介质S-2类似的方式制备记录介质S-6,不同之处在于在记录介质S-2的制备中第二层的形成中,100份高岭土(产品名:Kaobright 90,由Shiraishi Calcium生产)中的30份被Kaocal(由Shiraishi Calcium生产)代替。将该记录介质S-6在实验5中使用。实验5不满足上述条件2的上限。
<记录介质的制备S-7>
以与记录介质S-2类似的方式制备记录介质S-7,不同之处在于在记录介质S-2的制备中第二层的形成中,100份高岭土(产品名:Kaobright 90,由Shiraishi Calcium生产)中的27份被Kaocal(由Shiraishi Calcium生产)代替。将该记录介质S-7在实验6中使用。实验6满足上述所有条件1至3。
<记录介质的制备S-8>
以与记录介质S-2类似的方式制备记录介质S-8,不同之处在于在记录介质S-2的制备中第二层的形成中,100份高岭土(产品名:Kaobright 90,由Shiraishi Calcium生产)中的10份被Kaocal(由Shiraishi Calcium生产)代替。将该记录介质S-8在实验7中使用。实验7满足上述所有条件1至3。
<记录介质的制备S-9>
以与记录介质S-2类似的方式制备记录介质S-9,不同之处在于在记录介质S-2的制备中第二层的形成中,7%PVA245(由Kuraray生产)水溶液的添加量被设定为157份。将该记录介质S-9在实验8中使用。实验8满足上述所有条件1至3。
<记录介质的制备S-10>
以与记录介质S-2类似的方式制备记录介质S-10,不同之处在于在记录介质S-2的制备中第二层的形成中,7%PVA245(由Kuraray Co.,Ltd.生产)水溶液的添加量被设定为214份。将该记录介质S-10在实验9中使用。实验9不满足上述条件2的下限。
<记录介质的制备S-11>
以与记录介质S-2类似的方式制备记录介质S-11,不同之处在于在记录介质S-2的制备中第二层的形成中,模绕酮酸(maronic acid)被添加使得在涂布后的层表面pH为6。将该记录介质S-11在实验10中使用。实验10不满足上述本发明的条件3。
<记录介质的制备S-12>
以与记录介质S-2类似的方式制备记录介质S-12,不同之处在于在记录介质S-2的制备中第二层的形成中,模绕酮酸被添加使得在涂布后的层表面pH为5.5。将该记录介质S-12在实验11中使用。实验11满足上述所有条件1至3。
<记录介质的制备S-13>
以与记录介质S-2类似的方式制备记录介质S-13,不同之处在于在记录介质S-2的制备中第二层的形成中,模绕酮酸被添加使得在涂布后的层表面pH为4.5。将该记录介质S-13在实验12中使用。实验12满足上述所有条件1至3。
<记录介质的制备S-14>
以与记录介质S-2类似的方式制备记录介质S-14,不同之处在于在记录介质S-2的制备中第二层的形成中,模绕酮酸被添加使得在涂布后的层表面pH为2.5。将该记录介质S-14在实验13中使用。实验13满足上述所有条件1至3。
<记录介质的制备S-15>
以与记录介质S-2类似的方式制备记录介质S-15,不同之处在于在记录介质S-2的制备中第二层的形成中,模绕酮酸被添加使得在涂布后的层表面pH为1.5。将该记录介质S-15在实验14中使用。实验14满足上述所有条件1至3。
<记录介质的制备S-16>
以与记录介质S-2类似的方式制备记录介质S-16,不同之处在于在记录介质S-2的制备中,第一层的厚度被设定为5μm,并且100份高岭土(产品名:Kaobright 90,由Shiraishi Calcium生产)中的27份被Kaocal(由Shiraishi Calcium生产)代替,并且在第二层的形成中,模绕酮酸被添加使得在涂布后的层表面pH为5.0。将该记录介质S-16在实验15中使用。实验15满足上述所有条件1至3。
<记录介质的制备S-17>
以与记录介质S-2类似的方式制备记录介质S-17,不同之处在于在记录介质S-2的制备中,第一层的厚度被设定为5μm,并且7%PVA245(由Kuraray生产)水溶液的添加量变化为157份,并且在第二层的形成中,模绕酮酸被添加使得在涂布后的层表面pH为5.0。将该记录介质S-17在实验16中使用。实验16满足上述所有条件1至3。
<实验B的结果>
与实验A类似,对于实验1至16,换言之,记录介质S-2至S-17,以三个等级(良好、尚可、差)评价着地干扰、图像收缩、文字再现性和卷曲4个项目。如上所述,所用的喷墨记录设备和水性墨水是相同的。
图17中的表显示了与实验B相关的结果。
如图17中的表显示,在使用满足根据本发明的所有条件1至3的记录介质的实验1、3、4、6至8以及11至16的情况下,对于所有项目:着地干扰、图像收缩、文字再现性和卷曲,均获得了“良好”的评价结论。
另一方面,使用不满足根据本发明的条件1至3中的至少一个的记录介质的实验2、5、9以及10产生了着地干扰、图像收缩、文字再现性和卷曲中的至少一个为“差”的评价结论。
在此基础上,证明了在实施根据本发明的图像形成方法中,为了获得关于着地干扰、图像收缩、文字再现性和卷曲中的每一个的良好评价结论,必要的是记录介质必须符合上述所有条件1至3。
而且,由实验A和B中的结果证明,在实施根据本发明的图像形成方法中,为了获得关于着地干扰、图像收缩、文字再现性和卷曲中的每一个的良好评价结论,必要的是喷墨记录设备、记录介质和水性墨水全部符合本发明的条件,并且记录介质符合上述所有条件1至3。
然而,应当理解,不意在将本发明限制为公开的具体形式,相反,本发明涵盖落入后附权利要求中表示的本发明精神和范围内的所有变型、替换结构和等价物。

Claims (10)

1.一种通过将从喷墨记录设备喷射的水性墨水直接沉积到记录介质上而形成图像的方法,所述方法包括:
使用包括以下单元的设备作为所述喷墨记录设备:图像形成单元,其具有与图像形成鼓的周围表面相对设置的线头型喷墨头,在将所述记录介质保持在所述图像形成鼓的周围表面上并且旋转传送的同时,所述喷墨头将所述水性墨水沉积到所述记录介质上;和干燥单元,其被安置在所述图像形成单元的下游侧,所述干燥单元具有与干燥鼓的周围表面相对设置的干燥装置,所述干燥装置干燥沉积在所述记录介质上的所述水性墨水中的溶剂,在将所述记录介质保持在所述干燥鼓的周围表面上并且旋转传送的同时,所述干燥单元通过所述干燥装置干燥所述溶剂;
使用专用纸作为所述记录介质,所述专用纸是由原纸、含粘合剂的第一层和含白色颜料的第二层连续层压的记录介质,其上安置有第一层的所述原纸基于JIS P8140中规定的吸水性试验,在15秒接触时间的情况下的Cobb吸水性不高于5.0g/m2,并且第二层根据Bristow方法,在0.5秒接触时间的情况下的吸水量不低于2ml/m2并且不高于8ml/m2,并且在pH调节后的层表面pH不高于5.5;以及
使用专用墨水作为所述水性墨水,所述专用墨水至少含有树脂分散剂(A)、通过所述树脂分散剂(A)分散的颜料(B)、自分散性聚合物微粒(C)和水性液体介质(D)。
2.如权利要求1所述的方法,其中将固着单元安置在所述喷墨记录设备中的所述干燥单元的下游侧,所述固着单元具有与固着鼓的周围表面相对设置的固着装置,所述固着装置通过对所述墨水施加热和压力而固着已经沉积在所述记录介质上的所述墨水,在将所述记录介质保持在所述固着鼓的周围表面上并且旋转传送的同时,所述固着单元通过所述固着装置固着所述墨水。
3.如权利要求1所述的方法,其中:
所述喷墨记录设备中的所述鼓的每一个包括保持所述记录介质的前端的保持装置;
将中间传送单元安置在所述鼓之间,所述中间传送单元包括中间传送体和传送引导器,所述中间传送体具有用于保持所述记录介质的所述前端的保持装置,所述中间传送体通过所述保持装置保持所述记录介质的所述前端,并且旋转地移动所述记录介质,所述传送引导器引导通过所述中间传送体旋转地移动的所述记录介质的非记录表面;并且
所述记录介质通过被所述安置在所述鼓的每一个上的保持装置以及所述安置在所述中间传送体上的保持装置转移而被传送。
4.如权利要求1所述的方法,其中所述喷墨记录设备中的所述线型喷墨头具有不短于50cm的头部宽度,以及在副扫描方向上以不低于1000dpi的喷嘴密度安置的喷嘴。
5.如权利要求1所述的方法,其中其上安置有所述第一层的所述记录介质的所述原纸在2分钟接触时间的情况下的Cobb值不高于5.0g/m2,所述Cobb值是在JIS P8140中规定的吸水性试验中使用二甘醇测定的,并且所述第二层在0.9秒接触时间的情况下的吸水量不低于1ml/m2并且不高于6ml/m2,所述吸水量是根据Bristow方法使用含有30重量%二甘醇的纯水测定的。
6.如权利要求1所述的方法,其中:
在所述水性墨水中的所述树脂分散剂(A)具有疏水性结构单元(a)和亲水性结构单元(b);
所述疏水性结构单元(a)包含至少40重量%的疏水性结构单元(a1)以及至少15重量%的疏水性结构单元(a2),所述疏水性结构单元(a1)具有不直接结合到形成所述树脂(A)的主链的原子上的芳环,所述疏水性结构单元(a2)衍生自丙烯酸和甲基丙烯酸中一种的含1至4个碳原子的烷基酯;并且
所述亲水性结构单元(b)包含衍生自丙烯酸和甲基丙烯酸中的至少一种的结构单元(b1),并且所述亲水性结构单元(b)的比率不高于15重量%。
7.如权利要求1所述的方法,其中不直接结合到形成在所述水性墨水中的所述树脂分散剂(A)的主链的原子上的芳环以不低于15重量%并且不高于27重量%的比率存在于所述树脂分散剂(A)中。
8.如权利要求1所述的方法,其中在所述水性墨水中的所述自分散性聚合物微粒(C)含有衍生自含芳族基团的(甲基)丙烯酸酯单体的结构单元,所述含芳族基团的(甲基)丙烯酸酯单体的含量比为10重量%至95重量%。
9.如权利要求1所述的方法,其中在所述水性墨水中的所述自分散性聚合物微粒(C)包含具有羧基并且酸值为25至100的第一聚合物。
10.如权利要求9所述的方法,其中在有机溶剂中制备所述第一聚合物,并且通过中和所述第一聚合物中的所述羧基的至少一部分,将所述第一聚合物制备成以水作为连续相的聚合物分散体。
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