JP2001055532A - エステル改質された高分子発色団含有のインクジェット印刷用インク - Google Patents
エステル改質された高分子発色団含有のインクジェット印刷用インクInfo
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Abstract
び高い耐水堅牢性を有するインクジェット印刷用インク
を提供する。 【解決手段】 本発明のインクはビヒクル及び高分子発
色団着色剤を含有する。該着色剤は、水不溶性の顔料で
あり、該顔料は、その表面に下式(2)の官能基を付加
することによって水分散性となり、結果として水分散性
着色剤粒子となるよう化学的に改質されたものである。
これら顔料の性能は、改善されたブラック−カラーブリ
ード抑制及び高い耐水堅牢性を付与する下式(1)の官
能基の付加によって改善される。 (式中、Rは炭素数2から4である。) (式中、M+はNa+,NH4 +等の対イオンであ
る。)
Description
大型プリンタ、及び織物プリンタ用のサーマルインクジ
ェット、圧電型インクジェット、ドロップオンデマンド
及び連続印刷の用途を含む、インクジェットプリンタの
ためのインクジェット組成物に関する。本発明における
インクは、顔料の表面に官能基を付加することにより水
分散性にし、結果的に水分散性高分子発色団粒子(macro
molecular chromophore particles)になるよう化学的に
改質された顔料を含有する。これらの高分子発色団は、
ブラック−カラーのブリード抑制の改善と高い耐水堅牢
性をもたらす特定のエステル官能基を付加することによ
って改質される。
ム、又は織物類などの印刷媒体上にインク液滴を堆積さ
せるノンインパクト印刷プロセスである。比較的騒音の
ない運転と相まって、低コスト並びに出力の高品質のた
め、インクジェットプリンタは、コンピュータと共に使
用される他方式のプリンタに代わる一般的なプリンタと
なった。本質的に、インクジェット印刷は、マイクロプ
ロセッサによって生じる電気信号に応答して印刷媒体上
へ微細なインク液滴が吐出されることを含む。
の吐出を達成するために現在利用できる基本的な手段と
して、サーマル型と圧電(ピエゾ)型の二通りがある。
サーマルインクジェット印刷では、液滴吐出のエネルギ
ーは、電気的に加熱された抵抗素子によって生じるもの
であって、この素子がマイクロプロセッサからの電気信
号に応答して急速に熱くなって蒸気泡を作り出し、その
結果、抵抗素子に連結されたノズルを通ってインクが吐
き出される。圧電型インクジェット印刷では、これもマ
イクロプロセッサによって生じた電気信号に応答して圧
電結晶が振動することによってインク液滴が吐出され
る。特定の順序でのインク液滴の吐出が、印刷媒体上に
英数字、領域充填、及びその他のパターンを形成する。
おいて有用なインクは、典型的に、顔料又は染料の何れ
かで構成される。顔料は、極めて小さい不溶性固体着色
剤粒子であり、その粒子は、ファンデルワールス引力、
pi-pi相互作用又は水素結合などの分子間力によって相
互に強力に結合されている。これらの引力が通常の溶媒
による分子の溶媒和を妨げるため、顔料は、それらの染
料対応物のように溶液を形成することができない。従
来、顔料は分散剤の支援による高エネルギー分散プロセ
スを使って液体媒体中に懸濁させることにより、印刷イ
ンクに使用される。顔料使用の欠点の1つには、それら
の分散物が、本質的に熱力学的に不安定であり、結局
は、顔料分子は比較的大きい粒子へと凝集して沈降へと
向かう。さらに、顔料が原因で、インクは媒体上での乾
燥するのに比較的長時間を要し、次には、インクが水分
あるいは水にさらされると流れたり又はスミア(smear)
を生ずる機会が増大することになる。耐水性の度合い
は"耐水堅牢性(waterfastness)"と称される。又、イン
クの1つのカラーが隣接するカラーへと流れ出す傾向
は、"ブリード(bleed)"として知られている。これは、
ブラックインクがカラーインク中へブリードする時最も
はっきりと見える。ブリード抑制を達成するべく幾つか
の方法がインク調合者等によって採用され、その成功の
度合いは様々である。多くの顔料入インクは、1つ又は
より多くの前出の性質を有する。しかし、1つの性質を
改善すると、しばしば、他の性質が劣化する結果となる
ため、これら性質の全てを備えているインク組成物はほ
とんど無い。従って、商用に使用されるインクは、前述
した諸性質の各々において少なくとも適当な分散性と性
能を示す着色インクを達成しようする試みにおける妥協
を示している。
っさい犠牲にすることなく、良好な分散性及び改善され
たブリード抑制や良好な耐水堅牢性などの改善された性
質の両方を備えたインク調合物を開発する方面で研究が
継続されている。
分散基と特定のエステル官能基を組合せたもので処理さ
れた顔料粒子(好ましくは、カーボンブラック)を含む
少なくとも1つの着色剤とを含有するインクを使用する
ことにより、インクのブラックのカラーに対するブリー
ド及び耐水性が改善されたインクジェット印刷用インク
が提供される。この改質顔料分子は、"高分子発色団"(m
acromolecular chromophore)又は(MMC)としても知
られているものである。この処理によって、着色インク
の水分散性と改善された印刷特性という結果が得られ
る。
ンクの諸性質を利用するインクジェット印刷の方法も提
供される。
囲の有効平均直径を有する着色剤粒子に特定の官能基が
適用される。もし着色剤粒子がこれより大きいならば、
本発明の実施に有用なほど十分には溶液中に残らない。
同様に、もし着色剤粒子があまりに小さいならば、本発
明において有用となる適切な性質に欠ける。この種の着
色剤は、着色剤を水中で分散できるようにする可溶化基
で、着色剤粒子を変性させる化学反応から生ずる。こう
して得られる官能性化顔料(functionalized pigment)、
あるいはMMCは、水分散性であり、その安定度は、周
知且つ商用に使用される水溶性の酸性及び塩基性染料の
安定度と類似している。
色団(あるいは、顔料)の例とは、Cabot Corp.などの
着色剤販売業者から得られる市販の顔料から作られるも
のである。多くの塩基性顔料が本発明の実施に有用であ
るが、次の顔料は、本発明において有用な塩基性着色剤
の部分的リストを含む。しかしながらこのリストは、本
発明を限定しようとするものではない。塩基性のCabot
顔料は、Monarch(登録商標)1400、Monarch(登録商
標)1300、Monarch(登録商標)1100、Monarch(登録商
標)1000、Monarch(登録商標)900、Monarch(登録商
標)880、Monarch(登録商標)800、とMonarch(登録商
標)700、Cab-O-Jet(登録商標)200及びCab-O-Jet(登
録商標)300を包含する。次の顔料は、Columbianから入
手可能である:Raven 7000、Raven 5750、Raven 5250、
Raven 5000、及びRaven 3500。次の顔料は、Degussaか
ら入手可能である:Color Black FW 200、Color Black
FW 2、Color Black FW 2V、Color Black FW 1、Color B
lack FW 18、Color Black S160、Color Black FW S17
0、Special Black 6、Special Black 5、Special Black
4A、Special Black 4、Printex U、Printex 140U、Prin
tex V、及びPrintex 140V。Tipure(登録商標)R-101は
DuPontから入手可能である。
構造は:
は分枝されていても又は分枝されていなくてもよい。好
ましいR基には、エチル、n-プロピル、イソプロピ
ル、n-ブチル、イソブチル及びt-ブチルがある。
のカルボキシレート官能基を含む芳香族化合物から調製
されるアリールジアゾニウム塩によるカーボンブラック
顔料の処理である。アリールジアゾニウム塩の例として
は、アミノイソフタル酸から調製されたものが含まれ
る。
り多くの有機化合物の付加によって改質される:
オンが使用され得るが、Na+、Li +、K+、NH4 +、
テトラメチルアンモニウム((CH3)4N+)、及びトリメ
チルアンモニウム((CH3)3NH+)のカチオンであって
よい。
の任意の方法を用いてよいが、本発明における1つの方
法は、約0.3/0.5から約0.5/0.3mmol/g高分子発色団(M
MC)の処理レベルにあるエステル基反応物に対する水
分散性基反応物の比で開始される。エステルベースのブ
リード抑制反応物に対する水分散性基反応物の好ましい
比の1つとは、0.5:0.5mmol/gMMCという比である。
他の好ましい比は、0.3:0.3mmol/gMMCである。一般
的に、改質カーボンブラック顔料に関する議論並びに官
能基を付着させる方法については、米国特許第5,707,43
2号;第5,630,868号;第5,571,311号;及び第5,554,739
号参照。顔料上の官能基の最終的比は、これら開始比及
び反応自体の完了に基づく。
団に加えてビヒクルを含有する。インク及びそれらの性
質についての議論に関しては、The Printing Manual、
第5版、Leach等(Chapman and Hall、1993年)参照され
たい。米国特許第2,833,736号、第3,607,813号、第4,10
4,061号、第4,770,706号及び第5,026,755号も参照され
たい。
的な調合は、官能性化顔料(functionalized pigment)
(約0.001%〜10重量%)、1つ又はより多くの共溶媒
(0.01〜約50重量%)及び1つ又はより多くの水溶性界
面活性剤/両親媒性物質(0〜約40、好ましくは、約0.
1〜約5重量%)を含む。
共溶媒をビヒクルに添加し得る。本発明の実施に使用さ
れる共溶媒の種類としては、これらに限定するものでは
ないが、脂肪族アルコール、芳香族アルコール、ジオー
ル、グリコールエーテル、ポリ(グリコール)エーテ
ル、ラクタム、ホルムアミド、アセトアミド、及び長鎖
アルコールがある。本発明の実施に使用される化合物の
例としては、これらに限定するものではないが、30個又
はそれより少ない炭素数の第一級脂肪族アルコール、30
個又はそれより少ない炭素数の第一級芳香族アルコー
ル、30個又はそれより少ない炭素数の第二級脂肪族アル
コール、30個又はそれより少ない炭素数の第二級芳香族
アルコール、30個又はそれより少ない炭素数の1,2-ジオ
ール、30個又はそれより少ない炭素数の1,3-ジオール、
30個又はそれより少ない炭素数の1,5-ジオール、エチレ
ングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコール
アルキルエーテル、ポリ(エチレングリコール)アルキ
ルエーテル、ポリ(エチレングリコール)アルキルエー
テルのより高い同族体、ポリ(プロピレングリコール)
アルキルエーテル、ポリ(プロピレングリコール)アル
キルエーテルのより高い同族体、ラクタム、置換ホルム
アミド、非置換ホルムアミド、置換アセトアミド、及び
非置換アセトアミドがある。本発明の実施において好ま
しく用いられる共溶媒の具体例には、これらに限定する
ものではないが、1,5-ペンタンジオール、2-ピロリド
ン、2-エチル-2-ヒドロキシメチル-1,3-プロパンジオ
ール、ジエチレングリコール、3-メトキシブタノー
ル、及び1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノンが含まれ
る。共溶媒の濃度は、約0.01〜約50重量%の範囲にあっ
てよく、好ましくは約0.1〜20重量%である。
活性剤が採用され得る。便宜上、界面活性剤の例は、2
つの範疇:(1)非イオン性と両性及び(2)イオン性に分け
られる。前者の種類には、Union Carbideから入手可能
なアルキルポリエチレンオキシドであるTERGITOL; Roh
m & Haas Co.から入手可能なアルキルフェニルポリエチ
レンオキシド界面活性剤であるTRITON; BRIJ; PLURON
IC(ポリエチレンオキシドブロック共重合体);SURFYN
OL(Air Productsから入手可能なアセチレン系ポリエチ
レンオキシド);POE(ポリエチレンオキシド)エステ
ル;POEジエステル;POEアミン;POEアミド;及びジメ
チコンコポリオールがある。第四級又はプロトン化アミ
ン又はPOEアミン、スルホネート、カルボキシレート、
ホスフェート、ホスホネート、スルフェート及び置換ア
ミンオキシドのようなイオン性界面活性剤は、本発明の
実施において有用である。米国特許第5,106,416号は、
上に挙げたほとんどの界面活性剤をより十分に開示して
いる。非イオン性両親媒性物質/界面活性剤は、イオン
性界面活性剤よりさらに好ましいものである。本発明の
実施において好ましく用いられる両親媒性物質/界面活
性剤の具体例としては、SURFYNOL 465、Rhodacal N、Pl
uronic F65、Pluronic F38及びココベタイン(cocobetai
ne)がある。両親媒性物質/界面活性剤の濃度は、0〜約
40重量%の範囲にあってよく、好ましくは約0.1〜5重
量%である。
種類の添加剤をインクに使用して、特定用途用にインク
組成物の諸特性を最適化することができる。例えば、当
業者に周知のように、殺生物剤(biocides)をインク組成
物中に使用して微生物の成長を阻害することができる。
好ましい殺生物剤の例には、Ucarcide(商標)とProxel
(商標)、及びNuoCept(商標)がある。EDTAなど
の金属イオン封鎖剤(sequestering agents)を含有させ
て重金属不純物の有害な影響を排除することができ、さ
らに緩衝液を用いてインクのpHを制御することもでき
る。粘度調整剤及び他のアクリル系又は非アクリル系ポ
リマーなどのその他の既知添加剤を添加してインク組成
物の各種特性を所望通りに改善することもできる。
て且つそれらをここで開示される顔料着色剤と混合する
ことによって調合される。カルボキシレートの官能性を
有する顔料を使用するインク調合物に関して、pHは、
約7〜約12である。最終的なインク組成物の粘度は、約
0.8×10-3〜約8×10-3Pas(約0.8〜約8cps)であり、
好ましくは、約0.9×10-3から約4×10-3Pas(約0.9〜
約4cps)である。
細書において開示される。本発明のインクは、在来型の
インクジェット又はバブルジェット(登録商標)又は圧
電型プリンタのいずれにも使用することができる。好ま
しくは、インクは、サーマルインクジェットプリンタに
使用される。インクは、典型的には、プリンタのカート
リッジに充填され、任意の媒体上に印刷される。印刷に
向く適切な媒体の例には、紙、織物類、木材、及びプラ
スチックが含まれる。
を組合せ且つそれらをここで開示する処理された顔料と
混合することにより調合される。
がない限り、重量パーセントで表される。全ての成分の
純度は、インクジェットインクとして通常の市販品製造
において使用されているものである。引用される文献類
及び特許等は、全て、参考として本明細書に組み入れら
れる。
社のDeskJet(登録商標)プリンタを使用して作成す
る。印刷媒体には、Gilbert Bond、Champion Datacop
y、Papyrus Multicopy及びUnion Camp Jamestowなどの
普通紙が含まれる。
×10-3m(0.2インチ)である12本の平行なブラックラ
インの列を1頁に印刷し、次にそれを45度の傾斜面に置
く。0.25×10-6m3(0.25-mL)アリコート(等分割量)
の水を、印刷後の特定時間に最初のラインの最上部から
12本全てのラインにわたって滴下させる。耐水堅牢性
は、第11番目と第12番目のラインの間のODを測定する
ことにより測定する。ODは、MacBethデンシトメータ
ー(濃度計)を使用して測定する。
インと、側面に隣接して位置させたイエローボックスと
をカラーインクセットを使って印刷する。ブラックーカ
ラーブリード、>8〜10(非常に劣る)、6〜8(劣
る)、4〜6(中程度)、2〜4(良好)、1〜3(非
常に良好)及び0〜1(優れている)の評価システムを
使用してランク付けする。
/100gのDBP吸収値を有する特殊改質顔料(Cabot Mon
arch(登録商標)700の顔料)3%を含有させて調製さ
れる。ビヒクルは、5%Liponics EG-1(エトキシ化グ
リセロール)、9%2-ピロリジノン、2%1,5-ペンタ
ンジオールからなり、且つバランスは水である。pH
は、KOHで8〜9に調整する。
カラーのブリードを検定する。代表的なカラーインクの
ビヒクルは、7.5%2-ピロリドン、8%1,5-ペンタンジ
オール、7.5%エチルヒドロキシプロパンジオール(E
HPD)、1−7%クエン酸、1.75%Tergitol 15-S-
7、4%β-アラニン、Na-Direct Yellow 132染料(1:
10,000希釈時、Abs = 0.12)、及びバランスの水からな
る。これは、結果としてpH4に緩衝されたインクとな
る。
と0.3mmol/gブチル4-アミノ安息香酸塩(BAB)によ
る改質カーボンブラックの調製を開示するものである。
00g)のDBP吸収値を有するカーボンブラックを70℃
まで加熱されたバッチピンミキサー(batch pin mixer)
に添加する。そこへ5-アミノイソフタル酸(17.16g)を
加える。混合を開始し、亜硝酸ナトリウムの水溶液(6.
21gを107.3gの水に溶解)を混合しながら添加する。全
混合時間は、おおよそ5分である。その後、ブチル4-
アミノ安息香酸塩(17.57g)を添加する。混合を再開し、
且つ混合しながら硝酸溶液(8.1gの70%硝酸を107.3g
の水に溶解)を添加する。混合時間は4分である。最後
に、亜硝酸ナトリウムの水溶液(6.21gを107.3gの水に
溶解)を混合しながら5分間添加する。混合を停止し、
材料をバッチピンミキサーから取り出して、室温まで冷
却する。次いで、水中に15%固形物で再分散し、水酸化
ナトリウムを使用してpHを約8.5に調整し、0.5μm
(0.5ミクロン)に微細ろ過する。
の量を本発明の実施例に示すように変更した以外は、上
記説明の処理法を利用して調製した。
た。
下表に示す。0.3及び0.4mmol/gのイソフタル酸のみで改
質された顔料と上記顔料との耐水堅牢性の結果(移動O
D)を比較すると、EB及びBB付着に関して耐水堅牢
性における改善が見られる。ブラック−イエローのブリ
ードデータは、ブリードの改善が、0.3ISO/0.3E
B、0.3ISO/0.3BB、0.5ISO/0.5EB及び0.5I
SO/0.5BBの比で達成されることを示している。
ク−カラーのブリード抑制並びに耐水堅牢性などのイン
ク特性が所望されるサーマル又は圧電型インクジェット
インクにおける使用が見出されるものと期待される。
剤粒子の表面を処理することにより誘導される着色剤を
含有するインクジェットインクが開示された。自明な性
質の種々の変更並びに修正をなし得ること、及び凡ての
かかる変更並びに修正は本発明の範囲内に帰属すると考
えられることは、当業者に容易に理解されよう。
して示す。 1. ビヒクルと少なくとも1つの高分子発色団の着色
剤とを含有するインクジェット印刷用インクジェットイ
ンクであって、前記着色剤は、これを水中で自己分散性
にし、且つ前記着色剤にブリード抑制と耐水堅牢性特性
を付与するように前記着色剤の表面に付着された官能基
の混合物を含有し、前記着色剤にブリード抑制と耐水堅
牢性特性を付与する前記官能基が下式のエステル構造:
自己分散性にする前記官能基が下式:
ク。 2. Rが、エチル、n-プロピル、n-ブチル、イソプ
ロピル、イソブチル、t-ブチル及びそれらの混合物か
ら成る群から選択される、上記1に記載のインクジェッ
トインク。 3. 前記官能基が、0.3/0.5から0.5/0.3mmol/gMMC
着色剤という開始比で存在する水分散性官能基反応物:
エステル官能基反応物の比に基づいて付着される、上記
1に記載のインクジェットインク。 4. 前記官能基が、0.5/0.5mmol/gMMC着色剤とい
う開始比で存在する水分散性官能基反応物:エステル官
能基反応物の比に基づいて付着される、上記3に記載の
インクジェットインク。 5. 前記官能基が、0.3/0.3mmol/gMMC着色剤とい
う開始比で存在する水分散性官能基反応物:エステル官
能基反応物の比に基づいて付着される、上記3に記載の
インクジェットインク。 6. 前記ビヒクルが、共溶媒、界面活性剤、両親媒性
物質、殺生物剤及びそれらの混合物から成る群から選択
される成分を含有する、上記1に記載のインクジェット
インク。 7. ビヒクルと少なくとも1つの高分子発色団の着色
剤とを含有するインクを用いて媒体上に印刷することを
包含するインクジェット印刷の方法であって、前記着色
剤は、前記着色剤を水中で自己分散性にし、且つ前記着
色剤にブリード抑制と耐水堅牢性特性を付与するために
前記着色剤の表面に付着される官能基の混合物を含有
し、前記着色剤にブリード抑制と耐水堅牢性特性とを付
与する前記官能基が下式のエステル構造:
で自己分散性にする前記官能基が下式:
ロピル、イソブチル、t-ブチル及びそれらの混合物から
成る群から選択される、上記7に記載の方法。 9. 前記官能基が、0.3/0.5から0.5/0.3mmol/gMMC
着色剤という開始比で存在する水分散性官能基反応物:
エステル官能基反応物の比に基づいて付着される、上記
7に記載の方法。 10. 前記官能基が、0.5/0.5mmol/gMMC着色剤と
いう開始比で存在する水分散性官能基反応物:エステル
官能基反応物の比に基づいて付着される、上記9に記載
の方法。 11. 前記官能基が、0.3/0.3mmol/gMMC着色剤と
いう開始比で存在する水分散性官能基反応物:エステル
官能基反応物の比に基づいて付着される、上記9に記載
の方法。 12. 前記ビヒクルが、共溶媒、界面活性剤、両親媒
性物質、殺生物剤及びそれらの混合物から成る群から選
択される成分を含有する、上記7に記載の方法。
Claims (1)
- 【請求項1】 ビヒクルと少なくとも1つの高分子発色
団の着色剤とを含有するインクジェット印刷用インクジ
ェットインクであって、前記着色剤は、前記着色剤を水
中で自己分散性にし、且つ前記着色剤にブリード抑制と
耐水堅牢性特性を付与するように前記着色剤の表面に付
着された官能基の混合物を含有し、前記着色剤にブリー
ド抑制と耐水堅牢性特性を付与する前記官能基が下式の
エステル構造: 【化1】 式中、Rは炭素数2から4であり、前記着色剤を水中で
自己分散性にする前記官能基が下式: 【化2】 式中、M+は対イオン、を有するインクジェットイン
ク。
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