JP2001164165A

JP2001164165A - 水性インク組成物及び水性インク製造方法

Info

Publication number: JP2001164165A
Application number: JP34747899A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Kaneko; 和広金子; Isao Tabayashi; 勲田林; Ritsuko Doi; 律子土井
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2001-06-19
Anticipated expiration: 2019-12-07
Also published as: JP4196241B2

Abstract

(57)【要約】【課題】微粒子径で分散安定性に優れ、かつインクジ
ェット記録において高濃度記録が可能で、かつ吐出安定
性に優れた水性インク組成物および水性インク製造方法
を提供する。【解決手段】（１）少なくとも、顔料と水溶性樹脂を
含有する水性インクにおいて、有機溶剤可溶成分を除去
した水溶性樹脂を用いる水性インク組成物、および、
（２）水溶性樹脂の水溶液と、水と相溶しない有機溶剤
を用いて混合撹拌し、有機溶剤層に抽出された有機溶剤
可溶成分を除去した後に、少なくとも顔料を組み合わせ
て分散を行う水性インク製造方法を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水性インク組成物
及び水性インク製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録用インクは大別する
と油性インクと水性インクがあるが、油性インクは臭気
・毒性の点で問題があり、水性インクが主流となりつつ
ある。しかしながら、従来の水性インクの多くは着色剤
として水溶性染料を用いているため耐水性や耐光性が悪
いという欠点を有していた。また、一般に使用されてい
るコピー用紙などのいわゆる普通紙に印刷すると髭状の
フェザリングと呼ばれるブリードを生じて著しい印刷品
質の低下を招いていた。

【０００３】上記欠点を改良するためにいわゆる水性の
顔料インクが過去に様々に提案されており、例えばバイ
ンダー兼分散剤として水溶性樹脂を用いてカ−ボンブラ
ックや有機顔料を分散させた樹脂溶解型のインクやポリ
マーラテックス、あるいは、マイクロカプセルとして着
色剤を内包する樹脂分散型のインクが各種提案されてい
る。

【０００４】ジェットプリンター用水性顔料インクとし
ては、なるべく微粒子径に分散された着色剤粒子が求め
られており、具体的な樹脂溶解型の水性インクの例とし
て、特許第２５１２８６１号公報では、（ａ）顔料とポ
リマー分散剤とを２−ロールミリング装置に充填し、
（ｂ）摩砕して顔料とポリマー分散剤との分散体を得、
そして（ｃ）この顔料分散体を水性キャリア媒体中に分
散させる工程からなる、水性の顔料入りインクジェット
用インクの調整方法が提案されている。また、特開平３
−１５３７７５号公報では、ａ）顔料とカルボキシル基含有ポリアクリル系樹脂とを
含有する固体顔料調合物ｂ）水で希釈可能な有機溶媒ｃ）湿潤剤ｄ）水を含有するインクジェット印刷用水性インク組成
物が提案されている。しかしながら、これらの技術を用い
ても、顔料の微粒子化やインクジェット記録におけるイ
ンクの吐出安定性は必ずしも十分ではなかった。

【０００５】一方、染料インクにおいてノズル目詰まり
やインクの吐出安定性を改善する手段として、特開昭５
７−１４５１６８号公報では、水溶性染料と湿潤剤を水
に溶かしてなるインクジェットプリンター用インクにお
いて、インク中に含まれる油溶性物質の濃度を１００ｐ
ｐｍ以下としたインクジェットプリンター用インクが提
案されていて、具体的には染料の精製が開示されてい
る。しかし、水溶性染料は前述の問題を有しており、ま
た顔料インクにおけるインク成分の影響についてはこれ
まで明らかにされていなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、微粒子径で分散安定性に優れ、かつインク
ジェット記録において高濃度記録が可能で、かつ吐出安
定性に優れた水性インク組成物および水性インク製造方
法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の課
題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明を解
決するに至った。即ち本発明は、（１）少なくとも顔料
と水溶性樹脂を含有する水性インクにおいて、有機溶剤
可溶成分を除去した水溶性樹脂を用いることを特徴とす
る水性インク組成物を提供するとともに、（２）水溶
性樹脂の水溶液と、水と相溶しない有機溶剤を用いて混
合撹拌し、有機溶剤層に抽出された有機溶剤可溶成分を
除去した後に、少なくとも顔料を組み合わせて分散を行
うことを特徴とする水性インク製造方法を提供するもの
である。

【０００８】本発明の水溶性樹脂は、天然樹脂や合成樹
脂に限定されず様々な樹脂が用いることができ、例えば
天然樹脂では、ゼラチン、シェラック樹脂等が、合成樹
脂ではスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル
系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアルコール樹
脂、ポリピロリドン樹脂、セルロース系樹脂等が挙げら
れるが、酸基を有する樹脂をアルカリで中和した水溶性
樹脂が好ましく、本発明において、より好ましい水溶性
樹脂は、例えばスチレン、置換スチレン、（メタ）アク
リル酸エステルからなる群から選ばれる少なくとも一つ
のモノマーと、（メタ）アクリル酸とのラジカル共重合
体を塩基で中和することによって得られる。

【０００９】本発明の酸基を有する樹脂の好ましい酸価
は５０〜２８０で、分子量範囲は１０００以上５万以下
の分子量のものがインクジェット記録用としてより好ま
しい。

【００１０】これらの、水溶性樹脂のインク中の含有量
は、特に限定されるものではないが、１〜２０質量％の
範囲がより好ましい。

【００１１】これらの水溶性樹脂は、しばしば水不溶性
の成分を含んでおり、特にラジカル重合性モノマーを用
いてラジカル重合を行う場合には、パーオキシド等の重
合開始剤や重合溶剤等を併用する必要がある。その結果
得られる樹脂中には、酸基のないモノマー成分を多く含
む油溶性の強い樹脂分や、重合溶剤の多量化や重合開始
剤を起因とするキノン化合物等の様々な水不溶性の成分
が樹脂中に生じる。

【００１２】これらの成分を含有する水溶性樹脂を用い
て顔料分散を行うと、分散の妨げになったり、インク組
成物としたときに、インクジェット記録において不吐出
の原因となりやすい。特に記録方式が、サーマル式イン
クジェット記録の場合、インクの沸騰特性に大きく影響
して、印刷濃度の低下を起こしやすいが、本発明により
大幅に性能の向上が図られる。

【００１３】本発明のインク組成物に用いる、有機溶剤
可溶成分を除去した水溶性樹脂を得る方法としては、吸
着、蒸留、抽出等の既知の精製方法を用いることが出来
るが、効率良く行う方法として、水溶性樹脂の水溶液
と、水と相溶性のない有機溶剤を用いて混合撹拌し、有
機溶剤層に抽出された有機溶剤可溶成分を除去すればよ
い。

【００１４】塩基としては、例えば水酸化ナトリウム、
水酸化カリウム、水酸化リチウム等のアルカリ金属の水
酸化物、アンモニア、トリエチルアミン、モルホリン等
の塩基性物質の他、トリエタノールアミン、ジエタノー
ルアミン、Ｎ−メチルジエタノールアミン等のアルコー
ルアミンが使用可能であるが、アルカリ剤の揮発性が高
いとインクジェット記録においてノズル目詰まりを生じ
やすくなるため、その場合はアルカリ金属の水酸化物や
高沸点のアルコールアミンが好ましい。これらのアルカ
リ剤の使用量は、樹脂が水溶性化あるいは乳化する程度
以上添加することが好ましく、酸基を有する樹脂に対し
て、中和モル数で５０〜２００モル％相当量が好まし
い。

【００１５】水と相溶性のない有機溶剤は、樹脂を溶解
するものであれば特に制限はないが、できれば低沸点で
あることが好ましく、具体的にはトルエンまたはキシレ
ンのような芳香族系有機溶剤であることが好ましい。具
体的樹脂を精製する方法としては、前記水溶性樹脂の水
溶液と、水と相溶性のない有機溶剤を用いて混合撹拌
し、静置後有機溶剤層に抽出させるか、向流式の液−液
抽出装置を用いて抽出操作を行えばよい。これらの抽出
操作後得られた樹脂溶液をそのまま用いて顔料分散を行
っても良いが、好ましくは、水溶性樹脂溶液中に残留し
ている有機溶剤を除去した後顔料分散を行うと、より優
れた顔料分散が可能となる。

【００１６】本発明において得られた精製樹脂水溶液を
用いて顔料分散を行う方法としては、湿式分散が好まし
く、具体的にはペイントシェィカー、ボールミルやサン
ドミル等のビーズミル、ナノマイザーやホモジナイザー
等のビーズレスミル等の既知の湿式分散装置を単独ある
いは組み合わせて分散を行うことが出来る。この様にし
て、所望の粒子径の顔料分散体が得られるが、通常その
平均粒子径範囲は、０．０１〜１μｍ、出来れば０．２
μｍ以下が好ましい。

【００１７】本発明で用いる顔料は特に制限されるもの
はなく、公知慣用のものがいずれも使用できるが、例え
ばカーボンブラック、チタンブラック、チタンホワイ
ト、硫化亜鉛、ベンガラ等の無機顔料や、フタロシアニ
ン顔料、モノアゾ系、ジスアゾ系等のアゾ顔料、フタロ
シアニン顔料、キナクリドン顔料等の有機顔料を単独あ
るいは組み合わせることができる。かかる顔料の使用量
は特に規定されないが、最終的に得られる水性インク組
成物中で、通常０．５〜２０質量％となるような量とな
る様に調製するのが好ましい。

【００１８】本水性インク組成物をインクジェット記録
用として用いる場合には、メインの液媒体である水は、
イオン交換水以上の純度を有することが好ましく、また
インクの乾燥を防止するために、乾燥防止剤を当該イン
ク中に存在させておくのが好ましい。かかる乾燥防止剤
は、インクジェットの噴射ノズル口でのインクの乾燥を
防止する効果を与えるものであり、通常水の沸点以上の
沸点を有するものが使用される。このような乾燥防止剤
としては、従来知られている公知慣用のものがいずれも
使用できるが、例えばエチレングリコール、プロピレン
グリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリ
コール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリ
コール、グリセリン等の多価アルコール類またはそれら
のアルキルエーテル類、等がある。乾燥防止剤の使用量
は、種類によって異なるが、通常、水１００質量部に対
して１〜１５０質量部の範囲から適宜選択される。

【００１９】なお、産業分野等で速乾性を要求される場
合には、必ずしも乾燥防止剤の添加は必要ではなく、低
級アルコールやケトン、エステル系等の水と混和可能な
低沸点有機溶剤を使用することも可能である。特に本発
明を、インクジェット記録用水性インクとして適用する
場合においては、必要に応じて、インクを紙によりよく
浸透させるための浸透性付与剤として、浸透性付与効果
を示す水溶性有機溶媒、ｐＨ調整剤、分散・消泡・紙へ
の浸透のための界面活性剤、防腐剤、キレート剤等の添
加剤を加えることができる。これら添加剤は、予め顔料
分散時に添加するか、顔料分散後に添加してもよい。特
に本発明のインク組成物は、１μｍ以下、好ましくは
０．５μｍ以下のポアサイズのフィルターを用いて濾過
して最終のインクとすることが好ましい。

【００２０】本発明の水性インク組成物およびインク製
造方法は、顔料分散安定性に優れ、かつ不純物が少ない
ことから、インクジェット記録用水性インクの他、他の
インク一般、塗料、カラーフィルター、電子デバイスへ
の応用が可能である。

【００２１】

【実施例】次に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に
具体的に説明する。尚、以下の実施例中における「部」
は『質量部』を表わす。

【００２２】（樹脂水溶液例）スチレン−アクリル酸−
メタクリル酸樹脂（スチレン／アクリル酸／メタクリル
酸＝７７／１０／１３、分子量８３００、酸価１５０）
１２．５部の水酸化ナトリウム水溶液（中和率１００
％、樹脂固形分１２．５％）を７５部、トルエン２５部
を十分に攪拌した後静置し、混合液が樹脂水溶液とトル
エンの２層に分離した後、トルエン層を除く。得られた
樹脂水溶液をロータリーエバポレーターを用いて残留し
ているトルエンを留去し、樹脂濃度２０質量％の精製樹
脂水溶液を得る。

【００２３】（実施例１）上記、樹脂水溶液２５部、カ
ーボンブラック（三菱化学製＃４５Ｌ）１０部、ジエ
チレングリコール２０部、イオン交換水４５部を混合、
ペイントシェィカーにて１ｍｍジルコニウムビーズを分
散メディアとして攪拌し、カーボン分散体とした。この
様にして得られたカーボン分散体５０部、グリセリン７
部、プロピレングリコールプロピルエーテル３部、イオ
ン交換水４０部を混合攪拌し、１μｍメンブランフィル
ターを用いて濾過を行い、本発明の水性インク組成物と
した。得られた水性インク中のカーボンブラックは０．
０８μｍの体積平均粒子径を有しており（日機装社製レ
ーザードップラー式粒度分布計マイクロトラックＵＰＡ
−１５０使用）、凝集物もなく、また、恒温試験器で６
０゜Ｃ、３日間放置後も同様の体積平均粒子径を有し、
安定な分散を示した。また、６０゜Ｃ、３日間放置後の
水性インクを用い、インクジェットプリンター米国Ｅ
ＮＣＡＤ社製ＮＯＶＡＪＥＴＰＲＯを用いて全ノズ
ルを同時駆動させ、１００ｃｍ×５０ｃｍのベタ印字画
像を印字したところ、画像濃度が高濃度で印字ムラの無
い均質な画像を得た。この画像の光学濃度を、マクベス
社製反射濃度径ＲＤ−９１８を用いて測定したところ、
画像濃度は１．２１であった。

【００２４】（比較例１）樹脂水溶液に未精製の樹脂を
用いること以外は、実施例１と同様にして、比較例の水
性インク組成物を得た。得られた水性インク中のカーボ
ンブラックの体積平均粒子径は０．１０μｍであり、実
施例１と比較して粒径が大きく、また、恒温試験器で６
０゜Ｃ、３日間放置後は、凝集によるカーボンブラック
粒子の沈降がみられた。また、６０゜Ｃ、３日間放置後
の水性インクを用い、実施例１と同様にベタ印字画像を
印字したところ、画像位置によってベタ濃度の濃淡ムラ
が発生し、画像各位置の画像濃度の平均も１．１１と低
く、ノズルの吐出不良による画像の白抜けが無数に発生
した。実施例１のインク方が、粒子径が微粒子で分散安
定性に優れ、印字においても高画像濃度で均質で吐出安
定性にも優れる画像が得られた。

【００２５】

【発明の効果】本発明の（１）少なくとも顔料と水溶性
樹脂を含有する水性インクにおいて、水と相溶性のない
有機溶剤可溶成分を除去した水溶性樹脂を用いる水性イ
ンク組成物と（２）水溶性樹脂の水溶液と、水と相溶性
のない有機溶剤を用いて混合撹拌し、有機溶剤層に抽出
された有機溶剤可溶成分を除去した後に、少なくとも顔
料を組み合わせて分散を行う水性インク製造方法による
と、微粒子径で分散安定性に優れ、かつインクジェット
記録おいて高濃度記録が可能で、かつ吐出安定性に優れ
た水性インク組成物が得られる。

フロントページの続きＦターム(参考） 4J039 AB02 AB07 AB09 AD03 AD06 AD09 AD10 AD23 AE04 AE06 BA04 BA13 BA18 BA31 BA35 BA37 BC03 BC04 BC07 BC09 BC12 BC39 BC60 BC69 BE01 BE30 CA06 DA02 DA08 EA41 EA44 GA24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも顔料と水溶性樹脂を含有する
水性インクにおいて、有機溶剤可溶成分を除去した水溶
性樹脂を用いることを特徴とする水性インク組成物。
【請求項２】水溶性樹脂が、酸基を有するモノマーの
ラジカル重合によって得られた樹脂のアルカリ金属塩ま
たはアルコールアミンアミン塩であることを特徴とする
請求項１記載の水性インク組成物。
【請求項３】水溶性樹脂がアクリル系樹脂であって、
有機溶剤可溶成分がキノン化合物であることを特徴とす
る請求項１又は２記載の水性インク組成物。
【請求項４】水溶性樹脂の水溶液と、水と相溶しない
有機溶剤を用いて混合撹拌し、有機溶剤層に抽出された
有機溶剤可溶成分を除去した後に、少なくとも顔料を組
み合わせて分散を行うことを特徴とする水性インク製造
方法。
【請求項５】水溶性樹脂の水溶液が、酸基を有する樹
脂をアルカリ剤で中和したものであることを特徴とする
請求項４記載の水性インク製造方法。
【請求項６】酸基を有する樹脂がアクリル系樹脂で、
アルカリ剤がアルカリ金属の水酸化物またはアルコール
アミンであることを特徴とする請求項５記載の水性イン
ク製造方法。
【請求項７】水と相溶しない有機溶剤が、芳香族系有
機溶剤であることを特徴とする請求項４〜６いずれかに
記載の水性インク製造方法。
【請求項８】水と相溶しない有機溶剤がトルエンまた
はキシレンであることを特徴とする請求項４〜７いずれ
かに記載の水性インク製造方法。
【請求項９】水溶性樹脂の水溶液と、水と相溶しない
有機溶剤を用いて混合撹拌し、有機溶剤層に抽出された
有機溶剤可溶成分を除去した後に、水溶性樹脂溶液中に
残留している有機溶剤を除去することを特徴とする請求
項４〜８いずれかに記載の水性インク製造方法。