JP2005119305A - 荷電した緩衝剤を含むインク及び定着剤液組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】
酸性インク及び定着剤による印刷ヘッドに用いられる接着剤の分離に関する諸問題を解決することが望まれている。
【解決手段】
マーキング液又は定着液のｐＨから１．０単位以内の範囲で外れたｐＫａをもつ少なくとも１つの第一官能基及びマーキング液又は定着液のｐＨから少なくとも２．０単位外れたｐＫａをもつ少なくとも１つの第二官能基とを有する緩衝剤を含み、マーキング液又は定着液のｐＨ値では前記少なくとも１つの第二官能基が完全な荷電形態にある、インクジェット印刷のためのマーキング液又は定着液を提供する。
【選択図】なし

Description

本発明は、酸性のインクジェットインク及び定着液に関する。

酸性インク又は定着剤、典型的には有機酸を含んでいる液体、を、顔料系インク（塩基性又は中性）と共に印刷することによって、顔料が印刷媒体上で不安定となる、即ち「沈殿（ｃｒａｓｈ）する」、ことが知られている。この「沈殿（ｃｒａｓｈｉｎｇ）」効果は、光学濃度、ストライクスルー（ｓｔｒｉｋｅｔｈｒｏｕｇｈ）及びエッジ尖鋭度の改善並びブリード（にじみ）軽減に寄与する。

これらの酸性インク及び定着剤に関する問題は、時間が経過すると酸が印刷ヘッドのプラスチックや接着剤を分離もしくは傷つけることである。この問題は、印刷ヘッドの予測寿命が例えば数年と比較的短かったため、最近になるまでほとんど無視されてきた。さらに、印刷ヘッドの交換は比較的安価でもあった。

酸性インク又は定着剤を用いずに顔料を沈殿させる方法も見出されている。そこでは、酸ではなく多価金属塩（例えば硝酸カルシウム）をインク又は定着剤中に用いている。そのような解決策によって接着剤の分離が最小限となることが見出されたが、今度は塩によってデキャップ及びコゲーション（残渣沈着）問題が引き起こされ、ペンの信頼性低下を招く結果となった。

印刷ヘッドが、より大きく、より高価になり、またより長持ちするように設計されるにつれて、酸性インク及び定着剤による印刷ヘッドの接着剤の分離に伴う諸問題を解決することが望まれてきている。

本発明は、インクジェット印刷に用いられるマーキング液（印刷媒体上に文字や図を可視形態で表すための液体）又は定着液に関し、それは、当該マーキング液又は定着液のｐＨから１．０単位以内の範囲で外れたｐＫａをもつ少なくとも１つの第一官能基と当該マーキング液又は定着液のｐＨから少なくとも２．０単位外れたｐＫａをもつ少なくとも１つの第二官能基とを有する緩衝剤を含んで成り、マーキング液又は定着液のｐＨ値では前記少なくとも１つの第二官能基はその完全な荷電形態にある。

さらに、本発明は、インクジェット印刷ヘッドでのマーキング液又は定着液によるプラスチックと接着剤の分離を防止する方法にも関し、当該方法は、マーキング液又は定着液のｐＨから１．０単位以内の範囲で外れたｐＫａをもつ少なくとも１つの第一官能基とマーキング液又は定着液のｐＨから少なくとも２．０単位外れたｐＫａをもつ少なくとも１つの第二官能基とを有する緩衝剤を含んで成り、且つマーキング液又は定着液のｐＨ値では前記少なくとも１つの第二官能基がその完全な荷電形態にあるようなマーキング液又は定着液をインクジェット印刷ヘッドに使用するステップを包含する。

さらに、本発明は、インクジェット印刷ヘッドのプラスチック部分と接着剤部分の分離問題が軽減された印刷用システムにも関しており、当該システムは、マーキング液又は定着液のｐＨから１．０単位以内の範囲で外れたｐＫａをもつ少なくとも１つの第一官能基とマーキング液又は定着液のｐＨから少なくとも２．０単位外れたｐＫａをもつ少なくとも１つの第二官能基とを有する緩衝剤を含んで成り、マーキング液又は定着液のｐＨ値では前記少なくとも１つの第二官能基がその完全な荷電形態にあり且つマーキング液又は定着液がプラスチック部分及び接着剤部分に接触する際にも実質的に分離がないようなマーキング液又は定着液を含むインクジェット印刷ヘッドを具備している。

本発明によれば、インクジェット印刷ヘッドのプラスチック部分と接着剤部分との分離問題が軽減されたインク組成物、印刷用システムが提供される。

顔料を媒体上に印刷する際、中性又は塩基性の顔料系インクと共に緩衝剤処理された酸性定着剤又はインクを用いて顔料を不安定にさせることができる。酸性定着剤又はインクの存在下での顔料のこの不安定化、即ち「沈殿」、によって、顔料を紙表面に十分付着させることができる。これによって、印刷画像の光学濃度、にじみ、ストライクスルー、及びエッジ尖鋭度性能の改善がもたらされる。

緩衝剤処理された酸性定着剤又はインクにコハク酸のような有機酸が用いられていた時は、インクと接触する印刷ヘッドの接着剤は、極めて膨潤しやすい傾向にあった。コハク酸のような酸性緩衝剤のプロトン化形態によって、プラスチック及び接着剤に用いられる有機材料などの印刷ヘッドに用いられる有機材料は、非常に分離しやすい傾向にあることが確認されている。これによって、印刷ヘッドの重量増加、ダイの湾曲、及びダイの亀裂などが生じ、印刷ヘッドの性能が低下する。

現在の印刷ヘッドは、以前のものより、多くの場合、大型であり、比較的高価であり、且つ比較的長い稼動寿命を有することが期待されている。従って、インクや定着剤のようなマーキング材料と、印刷ヘッド構造に用いられる接着剤との間で両立性（共存性）を達成することは、プリンタ性能の目標を満たす際にますます重要となっている。

本発明は、より慣習的な単官能性緩衝剤（非荷電化学種の割合が顕著な緩衝剤）ではなく、インクのｐＨにおいて永久電荷を帯びる緩衝剤分子を含有するインク又は定着剤液に関する。本発明の好ましい実施形態では、当該インク又は定着剤液は、染料系インクである。他の好ましい実施形態では、染料系インクを顔料系インクと共に印刷する。他の好ましい実施形態では、当該インク又は定着液は、定着液である。

インクを所与のｐＨに効果的に保持するには、緩衝剤が必要である。そのような緩衝剤は、インクのｐＨに近いｐＫａでイオン化可能な基を含んでいなければならない。インクのｐＨが特定のイオン化可能基のｐＫａと等しい場合、これらの基の半分がイオン化され、残りの半分はイオン化されない。従って、慣習的な単官能性緩衝剤に関しては、インクのｐＨで荷電されない緩衝剤分子がかなりの割合で存在することになる。そのような非荷電化学種は、印刷ヘッドにおけるプラスチックと接着剤を非常に分離させやすい傾向があり、従って、接着剤の劣化を引き起こすことが確認されている。

本発明は、インク又は定着剤のｐＨにおいて永久的に荷電状態にある緩衝剤に関する。そのような緩衝剤は、幾分異なったｐＫａを有する複数の官能基を含んでいなければならない。即ち、緩衝効果を達成するには、１つ又は複数の基が、インク又は定着剤のｐＨに近いｐＫａ、即ちインク又は定着剤のｐＨから１．０単位以内の範囲のｐＫａ、を有する。好ましい実施形態では、１つ又は複数の基は、インク又は定着剤のｐＨから０．５単位以内の範囲のｐＫａを有する。しかしながら、少なくとも１つの基は、この基がインクのｐＨにおいて１００％イオン化されるように、インク又は定着剤のｐＨから外れた、即ちインク及び定着剤のｐＨから少なくとも２．０単位外れたｐＫａをもたなければならない。好ましい実施形態では、少なくとも１つの基は、インク又は定着剤のｐＨから少なくとも３．０単位外れたｐＫａを有する。従って、当該緩衝剤は、印刷ヘッドに使用されるプラスチックと接着剤を分離させることがない。

本発明のインク及び定着剤に用い得る緩衝作用のある酸の非限定的な例は、ｐＨ４のインクにおいて、β−アラニン、４−アミノ酪酸、６−アミノカプロン酸、２−アミノテレフタル酸、Ｌ−アスパラギン酸、ジメチルアミノ安息香酸、及びメチル−アミノ安息香酸などのアミノ酸である。これらのアミノ酸は、４に近いｐＫａをもつカルボン酸官能基と、１０に近いｐＫａをもつアミン基とを含む。従って、これらの酸は、ｐＨ４における有効な緩衝剤であるばかりでなく、このｐＨにおいて接着剤をほとんど分離させそうにないプロトン化アミンを有する。

１〜１０％の前述のアミノ酸を含む定着液を顔料系インクと共に印刷すると、顔料系インクのみを用いて得ることができるものより良好な、優れた画像品質が得られる。さらに、当該アミノ酸は、永久電荷をもたない酸を用いて達成し得るよりもはるかに良好な各種接着剤との適合性をもたらす。

アミン硬化エポキシ接着剤を７０℃で２１日間定着剤液にさらし、その後試験した。酢酸、コハク酸、又はグルタル酸を４％含む定着液は、各々、１１％を超える重量増加を示し、接着剤のダイ湾曲とダイ亀裂を引き起こした。４％のβ−アラニンを含む定着液中での接着剤の重量増加は４％に低減され、ダイ湾曲及びダイ亀裂の問題は起こらなかった。

種々の緩衝剤組成物を含む６種の定着剤及びインクを調製した。各々の定着剤又はインク組成物を用いて、アミン系エポキシが充填されたインクジェット印刷ヘッドの溝充填部を浸漬した。当該浸漬は、７０℃で４週間実施された。緩衝剤の調合には、コハク酸、１，２−ヘキサンジオール及びβ−アラニンからなる様々な組合せを用いた。特定の組合せと結果を以下の表１に示す。

上記表１の定着液＃１は、以下の表２内に記載している。
定着液＃２は、１５％の有機溶媒を含有するが、定着液＃１には含まれる１，２−ヘキサンジオールを含んでいない。定着液＃２はまた、０．５％水溶性界面活性剤、４％コハク酸、３％陽イオンポリマー、及び残余分の水を含む。
定着液＃３は、３％のコハク酸の代わりに３％のβ−アラニンを含む以外は、定着液＃１と同じである。
表１のインクは、２０％の有機溶媒（但し、１，２−ヘキサンジオールは含まない）、４％の水溶性界面活性剤、５．２％のコハク酸、３％の陰イオン染料、２−ピロリドン、ポリエチレンイミンとポリグアナジンの３％ブレンド、及び残余分の水から構成される。

接着剤の種類、定着液のコハク酸含量、及び定着液のｐＨが接着剤の重量増加及び軟化に及ぼす影響を試験した。試験した定着液を以下の表２に示す。

２つの接着剤を試験した。接着剤材料Ａは、脂肪族アミン硬化剤を含有する。接着剤材料Ｂは、潜在性の脂肪族アミン硬化剤と共に芳香族アミンを含有する。

接着剤でコーティングされたインクジェット印刷ヘッドのパーツを、２０ｍｌの「Ｔ−ｃｙｃｌｅ」ボトル中に入れて重量増加テストを実施した。これらに、２０ｍｌの定着液を添加した（パーツ全体が十分に覆われた）。次いで、ボトル中のパーツを、７０℃のオーブンに２週間入れた。１週間後に重量を測定した。この時点で定着液のｐＨも調査した。ボトル中の少量の定着液が、０．２単位以下だけ変動したため、元の値に調節し直した。この２週間の試験で、液体中にパーツがある場合と無い場合で、全体的に、液体のｐＨに大きな変動はなかった。重量は全て、パーツを水で洗浄し、次いで吸取り乾燥した直後に測定した。Ｒｈｅｏｍｅｔｒｉｃｓ ＤＭＴＡを用いて、流動学的試験も実施した。パーツを定着液から取り出し、水で洗浄し、吸取り乾燥した。３点曲げ配置の、中位のサンプルホルダ（２２ｍｍスパン）位置でサンプルパーツからなるバーを加圧した。試験は、（線形粘弾性応答を想定できるほど十分低い）０．０５％というひずみ振幅において、１０Ｈｚの頻度で実行した。温度勾配は、毎秒２℃とした。

７０℃、２週間にわたる重量増加のデータを表３、４に示す。

上記データによれば、定着剤溶液に浸漬させた全てのパーツに関して、浸漬後の曲げ弾性率の減少によって定量化されるように、重量増加とパーツの「軟化」との間には強い相関がある。また、定着液中のコハク酸と１，２−ヘキサンジオールが一定含量の場合に関しては、接着剤の重量増加と曲げ弾性率との減少とは、定着液のｐＨが低い場合により顕著であることが分かった（即ち、ｐＨ３の場合はｐＨ４の場合より悪く、ｐＨ４の場合はｐＨ６の場合より悪い）。さらに、材料Ａのサンプルは、インク浸漬後に真空下で乾燥しても、元の重量には戻らない。それらはより大きい重量のままであり、コハク酸のような非揮発性化合物が接着剤中に残存していることが示唆される。

材料Ａに関しては、定着液ｐＨが低いほど、重量増加が急激に増した。即ち、ｐＨ３、４及び６で、それぞれ２１％、１２．５％及び５％であった。表から分かるように、ｐＨ＝４の材料Ａに関しては、３％のコハク酸を含んでいるサンプル９、１０は、コハク酸を含まないサンプル２１、２２（４％）に比べて重量増加が大きかった（１２．５％）。結果の再現性は十分に良好であり、ほとんどの繰り返し重量増加の測定値誤差は〜１％内であった。

定着剤液は、（定着剤液＃１中に０．３３９ｍｏｌ／Ｌで存在する）コハク酸を、０．３３９ｍｏｌ／Ｌのその他の酸、即ち硝酸、グルタル酸、酢酸、β−アラニン、及びグリシンと置換した以外は、上記表２における定着液＃１（緩衝剤処理済、ｐＨ＝４、ポリマー不含）の成分を用いて製造した。

７０℃、２週間にわたる重量データを得るために、同じ実験を上記定着液を用いて、実施例３に記述した通り実施した。

一連のｐＨを有する種々の緩衝剤を用いる場合、ｐＨが低いほど重量増加が増すことが、当該実験により確認された。また、緩衝剤濃度及びｐＨが一定の場合では、β−アラニン及びグリシンのような双極性イオン酸を含む定着剤液が、通例の有機酸（酢酸、グルタル酸、コハク酸等）よりも、小さい重量増加に帰着する。結果を以下の表５に示す。

表５中の全ての定着液は、緩衝剤処理されたｐＨ＝４の定着液＃１（コハク酸を先に列挙した酸で置換）をベースとした。

Claims (27)

1. インクジェット印刷のためのマーキング液又は定着液であって、
   マーキング液又は定着液のｐＨから１．０単位以内の範囲で外れたｐＫａをもつ少なくとも１つの第一官能基及びマーキング液又は定着液のｐＨから少なくとも２．０単位外れたｐＫａをもつ少なくとも１つの第二官能基とを有する緩衝剤を含み、マーキング液又は定着液のｐＨ値では前記少なくとも１つの第二官能基が完全な荷電形態にある、マーキング液又は定着液。
2. 前記緩衝剤が、マーキング液又は定着液のｐＨから０．５単位以内の範囲で外れたｐＫａをもつ少なくとも１つの第一官能基を有する、請求項１に記載のマーキング液又は定着液。
3. 前記緩衝剤が、マーキング液又は定着液のｐＨから少なくとも３．０単位外れたｐＫａをもつ少なくとも１つの第二官能基を有する、請求項１に記載のマーキング液又は定着液。
4. 前記緩衝剤が、アミノ酸である、請求項１に記載のマーキング液又は定着液。
5. マーキング液又は定着液のｐＨが４であり、且つ前記緩衝剤がβ−アラニン、４−アミノ酪酸、６−アミノカプロン酸、２−アミノテレフタル酸、Ｌ−アスパラギン酸、ジメチルアミノ安息香酸、及びメチル−アミノ安息香酸から成る群から選択される、請求項１に記載のマーキング液又は定着液。
6. マーキング液又は定着液が、染料系インクである、請求項１に記載のマーキング液又は定着液。
7. 前記染料系インクが、顔料系インクと共に印刷される、請求項６に記載のマーキング液又は定着液。
8. マーキング液又は定着液が、定着液である、請求項１に記載のマーキング液又は定着液。
9. 前記定着液が、顔料系インクと共に印刷される、請求項８に記載のマーキング液又は定着液。
10. マーキング液又は定着液によるインクジェット印刷ヘッドのプラスチックと接着剤の分離を防ぐ方法であって、
    マーキング液又は定着液のｐＨから１．０単位以内の範囲で外れたｐＫａをもつ少なくとも１つの第一官能基及びマーキング液又は定着液のｐＨから少なくとも２．０単位外れたｐＫａをもつ少なくとも１つの第二官能基を有する緩衝剤を含んで成り、マーキング液又は定着液のｐＨ値では前記少なくとも１つの第二官能基が完全な荷電形態にあるようなマーキング液又は定着液をインクジェット印刷ヘッドに使用するステップを包含する、方法。
11. 前記緩衝剤が、マーキング液又は定着液のｐＨから０．５単位以内の範囲で外れたｐＫａをもつ少なくとも１つの第一官能基を有する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記緩衝剤が、マーキング液又は定着液のｐＨから少なくとも３．０単位外れたｐＫａをもつ少なくとも１つの第二官能基を有する、請求項１０に記載の方法。
13. 前記緩衝剤が、アミノ酸である、請求項１０に記載の方法。
14. マーキング液又は定着液のｐＨが４であり、且つ前記緩衝剤がβ−アラニン、４−アミノ酪酸、６−アミノカプロン酸、２−アミノテレフタル酸、Ｌ−アスパラギン酸、ジメチルアミノ安息香酸、及びメチル−アミノ安息香酸から成る群から選択される、請求項１０に記載の方法。
15. 前記マーキング液又は定着液が、染料系インクである、請求項１０に記載の方法。
16. 前記染料系インクが、顔料系インクと共に印刷される、請求項１５に記載の方法。
17. 前記マーキング液又は定着液が、定着剤液である、請求項１０に記載の方法。
18. 前記定着剤液が、顔料系インクと共に印刷される、請求項１７に記載の方法。
19. インクジェット印刷ヘッドのプラスチック部分と接着剤部分の分離が軽減された印刷用システムであって、
    マーキング液又は定着液のｐＨから１．０単位以内の範囲で外れたｐＫａをもつ少なくとも１つの第一官能基及びマーキング液又は定着液のｐＨから少なくとも２．０単位外れたｐＫａをもつ少なくとも１つの第二官能基を有する緩衝剤を含み、マーキング液又は定着液のｐＨ値では前記少なくとも１つの第二官能基が完全な荷電形態にあり、且つマーキング液又は定着液がプラスチック及び接着剤部分に接触する際にも実質的に前記分離が発生しないようなマーキング液又は定着液を含むインクジェット印刷ヘッドを具備する、システム。
20. 前記緩衝剤が、マーキング液又は定着液のｐＨから０．５単位以内の範囲で外れたｐＫａをもつ少なくとも１つの第一官能基を有する、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記緩衝剤が、マーキング液又は定着液のｐＨから少なくとも３．０単位外れたｐＫａをもつ少なくとも１つの第二官能基を有する、請求項１９に記載のシステム。
22. 前記緩衝剤が、アミノ酸である、請求項１９に記載のシステム。
23. 前記マーキング液又は定着液のｐＨが４であり、且つ前記緩衝剤がβ−アラニン、４−アミノ酪酸、６−アミノカプロン酸、２−アミノテレフタル酸、Ｌ−アスパラギン酸、ジメチルアミノ安息香酸、及びメチル−アミノ安息香酸から成る群から選択される、請求項１９に記載のシステム。
24. 前記マーキング液又は定着液が、染料系インクである、請求項１９に記載のシステム。
25. 前記染料系インクが、顔料系インクと共に印刷される、請求項２４に記載のシステム。
26. 前記マーキング液又は定着液が、定着剤液である、請求項１９に記載のシステム。
27. 前記定着剤液が、顔料系インクと共に印刷される、請求項２６に記載のシステム。