JP2005226073A - インクジェット印刷用インク組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、高射出頻度時に安定であり且つ印刷媒体に付着した際に短い乾燥時間を示すインクジェット印刷用インク組成物を提供する。
【解決手段】
本発明のインク組成物は、約０．１〜５ｗｔ％の水溶性ポリウレタンと、約０．１〜１５ｗｔ％の炭素数５〜９の１，２−アルキルジオールと、約０．５〜６ｗｔ％の顔料とを含んで成る。本発明はまた、印刷媒体上に画像を印刷する方法も提供し、当該方法は、インクジェットプリンタを用いて本発明のインク組成物を印刷媒体に適用するステップを包含する。本発明はさらに、本発明のインク組成物を収容するインクジェットカートリッジを提供する。
【選択図】なし

Description

本発明は、概して、インクジェット印刷に用いるためのインク組成物に関する。

インクジェット印刷プロセスには、マイクロプロセッサで生成された電気信号に応答して、紙などの印刷媒体上にインクの微細滴を噴射する工程が含まれる。典型的には、インクジェットプリンタは、印刷媒体表面に対して移動する、キャリッジ上に搭載された一組のカートリッジを利用する。

各カートリッジは、インク滴がそれを通って射出されるところの、小ノズルを有するオリフィスプレートを備えた印刷ヘッドを具備している。これらのノズルに隣接して、射出に先立ちインクを収容するインクチャンバがある。インク滴の射出は、典型的に、熱又は圧電の何れかの方式で達成される。熱式（サーマル）インクジェット印刷では、各ノズルが抵抗体素子と組み合わされている。各抵抗体素子はまた、マイクロプロセッサに接続されており、その信号によって１つ以上の抵抗体素子が急速に加熱される。これによってインク蒸気の急速な膨張が生じ、関連するノズルを通してインク滴を印刷媒体上に押しやるのである。圧電式（ピエゾ）インクジェット印刷では、インク滴は、マイクロプロセッサで生成された電気信号により励起された圧電結晶の振動によって射出される。

インクジェット印刷に使用されるインク組成物には、典型的に、水、着色剤、界面活性剤、水混和性有機共溶媒が含まれる。用い得る着色剤には、染料又は顔料が含まれる。

インクが印刷媒体上に付着すると、印刷画像が乾くのに一定の時間を要する。乾燥は、一部は蒸発により、そして一部は印刷媒体中への吸収によって行われる。短い「乾燥時間」は、それによって表面のブリード（にじみ）及びスマッジ（擦り汚れ）の可能性が低減され、且つ全印刷時間が短縮されるので、印刷産業において一般的に好まれる。

画像の乾燥時間は、付着するインクの化学組成、並びに印刷媒体の物理的・化学的特性をはじめとする、多くの要因によって影響される。詳細には、インクが印刷媒体中に吸収される速度は、インクの表面張力と粘度によって影響される。低い表面張力と粘度を有するインクは、印刷媒体中により速く吸収される。界面活性剤は、インクの表面張力を低下させため、当該目的を達成するために、ほとんどのインク組成物に添加されている。しかしながら、インクの表面張力及び粘度を低下させることはまた、噴射速度、液滴の分離長さ、インクの滴重量及び流れ安定性に悪影響を及ぼす。これは、インクが高頻度で、即ち、高印刷速度で射出される場合に、特に当てはまる。例えば、低表面張力（例えば、約３０ｄｙｎｅｓ／ｃｍ以下）のインクは、高頻度時には、通常のインク滴重量を射出する能力を有していない（滴重量は、通常、約２０ｋＨｚを上回る頻度で射出する場合、５０％以上低下する）。結果として、乾燥時間が短いインクは、高射出頻度時に安定性を欠く傾向があり、一方、高射出頻度時に安定なインクは、長い乾燥時間を呈しがちである。これによって、現在、インクジェットプリンタの速度が制限されている。

従って、高射出頻度時に安定であり且つ印刷媒体に付着した際に短い乾燥時間を示すインク組成物が、当分野において望まれている。

本願発明は、インクジェット印刷用インク組成物を提供する。当該インク組成物は、約０．１ｗｔ％〜５ｗｔ％の水溶性ポリウレタンと、約０．１ｗｔ％〜１５ｗｔ％の炭素数５〜９の１，２−アルキルジオールと、約０．５ｗｔ％〜６ｗｔ％の顔料とを含んで成る。本発明はまた、印刷媒体上に画像を印刷する方法も提供し、それは、インクジェットプリンタによって本発明のインク組成物を媒体に適用するステップを包含する。本発明はさらに、本発明のインク組成物を収容するインクジェットカートリッジも提供する。

本発明によれば、高射出頻度時に安定であり且つ印刷媒体に付着した際に短い乾燥時間を示すインク組成物を提供することができる。

以下、本発明のインク組成物の特定の好ましい実施形態に関して、本発明を説明する。一般に、当該インク組成物は、重量で０．１〜５％（全てのパーセントは、別途指示しない限り、全重量に基づく重量による）の、好ましくは０．５〜３％の１つ以上の水溶性ポリウレタンと、０．１〜１５％の、好ましくは１〜８％の１つ以上の１，２−アルキルジオールと、０．５〜６％の、好ましくは２〜４％の１つ以上の顔料とを含んで成る。インク組成物の残余は、ほとんど水であるか又は水と１つ以上の水混和性有機共溶媒の混合物である。加えて、微生物の成長を阻害する殺生物剤、重金属不純物の悪影響を排除するキレート化剤、緩衝剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤及び流動性修正剤などの他の成分も任意に添加して、インク組成物の種々の特性を改善することもできる。特定の実施形態では、本発明のインク組成物は、慣習的にインク組成物に添加されるところの界面活性剤、例えば、アニオン及び／又は非イオン界面活性剤が含まれなくてもよい。限定はしないが、本発明者は、本発明のインクが高射出頻度時に安定であり且つ印刷媒体上に付着した際に短い乾燥時間を示すことを見出している。

ポリウレタン
当該インク組成物は、０．１〜５％の、好ましくは、０．５〜３％の水溶性ポリウレタンを含有する。特定の実施形態では、当該インク組成物は、２つ以上の異なるポリウレタン、例えば、２、３、４又は５つの異なるポリウレタンを含むことができる。本明細書で用いるとき、用語「水溶性ポリウレタン」とは、下式（Ｉ）を有する全ての水溶性ポリマーを包含する。

Ｒ^１’−（ｘ−Ｒ^１）_ｎ−Ｘ−Ｒ^１’ （Ｉ）

式中、ｎ≧１であり、各Ｘは、式−ＮＨＣ（Ｏ）Ｏ−又は−Ｏ（Ｏ）ＣＮＨ−を有するウレタン基であり、Ｒ^１及びＲ^１’は、それぞれ、多価及び一価の有機基であり、そしてＲ^１又はＲ^１’基は、同じものでも、異なるものでもよい。式（Ｉ）に示していないが、３以上の原子価を有する１つ以上のＲ^１基を含む分枝ポリウレタンにとっては、さらにＲ^１’基が必要となろう。好ましい実施形態では、各Ｒ^１基は二価であり且つポリウレタンは未分枝である。各Ｒ^１及びＲ^１’基は、単量体及び高分子の脂肪族及び芳香族基から成る群から独立に選択される。各Ｒ^１及びＲ^１’基は、任意に、ハロゲン（例えば、フッ素）と置換させるとができ、且つ任意に、１つ以上のヘテロ原子を含むことができ、当該へテロ原子は、例えば、二価酸素、カルボニル酸素、三価窒素、又は二価硫黄として、配置される。

好ましい実施形態では、あるＲ^１及び／又はＲ^１’は、当該ポリマー骨格から１つ以上のイオン性基ペンダント（例えば、ポリマーの水溶性を高める１つ以上のイオン基）を含むことができる。適切なイオン基には、カルボキシレート基（−ＣＯＯＭ、ここで、Ｍは、金属イオン（例えば、Ｎａ^＋、Ｋ^＋、Ｌｉ^＋等）、Ｈ^＋、ＮＨ_４ ^＋等のような一価陽イオンである）、ホスフェート基（−ＯＰＯ_３Ｍ_２）、ホスホネート基（−ＰＯ_３Ｍ_２）、スルホネート基（−ＳＯ_３Ｍ）、第四級アンモニウム基（−ＮＨ_３Ｙ、ここで、ＹはＣｌ⁻又はＯＨ⁻のような一価陰イオンである）、又は任意のその他の有効なイオン基が含まれる。

本発明の目的を達成するために、ポリウレタンポリマーは、もしそれが２５℃で少なくとも０．１％、好ましくは少なくとも５％、特に好ましくは少なくとも１０％の水溶解限界を有する場合に、「水溶性」であると言われる。これらの水溶解限界を満足するところの式（Ｉ）の任意のポリウレタンを、本発明のインク組成物に用い得ることを理解されたい。特定の好ましい実施形態では、インク組成物に含まれる水溶性のポリウレタン（単数又は複数）は、約１５，０００Ｄａ未満の、好ましくは約４，０００〜１０，０００Ｄａの、特に好ましくは４、０００〜７，０００Ｄａの重量平均分子量（ＭＷ）と、約３０〜７０の、好ましくは約４０〜６０の酸価（ＡＮ）を有する。

典型的な水溶性ポリウレタンは、参照することでその内容を本明細書に取り入れることとする米国特許第６，３７２，８７６号に記載の方法に従って調製することができる。詳細には、本明細書に開示するように、適切なポリウレタンは、以下の成分、
（ａ）１分子当り２つ以上の活性水素原子を含む、少なくとも１つの化合物、
（ｂ）酸又は塩の基を含有する少なくとも１つのジオール、
（ｃ）少なくとも１５℃のガラス転移温度と約１２〜１５０の、好ましくは３０〜９０の範囲の酸価を有する、少なくとも１つのジイソシアナート
から調製することができる。

成分（ａ）として使用し得る適切な化合物の例は、ジオール、ジアミン、ポリエステロール、ポリエーテロール及びそれらの混合物である。好ましいジオール及びポリエーテロールには、エチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ペンタエチレングリコール及びヘキサエチレングリコールが含まれる。適切なポリエステルジオールには、α−ヒドロキシカルボン酸から調製されたもの及びポリウレタンの調製に典型的に使用されるものが含まれ、詳細には、フタル酸とジエチレングリコールとの反応生成物、イソフタル酸と１，４−ブタンジオールとの反応生成物、イソフタル酸と１，６−ヘキサンジオールとの反応生成物、アジピン酸と１，６−ヘキサンジオールとの反応生成物、又はアジピン酸とエチレングリコールとの反応生成物が含まれる。適切なジアミンには、例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、１，４−ジアミノブタン、１，６−ジアミノヘキサン、及びポリアルキレンオキサイドのアンモニアによるアミノ化によって調製可能なα、ω−ジアミンがある。

成分（ｂ）には、一般に、酸又は塩の基を含む１つ以上のジオールが含まれる。特定の好ましい実施形態では、１つ以上のジオールは、２つの酸と塩の基を含むことができる。米国特許第６，３７２，８７６号において教示されているように、ジメチロールプロパン酸、又は以下の式（ＩＩ）あるいは（ＩＩＩ）の化合物が、特に興味深いものである。

式中、Ｒ^２及びＲ^２’は、個々独立して、Ｃ_２−１８アルキレン基、好ましくはＣ_２−８アルキレン基であり、そしてＲ^３は、Ｎａ又はＫである。

成分（ｃ）は、概して、上で定義されたようなものであり、詳細には、ヘキサメチレンジイソシアナート、イソホロンジイソシアナート、及び／又はトルイレンジイソシアナートである。

典型的な水溶性ポリウレタンはまた、参照することでその内容を本明細書に取り入れることとする米国特許第５，６２６，８４０号に記載の方法に従って調製することもできる。詳細には、適切なポリウレタンは、上述の成分（ａ）と（ｃ）、及び下式（ＩＶ）の２，２−ヒドロキシメチル置換カルボン酸として定義されている成分（ｂ）から調製することができる。

式中、Ｒ^４は、水素原子又はＣ_１−２０アルキル基である。成分（ａ）及び（ｃ）に用い得る典型的な化合物は、概して、米国特許第６，３７２，８７６号に関して上述したようなものである。成分（ｂ）に含め得る典型的な化合物には、２，２−ジ−（ヒドロキシメチル）酢酸、２，２−ジ−（ヒドロキシメチル）プロピオン酸、２，２−ジ−（ヒドロキシメチル）酪酸、２，２−ジ−（ヒドロキシメチル）ペンタン酸等をが含まれる。好ましい酸は、２，２−ジ−（ヒドロキシメチル）プロピオン酸である。

一般に、ポリウレタンは、不活性雰囲気下、不活性溶媒中で、当分野で周知のウレタン反応触媒の存在下又は非存在下で、成分（ａ）及び（ｂ）の化合物を成分（ｃ）の化合物と反応させることによって得られる。当該反応は、典型的に、７０〜１３０℃の範囲の温度で達成される。重合反応は、当該ポリマーの最終分子量を制御できるように、連鎖剤及び失活剤の存在下で実施することができる。失活剤は、典型的に、単官能活性水素を含有している化合物（例えば、アミン又はエタノールのようなアルコール）である。ポリウレタンの調製おいて慣習化されているように、成分［（ａ）＋（ｂ）］：（ｃ）は、約０．７：１．０〜１．３：１．０の、好ましくは約０．８：１．０〜１．２：１．０の、特に好ましくは約０．９：１．０〜１．１：１．０のモル比で有利に使用される。得られるポリウレタンの酸価は、成分（ａ）及び（ｂ）の混合物における成分（ｂ）の化合物の組成並びに濃度によって決まる。使用し得る通常の重合技術のその他の詳細に関しては、Ｄ．Ｄｉｅｔｒｉｃｈによる、Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏａｔｉｎｇｓ，９：２８１−３４０（１９８１），“Ａｑｕｅｏｕｓ Ｅｍｕｌｓｉｏｎｓ，Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｓ ａｎｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｓ：Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｉ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ”、及びＪ．Ｗ．ＲｏｓｔｈａｕｓｅｒとＫ．Ｎａｃｈｔｋａｍｐによる、Ａｄｖ．Ｕｒｅｔｈａｎｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｐ．１２１（１９８７），“Ｗａｔｅｒｂｏｒｎｅ Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｓ”において言及されている。

本発明のインク組成物が、その他の方法で調製された水溶性ポリウレタンも含むことができることを理解されたい。また、適切なポリウレタンポリマーは市販されていることも分かろう。詳細には、商標ＬＵＶＩＳＥＴ（登録商標）ＰＵＲを付してバスフ社によって販売されているポリウレタン、又は商標ＮＢＺ３５７０／６０を付してアビシア社から販売されているポリウレタンを使用することができる。

一般に、酸基を含むポリウレタンは、１つ以上の塩基によって、インク組成物内において部分的に又は完全に中和されることになる。ある実施形態では、インク組成物を、８〜１０の、好ましくは８．５〜９．５の範囲のｐＨへと滴定することによって、ポリウレタンを中和することができる。その範囲内にｐＨを調節し得る任意の塩基又は塩基性緩衝剤を使用することができる。例えば、ポリウレタンの中和に使用し得る塩基には、水酸化ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム又は炭酸水素カリウムなどの、アルカリ金属の塩基、並びに水酸化カルシウム、酸化カルシウム、水酸化マグネシウム又は炭酸マグネシウムなどの、アルカリ土類金属の塩基、並びにアンモニアやアミンが含まれる。ある実施形態では、２−アミノ−２−メチルプロパノール、ジエチルアミノプロピルアミン又はトリイソプロパノールアミンなどの有機性の塩基を用いて中和を実施することができる。酸基を含むポリウレタンの中和は、２つ以上の塩基の混合物、例えば、水酸化ナトリウム溶液とトリイソプロパノールアミンの混合物、を用いて実施することもできる。適切な塩基性緩衝剤には、ＴＲＩＺＭＡ（登録商標）、ＴＲＩＣＩＮＥ（登録商標）、２−アミノ−２−メチル−１，３−プロパンジオール（ＡＭＰＤ）、３−（［１，１−ジメチル−２−ヒドロキシエチル］アミノ）−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳＯ）、２−（シクロヘキシルアミノ）エタンスルホン酸（ＣＨＥＳ）等があり、これらは全て、シグマ−アルドリッチ社から入手可能である。

１，２−アルキルジオール
インク組成物は、炭素数５〜９の、好ましくは炭素数５〜７の、特に好ましくは炭素数５〜６の１，２−アルキルジオールを、０．１〜１５％、好ましくは１〜８％含む。１，２−ヘキサンジオール、１．２−ペンタンジオール及びそれらの混合物は、本発明のインク組成物に好ましく使用できる１，２−アルキルジオールであり、１，２−ヘキサンジオールが特に好ましい。

顔料
当該インク組成物は、０．５〜６％の、好ましくは２〜４％の顔料を含む。ある実施形態では、当該インク組成物は、２つ以上の顔料の混合物、例えば２、３又は４つの異なる顔料を含むことができる。

本明細書で用いるとき、用語「顔料」とは、インク組成物に不溶性である着色剤を意味する。当該顔料には、ブラック又はカラーのものを用いることができる。インク組成物を調製するために、広範な有機及び無機顔料を、単独で又は組合せて選択することができる。顔料粒子は、インクジェット印刷装置中で、特に、通常、１０ミクロン〜５０ミクロンの範囲の直径を有する射出ノズルにおいて、インクの自由な流れを可能にし得るほど十分小さくなければならない。限定はしないが、顔料粒子の寸法は、好ましくは、約０．００５〜５ミクロン、より好ましくは約０．０１〜０．３ミクロン、そして最も好ましくは約０．０３〜０．１６ミクロンの範囲にあるべきである。

特定の好ましい実施形態では、顔料又は顔料群は、自己分散性である。そのような顔料には、インクジェット印刷用として既知の、全ての、化学修飾された水分散性顔料が含まれる。自己分散性顔料は、典型的に、少なくとも１つの芳香族基（例えば、限定はしないが、フェニル又はナフチル）、又はＣ_１−Ｃ_１２アルキル基と少なくとも１つのイオン性基を含んで成る１つ以上の有機分子を共有結合させることにより調製される。芳香族基は、任意に、置換することができる（例えば、１つ以上のＣ_１−Ｃ_６アルキル基で）。当該イオン基には、陰イオン又は陽イオンを用いることができる。典型的なイオン基には、スルホン酸、スルフィン酸、ホスホン酸、カルボン酸、アンモニウム、第四級アンモニウム、及びホスホニウムの基が含まれる。これが、非限定的なリストであることは当業者であれば分かるであろう。

選択するイオン基に応じて、修飾顔料は、性質上、陰イオン性又は陽イオン性となる。陰イオン基で修飾された顔料は、通常、ナトリウム又はカリウムの陽イオンと結合し、一方、陽イオン基で修飾された顔料は、通常、塩化物又は硫酸塩の陰イオンと結合する。修飾ブラック顔料及びこれらを製造する方法の説明に関しては、米国特許第５，７０７，４３２号、第５，６３０，８６８号、第５，５７１，３１１号及び第５，５５４，７３９号において言及されている。修飾カラー顔料及びこれらを製造する方法の説明に関しては、米国特許第６，５０６，２４５号、第６，４９４，９４３号、第６，３９８，８５８号、第５，９２２，１１８号及び第５，８３７，０４５号において言及されている。

他の幾つかの実施形態では、未修飾顔料は、分散剤の支援によってインク組成物中に分散される。当該分散剤は、陰イオン性、陽イオン性又は非イオン性とし得る。イオン性分散剤は、イオン性及び疎水性の両部分から構成される。適切な陰イオン性分散剤には、限定はしないが、スチレンスルホン酸塩のポリマー及びコポリマー、ナフタレンスルホン酸塩、未置換及び置換（例えば、アルキル、アルコキシ、等）ナフタレンスルホン酸塩及びアルデヒド誘導体（例えば、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピルアルデヒド等をはじめとするアルキルアルデヒド誘導体）のコポリマー、アクリル酸塩、メタクリル酸塩、又はマレイン酸塩を含むポリマー及びコポリマー（例えば、スチレン−アクリル酸コポリマー、スチレン−アクリル酸−アルキルアクリル酸コポリマー、スチレン−マレイン酸−アクリル酸コポリマー）が含まれる。有用な陽イオン性分散剤は、一般的に、置換又は未置換アンモニウム塩には、例えばＮ，Ｎ−ジメチルアミノエチルメタクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルアクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルメタクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルメタクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルエチルメタクリルアミノアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、及びＮ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルメタクリルアミドのコポリマーが含まれる。非イオン性分散剤は、親水性及び疎水性の両部分を含んで成る。適切な非イオン性分散剤には、限定はしないが、エトキシル化モノアルキル又はジアルキルフェノールが含まれる。非イオン性分散剤は、単独で又は前述のイオン分散剤と組み合わせて使用できる。顔料に対して通常使用される分散剤のより完全な説明に関しては、米国特許第６，５００，８７５号を参照されたい。

適切な様々な顔料が市販されている。限定はしないが、これらには、カボット社からのＭＯＮＡＲＣＨ（登録商標）及びＣＡＢ−Ｏ−ＪＥＴ（登録商標）シリーズ、コロンビアン社からのＲＡＶＥＮ（登録商標）シリーズ、デグッサ社からのＰＲＩＮＴＥＸ（登録商標）シリーズ、バスフ社からのＰＡＬＩＯＧＥＮ（登録商標）及びＨＥＬＩＯＧＥＮ（登録商標）シリーズ、チバスペシャリティケミカルズ社からのＣＨＲＯＭＯＰＨＴＡＬ（登録商標）及びＭＯＮＡＳＴＲＡＬ（登録商標）シリーズ、Ｅ．Ｉ．デュポン社からのＴＩ−ＰＵＲＥ（登録商標）シリーズ、及びクラリアント社からのＮＯＶＯＰＥＲＭ（登録商標）、ＨＡＮＳＡ（登録商標）及びＨＯＳＴＡＰＥＲＭ（登録商標）シリーズがある。

水混和性有機共溶媒
インク組成物は、約０〜３０％の、より好ましくは約０．５〜２０％の、最も好ましくは約１．５〜１５％の、水混和性有機共溶媒又は混和性有機共溶媒の混合物を含む。選択し得る代表的な水混和性有機共溶媒は、参照することでその内容を本明細書に取り入れることとする米国特許第５，０８５，６９８号に開示されている。

好ましい一実施形態では、当該有機共溶媒は、以下の式（Ｖ）を有する２−ピロリドン誘導体、及び式（ＶＩ）を有するイミダゾリジノン誘導体から選択される。

式中、Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８、Ｒ^９、Ｒ^１０、Ｒ^１１及びＲ^１２は、個々独立して、水素及びＣ_１−Ｃ_６脂肪族基から成る群から選択される。Ｃ_１−Ｃ_６脂肪族基には、飽和又は未飽和の、直鎖、分枝又は環状のものを用いることができる。ある実施形態では、Ｃ_１−Ｃ_６脂肪族基は、１つ以上のヒドロキシ基、例えば、１、２、３個以上のヒドロキシ基によって置換することができる。好ましくは、Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８、Ｒ^９、Ｒ^１０、Ｒ^１１及びＲ^１２は、個々独立して、水素及び（任意に、１〜２つのヒドロキシ基で置換された）Ｃ_１−Ｃ_３脂肪族基から成る群から選択される。さらに別の好ましい実施形態では、Ｒ^７、Ｒ^８、Ｒ^９、Ｒ^１０、Ｒ^１１及びＲ^１２は水素であり、Ｒ^５及びＲ^６はメチル基である。式（Ｖ）又は（ＶＩ）の好ましい誘導体は、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン及び１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンである。

別の好ましい実施形態では、当該有機共溶媒は、以下の式（ＶＩＩ）を有するヒダントイン誘導体から選択される。

式中、Ｒ^１３、Ｒ^１４、Ｒ^１５及びＲ^１６は、個々独立して、水素及びＣ_１−Ｃ_６脂肪族基から成る群から選択される。Ｃ_１−Ｃ_６脂肪族基には、飽和又は未飽和の、直鎖、分枝又は環状のものを用いることができる。ある実施形態では、Ｃ_１−Ｃ_６脂肪族基は、１つ以上のヒドロキシ基、例えば、１、２、３個以上のヒドロキシ基によって置換されていてよい。好ましくは、Ｒ^１３、Ｒ^１４、Ｒ^１５及びＲ^１６は、個々独立して、水素及び（任意に、１−２つのヒドロキシ基で置換された）Ｃ_１−Ｃ_３脂肪族基から成る群から選択される。一実施形態では、Ｒ^１３及びＲ^１４の少なくとも一方は、単一のヒドロキシ基、例えば、ヒドロキシエチル基で置換されたＣ_１−Ｃ_３アルキル基である。別の実施形態においては、Ｒ^１５及びＲ^１６の少なくとも一方は、未置換のＣ_１−Ｃ_３アルキル基、例えばメチル基である。式（ＶＩＩ）の好ましい誘導体は、ＤＡＮＴＯＣＯＬ（登録商標）ＤＨＥとしてロンザ社から入手できるジ−（２−ヒドロキシエチル）−５，５−ジメチルヒダントインである。

好ましい一実施形態では、インク組成物は、式（Ｖ）又は（ＶＩ）の２−ピロリドン又はイミダゾリジノン誘導体と、式（ＶＩＩ）のヒンダトイン誘導体との混合物、例えば２−ピロリドンとジ−（２−ヒドロキシエチル）−５，５−ジメチルヒダントインとの混合物を含有する。

添加剤
インク組成物の種々の特性を改善するために、特定の添加剤を、任意に含有させ得る。典型的な添加剤には、殺生物剤、キレート化剤、緩衝剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤及び流動修正剤が含まれる。

インクジェットインクに通常採用される、任意の殺生物剤を本発明の実施に当って、任意に用いることができ、これらには、限定はしないが、デグッサ社からのＮＵＯＳＥＰＴ（登録商標）９５、アビシア社からのＰＲＯＸＥＬ（登録商標）ＧＸＬ、及びＵＣＡＲＣＩＤＥ（登録商標）２５０としてダウケミカル社から販売のグルタルアルデヒドが含まれる。ＰＲＯＸＥＬ（登録商標）ＧＸＬは、好ましい殺生物剤である。本発明のインクは、任意に、約０〜１．５％の殺生物剤を含む。より好ましくは、当該インクは、約０．１〜０．５％の殺生物剤を含み、約０．１〜０．３％の濃度が最も好ましい。

本発明のインク組成物に任意に用いられる金属キレート化剤は、インク中に存在し得る遷移金属陽イオンを結合させるために使用される。好ましく用いられる金属キレート化剤の例には、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、ジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰＡ）、トランス−１，２−ジアミノシクロヘキサン四酢酸（ＣＤＴＡ）、（エチレンジオキシ）ジエチレンジニトリロ四酢酸（ＥＧＴＡ）、又は遷移金属陽イオンを結合できるその他のキレート化剤がある。より好ましくは、ＥＤＴＡ及びＤＴＰＡ、そして最も好ましくは、その二ナトリウム塩形態のＥＤＴＡが、本発明の実施に用いられる。本発明のインクは、任意に、約０〜１．５％の金属キレート化剤を含む。より好ましくは、当該インクは約０〜０．５％の金属キレート化剤を含み、約０〜０．３％の濃度が最も好ましい。

ｐＨを調製するために本発明の実施に際して任意に用いられる緩衝剤は、有機系の生物緩衝剤又は無機緩衝剤とし得、好ましくは有機系である。限定はしないが、採用される緩衝剤は、本発明の実施において約８〜１０の、好ましくは約８．５〜９．５の範囲のｐＨを設定できなければならない。この目的を達成するためには、任意の塩基性緩衝剤を用いることができる。好ましく用いられる塩基性緩衝剤の例には、ＴＲＩＺＭＡ（登録商標）、ＴＲＩＣＩＮＥ（登録商標）、２−アミノ−２−メチル−１，３−プロパンジオール（ＡＭＰＤ）、３−（［１，１−ジメチル−２−ヒドロキシエチル］アミノ−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳＯ）、２−（シクロヘキシルアミノ）エタンスルホン酸（ＣＨＥＳ）等があり、その全ては、シグマ−アルドリッチ社から入手可能である。本発明のインクは、任意に、約０〜１．５％の緩衝剤を含む。より好ましくは、当該インクは約０〜０．５％の緩衝剤を含み、約０〜０．３％の濃度が最も好ましい。

当該インクに添加し得る酸化防止剤及び紫外線吸収剤には、ＴＩＮＵＶＩＮ（登録商標）シリーズ、ＩＲＧＡＣＯＲ（登録商標）シリーズ及びＩＲＧＡＮＯＸ（登録商標）シリーズの系列（全てチバスペシャルティケミカルズ社から入手し得る）と、ランタニド酸化物が含まれる。

インク組成物の調製
次に、本発明のインク組成物を調製する方法について、好ましい特定の実施形態に特に関連して本発明を説明する。一般に、インク組成物は、選択した水溶性ポリウレタン（単数又は複数）、１，２−アルキルジオール（単数又は複数）及び顔料（単数又は複数）を、水中又は水と１つ以上の水混和性有機共溶媒の混合物中で混合して調製される。非自己分散性顔料を用いる場合、当分野で周知のように、その混合物に顔料分散剤を添加することができる。非自己分散性顔料を使用する際、任意の解膠（Ｄｅｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｎｇ）法を利用することができる。例えば、解膠処理は、小型水平摩砕機、ボール摩砕機、粉砕機において、又はその混合物を少なくとも１０００ｐｓｉの液体圧力で液体噴射相互作用チャンバー内の複数のノズル中を通過させて顔料粒子の均一な分散物を作り出すことによって達成し得る。通常の目的のため、殺生物剤、キレート化剤、緩衝剤、酸化防止剤、紫外線吸収体及び流動修正剤のような、その他の添加剤をインクに添加することもできる。

一般に、インク組成物は、濃縮状態で製造し、それを後でインクジェット印刷システムに使えるよう適切な濃度に希釈するのが好ましい。この技術によって、装置から比較的多量のインクを製造することが可能となる。希釈によって、インクは、特殊な用途に使えるよう所望の粘度、色、色相及び飽和密度に調節される。

背景の項で記載したように、噴射速度、液滴の分離長さ、液滴の寸法及び流れの安定性は、インクの粘度と表面張力によって大きく影響される。このことは、インクが高頻度で射出されるときは、特に当てはまることである。インクの乾燥時間もまた、インクの粘度と表面張力によって影響される。以下の実施例において説明するように、限定はしないが、本発明のインクは、高射出頻度時にも著しく安定である。加えて、当該インクは極めて短い乾燥時間を示す。一般に、本発明のインク組成物は、２５℃で約１．５〜６ｃｐｓの範囲の、より好ましくは約２〜３．４ｃｐｓの範囲の、粘度を有するはずである。２５℃での許容表面張力は、約１８〜４５ｄｙｎｅｓ／ｃｍの範囲に、より好ましくは約２１〜３７ｄｙｎｅｓ／ｃｍの範囲にある。

単なる例示目的で、下表に記載のインク組成物に関して、物理的特性及び試験性能を調査した（全てのパーセントは、別途指示しない限り、インクの全重量に基づく重量パーセントである）。

インクの調製
先ず、表に記載の顔料以外の成分全てを混合してインクビヒクルを調製した。１０−１５％の水性顔料分散物を別の容器で調製した。その後、所望の顔料濃度が得られるように、そのビヒクルを、撹拌しながら顔料分散物中に滴下添加した。最後に、少量の水酸化カリウムを添加すして、約８．５〜９．５の範囲内に入るようにｐＨを調節した。

物理的特性
標準の手順によって、インク組成物の粘度及び表面張力を測定した。その結果を表に示す。インクの表面張力は、界面活性剤を除去した場合、ほぼ７０％だけ上昇した（インクＡと、インクＣ、Ｄ及びＥとの比較より）。また、注釈のうち、スチレン−アクリルポリマー（ＡＮ １０５、ＭＷ ４６００）を、より低い酸価のポリウレタンポリマー（ＡＮ ５５、ＭＷ６０００）で置き換えることにより、インクの粘度が約１５％だけ降下した（インクＤとＥとの比較より）。

試験結果
各インク組成物に対して一連の標準試験を実施して、それらの乾燥時間及び種々の射出頻度での性能を調査した。その結果を表に示す。乾燥時間は、所定のパターンをボンド紙（ハマーミル社から入手のＣＯＰＹＰＬＵＳ（登録商標））の上に印刷し、次いで、猶予時間をおいてワイパーで拭って測定した。テストは、猶予時間を延ばしながら行い、インクがワイパーで移動されなくなるまで続けた。射出性能は、射出頻度を高めて平均液滴重量を測定することで決定した。定常状態頻度は、それ以上で液滴重量が減少し始める射出周頻度の尺度である。

注釈のうち、定常状態頻度は、インクの表面張力を高めたときに３倍増加したが（インクＡとＥとの比較より）、表面張力の増加によって乾燥時間も増加した。乾燥時間は、１，２−アルキルジオールの濃度を高めることで低下したが、この変化はまた、定常状態頻度を約２０％だけ低下させた（インクＣとＥとの比較より）。短い乾燥時間と高い定常状態頻度の最適の組合せは、１，２−アルキルジオールの濃度を維持しながら水溶性ポリウレタン成分の濃度を高めることにより得られた（インクＤとＥとの比較より）。

本明細書に開示する本発明の明細書を検討又は実践することにより、本発明のその他の実施形態が当業者に明らかとなろう。例えば、本発明のインクは、印刷媒体上に単独で又は定着剤調合物と組み合わせて印刷し得ることは理解されよう。例えば、当分野で周知のように、酸又は多価塩を含む定着剤調合物に対して、当該インクを下刷り又は上刷りすることができる。さらに、普通紙又はコート紙上に本発明のインクを印刷し得ることは理解されよう。本明細書並びに実施例は、単なる例示と解されるべきであり、本発明の真の範囲は、添付の特許請求の範囲によってもたらされる。

Claims (11)

1. 約０．１〜５ｗｔ％の、好ましくは約０．５〜３ｗｔ％の水溶性ポリウレタンと、
   約０．１〜１５ｗｔ％の、好ましくは約１〜８ｗｔ％の炭素数５〜９の１，２−アルキルジオールと、
   約０．５〜６ｗｔ％の、好ましくは約２〜４ｗｔ％の顔料と、
   を含む、インク組成物。
2. 前記水溶性ポリウレタンの水溶解限界が２５℃において約５％より高く、任意に、前記水溶性ポリウレタンの重量平均分子量が、約１５，０００Ｄａ未満、好ましくは約４，０００〜１０，０００Ｄａであり、任意に、前記水溶性ポリウレタンの酸価が、約３０〜７０の、好ましくは約４０〜６０である、請求項１に記載のインク組成物。
3. 前記１，２−アルキルジオールが、１，２−ペンタンジオール又は１，２−ヘキサンジオールである、請求項１に記載のインク組成物。
4. さらに、水混和性有機共溶媒又は水混和性有機共溶媒混合物を、任意に、約０．５〜２０ｗｔ％の、好ましくは約１．５〜１５ｗｔ％の濃度にて含有する、請求項１に記載のインク組成物。
5. 前記水混和性有機共溶媒が、下式（Ｖ）の２−ピロリドン誘導体、下式（ＶＩ）のイミダゾリジノン誘導体、又は下式（ＶＩＩ）のヒダントイン誘導体
   

   

   〔式中、Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７、Ｒ^８、Ｒ^９、Ｒ^１０、Ｒ^１１、Ｒ^１２、Ｒ^１３、Ｒ^１４、Ｒ^１５、及びＲ^１６は、個々独立して、水素及びＣ_１−Ｃ_６脂肪族基から成る群から選択され、前記Ｃ_１−Ｃ_６脂肪族基はどれも、１つ以上のヒドロキシ基で任意に置換されている〕である、請求項４に記載のインク組成物。
6. 前記水混和性有機共溶媒混合物が、２−ピロリドンとジ−（２−ヒドロキシエチル）−５，５−ジメチルヒダントインとの混合物を含む、請求項４に記載のインク組成物。
7. 約１．５〜６ｃｐｓの、より好ましくは約２〜３．４ｃｐｓの範囲の粘度と、約１８〜４５ｄｙｎｅｓ／ｃｍの、より好ましくは約２１〜３７ｄｙｎｅｓ／ｃｍの範囲の表面張力とを有する、請求項１に記載のインク組成物。
8. 約８〜１０の、好ましくは約８．５〜９．５の範囲のｐＨを有する、請求項１に記載のインク組成物。
9. 前記インク組成物中に界面活性剤が存在しないことを条件とする、請求項１に記載のインク組成物。
10. 印刷媒体上に画像を印刷する方法であって、
    請求項１記載のインク組成物を、インクジェットプリンタを用いて前記印刷媒体に適用するステップを包含し、前記印刷媒体が普通紙又はコーテッド紙である、方法。
11. 請求項１記載のインク組成物を収容しているインクジェットプリンタカートリッジ。