JP2006096954A

JP2006096954A - インクジェット記録用インク

Info

Publication number: JP2006096954A
Application number: JP2004287692A
Authority: JP
Inventors: Katsuko Aoki; 木克子青
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-13
Also published as: US20060075926A1; DE602005001308T2; ATE364068T1; EP1642942A1; DE602005001308D1; US7431761B2; EP1642942B1

Abstract

【課題】印字品質をより改善しながら、インクの吐出安定性に優れ、ヘッド等の部材への浸食も少ないとの効果が得られ、さらに極微量液滴の高速印字など、近時の高度な印字条件にも対応できるインク組成物の提供。
【解決手段】アセチレングリコールと、エチレンオキシドおよび／またはプロピレンオキシドのアルコール付加物と、ピロリドンまたはその誘導体を特定組成で含むインク組成物によりインクジェット記録を行う。
【選択図】なし

Description

発明の分野

本発明は、アセチレングリコールと、エチレンオキシドおよび／またはプロピレンオキシドのアルコール付加物と、ピロリドンまたはその誘導体とを特定組成で含んでなる、インクジェット記録に好ましく用いられるインク組成物に関する。

インクジェット記録方式は、小滴としてインクを記録媒体に向け吐出し、飛翔を制御して記録媒体上の目的の位置に付着させることで記録を行うものである。この方法は、高精細な画像を高速で静粛に記録することができ、多色のインクを用いることでカラー記録が容易に行える等の利点を有するため、広く記録手段として用いられている。近年、特に高精細な画像記録の形成のために、インクジェット記録で用いられるインク小滴の量は約１０ｐＬのような極微量となっており、インクを吐出する記録ヘッドのインク吐出孔（ノズル）は、極微細に形成されている。

良好な印字品質を確保するため、インクジェット記録用インクには、浸透効果をもたらす界面活性剤が添加される。界面活性剤としては、良好な記録品質と記録媒体への高い浸透効果をもたらすノニオン系界面活性剤が選択されることが多い。特にアセチレングリコールは、極めて浸透効果が高く、少量の添加でも優れた記録品質をもたらすとされている（例えば、特開昭６３−１３９９６４号公報（特許文献１）、特開平４−２３９０６８号公報（特許文献２））。

このアセチレングリコールは、疎水性が強く浸透効果を得ることができるが、逆に水に対する溶解性が低いため、インク吐出孔への目詰まり、吐出安定性に注意が必要となる場合がある。水溶解性が低いアセチレングリコールをインクに溶解させるために、浸透性は劣るが溶解性の高い界面活性剤または有機溶剤を、インクに併せて添加する方法が提案されている（例えば、特開２００２−３０９１３０号公報（特許文献３））。

しかしながら、疎水性の強いアセチレングリコールを多量に水性インクに添加するために、他の界面活性剤または有機溶剤を溶解助剤として用いると、界面活性剤または有機溶剤の多量の添加により水性インクの表面張力が著しく低下してしまう、さらには界面活性剤または有機溶剤が多量に添加されるとノズルに対する侵食性が高まることがある。インクの表面張力が著しく低下すると、インク滴の凝集力が弱まるため、インク滴の飛翔形態が不安定になる傾向が生じる。高精細な記録形成のため、１滴のインク量が少なくなると、インク吐出に必要な吐出エネルギーも小さくなり、飛翔形態が不安定になるため、さらに記録品質の低下が引き起こされる恐れが生じる。また、ノズルに対する侵食性が高まることは、極微細に形成されているノズル部材が侵食により変形等を起しやすくなり、極めて望ましくない。

本発明者は先に、後記する式（Ｉ）で表される化合物と、式（II）で表される化合物とを含んでなるインク組成物を提案している（特願２００３−１１４３５７号）。このインクによれば、高い印字品質を確保しながら、インクの吐出安定性に優れ、ヘッド等の部材への浸食も少ないとの効果が得られた。しかし、この先願明細書には、本発明における後記する式（Ｉ）で表される化合物と、式（II）で表される化合物と、ピロリドンまたはその誘導体との重量比は、実施例を含めて開示されていない。
特開昭６３−１３９９６４号公報特開平４−２３９０６８号公報特開２００２−３０９１３０号公報

発明の概要

本発明者は、今般、アセチレングリコールと、エチレンオキシドおよび／またはプロピレンオキシドのアルコール付加物と、ピロリドンまたはその誘導体を特定組成で含むインク組成物によれば、印字品質をより改善しながら、インクの吐出安定性に優れ、ヘッド等の部材への浸食も少ないとの効果が得られ、さらに極微量液滴の高速印字など、近時の高度な印字条件にも対応できる、との知見を得た。本発明はかかる知見に基づくものである。

よって、本発明は、印字品質をより改善しながら、インクの吐出安定性に優れ、ヘッド等の部材への浸食も少ないとの効果が得られ、さらに極微量液滴の高速印字など、近時の高度な印字条件にも対応できるインク組成物の提供をその目的としている。

そして、本発明によるインク組成物は、着色剤と、下記の式（Ｉ）：

で表される化合物と、下記の式（ＩＩ）：

（式中、
Ｒは炭素数１〜２０の直鎖のアルキル基を表し、
ｍは６〜１８の整数を表し、
ｎは０〜５の整数を表す）
で表される化合物と、ピロリドンまたはその誘導体と、水とを少なくとも含んでなり、
前記式（Ｉ）で表される化合物と、前記式（ＩＩ）で表される化合物と、前記ピロリドンまたはその誘導体とを重量比１：０．３−０．７：４０−８０の範囲で含んでなることを特徴とするものである。

発明の具体的説明

本発明によるインク組成物は、着色剤と、上記式（Ｉ）で表される化合物と、式（II）で表される化合物と、ピロリドンまたはその誘導体と、水とを少なくとも含んで構成される。そして、式（Ｉ）で表される化合物と、式（ＩＩ）で表される化合物と、ピロリドンまたはその誘導体とを、重量比で１：０．３−０．７：４０−８０の範囲で含んでなることを特徴とする。より好ましくは、重量比で１：０．４−０．７：５５−７５の範囲である。

上記したように、本発明者は、先願特願２００３−１１４３５７号明細書に、式（Ｉ）で表される化合物と、式（II）で表される化合物とを含んでなるインク組成物を提案し、かつその明細書に実施例１および２として、式（Ｉ）および式（II）の化合物に加え、ピロリドンを添加したインク組成物を記載している。しかしながら、これら実施例のインク組成物は、上記した式（Ｉ）および式（II）の化合物およびピロリドンまたはその誘導体の重量比の範囲に含まれないものである。この先願明細書に記載のインク組成物によれば、高い印字品質を確保しながら、インクの吐出安定性に優れ、ヘッド等の部材への浸食も少ないとの効果が得られる。本発明は、式（Ｉ）および式（II）の化合物およびピロリドンまたはその誘導体の重量比を上記範囲に置くことで、これら先願明細書に記載のインク組成物の効果を維持しあるいはより向上させ、さらに極微量液滴の高速印字など、近時の高度な印字条件にも対応できる点で有利なインク組成物である。とりわけ、少ない１滴のインク量にあっても、飛翔形態が安定する。インクジェット記録方法にあっては、インク滴には吐出時、ノズル前方へ押し出される力と、ヘッドの移動方向へ向かう力が働くため、記録媒体表面に到達するときには、インク滴の前の部分と後ろの部分とでは、後ろの部分がヘッドの移動方法へずれて到達する。吐出されたインク滴の形状は一般的には柱の様になるが、この柱は短いほどずれがなく、ドットの横方向と縦方向の比が小さくなり、ドットが真円に形成され、真円のドットは高品質の印刷を可能にする。本発明によるインク組成物によれば、インク滴が吐出されたとき、インク滴は短い液滴の柱を形成し、真円に近いドットを形成できるとの利点が得られる。また、高速印字のためにヘッドのアクチュエータに印加される周波数が高くなっても、それに追随して、良好な印字品質を保つとの利点も、本発明によるインク組成物は有する。

本発明において、式（Ｉ）の化合物は、いわゆるアセチレングリコールであり、例えば商品名サーフィノール１０４としてエアープロダクツ社から容易に入手可能である。

本発明において、式（Ｉ）の化合物の添加量は、０．０５〜１．０重量％の範囲にあることが好ましく、より好ましい下限は０．０７重量％程度であり、より好ましい上限は０．５重量％程度である。

本発明によるインク組成物が含む、上記式（ＩＩ）で表される化合物は、エチレンオキシドおよび／またはプロピレンオキシドのアルコール付加物である。式（II）において、Ｒは炭素数１〜２０の直鎖のアルキル基を表し、好ましくは炭素数５〜１５の直鎖のアルキル基である。また、ｍは６〜１８の整数を表す。またｎは０〜５の整数を表し、より好ましくは１〜４の整数を表す。

本発明において、式（II）の化合物の添加量は、０．０２〜０．７重量％の範囲にあることが好ましく、より好ましい下限は０．０３重量％程度であり、より好ましい上限は重量０．３５％程度である。

本発明によるインク組成物が含む、ピロリドンまたはその誘導体は、好ましくは２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドンである。ピロリドンまたはその誘導体を２．０〜５０．０重量％の範囲で含んでなることが好ましく、より好ましい下限は４．０重量％程度であり、より好ましい上限は重量３８．０％程度である。

本発明によるインク組成物の主溶媒は水であり、イオン交換水、蒸留水等の純水が好ましく用いられる。

また、本発明によるインク組成物が含む着色剤としては、水性インクに添加される界面活性剤と相互作用を起こさなければいずれの染料または顔料も利用可のである。例えば、直接染料、酸性染料、塩基性染料、反応性染料、分散染料および食用染料等の染料、有機顔料、無機顔料等が挙げられる。具体例としては、Ｃ．Ｉ．ダイレクトレッド２、４、９、２３、２６、３１、６２、７２、８４、９５、２２５、２３３、２４２、２４７、Ｃ．Ｉ．ダイレクトイエロー８、９、２７、３３、３９、５３、８６、９６、１００、１１０、１６１、１６３、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー１、１５、２５、６８、７６、８０、８６、８７、９０、１０６、１０９、１５８、１６８、１９４、１９９、２１１、２１８、２３６、２４８、２５２、２７０、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブラック１９、１５４、１６８、Ｃ．Ｉ．アシッドレッド３５、４２、５２、５７、８２、１１４、１２７、１４３、１５８、２６１、Ｃ．Ｉ．アシッドイエロー１７、２３、３９、４４、７６、２２７、Ｃ．Ｉ．アシッドブルー９、２５、４１、７２、７８、１０６、１２０、１３８、Ｃ．Ｉ．アシッドブラック７、２４、２９、４８等が挙げられる。また、ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋＳＰＬｉｑ．（バイエル社製）等の染料を水に溶解した染料溶液も用いることができる。

これら着色剤の添加量は、着色剤の種類、溶媒成分の種類、インク組成物に対し要求されている特性等を考慮して適宜決定されてよいが、インク全重量に対し０．２〜２０重量％程度が好ましく、より好ましくは０．５〜１０重量％程度である。

本発明によるインク組成物は、上記した成分に加えて、インクの吐出信頼性、保存安定性、前記着色剤の乾燥によるノズルでの目詰まり防止を目的とした湿潤剤、溶性有機溶媒を添加して構成されてよい。それらの具体例としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、分子量２０００以下のポリエチレングリコール等のグリコール類、グリセリンおよびそれらのモノエーテル類、モノエステル化物、トリエタノールアミン等の含窒素化合物、アセチレングリコール系界面活性剤等をインク中に添加し使用できる。本発明において、上記溶媒は、単独で添加されても、二種類以上を混合して添加されてもよく、その添加量は１〜５０重量％が一般的であり、好ましくは５〜３０重量％程度である。

さらに、必要に応じて、粘度調整剤、表面張力調整剤、ｐＨ調整剤、防カビ剤、防腐剤等を適宜添加することができる。

本発明によるインク組成物は、インクヘッド、インク流路等のインクと接触する部材への浸食性が弱いことを特徴する。その結果、プリンタの設計の自由度、つまり材質の選択の自由度が高くなり有利である。また、本発明によるインク組成物を収納するインク容器についても同様のことが言え、インク容器を形成するプラスチック等の部材、インクを保持するための多孔質フォーム等の保持材、インク容器からインクを取り出すための機構を成すバネ等の金属部品の設計の自由度が高くなる。上記プラスチックの具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等、多孔質フォームの具体例としてはポリウレタン、ポリエチレン等、金属の具体例としてはステンレス等が、好ましいものとして上げられる。

本発明によるインク組成物は、上記成分を分散、混合して製造することができる。本発明の好ましい態様によれば、本発明によるインク組成物は以下の製造法により好ましく製造される。すなわち、まず、式（I）で表される化合物を式（II）で表される化合物に溶解した溶液を用意し、この溶液に、他の成分すなわちピロリドンまたはその誘導体、水、着色剤を加え、さらに場合によって式（I）で表される化合物を多価アルコールに溶解した溶液を加えて混合することにより製造する。式（I）で表される化合物は、常温で固体であって、水への溶解性が低いため、そのまま水に溶解したのでは安定なインク組成物を調製できないおそれがある。よって、式（II）で表される化合物にまず溶解して、これと水を含む他の成分と混合することが好ましい。式（I）で表される化合物と式（II）で表される化合物は、重量比でほぼ１：１で混合して溶解させたときに最も安定する。従って、本発明の好ましい態様によれば、両者を１：１でまず混合して、これと水を含む他の成分と混合することが好ましい。さらに、上記の通り式（I）で表される化合物と式（II）で表される化合物とを１：１で混合したため、あるいは他の理由から式（I）で表される化合物の添加量が依然として不足するときには、式（I）で表される化合物更に後添加できる。すなわち、式（II）であらされる化合物は、ノズルを構成する材料によってはその材料への浸食性が強く添加量を制限することが好ましいことがある。そのような場合、式（II）で表される化合物の制限された添加量では、式（I）で表される化合物のインク組成物への十分な添加量を確保できないことがあり、この場合には式（I）で表される化合物を後添加してよい。本発明の好ましい態様によれば、この後添加の際、式（I）で表される化合物は多価アルコールに溶解し添加される。この多価アルコールとしては、低揮発性で粘度が比較的低い多価アルコール類、具体的にはプロピレングリコール、ジプロピレングリコール、分子量４００以下のポリエチレングリコール等が好ましいものとして挙げられる。

本発明を以下の実施例によって更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

以下の実施例において用いた溶液ＡおよびＢは、以下の成分を混合した組成を有するものである。

溶液Ａ
式（Ｉ）で表される化合物５０重量％
式（ＩＩ）で表される化合物５０重量％
（式（ＩＩ）において、ＲがＣ１０を表し、ｍが平均１２であり、ｎが平均２である化合物）
溶液Ｂ
式（Ｉ）で表される化合物５０重量％
プロピレングリコール５０重量％

例１
ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋＳＰＬｉｑ．２０．０重量％
グリセリン１１．０重量％
溶液Ａ０．１５重量％
溶液Ｂ０．１０重量％
２−ピロリドン８．０重量％
サーフィノール８２＊２．０重量％
防腐剤０．３重量％
イオン交換水５８．４５重量％
式（Ｉ）の化合物と式（ＩＩ）の化合物とピロリドンとの重量比
＝０．１１：０．０６：８．０＝１：０．５５：７３
＊：サーフィノール８２は、下記の構造式で表されるアセチレングリコール系界面活性剤であって、エアプロダクツ社製から入手可能。

例２
ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋＳＰＬｉｑ．２０．０重量％
グリセリン１３．５重量％
溶液Ａ０．１８重量％
溶液Ｂ０．０８重量％
Ｎ−メチル−２−ピロリドン６．０重量％
サーフィノール８２２．０重量％
防腐剤０．３重量％
イオン交換水５７．９４重量％
式（Ｉ）の化合物と式（ＩＩ）の化合物とピロリドンとの重量比
＝０．１１：０．０７：６．０＝１：０．６４：５５

例３
Ｃ．Ｉ．アシッドレッド５２４．５重量％
グリセリン１５．０重量％
溶液Ａ０．１４重量％
溶液Ｂ０．１６重量％
２−ピロリドン８．０重量％
サーフィノール８２２．２重量％
防腐剤０．３重量％
イオン交換水７０．２４重量％
式（Ｉ）の化合物と式（ＩＩ）の化合物とピロリドンとの重量比
＝０．１４：０．０６：８．０＝１：０．４３：５７

例４（比較例）
ＳｐｅｃｉａｌＢｌａｃｋＳＰＬｉｑ．２０．０重量％
グリセリン１０．０重量％
溶液Ａ０．１０重量％
溶液Ｂ０．３０重量％
２−ピロリドン１０．０重量％
サーフィノール８２１．６重量％
防腐剤０．３重量％
イオン交換水５７．７０重量％
式（Ｉ）の化合物と式（ＩＩ）の化合物とピロリドンとの重量比
＝０．１９：０．０４：１０．０＝１：０．２１：５３

例５（比較例）
Ｃ．Ｉ．アシッドレッド５２４．５重量％
グリセリン１３．０重量％
溶液Ａ０．１６重量％
溶液Ｂ０．１２重量％
２−ピロリドン１０．０重量％
サーフィノール８２２．２重量％
防腐剤０．３重量％
イオン交換水６９．７２重量％
式（Ｉ）の化合物と式（ＩＩ）の化合物とピロリドンとの重量比
＝０．１２：０．０６：１０．０＝１：０．５：８３

インク評価試験
上記の例１〜５のインク組成物の性能評価試験を下記の通り行った。

（１）インク滴柱の長さ
記録ヘッドのインク吐出面とインク吐出面から１．５ｍｍ前方までを同時に観察できる評価用のインク吐出手段を、ＴＭ−Ｊ２１００（セイコーエプソン株式会社製）用のインクジェット記録ヘッドおよびインク供給機構を用いて作製した。この評価用インク吐出手段によりインクを吐出させて、インク滴の先端がインク吐出面から１．５ｍｍ前方に到達した時のインク滴柱の長さを測定した。吐出条件は、インク滴２１ｎｇ、吐出速度７ｍ／ｓ、ヘッドの移動速度１ｍ／ｓとした。インク滴柱の長さを以下の基準で評価した。
評価Ａ：インク柱の長さが３００μｍ以下
評価Ｂ：インク柱の長さが３００μｍ超過

（２）インク液滴形状
上記（１）におけるインク滴柱の観察の際、インク滴柱の前方から５０％の長さの間にあるインクの体積を測定した。その値を以下の基準で評価した。
評価Ａ：６０％以上
評価Ｂ：６０％未満

（３）真円度
ＴＭ−Ｊ２１００を用いて、１ドットの状態が観察できる印字パターンで印字されたドットを観察した。吐出条件は（１）と同じであり、記録紙は王子レジ４５ｋｇ紙（王子製紙株式会社製）である。形成されたドットの最長部分の長さと、最長部分と９０度ずれた方向の長さの比を測定した。その値を以下の基準で評価した。
評価Ａ：２：１以下
評価Ｂ：２：１超過

（４）駆動周波数変化時の印字品質
ＴＭ−Ｊ２１００を用いて、インクの吐出におけるヘッドの駆動周波数を、１．０ｋＨｚ、２．０ｋＨｚ、３．０ｋＨｚ、および４．０ｋＨｚと変えて、印字を行った。その結果を以下の基準で評価した。吐出条件は（１）と同じであり、記録紙は王子レジ４５ｋｇ紙である。
評価Ａ：周波数を変えても、印字品質に違いはほとんど生じなかった。
評価Ｂ：１．０ｋＨｚと４．０ｋＨｚの場合に印字品質の相違が見られたが、２．０ｋＨｚと３．０ｋＨｚとの間には印字品質の相違は見られなかった。
評価Ｃ：周波数が変わると印字品質に違いが生じた。

以上の結果は、以下の表に示されるとおりであった。

Claims

着色剤と、下記の式（Ｉ）：

で表される化合物と、下記の式（ＩＩ）：

（式中、
Ｒは炭素数１〜２０の直鎖のアルキル基を表し、
ｍは６〜１８の整数を表し、
ｎは０〜５の整数を表す）
で表される化合物と、ピロリドンまたはその誘導体と、水とを少なくとも含んでなり、
前記式（Ｉ）で表される化合物と、前記式（ＩＩ）で表される化合物と、前記ピロリドンまたはその誘導体とを重量比１：０．３−０．７：４０−８０の範囲で含んでなることを特徴とする、インク組成物。
前記ピロリドンまたはその誘導体が、２−ピロリドンまたはＮ−メチル−２−ピロリドンである、請求項１に記載のインク組成物。
式（Ｉ）で表される化合物を０．０５〜１．０重量％の範囲で含んでなる、請求項１または２に記載のインク組成物。
式（II）で表される化合物を０．０２〜０．７重量％の範囲で含んでなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のインク組成物。
ピロリドンまたはその誘導体を２．０〜５０．０重量％の範囲で含んでなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載のインク組成物。
インクジェット記録方法に用いられる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のインク組成物。
請求項１〜６のいずれか一項に記載のインク組成物の液滴を吐出し、記録媒体に該液滴を付着させて印刷を行う、インクジェット記録方法。
請求項７に記載のインクジェット記録方法によって得られた記録物。
請求項１〜６のいずれか一項に記載のインク組成物の製造方法であって、
前記式（Ｉ）で表される化合物を前記式（ＩＩ）で表される化合物に溶解した溶液を用意し、
該溶液に、ピロリドンまたはその誘導体、水、着色剤を加えて混合し、さらに場合によって式（Ｉ）で表される化合物をさらに後添加し、混合することを含んでなる、方法。
前記式（Ｉ）で表される化合物を前記式（ＩＩ）で表される化合物に溶解した溶液が、前記式（Ｉ）で表される化合物と前記式（ＩＩ）で表される化合物とを重量比で１：１で含んでなるものである、請求項９に記載の方法。
前記式（Ｉ）で表される化合物が、多価アルコールに溶解した溶液として後添加される、請求項９または１０に記載の方法。