JP2008506813A - 改善されたプリント品質および信頼性を示す顔料インクジェットインク - Google Patents

Abstract

インク（１６０）が、噴射可能なビヒクルと、その噴射可能なビヒクルに分散された複数の顔料固形物と、その噴射可能なビヒクルに分散されたスチレンマレイミドコポリマーとを含有する。さらに、インクジェット画像を高速で印刷する方法が、インクジェットインク（１６０）を１２ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの射出周波数で媒体基材上へインクジェットするステップを含み、この場合、インクジェットインク（１６０）が、噴射可能なビヒクルと、噴射可能なビヒクルに分散された複数の非酸性官能化顔料固形物と、噴射可能なビヒクルに分散されたスチレンマレイミドコポリマーとを含有する。

Description

本システムおよび方法は、概括的には、インクジェットインクの組成物に関する。より詳細には、本システムおよび方法は、長期保存後でも改善されたプリント品質および信頼性を示す顔料インクジェットインクに関する。

インクジェット印刷は、プリンタの雑音が小さいこと、高速記録が可能であることおよび多色記録が可能であることを含む多くの理由から、種々の媒体表面上、特に紙上に画像を記録するポピュラーな方法となった。加えて、これらのインクジェット印刷の利点を、使用者は比較的低コストで得ることができる。インクジェット印刷において大きな改善がなされたとはいえ、この改善に続き、より高速、より高分解能、フルカラー画像形成、高い安定度等を求める使用者の要求も高まっている。

新規のインクジェットインクおよびプリントエンジンが開発される時には、そのインクを印刷表面または基材と組み合わせて評価する際に幾つかの慣習的な特性が考慮される。そのような特性には、表面上の画像のエッジ鋭さおよび光学密度（光学濃度）、光沢、ブラック対カラーのブリード（にじみ）抑制、基材上でのインクの乾燥時間、基材への付着性、インク滴配置における偏差が無いこと、全ドットの存在、乾燥後のインクの水およびその他の溶媒に対する耐性、長期保存の安定性、およびペン材料の劣化もしくはノズルの詰りの無い長期信頼性が含まれる。材料の劣化もしくはノズルの詰まりの無い長期信頼性は、比較的小さい液滴容積を射出するプリントエンジンの出現につれてますます重要になっている。上記の特性リストは、改善されたインクジェット印刷に関して最適化されるべき要因の説明を与えるものであるが、上述の特性の全てを満足させることに関しては課題がある。上記特性の１つを満足させようとして１つのインク成分を含有させると、別の特性が満足されない場合が多い。したがって、インクジェットプリンタに使用される従来の市販インクは、上に挙げられた諸要件の全てを満足させることに関して適切な応答を少なくとも１つは得ようとする試みの妥協を象徴するものである。

達成が望まれるインクジェット印刷システムの１つの特徴は、インクジェットインクの周波数応答性に関連しており、これは、インクのスループットに比例することが多い。また、液滴サイズがより小さくなっていることによって、より高周波数での印刷への要求が高くなっている。この局面に関連して言えば、許容されるプリント品質を維持しながら高い印刷速度を達成することは、インクジェット印刷工業においては引き続いての課題となっている。

その他の局面に関して、特に光学密度およびブリード抑制に関連したブラックインクのプリント品質の改善は、インクジェット技術の進展において重要な事柄となっている。さらに、信頼できるプリントシステムにおいて許容可能な光学密度およびブリード抑制を達成することも重要である。例えば、１つの局面において、家庭用印刷の市場でのインクジェット印刷の多くの顧客は、プリンタを頻繁には使用しないかまたはその使用を長期間中断する場合が多い。したがって、休暇または学生の夏休みのために生じ得るような長期間の休止後に信頼できる印刷を要求する顧客もいる。したがって、そのような市場に向くインクは、ビン中で、プリントカートリッジ中でおよびプリンタに充填されている時に、長期の保存安定性を示す調合物によって利益がもたらされるであろう。

したがって、高周波数で正確に印刷することができ、かつ良好なプリント品質と保存安定性を有するインク調合物を開発するための研究が引き続き行われている。

本システムおよび方法の１つの局面においては、基材上に画像を印刷するシステムが、噴射可能なインクとその噴射可能なインクを充填したプリントヘッドを具備し、その噴射可能なインクは噴射可能なビヒクルを含有し、当該ビヒクルは、水と、噴射可能なビヒクルに分散された複数の非酸性で官能化された顔料固形物と、噴射可能なビヒクルに分散されたスチレンマレイミドコポリマーを含む。

別の実施形態では、インクジェット画像を高速で印刷する方法が、インクジェットインクを１２ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの射出周波数でインクジェットするステップを含み、当該インクジェットインクが、噴射可能なビヒクルと、噴射可能なビヒクルに分散された複数の非酸性官能基で官能化された顔料固形物と、噴射可能なビヒクルに分散されたスチレンマレイミドコポリマーとを含む。

別の実施形態では、インクジェットインク組成物が、噴射可能なビヒクルと、噴射可能なビヒクルに分散された複数の顔料固形物と、噴射可能なビヒクルに分散されたスチレンマレイミドコポリマーを含む。

添付図面は、本発明の種々の実施形態を例示するものであって、本明細書の一部である。例示された実施形態は、本発明の単なる一例であって、本発明の範囲を限定するものではない。

図面全体にわたって、同一の参照番号は、類似の、但し必ずしも同一でない要素を示す。

本システムおよび方法の特定の実施形態を開示および記述する前に、本システムおよび方法は、ここに開示の特定のプロセスならびに材料に限定されず、ある程度まで変更が可能であることを理解されたい。また、本システムおよび方法の範囲は添付の請求の範囲およびそれと同等のものによってのみ規定され、したがって、ここで用いられる用語が、特定の実施形態を専ら記述するだけの目的で用いられ、限定を意図したものではないことを理解されたい。

本明細書および添付の特許請求の範囲においては、次の用語を使用する。

単数形を示す「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、その前後関係が別途明確に指示されない限り、複数の意味を包含する。したがって、例えば、「１つの顔料」いう言葉は、このような材料の１つ以上を指すことを含む。

用語「約」は、数値または範囲に言及するときは、概略値、つまり厳密な化学量ではなくて本システムでのコポリマーの比率におけるような化学量の範囲、を包含するものとする。

ここで使用される限り、「液体ビヒクル」は、顔料を含む着色剤を基材へ運ぶのに使用できる液体組成物を含むものと定義される。液体ビヒクルは当分野で周知であり、本発明の実施形態に応じて広範囲のインクビヒクルを使用することができる。液体ビヒクルは、限定されることなく、界面活性剤、共溶媒、緩衝剤、殺生物剤、粘度調整剤、金属イオン封鎖剤、安定剤および水を含む、様々な異なる薬剤の混合物を含むことができる。それ自体は液体ではないがポリマー、ＵＶ硬化性材料、可塑剤、塩類等のようなその他の固体を、液体ビヒクルが保持することもできる。

ここで使用される限り、「顔料」は、通常、それが使われている液体ビヒクル中で実質的に不溶性である着色剤粒子を指す。

「非酸性官能化顔料」またはその誘導体は、非酸性分散剤を顔料の表面へ化学的に結合させる等することにより、非酸性分散剤で既に官能化された顔料を指す。分散剤は、前述の顔料に付着させ、正電荷もしくは正および負の両電荷で顔料の外殻を終端させることができ、これにより、液体ビヒクル内の顔料粒子の凝集を減じる反発性の性質を生じさせることができる。そのような顔料の表面へ付着させることができる典型的な非酸性材料は、決して限定されることなく、カチオンまたは混合されたイオン性官能基を有する芳香族アミン材料および異性体、ならびにそれらの組合せを含む。非酸性官能基の結合後、存在し得る顔料は、決して限定されることなく、塩化物、臭化物、ヨウ化物、フッ化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩、クエン酸塩、安息香酸塩等の負の対イオンと、アンモニウム、ナトリウム、カリウムおよびリチウム等の正の対イオンを含む。

「周波数応答性」は、インクジェットインクの射出速度、例えば、時間単位当り射出されるドットに対して、インクジェットインクとインクジェット機構との組み合わせられた性能を指す。一般に、ノズル射出周波数が、特定のインクジェットインクおよびインクジェット機構を使用した場合に予想されるものより高い場合、インク液滴が誤った方向に射出されることおよびその他の望ましくない特徴を生ずる等によって、印刷性能がより低くなってしまう可能性がある。現時点の基準によれば、約１２ｋＨｚを上回る射出周波数が高速印刷周波数であると考えられる。

濃度、量およびその他の数値データは、本書において範囲を示す形式で提示されることがある。そのような範囲の形式は、単に便利さおよび簡潔さのために用いるものであって、範囲の限界として明瞭に挙げられた数値を含むだけでなく、各数値および副範囲が明確に引用される範囲内に包含される個別の数値または副範囲を全て包含するものと柔軟に解釈すべきであることを理解されたい。例えば、約１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％という重量範囲は、１ｗｔ％〜約２０ｗｔ％という明瞭に記載された濃度限界を含むだけではなくて、２ｗｔ％、３ｗｔ％、４ｗｔ％のような個別の濃度および５ｗｔ％〜１５ｗｔ％、１０ｗｔ％〜２０ｗｔ％、等の副範囲を含むものと解釈すべきである。

ここで用いられる限り、「ブリード」は、隣接してプリントされたインク中へ流れ込みそしてそれと混じり合うインクの傾向を指す。「フェザリング（Ｆｅａｔｈｅｒｉｎｇ）」は、媒体基材の未プリント領域の中へ不都合に拡散するインクの傾向を指す。ブリードおよびフェザリングは、通常、基材上にプリントされたインクが十分乾燥する以前に起こるものである。ブリードの程度は、特に、例えば、インクの乾燥速度、着色剤の凝集および一般的なインクの化学的性質のような様々な因子に依存する。

「エッジの鋭さ」は、画像の境界に沿ったプリント画像の明確さを指す。

以下の記述においては、説明することを目的として、長期保存期間後でも改善されたプリント品質および信頼性を示す顔料インクジェットインクを製造し使用するための、本発明によるシステムおよび方法の完全な理解のために、多数の明確な詳細を説明する。しかし、本方法は、これらの明確な詳細がなくても実施し得るということは当業者に明らかであろう。本明細書での「１つの実施形態」または「一実施形態」は、その実施形態に関連して記述された特定の特徴、構造または特性が少なくとも１つの実施形態に包含されることを意味する。本明細書の様々な場所に出てくる語句「一実施形態では」は、必ずしも、全て同一の実施形態を指すわけではない。

例示的な構造
図１に、１つの例示的な実施形態による、インク受容媒体（１７０）に顔料ベースのインクジェットインク（１６０）を塗布するのに使用できる例示的なシステム（１００）を示す。図１に示すように、本発明によるシステムは、サーボ機構（１２０）を介して可動キャリッジ（１４０）に制御可能に接続されたコンピュータデバイス（１１０）を具備し、可動キャリッジ（１４０）には、インクディスペンサ（１５０）が配置されている。材料リザーバ（１３０）も可動キャリッジ（１４０）に接続されており、よって、インクジェットプリントヘッド（１５０）に接続されている。多数のローラ（１８０）は、インクジェットディスペンサ（１５０）に近接して配置され、インク受容媒体（１７０）の位置を選択的に定めるべく構成されている。この例示的なシステム（１００）は、インク受容媒体（１７０）上へ顔料ベースのインクジェットインク（１６０）を塗布するという趣旨で記述されているが、本システムおよび方法は、本願の顔料ベースのインクジェットインクを使って任意の数のアイテムにマーク付けするために使用することもできる。この本願による例示的なシステム（１００）の上述の構成要素については、以下にさらに詳細に説明する。

図１に示すように、サーボ機構（１２０）に制御可能に接続されたコンピュータデバイス（１１０）は、インク受容媒体（１７０）上の顔料ベースのインクジェットインク（１６０）の選択的堆積を制御する。所望の画像またはテキストの表示は、コンピュータデバイス（１１０）によってホストされたプログラムを用いて形成することができる。次いで、その表示は、後でプロセッサ読取り可能媒体（図示せず）に格納されるサーボ命令に変換される。コンピュータデバイス（１１０）によってアクセスされると、プロセッサ読取り可能媒体に格納された命令は、サーボ機構（１２０）ならびに可動キャリッジ（１４０）およびインクジェットディスペンサ（１５０）を制御するために用いることができる。図１に例示されたコンピュータデバイス（１１０）は、決して限定されることなく、ワークステーション、パーソナルコンピュータ、ラップトップ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）または他の任意のプロセッサ内臓デバイスであってよい。

図１に例示した本発明の印刷システム（１００）の可動キャリッジ（１４０）は、本発明の顔料ベースインクジェットインク（１６０）を分配するべく構成された任意の数のインクジェット材料ディスペンサ（１５０）を含み得る可動の材料ディスペンサである。可動キャリッジ（１４０）は、コンピュータデバイス（１１０）によって制御することができ、例えば、サーボ機構（１２０）を構成するシャフトシステム、ベルトシステム、チェーンシステム等によって制御可能に移動させることができる。可動キャリッジ（１４０）が動作する時、コンピュータデバイス（１１０）は、ユーザに動作状態について通知すると同時にユーザにユーザインタフェースを提供してよい。

インク受容媒体（１７０）上に画像またはテキストがプリントされる時、コンピュータデバイス（１１０）は、可動キャリッジ（１４０）を制御可能に位置決めし、１つ以上のインクディスペンサ（１５０）に命令して、顔料ベースのインクジェットインクをデジタル式にアドレス指定された液滴としてインク受容媒体（１７０）上の所定の場所に選択的に分配し、これにより、所望の画像またはテキストを形成することができる。本発明の印刷システム（１００）によって使用されるインクジェット材料ディスペンサ（１５０）は、決して限定されることなく、熱作動式インクジェットディスペンサ、機械作動式インクジェットディスペンサ、静電作動式インクジェットディスペンサ、磁気作動式インクジェットディスペンサ、圧電作動式インクジェットディスペンサ、コンティニュアス式インクジェットディスペンサ等を含む本方法を実施するべく構成された任意のタイプのインクジェットディスペンサであってよい。

インクジェット材料ディスペンサ（１５０）に流体連結されている材料リザーバ（１３０）は、本発明の顔料ベースのインクジェットインク（１６０）を印刷前に収容する。その材料リザーバは、顔料ベースのインクジェットインク（１６０）を印刷前に気密密封できるよう構成された任意の容器であってよく、決して以下に限定されないが、金属、プラスチック、複合材料またはセラミックスを含む任意の数の材料から構成することができる。図１に示すように、材料リザーバ（１３０）は、インクジェット材料ディスペンサ（１５０）から分離されており、しかし、そのインクジェット材料ディスペンサ（１５０）と流体連結されていてよい。別態様では、材料リザーバ（１３０）は、インクジェット材料ディスペンサ（１５０）に直接連結されて、その一部分を形成していてよい。

図１は、インク受容媒体（１７０）上への顔料ベースのインクジェットインク（１６０）の受容を簡単にする本システムの構成要素も示す。図１に示すように、多数の位置決めローラ（１８０）は、印刷動作中に、インク受容媒体（１７０）を移送しかつ／または位置固定することができる。別態様では、当分野でよく知られているように、印刷動作中にインク受容媒体（１７０）を移送しかつ／または位置固定するのに、任意の数のベルト、ローラ、基材またはその他の搬送装置を使用することができる。

材料リザーバ（１３０）に格納され、インクジェット材料ディスペンサ（１５０）によって分配される顔料ベースのインクジェットインクの周波数応答性は、印刷システム（１００）のスループット能に比例することがある。インクジェット印刷システムでは、機能周波数帯域幅をより低い範囲内に維持しながら高い周波数上限を示すことのできるインクおよび機構システムを形成することが望ましい。本システムおよび方法では、長期の休止期間にわたって安定であるインクジェットインクを提供すると同時に、所与のインクジェット機構とインクジェットインクとの組合せに応じた、周波数応答の範囲を高めるべく一定の構成要素が組み合せて用いられる。さらに、本システムおよび方法は、高いプリント品質、例えば、高い光学密度、低減されたブリード、低減された誤った方向への射出等を示すインクジェットインクを提供することができる。さらに、動作周波数帯域幅も、ここに開示の組合せを用いて拡大させることができる。例えば、特定のインクジェットインクを噴射するのに使用できる周波数上限を高めることで、インクの周波数応答性の有効範囲を高めることができる。したがって、１つの例示的な実施形態では、プリントヘッドを、インクジェットインクを１２ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの射出周波数で、または幾つかの実施形態では、１５ｋＨｚ〜２５ｋＨｚまたは１８ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの射出周波数でも噴射するように構成することができる。高周波数範囲が得られるが、現在市販されている多くのインクの中でより一般的な３ｋＨｚ〜１２ｋＨｚでもこれらの同じインクを同様に噴射させることができる。このように、これらのインクジェットインクの周波数応答性範囲は実に広く、例えば、３ｋＨｚ〜２５ｋＨｚであってよい。これらの射出周波数は、任意の機能する液滴容積を利用して得ることができるが、印刷速度と像質とのバランスをとる上で約１ｐＬ〜２０ｐＬの液滴容積が望ましいであろう。次に、顔料ベースのインクジェットインク（１６０）の形成および組成を以下に詳述する。

例示的な組成物
本発明のシステムおよび方法によれば、基材上に画像を印刷するためのシステムは、インクジェットインク（１６０）と、そのインクジェットインクが充填されたプリントヘッドまたは他の材料ディスペンサ（１５０）とを具備することができる。当該インクジェットインクは、液体ビヒクルと、０．１ｗｔ％〜６ｗｔ％の非酸性官能基化顔料固形物と、０．００１ｗｔ％〜６ｗｔ％のスチレンマレイミドコポリマーとを含むことができる。より詳細な局面では、液体ビヒクルは、水と、全含有量５ｗｔ％〜３５ｗｔ％の有機溶媒と、約４００Ｍｗ〜１５，０００Ｍｗの重量平均分子量を有するスチレンマレイミドコポリマーを含むことができる。

別の例示的な実施形態では、インクジェット画像を高速で印刷する方法は、インクジェットインク（１６０）を１２ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの射出周波数でインク受容媒体（１７０）上へインクジェットするステップを含む。当該インクジェットインク（１６０）は、液体ビヒクルと、０．１ｗｔ％〜６ｗｔ％の非酸性官能化顔料固形物と、０．００１ｗｔ％〜６ｗｔ％のスチレンマレイミドコポリマーとを含むことができる。この実施形態で、当該液体ビヒクルは、水と、全有機溶媒含有物５ｗｔ％〜３５ｗｔ％の有機溶媒とを含むことができ、スチレンマレイミドコポリマーは、約４００Ｍｗ〜１５，０００Ｍｗの重量平均分子量を有していてよい。

さらに別の実施形態では、インクジェットインク（１６０）組成物は、液体ビヒクルと、０．１ｗｔ％〜６ｗｔ％の非酸性官能化顔料固形物と、０．００１ｗｔ％〜６ｗｔ％のスチレンマレイミドコポリマーとを含むことができる。より詳細な局面において、当該液体ビヒクルは、水と、全含有量として５ｗｔ％〜３５ｗｔ％の有機溶媒とを含むことができ、スチレンマレイミドコポリマーは、約４００Ｍｗ〜１５，０００Ｍｗの重量平均分子量を有していてよい。

本発明のシステムおよび方法のインクジェットインク組成物は、典型的には、水、共溶媒、界面活性剤、緩衝剤、殺生物剤、金属イオン封鎖剤、粘度調整剤、湿潤剤、バインダーおよび／またはその他の既知の添加剤を含んでいてよい水性調合物または液体ビヒクルを使って調製される。顔料固形物およびその他の高分子固形物のような固形物も存在していてよい。本発明のシステムおよび方法の１つの例示的な局面において、液体ビヒクルは、インクジェットインク組成物の約７０ｗｔ％〜約９９ｗｔ％を占めることができる。

上述のように、本発明の例示的なシステムおよび方法の実施形態による上記のインクジェットインク（１６０）中に存在し得る成分は、非酸性官能化顔料固形物、スチレンマレイミドコポリマー、有機共溶媒（群）および水を含む。任意に、他の成分も存在することができ、それらには、決して限定されることなく、塩類、界面活性剤、殺生物剤、緩衝剤、粘度調整剤、金属イオン封鎖剤、安定剤、ポリマー、ＵＶ硬化性材料、可塑剤等が含まれ、これらについては、以下にさらに詳細に議論する。

非酸性官能化顔料
非酸性官能化顔料は、インクジェット分野で使用される任意の色であってよい。任意の色を用いることができるが、本発明のシステムおよび方法の一定の原理を上手く説明するために、ブラックカーボン顔料について典型的な様式で記述する。詳細には、この例示的な実施形態においては、カーボン顔料が、非酸性分散剤で官能基化されていてよい。この非酸性分散剤は、典型的には、前駆体の形で調製され、次に、その前駆体を顔料に付着させ、顔料の表面を化学的に修飾する。１つの例示的な実施形態において、分散剤は、例えば、カチオンまたは混合のイオン性の官能基を有する芳香族アミン材料およびその異性体のような種々の非酸性前駆体材料を使用して、カーボンブラックへ結合させることができる。当業者に知られているその他の非酸性前駆体もカーボンブラックへの結合に用いることができる。

カーボン顔料は、許容される光学密度およびプリント特性をもたらす任意のほとんどの市販カーボン顔料であってよい。本発明のシステムおよび方法の使用に適したカーボン顔料は、決して限定されないが、カーボンブラック、黒鉛、ガラス質炭素、木炭およびそれらの組合せを含む。本発明のシステムおよび方法の１つの局面において、カーボン顔料は、カーボンブラック顔料である。そのようなカーボンブラック顔料は、チャネル方法、コンタクト方法、ファーネス方法、アセチレン方法またはサーマル方法のような様々な既知方法で製造することができ、Cabot Corporation、Columbian Chemicals Company、Degussa AGおよびE.I.DuPont de Nemours and Companyのような供給者から市販されている。適当なカーボンブラック顔料は、決して限定されることなく、MONARCH 1400、MONARCH 1300、MONARCH 1100、MONARCH 1000、MONARCH 900、MONARCH 880、MONARCH 800、MONARCH 700のようなCabotの顔料と、RAVEN 7000、RAVEN 5750、RAVEN 5250、RAVEN 5000、およびRAVEN 3500のようなColumbianの顔料と、Color Black FW200、RAVEN FW2、RAVEN FW2V、RAVEN FW1、RAVEN FW18、RAVEN S160、RAVEN FW S170、Special Black 6、Special Black 5、Special Black 4A、Special Black 4、PRINTEX U、PRINTEX 140U、PRINTEX V、およびPRINTEX 140VのようなDegussaの顔料と、Dupontから入手できるTIPURE R-101とを含む。

通常、本発明のシステムおよび方法のカーボンブラック顔料は、サイズが約５ｎｍ〜約１０μｍであり、１つの局面においては１０ｎｍ〜約５００ｎｍであってよいが、その顔料が分散状態を維持できかつ適正な色特性をもたらすことができる場合には、この範囲外のサイズを用いることもできる。本発明のシステムおよび方法の１つの詳細な局面では、官能基化カーボン顔料は、インクジェットインク組成物の約０．１ｗｔ％〜約６ｗｔ％を占める。

ブラック顔料についてある程度詳細に記述したが、その他の顔料の色も本システムおよび方法で使用することができる。

スチレンマレイミドコポリマー
本発明のシステムおよび方法のインクジェットインク中には、顔料固形物以外に、スチレンマレイミドコポリマーも存在していてよい。スチレンマレイミドコポリマーは、一般に、下記のように式１によって表すことができる。

上式中、ｘは１〜4であってよく、ｙは０〜１の分数であってよく、ｎは２〜２７であってよい。加えて、Ｒは、限定されないが、炭化水素およびまたは芳香族のアミン、アミド、酸、エステル、エーテル等、ならびにそれらの塩を含む任意の官能基であってよい。ｘに関して、式１に示された構造は、任意の特定の位置的順序の存在を暗示しようとするものではなく、単に、ｘが１の時、樹脂のスチレン対マレイミドのモル比が１：１であること、ｘが２の時、樹脂のスチレン対マレイミドのモル比が２：１であること、ｘが３の時、樹脂のスチレン対マレイミドのモル比が３：１であること、およびｘが４の時、樹脂のスチレン対マレイミドのモル比が４：１であることを意味する。通常、スチレン単位およびマレイミド単位は、ある程度ランダムに配置されていてよい。

式１から明らかであるように、スチレンマレイミド樹脂は、スチレンおよびマレイミドの低分子量のコポリマーの類である。種々の樹脂が、様々な化学構造を有していてよく、限定されないが、低い酸当量値、さらにはそれらのカチオン誘導体の溶液特性にも影響するアミン官能性の範囲（つまり「アミンインデックス」）、許容可能な熱安定度、ならびに高ガラス転移温度（Ｔｇ）を含む様々な特性を示し得る。スチレンマレイミド樹脂のその他の性質は、酸性水溶液中の高い固形物濃度での低粘度挙動を含む。

Ｒが第一、第二、又は第三アミンである時、スチレンマレイミド樹脂は、酸でプロトン化されて酸性塩を形成することができる。例えば、下の式２は、トリアルキル硝酸アンモニウムの塩を形成するよう硝酸で変換されたスチレンジメチルアミノプロピルアミンマレイミドのコポリマーを示す（トリアルキルカルボン酸アンモニウムの塩は、酢酸等を使って形成することができる）。別の例を下の式３に示す。この式は、テトラアルキルハロゲン化アンモニウムの塩を形成するべくアルキルハロゲン化物（例えば、塩化メチルまたは塩化ベンジル）が付加されたことによって得られた第四塩であるスチレンジメチルアミノプロピルアミンマレイミドのコポリマーの誘導体を示す。

１つの例示的な実施形態によれば、スチレンジメチルアミノプロピルアミンマレイミドの硝酸塩（ここで、Ｒはジメチルアミノプロピルアミン、第三アミン）は、下の式２に示されるように、本発明のシステムおよび方法に用いることができる。

式２から分かるように、この樹脂のスチレン対ジメチルアミノプロピルアミンマレイミドのモル比が約１：１であり、ｎ個の反復単位が存在する（特定の順序ではない）。所望のさらなるインクジェット特性を与えるために、硝酸塩のイオンに代えて、その他の様々な陰イオンで置換することができる。置換することができるその他の陰イオンは、決して限定されることなく、臭化物、ヨウ化物、フッ化物、硝酸塩、酢酸塩、安息香酸塩、クエン酸塩、硫酸塩等を含む。

別の例示的な実施形態によれば、本発明のシステムおよび方法によって使用できるスチレンジメチルアミノプロピルアミンマレイミドコポリマーの第四塩を、下の式３に示す。

式３から分かるように、樹脂のスチレン対ジメチルアミノプロピルアミンマレイミドのモル比は約１：１であり、ｎ個の反復単位が存在する（特定の順序にはない）。さらに、式３は、イミドの形態の第四塩の誘導体の形態のコポリマーの組成物を示す。所望のその他のインクジェット特性を与えるために、塩化物イオンに代えてその他の種々の陰イオンで置換することができる。置換することができるその他の陰イオンは、限定されることなく、塩化物、臭化物、ヨウ化物、フッ化物等を含む。

本発明のシステムおよび方法の実施形態による、式１、２および３による組成物の使用により、所望のインクジェットインク特性を提供することができる。１つの例示的な実施形態によれば、スチレンマレイミドまたは誘導体および／またはその塩は、インクジェットインク組成物中に０．００１ｗｔ％〜６ｗｔ％の量で存在していてよいが、この範囲は限定を意図するものではない。加えて、スチレン対マレイミドのモル比および式１で記述された反復単位の数により、使用することのできるスチレンマレイミドコポリマーの重量平均分子量は４００Ｍｗ〜１５，０００Ｍｗであってよい。

スチレンマレイミドコポリマーの別の有用な形態は、スチレンマレイミドコポリマーのスチレンマレアミド酸の形態である。この形態は、一般に、下記のように式４により表すことができる。

上式中、ｘは１〜４であってよく、ｙは０〜１の分数であてよく、ｎは２〜２７であってよい。加えて、Ｒは、限定されないが、炭化水素および／または芳香族のアミン、アミド、酸、エステル、エーテル等およびそれらの塩を含む任意の官能基であってよい。ｘに関しては、式４に示した構造は、任意の特定の位置的順序の存在を暗示しようとするものではなく、単に、ｘが１の時、樹脂のスチレン対マレイミドのモル比が１：１であること、ｘが２の時、樹脂のスチレン対マレイミドのモル比が２：１であること、ｘが３の時、樹脂のスチレン対マレイミドのモル比が３：１であること、およびｘが４の時、樹脂のスチレン対マレイミドのモル比が４：１であることを意味する。典型的には、スチレン単位とマレイミド単位は、ある程度ランダムに配置することができる。

式４に示したポリマーにおけるｎ単位のそれぞれ内のサブユニットは異なっていてよい。例えば、ｘが１の時、単位の各々は、１つのスチレンサブユニットと、０〜１のマレアミド酸のサブユニットを含んでいるが、この場合、このポリマーのｎ単位全体での平均モル比は１：ｙであり、ここでｙは、０〜１の分数を含むことができる。ｘおよびｙに関して、式４に示された構造は、任意の特定の位置的順序の存在を暗示しようとするものではなく、単に、ｘが１の時、この樹脂のスチレン対マレアミド酸のモル比が１：ｙであることを意味する。ｘが２の時、樹脂のスチレン対マレアミド酸のモル比は２：ｙであり、ｘが３の時、樹脂のスチレン対マレアミド酸のモル比は３：ｙであり、ｘが４の時、樹脂のスチレン対マレアミド酸のモル比は約４：ｙであり、ここでｙは０〜１の分数を含んでいてよい。典型的には、スチレン単位とマレアミド酸単位は、多少ランダムに配置することができる。

式４から明らであるように、スチレンイミドポリマーのマレアミド酸の態様は、スチレンとマレアミド酸との低分子量のコポリマーの類である。様々な樹脂が、様々な化学構造を有していてよく、また、限定されないが、低ないし中位の酸当量値、ポリマーの界面活性特性、広範囲の配合成分との優れた相溶性および高い溶媒溶解度を含む様々な特性を示すことができる。

その塩の形（例えば下の式５参照）において、コポリマーのスチレンマレアミド酸の形の塩は、限定されないが、例えば、アンモニウム塩、リチウム塩、ナトリウム塩またはカリウム塩等であってよい。そのような実施形態では、マレアミド酸単位は、それぞれカチオンの対イオンを含んでいてよく（式５に示すように）、また、マレアミド酸単位上のＲ基が対イオンを含んでいてもよい（例えば、式２に示したようにＲがジメチルアミノプロピルアミンマレイミドの上記の場合では、式２において表されているように、それぞれのＲ基につき１つのアニオンの対イオンが存在していてよい）。

スチレンマレイミドコポリマーの諸々の種類について、上記の例により具体的に説明したが、本発明のシステムおよび方法の実施形態によれば、機能的なチレンマレイミドコポリマーのその他の種類も使用することができる。さらに、本明細書ならびに添付の特許請求の範囲の両方においてスチレンマレイミドコポリマーに言及する場合、コポリマーのイミドの形態、コポリマーの酸の形態およびそれらの塩の形態、ならびにコポリマーの第四塩の形態およびそれらの任意の誘導体もこの定義に含まれるということを理解されたい。スチレンマレイミドコポリマーが酸の形態、イミドの形態または第四塩の形態であるかどうか等は、反応性有機種（例えば、有機ハロゲン化物）の酸、塩基および塩の存在ならびにコポリマーが含まれる系のｐＨに依存する。インクジェットインクにスチレンマレイミドを含有させることの目的には、それが良好なブラック対カラーのにじみ抑制を実現でき、光学濃度（ＯＤ）改善をもたらし、分散物中での顔料の安定化を助成し、これにより、インクジェットプリントヘッドの信頼性を改善することがある。
液体ビヒクル成分
前述のように、液体ビヒクルは、顔料固形物およびスチレンマレイミドならびに本発明のシステムおよび方法のインクジェットインク組成物中に存在し得るその他の固形物を担持するのに用いることができる。より詳細には、液体ビヒクルは、水と、その他の任意の液体成分と共に、全含有量５ｗｔ％〜３５ｗｔ％の有機溶媒を含み得る。

有機共溶媒の全含有物に関連して、本発明のシステムおよび方法に使用される共溶媒は、限定されることなく、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、長鎖アルコール、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、トリエチレングリコール、グリセリン、ジプロピレングリコール、グリコールブチルエーテル、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、アミド、エーテル、カルボン酸、エステル、オルガノスルフィド、オルガノスルホキシド、スルホン、アルコール誘導体、カルビトール、ブチルカルビトール、セロソルブ、エーテル誘導体、アミノアルコールおよび／またはケトンを含む。例えば、共溶媒は、限定されないが、炭素数３０以下の第一脂肪族アルコール、炭素数３０以下の第一芳香族アルコール、炭素数３０以下の第二脂肪族アルコール、炭素数３０以下の第二芳香族アルコール、炭素数３０以下の１，２−ジオール、炭素数３０以下の１，３−ジオール、炭素数３０以下の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高級同族体、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高級同族体、ラクタム、置換ホルムアミド、未置換ホルムアミド、置換アセトアミドおよび未置換アセトアミドを含んでいてよい。

本発明のシステムおよび方法の実施に採用され得る共溶媒の具体的な例は、限定されないが、１，５−ペンタンジオール、２−ピロリドン、プロピレングリコールｎ−ブチルエーテル、エトキシル化（２６）グリセロール、エトキシル化（７）グリセロール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、２−メチル−１，３−プロパンジオール、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、および１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンを含む。共溶媒は、インク中の水の蒸発速度を低下させてインクの詰まりまたは粘度、ｐＨ、表面張力、光学濃度、およびプリント品質のようなその他の諸性質を最小限度に抑えるために添加することができる。

アンモニウム塩およびその他の塩のようなその他の添加物も、１つの実施形態において０．１ｗｔ％〜４ｗｔ％程度含有させることができる。そのような塩の例には、酢酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、安息香酸アンモニウム、酢酸カリウム、酢酸ナトリウム、キシレンスルホン酸ナトリウム，酒石酸カリウム、酒石酸ナトリウム、酒石酸リチウムが含まれる。使用する場合、アンモニウム塩の存在が、プリント画像のエッジの鋭さを改善し、にじみを低減することができる。アンモニウム塩は、アートプリント媒体の所定の状態で許容可能な耐水性を達成するために使用されるのが好ましい。

種々の緩衝剤も本発明のインクジェットインク組成物に任意に使用することができる。代表的な緩衝剤は、アルカリ金属の水酸化物およびアミンのようなｐＨ制御溶液、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムと、クエン酸、硝酸、塩酸、酢酸、硫酸と、トリエタノールアミン、ジエタノールアミンおよびジメチルエタノールアミンのようなアミンと、その他の塩基性または酸性成分を含む。使用される場合、緩衝剤は、典型的には、インクジェットインク組成物の約１０ｗｔ％未満で含有される。

本発明のシステムおよび方法の別の例示的な局面において、望ましくない微生物の成長を阻害するために、種々の殺生物剤を用いることができる。適当な殺生物剤の幾つかの例としては、限定されることなく、安息香酸塩、ソルビン酸塩、NUOSEPT（Nudex,Inc.Huls Americaの一部門）、UCARCIDE（Union Carbide）、VANCIDE（RT Vanderbilt Co.）およびPROXEL（ICI Americas）のような市販品ならびにその他の既知殺生物剤がある。典型的には、上述の殺生物剤は、インクジェットインク組成の約５ｗｔ％未満、多くの場合、約０．０５ｗｔ％〜約２ｗｔ％で含有される。

本発明のシステムおよび方法の別の局面において、着色剤を基材に固定する働きのあるバインダーを含むことができる。これらのバインダーは、前述のスチレンマレイミドコポリマーに加えて添加することができる。本発明のシステムおよび方法の使用に適したバインダーは、典型的には、約１００〜約５０、０００ｇ／モルの分子量を有する。非限定的な例としては、ポリエステル、ポリエステル−メラニン、ポリビニルピロリジノン、ポリエチレングリコールおよびそれらのエーテル、ポリスルホン、ポリアミド、ポリビニルエーテル、ポリエチレンオキシド、スチレンアクリルイミドコポリマーおよびその塩、ジメチルアミノジエチルアクリレート、ジアルキルアミノエチルアクリレートおよびメタクリレートのスチレンまたはビニルエーテルとのコポリマー、スチレンマレイミドコポリマーおよびその塩、スチレンマレアミド酸アルキルアクリレートコポリマーおよびその塩、ビニルナフタレンアクリルイミドまたはアクリルアミドとのコポリマーおよびその塩、ビニルナフタレンマレイミドコポリマーおよびその塩、ビニルナフタレンマレアミド酸コポリマーおよびその塩が含まれる。バインダーが微粒子分散形態である場合には、液体ビヒクルの部分であると考えられないが、液体ビヒクルに担持されていると考えられる。

本発明のシステムおよび方法の１つの例示的な局面において、インクジェットインク組成物は、実質的に界面活性剤を含んでいない。しかし、そのような成分は使用可能であり、アルキルポリエチレンオキシド、アルキルフェニルポリエチレンオキシド、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）ブロックコポリマー、アセチレン系ＰＥＯ、ＰＥＯエステル、ＰＥＯアミン、ＰＥＯアミドおよびジメチコンコポリオールのような、標準的な水溶性界面活性剤を含んでいてよい。使用される場合、界面活性剤は、インクジェットインク組成物の０．００１ｗｔ％〜１０ｗｔ％存在していてよく、１つの例示的な実施形態では、０．００１ｗｔ％〜０．１ｗｔ％存在していてよい。

以下の実施例は、本発明のシステムおよび方法の、現在最もよく知られている実施形態を説明するものである。しかし、この説明が、本発明のシステムおよび方法の原理の応用についての単なる例示または説明に過ぎないことを理解されたい。数々の組成物、方法およびシステムの変更および代替は、本発明のシステムおよび方法の精神および範囲から逸脱することがなければ当業者によって案出可能である。添付の請求の範囲は、そのような変更ならびに配置構成を網羅するものとする。以上、本発明のシステムおよび方法を具体的に説明してきたが、以下の実施例は、本発明のシステムおよび方法の最も実用的でありかつ好ましい実施形態と現在思われるものに関連してさらに詳述するものである。
実施例１
本発明のシステムおよび方法によるブラック顔料系インクジェットインクを表１に示した範囲内の成分を使用して作製した。その成分を混ぜて、約４というｐＨを有するブラックインクを形成した。

表１に記載された範囲内で組成の差があるために必要であるならば、ｐＨを約４．０に調節するのに水酸化アンモニウム、硝酸またはその他の多数の酸または塩基を用いることができる。表１に示す例示的な配合によれば、有機溶媒の全含有物は１０ｗｔ％〜２５ｗｔ％で変わり得る。さらに、全固形物２ｗｔ％〜６ｗｔ％の１つ以上の非酸性官能化顔料を、提示された実施例中に存在させることもできる。例えば、２種の異なった非酸性官能化顔料を１：３ないし３：１の重量比で混合することができる。

表１に記載された配合物の様々な例を、周波数応答精および誤った方向への射出について同一のペン／プリンタ／媒体系で試験した。使用されたペンはHP C6656A、用紙はHewlett-Packard Plain Paper、使用プリンタはHP Photosmart 7000シリーズであった。試験用の種々のインクを調製した後、１ページプリント診断を実行してプリント属性を識別した。利用された診断は、射出周波数の範囲（スループット）にわたるノズル性能を強調すると同時に、プリント品質を決定できるように選択した。詳細には、調製されたインクの各々を３．０ｋＨｚ〜１９．８ｋＨｚの範囲にわたって射出した。周波数応答性の診断は、一連の射出ドットを直線にプリントするように設計された。望ましい直線性からの逸脱は、隣接するドット列の重なりを観察することにより明白であった。この重なりは、通常、バンディングまたはストリッピング（横縞）と呼ばれる明暗の線になる。表１の範囲に示す範囲に基づき調製された典型的なインクは、許容される性能を示した。さらに、許容されるブリードおよび改善されたエッジの鋭さ、ならびにその他のプリント品質の諸特性は、表１に従い調製されたインクを用いて達成することが可能である。

終りに、プリント品質と信頼性が改善された顔料ベースのインクジェットインクを調製し噴射させるための本発明のシステムおよび方法は、液体ビヒクル、非酸性官能化顔料固形物およびスチレンマレイミドコポリマーを組み合わせることを包含する。非酸性官能化顔料固形物およびスチレンマレイミドコポリマーを含有させることによって、インクジェットインクで形成された画像のエッジの鋭さおよび光学濃度、光沢、ブラック対カラーのブリード抑制、基材上でのインクの乾燥時間、基材への付着性、インク滴配置における偏差が無いこと、全ドットの存在、乾燥後のインクの水およびその他の溶媒に対する耐性、長期保存の安定性、ならびにペン材料の劣化またはノズルの詰りの無い長期信頼性が向上する。

以上の説明は、本発明のシステムおよび方法の例示的な実施形態を説明し、記述するためにのみ提示されたものである。本システムおよび方法を、開示された任意の正確な形に徹底させるまたは限定することを意図したものではない。上記教示に鑑みて、多くの修正および変形が可能である。本発明のシステムおよび方法は、添付請求の範囲によって規定されるものとする。

１つの例示的実施形態による、インクジェット材料分配システムを示す簡単なブロック図である。

Claims (20)

1. 噴射可能なビヒクルと、
   前記噴射可能なビヒクルに分散された複数の顔料固形物と、
   前記噴射可能なビヒクルに分散されたスチレンマレイミドコポリマーおよびその任意の誘導体または塩とを含有する、インク（１６０）。
2. 前記噴射可能なビヒクルが、全含有量５ｗｔ％〜３５ｗｔ％の有機溶媒を含む、請求項１に記載のインク（１６０）。
3. 前記分散された顔料固形物が、非酸性官能化顔料固形物を含む、請求項１に記載のインク（１６０）。
4. 前記非酸性官能化顔料固形物が、前記インク（１６０）の０．１ｗｔ％〜６ｗｔ％で含まれる、請求項３に記載のインク（１６０）。
5. 前記非酸性官能化顔料固形物が、約５ｎｍ〜約１０μｍの平均サイズを有する、請求項３に記載のインク（１６０）。
6. 前記非酸性官能化分散顔料固形物が非酸性前駆体によって形成され、
   前記非酸性前駆体が、カチオンまたは混合イオン性の官能基を有する芳香族アミン材料または芳香族アミン材料の異性体の１つを含む、請求項３に記載のインク（１６０）。
7. 前記スチレンマレイミドコポリマーが、前記インク（１６０）の０．００１ｗｔ％〜６ｗｔ％含まれる、請求項１に記載のインク（１６０）。
8. 前記スチレンマレイミドコポリマーが約４００Ｍｗ〜１５，０００Ｍｗの重量平均分子量を有する、請求項７に記載のインク（１６０）。
9. 前記スチレンマレイミドコポリマーが、前記インク（１６０）の長期間保管安定性を向上させるよう構成されている、請求項７に記載のインク（１６０）。
10. 前記スチレンマレイミドコポリマーが、さらに、ペン材料の劣化およびノズル詰りを軽減するように構成されている、請求項９に記載のインク（１６０）。
11. 前記スチレンマレイミドコポリマーが、塩、第四塩またはスチレンマレアミド酸の１つを含む、請求項７に記載のインク（１６０）。
12. さらに、前記スチレンマレイミドコポリマーと塩を形成するように構成されたアニオンを含む、請求項１に記載のインク（１６０）。
13. 前記アニオンが、硝酸イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、フッ化物イオン、酢酸イオンまたは硫酸イオンの１つを含む、請求項１２に記載のインク（１６０）。
14. さらに、前記噴射可能なビヒクル中に存在させたアンモニウム塩を含む、請求項１に記載のインク（１６０）。
15. さらに、緩衝剤、殺生物剤、バインダーまたは界面活性剤の少なくとも１つを含む、請求項１に記載のインク（１６０）。
16. 前記インク（１６０）が、約１２ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの射出周波数で噴射可能であることに信頼性がある、請求項１に記載のインク（１６０）。
17. 前記インク（１６０）が約１ｐＬ〜２０ｐＬの液滴容積で確実に噴射可能であることに信頼性がある、請求項１に記載のインク（１６０）。
18. インク（１６０）であって、
    水、および全含有物で５ｗｔ％〜３５ｗｔ％の有機溶媒を含む噴射可能なビヒクルと、
    前記噴射可能なビヒクルに分散されていて、前記インク（１６０）の０．１ｗｔ％〜６ｗｔ％を包含する複数の非酸性官能化顔料固形物と、
    前記の噴射可能なビヒクルに分散されていて、前記インク（１６０）の０．００１ｗｔ％〜６ｗｔ％を包含し、約４００Ｍｗ〜１５，０００Ｍｗの重量平均分子量を有するスチレンマレイミドコポリマーとを含有し、
    前記スチレンマレイミドコポリマーが、前記インク（１６０）の使用可能な保管寿命を高めるよう構成されている、インク（１６０）。
19. 画像を印刷するシステムであって、
    噴射可能なインク（１６０）と、
    前記噴射可能なインク（１６０）が充填されたプリントヘッド（１５０）とを具備し、
    前記噴射可能なインク（１６０）が噴射可能なビヒクルを含み、前記ビヒクルが、水と、前記噴射可能なビヒクルに分散された複数の非酸性官能化顔料固形物と、前記噴射可能なビヒクルに分散されたスチレンマレイミドコポリマーとを含有する、システム。
20. インクジェット画像を高速印刷する方法であって、
    インクジェットインク（１６０）を１２ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの射出周波数でインクジェットするステップを含み、
    前記インクジェットインク（１６０）が、噴射可能なビヒクルと、前記の噴射可能なビヒクルに分散された複数の非酸性官能化顔料固形物と、前記の噴射可能なビヒクルに分散されたスチレンマレイミドコポリマーとを含む、方法。