JP2008536963A - 高分子バインダーを含有するインクシステム - Google Patents

Abstract

インクジェットインク（１６０）組成物は、噴射可能なビヒクル、噴射可能なビヒクル中に分散された複数の顔料固形物、及び噴射可能なビヒクル中に分散されたスチレン無水マレイン酸（ＳＭＡ）の半エステルを含む。
【選択図】なし

Description

関連出願
本願は、２００４年３月２２日付けの、同時係属中の米国特許出願第１０／８０７，０２５の部分継続出願であり、且つ３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．ξ１２０に基づいてその優先権を主張するものであり、参照することでその全てを本書に取り入れることとする、。

インクジェット印刷は、プリンタ騒音の低さ、高速記録できること、及び多色記録できることをはじめとする多くの理由によって、種々の媒体基材、特に紙上に、画像を記録する主要な方法となった。加えて、インクジェット印刷のこれらの利点は、使用者にとって比較的低コストで実現され得る。大きく改善されてきたインクジェット印刷ではあるものの、この改善に伴って、より高速、より高分解能、フルカラー画像形成、高い安定性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及び印刷エンジンを開発する際は、印刷表面、即ち、基材と関連して、そのインクを評価する際に幾つかの慣習的な特性が考慮される。当該特性としては、表面上の画像のエッジ尖鋭度及び光学濃度、光沢、ブラック−カラー間のブリード抑制、基材上のインクの乾燥時間、基材への付着性、インク滴配置の偏りのないこと、全ドットの存在、乾燥後の水及び他の溶媒に対するインクの耐性、長期保存時の安定性、及び材料の劣化又はノズル詰りの無い長期信頼性が挙げられる。材料の劣化又はノズル詰りの無い長期信頼性は、比較的小さい液滴量を射出する印刷エンジンの出現と共に、なお一層重要になっている。上記の特性リストは、改善されたインクジェット印刷のために最適化すべきインしを例示するものであるが、上述の特性の全てを満足させることに関しては幾つかの難点がある。多くの場合、上記特性の１つを満足させようとして或るインク成分を含有させると、別の特性が満足されなくなることがある。従って、インクジェットプリンタに使用される慣習的な市販インクは、上に挙げた諸要件の全てを満足させることに関して、少なくともまずまずの結果を得ようとする妥協を象徴するものである。

典型的に、インクジェットインクの乾燥時間の性能は、界面活性剤、浸透剤、又は揮発性インクビヒクル成分などの、低分子量のインク添加物を用いて制御されてきた。その他の解決方法としては、顔料含量又はインクフラックスの低減が挙げられる。しかしながら、これらの技術の多くは、多くの場合、印刷媒体上での低光学濃度（ＯＤ）、エッジ尖鋭度、斑紋（mottle）のような印刷品質の不良、及び／又は複雑な印刷様式の設計に帰着する。

本願のシステム及び方法の一態様においては、インクジェットインク組成物は、噴射可能なビヒクル、噴射可能なビヒクル中に分散された複数の顔料固形物、及び噴射可能なビヒクル中に分散されたスチレン無水マレイン酸（ＳＭＡ）の半エステルの塩を含んで成る。

他の実施形態では、基材上に画像を印刷するシステムは、噴射可能なインク、及噴射可能なインクが充填された印刷ヘッドを具備し、ここで、前記噴射可能なインクは、噴射可能なビヒクルを含み、該ビヒクルは、水と、噴射可能なビヒクル中に自己分散された複数の顔料固形物と、噴射可能なビヒクル中に分散されたスチレン無水マレイン酸（ＳＭＡ）の半エステルの塩とを含む。

添付の図面は、本発明の様々な実施形態を例示するものであり、本明細書の一部である。示す実施形態は本発明の単なる例示にすぎず、本発明の範囲を制限するものではない。

図面を通して、同一の符号は、必ずしも同一ではないが、類似の要素を示す。

本明細書は、少なくとも１つの自己分散性ブラック顔料、少なくとも１つの高分子バインダーを含み、且つ一組の染料系カラーインクを含み得るインクジェットインクシステムを開示する。特に、本願の例示的インクジェットインクシステムは、スチレン無水マレイン酸（ＳＭＡ）の半エステル高分子バインダーを含む。本書に開示する例示的な一実施形態によれば、当該エステルは、ブトキシエチル基を含む。開示するインクシステムは、優れたＴＩＪ印刷適性、並びに任意の定着剤液又は反応性インクによる下刷り又は上刷りをしなくても、多孔質普通紙上において改善された乾燥時間、高い光学濃度、ブラック−カラー間のブリード／ハロー特性といった利点を有する。本インクジェットインクシステムのさらなる詳細については、以下に説明する。

本システム及び方法の特定の実施形態を開示、説明する前に、本システム及び方法が、ここに開示する特定のプロセス並びに材料に限定されないことを理解されたい。それらはある程度変更し得るからである。また、本書で用いる用語は、特定の実施形態を専ら記述するだけの目的で用いられており、限定の意のないことを理解されたい。本システム及び方法の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその等価物によってのみ限定されることとする。

本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いるとき、「液体ビヒクル」は、顔料を含む着色剤を基材へと運ぶのに用い得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、且つ広範な液体ビヒクル成分を本願の例示的システム及び方法の実施形態に従って用いることができる。そのような液体ビヒクルは、限定はしないが、界面活性剤、共溶媒、緩衝剤、殺生物剤、粘度修正剤、金属イオン封止剤、安定化剤、及び水をはじめとする、様々な各種薬剤の混合物から構成することができる。それ自体は液体ではないものの、液体ビヒクルはまた、ポリマー、ＵＶ硬化性材料、可塑剤、塩等のような、他の固形物も含有することができる。

本書で用いるとき、「顔料」は、それが使用される液体ビヒクル中で、典型的に、実質的に不溶性である着色剤粒子を指す。

本書においては、濃度、量、及びその他の数値データを範囲形式で提示する場合がある。そのような範囲形式は、単に便利且つ簡潔のために用いられるものであって、範囲の限界として明記された数値を含むだけでなく、各数値及び副範囲が明記されているかのようにその範囲内に包含される個別の数値又は副範囲を全て包含するものと柔軟に解釈されるべき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％という明記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、及び５ｗｔ％〜１５ｗｔ％、１０ｗｔ％〜２０ｗｔ％、等のような副範囲を含むものと解釈されるべきである。

本書において用いるとき、「ブリード」とは、インクが、隣り合わせに印刷されたインクへと侵入し、それと混合する現象を指す。ブリードは、典型的に、印刷されたインクが基材上で十分乾燥する以前に起こる。ブリードの程度は、幾多のパラメータの中でも、とりわけ、インクの乾燥速度、着色剤の凝集、及び一般のインクの化学的性質のような、種々の因子に依存する。加えて、ここで用いるとき、用語「ハロー」は、ブラックとカラーのベタ塗り領域の境界近辺でのブラック濃度の減少として理解されるものとする。ハローは、ブラックインク又は顔料がカラーインクにより押しのけられることによって引き起こされる。さらに、本書及び添付の特許請求の範囲においては、用語「デキャップ」とは、空気露出時に流動性を保持するインクジェットインクの能力を指す。インクジェット印刷時、印刷ヘッドはキャップが外れた状態に置かれ、インクビヒクル中の水分が蒸発することにより、オリフィスにおけるインク成分の安定性は低下する。この状態は、結果的に、液滴射出の不足並びに印刷不良に帰着する。ノズルの劣化は、当分野でよく知られており、しばしば、「デキャップ」と呼ばれる。印刷不良は、インク液滴の吐出操作を含む多くの様々な方法で校正することができる。インクジェットインクのデキャップ性能の尺度は、インクが大気に一定期間さらされた際の、デキャップに起因する欠陥を排除するのに要する吐出数、即ち、「回復までの吐出数」である。２つのインクを比較するとき、「回復までの吐出数」が比較的少ないインクは、より優れたデキャップ性能を有すると考えられる。

以下の記載においては、少なくとも１つの自己分散性ブラック顔料と、少なくとも１つの高分子バインダーと、そして一組の染料ベースのカラーインクとを含有するインクジェットインクシステムに関する本願のシステム及び方法の完全な理解をもたらすべく、説明目的で、多数の具体例を説明する。しかしながら、本願の方法が、これらの具体例無しでも実行し得ることは、当業者には明らかであろう。本明細書において「一実施形態」又は「実施形態」というとき、その実施形態に関連して説明した特定の特徴、構造、又は特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書において多用する語句「一実施形態において」という表現は、必ずしも全て同一の実施形態を指すものではない。

例示的な構造
図１は、例示的な一実施形態による、インク受容基材（１７０）に顔料ベースのインクジェットインク（１６０）を適用するのに用いることのできる例示的なシステム（１００）を示す。図１に示すように、本システムは、演算装置（１１０）を具備し、それは、インクジェットディスペンサー（１５０）がその上に配置された可動キャリッジ（１４０）にサーボ機構（１２０）を介して制御可能に接続されている。材料リザーバ（１３０）もまた、前記可動キャリッジ（１４０）に、従ってインクジェット印刷ヘッド（１５０）に接続されている。インクジェットディスペンサー（１５０）に隣接して多数のローラ（１８０）が配置されており、インク受容基材（１７０）を選択的に位置決めできるよう構成されている。例示的な本システム（１００）は、インク受容基材（１７０）上に顔料ベースのインクジェットインク（１６０）を適用するように記載されるが、本システム及び方法を利用することで、任意のアイテムに本願の顔料ベースのインクジェットインクをマーク付けすることができる。以下、本願の例示的なシステム（１００）を構成する上述の構成要素について、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ている演算装置（１１０）は、顔料ベースのインクジェットインク（１６０）のインク受容基材（１７０）上への選択的な付着を制御する。所望の画像又はテキストの描写は、演算装置（１１０）によってホストされるプログラムを用いて形成することができる。次いで、その描写は、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へと変換される。演算装置（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）並びに可動キャリッジ（１４０）及びインクジェットディスペンサー（１５０）を制御するのに用いることができる。図１記載の演算装置（１１０）は、限定はしないが、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）、又は他の任意のプロセッサ内臓デバイスとし得る。

図１に示す本印刷システム（１００）の可動キャリッジ（１４０）は、本願の顔料ベースのインクジェットインク（１６０）を分配できるように構成された任意のインクジェット材料ディスペンサー（１５０）を含み得る可動材料ディスペンサーである。可動キャリッジ（１４０）は、演算装置（１１０）によって制御され得、且つ、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、制御可能に駆動され得る。可動キャリッジ（１４０）が動作するとき、演算装置（１１０）は、動作状態についてユーザに知らせると同時に、ユーザにユーザインタフェースを提供し得る。

画像又はテキストをインク受容基材（１７０）上に印刷する際、演算装置（１１０）は、可動キャリッジ（１４０）を制御可能に位置決めし且つ１つ又は複数のインクジェットディスペンサー（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的にアドレス指定された液滴として、インク受容基材（１７０）上の所定の位置に選択的に分配し、それによって所望の画像又はテキストを形成することができる。本印刷システム（１００）に用いるインクジェット材料ディスペンサー（１５０）は、限定はしないが、熱駆動インクジェットディスペンサー、機械駆動インクジェットディスペンサー、静電気駆動インクジェットディスペンサー、磁気駆動インクジェットディスペンサー、圧電駆動インクジェットディスペンサー、連続インクジェットディスペンサー等をはじめとする、本発明の方法を実施できるように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ーとし得る。

インクジェット材料ディスペンサー（１５０）に流体連通している材料リザーバ（１３０）は、印刷に先立ち、本願の顔料ベースのインクジェットインク（１６０）を収容する。当該材料リザーバは、印刷に先立って顔料ベースのインクジェットインク（１６０）を気密密封できるよう構成された任意の容器であり、限定はしないが、金属、プラスチック、複合材料、又はセラミックをはじめとする任意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ー（１５０）から離されていても、依然として流体連通している。あるいはまた、材料リザーバ（１３０）は、インクジェット材料ディスペンサー（１５０）に直に接続されてインクジェット材料ディスペンサー（１５０）の一部を形成することができる。

図１はまた、インク受容基材（１７０）上への顔料ベースインクジェットインク（１６０）の受容を容易にする本システムの構成要素を図解する。図１に示すように、多数の位置決めローラ（１８０）は、印刷操作時、インク受容媒体（１７０）を搬送し及び／又は位置的に固定し得る。あるいはまた、当分野でよく知られているように、任意のベルト、ローラ、基材、又はその他の搬送装置を用いて、印刷操作中にインク受容媒体（１７０）を搬送し及び／又は位置的に固定し得る。

本システム及び方法は、普通紙上における速い乾燥時間及び高い印刷品質、例えば、高い光学濃度、低減されたブリード、維持された十分な印刷適性及びシステム信頼性、低減された誤射出等、を示すインクジェットインクをもたらす。以下、顔料ベースのインクジェットインク（１６０）の生成方法及び組成物を詳細に説明する。

例示的な組成物
本インクジェットインクシステムに組み込まれることになる本願の例示的な顔料ベースのインクジェットインク（１６０）は、自己分散性ブラック顔料、高分子バインダー、典型的なインクビヒクル、及び染料ベースのカラーＴＩＪインクを含む。この調合の結果として、開示するインクシステムは、優れたＴＩＪ印刷適性を示し、且つ任意の定着剤液又は反応性インクによる下刷り又は上刷りをしなくても、多孔質普通紙上における改善された乾燥時間、高い光学濃度、及び優れたブラック−カラー間のブリード／ハロー性能という複合された利点を有する。さらに、限定はしないが、塩、界面活性剤、殺生物剤、緩衝剤、粘度修正剤、金属イオン封止剤、安定化剤、ポリマー、ＵＶ硬化性材料、可塑剤等をはじめとする、その他の成分も存在し得る。本願の例示的なインクジェットインクシステムを構成する個々の成分を、以下、より詳細に説明する。

自己分散性顔料
先に述べたように、本インクジェットインク（１６０）は、自己分散性顔料を含有する。ここで用いるとき、用語「自己分散性顔料」は、分散補助剤を用いることなく、液体ビヒクル中で分散し得る任意の顔料として広義に解されるものとする。「自己分散性顔料」は、典型的に、それを液体ビヒクル中で分散できるようにするために、その表面が化学的に修飾された顔料である。これらの化学的修飾としては、表面酸化、又は荷電性基を含む小分子又はポリマーによる表面結合を挙げることができる。自己分散性顔料は、インクジェット技術に用いられる任意のカラーとし得る。任意のカラーを使用し得るとはいえ、本システム及び方法の一定の原理を都合よく説明するために、例示的にブラックのカーボン顔料について説明する。

自己分散性ブラック顔料のベースカーボンには、許容し得る光学濃度と印刷特性をもたらす、任意のカーボン顔料を利用し得る。本システム及び方法の使用に適したベースカーボン顔料には、限定はしないが、カーボンブラック、黒鉛、ガラス質炭素、木炭、及びそれらの組合せが挙げられる。本システム及び方法の一態様では、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、チャネル法、コンタクト法、ファーネス法、アセチレン法、又はサーマル法のような様々な既知の方法で製造することができ、そして、Ｃａｂｏｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｃｏｌｕｍｂｉａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｄｅｇｕｓｓａ ＡＧ、及びＥ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙのような発売元から市販されている。適切なカーボンブラック顔料としては、限定はしないが、ＭＯＮＡＲＣＨ １４００、ＭＯＮＡＲＣＨ １３００、ＭＯＮＡＲＣＨ １１００、ＭＯＮＡＲＣＨ １０００、ＭＯＮＡＲＣＨ ９００、ＭＯＮＡＲＣＨ ８８０、ＭＯＮＡＲＣＨ ８００、ＭＯＮＡＲＣＨ ７００のようなＣａｂｏｔの顔料；ＲＡＶＥＮ ７０００、ＲＡＶＥＮ ５７５０、ＲＡＶＥＮ ５２５０、ＲＡＶＥＮ ５０００、及びＲＡＶＥＮ ３５００のようなＣｏｌｕｍｂｉａｎの顔料；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、及びＰＲＩＮＴＥＸ １４０ＶのようなＤｅｇｕｓｓａの顔料；Ｄｕｐｏｎｔから入手できるＴＩＰＵＲＥ Ｒ−１０１が挙げられる。

許容し得る自己分散性ブラック顔料のうち、幾つかは市販されている。許容し得る市販の自己分散性ブラック顔料には、限定はしないが、ＣＡＢ−Ｏ−ＪＥＴ ２００、及びＣＡＢ−Ｏ−ＪＥＴ ３００が含まれる。

典型的に、本システム及び方法のカーボンブラック顔料のサイズは約５ｎｍ〜約１０μｍ、一態様では約１０ｎｍ〜約５００ｎｍとし得るが、顔料が分散された状態で維持され且つ適切なカラー特性をもたらす場合には、この範囲外のサイズも利用し得る。本システム及び方法の詳細な一態様においては、例示的なインクジェットシステムにおける顔料含量は、適度に高い光学濃度（ＯＤ）及び十分な印刷品質が達成されるように選択される。例示的な一実施形態によれば、開示するブラックインクシステムの顔料含量は、当該インクの約１〜１０ｗｔ％の範囲にある。他の例示的な実施形態によれば、顔料含量は約２〜約５ｗｔ％の範囲にある。

これまでブラック顔料について幾分詳細に説明してきたが、その他のカラーの顔料も本システム及び方法において用いることができる。例えば、用い得るその他の顔料としては、限定はしないが、ＣＡＢ−Ｏ−ＪＥＴ ２５０Ｃ、ＣＡＢ−Ｏ−ＪＥＴ ２６０Ｍ、及びＣＡＢ−Ｏ−ＪＥＴ ２７０Ｙのような、Ｃａｂｏｔからのカラー顔料が挙げられる。

高分子バインダー
本システム及び方法の他の例示的な態様においては、バインダーを含有させることによって、インクの諸特性を修正して印刷特性を改善することができる。本システム及び方法における使用に適したバインダーは、典型的に、約３００〜約５０，０００ｇ／ｍｏｌｅの分子量を有する。非限定例として、スチレン無水マレイン酸コポリマー、スチレンアクリルコポリマー、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及びそのエーテル、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及びその塩、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及びメタクリレートのスチレン又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及びその塩、スチレン−マレイン酸−アルキルアクリレートコポリマー及びその塩、アクリルイミド又はアクリルアミドとのビニルナフタレン−コポリマー及びその塩、ビニルナフタレン−マレイミドコポリマー及びその塩、ビニルナフタレン−マレイン酸コポリマー、及びその塩が挙げられる。バインダーが微粒子として分散された状態である場合、それは液体ビヒクルの一部であるとは考えられず、液体ビヒクルによって保持されていると考えられる。

上述のように、本インクジェットインクの例示的な一実施形態では、得られるインクジェットインクの良好な光学濃度を維持しつつ、インクジェットインクの乾燥時間を短縮するよう構成された高分子バインダーが含まれる。例示的な一実施形態によれば、高分子バインダーは、スチレン無水マレイン酸（ＳＭＡ）樹脂の半エステルである。本書及び添付の特許請求の範囲において用いるとき、用語「ＳＭＡ」は、任意のスチレンマレイン酸（ｍａｌｅｉｃ）コポリマーと相互に交換して用いる。「ＳＭＡ」はまた、Ｓａｒｔｏｍｅｒ社から出された市販のスチレンマレイン酸コポリマーの商品名でもある。

以下の式１は、ＳＭＡベースの樹脂を示す。式１に示すように、ＳＭＡベース樹脂は、無水マレイン酸分子と結合される１つ又は複数のスチレン分子の結合物として生ずる。

本願の例示的な実施形態によれば、スチレン無水マレイン酸樹脂の半エステルは、ＳＭＡベース樹脂の部分エステル化によって調製される。換言すれば、スチレン無水マレイン酸の半エステルは、アルコールをＳＭＡベース樹脂と反応させてエステル結合を形成することによって合成される。以下の式２に示すように、スチレン無水マレイン酸樹脂の半エステルは、無水物とモノエステル／モノカルボン酸の官能基の組合せを含む。ＳＭＡの半エステルは、一般に、低い融解粘度、カルボン酸官能基特有の反応性、多くの有機溶媒中での改善された溶解度、並びに他の高分子界面活性剤及び非高分子界面活性剤との概ね良好な適合性をはじめとする、精製された高分子界面活性剤の諸特性を示す。

式２に示すように、ＳＭＡの半エステルは、分子成分の数及び配置は変化し得る。

例示的な一実施形態では、Ｒは、アルキル、フェニル、アルキル置換フェニル、シクロアルキル、エーテル又はそれらの混合物である。

他の例示的な実施形態では、Ｒはブトキシエチル基である。

さらに他の例示的な実施形態においては、Ｒはプロピル基である。

さらに他の例示的な実施形態では、「ｘ」は１から２５まで変化し得、「ｙ」は０．１から９まで変化し得、「ｚ」は０．１から９まで変化し得、そして「ｎ」は約１から２５まで変化し得る。

他の例示的な実施形態によれば、「ｘ」は２から１０まで変化し得、「ｙ」は０．１０から２まで変化し得、「ｚ」は０．１０から２まで変化し得、そして「ｎ」は約２から１０まで変化し得る。

多数のＳＭＡの半エステルは、固体及び／又は粉末の形で市販されており、そして塩基によって水溶液へと変換され得る。ＳＭＡの半エステルの市販グレードには、限定はしないが、ＳＭＡ １４４０、１７３５２、２６２５、３８４０、３１８９０が含まれる。ＳＭＡ １４４０及び２６２５はそれぞれ、２−ブトキシエタノール及びプロピルアルコールを含むＳＭＡの半エステルである。以下にさらに詳細に議論するように、ＳＭＡの半エステルの商用グレードを試験し、そして比較した。

上述のＳＭＡの半エステルに加えて、高分子バインダーは、水性ビヒクル中へのバインダーの溶解を促進すべく、本願の例示的な実施形態において使用されもののような塩基で前処理することにより、その塩を生成することができる。塩基処理は、無水物の半分の切断及びカルボン酸基の中和へと導くことになろう。溶媒ベースのインク、又は水含量の低いビヒクルに適用するには、ＳＭＡの半エステルは、前処理を何らせずに直接用いることができる。ＳＭＡの半エステルを中和する塩基としては、限定はしないが、アルカリ金属とテトラアルキルアンモニウムの水酸化物、アルカリ金属の炭酸塩又は二炭酸塩、及び有機アミンが挙げられる。塩基の混合物も用いることができる。あるいはまた、ＳＭＡの半エステルを、前述の塩基の１つ以上を含んでいる液体ビヒクル中に付加し、溶解させるｋとができ、これもまた、無水物の半分の切断へつながる。例示的な一実施形態によれば、ＳＭＡの半エステルの塩は、ＳＭＡの陰イオンポリマーの半エステルを、アンモニウムイオン（ＮＨ４＋）、リチウムイオン（Ｌｉ＋）、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、ルビジウムイオン（Ｒｂ＋）、セシウムイオン（Ｃｓ＋）、等のような正荷電の対イオンと結合させることによって形成される。

例示的な一実施形態によれば、開示する顔料系ブラックインク中のＳＭＡの半エステルの濃度は、ＳＭＡの半エステルの無水物の形態に基づいて、約０．０５ｗｔ％〜１０ｗｔ％である。さらに、開示するＳＭＡバインダーの濃度は、０．１〜５％の範囲とし得る。

インクビヒクル
加えて、本願のインクジェットインクは、インクビヒクルを含む。例示的な一実施形態によれば、当該インクビヒクルは、水と有機共溶媒、界面活性剤、緩衝剤、及び／又は液体ビヒクルを形成する他の機能的添加物から構成することができる。

本システム及び方法のインクジェットインク組成物は、典型的に、水、共溶媒、界面活性剤、緩衝剤、殺生物剤、金属イオン封止剤、粘度修正剤、湿潤剤、及び／又はその他の既知の添加物を含み得る水性調合物、即ち、液体ビヒクルを用いて調製される。さらに、顔料固形物及びその他の高分子固形物のような、バインダー及び固形物を、インクビヒクル中に存在させ得る。本システム及び方法の例示的な一態様においては、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％を構成し得る。

上述のように、液体ビヒクルは、顔料分散物と高分子バインダー、並びに本願の例示的システム及び方法のインクジェットインク組成物に含有させ得る他の固形物を保持するのに用いることができる。より詳細には、当該液体ビヒクルは、水と、他の任意の液体成分と共に、総含量５ｗｔ％〜３５ｗｔ％の有機溶媒を含み得る。

共溶媒に関して、本システム及び方法に使用される共溶媒としては、限定はしないが、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、イミダゾール、ピロリジノン、グリコールエーテル、ポリ(グリコール)エーテル、グリセリン、エーテル、エステル、オルガノスルホキシド、スルホン、アルコール誘導体、セロソルブ、エーテル誘導体、アミノアルコール、及び／又はケトンが挙げられる。例えば、共溶媒には、限定はしないが、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次の同族体、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次の同族体、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、及び未置換アセトアミドが含まれる。

本システム及び方法を実施するにあたり採用し得る共溶媒の具体例としては、限定はしないが、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、Ｌｉｐｏｎｉｃエチレングリコール １、Ｌｉｐｏｎｉｃエチレングリコール ７、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、及び１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンが挙げられる。共溶媒を添加することによって、インク中の水の蒸発速度を低下させて詰まりを最小限としたり、とりわけ、粘度、ｐＨ、表面張力、光学濃度、及び印刷品質のようなインクのその他の諸特性を修正することができる。

任意に、種々の緩衝剤もまた、本システム及び方法のインクジェットインク組成物に用いることができる。典型的な緩衝剤には、限定はしないが、化学及び生物科学において広く用いられている有機系の「生物緩衝剤」又は無機緩衝剤が含まれ得る。さらに、採用される緩衝剤は、本システム及び方法の実施において、約６〜約１０、好ましくは約７．５〜約９．５の範囲のｐＨをもたらすべきである。用いる場合、緩衝剤は、典型的に、インクジェットインク組成物の約１０ｗｔ％未満の量にて含まれる。

本システム及び方法の他の態様においては、種々の殺生物剤を用いて有害微生物の成長を阻害することができる。適切な殺生物剤の幾つかの例としては、限定はしないが、安息香酸塩、ソルビン酸塩、ＮＵＯＳＥＰＴ（Ｎｕｄｅｘ，Ｉｎｃ．ａ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ Ｈｕｌｓ Ａｍｅｒｉｃａ）、ＵＣＡＲＣＩＤＥ（Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）、ＶＡＮＣＩＤＥ（ＲＴ Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ Ｃｏ．）、及びＰＲＯＸＥＬ（ＩＣＩ Ａｍｅｒｉｃａｓ）のような市販品、及びその他の既知殺生物剤がある。典型的に、前述の殺生物剤は、インクジェットインク組成物の約５ｗｔ％未満、多くの場合、約０．０５ｗｔ％〜約２ｗｔ％にて含まれる。

慣習的に、多くの理由から、ＴＩＪインクには界面活性剤が添加されてきた。例えば、界面活性剤をＴＩＪインクに添加することで、限定はしないが、濡れ性が改善され、粒子が懸濁し、泡が抑られ、及び／又は粘度が修正されることをはじめとする、界面におけるインクの諸性質を変更することができる。しかしながら、慣習的レベルの界面活性剤を含有させることによって、多くの場合、印刷媒体上における低い光学濃度、好ましくない射出周波数応答、印刷品質の不良、及び環境影響問題に帰着した。しかしながら、上述のＳＭＡ高分子バインダーの半エステルの優れた性能によって、インクジェットインクの界面活性剤成分は、慣習的なＴＩＪインクに比較して、開示したブラック顔料系インクにおいては著しく低減されたレベルで使用されるか又は排除されることさえある。この界面活性剤の削減は、一般に、環境影響の改善、より良い材料適合性、及び印刷の信頼性向上につながる。

カラーインク
本願のインクジェットインクの上述の成分に加えて、本願のインクジェットインクはまた、任意のカラーインクを含み得る。ブラックインクの調合物中のＳＭＡバインダーの半エステルの結果として、カラーインクが小量の反応性薬剤を含むか又は全く含まないにしても、優れたブラック−カラー間ブリード及びハロー性能が達成される。これらの反応性薬品の削減は、カラーインクにとって環境への影響を改善し、印刷の信頼性及び性能を向上させ、且つより大きい調合柔軟性をもたらす。

以下の実施例は、現在最もよく知られている本発明の実施形態を説明するものである。しかしながら、以下は、本システム及び方法の原理の応用についての単なる例示、説明にすぎないことを理解されたい。本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、当業者であれば、数々の修正及び代替組成物、方法、並びにシステムを案出できるであろう。添付の特許請求の範囲は、前述の修正並びに代替構成を網羅すべく意図されたものである。従って、特定のものに関して本システム及び方法をこれまで説明してきたが、以下の実施例は、本システム及び方法の最も実用的且つ好ましい実施形態であると現在思われるものに関し詳述するものである。

本実施例によれば、以下の表１に示す成分を用いて、一組のインクを調合した。当該インクは、０及び約０．８％のＳＭＡベース樹脂又はＳＭＡ半エステルを含む。

本実施例によれば、表２に示すＳＭＡベース樹脂又はＳＭＡ半エステルを、表１に示すインク調合物内に添加した。表２はまた、ＳＭＡベース樹脂又はＳＭＡ半エステルの分子量及び酸価も示している。

前述のインク調合物中へ添加されると、ＳＭＡ群は、インクの表面張力を低減する界面活性剤のように挙動した。ＳＭＡ半エステル、即ち、ＳＭＡ１４４０及びＳＭＡ２６２５は、それらのベース樹脂より一層有効である。

インク調合物を調製すると、それらをサーマルインクジェットペン中に充填し、そして回復までの「吐出」数を測定するべく、フライングデキャップ（ｆｌｙｉｎｇ ｄｅｃａｐ）印刷を実施し、ブリード印刷を実施し、乾燥時間及び光学濃度／耐久性印刷を８液滴／３００ ｄｐｉで実行し、そして乾燥時間の測定を、印刷後５、７及び９秒で、追跡ローラ及びスマッジングフィンガーを用いて実施した。上述の試験については、５つまでの異なる普通紙媒体を使用し、平均として下記の結果が報告された。

図２は、デキャップ印刷の結果を示す。対照インク（バインダー無し）と比較すると、ＳＭＡ１４４０及びＳＭＡ１０００の付加は、デキャップ性能を低下させなかった。

図３及び４は、約０．８％のバインダーを含有するインクについて、上述のブリード及びハロー印刷試験の結果を示している。図３及び４に示すように、スコアは、０が最悪、５が最高として、０〜５の尺度で評価した。対照インクと比較すると、ＳＭＡ／半エステル含有インクは、大きく改善されたブリード及びハローを呈した。ＳＭＡの半エステルは、通常、ＳＭＡベース樹脂よりはるかに良いブリード及びハローのスコアを示した。

図５は、試験インクの光学濃度特性を示している。また、試験インクの耐水性も図５に示している。図５記載の結果によって、ＳＭＡ１０００は対照インクよりも高いＯＤを与えるものの、耐水性として測定されたその耐久性は劣っていることが示された。半エステル（ＳＭＡ１４４０及びＳＭＡ２６２５）は、対照と同等のＯＤ及び許容耐水性（＜０．０５）を示す。

以下の表３は、約０．８％のＳＭＡ及びＳＭＡ半エステルを含有する上述のインクに関する乾燥時間をまとめている。ブリードのスコアと同様に、ＳＭＡ半エステルの付加は、乾燥時間を著しく改善する。

結論として、上述の実施例は、例示的な一実施形態による本願の例示的なシステム及び方法によってもたらされる多くの利点を例示している。より詳細には、開示する顔料系ブラックインクジェットインクは、多孔質普通紙上における高い光学濃度及び良好な印刷品質を維持しつつ、改善された乾燥時間を示す。加えて、開示した顔料系ブラックインクジェットインクは、サーマルインクジェットペンにおいて優れた印刷適性、射出性能、及び信頼性を有する。開示したＳＭＡポリマーはまた、開示した顔料系ブラックインク中に界面活性剤又は浸透剤を小量使うか又は全く使わないという調合柔軟性を実現し、よって、インクの総合コストを低減し且つ環境への影響を減少させる。インクジェットインクシステムにおける開示したＳＭＡ半エステルポリマーもまた、染料ベースのカラーインクと共に印刷する際、ブリード及びハロー性能を改善する。最後に、本願のインクシステムの優れた性能は、カラーインク中の反応性薬剤の低減又は排除を可能にし、それによって、製品の環境への影響並びにカラーインクの調合柔軟性が改善される。

以上の記載は、本システム及び方法の例示的な実施形態を例示、説明するためにのみ提供した。当該システム及び方法を、開示した正確な形態へと限定する意はない。上述の教示の観点から、多くの修正又は変更が可能である。本システム及び方法の範囲は、添付の特許請求の範囲によって限定されるものとする。

例示的な一実施形態による、インクジェット材料分配システムを示す簡略ブロック図 例示的な一実施形態による、多数のインク調合物についてのデキャップ試験の結果を示す棒グラフ 例示的な一実施形態による、多数のインク調合物についてのブリードスコア試験の結果を示す棒グラフ 例示的な一実施形態による、多数のインク調合物についてのハロー性能試験の結果を示す棒グラフ 一実施形態による、多数のインク調合物についての光学濃度及び耐久性試験の結果を示す棒グラフ

Claims (11)

1. 噴射可能なビヒクル、
   前記噴射可能なビヒクル中に自己分散している複数の顔料固形物、及び
   前記噴射可能なビヒクル中に分散しているスチレン無水マレイン酸（ＳＭＡ）の半エステル
   を含む、インク（１６０）。
2. 前記ＳＭＡの半エステルが、以下の構造を有する、請求項１に記載のインク（１６０）。
   

   

   式中、
   ｘは１〜２５であり、
   ｙは０．１〜９であり、
   ｚは０．１〜９であり、
   ｎは１〜２５であり、
   Ｒは、アルキル、フェニル、アルキル置換フェニル、シクロアルキル、エーテル、ブチオキシエチル若しくはプロピル基又はそれらの混合物である。
3. ｘが２〜１０であり、ｙが０．１〜２であり、ｚが０．１〜２であり、そしてｎが２〜１０である、請求項３に記載のインク（１６０）。
4. さらに、前記ＳＭＡの半エステルと塩を形成するよう構成された対イオンを含む、請求項１に記載のインク（１６０）。
5. 前記対イオンが、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、ルビジウムイオン、セシウムイオン、又はアンモニウムイオンのうちの１つを含む、請求項４に記載のインク（１６０）。
6. 前記ＳＭＡの半エステルが、前記インク（１６０）の約０．０５ｗｔ％〜約１０．０ｗｔ％の量にて含まれる、請求項１に記載のインク（１６０）。
7. 前記噴射可能なビヒクルが、
   有機共溶媒、
   界面活性剤、及び
   緩衝剤
   を含んで成る、請求項１に記載のインク（１６０）。
8. 基材上に画像を印刷するシステムであって、
   噴射可能なインク（１６０）、及び
   前記噴射可能なインク（１６０）を充填した印刷ヘッド
   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、前記噴射可能なビヒクル中に自己分散している複数の顔料固形物、及び前記噴射可能なビヒクル中に分散しているスチレン無水マレイン酸（ＳＭＡ）の半エステルを含有する、システム。
9. 前記ＳＭＡの半エステルが、以下の構造を有する、請求項８に記載のシステム。
   

   

   式中、
   ｘは１〜２５であり、
   ｙは０．１〜９であり、
   ｚは０．１〜９であり、
   ｎは１〜２５であり、
   Ｒは、アルキル、フェニル、アルキル置換フェニル、シクロアルキル、又はエーテル基である。
10. 前記噴射可能なインク（１６０）がさらに、前記ＳＭＡの半エステルと塩を形成するよう構成された対イオンを含む、請求項８に記載のシステム。
11. 前記ＳＭＡの半エステルが、前記噴射可能なインク（１６０）の約０．０５ｗｔ％〜約１０．０ｗｔ％の量にて含まれる、請求項８に記載のシステム。

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