JP2010159372A - インクジェット用インク、インクカートリッジ、画像形成装置、画像形成方法、画像形成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(1)炭素数4〜6のジオールとトリメチルグリシンとを用いたことを特徴とするインクジェット用インク。
(2)炭素数4〜6のジオールが、1,6−ヘキサンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,3−ブタンジオール、3−メチル−1,3−ブタンジオールのいずれかであることを特徴とする(1)記載のインクジェット用インク。
【選択図】なし
Description
インクジェット用インクとしては染料系インクと顔料系インクがあるが、顔料系の水系インクの場合、疎水性の顔料を分散させるために界面活性剤や水溶性樹脂を使用するのが一般的である。また、画質向上のため造膜性の樹脂微粒子を添加する技術や、吐出安定性改善のために湿潤剤(グリセリン、多価アルコールなど)を添加する技術(特許文献1)などが知られている。しかし、多数の成分を微細に安定に分散させておくことは難しく、特に長期保存によりインクの安定性が悪化するという問題があった。
また、特許文献2には、トリメチルグリシンを含む一般式(I)で示される化合物と、一般式(II)で示される(窒素含有)化合物、ポリアルキレングリコール、ポリグリセリン及びビスヒドロキシエチルスルホンからなる群より選ばれる少なくとも1種の水溶性物質を含むインクが開示されており、併用可能な水溶性物質として、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなども例示されている。しかし、トリメチルグリシンと炭素数4〜6のジオールとの組み合わせ及びその有用性については記載されていない。
1) 炭素数4〜6のジオールとトリメチルグリシンとを用いたことを特徴とするインクジェット用インク。
2) 炭素数4〜6のジオールが、1,6−ヘキサンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,3−ブタンジオール、3−メチル−1,3−ブタンジオールのいずれかであることを特徴とする1)記載のインクジェット用インク。
3) 1)又は2)記載のインクジェット用インクを容器に収容したことを特徴とするインクカートリッジ。
4) 3)記載のインクカートリッジを搭載した画像形成装置。
5) 1)又は2)記載のインクジェット用インクを用いてインクジェット記録装置で印字することを特徴とする画像形成方法。
6) 1)又は2)記載のインクジェット用インクを用いてインクジェット記録装置で印字された画像形成物。
本発明のインクは、炭素数4〜6のジオールとトリメチルグリシンとを用いる。これらの化合物は主に湿潤剤として機能する。湿潤剤は、温度20℃相対湿度60%環境下での平衡水分量が25wt%以上のものが好ましく、より好ましくは30wt%以上、更に好ましくは35wt%以上である。このような条件を満たすジオールとしては、1,6−ヘキサンジオール、1,5−ペンタンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、3−メチル−1,3−ブタンジオールなどが挙げられるが、特に、1,6−ヘキサンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,3−ブタンジオール、3−メチル−1,3−ブタンジオールが好ましい。これらは水素結合しやすく、単独では粘度が高く、平衡水分量が高く、水分の存在下では粘度が低下する特性を有するため本発明に好適である。また、1,3−ブタンジオールは、インクが紙に着弾した際の画素の広がりを均一にし、更には色材を紙表面に留める効果も高い。
インク全体に占める湿潤剤の割合は10〜50wt%が好ましく、特に好ましくは25〜35%の範囲である。インクの保存性・吐出安定性を保持し、ノズルの目詰まりを減らすためには、10wt%以上が好ましく、乾燥性を保持し、文字の滲みや色境界の滲みの発生を減らして画像品質を保持するためには、50wt%以下が好ましい。
トリメチルグリシンの含有量は、インクの保存性・吐出安定性と画像濃度の両立の点から、湿潤剤全体の10〜40wt%であることが望ましい。
インク中の着色剤の添加量は、0.5〜15wt%程度が好ましく、より好ましくは、5〜12wt%程度である。
顔料粒子の累積平均粒子径D50は、20〜150nmであることが好ましく、更に好ましくは50〜130nmである。画像濃度を保持するためには、20nm以上が好ましく、吐出安定性を保持するためには、150nm以下が好ましい。
また、該顔料粒子の粒度分布に於ける粒子径標準偏差が累積平均粒子径D50より小さいことが好ましい。粒子径標準偏差がD50より大きくなると、吐出安定性が悪くなったり、印字画像のカスレ等が発生し易くなる。
更に、次の式で表わされる溶媒残存率について、インクの乾燥時に於ける溶媒残存率が60%の時点でD50が5μを超えるか、D90が10μを超えると、画像濃度が高くなるので好ましい。
溶媒残存率(%)=〔(初期溶媒量―溶媒蒸発量)/初期溶媒量〕×100
上記自己分散型顔料微粒子は、微粒子の表面に、ある特定の官能基(スルホン基やカルボキシル基等の官能基)を化学的に結合させるか、あるいは、次亜ハロゲン酸及び/又はその塩を用いて湿式酸化処理するなどの方法により得ることができる。中でも好ましいのは、顔料微粒子の表面にカルボキシル基が結合し、水中に分散している形態である。この場合、分散安定性が向上し、高品位な印字品質が得られるとともに、印字後の記録媒体の耐水性がより向上する。
また、このような顔料を用いたインクは、乾燥後の再分散性に優れるため、長期間印字を休止し、インクジェットヘッドのノズル付近のインクの水分が蒸発した場合でも目詰まりを起こさず、簡単なクリーニング動作で容易に良好な印字が行えるようになる。また、この自己分散型の顔料は、後述する界面活性剤及び浸透剤と組み合わせた時に、特に相乗効果が大きく、より信頼性の高い、高品位な画像を得ることが可能となる。
ポリマーエマルジョンを形成するポリマーとしては、ビニル系ポリマー、ポリエステル系ポリマー、ポリウレタン系ポリマー等が挙げられるが、特に好ましいのはビニル系ポリマーとポリエステル系ポリマーであり、例えば特開2000−53897号公報、特開2001−139849号公報に開示されている。
また、有機顔料の例としては、アゾ顔料(アゾレーキ、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ顔料などを含む)、多環式顔料(例えば、フタロシアニン顔料、ぺリレン顔料、ぺリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサジン顔料、インジゴ顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフラロン顔料など)、染料キレート(例えば、塩基性染料型キレート、酸性染料型キレートなど)、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラックなどが挙げられる。これらの顔料のうちでも、特に、水と親和性の良いものが好ましい。
また、カラー用顔料の具体例としては、C.I..ピグメントイエロー1、3、12、13、14、17、24、34、35、37、42(黄色酸化鉄)、53、55、74、81、83、95、97、98、100、101、104、108、109、110、117、120、128、138、150、151、153、183、C.I..ピグメントオレンジ5、13、16、17、36、43、51、C.I..ピグメントレッド1、2、3、5、17、22、23、31、38、48:2、48:2〔パ−マネントレッド2B(Ca)〕、48:3、48:4、49:1、52:2、53:1、57:1(ブリリアントカーミン6B)、60:1、63:1、63:2、64:1、81、83、88、101(べんがら)、104、105、106、108(カドミウムレッド)、112、114、122(キナクリドンマゼンタ)、123、146、149、166、168、170、172、177、178、179、185、190、193、209、219、C.I..ピグメントバイオレット1(ローダミンレーキ)、3、5:1、16、19、23、38、C.I..ピグメントブルー1、2、15、15:1、15:2、15:3(フタロシアニンブルー)、16、17:1、56、60、63、C.I..ピグメントグリーン1、4、7、8、10、17、18、36等が挙げられる。
上記の他に、The Colour Index、第三版(The Society of Dyers and Colourists,1982)に記載された着色顔料を用いることもできる。
<酸性染料、食用染料>
C.I..アシッド・イエロー 17、23、42、44、79、142
C.I..アシッド・レッド 1、8、13、14、18、26、27、35、37、42、52、82、87、89、92、97、106、111、114、115、134、186、249、254、289
C.I..アシッド・ブルー 9、29、45、92、249
C.I..アシッド・ブラック 1、2、7、24、26、94
C.I..フード・イエロー 2、3、4
C.I..フード・レッド 7、9、14
C.I..フード・ブラック 1、2
C.I..ダイレクト・イエロー 1、12、24、26、33、44、50、120、132、142、144、86
C.I..ダイレクト・レッド 1、4、9、13、17、20、28、31、39、80、81、83、89、225、227
C.I..ダイレクト・オレンジ 26、29、62、102
C.I..ダイレクト・ブルー 1、2、6、15、22、25、71、76、79、86、87、90、98、163、165、199、202
C.I..ダイレクト・ブラック 19、22、32、38、51、56、71、74、75、77、154、168、171
C.I..ベーシック・イエロー 1、2、11、13、14、15、19、21、23、24、25、28、29、32、36、40、41、45、49、51、53、63、64、65、67、70、73、77、87、91
C.I..ベーシック・レッド 2、12、13、14、15、18、22、23、24、27、29、35、36、38、39、46、49、51、52、54、59、68、69、70、73、78、82、102、104、109、112
C.I..ベーシック・ブルー 1、3、5、7、9、21、22、26、35、41、45、47、54、62、65、66、67、69、75、77、78、89、92、93、105、117、120、122、124、129、137、141、147、155
C.I..ベーシック・ブラック 2、8
C.I..リアクティブ・ブラック 3、4、7、11、12、17
C.I..リアクテイブ・イエロー 1、5、11、13、14、20、21、22、25、40、47、51、55、65、67
C.I..リアクティブ・レッド 1、14、17、25、26、32、37、44、46、55、60、66、74、79、96、97
C.I..リアクティブ・ブルー 1、2、7、14、15、23、32、35、38、41、63、80、95等が使用できる。
インク中の界面活性剤の添加量は0.01〜5.0wt%が好ましく、より好ましくは0.5〜3wt%、更に好ましくは0.8〜2.0wt%である。0.01wt%以上であれば添加効果が確実に得られる。また、5.0wt%以下であれば、記録媒体への浸透性が高くなりすぎて画像濃度の低下や裏抜けが発生するというようなこともない。
インク中の浸透剤の添加量は、0.1〜5wt%が好ましく、より好ましくは0.3〜4wt%、更に好ましくは0.5〜3wt%である。
インクジェット記録装置による印字方法としては、連続噴射型やオンデマンド型が挙げられる。オンデマンド型としてはピエゾ方式、サーマル方式、静電方式等が挙げられる。
BET比表面積220m2/g、DBP吸着量100ml/100gのカーボンブラック90gを、2.5規定の硫酸ナトリウム溶液3000mlに添加し、温度60℃、速度300rpmで攪拌し、10時間反応させて酸化処理を行なった。
この反応液を濾過し、濾別したカーボンブラックを水酸化ナトリウム溶液で中和し、限外濾過を行なった。
得られたカーボンブラックを水洗いし乾燥させた後、カーボンブラック量が20wt%となるよう純水中に分散させてカーボンブラック顔料分散液を得た。
機械式攪拌機、温度計、窒素ガス導入管、還流管及び滴下ロートを備えた1Lフラスコ内を十分に窒素ガスで置換した後、スチレン11.2g、アクリル酸2.8g、ラウリルメタクリレート12.0g、ポリエチレングリコールメタクリレート4.0g、スチレンマクロマー(東亜合成社製:AS−6)4.0g及びメルカプトエタノール0.4gを仕込み、65℃に昇温した。
次に、スチレン100.8g、アクリル酸25.2g、ラウリルメタクリレート108.0g、ポリエチレングリコールメタクリレート36.0g、ヒドロキシエチルメタクリレート60.0g、スチレンマクロマー(東亜合成社:AS−6)36.0g、メルカプトエタノール3.6g、アゾビスジメチルバレロニトリル2.4g及びメチルエチルケトン18gの混合溶液を2.5時間かけてフラスコ内に滴下した。
滴下終了後、アゾビスジメチルバレロニトリル0.8g及びメチルエチルケトン18gの混合溶液を0.5時間かけてフラスコ内に滴下した。65℃で1時間熟成した後、アゾビスジメチルバレロニトリル0.8gを添加し、更に1時間熟成した。
反応終了後、フラスコ内に、メチルエチルケトン364gを添加し、濃度が50%のポリマー溶液800gを得た。
合成例1で作成したポリマー溶液28g、カーボンブラック顔料26g、1mol/Lの水酸化カリウム溶液13.6g、メチルエチルケトン20g、イオン交換水30gを十分に混合攪拌した後、三本ローロミルを用いて混練した。
得られたペーストをイオン交換水200gに投入し、十分に攪拌した後、エバポレーターを用いてメチルエチルケトンと水を留去し、黒色のカーボンブラック顔料含有ポリマー微粒子分散体を得た。
C.I.カーボンブラック150g、分散剤としてポリビニルピロリドン(平均分子量25000)2g、蒸留水738gを混合し、この混合物をプレ分散させた後、ディスクタイプのビーズミル(シンマルエンタープライゼス社製KDL型、メディア:0.3mmφジルコニアボール使用)で20時間循環分散し、カーボンブラック顔料分散体を得た。
調製例3における分散剤を、プライサーフA219B(第一工業製薬社製:ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステル)に変えた点以外は、調製例3と同様にして、調製例4のカーボンブラック顔料分散体を得た。
調製例3における分散剤を、ハイテノール18E(第一工業製薬社製:アニオン系界面活性剤)に変えた点以外は、調製例3と同様にして、調製例5のカーボンブラックの分散体を得た。
下記処方の材料を混合し、pHが9になるように水酸化リチウム10%水溶液で調整した後、平均孔径0.8μmのメンブレンフィルターで濾過を行ないインク組成物を得た。
・調製例1で作製したカーボンブラック顔料分散液(固形分として) 8.0wt%
・1,6−ヘキサンジオール 27.5wt%
・トリメチルグリシン 8.5wt%
・構造式(1)の界面活性剤(OMNOVA社製:PF−151N) 0.5wt%
・2−エチル−1,3−ヘキサンジオール 2.0wt%
・イオン交換水 53.5wt%
下記処方の材料を混合し、pHが9になるように水酸化リチウム10%水溶液で調整した後、平均孔径0.8μmのメンブレンフィルターで濾過を行ないインク組成物を得た。
・調製例2で作製したカーボンブラック顔料含有ポリマー微粒子分散体の分散液
(固形分として) 10.0wt%
・1,6−ヘキサンジオール 27.5wt%
・トリメチルグリシン 8.0wt%
・構造式(1)の界面活性剤(OMNOVA社製:PF−151N) 0.5wt%
・2−エチル−1,3−ヘキサンジオール 2.0wt%
・イオン交換水 52.0wt%
下記処方の材料を混合し、pHが9になるように水酸化リチウム10%水溶液で調整した後、平均孔径0.8μmのメンブレンフィルターで濾過を行ないインク組成物を得た。
・調製例1で作製したカーボンブラック顔料分散液(固形分として) 8.0wt%
・1,5−ペンタンジオール 23.3wt%
・トリメチルグリシン 10.7wt%
・構造式(1)の界面活性剤(OMNOVA社製:PF−151N) 0.5wt%
・2−エチル−1,3−ヘキサンジオール 2.0wt%
・イオン交換水 55.5wt%
下記処方の材料を混合し、pHが9になるように水酸化リチウム10%水溶液で調整した後、平均孔径0.8μmのメンブレンフィルターで濾過を行ないインク組成物を得た。
・調製例2で作製したカーボンブラック顔料含有ポリマー微粒子分散体の分散液
(固形分として) 10.0wt%
・1,5−ペンタンジオール 23.3wt%
・トリメチルグリシン 10.7wt%
・構造式(1)の界面活性剤(OMNOVA社製:PF−151N) 0.5wt%
・2−エチル−1,3−ヘキサンジオール 2.0wt%
・イオン交換水 53.5wt%
下記処方の材料を混合し、pHが9になるように水酸化リチウム10%水溶液で調整した後、平均孔径0.8μmのメンブレンフィルターで濾過を行ないインク組成物を得た。
・調製例1で作製したカーボンブラック顔料分散液(固形分として) 8.0wt%
・1,3−ブタンジオール 19.7wt%
・トリメチルグリシン 12.3wt%
・構造式(1)の界面活性剤(OMNOVA社製:PF−151N) 0.5wt%
・2−エチル−1,3−ヘキサンジオール 2.0wt%
・イオン交換水 57.5wt%
下記処方の材料を混合し、pHが9になるように水酸化リチウム10%水溶液で調整した後、平均孔径0.8μmのメンブレンフィルターで濾過を行ないインク組成物を得た。
・調製例2で作製したカーボンブラック顔料含有ポリマー微粒子分散体の分散液
(固形分として) 10.0wt%
・1,3−ブタンジオール 19.7wt%
・トリメチルグリシン 12.3wt%
・構造式(1)の界面活性剤(OMNOVA社製:PF−151N) 0.5wt%
・2−エチル−1,3−ヘキサンジオール 2.0wt%
・イオン交換水 55.5wt%
下記処方の材料を混合し、pHが9になるように水酸化リチウム10%水溶液で調整した後、平均孔径0.8μmのメンブレンフィルターで濾過を行ないインク組成物を得た。
・調製例1で作製したカーボンブラック顔料分散液(固形分として) 8.0wt%
・3−メチル−1,3−ブタンジオール 17.8wt%
・トリメチルグリシン 15.2wt%
・構造式(1)の界面活性剤(OMNOVA社製:PF−151N) 0.5wt%
・2−エチル−1,3−ヘキサンジオール 2.0wt%
・イオン交換水 56.5wt%
下記処方の材料を混合し、pHが9になるように水酸化リチウム10%水溶液で調整した後、平均孔径0.8μmのメンブレンフィルターで濾過を行ないインク組成物を得た。
・調製例2で作製したカーボンブラック顔料含有ポリマー微粒子分散体の分散液
(固形分として) 10.0wt%
・3−メチル−1,3−ブタンジオール 17.8wt%
・トリメチルグリシン 15.2wt%
・構造式(1)の界面活性剤(OMNOVA社製:PF−151N) 0.5wt%
・2−エチル−1,3−ヘキサンジオール 2.0wt%
・イオン交換水 54.5wt%
下記処方の材料を混合し、pHが9になるように水酸化リチウム10%水溶液で調整した後、平均孔径0.8μmのメンブレンフィルターで濾過を行ないインク組成物を得た。
・調製例1で作製したカーボンブラック顔料分散液(固形分として) 8.0wt%
・1,3−ブタンジオール 19.7wt%
・グリセリン 12.3wt%
・構造式(1)の界面活性剤(OMNOVA社製:PF−151N) 0.5wt%
・2−エチル−1,3−ヘキサンジオール 2.0wt%
・イオン交換水 57.5wt%
下記処方の材料を混合し、pHが9になるように水酸化リチウム10%水溶液で調整した後、平均孔径0.8μmのメンブレンフィルターで濾過を行ないインク組成物を得た。
・調製例2で作製したカーボンブラック顔料含有ポリマー微粒子分散体の分散液
(固形分として) 10.0wt%
・1,3−ブタンジオール 19.7wt%
・グリセリン 12.3wt%
・構造式(1)の界面活性剤(OMNOVA社製:PF−151N) 0.5wt%
・2−エチル−1,3−ヘキサンジオール 2.0wt%
・イオン交換水 57.5wt%
下記処方の材料を混合し、pHが9になるように水酸化リチウム10%水溶液で調整した後、平均孔径0.8μmのメンブレンフィルターで濾過を行ないインク組成物を得た。
・調製例3で作製したカーボンブラック顔料分散液(固形分として) 8.0wt%
・1,6−ヘキサンジオール 12.7wt%
・グリセリン 24.3wt%
・アセチレングリコール系界面活性剤 0.5wt%
(エアプロダクツ社製:サーイノール465)
・2−エチル−1,3−ヘキサンジオール 2.0wt%
・イオン交換水 52.5wt%
下記処方の材料を混合し、pHが9になるように水酸化リチウム10%水溶液で調整した後、平均孔径0.8μmのメンブレンフィルターで濾過を行ないインク組成物を得た。
・調製例4で作製したカーボンブラック顔料分散液(固形分として) 8.0wt%
・1,5−ペンタンジオール 15.8wt%
・グリセリン 29.2wt%
・アセチレングリコール系界面活性剤 0.5wt%
(エアプロダクツ社製:サーイノール465)
・2−エチル−1,3−ヘキサンジオール 2.0wt%
・イオン交換水 44.5wt%
1,3−ブタンジオールをトリメチルグリシンに変えた点以外は、比較例1と同様にしてインク組成物を得た。
<溶媒残存率に伴なう粒径変化>
実施例1、2、比較例3、4の一定量の各インクを、温度50℃、相対湿度10%の環境中に放置し、一定時間後のインク重量変化、及びその時点での顔料粒子の累積平均粒径(D50、D90)を測定した。結果を図1、図2に示す。
累積平均粒径の測定にはマイクロトラックUPAを使用した。
この印写の際の画像濃度、印写後の吐出安定性について、次のようにして評価した。
得られたマゼンタべた画像部の光学濃度をX−Rite938で測定し、下記基準により評価した。結果を表1に示す。
〔評価基準〕
◎:1.6以上
○:1.3以上1.6未満
△:1.0以上1.3未満
×:1.0未満
ベタ画像及び文字を印写した後、プリンタヘッドにキャップをした状態で、プリンタを40℃の環境下で1ヶ月放置した。そして放置後のプリンタの吐出状態が初期の吐出状態に回復するか否かを、下記のクリーニング動作回数によって評価した。
○:1回の動作により回復した。
△:2回〜3回の動作により回復した。
×:3回以上の動作によっても回復がみられなかった。
実施例1〜8及び比較例1、2、5の各インクをポリエチレン容器に入れて密封し、70℃で30日間保存した後の粒径、表面張力、粘度を測定し、初期物性との変化率により下記の基準で評価した。
○:粒径、表面張力、粘度の全ての項目が10%未満
×:粒径、表面張力、粘度の少なくとも一つの項目が10%以上
Claims (6)
- 炭素数4〜6のジオールとトリメチルグリシンとを用いたことを特徴とするインクジェット用インク。
- 炭素数4〜6のジオールが、1,6−ヘキサンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,3−ブタンジオール、3−メチル−1,3−ブタンジオールのいずれかであることを特徴とする請求項1記載のインクジェット用インク。
- 請求項1又は2記載のインクジェット用インクを容器に収容したことを特徴とするインクカートリッジ。
- 請求項3記載のインクカートリッジを搭載した画像形成装置。
- 請求項1又は2記載のインクジェット用インクを用いてインクジェット記録装置で印字することを特徴とする画像形成方法。
- 請求項1又は2記載のインクジェット用インクを用いてインクジェット記録装置で印字された画像形成物。
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