JP2010241068A - インクジェット用前処理液、画像形成方法、及び画像形成物 - Google Patents
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Abstract
本発明は、コピー用紙等の塗工層を持たない記録用メディアに対しフェザリング及びカラーブリードがなく且つスミア定着性に優れる画像を形成し得るインクジェット用前処理液を提供することを目的とする。
【解決手段】
水溶性脂肪族系有機酸、水溶性有機モノアミン化合物、水溶性有機溶剤及び水を含有するインクジェット用前処理液であって、前記水溶性脂肪族系有機酸に含まれる酸基に対し1モル当量以上の前記水溶性有機モノアミン化合物を含有することを特徴とするインクジェット用前処理液。
【選択図】図1
Description
この場合、脂肪族系有機酸塩化合物又は無機金属塩化合物を含有することが好ましい。この場合、静的表面張力が30mN/m以下であることが好ましい。
通常のインクジェット用前処理液はpHが低めに設定され、インクジェット用インクと接触した場合に、アニオン性の顔料を凝集(酸析)させて記録媒体上に定着させることにより、フェザリング、カラーブリードを改良する。これに対し、本実施形態の前処理液は水溶性脂肪族系有機酸が水溶性有機モノアミン化合物により中和され中性に近いにもかかわらず、光学濃度が高く、フェザリング、カラーブリードが低減された画像形成物が得られる。このような効果が得られる理由について図1を用いて説明する。
本実施形態のインクジェット用前処理液に用いられる水溶性脂肪族系有機酸としては、水溶性脂肪族系カルボキシル基含有有機酸や水溶性脂肪族系スルホ基含有有機酸が好適に用いられる。ここで、脂肪族とは直鎖或いは分岐の炭化水素基を含むことを意味し、炭化水素基は飽和炭化水素基であっても不飽和炭化水素基でも良い。水溶性脂肪族系有機酸の炭素数は、特に限定されないが、溶媒への溶解性の点から1分子あたり6個以下であることが好ましい。
(I)式で表される化合物としては、例えば、乳酸(pKa:3.83)、リンゴ酸(pKa:3.4)、クエン酸(pKa:3.13)、酒石酸(pKa:2.93)等が挙げられる。(II)式で表される化合物としては、例えば、蓚酸(pKa:1.04)、マロン酸(pKa:2.05)、琥珀酸(pKa:4.21)、アジピン酸(pKa:4.42)等が挙げられる。(III)式で表される化合物としては、例えば、酢酸(pKa:4.76)、プロピオン酸(pKa:4.87)、酪酸(pKa:4.82)、吉草酸(pKa:4.82)等が挙げられる。
本実施形態のインクジェット用前処理液に用いられる水溶性有機モノアミン化合物としては、1級、2級、3級及び4級アミン及びそれらの塩のいずれであっても構わない。なお、本実施形態において4級アミンとは、窒素原子に4つのアルキル基が置換した化合物を意味する。
(IV)式で表される化合物としては、例えば、ジメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、n−ブチルアミン、t−ブチルアミン、sec−ブチルアミン、ジ−n−ブチルアミン、トリブチルアミン、ペンチルアミン、ジペンチルアミン、トリペンチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、ジ-2-エチルヘキシルアミン、ジ−n−オクチルアミン、トリ−n−オクチルアミン、1−アミノ−2−プロパノール、3−アミノ−1−プロパノール、N−メチルエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、N−ブチルジエタノールアミン、N,N−ジブチルエタノールアミン、等が挙げられる。
本実施形態のインクジェット用前処理液に用いられる水溶性有機溶剤としては、例えば、多価アルコール類、多価アルコールアルキルエーテル類、多価アルコールアリールエーテル類、含窒素複素環化合物、アミド類、アミン類、含硫黄化合物類、プロピレンカーボネート、炭酸エチレンが挙げられる。本実施形態の水溶性有機溶剤は、インクジェット用前処理液が開放状態で放置されても、水溶性有機溶剤が多量の水分を保持することにより、インクジェット用前処理液の流動性を付与する。
前記前処理液に脂肪族系有機酸塩化合物又は無機金属塩化合物を添加すると、顔料が記録用メディア表面に留まりやすくなり、塩析効果が向上するために画像濃度が増加する。
本実施形態のインクジェット用前処理液は、記録用メディア表面の濡れ性を改質し、画像形成物の画像濃度、彩度及び白ポチを改良するために界面活性剤を用いることができる。この場合、前記界面活性剤によりインクジェット用前処理液の静的表面張力を30mN/mに調整することが好ましい。
(1)アニオン系フッ素系界面活性剤
本実施形態のインクジェット用前処理液は、浸透剤として、炭素数8〜11の非湿潤剤性ポリオール化合物又はグリコールエーテル化合物を少なくとも1種を含有することが好ましい。これらは、25℃の水中において0.2〜5.0質量%の間の溶解度を有するものが好ましい。これらの中でも、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール[溶解度:4.2%(25℃)]、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール[溶解度:2.0%(25℃)]が特に好ましい。
本実施形態の画像形成方法に用いられるインクジェット用インクは、水分散性着色剤、水溶性有機溶剤、界面活性剤、浸透剤及び水を含有する。
前記インクジェット用インクは水分散性着色剤として、耐候性の面から主として顔料が用いられるが、色調調整の目的で耐候性が劣化させない範囲内で染料を含有しても構わない。前記顔料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、黒色用、或いはカラー用の無機顔料や有機顔料などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
1)第1形態では前記着色剤は、ポリマー微粒子に水不溶乃至水難溶性の色材を含有させてなるポリマーエマルジョン(色材を含有させたポリマー微粒子の水分散物)を含有する。
2)第2形態では前記着色剤は、表面に少なくとも1種の親水基を有し、分散剤の不存在下で水分散性を示す顔料(以下、「自己分散性顔料」と称することもある)を含有する。
前記インクジェット用インクに用いられる水溶性有機溶剤としては、前記インクジェット用前処理液に用いられる水溶性有機溶剤が好適に用いられる。前記インクジェット用インクにおける前記水分散性着色剤と前記水溶性有機溶剤との質量比は、ヘッドからのインク吐出安定性に影響を与える。例えば、水分散性着色剤の固形分が高いのに水溶性有機溶剤の配合量が少ないとノズルのインクメニスカス付近の水分蒸発が進み吐出不良をもたらすことがある。前記水溶性有機溶剤の前記インクジェット用インク中における含有量は、20〜50質量%が好ましく、20〜45質量%がより好ましい。前記含有量が20質量%未満であると、吐出安定性が低下したりインクジェット記録装置の維持装置で廃インク固着したりする可能性がある。また、50質量%を超えると、紙面上での乾燥性に劣り更に普通紙上の文字品位が低下することがある。
前記インクジェット用インクに用いられる界面活性剤としては、着色剤の種類や水溶性有機溶剤の組み合わせによって分散安定性が損なわれず、表面張力が低く、浸透性、レベリング性の高いものが好ましく、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤及びフッ素系界面活性剤から選択される少なくとも1種が好適である。これらの中でも、シリコーン系界面活性剤及びフッ素系界面活性剤が特に好ましい。これら界面活性剤は、1種を単独、又は2種以上を混合して用いることができる。
前記インクジェット用インクに用いられる浸透剤としては、前記インクジェット用前処理液に用いられる浸透剤が好適に用いられる。前記浸透剤の前記インクジェット用インクにおける含有量は、0.1〜4.0質量%が好ましい。前記含有量が0.1質量%未満であると、速乾性が得られず滲んだ画像となることがあり、4.0質量%を超えると、着色剤の分散安定性が損なわれ、ノズルが目詰まりしやすくなったり、また記録用メディアへの浸透性が必要以上に高くなり、画像濃度の低下や裏抜けが発生することがある。
前記水分散性樹脂としては、造膜性(画像形成性)に優れ、かつ高撥水性、高耐水性、高耐候性を備えて、高耐水性で高画像濃度(高発色性)の画像記録に有用である。例えば、縮合系合成樹脂、付加系合成樹脂、天然高分子化合物などが挙げられる。
前記その他の成分としては、特に制限はなく、必要に応じて適宜選択することができ、例えば、pH調整剤、防腐防黴剤、キレート試薬、防錆剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、酸素吸収剤、光安定化剤、などが挙げられる。
前記インクジェット用インクは、水分散性着色剤、水溶性有機溶剤、界面活性剤、浸透剤及び水、更に必要に応じて他の成分を水性媒体中に分散又は溶解し、更に必要に応じて攪拌混合して製造する。前記攪拌混合は、例えば、サンドミル、ホモジナイザー、ボールミル、ペイントシャイカー、超音波分散機等により行なうことができ、攪拌混合は通常の攪拌羽を用いた攪拌機、マグネチックスターラー、高速の分散機等で行なうことができる。
前記インクジェット用インクの物性としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、粘度、表面張力等が以下の範囲であることが好ましい。
前記記録用メディアとしては、塗工層を持たない普通紙が好適に用いられ、一般的にコピー用紙として用いているサイズ度10S以上、透気度5〜50Sの普通紙が好ましい。
本実施形態の画像形成方法は、本実施形態のインクジェット用前処理液を記録用メディアに塗布する前処理工程と、前記インクジェット用インクに刺激を印加し、前記前処理液を塗布した記録用メディアに、前記インクジェット用インクを飛翔させて画像を形成するインク飛翔工程とを有する。
前記前処理工程としては、記録用メディア表面に前記インクジェット用前処理液を均一に塗工する塗工方法を用いればよく、特に制限はない。このような塗工方法として、例えば、ブレードコート法、グラビアコート法、グラビアオフセットコート法、バーコート法、ロールコート法、ナイフコート法、エアナイフコート法、コンマコート法、Uコンマコート法、AKKUコート法、スムージングコート法、マイクログラビアコート法、リバースロールコート法、4本乃至5本ロールコート法、ディップコート法、カーテンコート法、スライドコート法、ダイコート法などが挙げられる。
本実施形態の画像形成方法におけるインク飛翔工程は、前記インクジェット用インクに、刺激(エネルギー)を印加し、前記インクジェット用前処理液を塗布した記録用メディアに、前記インクジェット用インクを飛翔させて記録用メディアに画像を形成する工程である。前記インク飛翔工程において記録用メディアに前記インクジェット用インクを飛翔させて記録用メディアに画像を形成する方法としては、公知のあらゆるインクジェット記録方法を適用できる。このような方法としては、ヘッドを走査する方式のインクジェット記録方法や、ライン化されたヘッドを用いることにより、ある枚葉の記録用メディアにおいて、画像記録を行うインクジェット記録方法が挙げられる。
本実施形態のインクジェット用前処理液を記録用メディアに付与し、前記インクジェット用インクで画像を形成するための装置について、図2の具体例を用いて説明する。図2の装置は、インクジェット記録用ヘッドを走査して画像形成するタイプの記録装置である。
<マゼンタ顔料含有ポリマー微粒子分散液の調製>
―ポリマー溶液Aの調製―
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のフラスコ内を充分に窒素ガス置換した後、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4.0g、及びメルカプトエタノール0.4gを混合し、65℃に昇温した。
ポリマー溶液Aを28gと、C.I.ピグメントレッド122を42g、1mol/Lの水酸化カリウム水溶液13.6g、メチルエチルケトン20g、及びイオン交換水13.6gを十分に攪拌した後、ロールミルを用いて混練した。得られたペーストを純水200gに投入し、充分に攪拌した後、エバポレータ用いてメチルエチルケトン及び水を留去し、更に粗大粒子を除くためにこの分散液を平均孔径5.0μmのポリビニリデンフロライドメンブランフィルターにて加圧濾過し、顔料15質量%含有、固形分20質量%のマゼンタ顔料含有ポリマー微粒子分散液を得た。得られたマゼンタ顔料含有ポリマー微粒子分散液におけるポリマー微粒子の平均粒子径(D50)を測定したところ82.7nmであった。なお、平均粒子径(D50)の測定は、粒度分布測定装置(日機装株式会社製、ナノトラックUPA−EX150)を用いた。
<シアン顔料含有ポリマー微粒子分散液の調製>
調製例1において、顔料としてのC.I.ピグメントレッド122をフタロシアニン顔料(C.I.ピグメントブルー15:3)に変更した以外は、調製例1と同様にして、シアン顔料含有ポリマー微粒子分散液を調製した。
<イエロー顔料含有ポリマー微粒子分散液の調製>
調製例1において、顔料としてのC.I.ピグメントレッド122をモノアゾイエロー顔料(C.I.ピグメントイエロー74)に変更した以外は、調製例1と同様にして、イエロー顔料含有ポリマー微粒子分散液を調製した。
<カーボンブラック顔料含有ポリマー微粒子分散液の調製>
調製例1において、顔料としてのC.I.ピグメントレッド122をカーボンブラック(デグサ社製、FW100)に変更した以外は、調製例1と同様にして、カーボンブラック顔料含有ポリマー微粒子分散液を調製した。
<インクジェット用インクの作製>
各インクジェット用インクの作製は、以下の手順で行なった。まず、下記表1、2に示す水溶性有機溶剤(湿潤剤)、浸透剤、界面活性剤、防カビ剤、及び水を混合し、1時間攪拌を行ない均一に混合する。また、混合液によっては水分散性樹脂を添加して1時間撹拌し、顔料分散液、消泡剤、pH調整剤を添加し1時間攪拌する。この分散液を平均孔径5.0μmのポリビニリデンフロライドメンブランフィルターにて加圧濾過し、粗大粒子やごみを除去して、調整例5〜20の各インクジェット用インクを作製した。
*CAB−O−JET 260:CABOT製、顔料固形分11%、マゼンタ自己分散顔料
*CAB−O−JET 250:CABOT製、顔料固形分11%、シアン自己分散顔料
*CAB−O−JET 270:CABOT製、顔料固形分11%、イエロー自己分散顔料
*CAB−O−JET 300:CABOT製、顔料固形分15%、ブラック自己分散顔料
*フッ素樹脂エマルジョン:旭硝子株式会社製、ルミフロンFE4500、固形分52質量%、平均粒子径136nm、最低造膜温度(MFT)=28℃
*アクリル−シリコーン樹脂エマルジョン:昭和高分子株式会社製、ポリゾールROY6312、固形分40質量%、平均粒子径171nm、最低造膜温度(MFT)=20℃
*ゾニールFS−300:ポリオキシエチレンパーフロロアルキルエーテル(Dupont社製、成分40質量%)
*KF−643:ポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤(信越化学工業株式会社製、成分100質量%)
*ソフタノールEP−7025:ポリオキシアルキレンアルキルエーテル(日本触媒株式会社製、成分100質量%)
*Proxel GXL:1,2−benzisothiazolin−3−oneを主成分とした防カビ剤(アビシア社製、成分20質量%、ジプロピレングリコール含有)
*KM−72F:自己乳化型シリコーン消泡剤(信越シリコーン株式会社製、成分100質量%)
平均粒子径(D50)の測定は、粒度分布測定装置(日機装株式会社製、ナノトラックUPA−EX150)を用いた。
インクの粘度は、粘度計(RE−550L、東機産業株式会社製)を使用して、25℃の粘度を測定した。
インクの表面張力は、全自動表面張力計(CBVP−Z、協和界面科学株式会社製)を使用して、25℃で測定した。
<前処理液の作製>
各前処理液の製造は、以下の手順で行なった。まず、下記表4及び表5に示す材料を混ぜ、1時間攪拌を行ない均一に混合する。この前処理液を平均孔径5.0μmのポリビニリデンフロライドメンブランフィルターにて加圧濾過し、粗大粒子やごみを除去して、調整例21〜37の各前処理液を作製した。
*L−乳酸:東京化成工業製、純度85%以上
*L(+)−酒石酸:関東化学製、純度99.5%以上
*DL−リンゴ酸:関東化学製、純度99%以上
*ゾニールFS−300:ポリオキシエチレンパーフロロアルキルエーテル(Dupon
t社製、成分40質量%)
*KF−643:ポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤(信越化学工業株式会社製、
成分100質量%)
*フタージェント251:分岐パーフルオロアルケニル基含有フッ素系界面活性剤 (株式会社ネオス製、有効成分100質量%)
*Proxel GXL:1,2−benzisothiazolin−3−oneを主成分とした防カビ剤(アビシア社製、成分20質量%、ジプロピレングリコール含有)
尚、有機酸に対する有機アミン比は次式を用いて算出した。
記録用メディア上に、調整例21〜28の前処理液を、ワイヤーバーコート法で塗布・温風乾燥するか、図2又は図3の装置で塗布・自然乾燥して前処理を行なう。前処理後、温度23±0.5℃、50±5%RHに調整された環境下、インクジェットプリンタ(IPSiO GX5000、株式会社リコー製)を用い、インクの吐出量が均しくなるようにピエゾ素子の駆動電圧を変動させ、記録用メディアに同じ付着量のインクが付くように設定を行なった。
*My_paper:(株)リコー製(上質紙)坪量69.6g/m2,サイズ度23.2秒,透気度21秒、
Microsoft Word2000にて作成した64point文字「■」の記載のあるチャートを記録用メディアに打ち出し、印字面の「■」部をX−Rite938にて測色し、下記評価基準により判定した。印字モードはプリンタ添付のドライバで「普通紙−標準はやい」モードカラーマッチングoffで印字した。
〔評価基準〕
◎:Black : 1.3以上、
Yellow : 0.85以上、
Magenta: 1.05以上、
Cyan : 1.1以上
○:Black : 1.2以上1.3未満、
Yellow : 0.8以上0.85未満、
Magenta: 1.0以上1.05未満、
Cyan : 1.0以上1.1未満
△:Black : 1.15以上1.2未満、
Yellow : 0.75以上0.8未満、
Magenta: 0.95以上1.0未満、
Cyan : 0.95以上1.0未満
×:Black : 1.15未満、
Yellow : 0.75未満、
Magenta: 0.95未満、
Cyan : 0.95未満
画像濃度と同様にチャートを記録用メディアに打ち出し、印字面の「■」部をX−Rite938にて測色し、下記評価基準により判定した印字モードはプリンタ添付のドライバで「普通紙−標準はやい」モードカラーマッチングoffで印字した。
〔評価基準〕
◎:0.85以上、○:0.8以上0.85未満、△:0.75以上0.8未満、×:0.75未満
記録用メディアにイエローのベタ画像内にマゼンタ、シアン、ブラックの0.5mmの線画像をそれぞれ形成し、異なった色の記録液が隣接した場合に滲んでおこる色境界にじみの発生を目視により観察した。同様にシアンのベタ画像内にマゼンタ、イエロー、ブラックの0.5mmの線画像をそれぞれ形成した場合とマゼンタのベタ画像内にシアン、イエロー、ブラックの0.5mmの線画像をそれぞれ形成した場合についても色境界にじみの発生を観察した。
〔評価基準〕
◎:全く問題なし、○:僅かに発生問題なし、×:発生問題あり
Microsoft Word2000にて作成した6point文字「轟」の記載のあるチャートを記録用メディアに打ち出し、文字滲みの発生を目視により観察した。
〔評価基準〕
◎:全く問題なし、○:僅かに発生問題なし、△:少し発生問題あり、×:発生問題あり
Microsoft Word2000にて作成した64point文字「■」の記載のあるチャートを記録用メディアに打ち出し、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック印字面の「■」ベタ画像部内を目視観察し、白ポチの有無を評価した。
〔評価基準〕
◎:全く問題なし、 ○:僅かに有るが問題なし、 △:有るが許容範囲で問題なし、 ×:問題あり
Microsoft Word2000にて作成した3cm×3cmのモノ黒色ベタ画像があるチャートを記録用メディアに打ち出し、温度23±1℃、湿度50±10%で24時間乾燥させ、印字面の「■」部をCM−1型クロックメータに両面テープで取り付けたJIS L 0803 綿3号を印字部位に当てるように5往復させた後、綿布へのインク付着汚れをX−Rite938にて測定し、綿布の地肌色を差し引いて汚れ部の濃度が下記評価基準により判定した。
〔評価基準〕
◎:0.03未満、○:0.03以上0.07未満、△:0.07以上0.1未満、×:0.1以上
<乾燥性>(印写直後スミア定着性)
Microsoft Word2000にて作成した3cm×3cmのモノ黒色ベタ画像があるチャートを記録用メディアに打ち出した直後(10秒後)、印字面の「■」部をCM−1型クロックメータに両面テープで取り付けたJIS L 0803 綿3号を印字部位に当てるように5往復させた後、綿布へのインク付着汚れをX−Rite938にて測定し、綿布の地肌色を差し引いて汚れ部の濃度が下記評価基準により判定した。(評価環境:温度23±1℃、湿度50±10%)
〔評価基準〕
◎:0.1未満、○:0.1以上0.15未満、△:0.15以上0.2未満、×:0.2以上
<金属腐食性>
表4及び5に記載の調整例21〜37の前処理液中にSUS303金属片を浸漬し、室温環境下(評価環境:温度23±1℃、湿度50±10%)で1週間放置し、金属腐食性を目視で評価下記評価基準により判定した。
◎:全く腐食なし、 ○:金属光沢が僅かに減少、 △:僅かに腐食あり、 ×:明らかに腐食あり
2 膜厚制御ローラ
3 汲み上げローラ
4 付与ローラ
5 カウンタローラ
6 記録用メディア
7 給紙ローラ
8 給紙トレイ
10 用紙送りローラ
11〜16 記録用メディア送りローラ
17 記録用メディア
18 給紙ローラ
20 記録ヘッド
21 インクカートリッジ
22 キャリッジ軸
23 キャリッジ
31 記録用メディアガイド
32、33 記録用メディア送りローラ
34 記録用メディア戻しガイド
35 用紙送りガイド
101 インクジェット用前処理液
102 記録用メディア
103 インクジェット用インクに含まれるビヒクル
104 顔料(凝集物)
Claims (9)
- 水溶性脂肪族系有機酸、水溶性有機モノアミン化合物、水溶性有機溶剤及び水を含有するインクジェット用前処理液であって、
前記水溶性脂肪族系有機酸に含まれる酸基に対し1モル当量以上の前記水溶性有機モノアミン化合物を含有することを特徴とするインクジェット用前処理液。 - 脂肪族系有機酸塩化合物又は無機金属塩化合物を含有することを特徴とする請求項1乃至3に記載のインクジェット用前処理液。
- 静的表面張力が30mN/m以下であることを特徴とする請求項1乃至4に記載のインクジェット用前処理液。
- 請求項1乃至5に記載のインクジェット用前処理液を記録用メディアに塗布する前処理工程と、
水分散性着色剤、水溶性有機溶剤、界面活性剤、浸透剤及び水を含有するインクジェット用インクに刺激を印加し、前記インクジェット用前処理液を塗布した記録用メディアに、前記インクジェット用インクを飛翔させて画像を形成するインク飛翔工程と、
を有することを特徴とする画像形成方法。 - 前記水分散性着色剤が顔料であり、
該顔料が自己分散可能な顔料及び樹脂により被覆された顔料からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項6に記載の画像形成方法。 - 前記インクジェット用インクの静的表面張力が20〜35mN/mであることを特徴とする請求項6又は7に記載の画像形成方法。
- 請求項6乃至8のいずれかに記載の画像形成方法により作製されたことを特徴とする画像形成物。
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