JP2012522071A - にじみ制御剤を含む顔料インクジェットインク - Google Patents

Abstract

本発明は、インクジェット印刷用のインクを提供する。このインクは水性ビヒクルと、自己分散性顔料と、にじみ制御剤としての有効量のバイオポリマーを含む。インクはたとえば普通紙上に印刷された場合に色間のにじみの減少を示す。

Description

［関連出願に対する相互参照］
本出願は、２００９年３月２４日出願の米国仮特許出願第６１／１６２／８０４号からの３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９に基づく優先権を主張する。

本発明は、水性インクジェットインク、詳細には水性ビヒクルと自己分散性顔料とにじみ制御剤とを含む水性インクジェットインクに関する。

インクジェット印刷は、インクジェット小滴を紙などの基材上に被着させて所望の画像を形成するノンインパクト印刷プロセスである。インクジェットプリンタには、フルカラー印刷用に典型的にはシアン、マゼンタおよびイエローインク（ＣＭＹ）を含むインクセットが具備されている。インクセットは一般的にブラックインクも含んでいる（ＣＭＹＫ）。

特に３原色または４原色を同時（またはほぼ同時に）印刷する能力を有するインクジェットプリンタについては、インクが比較的低い粘度を有しインクが広がる傾向をもつことを理由として、ある色から別の色へのにじみが、インクジェット印刷における１つの典型的な問題である。１つの印刷液体から隣接する印刷液体内へのこのようなにじみは、解像度の低い不明瞭な画像の生成を結果としてもたらす。

隣接する印刷液体のにじみを防ぐために、さまざまな方法が提案されてきた。１つの方法は２つの印刷液体を互いに一定距離を置いて適用して印刷液体の交じり合いあるいは混合が一切起こり得ないようにすることである。しかしながら、この方法では、解像度の低い画像が生成される。別の方法には、最初の液体が完全に乾燥するまで第２の印刷液体の適用を遅らせることが関与する。この方法は、非効率的であるために不利である。にじみを制御するさらに別のアプローチは、基材内への印刷液体の浸透速度を高めることにあるが、これは光学密度の低減をひき起こす。

米国特許第５，４８８，４０２号明細書は、２つの異なるカラーインク組成物間の色のにじみを防ぐための方法を開示しており、ここで第１のインクはアニオン性であり、１つ以上のカルボキシルおよび／またはカルボキシレート基を含む着色剤を含み、第２のインクは、２つのインク組成物間のにじみを防ぐために、第１のインク内の着色剤とイオン架橋して固体沈殿物を形成するように設計された沈殿剤を含んでいる。多価金属塩が、沈殿剤として有用なものとして開示されている。

米国特許第７，２３５，１２６号明細書は、非イオン性ポリマー添加剤を含むインクジェットインクを開示している。米国特許第５，９７７，２０９号明細書は、アルギン酸塩を含むインク組成物を開示している。しかしながら、これら２つの特許のいずれも、自己分散性顔料内でのアルギン酸塩の使用について開示していない。

インクセットの１つ以上のインク中で無機または有機塩を使用することでインクジェット印刷におけるにじみ特性が改善されたものの、インク中の塩濃度が高いことに由来するプリントヘッドに対する腐食およびインクの不安定さなどの欠点無く優れた印刷品質を提供するインクジェットインク調合物に対するニーズはなおも存在している。本発明は、改善されたにじみ特性および優れた光学密度を有する組成物を提供することによってこのニーズを満たすものである。

本発明の一実施形態は、水性ビヒクルと、自己分散性顔料と、にじみ制御剤としてのバイオポリマーとを含むインクジェットインクであって、前記バイオポリマーがグルロン酸およびマンヌロン酸構成単位で構成されている、インクジェットインクを提供する。

別の実施形態は、バイオポリマーが２５，０００〜２５０，０００の範囲内の数平均分子量を有するアニオンポリマーであることを規定している。

別の実施形態は、バイオポリマー量が、インク総重量に基づいて０．１重量％〜５．０重量％の範囲内にあることを規定している。

別の実施形態は、バイオポリマー量が、インク総重量に基づいて０．２０重量％であることを規定している。

別の実施形態は、バイオポリマー量が、インク総重量に基づいて０．４０重量％であることを規定している。

別の実施形態は、バイオポリマー量が、インク総重量に基づいて０．５０重量％であることを規定している。

別の実施形態は、自己分散性顔料が、アニオン親水性部分を含む自己分散性カーボンブラック顔料であることを規定している。

別の実施形態は、自己分散性カーボンブラック顔料上のアニオン親水性部分が、主として顔料表面に直接付着させられたカルボキシル基であることを規定している。

別の実施形態は、２５℃で約２０ダイン／ｃｍ〜約７０ダイン／ｃｍの範囲内の表面張力と２５℃で約３０ｃＰ未満の粘度を有することを規定している。

別の実施形態は、水性ビヒクルと、自己分散性顔料着色料とにじみ制御剤としてのバイオポリマーとを含むマゼンタ、イエロー、シアンおよびブラックインクを含むインクジェットインクセットであって、バイオポリマーがグルロン酸およびマンヌロン酸構成単位で構成されているインクジェットインクセットを提供している。

別の実施形態は、マゼンタ、イエローおよびシアンインクの各々が独立して選択された染料着色料を含むことを規定している。

本発明のこれらのおよびその他の特徴は、以下の詳細な説明を読むことにより当業者であればより容易に理解するものである。明確さを期して以上及び以下で別個の実施形態として記述されている本発明の一部の特徴は、単一の実施形態の中で組み合わせた形で提供されてもよい。逆に言うと、単一の実施形態に関して記述されている本発明のさまざまな特徴は、別個にまたは任意の下位組合せの形で提供されてもよい。

別段の明記または定義のないかぎり、本明細書中で使用されている全ての技術的および科学的用語は、本発明が関連する技術分野の当業者により一般的に理解される意味を有する。

別段の明記のないかぎり、全ての百分率、部分量、比率などは、重量に基づく。

量、濃度またはその他の値もしくはパラメータが、範囲、好ましい範囲または好ましい上限値と好ましい下限値一覧のいずれかとして示されている場合、これらは、範囲が別個に開示されているか否かには関わらず、任意の範囲上限または好ましい上限値と任意の範囲下限または好ましい下限値との任意の対で形成される全ての範囲を具体的に開示するものとして理解すべきである。数値範囲が本明細書中に記されている場合には、別途明記のないかぎり、この範囲はその端点およびその範囲内の全ての整数および分数を含むように意図されている。

１つの値または１範囲の１端点を記述するのに「約」という用語が使用される場合、開示は、言及された具体的値には端点を含むものと理解されるべきである。

本明細書内で使用される増強されたまたは改善された「印刷品質」に対する言及は、例えば摩擦堅牢度（指による摩擦）、水堅牢度（水の滴下）および油性汚れ堅牢度（蛍光ペンでのマーキング）を含め、印刷された画像の光学密度、光沢および明確度（ＤＯＩ）ならびに堅牢度（印刷された画像からのインク除去に対する耐性）という一部の側面が増大していることを意味する。

本明細書内で使用する「ＳＤＰ」という用語は、「自己分散性（ｓｅｌｆ−ｄｉｓｐｅｒｓｉｂｌｅまたはｓｅｌｆ−ｄｉｓｐｅｒｓｉｎｇ）」顔料を意味する。

本明細書中で使用される「分散」という用語は、１つの相がバルク物質全体を通して分散させられた細分割粒子（多くの場合コロイドサイズ範囲）で構成され、これらの粒子が分散相または内部相であり、バルク物質が連続相または外部相である、２相系を意味している。

本明細書中で使用される「分散剤」という用語は、多くの場合コロイドサイズのものである極めて細かい固体粒子の均一かつ最大の分離を促進するように懸濁媒質に添加される表面活性剤を意味する。顔料については、最も多くの場合分散剤はポリマー分散剤であり、分散剤と顔料は通常分散用機器を用いて組合わされる。

本明細書中で使用される「ＯＤ」という用語は、光学密度を意味する。

本明細書中で使用される「光沢」という用語は、印刷された表面からの反射光の所見を意味し、通常、印刷基材は光沢紙である。

本明細書中で使用される「機能化度」という用語は、本明細書中でさらに記述されている方法に従って測定された、ＳＤＰの表面上に存在する単位表面積あたりの親水基の量を意味する。

本明細書中で使用される「水性ビヒクル」という用語は、水または水と少なくとも１つの水溶性または部分的水溶性（すなわちメチルエチルケトン）の有機溶媒（共溶媒）との混合物を意味する。

本明細書中で使用される「実質的に」という用語は、著しいレベルのもの、ほぼ全てであることを意味する。

本明細書中で使用される「ダイン／ｃｍ」という用語は、表面張力の単位であるセンチメートルあたりのダインを意味する。

本明細書中で使用される「ｃＰ」という用語は、粘度単位であるセンチポアズを意味する。

本明細書中で使用される「ｍＰａ．ｓ」という用語は、粘度単位であるミリパスカル秒を意味する。

本明細書中で使用される「ｍＮ．ｍ^-1」という用語は、表面張力単位であるメートルあたりのミリニュートンを意味する。

本明細書中で使用される「ＥＤＴＡ」という用語は、エチレンジアミン四酢酸を意味する。

本明細書中で使用される「ＩＤＡ」という用語は、イミノ二酢酸を意味する。

本明細書中で使用される「ＥＤＤＨＡ」という用語は、エチレンジアミン−ジ（ｏ−ヒドロキシフェニル酢酸）を意味する。

本明細書中で使用される「ＮＴＡ」という用語は、ニトリロ三酢酸を意味する。

本明細書中で使用される「ＤＨＥＧ」という用語は、ジヒドロキシエチレングリシンを意味する。

本明細書中で使用される「ＣｙＤＴＡ」という用語は、トランス−１，２−シクロヘキサンジアミン四酢酸を意味する。

本明細書中で使用される「ＤＴＰＡ」という用語は、ジエチレントリアミン−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’’，Ｎ’’−五酢酸を意味する。

本明細書中で使用される「ＧＥＤＴＡ」という用語は、グリコールエーテルジアミン−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−四酢酸を意味する。

本明細書中で使用されるＳｕｒｆｙｎｏｌ（登録商標）４６５は、Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ、ＰＡ、Ｕ．Ｓ．Ａ．）製の界面活性剤である。

本明細書中で使用されるグリセレス２６は、２６という平均エトキシル化値を有するグリセリンのポリエチレングリコールエーテルである。

本明細書中で使用されるアクアゾール５０は、２−エチルオキサゾリンのポリマーである。

本明細書中で使用される「ＲＭＳＤ」という用語は、二乗平均平方根偏差を意味する。

本明細書中で使用される「噴射性」という用語は、印刷中詰まりや偏向を起こさない優れた噴射特性を意味する。

別段の指摘のないかぎり、上述の化学物質は、Ａｌｄｒｉｃｈ（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ、ＷＩ、Ｕ．Ｓ．Ａ．）またはその他の類似の実験室化学物質供給業者から入手された。

本明細書中の材料、方法及び実施例は、明示的に記されている場合以外、単なる一例に過ぎず、限定的なものとして意図されていない。

ビヒクル
適切な水性ビヒクル混合物の選択は、所望の表面張力および粘度、選択された着色料、インクの乾燥時間およびインクを印刷する基材のタイプなどの具体的利用分野の要件により左右される。本発明において利用し得る水溶性有機溶媒の代表例は、米国特許第５，０８５，６９８号明細書中に開示されている。

水と水溶性溶媒の混合物が使用される場合、水性ビヒクルは典型的に、約３０％〜約９５％の水を含み、残り（すなわち約７０％〜約５％）は水溶性溶媒である。本発明の組成物は、水性ビヒクルの総重量に基づいて、約６０％〜約９５％の水を含んでいてよい。

インク中の水性ビヒクルの量は、典型的に、インク総重量に基づいて、約７０％〜約９９．８％；具体的には約８０％〜約９９．８％の範囲内にある。

水性ビヒクルは、界面活性剤またはグリコールエーテルまたは１，２−アルカンジオールなどの浸透剤を含み入れることにより、高速浸透（急速乾燥）するように製造することができる。適切な界面活性剤としては、エトキシル化アセチレンジオール類（例えばＡｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ製のＳｕｒｆｙｎｏｌｓ（登録商標）シリーズ）、エトキシル化第一級アルコール類（例えばＳｈｅｌｌ製のＮｅｏｄｏｌ（登録商標）シリーズ）および第二級アルコール類（例えばＵｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ製のＴｅｒｇｉｔｏｌ（登録商標）シリーズ）、スルホスクシネート類（例えばＣｙｔｅｃ製のＡｅｒｏｓｏｌ（登録商標）シリーズ）、オルガノシリコーン類（例えばＷｉｔｃｏ製のＳｉｌｗｅｔ（登録商標）シリーズ）およびフルオロ界面活性剤（例えばＤｕＰｏｎｔ製のＺｏｎｙｌ（登録商標）シリーズ）が含まれる。

添加されるグリコールエーテルまたは１，２−アルカンジオールの量は、適正に決定されなければならないが、インク総重量に基づいて典型的には約１重量％〜約１５重量％、より典型的には約２重量％〜約１０重量％の範囲内にある。界面活性剤は、インク総重量に基づいて典型的には約０．０１％〜約５％、そして具体的には約０．２％〜約２％の量で使用されてよい。

着色料
本発明の着色料は、自己分散性（ｓｅｌｆ−ｄｉｓｐｅｒｓｉｎｇまたはｓｅｌｆ−ｄｉｓｐｅｒｓｉｂｌｅ）顔料である。自己分散性顔料（または「ＳＤＰ」）という用語は、別個の分散剤なく水性ビヒクル中で安定した形で顔料が分散できるようにする親水性の分散性付与基で化学的に修飾された表面を有する顔料粒子を意味する。「安定した形で分散される」とは、顔料が細分割され、均一に分布し、かつ粒子成長及び凝集に対する耐性を有することを意味する。

ＳＤＰは、官能基または官能基を含む分子を顔料の表面にグラフトさせることによって、または物理的処理（例えば真空プラズマ）によって、または化学的処理（例えばオゾン、次亜塩素酸などでの酸化）によって調製されてよい。単一のタイプのまたは複数のタイプの親水性官能基を１つの顔料粒子に結合させてよい。親水基は、水性ビヒクル中に分散させた場合に負の電荷をＳＤＰに提供するカルボキシレートまたはスルフォネート基である。カルボキシレートまたはスルフォネート基は通常、一価および／または二価のカチオン性対イオンと会合させられる。ＳＤＰの製造方法は、周知であり、例えば米国特許第５，５５４，７３９号明細書および米国特許第６，８５２，１５６号明細書中に見出すことができる。

ＳＤＰは、カーボンブラックに基づくものなどの黒色顔料であっても、有色顔料であってもよい。インクジェットインク中で有用な色特性を有する顔料の例としては、ピグメントブルー１５：３およびピグメントブルー１５：４（シアン用）；ピグメントレッド１２２およびピグメントレッド２０２（マゼンタ用）；ピグメントイエロー１４、ピグメントイエロー７４、ピグメントイエロー９５、ピグメントイエロー１１０、ピグメントイエロー１１４、ピグメントイエロー１２８およびピグメントイエロー１５５（イエロー用）；ピグメントオレンジ５、ピグメントオレンジ３４、ピグメントオレンジ４３、ピグメントオレンジ６２、ピグメントレッド１７、ピグメントレッド４９：２、ピグメントレッド１１２、ピグメントレッド１４９、ピグメントレッド１７７、ピグメントレッド１７８、ピグメントレッド１８８、ピグメントレッド２５５およびピグメントレッド２６４（レッド用）；ピグメントグリーン１、ピグメントグリーン２、ピグメントグリーン７およびピグメントグリーン３６２６４（グリーン用）；ピグメントブルー６０、ピグメントバイオレット３、ピグメントバイオレット１９、ピグメントバイオレット２３、ピグメントバイオレット３２、ピグメントバイオレット３６およびピグメントバイオレット３８（ブルー用）；およびカーボンブラックが含まれる。ただし、これらの顔料の一部は、ＳＤＰとしての調製に適していないかもしれない。本明細書中では、着色料は、Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｄｙｅｒｓ ａｎｄ Ｃｏｌｏｕｒｉｓｔｓ（Ｂｒａｄｆｏｒｄ、Ｙｏｒｋｓｈｉｒｅ、ＵＫ）により制定され、Ｔｈｅ Ｃｏｌｏｒ Ｉｎｄｅｘ（第３版、１９７１年）に公開された「Ｃ．Ｉ．」呼称で言及されている。

本発明のＳＤＰは、アニオン基の密度が顔料表面積１平方メートルあたり約３．５μｍｏｌｅｓ（３．５μｍｏｌ／ｍ²）未満そしてより具体的には約３．０μｍｏｌ/ｍ²未満である官能化度を有していてよい。約１．８μｍｏｌ／ｍ²未満そしてより具体的には約１．５μｍｏｌ／ｍ²未満の官能化度も同様に適切であり、一部の具体的タイプのＳＤＰについては好ましいかもしれない。

分散後の有用な粒子サイズ範囲は、典型的には約０．００５ｕｍ〜約１５ｕｍである。典型的には、顔料粒子サイズは、約０．００５ｕｍ〜約５ｕｍ；そして具体的には約０．００５ｕｍ〜約１ｕｍの範囲内にあるべきである。動的光散乱により測定される平均粒子サイズは、約５００ｎｍ未満、典型的には約３００ｎｍ未満である。

インク中に存在する着色料の量は、インクの総重量にもとづいて、典型的には約０．１重量％〜約１０重量％の範囲内そしてより典型的には約０．５重量％〜約８重量％の範囲内にある。

にじみ制御剤および他の添加剤
バイオポリマーにじみ制御剤は、１，４−結合Ｄマンヌロン酸（Ｍ）とそのＣ−５エピマーであるＬ−グルロン酸（Ｇ）残基のホモポリマーブロックで構成されている。これらのホモポリマーは、

という構造式Ｉに示される通りの異なる配列またはブロックで共有結合される。

これらのバイオポリマーの実用種は、マクロシスチス（Ｍａｃｒｏｃｙｓｔｉｓ）、アスコフィラム（Ａｓｃｏｐｈｙｌｕｌｕｍ）およびラミナリア（Ｌａｍｉｎａｒｉａ）を含めた海藻から得られる。文献中では、海藻からバイオポリマーを生産するための異なるプロセスが記述されてきた。Ｓｔａｎｄｆｏｒｄにより開発された当初のプロセスは、１０％の含水炭酸カルシウムで海藻を浸軟させて海藻をゼラチン状の塊に崩壊させ、その後濾過し酸処理して不水溶性酸性ポリマー生成物を分離することから成る。このポリマーを水酸化ナトリウム、水酸化カリウムまたは水酸化アンモニウムで中和させて、対応する水溶性塩に転換させることができる。これらの酸性ポリマーの酸化プロピレンエステルも同様に水溶性である。本発明で使用される典型的な市販のナトリウム塩またはエステルは、３２，０００〜２２０，０００の範囲内の平均分子量を有する。バイオポリマー中のグルロン酸残基の濃度は、にじみを有効に制御するために５０％超でなければならない。

バイオポリマーにじみ制御剤は、バイオポリマー無しの同じインクに比べてにじみを制御するのに有効な量で、インク中に含められる。典型的には、バイオポリマーは、インク総重量に基づいて少なくとも約０．２重量％のレベルでインク中に存在する。上限レベルは制限されないが、他のインク成分との相溶性などの考慮事項により決定される。一実施形態において、バイオポリマーは、インク総重量に基づいて０．１％〜５％の範囲内で存在する。別の実施形態において、バイオポリマーは、インク総重量に基づいて０．２％〜４％の範囲内で存在する。適切なにじみ制御剤レベルは、当業者によって日常的な実験を通して容易に決定できる。バイオポリマーは、例えばＦＭＣ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ、ＰＡ、Ｕ．Ｓ．Ａ．）から市販されている。

その他の成分、添加剤は、それらがインクジェットインクの安定性及び噴射性と干渉しないかぎり、インクジェットインク内に調合されてもよい。これは、当業者によって日常的実験を通して容易に決定されてもよい。

一般に、表面張力および濡れ特性を調整するためにインクに対し界面活性剤が添加される。適切な界面活性剤には、以上のビヒクルの項で開示されたものが含まれる。界面活性剤はインクの総重量に基づく典型的には最高約５％の量で、そしてより典型的には最高２重量％の量で使用される。

エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、イミノ二酢酸（ＩＤＡ）、エチレンジアミン−ジ（ｏ−ヒドロキシフェニル酢酸）（ＥＤＤＨＡ）、ニトリロ三酢酸（ＮＴＡ）、ジヒドロキシエチルグリシン（ＤＨＥＧ）、トランス−１，２−シクロヘキサンジアミン四酢酸（ＣｙＤＴＡ）、ジエチレントリアミン−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’’，Ｎ’’−五酢酸（ＤＴＰＡ）およびグリコールエーテルジアミン−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−四酢酸（ＧＥＤＴＡ）およびそれらの塩などの金属イオン封鎖剤（またはキレート剤）の封入が、例えば重金属不純物の有害効果を無くするために有利であるかもしれない。

耐久性またはその他の特性を改善するために、インクにポリマーを添加してもよい。ポリマーはビヒクル中で可溶であるかまたは分散形態であり得、イオン性または非イオン性であり得る。可溶性ポリマーには、直鎖状ホモポリマーおよびコポリマーまたはブロックポリマーが含まれる。これらは同様に、グラフトまたは分枝状ポリマー、星形ポリマーおよびデンドリマーを含めた構造化ポリマーであり得る。分枝状ポリマーには、例えばラテックス、ヒドロゾルなどが含まれていてもよい。ポリマーは、フリーラジカル重合、基移動重合、イオン重合、縮合重合および他のタイプの重合を含めた（ただしこれらに限定されない）任意の公知のプロセスにより作製されてもよい。これらは、溶液重合、エマルジョン重合または懸濁重合プロセスによって作製されてもよい。典型的な部類のポリマー添加剤としては、アニオンアクリルポリマー、スチレンアクリルポリマーおよびポリウレタンポリマーが含まれる。

ポリマーが存在する場合、そのレベルはインクの総重量に基づく典型的に約０．０１重量％〜約３重量％である。上限は、インク粘度またはその他の物理的制約条件により決定される。

インクセット
「インクセット」という用語は、インクジェットプリンタが射出するために装備された個々のインクまたは他の流体全体を意味している。インクセットは、典型的には、少なくとも３つの異なる色のインクを含む。例えば、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）インクがＣＭＹインクセットを形成する。より典型的には、インクセットは、例えばブラック（Ｋ）インクをＣＭＹインクセットに追加してＣＭＹＫインクセットを形成することによって、少なくとも４つの異なる色のインクを含む。インクセットのマゼンタ、イエローおよびシアンインクは典型的に水性インクであり、着色料として染料、顔料またはその組合せを含んでいてもよい。このような他のインクは、一般的な意味で、当業者にとって周知のものである。

典型的なＣＭＹＫインクに加えて、インクセットは、異なる色のインク、例えばオレンジインク、グリーンインク、レッドインクおよび／またはブルーインクを含めた１つ以上の「色域拡大」インク、およびライトシアンおよびライトマゼンタなどのライト強度インクとフル強度インクの組合せを含んでいてもよい。このような他のインクは、一般的な意味で当業者にとって公知である。

典型的なインクセットは、マゼンタ、イエロー、シアンおよびブラックインクを含み、ここでブラックインクは、水性ビヒクル、自己分散性カーボンブラック顔料を含む本発明に係るインクである。具体的には、マゼンタ、イエローおよびシアンの各インク中の着色料は染料である。

インク特性
噴射速度、小滴の分離長さ、液滴サイズおよび流れ安定性は、インクの表面張力および粘度により大きく影響される。顔料インクジェットインクは、典型的に、２５℃で約２０ダイン／ｃｍ〜約７０ダイン／ｃｍの範囲内の表面張力を有する。粘度は、２５℃で３０ｃＰという高いものであり得るが、典型的にはそれよりもやや低いものである。インクは、ドロップオンデマンド装置または連続装置のいずれについてもサーマルヘッドのための射出条件あるいは圧電素子の駆動周波数という広範な射出条件そしてノズルの形状およびサイズと適合性のある物理的特性を有する。インクは、インクジェット装置内で著しい詰まりを起こすことがないように長期間にわたる優れた貯蔵安定性を有していなければならない。その上、インクは、それと接触するインクジェット印刷装置の部品を腐食させてはならず、本質的に無臭でなくてはならない。

いずれかの特別な粘度範囲またはプリントヘッドに制約されるわけではないが、本発明のインクセットは、サーマルプリントヘッドにより必要とされるものなどの比較的低粘度の利用分野に特に適している。こうして、２５℃における本発明のインクの粘度は、約７ｃＰ未満、典型的には約５ｃＰ未満そしてより典型的には約３．５ｃＰ未満であり得る。サーマルインクジェットアクチュエータは、インクの液滴を射出するのに瞬間的な加熱／気泡形成に依存しており、この液滴形成機序には一般的に比較的粘度の低いインクが必要とされる。

基材
本発明は、普通紙、例えば一般的な電子写真複写機用紙および写真用紙、光沢紙そしてインクジェットプリンタで使用される類似の紙に印刷するために特に有利である。

指示された成分を合わせて撹拌し、結果として得た混合物を濾過することにより、インクを調製した。以下の実施例で使用された水は、別段の明記のないかぎり脱イオン水であった。

分散１
米国特許第６，８５２，１５６号明細書中に記載されているプロセスにしたがってオゾンを用いてカーボンブラック（Ｄｅｇｕｓｓａ製Ｓ−１６０）を酸化させて、カーボンブラック顔料表面に直接付着したカルボン酸基を作り出した。水酸化カリウムを用いて処理済み顔料を中和させ、表面酸基をカリウム塩形態に転換した。中和した混合物を限外濾過により精製して、遊離酸、塩および汚染物質を除去した。混合物の導電率が安定し比較的恒常にとどまるまで脱イオン水で繰り返し洗浄することによって、混合物をさらに精製した。回収後、分散１は、自己分散性カーボンブラック顔料の２０．５重量％の分散であった。

分散２
２．５：１の重量比でのカーボンブラック（Ｅｖｏｎｉｋ Ｄｅｇｕｓｓａ（Ｆｒａｎｋｆｕｒｔ、ＤＥ）製Ｎｉｐｅｘ（登録商標）１８０）およびカリウムで中和した分散剤２ブロック共重合体４／／３０／６ＭＡＡ／／ＢｚＭＡ／ＭＡＡ（ＭＡＡ＝メタクリル酸：ＢｚＭＡ＝ベンジルメタクリル酸）の水性プレミックスを、０．５ｍｍのＹＴＺ（登録商標）粉砕媒体を用いてビーズミル内で練磨した。練磨した分散を０．３ミクロンのＰａｌｌフィルターを通して濾過して媒体を分離し、大型粒子を除去した。回収した分散を水で希釈して、約１５重量％のカーボンブラック顔料の最終的分散を得た。

用紙
使用した用紙は、Ｃａｎｎｏｎ ＧＦ５００（キャノン株式会社製）およびＢｕｓｉｎｅｓｓ ４２００（富士ゼロックス株式会社製）であった。これらはそれぞれ「Ｃａｎｏｎ ＧＦ５００」および「Ｘｅｒｏｘ ４２００」と呼ばれている。

光学密度
Ｃａｎｏｎ ＰＩＸＭＡ ４２００プリンタを用いて上述の用紙上にインクを印刷した。基材上にインクジェットプリンタが印刷する被覆率は通常、プリンタソフトウエアによって制御され、プリンタの設定時に設定可能である。印刷は、１００％の被覆率を目標とする選択された標準印刷モードで行った。この１００％の被覆率の設定は、インクジェットプリンタが、印刷対象面積の少なくとも１００％を被覆するのに十分な小滴／ドットを発射しなければならないことを意味する。その結果、通常ドットは広がり互いに部分的に重複することになる。１００％被覆率で印刷された部域について報告された光学密度（ＯＤ）値は、Ｇｒｅｙｔａｇ−Ｍａｃｂｅｔｈ ＡＧ（Ｒｅｇｅｎｓｄｏｒｆ、Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）製のＧｒｅｙｔａｇ Ｍａｃｂｅｔｈ Ｓｐｅｃｔｒｏｌｉｎｏスペクトロメーターで測定された値であった。

にじみの評価
３つのテストパターンを同じ枚葉紙上に作製した。第１のパターンでは、白色紙上に、隣接する色無しで幅約４００ミクロンのベタ水平ブラックラインを作製した。（ブラック・オン・ホワイトと称し、Ｋ／Ｗと略す）。第２のパターンでは、類似の水平ブラックラインが、上縁部と下縁部の両方で、黄色のベタブロックと隣接する（ブラック・オン・イエローと称し、Ｋ／Ｙと略す）。第３のパターンでは、最初の２つのパターンの場合と類似した水平ブラックラインが、上縁部と下縁部の両方で赤色（イエロープラスマゼンタ）のベタブロックに隣接している（ブラック・オン・レッドと称し、Ｋ／Ｒと略す）。

次に、３つのパターンの各々におけるブラックラインの縁部尖鋭度を顕微鏡での画像分析によって評価した。顕微鏡に連結したモノクロカメラで、このラインのデジタル顕微鏡写真を撮影した。上縁部と下縁部の境界を、反射率閾値の分析によって判定した。各境界内の点を用いてライン縁部の最小二乗最良適合を表す直線を計算した。各々の縁部について、境界内の点の二乗平均平方根偏差（ＲＭＳＤ）を、最小二乗最良適合との関係において計算した（ミクロン単位、μ）。ライン縁部の分析が統計学的に有意なものとなるように、所与の枚葉紙上で十分な量および場所の点をサンプリングした。ＲＭＳＤが小さいラインは、目視で鮮明に見え、一方ＲＭＳＤが大きいラインは「不鮮明」または「ギザギザ」に見える。この方法は、異なる条件下で印刷したラインの相対的鮮明度（またはギザギザ度）を客観的に定量化する。

Ｋ／Ｗライン縁部（ＲＭＳＤ Ｋ／Ｗ）のむらは、隣接する色が全く無いことから「フェザリング」と呼ばれる。Ｋ／Ｙライン縁部（ＲＭＳＤ Ｋ／Ｙ）のむらは、イエローまたはレッドへのブラックの「にじみ」とフェザリングの組合せである。本明細書で言及されている「にじみ」は、Ｋ／ＹラインについてはＲＭＳＤ Ｋ／ＹマイナスＲＭＳＤ Ｋ／Ｗとして、そしてＫ／ＲラインについてはＲＭＳＤ Ｋ／ＲマイナスＲＭＳＤ Ｋ／Ｗとして定量される。にじみの増加は、Ｋ／ＷのＲＭＳＤを超えるＫ／ＹまたはＫ／ＲのＲＭＳＤの増加である。

テストパターンをＣａｎｏｎ ＰＩＸＭＡ ４２００プリンタで印刷した。水平ラインを作製するのに用いたブラックインクについては、実施例に記載されている。イエローおよびレッドの色ブロックを作製するのに使用されたイエローおよびマゼンタインクは、ＰＩＸＭＡ ４２００プリンタ用に製造された市販のＣａｎｏｎ ＣＬｉ−８ＹおよびＣｌｉ−８Ｍインクであった。

ＲＭＳＤは、紙の銘柄によって大きく変動するかもしれない。同じ銘柄内でも紙の連によって実質的な変動が存在することがある。日々の環境上の変動（例えば温度、湿度）も変動性の原因となり得る。このような変動性を最小限に抑えるために、所与のシリーズ内の全ての試験は同じ連からの紙を用いて同日に行われ、結果は５枚の異なる枚葉紙上の５つのテストパターンから平均される。

実施例１
下表１Ａに列挙した成分を用いてインク１Ａ〜１Ｅを調製した。インク１Ａは、一切のにじみ制御剤が存在しない対照インクである。インク１Ｂは、０．１％の水溶性ポリマーアクアゾール５０を含む。インク１Ｃ〜１Ｅは、さまざまな比率のグルロン酸とマンヌロン酸で構成されたバイオポリマーにじみ制御剤をさまざまな量で含んでいる。

下表１Ｂに示す通り、ＳＤＰを含むインク（インク１Ｂ）に対して一般的な水溶性ポリマーを添加した結果、このポリマーを含まない同じインク（インク１Ａ）に比べて、にじみが有意に増大した（より大きいＫ／ＹおよびＫ／Ｒにじみ値）。本発明のバイオポリマー添加剤の添加（インク１Ｃ〜１Ｅ）は、結果として、光学密度の損失をひき起こすことなくにじみを実質的に削減した（より小さいＫ／ＹおよびＫ／Ｒにじみ値）。キャノンおよびゼロックスの両方のプリンタで一貫性ある結果が得られた。

実施例２
表２Ａ中に列挙されている成分を用いてインク２Ａ〜２Ｃを調製した。ポリマー分散剤を含む分散体である分散２を用いて、インク２Ａ〜２Ｂを作製した。自己分散性カーボンブラック顔料を含む分散体である分散１を用いてインク２Ｃを作製した。インク２Ａは、本発明のにじみ制御剤を含まない対照インクである。インク２Ｃは、存在するバイオポリマーの量が０．４％であるという点を除いてインク１Ｃに類似している。

下表２Ｂに示されているように、ポリマー分散剤を含むインク（インク２Ｂ）にバイオポリマーを添加した結果、バイオポリマー添加剤を含まない同じインク（インク２Ａ）に比べて控え目なにじみ制御がもたらされた。自己分散性顔料を含むインク（インク２Ｃ）にバイオポリマーを添加した結果、非自己分散性顔料を含むインク（インク２Ａ）に比べて有意なにじみ制御と同時に光学密度の改善がもたらされた。キャノンおよびゼロックスの両方のプリンタで、一貫性ある結果が得られた。

Claims (23)

1. 水性ビヒクルと、自己分散性顔料と、にじみ制御剤としてのバイオポリマーとを含むインクジェットインクであって、前記バイオポリマーがグルロン酸およびマンヌロン酸の構成単位で構成されている、インクジェットインク。
2. 前記バイオポリマーが２５，０００〜２５０，０００の範囲内の数平均分子量を有するアニオンポリマーである、請求項１に記載のインクジェットインク。
3. 前記バイオポリマー量が、インク総重量に基づいて０．１重量％〜５．０重量％の範囲内にある、請求項２に記載のインクジェットインク。
4. 前記バイオポリマー量が、前記インク総重量に基づいて０．２０重量％である、請求項２または３に記載のインクジェットインク。
5. 前記バイオポリマー量が、前記インク総重量に基づいて０．４重量％である、請求項２または３に記載のインクジェットインク。
6. 前記バイオポリマー量が、前記インク総重量に基づいて０．５重量％である、請求項２または３に記載のインクジェットインク。
7. 前記自己分散性顔料が、アニオン親水性部分を含む自己分散性カーボンブラック顔料である、請求項２に記載のインクジェットインク。
8. 前記自己分散性カーボンブラック顔料上の前記アニオン親水性部分が、主として前記顔料表面に直接付着させられたカルボキシル基である、請求項７に記載のインクジェットインク。
9. 前記バイオポリマー量が、前記インク総重量に基づいて０．１重量％〜５．０重量％の範囲内にある、請求項８に記載のインクジェットインク。
10. 前記バイオポリマー量が、前記インク総重量に基づいて０．２０重量％である、請求項８または９に記載のインクジェットインク。
11. 前記バイオポリマー量が、前記インク総重量に基づいて０．４０重量％である、請求項８または９に記載のインクジェットインク。
12. 前記バイオポリマー量が、前記インク総重量に基づいて０．５重量％である、請求項８または９に記載のインクジェットインク。
13. ２５℃で約２０ダイン／ｃｍ〜約７０ダイン／ｃｍの範囲内の表面張力と２５℃で約３０ｃＰ未満の粘度を有する、請求項１に記載のインクジェットインク。
14. 水性溶媒（vehicle）と、自己分散性顔料とにじみ制御剤としてのバイオポリマーとを含む、マゼンタ、イエロー、シアンおよびブラックインクを含むインクジェットインクセットであって、前記バイオポリマーがグルロン酸およびマンヌロン酸の構成単位で構成されているインクジェットインクセット。
15. 前記マゼンタ、イエローおよびシアンインクの各々が独立して選択された染料着色料を含む、請求項１４に記載のインクジェットインクセット。
16. 前記バイオポリマーが、２５，０００〜２５０，０００の範囲内の数平均分子量を有するアニオン性ポリマーである、請求項１４または１５に記載のインクジェットインクセット。
17. 前記バイオポリマー量が、前記インク総重量に基づいて０．１重量％〜５．０重量％の範囲内にある、請求項１４または１５に記載のインクジェットインクセット。
18. 前記自己分散性顔料が、アニオン性親水性部分を含む自己分散性カーボンブラック顔料である、請求項１４または１５に記載のインクジェットインクセット。
19. 前記自己分散性カーボンブラック顔料上の前記アニオン性親水性部分が、主として顔料表面に直接付着させられたカルボキシル基である、請求項１８に記載のインクジェットインクセット。
20. 前記バイオポリマー量が、前記インク総重量に基づいて０．１重量％〜５．０重量％の範囲内にある、請求項１９に記載のインクジェットインクセット。
21. 前記バイオポリマー量が、前記インク総重量に基づいて０．２重量％である、請求項２０に記載のインクジェットインクセット。
22. 前記バイオポリマー量が、前記インク総重量に基づいて０．４重量％である、請求項２０に記載のインクジェットインクセット。
23. 前記バイオポリマー量が、前記インク総重量に基づいて０．５重量％である、請求項２０に記載のインクジェットインク。