JP2013139524A - インクジェット記録用インク - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも顔料、水、水溶性有機溶剤、ウレタン樹脂を含むインクジェット記録用インクにおいて、ウレタン樹脂の含有量が3質量%以上10質量%未満であり、メトキシプロピオン酸アミド、ブトキシプロピオン酸アミド、ジオキソランアルコール及びオキセタンアルコールよりなる群から選ばれる少なくとも一種を含有し、その含有量の合計が10質量%以上20質量%未満であり、25℃おける、せん断速度1(1/s)のときの粘度と、せん断速度100000(1/s)のときの粘度との粘度差が10(mPa・s)以上であることを特徴とするインクジェット記録用インク。
【選択図】なし
Description
特に、オフィスで使用される文書においては文字品位が重要であり、文字にじみは画像品質を左右する重要な課題となっている。
インクの水分蒸発を抑制するために、インクに水溶性有機溶媒を添加することが従来から実施されており、添加量が多いほど水分蒸発が抑制されるが、インク粘度が上昇してしまい、ヘッドからの吐出が困難となることがある。
<1> 少なくとも顔料、水、水溶性有機溶剤、ウレタン樹脂を含むインクジェット記録用インクにおいて、ウレタン樹脂の含有量が3質量%以上10質量%未満であり、下記一般式(I)〜(IV)で表される化合物よりなる群から選ばれる少なくとも一種を含有し、その含有量の合計が10質量%以上20質量%未満であり、25℃おける、せん断速度1(1/s)のときの粘度と、せん断速度100000(1/s)のときの粘度との粘度差が10(mPa・s)以上であることを特徴とするインクジェット記録用インク。
<2> 前記ウレタン樹脂の含有量が4質量%以上8質量%未満であることを特徴とする<1>に記載のインクジェット記録用インク。
<3> 25℃における、せん断速度100000(1/s)のときの粘度が12(mPa・s)未満であることを特徴とする<1>または<2>に記載のインクジェット記録用インク。
<4> <1>〜<3>のいずれかに記載のインクジェット記録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。
<5> <1>〜<3>のいずれかに記載のインクジェット記録用インクに刺激を印加し、該インクを飛翔させて画像を形成することを特徴とするインクジェット記録方法。
<6> <1>〜<3>のいずれかに記載のインクジェット記録用インクに刺激を印加し、該インクを飛翔させて画像を形成するインク飛翔手段を少なくとも有することを特徴とするインクジェット記録装置。
その理由は定かではないが、インク中のウレタン樹脂が前記一般式(I)〜(IV)で表される化合物によって膨潤することにより、インクのチキソトロピー性が増大して、1(1/s)の低いせん断速度においてはインク粘度が高くなると推測される。それゆえインクが紙に着弾した際のインク粘度が高く、紙面上でインクの拡がりが抑制されて文字にじみが低減すると推測される。また100000(1/s)の高いせん断速度においては粘度が低くなるため吐出安定性を損なうことがない。
本発明のインクは3質量%以上10質量%未満のウレタン樹脂を含むことを特徴とする。含有量が3質量%未満だと前記前記一般式(I)〜(IV)で表される化合物による膨潤の効果が少ないため1(1/s)の低いせん断速度においてインク粘度が高くならず、そのため文字にじみの低減効果が少なくなってしまう。文字にじみの低減効果を高くするためには4質量%以上であることが好ましい。また、含有量が10質量%以上だとウレタン樹脂の膨潤が多いため100000(1/s)の高いせん断速度でのインク粘度が低くならず吐出が不安定になることがある。吐出安定性を良好にするためには含有量が8質量%未満であることが好ましい。
前記樹脂は、強アルカリ性、強酸性下では分散破壊や加水分解などの分子鎖の断裂が引き起こされるため、pHは4〜12が好ましく、特に水分散着色剤との混和性の点からpHは6〜11がより好ましく、7〜9が更に好ましい。
樹脂としては市販品を用いることができ、例えば、SF460、SF460S、SF420、SF110、SF300、SF361(ウレタン系樹脂エマルジョン;いずれも日本ユニカー社製)、W5025、W5661(ウレタン系樹脂エマルジョン;三井武田ケミカル社製)、ハイドランAPX−101H(ウレタン樹脂エマルジョン;DIC社製)などが挙げられる。
水溶性有機溶剤としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、3−メチル−1,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、グリセリン、1,2,6−ヘキサントリオール、1,2,3−ブタントリオール、1,2,4−ブタントリオール、ペトリオール等の多価アルコール類、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の多価アルコールアルキルエーテル類、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル等の多価アルコールアリールエーテル類、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、N−ヒドロキシエチル−2−ピロリドン、1,3−ジメチルイミダゾリジノン、ε−カプロラクタム、γ−ブチロラクトン等の含窒素複素環化合物、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド類、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエチルアミン等のアミン類、ジメチルスルホキシド、スルホラン、チオジエタノール等の含硫黄化合物、プロピレンカーボネイト、炭酸エチレン等が挙げられる。
これらの中でも、3−メチル−1,3−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、グリセリン、2−ピロリドンが好ましい。
本発明の記録用インクに含まれる着色剤としてはインクにチキソトロピーの挙動を持たせる点から顔料が好ましい。
前記顔料としては、有機顔料、又は無機顔料を用いることができる。なお、色調調整の目的で同時に染料を含有しても構わないが、耐候性を劣化させない範囲内で使用することが可能である。
前記界面活性剤として、着色剤の種類や水溶性有機溶剤(湿潤剤)の組み合わせによって分散安定性を損なわず、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。
さらに好ましくは、下記で表されるフッ素系界面活性剤である。
CF3CF2(CF2CF2)m−CH2CH2O(CH2CH2O)nH
ただし、前記一般式(IV)中、mは0〜10の整数を表す。nは1〜40の整数を表す。
前記パーフルオロアルキルカルボン酸化合物としては、例えば、パーフルオロアルキルカルボン酸、パーフルオロアルキルカルボン酸塩、などが挙げられる。
前記パーフルオロアルキルリン酸エステル化合物としては、例えば、パーフルオロアルキルリン酸エステル、パーフルオロアルキルリン酸エステルの塩、などが挙げられる。
前記フッ素系界面活性剤としては、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。
前記フッ素系界面活性剤の具体例としては、下記構造式(1)〜(10)で表されるものが好適である。
該市販品としては、例えば、ビックケミー株式会社、信越シリコーン株式会社、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社などから容易に入手できる。
前記ポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤としては、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、下記構造式(10)で表されるポリアルキレンオキシド構造をジメチルポリシロキサンのSi部側鎖に導入した化合物、などが挙げられる。
前記含有量が0.01質量%未満であると、界面活性剤を添加した効果が無くなることがあり、3.0質量%を超えると、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。
本発明の記録用インクは、浸透剤として、炭素数8〜11の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。
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。
前記アルカリ金属元素の水酸化物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられる。
前記アンモニウムの水酸化物としては、例えば、水酸化アンモニウム、第4級アンモニウム水酸化物、第4級ホスホニウム水酸化物などが挙げられる。
前記アルカリ金属の炭酸塩としては、例えば、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等が挙げられる。
前記シアノアクリレート系紫外線吸収剤としては、例えば、エチル−2−シアノ−3,3'−ジフェニルアクリレート、メチル−2−シアノ−3−メチル−3−(p−メトキシフェニル)アクリレート、ブチル−2−シアノ−3−メチル−3−(p−メトキシフェニル)アクリレート、等が挙げられる。
本発明のインクカートリッジは、本発明の前記記録用インクを容器中に収容してなり、更に必要に応じて適宜選択したその他の部材等を有してなる。
前記容器としては、特に制限はなく、目的に応じてその形状、構造、大きさ、材質等を適宜選択することができ、例えば、アルミニウムラミネートフィルム、樹脂フィルム等で形成されたインク袋などを少なくとも有するもの、などが好適に挙げられる。
本発明のインクジェット記録方法は、インク飛翔工程を少なくとも含み、更に必要に応じて適宜選択したその他の工程、例えば、刺激発生工程、制御工程等を含む。
本発明のインクジェット記録装置は、インク飛翔手段を少なくとも有してなり、更に必要に応じて適宜選択したその他の手段、例えば、刺激発生手段、制御手段等を有してなる。
本発明のインクジェット記録方法は、本発明のインクジェット記録装置により好適に実施することができ、前記インク飛翔工程は前記インク飛翔手段により好適に行うことができる。また、前記その他の工程は、前記その他の手段により好適に行うことができる。
前記インク飛翔工程は、前記本発明の記録用インクに、刺激(エネルギー)を印加し、該記録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。
前記インク飛翔手段は、前記本発明の記録用インクに、刺激(エネルギー)を印加し、該記録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手段である。該インク飛翔手段としては、特に制限はなく、例えば、インク吐出用の各種のノズル、などが挙げられる。
本発明においては、前記インクジェットヘッドの液室部、流体抵抗部、振動板、及びノズル部材の少なくとも一部がシリコン及びニッケルの少なくともいずれかを含む材料から形成されることが好ましい。
また、前記インクジェットノズルのノズル直径は、30μm以下が好ましく、1〜20μmがより好ましい。
なお、前記制御手段としては、前記各手段の動きを制御することができる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シークエンサー、コンピュータ等の機器が挙げられる。
キャリッジ133には、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色の記録用インク滴を吐出する4個のインクジェット記録用ヘッドからなる記録ヘッド134を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
このとき、帯電ローラ156によって搬送ベルト157が帯電されており、用紙142は、搬送ベルト151に静電吸着されて搬送される。そこで、キャリッジ133を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド134を駆動することにより、停止している用紙142にインク滴を吐出して1行分を記録し、用紙142を所定量搬送後、次行の記録を行う。記録終了信号又は用紙142の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙142を排紙トレイ103に排紙する。
そして、サブタンク135内の記録用インクの残量ニヤエンドが検知されると、インクカートリッジ201から所要量の記録用インクがサブタンク135に補給される。
本発明のインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法により記録された記録物は、本発明のインク記録物である。
本発明のインク記録物は、記録用メディア上に、本発明の前記記録用インクを用いて形成された画像を有してなる。
前記記録用メディアとしては、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、普通紙、光沢紙、特殊紙、布、フィルム、OHPシート、汎用印刷紙などが挙げられる。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。
前記インク記録物は、高画質で滲みがなく、経時安定性に優れ、各種の印字乃至画像の記録された資料等として各種用途に好適に使用することができる。
−表面処理ブラック顔料分散液の調製−
CTAB比表面積が150m2/g、DBP吸油量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3,000ml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、限外濾過を行った。
得られたカーボンブラックを水洗し、乾燥させて、固形分30質量%となるよう純水中に分散させ、充分に撹拌してブラック顔料分散液を得た。
このブラック顔料分散液における顔料分散体の平均粒子径(D50)を測定したところ103nm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。
−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。
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、ヒドロキシルエチルメタクリレート60.0g、スチレンマクロマー36.0g、メルカプトエタノール3.6g、アゾビス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。滴下後、アゾビス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質量%のポリマー溶液Aを800g得た。
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127nm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2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2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。
得られたシアン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について、粒度分布測定装置(日機装株式会社製、ナノトラックUPA−EX150)で測定した平均粒子径(D50)は93nmであった。
−イエロー顔料含有ポリマー微粒子分散液の調製−
調製例2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2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。
得られたイエロー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について、粒度分布測定装置(日機装株式会社製、ナノトラックUPA−EX150)で測定した平均粒子径(D50)は76nmであった。
−ブラック顔料含有ポリマー微粒子分散液の調製−
調製例2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2と同様にして、ブラック顔料含有ポリマー微粒子分散液を調製した。
得られたブラック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について、粒度分布測定装置(日機装株式会社製、ナノトラックUPA−EX150)で測定した平均粒子径(D50)は104nmであった。
−記録用インクの作製−
各記録用インクの製造は、以下の手順で行った。まず、下記表1及び表2に示す、水溶性有機溶剤、浸透剤、界面活性剤、防カビ剤、及び水を混合し、1時間攪拌を行い均一に混合する。この混合液に対して樹脂を添加して1時間撹拌し、顔料分散液、消泡剤を添加し、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、各記録用インクを作製した。
<樹脂成分>
・ウレタン樹脂エマルジョン(1)・・・タケラックW5661;固形分35質量%、三井化学ポリウレタン社製
・ウレタン樹脂エマルジョン(2)・・・ハイドランAPX−101H;固形分45質量%、DIC社製
・アクリルシリコン樹脂エマルジョン(1)・・・ポリゾールROY6312;固形分37.2質量%、昭和高分子株式会社製
・アクリルシリコン樹脂エマルジョン(2)・・・AP−4710;固形分50質量%、昭和高分子株式会社製
<界面活性剤成分>
・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%)
<防カビ剤成分>
・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)
<消泡剤成分>
・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%)
<粘度>
前記実施例および比較例の記録用インクの粘度を粘弾性測定装置(AntonPaar社製、PhysicaMCR301)を用いて25℃にて測定した。パラレルプレート(φ50mm)を使用してギャップ50μmでせん断速度1(1/s)および100000(1/s)の粘度を測定した。
インクジェットプリンタ(IPSiO GXe5500、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、Microsoft Word2000にて作成した一色当りA4サイズ用紙の面積5%をベタ画像にて塗りつぶすチャートを連続200枚、Type6200(株式会社NBSリコー製)に打ち出し、打ち出し後の各ノズルの吐出乱れから評価した。印字モードはプリンタ添付のドライバで普通紙のユーザー設定より「普通紙−標準速い」モードを「色補正なし」と改変したモードを使用した。
〔評価基準〕
A:吐出乱れなし
B:若干吐出乱れあり
C:吐出乱れあり、もしくは吐出しない部分あり
Microsoft Word2000にて作成したMS明朝12ポイントの黒文字を上記インクジェットプリンタにてType6200に打ち出し、にじみの程度を目視にて評価した。
〔評価基準〕
A:にじみなし
B:若干にじみあり
C:にじみあり
なお、表1及び表2の「樹脂」の欄における括弧内の数値は樹脂エマルジョン中の固形分の質量%を示す。
また、各インクの評価結果を表3に示す。
102 給紙トレイ
103 排紙トレイ
104 インクカートリッジ装填部
111 上カバー
112 前面
115 前カバー
131 ガイドロッド
132 ステー
133 キャリッジ
134 記録ヘッド
135 サブタンク
141 用紙積載部
142 用紙
144 分離パッド
151 搬送ベルト
152 再度カウンタローラ
156 帯電ローラ
157 搬送ローラ
158 テンションローラ
171 分離爪
172 排紙ローラ
173 排紙コロ
181 両面給紙ユニット
201 インクカートリッジ
241 インク袋
242 インク注入口
243 インク排出口
244 カートリッジケース
Claims (6)
- 前記ウレタン樹脂の含有量が4質量%以上8質量%未満であることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録用インク。
- 25℃における、せん断速度100000(1/s)のときの粘度が12(mPa・s)未満であることを特徴とする請求項1または2に記載のインクジェット記録用インク。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のインクジェット記録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1〜3のいずれかに記載のインクジェット記録用インクに刺激を印加し、該インクを飛翔させて画像を形成することを特徴とするインクジェット記録方法。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のインクジェット記録用インクに刺激を印加し、該インクを飛翔させて画像を形成するインク飛翔手段を少なくとも有することを特徴とするインクジェット記録装置。
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