JP2013159619A - 水性インク組成物及び画像形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(A)SP値が18.6〜20であり、親水性基を有する繰り返し単位(a1)を質量換算で、5%〜45%含有するポリマー、(B)顔料、(C)水、および(D)下記一般式(I)で表される有機溶剤を含む水性インク組成物。
【選択図】なし
Description
一方、インクジェット方式は、安価な装置で、且つ必要とされる画像部のみにインクを吐出し記録媒体上に直接画像形成を行うため、インクを効率良く使用でき、ランニングコストが安いという利点を有し、さらに、騒音が少なく、画像記録方式として優れている。
活性エネルギー線硬化型水性インクの基本構成材料の一例として、水、重合性物質、活性エネルギー線によってラジカルなどを発生して重合を開始させる重合開始剤及び色材(顔料あるいは染料)を挙げることができる。このうち重合性物質や重合開始剤は、エマルジョン状態にして調製される場合と、適当な置換基により水溶性を付与されて溶液状態として存在する場合とがある。
また、特許文献2には、特定のマレイミド構造を有する活性エネルギー線重合性物質を含むインク組成物が記載されている。
さらに、親水性のポリマーとして、(メタ)アクリル酸等を共重合したアクリル樹脂を用いたインクジェット記録用水性インク(例えば、特許文献3参照。)、熱可塑性高分子ラテックスを用いた水系のインクジェット用インク(例えば、特許文献4参照。)、スチレン−スチレンスルホン酸共重合体等の水溶性樹脂を顔料の分散樹脂として用いたインクジェット記録液(例えば、特許文献5参照。)などが提案されている。
さらに、β−アルコキシプロピオンアミド類を溶剤とし、バインダー樹脂として水性樹脂エマルジョンまたは水溶性高分子化合物を用いた水性インキ組成物(例えば、特許文献6参照。)も提案されている。
また、記録媒体とインク組成物によって得られる画像との密着性が弱く、得られた画像の耐水性が劣るものであり、結果として、得られた画像の解像度が低いものであり、甚だしい場合には画像が欠けたり、混色を起こして色純度の良好な画像が得られないものであった。
また、前記水性インク組成物を用いた画像形成方法を提供することである。
<1> (A)SP値が18.6〜20であり、親水性基を有する繰り返し単位(a1)を質量換算で、5%〜45%含有するポリマー、(B)顔料、(C)水、および(D)下記一般式(I)で表される有機溶剤を含む水性インク組成物。
<8> 前記(C)水を水性インク組成物全量に対して、10質量%〜97質量%含有する、<1>〜<7>のいずれか1項に記載の水性インク組成物。
<10> インク粘度が5mPa・sec以上30mPa・sec以下である<1>〜<9>のいずれか1項に記載の水性インク組成物。
さらに、本発明のインク組成物は一般式(I)で表される特定の有機溶剤を含んでいるので、記録媒体に本発明のインク組成物を浸透させることができ、これによって着弾干渉が発生することもなく、記録媒体と記録された画像との密着性が格段に向上させることができたものと考えられる。
また、顔料を分散させる顔料分散剤は、荷電反発を利用することにより分散性を向上させているものと推察されるが、本発明の特定ポリマー中の親水性基は、顔料及び顔料分散剤のイオン性基の解離に影響しにくいため、顔料の荷電反発を低下させにくいと考えられる。この結果、インク組成物調製時および、インク保存時の顔料分散性を良好に保つことができると考えられる。更に、特定ポリマー中にマレイミド基を有することにより、効率的に架橋反応が進行し、本発明の効果が得られていると考察される。
また、本発明によれば、前記水性インク組成物を用いた画像形成方法を提供することができる。
以下に、これらの必須成分を詳細に説明し、さらに本発明の水性インク組成物が含有してもよいその他の成分についても説明する。
また、本明細書において、組成物中の各成分の量について言及する場合、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。
本発明における特定ポリマーは、SP値が18.6〜20であることを必須要件とする。本発明におけるSP値とは、溶解性パラメータのことであるが、沖津法で測定した溶解性パラメータのことを示す。
沖津法については、日本接着学会誌、Vol.29、No.5(1993)に詳細に記載されている。
本発明における特定ポリマーのSP値としては、18.6〜20であるが、18.9〜19.8であることが好ましい。
この範囲とすることで、水性インク組成物におけるポリマーの溶解性、又は水分散性が高く、均一なインク組成物が得られ、また記録した画像の耐水性を向上させることができる。
次に、特定ポリマーの構造について説明する。
特定ポリマーは、親水性基を有する繰り返し単位(a1)を質量換算で、5%以上45%以下含有する。
前記親水性基を有する繰り返し単位(a1)における親水性基とは、特定ポリマーの親水性を高める基であり、かつ非解離性の基であれば限定的ではない。
γ−ブチロラクトン等のラクトン類、
2−ピロリドン、エチレンウレア等の環状ウレア類、
エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の環状カーボネート類、
テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等の環状エーテル類、
12−クラウン−4等のクラウンエーテル類
が挙げられる。
一般式(2)において、Zyは−COO−*、−CONRdy−*または単結合を表し、−COO−*であることが好ましい。なお、*はRyに結合する位置である。Rdyは水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を表す。炭素数1〜4のアルキル基は、直鎖構造であっても分岐構造であってもよい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基を表す。Rdyは水素原子または炭素数1〜2のアルキル基、即ち、メチル基、又は、エチル基であることが好ましく、水素原子であることが特に好ましい。なお、Rdyは置換基を有していても、置換基を有していなくてもよいが、置換基を有していないことが好ましい。
また、−Zy−Ry−Aが表す基としては、カルボキシル基が特に好ましい。
この範囲であることによって、特定ポリマーの溶解性が良好であり、均一な水性インク組成物を得ることができる。
特定ポリマーは、さらに下記一般式(1)で表される基を有する繰り返し単位(a2)を含有することが好ましい。
本発明の特定ポリマーは、一般式(1)で表される基を有する繰り返し単位を含有することにより、水性インク組成物の架橋反応を進めることができるので好ましい。
これらの基は、直鎖構造であっても分岐構造であってもよい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等を表す。Ra及びRbは互いに結合して4〜6員環を形成してもよい。また、4〜6員環を形成する場合は、脂環構造を有することが好ましい。
また、Ra及びRbは置換基を有していても、有していなくてもよいが、置換基を有していないことが好ましい。
また、Rdは水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を表す。炭素数1〜4のアルキル基は、直鎖構造であっても分岐構造であってもよい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基を表す。Rdは水素原子または炭素数1〜2のアルキル基、即ち、メチル基、又は、エチル基であることが好ましく、水素原子であることが特に好ましい。なお、Rdは置換基を有していても、置換基を有していなくてもよいが、置換基を有していないことが好ましい。
一般式(1−3)で表される単量体、および一般式(2−1)に代表される構造を有する単量体と共重合し得るその他の単量体としては、スチレン、p−メトキシスチレン、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ボルニル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、2−エチヘキシルジグリコール(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、ブトシキメチル(メタ)アクリレート、3−メトキシブチル(メタ)アクリレート、2−(2−メトキシエトキシ)エチル(メタ)アクリレート、2−(2−ブトキシエトキシ)エチル(メタ)アクリレート、2,2,2−テトラフルオロエチル(メタ)アクリレート、1H,1H,2H,2H−パーフルオロデシル(メタ)アクリレート、4−ブチルフェニル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、2,4,5−テトラメチルフェニル(メタ)アクリレート、4−クロロフェニル(メタ)アクリレート、フェノキシメチル(メタ)アクリレート、フェノキシエチル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、グリシジロキシブチル(メタ)アクリレート、グリシジロキシエチル(メタ)アクリレート、グリシジロキシプロピル(メタ)アクリレート、ブトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、ペルフルオロオクチルエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、p−スルファモイルフェニル(メタ)アクリルアミドが挙げられる。
なお、上記以外の公知のモノマーを、必要に応じて使用することもできる。
一般式(A)におけるRcy、Zy、Ry及びAは、一般式(2)におけるRcy、Zy、Ry及びAと同義であり、好ましい範囲も同様である。
一般式(1)で表される基の特定ポリマー中の個数は、特定ポリマーの重量平均分子量と共重合比とから求めることができる。例えば、二元系の共重合体であって、分子量MAの繰り返し単位と、分子量MBの繰り返し単位の共重合比が質量比で、XA:XBであり、特定ポリマーの重量平均分子量がMXである場合、特定ポリマー中に含まれる一般式(1)で表される基の個数は、{MXx[XA/(XA+XB)]}/MA(個)と算出することができる。
本発明の水性インク組成物は、下記一般式(I)で表される有機溶剤を含有する。
また、前記した特定ポリマーの水性インク組成物への溶解性も良好となり、均一なインク組成物を得ることができる。
R1が表すアルキル基の好ましい例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基が挙げられるが、これらのうち、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基が好ましい。
R2及びR3が表す炭素数1〜6のアルキル基としては、炭素数1〜3のアルキル基が好ましく、R2及びR3が表すアルキル基の好ましい例としては、メチル基、エチル基、プロピル基が挙げられるが、これらのうち、メチル基、エチル基が好ましい。
この範囲とすることで記録媒体へのインク組成物の浸透性が向上し、記録媒体と得られた画像との密着性が向上する。
本発明のインク組成物は、前記した一般式(I)で表される有機溶剤以外の有機溶剤を含んでもよい。
本発明のインク組成物は、主たる溶剤として水を含有するが、目的に応じて、前記した一般式(I)で表される有機溶剤以外の有機溶剤を併用することも好ましい。
一般式(I)で表される有機溶剤以外の有機溶剤としては、水溶性有機溶剤であることが好ましい。ここで水溶性有機溶剤とは、25℃の水に対する溶解度が10質量%以上である有機溶剤をいう。
・アルコール類(例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、セカンダリーブタノール、ターシャリーブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール等)、
・多価アルコール類(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、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキサンジオール、ペンタンジオール、グリセリン、ヘキサントリオール、チオジグリコール、2−メチルプロパンジオール等)、
・多価アルコールエーテル類(例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、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エチルエーテル、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ブチルエーテル、プロピ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ブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、プロピレングリコールモノフェニルエーテル等)、
・アミド類(例えば、ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等)、
・複素環類(例えば、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、シクロヘキシルピロリドン、2−オキサゾリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、γ−ブチロラクトン等)、
・スルホキシド類(例えば、ジメチルスルホキシド等)、
・スルホン類(例えば、スルホラン等)、
・その他(尿素、アセトニトリル、アセトン等)
本発明の水性インク組成物は、(B)顔料を含有する。
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、公知の有機顔料及び無機顔料などが挙げられ、また、染料で染色した樹脂粒子、市販の顔料分散体や表面処理された顔料(例えば、顔料を分散媒として水、液状有機化合物や不溶性の樹脂等に分散させたもの、及び、樹脂や顔料誘導体等で顔料表面を処理したもの等)も挙げられる。なお、前記顔料としては、例えば、伊藤征司郎編「顔料の辞典」(2000年、朝倉書店発行)、橋本勲著「有機顔料ハンドブック」(2006年、カラーオフィス発行)、W.Herbst、K.Hunger編「Industrial Organic Pigments」(1992年、Wiley−VHC発行)、特開2002−12607号公報、特開2002−188025号公報、特開2003−26978号公報、特開2003−342503号公報、特開2009−235370号公報に記載のものが挙げられる。
前記黄色顔料としては、C.I.ピグメントイエロー1、2、3、4、5、10、65、73、74、75、97、98、111、116、130、167、205等のモノアゾ顔料、61、62、100、168、169、183、191、206、209、212等のモノアゾレーキ顔料、12、13、14、16、17、55、63、77、81、83、106、124、126、127、152、155、170、172、174、176、214、219等のジスアゾ顔料、24、99、108、193、199等のアントラキノン顔料、60等のモノアゾピラゾロン顔料、93、95、128、166等の縮合アゾ顔料、109、110、139、173、185等のイソインドリン顔料、120、151、154、175、180、181、194等のベンズイミダゾロン顔料、117、129、150、153等のアゾメチン金属錯体顔料、138等のキノフタロン顔料、213等のキノキサリン顔料が好ましい。
前記緑色顔料としては、C.I.ピグメントグリーン1、4、58等の染付けレーキ顔料、7、36等のフタロシアニン顔料、8等のアゾメチン金属錯体顔料が好ましい。
前記橙色顔料としては、C.I.ピグメントオレンジ1等のモノアゾ顔料、2、3、5等のβ−ナフトール顔料、4、24、38、74等のナフトールAS顔料、13、34等のピラゾロン顔料、36、60、62、64、72等のベンズイミダゾロン顔料、15、16等のジスアゾ顔料、17、46等のβ−ナフトールレーキ顔料、19等のナフタレンスルホン酸レーキ顔料、43等のペリノン顔料、48、49等のキナクリドン顔料、51等のアントラキノン系顔料、61等のイソインドリノン顔料、66等のイソインドリン系顔料、68等のアゾメチン金属錯体顔料、71、73、81等のジケトピロロピロール顔料が好ましい。
前記紫色顔料としては、C.I.ピグメントバイオレット1、2、3、27等の染付けレーキ顔料、13、17、25、50等のナフトールAS顔料、5:1等のアントラキノンレーキ顔料、19等のキナクリドン顔料、23、37等のジオキサジン顔料、29等のペリレン顔料、32等のベンズイミダゾロン顔料、38等のチオインジゴ顔料が好ましい。
前記黒色顔料としては、C.I.ピグメントブラック1等のインダジン顔料、7であるカーボンブラック、10であるグラファイト、11であるマグネタイト、20等のアントラキノン顔料、31、32等のペリレン顔料が好ましい。
前記白色顔料としては、C.I.ピグメントホワイト4である酸化亜鉛、6である酸化チタン、7である硫化亜鉛、12である酸化ジルコニウム(ジルコニウムホワイト)、18である炭酸カルシウム、19である酸化アルミニウム・酸化ケイ素(カオリンクレー)、21又は22である硫酸バリウム、23である水酸化アルミニウム(アルミナホワイト)、27である酸化ケイ素、28であるケイ酸カルシウムが好ましい。
白色顔料に使用される無機粒子は単体でもよいし、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、チタン等の酸化物や有機金属化合物、有機化合物との複合粒子であってもよい。
中でも前記酸化チタンが好適に使用される。なお、前記酸化チタンに加えて他の白色顔料(上述した白色顔料以外のものであってもよい。)を併用してもよい。
なお、本発明においては、粒子の平均粒子径及び粒径分布は、ナノトラック粒度分布測定装置UPA−EX150(日機装(株)製)等の市販の粒径測定装置を用いて、動的光散乱法により体積平均粒径を測定することにより求められるものである。
また、本発明のインク組成物は、着色剤として、前記した(B)顔料とともに、染料を併用することもできる。染料としては水溶性染料が使用でき、以下に染料を説明する。
水溶性染料としては、例えば酸性染料や直接染料が挙げられる。酸性染料、直接染料は、可溶化基として、酸性基をもつ構造となっている。酸性基としては、スルホン酸基およびその塩、カルボン酸基およびその塩、リン酸基およびその塩が挙げられる。酸性基の数はひとつでも複数でもよく、組み合わせでもよい。水溶性染料が含有する発色団の化学構造としては、アゾ系、フタロシアニン系、トリフェニルメタン系、キサンテン系、ピラゾロン系、ニトロ系、スチルベン系、キノリン系、メチン系、チアゾール系、キノンイミン系、インジゴイド系、ローダミン系、アントラキノン系、アンスラキノン系のものなどが挙げられる。
また、本発明においては、分散染料を用いることもできる。
分散染料の好ましい具体例としては、C.I.ディスパースイエロー5、42、54、64、79、82、83、93、99、100、119、122、124、126、160、184:1、186、198、199、201、204、224及び237;C.I.ディスパーズオレンジ13、29、31:1、33、49、54、55、66、73、118、119及び163;C.I.ディスパーズレッド54、60、72、73、86、88、91、92、93、111、126、127、134、135、143、145、152、153、154、159、164、167:1、177、181、204、206、207、221、239、240、258、277、278、283、311、323、343、348、356及び362;C.I.ディスパーズバイオレット33;C.I.ディスパーズブルー56、60、73、87、113、128、143、148、154、158、165、165:1、165:2、176、183、185、197、198、201、214、224、225、257、266、267、287、354、358、365及び368;並びにC.I.ディスパーズグリーン 6:1及び9等が挙げられる。
顔料を用いる場合には、顔料粒子を調製する際に、必要に応じて顔料分散剤を用いてもよく、用いることのできる顔料分散剤としては、例えば、高級脂肪酸塩、アルキル硫酸塩、アルキルエステル硫酸塩、アルキルスルホン酸塩、スルホコハク酸塩、ナフタレンスルホン酸塩、アルキルリン酸塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルリン酸塩、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール、グリセリンエステル、ソルビタンエステル、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、アミンオキシド等の活性剤、あるいはスチレン、スチレン誘導体、ビニルナフタレン誘導体、アクリル酸、アクリル酸誘導体、マレイン酸、マレイン酸誘導体、イタコン酸、イタコン酸誘導体、フマル酸、フマル酸誘導体から選ばれた2種以上の単量体からなるブロック共重合体、ランダム共重合体およびこれらの塩を挙げることができる。
極性基としては、例えば、スルホン酸基、カルボン酸基、燐酸基、硼酸基、水酸基が挙げられるが、好ましくはスルホン酸基、カルボン酸基であり、更に好ましくは、スルホン酸基である。
ビーズミル分散を行う際に使用するビーズは、好ましくは0.01〜3.0mm、より好ましくは0.05〜1.5mm、更に好ましくは0.1〜1.0mmの体積平均径を有するものを用いることにより、安定性に優れた顔料分散物を得ることができる。
本発明の水性インク組成物は、主たる溶媒として水を含有する。
水としては、不純物を含まないイオン交換水、蒸留水などを用いることが好ましい。
本発明のインク組成物における水の含有量は、10〜97質量%であることが好ましく、また、本発明のインク組成物の場合には、30〜95質量%であることが好ましく、35〜93質量%であることがより好ましい。
本発明の水性インク組成物には、必須成分である(A)特定ポリマー、(B)顔料、(C)水、及び(D)一般式(I)で表される有機溶剤に加えて、本発明の効果を損なわない限りにおいて、前記した染料、一般式(I)で表される有機溶剤以外の有機溶剤、および公知の添加剤を併用することができる。以下に、本発明の水性インク組成物に使用しうる添加剤について説明する。
本発明の水性インク組成物には、界面活性剤を添加することができる。好ましく使用される界面活性剤としては、ジアルキルスルホコハク酸塩類、アルキルナフタレンスルホン酸塩類、脂肪酸塩類等のアニオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、アセチレングリコール類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類等のノニオン性界面活性剤、アルキルアミン塩類、第四級アンモニウム塩類等のカチオン性界面活性剤が挙げられる。特にアニオン性界面活性剤およびノニオン性界面活性剤を好ましく用いることができる。
本発明の水性インク組成物には、ラテックスを添加することができる。本発明に用いうるラテックスとしては、例えば、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリル酸エステル共重合体、ポリウレタン、シリコン−アクリル共重合体およびアクリル変性フッ素授脂等のラテックスが挙げられる。ラテックスは、乳化剤を用いてポリマー粒子を分散させたものであっても、また乳化剤を用いないで分散させた所謂ソープフリーラテックスであってもよい。乳化剤としては界面活性剤が多く用いられるが、スルホン酸基、カルボン酸基等の水に可溶な基を有するポリマー(例えば、可溶化基がグラフト結合しているポリマー、可溶化基を持つ単量体と不溶性の部分を持つ単量体とから得られるポリマー)を用いることも好ましい。
本発明の水性インク組成物には、特定ポリマーと異なる水性ポリマーを添加することができる。水性ポリマーの好ましい例としては、天然高分子が挙げられ、その具体例としては、にかわ、ゼラチン、ガゼイン、もしくはアルブミンなどのたんぱく質類、アラビアゴム、若しくはトラガントゴムなどの天然ゴム類、サボニンなどのグルコシド類、アルギン酸及びアルギン酸プロピレングリコールエステル、アルギン酸トリエタノールアミン、若しくはアルギン酸アンモニウムなどのアルギン酸誘導体、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、若しくはエチルヒドロキシルセルロースなどのセルロース誘導体が挙げられる。
水性ポリマーの添加量は、顔料に対して10質量%以上1,000質量%以下が好ましい。更には、50質量%以上200質量%以下がより好ましい。
本発明の水性インク組成物は、本発明の効果を阻害しない範囲で重合開始剤を含有してもよい。重合開始剤は水溶性であることが好ましく、水溶性の程度としては、25℃において蒸留水に0.5質量%以上溶解することが好ましく、1質量%以上溶解することが好ましく、3質量%以上溶解することが特に好ましい。また、非水性の重合開始剤を分散した状態でも用いることができる。
本発明では、α−ヒドロキシケトン類、α−アミノケトン類及びアシルフォスフィンオキシド類からなる群より選択される重合開始剤を用いることが好ましい。具体的には、1−[4−(2−ヒドロキシエチル)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル]−1−プロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン等の水溶性の重合開始剤や、[ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキシド]の非水性の重合開始剤も用いることができる。
本発明においては、公知の増感色素を併用することができ、増感色素を併用することが好ましい。溶解性としては蒸留水に対して室温において、0.5質量%以上溶解するものが好ましく、1質量%以上溶解するものがより好ましく、3質量%以上溶解するものが特に好ましい。また、増感度色素としては、非水溶性の重合開始剤を分散した重合開始剤も用いることができる。
本発明の水性インク組成物は、重合性化合物を含有してもよい。重合性化合物は、分子中にラジカル重合可能なエチレン性不飽和結合を少なくとも1つ有する水溶性の化合物であれば、どのようなものでもよく、モノマー、オリゴマー、ポリマー等の化学形態を持つものが含まれる。特定重合性化合物は1種のみ用いてもよく、また目的とする特性を向上するために任意の比率で2種以上を併用してもよい。好ましくは2種以上併用して用いることが好ましい。
本発明の水性インク組成物の調製方法としては、特に制限はなく、各成分を、ボールミル、遠心ミル、遊星ボールミルなどの容器駆動媒体ミル、サンドミルなどの高速回転ミル、撹拌槽型ミルなどの媒体撹拌ミル、ディスパーなどの簡単な分散機により撹拌、混合し、分散させることにより調製することができる。
各成分の添加順序については任意である。好ましくは、顔料、分散剤、水、及び一般式(I)で表される有機溶剤をプレミックスした後に分散処理し、得られた分散物を特定ポリマーとともに混合する。この場合、添加時や添加後、スリーワンモーター、マグネチックスターラー、ディスパー、ホモジナイザーなどの簡単な撹拌機にて均一に混合する。ラインミキサーなどの混合機を用いて混合してもよい。また、顔料をより微細化するために、ビーズミルや高圧噴射ミルなどの分散機を用いて混合してもよい。また、顔料や分散剤の種類によっては、顔料分散前のプレミックス時に特定ポリマーを添加するようにしてもよい。
本発明の画像形成方法は、本発明の水性インク組成物を記録媒体上に付与するインク付与工程と、前記付与された水性インク組成物中の水および有機溶剤を乾燥する工程とを含むことを特徴とする。さらに、前記乾燥した水性インク組成物に活性エネルギー線を照射する照射工程を含んでもよい。これらの工程を行うことで、記録媒体上に定着した水性インク組成物による画像が形成される。
以下、本発明の画像形成方法における、インク付与工程について説明する。本発明におけるインク付与工程は、本発明の水性インク組成物を記録媒体上に付与する工程であれば限定されない。
インク供給系は、例えば、本発明の水性インク組成物を含む元タンク、供給配管、インクジェットヘッド直前のインク供給タンク、フィルタ、ピエゾ型のインクジェットヘッドからなる。ピエゾ型のインクジェットヘッドは、好ましくは1〜100pl、より好ましくは8〜30plのマルチサイズドットを、好ましくは320×320〜4,000×4,000dpi(dot per inch)、より好ましくは400×400〜1,600×1,600dpi、さらに好ましくは720×720dpiの解像度で吐出できるよう駆動することができる。なお、本発明でいうdpiとは、2.54cm当たりのドット数を表す。
温度コントロールの方法としては、特に制約はないが、例えば、温度センサーを各配管部位に複数設け、インク組成物の流量、環境温度に応じた加熱制御をすることが好ましい。温度センサーは、インク供給タンク及びインクジェットヘッドのノズル付近に設けることができる。また、加熱するヘッドユニットは、装置本体を外気からの温度の影響を受けないよう、熱的に遮断もしくは断熱されていることが好ましい。加熱に要するプリンタ立上げ時間を短縮するため、あるいは熱エネルギーのロスを低減するために、他部位との断熱を行うとともに、加熱ユニット全体の熱容量を小さくすることが好ましい。
記録媒体上に吐出された水性インク組成物は、乾燥工程により(C)水および(D)一般式(I)で表される有機溶剤、及び必要に応じて併用される水溶性有機溶剤(これらを総称して、適宜「水及び有機溶剤」と称する。)が蒸発されることにより定着される。吐出された本発明の水性インク組成物を乾燥し、定着する工程について説明する。
乾燥工程においては、加熱することが好ましく、上記した水および有機溶剤を乾燥させることができればよく、加熱手段は限定されないが、ヒートドラム、温風、赤外線ランプ、熱オーブン、ヒート板加熱などを使用することができる。
加熱温度は、水性インク組成物中に存在する上記した水および有機溶剤が蒸発し、かつ特定ポリマーおよび、必要に応じて添加される水性ポリマー等のその他のポリマーの皮膜を形成することができれば特に制限はないが、40℃以上であればその効果が得られ、40℃〜150℃程度が好ましく、より好ましくは、40℃〜80℃程度である。
なお、乾燥/加熱時間は、水性インク組成物中に存在する水および有機溶剤が蒸発し、かつ、ポリマーの皮膜を形成することができれば特に制限はなく、用いる水性インク組成物の組成・印刷速度を加味して適宜設定することができる。
加熱により定着された前記水性インク組成物は、必要に応じ、活性エネルギー線を照射して、さらに光定着することができる。
本発明の画像形成方法が含んでもよい照射工程は、前記記録媒体上に付与された水性インク組成物に活性エネルギー線を照射する工程であればよい。
本発明の水性インク組成物に活性エネルギー線を照射することで、さらに画像を定着させられるので、印画物の耐溶剤性等をさらに向上させることが可能となる。
照射条件並びに基本的な照射方法は、特開昭60−132767号公報に開示されている。具体的には、インクの吐出装置を含むヘッドユニットの両側に光源を設け、いわゆるシャトル方式でヘッドユニットと光源を走査する方式や、駆動を伴わない別光源によって行われ、駆動を伴わない別光源によって行われる方式が好ましい。活性エネルギー線の照射は、インク着弾、熱定着後、一定時間(例えば、0.01秒間〜60秒間、好ましくは、0.01秒間〜30秒間、より好ましくは、0.01秒間〜15秒間)をおいて行われることになる。
HMA/BzMA/MAA=40/44/16(質量比)の合成
撹拌羽根を具備した200mLの三ツ口フラスコに、2−ブタノン(和光純薬工業株式会社製)10.0gを添加した後、窒素気流下で80℃で10分間加熱撹拌した。次いで、メタクリル酸ベンジル(和光純薬工業株式会社製)13.2g、メタクリル酸ヘキシル(東京化成工業株式会社製)12.0g、メタクリル酸(和光純薬工業株式会社製)4.8g、3−メルカプトプロピオン酸(東京化成工業株式会社製)0.11g、2,2’−アゾビス(イソ酪酸)ジメチル(和光純薬工業株式会社製)46mg、2−ブタノン25g、2−プロパノール(和光純薬工業株式会社製)5gの混合溶液を2時間かけて滴下した。さらに2時間撹拌後、2,2’−アゾビス(イソ酪酸)ジメチル46mgを加え還流下で3時間加熱撹拌した。得られたポリマー溶液にアセトン200gを加え、3Lのn−ヘキサン中に再沈殿した。生じた沈殿物をろ別後、真空下で乾燥し、28gの白色固体を得た。その後、重曹2.5gで中和しながら、水で希釈して17.5%の濃度のポリマー水溶液を得た。
得られたポリマーのSP値は、沖津法を用いて評価したところ19.9であり、ガラス転移温度は、示差走査熱量計(EXTAR DSC6220(エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)製))を用いて測定した。また、重量平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(HLC−8020GPC(東ソー(株)製))を用いて下記の条件で測定した。
GPCのカラム:TSKgel SuperHZM−H、TSKgel SuperHZ4000、TSKgel SuperHZ200(東ソー(株)製、4.6mmID×15cm)
GPCの測定条件:温度40℃、溶離液:テトラヒドロフラン
HMA:ヘキシルメタクリレート
BzMA:ベンジルメタクリレート
MAA:メタクリル酸
EHMA:2−エチルヘキシルメタクリレート
MMA:メチルメタクリレート
BMA:ブチルメタクリレート
tBMA:tert−ブチルメタクリレート
HEMA:ヒドロキシエチルメタクリレート
DMAAm:ジメチルアクリルアミド
イソプロパノール 187.5部を窒素雰囲気下、80℃に加温した中に、メタクリル酸メチル 478部、メタクリル酸 172部、2−エチルヘキシルメタクリレート 350部、および2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル) 22.05部を混合した混合液を2時間かけて滴下した。滴下終了後、更に4時間、80℃に保った後に、25℃まで冷却した。溶媒を減圧除去することにより、重量平均分子量:約30,000、酸価:154mgKOH/gの水溶性樹脂(分散剤)Pの水溶液を得た。
上記で得られた水溶性樹脂P 150部を水に溶解し、水酸化カリウム水溶液を用いて中和した後のpHが10.1、水溶性樹脂濃度が30.6質量%となるように、水溶性樹脂Pの水溶液を調製した。
得られた水溶性樹脂Pの水溶液 147部に対し、ピグメントブルー15:3(大日精化株式会社製、フタロシアニンブルーA220)90部と水362部とを混合し、ビーズミル(0.1mmφのジルコニアビーズ)を用いて3時間分散し、顔料濃度15質量%の未架橋の樹脂被覆顔料の分散物Nを得た。
純水1.86gに、上記未架橋の樹脂被覆顔料の分散物N 1.43g、一般式(I)で表される有機溶剤である2−メチル−1,3−プロパンジオール 0.9g、Zonyl FSN(Du pont社製、フッ素系界面活性剤)0.1g、及び製造例1に記載の特定ポリマー(17.5%固形分)5.71gを加えて攪拌し、1μmフィルタにてろ過した後、インクジェット用水性インク組成物を調製した。
得られた水性インク組成物の粘度は、VISCOMETER TV−22(東機産業(株)製)を用い、25℃の条件下で測定した。
実施例1の水性インク組成物の調製において、特定ポリマー種を表1に記載の特定ポリマーまたは比較ポリマーに変更し、さらに、一般式(I)で表される有機溶剤種を表1に記載の化合物1または化合物2に変更し、それ以外は実施例1と同様にして、各水性インク組成物を調製した。但し、実施例8においては特定ポリマーの量を実施例1の半量にして水性インク組成物を調製した。また、実施例12に用いたA−9は前記例示化合物A−9である。
なお、表1における一般式(I)で表される有機溶剤種である、化合物1、および化合物2は、下記の構造である。
実施例1の特定ポリマーの代わりに、日信化学(株)製 ビニルブラン603(固形分50%)を用いた以外は、実施例1と同様にして、水性インク組成物を調製した。
ビニルブラン603は、塩化ビニル系エマルションであって、親水性基を5質量%〜45質量%の範囲で含有しない化合物である。
<耐水性>
インクジェット描画装置DMP2831(富士フイルムディマテックス社製)に水性インク組成物を装填し、粘着塩化ビニールシート(リンテック社製、P−280RW)にベタ画像を印画し、印画画像に対して水を浸した綿棒で100回こすり、こすった後のベタ画像を目視で観察した。
(評価基準)
A:変化が観察されない。
B:若干画像が剥がされるが、実用上問題ない。
C:画像が剥がれ、実用上問題である。
DMP2831(富士フイルムディマテックス社製)にインク組成物を装填し、粘着塩化ビニールシート(P−280RW)に30μm間隔の細線(幅:2mm)を印画し、細線の評価を行った。
(評価基準)
A:隣接する液滴同士による干渉がなく、きれいに線が描画できている。
B:隣接する液滴同士による干渉は発生しているが、実用上問題ない。
C:隣接する液滴同士による干渉が発生し、実用上問題である。
基材との密着性評価方法として、クロスハッチテスト(JIS K 5600−5−6)を行った。上記耐水性の評価と同様にインクジェット画像記録方法に従い、画像部の平均膜厚が12μmのベタ画像を描画した。
その後、各々の印刷物に対して、クロスハッチテストを実施した。なお、評価は、JIS K5600−5−6に従い、0〜5の6段階評価とした。ここで、評価0がカットの縁が完全に滑らかで、どの格子の目にも剥がれがないことを意味する。
これらのことから、本発明の特定ポリマーと一般式(I)で表される有機溶剤とを含む水性インク組成物は、打滴の着弾干渉もなく、得られた画像は耐水性が良好で、記録媒体との密着性に優れたものであることがわかる。
Claims (11)
- (A)SP値が18.6〜20であり、親水性基を有する繰り返し単位(a1)を質量換算で、5%〜45%含有するポリマー、(B)顔料、(C)水、および(D)下記一般式(I)で表される有機溶剤を含む水性インク組成物。
(一般式(I)中、R1は炭素数1〜8のアルキル基を表し、R2及びR3は、各々独立に、水素原子、または炭素鎖中にエーテル結合を有していてもよい炭素数1〜6のアルキル基を表す。R2及びR3は互いに結合して環を形成してもよい。) - 前記繰り返し単位(a1)における親水性基が、カルボキシル基、アミド基、カルバモイル基、アルキル置換カルバモイル基、アルコール性水酸基、及びポリアルキレンオキシ構造を有する基からなる群より選ばれる少なくとも1種の基である請求項1に記載の水性インク組成物。
- 前記(A)ポリマーが、さらに、下記一般式(1)で表される基を有する繰り返し単位(a2)を含有するポリマーである請求項1または請求項2に記載の水性インク組成物。
(一般式(1)中、Ra及びRbは、各々独立に、炭素数1〜4のアルキル基を表し、Ra及びRbは互いに結合して4〜6員環を形成してもよい。波線は、ポリマー側鎖との結合位置を表す。) - 前記(A)ポリマーの一分子中に前記一般式(1)で表される基を8個〜1000個有する、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の水性インク組成物。
- 前記繰り返し単位(a2)が、下記一般式(1−2)で表される構造である、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の水性インク組成物。
(一般式(1−2)中、Ra及びRbは各々独立に炭素数1〜4のアルキル基を表し、Ra及びRbは互いに結合して4〜6員環を形成していてもよい。Zは単結合、−COO−*又は−CONRd−*を表し、Rdは水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を表す。なお、*はXに結合する位置を表す。Xは炭素数1〜16のアルキレン基を表す。Rcは水素原子又はメチル基を表す。) - 前記繰り返し単位(a1)が、下記一般式(2)で表される繰り返し単位である、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の水性インク組成物。
(一般式(2)中、Rcyは水素原子またはメチル基を表す。Zyは−COO−*、−CONRdy−*または単結合を表し、Rdyは水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を表す。なお、*はRyと結合する位置を表す。Ryは単結合、炭素数1〜10のアルキレン基、炭素数6〜20のアリーレン基、または炭素数7〜20のアラルキレン基を表す。Aは親水性基を表す。) - 前記(A)ポリマーを水性インク組成物全量に対して、1質量%〜30質量%含有する、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の水性インク組成物。
- 前記(C)水を水性インク組成物全量に対して、10質量%〜97質量%含有する、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の水性インク組成物。
- さらに、界面活性剤を含む、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の水性インク組成物。
- インク粘度が5mPa・sec〜30mPa・secである請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の水性インク組成物。
- 請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の水性インク組成物を記録媒体上に付与するインク付与工程と、
前記付与された水性インク組成物中の(C)水および(D)有機溶剤を乾燥する工程と、を含む画像形成方法。
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