JP2015519440A - インク組成物、前記インク組成物の調製方法およびその使用、水溶性樹脂およびインク組成物におけるその使用 - Google Patents
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Abstract
Description
水および水分散性樹脂を含むインク組成物が、当該技術分野において知られている。これらのインク組成物はまた、ラテックスインク組成物としても知られている。インクジェットプリント装置を使用して、これらのインクの液滴を噴射することにより、これらのインクの液滴を受信媒体上に塗布してもよい。一般的に、ラテックスインクは、前記分散性樹脂および水に加えて、例えば、顔料などの着色剤をさらに含む。水は、前記インク組成物の他の構成成分のための媒剤(vehicle)として機能する。しかしながら、水は、前記ラテックスインク組成物から蒸発し得る。いったん前記インクの液滴が受信媒体上に塗布されて画像を形成すると、前記インクからの水の蒸発が所望され得る。一方で、前記インクがまだ前記プリントヘッド中にある場合には、水の蒸発は所望され得ない。例えば、水の蒸発により、例えば、前記樹脂または前記着色剤の沈殿などの、前記インク組成物の構成成分の沈殿がもたらされ得る。これらの固体の沈殿により前記ノズルの目詰まりがもたらされ、それにより、インクジェットプリント装置の前記噴射性能を低下させ得る。したがって、前記インク組成物からの固体の沈殿を防止することが所望される。前記インク媒剤の蒸発を、水を水溶性共溶媒に(部分的に)交換することにより軽減し得ることが知られている。これらの水溶性共溶媒は、前記媒剤がよりゆっくりと蒸発し、前記インク組成物が、より長時間安定したままとなるように低揮発性を有し得る。しかしながら、前記インク媒剤の前記組成を変化させることは蒸発を遅らせ得るが、前記媒剤はなお蒸発して、前記ノズルの目詰まりをもたらし得、これは、ノズル不良につながり得る。いったん前記媒剤が蒸発すると、前記インク組成物の前記固体粒子は、もはや安定化されない。したがって、前記インク媒剤が蒸発した後は、前記インク組成物の前記固体構成成分を再分散させることは、もはや可能でないことがある。よって、前記インク組成物の前記固体粒子の沈殿は、不可逆的であり得る。さらに、プリント後には、前記水溶性共溶媒を含む前記インク媒剤を除去する必要がある。本質的に水性である媒剤を有するインクと比較して、低揮発性を有する共溶媒を塗布することは、前記プリントを乾燥するためのエネルギー要件を増加させ得、および/または前記共溶媒を吸収する多孔質受信媒体の使用を余儀なくさせ得る。さらに、共溶媒の蒸発により、健康、安全および環境の観点から所望されない蒸気の形成をもたらし得る。
本発明の目的は、以下:
a)水;
b)水分散性樹脂;
c)着色剤;
d)水溶性樹脂であって、前記水溶性樹脂は、骨格および安定化基を含み、前記安定化基は、分子間水素結合を形成することができる、水溶性樹脂、
を含むインク組成物において達成される。
本発明の前記インクジェットインクは、記録媒体への前記着色剤定着性の観点から、水分散性樹脂を含んでもよい。前記水分散性樹脂はまた、ラテックス樹脂とも称される。前記水分散性樹脂としては、フィルム形成性(画像形成性)に優れ、高撥水性、高耐水性、および高耐候性を有する、水分散性樹脂が、高耐水性および高画像濃度(高発色能)を有する画像の記録に有用である。
前記着色剤は、前記インク組成物に色を付与してもよい。前記着色剤は、顔料または染料であってもよい。前記染料は、前記インク組成物および/または前記ラテックス樹脂中で溶解してもよい。
本発明の前記インク組成物は、水溶性樹脂を含んでもよい。前記水溶性樹脂は、骨格を含んでもよい。前記骨格は、水溶性骨格であってもよい。前記水溶性骨格は、水溶性ポリマー鎖または水溶性オリゴマー鎖を含んでもよい。水溶性ポリマーの例は、例えば、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリプロピレングリコール(PPG)またはエチレングリコールプロピレングリコールコポリマーなどのポリエーテルポリマー鎖、オリゴマーまたはポリマーピロリドン鎖、オリゴマーまたはポリマービニルピロリドン鎖、オリゴマーまたはポリマービニルアルコール鎖、オリゴ糖鎖または多糖鎖である。
式中、R1は、H、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、t−ブチル、n−ペンチル、i−ペンチル、またはt−ペンチル基などのアルキル基;例えば、ベンジルまたはナフタレン基などのアリール基、例えば、メチルベンジル、エチルベンジル、プロピルベンジル、ジメチルベンジル、トリメチルベンジル、メチルエチルベンジル、またはメチルプロピルベンジル基などのアルキルアリール基、例えば、メトキシベンジル、エトキシベンジル、メトキシナフタレンまたはエトキシナフタレン基などのアルコキシアリール、ヒドロキシ基、ヒドロキシアルキル基、あるいは例えば、第一級アミン基などのアミン基、を表す。
インク媒剤
前記インク組成物は、水をさらに含んでもよい。水は、前記インク組成物中で前記媒剤として機能し得、例えば、前記着色剤、前記分散性樹脂および前記水溶性樹脂などの前記インクの前記構成成分を、溶解させるかまたは分散させ得る。前記インク組成物中で前記媒剤として水を使用することは、健康、安全および環境的な理由のために有益であり得る。例えば、前記インクの液滴が前記受信媒体上に塗布された後などに、水が蒸発する場合には、VOC(揮発性有機化合物)は発生し得ない。さらに、多くの有機溶媒とは対照的に、水は可燃性でないため、水蒸気は火災のリスクを減少させ得る。
a)骨格前駆体を提供し、前記水溶性樹脂前駆体は、水溶性骨格を含み、前記水溶性骨格は、本質的に、ポリエチレングリコール鎖、ポリプロピレングリコール鎖またはポリエチレングリコールプロピレングリコール鎖からなるステップ;
b)安定化基前駆体を提供し、前記安定化基前駆体は、安定化基を含み、前記安定化基は、2−ピロリドン部位またはサリチル酸部位を含むステップ;
c)前記骨格前駆体および前記安定化基前駆体をカップリングし、それにより、前記水溶性樹脂を形成するステップ、
を含む。
○ 水溶性樹脂を提供するステップ
○ 水を提供するステップ
○ 着色剤を提供するステップ
○ 水分散性樹脂を含む分散体を提供するステップ
○ 前記水溶性樹脂、前記水、前記着色剤および前記水分散性樹脂の前記分散体を混合するステップ、
を含む。
例示のみの意味により示されるものであって本発明を限定するものではない、本明細書において以下に示すより詳細な説明および添付の図面から、本発明はより完全に理解されるものであり、ここで:
前記図面において、同一の参照数字は同一の要素を指す。
画像形成を、インクジェットインクを負荷したインクジェットプリンタを用いるやり方で行い、インク液滴を、デジタル信号に基づいて前記インクジェットヘッドからプリント媒体上に吐出する。前記インクジェットインクは、本発明のインクジェットインクであってもよい。
前記受信媒体上に画像が形成された後、前記プリントを乾燥しなければならず、前記画像を前記受信媒体上に定着させなければならない。乾燥は、溶媒の、特に前記選択された受信媒体に対して吸収特性に乏しい溶媒の蒸発を含む。
前記プリントロバスト性または例えば、光沢レベルなどのプリントの他の特性を増加させるために、前記プリントを後処理してもよく、これは、前記プリントプロセスにおいて任意のステップである。例えば、前記プリントをラミネートすることにより、前記プリントを後処理してもよい。代替的に、前記プリントされた記録媒体上で透明保護層を形成するように、前記後処理ステップは、後処理液体を、前記インクジェットインクが塗布された前記コーティング層の表面上に塗布する(例えば、噴射することなどによる)ステップを含む。
材料
ポリプロピレングリコール(Mn≒425グラム/モル)を、Sigma Aldrichから入手した。Jeffamine D−230およびJeffamine EDR−176をHuntsmanから入手した。2−ピロリドン−5−カルボン酸、サリチル酸およびキシレンを、Sigma Aldrichから入手した。顔料として、Pro−Jet(登録商標)Black APD 1000を使用した。この顔料を、富士フィルムから顔料分散体水溶液として入手した。水分散性樹脂として、Neocryl(登録商標)A−1127を使用した。Neocryl(登録商標)A−1127は、アクリル樹脂であり、DSM Neoresinsから水性エマルションとして入手する。
インク組成物の安定性
5mLのインク組成物を、シリンジフィルタを備えた5mLルアーロックシリンジ中に充填した。前記インクを、前記フィルタに通過させた。前記インク組成物の色がろ過の際に変化しない場合には、および着色剤の目に見える残渣が前記シリンジフィルタ上に残されていない場合には、前記インク組成物は安定であるとみなす。ろ過により無色液体が得られる場合には、および前記シリンジフィルタがろ過後に着色される場合には、前記インク組成物は不安定であるとみなす。
3グラムの前記インク組成物を、5cmの直径を有するアルミニウム皿中に秤量し、室温で、大気圧下で16時間乾燥した。乾燥後、残渣をガラスフラスコへ輸送し、前記インク組成物から蒸発した溶媒の量と等量の溶媒を前記残渣に添加した。前記溶媒は、前記インク組成物に使用されていた前記溶媒であり、よって、水または水/共溶媒混合物を使用した。前記混合物を周囲温度で1時間撹拌した。均一な混合物が得られなかった場合には、前記インクは再分散性がないとみなす。均一な混合物が得られた場合には、前記インクは再分散性があるとみなす。前記再分散性インクの安定性を、上記のインクジェットインク組成物について、安定性試験を使用して試験した。
5mLの再分散されたインク組成物を、ナイロン膜を有するシリンジフィルタを備えた5mLルアーロックシリンジ中に充填し、前記膜は、0.45μmの細孔径を有した。前記再分散されたインクを、前記膜に通過させた。前記インク組成物の色がろ過の際に変化しない場合には、および着色剤の目に見える形跡が前記シリンジフィルタ上に残されていない場合には、前記再分散されたインク組成物は安定であるとみなす。ろ過により無色液体が得られる場合には、および前記シリンジフィルタがろ過後に着色される場合には、前記再分散されたインク組成物は不安定であるとみなす。
前記インク組成物を、ロッドコーティングによりビニル基板(8cm*15cm)上に塗布し、前記基板上に前記インク組成物の8μm厚層を得た。上に前記インク組成物が塗布された前記基板を;低温または高温のいずれかで乾燥する。低温での乾燥を、室温で、周囲圧力で、1〜4時間、前記基板を乾燥させることにより行った。高温での乾燥を、60℃〜80℃で、5〜15分間、周囲圧力で、前記基板をオーブン中で乾燥させることにより行った。前記基板上の前記インクジェットインク画像の前記防水性を、水で前記基板を洗浄することにより試験した。前記インクジェットインク画像が水での洗浄に際して除去された場合には、前記画像は防水性がないとみなされた。前記インクジェットインク画像が水での洗浄に際して除去されない場合には、前記画像は防水性がないとみなされた。
水溶性樹脂(2)の製造
100grの2−ピロリドン−5−カルボン酸(0.78モル)および94grのJeffamine D−230(0.82モル、1.05eq)を秤量し、500mLのガラス丸底フラスコに入れた。40mLのキシレンを前記混合物に添加した。前記丸底フラスコにディーン・スターク機器を装備して、窒素雰囲気を提供した。前記混合物を、還流温度まで加熱した。約150℃の温度に到達したところで、均一な混合物が得られた。前記混合物を、還流温度で24時間反応させた。前記反応時間の間、生成した前記水を、前記ディーン・スターク機器を介して除去した。前記混合物が還流温度で24時間反応した後、前記混合物を冷却して、前記溶媒を減圧下で除去して樹脂を得た。前記樹脂を、アルミニウム皿に輸送して、16hオーブン中で、150℃の温度および5*10−2mbarの圧力で乾燥した。前記調製された樹脂2は、透明なガラス状材料である。
例1
インク組成物(10)の調製
10グラムの水溶性樹脂2を秤量し、60グラムの脱塩水を添加した。前記混合物を撹拌した。続いて、Neocryl(登録商標)A−1127を含む前記エマルションを添加した。次いで、Pro−Jet(登録商標)Black APD 1000の前記分散体水溶液を添加した。添加された、Neocryl(登録商標)A−1127を含むエマルションおよびPro−Jet(登録商標)Black APD 1000を含む分散体の量は、得られるインク組成物10が、10wt%の水分散性樹脂2、5wt%の顔料Pro−Jet(登録商標)Black APD 1000および10wt%のNeocryl(登録商標)A−1127水分散性樹脂を含むようにしたものであり、ここで、前記重量パーセンテージは、前記インク組成物10の合計重量に基づいた。必要に応じて、水を添加して、前記構成成分の前記所望の量を含むインク組成物を得た。
インク組成物(20)の調製
10グラムの水溶性樹脂2を秤量し、20グラムの2−ピロリドンを添加した。前記混合物を撹拌し、1gのDynol 607を前記均一な混合物に添加した。続いて、Neocryl(登録商標)A−1127を含むエマルションを添加した。次いで、Pro−Jet(登録商標)Black APD 1000の前記分散体水溶液を添加した。添加された、Neocryl(登録商標)A−1127を含むエマルションおよびPro−Jet(登録商標)Black APD 1000を含む分散体の量は、得られるインク組成物20が、10wt%の水分散性樹脂2、4wt%の顔料Pro−Jet(登録商標)Black APD 1000および5wt%のNeocryl(登録商標)A−1127水分散性樹脂を含むようにしたものであり、ここで、前記重量パーセンテージは、前記インク組成物20の合計重量に基づいた。必要に応じて、水を添加して、前記構成成分の前記所望の量を含むインク組成物を得た。
30グラムの前記Neocryl(登録商標)A−1127エマルションを秤量した。前記水分散性樹脂エマルションに、Pro−Jet(登録商標)Black APD 1000の前記分散体水溶液および脱塩水を添加した。添加された、Pro−Jet(登録商標)Black APD 1000および水を含む分散体の量は、得られるインク組成物CE1が、5wt%の顔料Pro−Jet(登録商標)Black APD 1000および10wt%のNeocryl(登録商標)A−1127水分散性樹脂を含むようにしたものであり、ここで、前記重量パーセンテージは、前記インク組成物CE1の合計重量に基づいた。
前記インク組成物の安定性
第1比較実験において、前記インク組成物10および20の安定性を、インク組成物CE1の安定性と比較する。安定性を上記のとおり試験して、前記結果を表3にまとめる。
前記インク組成物を、周囲温度で上記のとおり乾燥し、それらの再分散性を調査した。前記結果を表4にまとめる。
本発明の前記インク(インク組成物10および20)が再分散可能である一方で、前記比較例の前記インク(CE1)は、再分散不可能である。よって、インク組成物10または20から水が除去された場合には、前記固体残渣への水の添加により、水中で前記固体残渣の再分散がもたらされ得る。したがって、インク組成物10および20の前記固体構成成分の前記分散は、可逆的であるとみなす。可逆的な分散能力は、前記安定化基を含む前記水溶性樹脂により付与されるものと考えられている。前記インク組成物CE1は、前記インク組成物の前記固体構成成分の可逆的分散を示さない。
前記インク組成物の安定性を、それらが再分散された後のものについて試験した。前記結果を、表5にまとめる。前記インク組成物CE1が再分散可能(または再溶解可能)でないことを示したので、前記再分散されたCE1インク組成物の安定性を調査することはできなかった。
前記インク組成物10および20は、本発明のインク組成物であり、前記インクの再分散後も安定であった。よって、前記インク組成物10および20の前記インク構成成分は、本発明によれば、可逆的に分散可能であるのみならず、得られる、再分散されたインク組成物もまた、安定な分散体である。
インク組成物を使用して作製されたプリントの防水性を、上記のとおり試験した。プリントを、受信媒体上にロッドコーティングによる前記インク組成物10および20を塗布することにより作製した。各インク組成物について、2つのサンプルを調査した。1つのサンプルにおいて、前記インク組成物(それぞれ10、20)を、前記インクを前記受信媒体上に塗布した後に、室温で乾燥した。2つめのサンプルにおいて、前記インク組成物(それぞれ10、20)を、前記インクを前記受信媒体上に塗布した後に、上昇された温度で乾燥した。前記結果を、表6にまとめる。
前記インク組成物を前記受信媒体上に塗布した後に、前記インクを室温で乾燥した場合には、前記受信媒体上に塗布された前記インクは、インク組成物10および20の両方について、前記受信媒体を水で洗浄した際に除去された。代わりに、前記インクを上昇された温度で乾燥した場合には、インク組成物10および20の両方について、インク組成物を使用して作製された前記プリントは防水性であった。よって、前記プリントを高温で乾燥する(溶融する)場合には、前記プリントは防水性となる。一方で、前記プリントを高温で乾燥しない場合には、本発明のインク組成物を使用して作製された前記プリントは、防水性ではない。
Claims (12)
- 以下:
a)水;
b)水分散性樹脂;
c)着色剤;
d)水溶性樹脂であって、前記水溶性樹脂は、骨格および安定化基を含み、前記安定化基は、分子間水素結合を形成することができる、水溶性樹脂、
を含むインク組成物。 - 前記水溶性樹脂が、水の蒸発の際にマトリックスを形成することができ、ここで、前記水分散性樹脂のマトリックスおよび前記着色剤が安定化される、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記水溶性樹脂の前記骨格が、水溶性骨格である、請求項1または2に記載のインク組成物。
- 前記水溶性樹脂が、ポリエーテル骨格を、好ましくは、[−CH2CH2O−]nまたは[−CH2CH(CH3)O−]n骨格またはこれらの組み合わせを含む、請求項3に記載のインク組成物。
- 前記水溶性樹脂が、実質的に非結晶性である、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記水分散性樹脂および前記水溶性樹脂が、硬化性である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のインク組成物。
- 請求項1に記載のインク組成物の調製方法であって、前記方法は、以下のステップ:
○ 水溶性樹脂を提供するステップ
○ 水を提供するステップ
○ 着色剤を提供するステップ
○ 前記水分散性樹脂を含む分散体を提供するステップ
○ 前記水溶性樹脂、前記水、前記着色剤および前記水分散性樹脂の前記分散体を混合するステップ、
を含む、調製方法。 - インクジェットプリント装置を使用して、画像受信媒体上に画像をプリントするための、請求項1に記載のインク組成物の使用。
- 請求項1に記載のインク組成物の使用に好適な水溶性樹脂であって、前記樹脂は、水溶性骨格を含み、前記水溶性骨格は、本質的に、ポリエチレングリコール鎖、ポリプロピレングリコール鎖またはポリエチレングリコールプロピレングリコール鎖からなり、前記水溶性樹脂は、安定化基をさらに含み、前記安定化基は、2−ピロリドン部位またはサリチル酸部位を含む、水溶性樹脂。
- 前記安定化基が、架橋基を介して前記骨格に結合され、前記架橋基は:アミド架橋基、ウレタン架橋基、カルバメート架橋基またはエステル架橋基からなる群から選択される、請求項9に記載の水溶性樹脂。
- 請求項8または9に記載の水溶性樹脂の調製方法であって、前記方法は、以下のステップ:
a)骨格前駆体を提供し、前記水溶性樹脂前駆体は、水溶性骨格を含み、前記水溶性骨格は、本質的に、ポリエチレングリコール鎖、ポリプロピレングリコール鎖またはポリエチレングリコールプロピレングリコール鎖からなるステップ;
b)安定化基前駆体を提供し、前記安定化基前駆体は、安定化基を含み、前記安定化基は、2−ピロリドン部位またはサリチル酸部位を含むステップ;
c)前記骨格前駆体および前記安定化基前駆体をカップリングし、それにより、前記水溶性樹脂を形成するステップ、
を含む、調製方法。 - インク組成物における、請求項9または10に記載の水溶性樹脂の使用。
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