JP2016003337A - 水性インク組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】吐出能が優れ、種々の基材に対する転写特性および最終印刷物の堅牢性が良好であり、固形分含有量が高い水性インクジェットインクセットを提供する。
【解決手段】水と、共溶媒と、封入された樹脂顔料と、ポリマーラテックスと、低分子量の保水剤溶質と、を含み、水性インクの合計固形分含有量が、水性インク組成物の合計重量を基準として約2〜約25重量%であり、水性インクの合計固形分含有量が、好ましくは水性インク組成物の合計重量を基準として約7〜約15重量%である水性インク組成物。
【選択図】なし

Description

本明細書には、直接的な印刷用途および間接的な印刷用途の両方に適した水性インク組成物が開示される。水性インク組成物は、水と;共溶媒と;封入された樹脂顔料と;ポリマーラテックスと;低分子量の保水剤溶質とを含み、水性インクの合計固形分含有量は、水性インク組成物の合計重量を基準として約2〜約25重量%である。
直接的な印刷機では、マーキング材料を最終基材に直接塗布し、基材の上に画像を作成する。他の種類の印刷機は、間接的な印刷技術またはオフセット印刷技術を使用する。間接的な印刷では、マーキング材料をまず中間転写体に塗布し、その後、最終基材に転写する。2工程の印刷プロセスは、インクジェット印刷ヘッドを用い、中間受け入れ部材(例えば、ドラム、ベルトなど)の上にインクを画像状の態様になるように塗布することを含んでいてもよい。このインクは、中間受け入れ部材を濡らし、その上に広がり、一時的な画像を形成する。次いで、一時的な画像を形成するインクは、例えば、部分的または完全な乾燥、熱または光による硬化、ゲル化などの特性の変化を受けてもよく、得られた一時的な画像を、最終的な画像受け入れ基材に転写してもよい。
米国特許出願番号第14/066,716号は、間接的な印刷用途のための印刷プロセスおよび水と;共溶媒と;着色剤と;ポリマー粒子の水性分散物を含むポリマーラテックスとを含む水性インクを記載し、ここで、ポリマーラテックスは、軟化温度が60℃〜105℃未満であり、ガラス転移温度が、約45℃〜約100℃である。このインクは、特に、中間転写体に印刷し、転写前に完全に乾燥させるために配合される。
既知のインク組成物およびプロセスは、これらの意図した目的に適しているが、特定の特徴を有する改良されたインク組成物が依然として必要である。前処理を行った紙または前処理を行っていない紙への直接的な印刷、中間体基材が犠牲剥離剤で処理および/またはコーティングされた間接的な印刷の両方に適したインク(特に、高い固体保持量を有するが、安定性、吐出性能および印刷品質が顕著に向上したインクセット)が依然として必要である。
水と;共溶媒と;封入された樹脂顔料と;ポリマーラテックスと;低分子量の保水剤溶質とを含み、水性インクの合計固形分含有量が、水性インク組成物の合計重量を基準として約2〜約25重量%である、水性インク組成物が記載される。
さらに、水性インク組成物を調製するためのプロセスであって、(1)ポリマーラテックスを調製することと;(2)ポリマーラテックスと、封入された樹脂顔料、水、共溶媒および低分子量の保水剤溶質とを合わせ、水性インクの合計固形分含有量が水性インク組成物の合計重量を基準として約2〜約25重量%である水性インク組成物を作成することと;(3)場合により、水性インク組成物を濾過することとを含む、プロセスも記載される。
さらに、水;共溶媒;封入された樹脂顔料;ポリマーラテックス;および低分子量の保水剤溶質を含み、水性インクの合計固形分含有量が水性インク組成物の合計重量を基準として約2〜約25重量%の水性インクをインクジェット印刷装置に組み込むことと;インク液滴を中間転写体に画像状のパターンになるように放出し;場合により、画像を加熱し、部分的または完全に溶媒を除去し;画像状のパターンになったインクを中間転写体から最終的な記録基材に転写すること;または画像状のパターンになったインク液滴を最終的な画像受け入れ基材に直接放出することとを含む、プロセスも記載される。
水と;共溶媒と;封入された樹脂顔料と;ポリマーラテックスと;低分子量の保水剤溶質とを含み、水性インクの合計固形分含有量が、水性インク組成物の合計重量を基準として約2〜約25重量%、または約3〜約20重量%、または約5〜約18重量%である、水性インク組成物が提供される。具体的な実施形態において、合計固形分含有量は、水性インク組成物の合計重量を基準として約7〜約15重量%である。
本発明の水性インク組成物は、吐出能が優れ、種々の基材に対する転写特性および最終印刷物の堅牢性が良好であり、固形分含有量が高い「デザイナー」水性インクジェットインクセットを提供するように調製することができる。本インクの固体成分は、最低でも2つの可能な機能を与えるように選択され、そのため、以下のものが提供される。(1)色および安定性のために封入された樹脂顔料;(2)基材への付着、転写層の厚みおよび堅牢性のためのラテックス;および乾燥特性の制御;および(3)水を結合させ、水/共溶媒混合物の蒸気圧を下げること(ラウールの法則)によって待ち時間を高める低分子量の保水剤溶質。具体的な実施形態において、成分の比率は、インク組成物の合計固形分含有量を、水性インク組成物の合計重量を基準として約2〜約25%、または約7〜約15重量%に保持しつつ選択される。
いくつかの実施形態において、インク組成物は、ここでは、多くの圧電式インクジェット印刷ヘッドの吐出要求を満たすように粘度を約5cpより高い値まで上昇させるために粘度調整剤を必要としない。紙のしわおよび湾曲を減らすために、インクが、紙に直接印刷するために用いられる場合、または、半分濡れた状態で転写される場合には、インクも少なくとも1つの共溶媒を含んでいてもよい。
いくつかの実施形態において、インク組成物は、溶解度パラメータが約27〜約37MPa1/2または約27〜約35MPa1/2の範囲の少なくとも1つの共溶媒を含有する。いくつかの実施形態において、インク組成物は、溶解度パラメータが約27〜約37MPA1/2または約27〜約35MPa1/2の範囲の単一の共溶媒、または混合物の溶解度パラメータが約27〜約37MPA1/2または約27〜約35MPa1/2である共溶媒混合物を含有する。いくつかの実施形態において、このような共溶媒は、1,5−ペンタンジオールである。特定の実施形態において、共溶媒は、1,5−ペンタンジオール、2−ピロリドン、グリセロールおよびこれらの混合物からなる群から選択される。具体的な実施形態において、共溶媒は、1,5−ペンタンジオールと、2−ピロリドン、グリセロールおよびこれらの混合物からなる群のいずれかである。
いくつかの実施形態において、インク組成物は、溶解度パラメータが約27〜約35MPa1/2の範囲の少なくとも1つの共溶媒を含有する。いくつかの実施形態において、共溶媒は、1,5−ペンタンジオールと2−ピロリドンの混合物である。特定の実施形態において、共溶媒は、1,5−ペンタンジオールである。他の実施形態において、共溶媒は、2−ピロリドンである。
特定の実施形態において、共溶媒は、1,5−ペンタンジオール、2−ピロリドン、グリセロールおよびこれらの混合物からなる群から選択され;個々の共溶媒または共溶媒の混合物は、溶解度パラメータが約27〜約33MPa1/2の範囲である。
SI Hildebrand溶解度パラメータは、メガパスパルで表現される。Hildebrand溶解度パラメータは、当業者には既知である。溶媒混合物のHildebrand値は、当業者に知られているように、個々の溶媒のHildebrand値を体積で平均することによって決定することができる。例えば、溶解度パラメータを測定するための目標範囲は、室温から吐出温度まで、いくつかの実施形態において、約20〜約40℃である。溶解度パラメータは、Norgwyn Montgomery Software Inc.から入手可能なMolecular Modeling Pro Plusのようなモデリングソフトウエアを用いて決定することができる。いくつかの実施形態において、25℃での1,5−ペンタンジオールの溶解度パラメータは27.6であり、25℃での2−ピロリドンの溶解度パラメータは28.4であり、25℃でのグリセロールの溶解度パラメータは36.5である。
本発明のインク組成物は、水のみからなっていてもよく、または、水と、共溶媒、保水剤などと呼ばれる水溶性または水混和性の有機成分(以下共溶媒)、例えば、アルコールおよびアルコール誘導体との混合物を含んでいてもよく、アルコールおよびアルコール誘導体は、例えば、脂肪族アルコール、芳香族アルコール、ジオール、グリコールエーテル、ポリグリコールエーテル、長鎖アルコール、一級脂肪族アルコール、二級脂肪族アルコール、1,2−アルコール、1,3−アルコール、1,5−アルコール、エチレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールアルキルエーテル、メトキシル化グリセロール、エトキシル化グリセロールを含む)、ポリエチレングリコールアルキルエーテルのもっと高級な同族体など(具体例として、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、トリメチロールプロパン、1,5−ペンタンジオール、2−メチル−1,3,−プロパンジオール、2−エチル−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール、3−メトキシブタノール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、2,4−ヘプタンジオールを含む)であり;さらに適切なのは、アミド、エーテル、尿素、置換尿素、例えば、チオ尿素、エチレン尿素、アルキル尿素、アルキルチオ尿素、ジアルキル尿素およびジアルキルチオ尿素、カルボン酸およびこれらの塩、例えば、2−メチルペンタン酸、2−エチル−3−プロピルアクリル酸、2−エチル−ヘキサン酸、3−エトキシプロピオン酸など、エステル、有機スルフィド、有機スルホキシド、スルホン(例えば、スルホラン)、カルビトール、ブチルカルビトール、セロソルブ、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、エーテル誘導体、ヒドロキシエーテル、アミノアルコール、ケトン、N−メチルピロリジノン、2−ピロリジノン、シクロヘキシルピロリドン、アミド、スルホキシド、ラクトン、高分子電解質、メチルスルホニルエタノール、イミダゾール、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、ベタイン、糖類、例えば、1−デオキシ−D−ガラクチトール、マンニトール、イノシトールなど、置換および非置換のホルムアミド、置換および非置換のアセトアミド、および他の水溶性または水混和性の材料、およびこれらの混合物である。いくつかの実施形態において、共溶媒は、エチレングリコール、N−メチルピロリドン、メトキシル化グリセロール、エトキシル化グリセロールおよびこれらの混合物からなる群から選択される。特定の実施形態において、共溶媒は、スルホラン、メチルエチルケトン、イソプロパノール、2−ピロリジノン、ポリエチレングリコールおよびこれらの混合物からなる群から選択される。
水と、水溶性または水混和性の有機液体との混合物が液体媒剤として選択される場合、水と有機物の比率は、任意の適切な比率または望ましい比率であってもよく、いくつかの実施形態において、約97:3〜約30:70、または約95:5〜約40:60、または約90:10〜約51:49であってもよい。液体媒剤の非水性成分は、一般的に、沸点が水(100℃)より高い保水剤として働くか、または沸点が70℃程度の低い共溶媒として働く。インク媒剤の有機成分は、インクの表面張力を変え、インクの粘度を変え、ラテックスを膨潤させ、および/または着色剤を分散させ、および/またはインクの乾燥特徴に影響を与えるのに役立たせることもできる。
液体媒剤の合計量は、任意の適切な量または望ましい量で与えられてもよい。いくつかの実施形態において、液体媒剤は、インク組成物中、インク組成物の合計重量を基準として約55〜約97%、または約60〜約90%、または約65〜約90%の量で存在する。
インク組成物は、水性インク組成物に色および安定性を与える封入された樹脂顔料を含有する。任意の適切な封入された樹脂顔料または望ましい封入された樹脂顔料を選択することができる。いくつかの実施形態において、封入された樹脂顔料は、Sun Chemical CompanyからMCX−059−SJの名称で市販される材料であり、ここで、Xは、シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックをそれぞれあらわすC、M、Y、Bkである。
封入された樹脂顔料は、樹脂シェルによって包まれた顔料コアを含む。顔料コアは、任意の適切な顔料または望ましい顔料で構成されていてもよい。いくつかの実施形態において、顔料は、ブラック顔料、マゼンタ顔料、シアン顔料、イエロー顔料、またはこれらの組み合わせを含む。
顔料コアを包む樹脂シェルは、任意の適切な樹脂または望ましい樹脂を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、樹脂シェルは、非イオン性樹脂、アニオン性樹脂およびこれらの組み合わせからなる群のいずれかから選択することができる。
封入された樹脂顔料を任意の適切なプロセスまたは望ましいプロセスによって調製することができる。いくつかの実施形態において、封入された樹脂顔料は、日本特許第3651063号に記載されるプロセスによって調製することができ、その要約書の英文翻訳文には、体積平均粒径が10〜500nmの水系顔料分散物を製造するためのプロセスが、水を含有するケーキが、カルボキシル基に起因して酸価が30〜120である樹脂を含み、カルボキシル基の一部またはすべてを塩基性化合物で中和することによって、顔料が水系媒体に分散することを特徴とすることが記載されている。いくつかの実施形態において、樹脂顔料は、米国特許公開第2014/0024763号に記載されているプロセスによって調製することができ、その要約書には、モノマー、疎水性物質および重合開始剤を含有する液体を、分散剤を用いて水系媒体中に分散させ、モノマーエマルションを得る工程と、モノマーエマルションと、親水性基が直接結合しているか、または別の原子基を介して結合しており、親水性基によって分散する自己分散性顔料を含有する顔料分散物とを混合する工程と、得られた混合物を剪断処理し、次いで、モノマーを重合させる工程とを含む、顔料を封入するポリマー分散物を製造するプロセスが記載されている。
封入された樹脂顔料は、任意の適切な粒径または望ましい粒径を有していてもよい。特定の実施形態において、封入された樹脂顔料粒子は、約30ナノメートルから約230ナノメートル未満、または約35ナノメートルから約200ナノメートル未満、または約40ナノメートルから約150ナノメートル未満の平均粒径を示す。具体的な実施形態において、封入された樹脂顔料粒子は、Z平均粒径が約60〜約250ナノメートル、または約55ナノメートルから約120ナノメートル未満である。平均粒径は、任意の適切な様式または望ましい様式で、例えば、Nanotrac(商標) 252(Microtrac、モンゴメリービル、PA、USA)粒径分析機を用いて測定することができる。
封入された樹脂顔料は、インク組成物中に任意の望ましい量または有効な量で存在していてもよく、いくつかの実施形態において、インク組成物の合計重量を基準として約0.05〜約15%、または約0.1〜約10%、または約1〜約5重量%の量で存在していてもよい。具体的な実施形態において、封入された樹脂顔料は、水性インクの合計固形分含有量が、水性インク組成物の合計重量を基準として約7〜約15重量%になるような量で提供される。
本発明のインク組成物は、封入された樹脂顔料着色剤に加え、任意成分の着色剤も含有していてもよい。封入された顔料のため、または、顔料、染料、染料分散物、顔料分散物およびこれらの混合物、およびこれらの組み合わせを含む任意成分のさらなる着色剤のための任意の適切な着色剤または望ましい着色剤を、本発明の実施形態に使用することができる。いくつかの実施形態において、任意成分のさらなる着色剤は、非イオン性着色剤、アニオン性着色剤、またはこれらの組み合わせである。
着色剤は、着色剤分散物の形態で与えられてもよい。いくつかの実施形態において、着色剤分散物は、平均粒径が約20〜約500ナノメートル(nm)、または約20〜約400nm、または約30〜約300nmである。いくつかの実施形態において、着色剤は、染料、顔料、およびこれらの組み合わせからなる群から選択され、場合により、着色剤は、着色剤、任意成分の界面活性剤および任意成分の分散剤を含む分散物である。
示したように、封入された樹脂顔料のために任意の適切な顔料着色剤または望ましい顔料着色剤を選択することができ、または、本発明のいくつかの実施形態において、任意成分のさらなる着色剤のための任意の適切な着色剤または望ましい着色剤を選択することができる。任意成分のさらなる着色剤は、染料、顔料、またはこれらの混合物であってもよい。適切な染料の例としては、アニオン系染料、カチオン系染料、非イオン系染料、双性イオン性染料などが挙げられる。適切な染料の具体例としては、Food染料、例えば、Food Black No.1、Food Black No.2、Food Red No.40、Food Blue No.1、Food Yellow No.7など、FD & C染料、Acid Black染料(No.1、7、9、24、26、48、52、58、60、61、63、92、107、109、118、119、131、140、155、156、172、194など)、Acid Red染料(No.1、8、32、35、37、52、57、92、115、119、154、249、254、256など)、Acid Blue染料(No.1、7、9、25、40、45、62、78、80、92、102、104、113、117、127、158、175、183、193、209など)、Acid Yellow染料(No.3、7、17、19、23、25、29、38、42、49、59、61、72、73、114、128、151など)、Direct Black染料(No.4、14、17、22、27、38、51、112、117、154、168など)、Direct Blue染料(No.1、6、8、14、15、25、71、76、78、80、86、90、106、108、123、163、165、199、226など)、Direct Red染料(No.1、2、16、23、24、28、39、62、72、236など)、Direct Yellow染料(No.4、11、12、27、28、33、34、39、50、58、86、100、106、107、118、127、132、142、157など)、Reactive Dye、例えば、Reactive Red染料(No.4、31、56、180など)、Reactive Black染料(No.31など)、Reactive Yellow染料(No.37など);アントラキノン染料、モノアゾ染料、ジスアゾ染料、フタロシアニン誘導体(種々のフタロシアニンスルホネート塩を含む)、アザ(18)アヌレン、ホルマザン銅錯体、トリフェノジオキサジンなど、およびこれらの混合物が挙げられる。
封入された樹脂顔料または任意成分のさらなる着色剤のために選択可能な適切な顔料の例としては、黒色顔料、白色顔料、シアン顔料、マゼンタ顔料、イエロー顔料などが挙げられる。さらに、顔料は、有機粒子または無機粒子であってもよい。適切な無機顔料としては、カーボンブラックが挙げられる。しかし、他の無機顔料は、酸化チタン、コバルトブルー(CoO−Al)、クロムイエロー(PbCrO)および酸化鉄のような適切なものであってもよい。適切な有機顔料としては、例えば、ジアゾ顔料およびモノアゾ顔料を含むアゾ顔料、多環状顔料(例えば、フタロシアニン顔料、例えば、フタロシアニンブルーおよびフタロシアニングリーン)、ペリレン顔料、ペリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサジン顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、ピラントロン顔料およびキノフタロン顔料)、不溶性染料キレート(例えば、塩基性染料型キレートおよび酸性染料型キレート)、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アンサントロン顔料、例えば、PR168などが挙げられる。フタロシアニンブルーおよびフタロシアニングリーンの代表例としては、銅フタロシアニンブルー、銅フタロシアニングリーン、およびこれらの誘導体(Pigment Blue 15、Pigment Green 7およびPigment Green 36)が挙げられる。キナクリドンの代表例としては、Pigment Orange 48、Pigment Orange 49、Pigment Red 122、Pigment Red 192、Pigment Red 202、Pigment Red 206、Pigment Red 207、Pigment Red 209、Pigment Violet 19およびPigment Violet 42が挙げられる。アントラキノンの代表例としては、Pigment Red 43、Pigment Red 194、Pigment Red 177、Pigment Red 216およびPigment Red 226が挙げられる。ペリレンの代表例としては、Pigment Red 123、Pigment Red 149、Pigment Red 179、Pigment Red 190、Pigment Red 189およびPigment Red 224が挙げられる。チオインジゴイドの代表例としては、Pigment Red 86、Pigment Red 87、Pigment Red 88、Pigment Red 181、Pigment Red 198、Pigment Violet 36およびPigment Violet 38が挙げられる。ヘテロ環イエローの代表例としては、Pigment Yellow 1、Pigment Yellow 3、Pigment Yellow 12、Pigment Yellow 13、Pigment Yellow 14、Pigment Yellow 17、Pigment Yellow 65、Pigment Yellow 73、Pigment Yellow 74、Pigment Yellow 90、Pigment Yellow 110、Pigment Yellow 117、Pigment Yellow 120、Pigment Yellow 128、Pigment Yellow 138、Pigment Yellow 150、Pigment Yellow 151、Pigment Yellow 155およびPigment Yellow 213が挙げられる。このような顔料は、粉末またはプレスケーキの形態で、BASF Corporation、Engelhard CorporationおよびSun Chemical Corporationを含む多くの供給業者から市販される。使用可能な黒色顔料の例としては、炭素顔料が挙げられる。炭素顔料は、許容範囲の光学密度および印刷特徴を与えるほとんどの市販される炭素顔料であってもよい。本システムおよび方法で使用するのに適した炭素顔料としては、限定されないが、カーボンブラック、グラファイト、ガラス状炭素、石炭、およびこれらの組み合わせが挙げられる。このような炭素顔料は、例えば、チャネル法、コンタクト法、ファーネス法、アセチレン法または加熱法を含む種々の既知の方法によって製造することができ、Cabot Corporation、Columbian Chemicals Company,Evonik、E.I.DuPont de Nemours and Companyのような販売者から市販される。適切なカーボンブラック顔料としては、限定されないが、Cabot顔料、例えば、MONARCH(登録商標)1400、MONARCH(登録商標)1300、MONARCH(登録商標)1100、MONARCH(登録商標)1000、MONARCH(登録商標)900、MONARCH(登録商標)880、MONARCH(登録商標)800、MONARCH(登録商標)700、CAB−O−JET(登録商標)200、CAB−O−JET(登録商標)300、REGAL(登録商標)、BLACK PEARLS(登録商標)、ELFTEX(登録商標)、MOGUL(登録商標)およびVULCAN(登録商標)顔料;Columbian顔料、例えば、RAVEN(登録商標)5000およびRAVEN(登録商標)3500;Evonik顔料、例えば、Color Black FW 200、FW 2、FW 2V、FW 1、FW18、FW S160、FW S170、Special Black 6、Special Black 5、Special Black 4A、Special Black 4、PRINTEX(登録商標)U、PRINTEX(登録商標)140U、PRINTEX(登録商標)VおよびPRINTEX(登録商標)140Vが挙げられる。上のリストの顔料としては、改質されていない顔料粒状物、低分子が接続した顔料粒状物、ポリマーが分散した顔料粒状物が挙げられる。他の顔料およびその混合物を選択することもできる。顔料の粒径は、液体媒剤中で粒子の安定なコロイド懸濁物を可能にし、サーマルインクジェットプリンタまたは圧電インクジェットプリンタでインクを用いるときにインクの経路が詰まるのを防ぐために、できる限り小さいことが望ましい。
封入された樹脂顔料は、インク組成物中に任意の望ましい量または有効な量で存在していてもよく、いくつかの実施形態において、封入された樹脂顔料は、インク組成物の合計重量を基準として約0.05〜約15%、または約0.1〜約10%、または約1〜約5重量%の量で存在していてもよい。
具体的な実施形態において、さらなる着色剤が存在する場合、さらなる着色剤は、水性インクの合計固形分含有量が水性インク組成物の合計重量を基準として約2〜約25%、または約7〜約15重量%になるような量で提供される。
いくつかの実施形態において、ラテックス樹脂は、第1のモノマー組成物および第2のモノマー組成物で構成されていてもよい。任意の適切なモノマーまたはモノマー混合物を選択し、第1のモノマー組成物および第2のモノマー組成物を調製してもよい。第1のモノマー組成物のためのモノマーまたはモノマー混合物の選択は、第2のモノマー組成物のための選択とは独立しており、逆もまた同様である。第1のモノマー組成物および/または第2のモノマー組成物のための例示的なモノマーとしては、限定されないが、ポリエステル、スチレン、アクリル酸アルキル、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸 n−オクチル、2−クロロエチルアクリレート;β−カルボキシエチルアクリレート(β−CEA)、アクリル酸フェニル、メチルアルファクロロアクリレート、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチルおよびメタクリル酸ブチル;ブタジエン;イソプレン;メタクリロニトリル;アクリロニトリル;ビニルエーテル、例えば、ビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル、ビニルエチルエーテルなど;ビニルエステル、例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニルおよび酪酸ビニル;ビニルケトン、例えば、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトンおよびメチルイソプロペニルケトン;ハロゲン化ビニリデン、例えば、塩化ビニリデンおよびクロロフッ化ビニリデン;N−ビニルインドール;N−ビニルピロリドン;メタクリレート;アクリル酸;メタクリル酸;アクリルアミド;メタクリルアミド;ビニルピリジン;ビニルピロリドン;ビニル−N−メチルピリジニウムクロリド;ビニルナフタレン;p−クロロスチレン;塩化ビニル;臭化ビニル;フッ化ビニル;エチレン;プロピレン;ブチレン;イソブチレンなど、およびこれらの混合物が挙げられる。モノマー混合物を使用する場合、典型的には、ラテックスポリマーはコポリマーであろう。
ある実施形態において、第1のモノマー組成物および第2のモノマー組成物は、互いに独立して、2種類、または3種類、またはそれより多い異なるモノマーを含んでいてもよい。従って、ラテックスポリマーは、コポリマーを含んでいてもよい。このようなラテックスコポリマーの実例としては、ポリ(スチレン−アクリル酸 n−ブチル−β−CEA)、ポリ(スチレン−アクリル酸アルキル)、ポリ(スチレン−1,3−ジエン)、ポリ(スチレン−メタクリル酸アルキル)、ポリ(メタクリル酸アルキル−アクリル酸アルキル)、ポリ(メタクリル酸アルキル−アクリル酸アリール)、ポリ(メタクリル酸アリール−アクリル酸アルキル)、ポリ(メタクリル酸アルキル)、ポリ(スチレン−アクリル酸アルキル−アクリロニトリル)、ポリ(スチレン−1,3−ジエン−アクリロニトリル)、ポリ(アクリル酸アルキル−アクリロニトリル)、ポリ(スチレン−ブタジエン)、ポリ(メチルスチレン−ブタジエン)、ポリ(メタクリル酸メチル−ブタジエン)、ポリ(メタクリル酸エチル−ブタジエン)、ポリ(メタクリル酸プロピル−ブタジエン)、ポリ(メタクリル酸ブチル−ブタジエン)、ポリ(アクリル酸メチル−ブタジエン)、ポリ(アクリル酸エチル−ブタジエン)、ポリ(アクリル酸プロピル−ブタジエン)、ポリ(アクリル酸ブチル−ブタジエン)、ポリ(スチレン−イソプレン)、ポリ(メチルスチレン−イソプレン)、ポリ(メタクリル酸メチル−イソプレン)、ポリ(メタクリル酸エチル−イソプレン)、ポリ(メタクリル酸プロピル−イソプレン)、ポリ(メタクリル酸ブチル−イソプレン)、ポリ(アクリル酸メチル−イソプレン)、ポリ(アクリル酸エチル−イソプレン)、ポリ(アクリル酸プロピル−イソプレン)、ポリ(アクリル酸ブチル−イソプレン);ポリ(スチレン−アクリル酸プロピル)、ポリ(スチレン−アクリル酸ブチル)、ポリ(スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル)、ポリ(スチレン−アクリル酸ブチル−アクリロノニトリル)などが挙げられる。
いくつかの実施形態において、第1のモノマー組成物および第2のモノマー組成物は、実質的に水不溶性であってもよく(例えば、疎水性)、反応容器に加えたときに十分に攪拌しつつ水相に分散させてもよい。
第1のモノマー組成物と第2のモノマー組成物の重量比は、約0.5:99.5〜約25:75、約1:99〜約10:90を含め、約0.1:99.9〜約50:50の範囲であってもよい。
いくつかの実施形態において、第1のモノマー組成物と第2のモノマー組成物は同じであってもよい。第1のモノマー組成物/第2のモノマー組成物の例は、スチレンとアクリル酸アルキルを含む混合物、例えば、スチレン、アクリル酸 n−ブチルおよびβ−CEAを含む混合物であってもよい。モノマーの合計重量を基準として、スチレンは、約1%〜約99%、約50%〜約95%、約70%〜約90%の量で存在していてもよいが、もっと多い量またはもっと少ない量で存在していてもよく、アクリル酸アルキル、例えば、アクリル酸 n−ブチルは、約1%〜約99%、約5%〜約50%、約10%〜約30%の量で存在していてもよいが、もっと多い量またはもっと少ない量で存在していてもよい。
ポリマーラテックスは、任意の適切なポリマー材料または望ましいポリマー材料を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、ポリマーラテックスは、スチレン、アクリル酸 n−ブチル、メタクリル酸、β−CEA(β−カルボキシアクリル酸エチル)および任意成分の界面活性剤の乳化重合から作られるポリマー粒子を含むラテックスエマルションを含む。
ラテックスプロセスおよびトナープロセスに、任意の適切な開始剤または開始剤の混合物を選択してもよい。いくつかの実施形態において、開始剤は、既知の遊離ラジカル重合開始剤から選択される。遊離ラジカル開始剤は、遊離ラジカル重合プロセスを開始することができる任意の遊離ラジカル重合開始剤およびこれらの混合物であってもよく、このような遊離ラジカル開始剤は、約30℃より高い温度まで加熱すると遊離ラジカル種を与えることができる。
乳化重合反応に水溶性遊離ラジカル開始剤を使用するが、他の遊離ラジカル開始剤を使用することもできる。適切な遊離ラジカル開始剤の例としては、限定されないが、過酸化物、例えば、過硫酸アンモニウム、過酸化水素、過酸化アセチル、過酸化クミル、過酸化tert−ブチル、過酸化プロピオニル、過酸化ベンゾイル、過酸化クロロベンゾイル、過酸化ジクロロベンゾイル、過酸化ブロモメチルベンゾイル、過酸化ラウロイル、ジイソプロピルペルオキシカーボネート、テトラリンヒドロペルオキシド、1−フェニル−2−メチルプロピル−1−ヒドロペルオキシドおよびtert−ブチルヒドロペルオキシド;ペルトリフェニルアセテート、過ギ酸tert−ブチル;過酢酸tert−ブチル;過安息香酸tert−ブチル;tert−ブチルペルフェニルアセテート;tert−ブチルペルメトキシアセテート;tert−ブチル ペル−N−(3−トルイル)カルバメート;過硫酸ナトリウム;過硫酸カリウム、アゾ化合物、例えば、2,2’−アゾビスプロパン、2,2’−ジクロロ−2,2’−アゾビスプロパン、1,1’−アゾ(メチルエチル)ジアセテート、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)塩酸、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)−硝酸、2,2’−アゾビスイソブタン、2,2’−アゾビスイソブチルアミド、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、メチル 2,2’−アゾビス−2−メチルピロピオネート、2,2’−ジクロロ−2,2’−アゾビスブタン、2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル、ジメチル 2,2’−アゾビスイソブチレート、1,1’−アゾビス(ナトリウム 1−メチルブチロニトリル−3−スルホネート)、2−(4−メチルフェニルアゾ)−2−メチルマロノジニトリル、4,4’−アゾビス−4−シアノバレル酸、3,5−ジヒドロキシメチルフェニルアゾ−2−メチルマロノジニトリル、2−(4−ブロモフェニルアゾ)−2−アリルマロノジニトリル、2,2’−アゾビス−2−メチルバレロニトリル、ジメチル 4,4’−アゾビス−4−シアノバレレート、2,2’−アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル、1,1’−アゾビスシクロヘキサンニトリル、2,2’−アゾビス−2−プロピルブチロニトリル、1,1’−アゾビス−1−クロロフェニルエタン、1,1’−アゾビス−1−シクロヘキサンカルボニトリル、1,1’−アゾビス−1−シクロヘプタンニトリル、1,1’−アゾビス−1−フェニルエタン、1,1’−アゾビスクメン、エチル 4−ニトロフェニルアゾベンジルシアノアセテート、フェニルアゾジフェニルメタン、フェニルアゾトリフェニルメタン、4−ニトロフェニルアゾトリフェニルメタン、1’−アゾビス−1,2−ジフェニルエタン、ポリ(ビスフェノールA−4,4’−アゾビス−4−シアノペンタノエート)およびポリ(テトラエチレングリコール−2,2’−アゾビスイソブチレート);1,4−ビス(ペンタエチレン)−2−テトラゼン;1,4−ジメトキシカルボニル−1,4−ジフェニル−2−テトラゼンなど;およびこれらの混合物が挙げられる。
さらに典型的な遊離ラジカル開始剤としては、限定されないが、過硫酸アンモニウム、過酸化水素、過酸化アセチル、過酸化クミル、過酸化tert−ブチル、過酸化プロピオニル、過酸化ベンゾイル、過酸化クロロベンゾイル、過酸化ジクロロベンゾイル、過酸化ブロモメチルベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、ジイソプロピルペルオキシカーボネートなどが挙げられる。
重合するモノマーの合計重量を基準として、開始剤は、約0.1%〜約5%、約0.4%〜約4%、約0.5%〜約3%の量で存在していてもよいが、もっと多い量またはもっと少ない量で存在していてもよい。
場合により、連鎖移動剤を使用し、ラテックスの重合度を制御してもよく、それによって、本開示のラテックスプロセスおよび/またはトナープロセスの生成物であるラテックスの分子量および分子量分布を制御してもよい。理解することができるように、連鎖移動剤がラテックスポリマーの一部となってもよい。
いくつかの実施形態において、連鎖移動剤は、炭素−硫黄共有結合を有する。炭素−硫黄共有結合は、赤外線吸収スペクトルにおいて、500〜800cm−1の範囲の波数領域に吸収ピークを有する。連鎖移動剤が、ラテックスおよびラテックスから作られるトナーに組み込まれる場合、吸収ピークは、例えば、400〜4,000cm−1の波数領域まで変化してもよい。
例示的な連鎖移動剤としては、限定されないが、n−C3−15アルキルメルカプタン、例えば、n−プロピルメルカプタン、n−ブチルメルカプタン、n−アミルメルカプタン、n−ヘキシルメルカプタン、n−ヘプチルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、n−ノニルメルカプタン、n−デシルメルカプタンおよびn−ドデシルメルカプタン;分枝鎖アルキルメルカプタン、例えば、イソプロピルメルカプタン、イソブチルメルカプタン、s−ブチルメルカプタン、tert−ブチルメルカプタン、シクロヘキシルメルカプタン、tert−ヘキサデシルメルカプタン、tert−ラウリルメルカプタン、tert−ノニルメルカプタン、tert−オクチルメルカプタンおよびtert−テトラデシルメルカプタン;芳香族環含有メルカプタン、例えば、アリルメルカプタン、3−フェニルプロピルメルカプタン、フェニルメルカプタンおよびメルカプトトリフェニルメタンなどが挙げられる。メルカプタンおよびチオールという用語は、C−SH基を意味するために相互に置き換え可能に使用されてもよい。
このような連鎖移動剤の例としては、限定されないが、ドデカンチオール、ブタンチオール、イソオクチル−3−メルカプトピロピオネート、2−メチル−5−t−ブチル−チオフェノール、四塩化炭素、四臭化炭素なども挙げられる。
重合するモノマーの合計重量を基準として、連鎖移動剤は、約0.1%〜約7%、約0.5%〜約6%、約1.0%〜約5%の量で存在していてもよいが、連鎖移動剤は、もっと多い量またはもっと少ない量で存在していてもよい。
いくつかの実施形態において、目標ラテックスの分岐構造を制御するために、第1のモノマー組成物/第2のモノマー組成物に、場合により分岐剤が含まれていてもよい。例示的な分岐剤としては、限定されないが、デカンジオールジアクリレート(ADOD)、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、トリメリット酸、ピロメリット酸およびこれらの混合物が挙げられる。
重合するモノマーの合計重量を基準として、分岐剤は、約0%〜約2%、約0.05%〜約1.0%、約0.1%〜約0.8%の量で存在していてもよいが、分岐剤は、もっと多い量またはもっと少ない量で存在していてもよい。
本開示のラテックスプロセスにおいて、任意の適切なプロセス(例えば、高温での混合)によって乳化を行ってもよい。例えば、エマルション混合物を、約200〜約400rpm、約40℃〜約80℃の温度に設定したホモジナイザ中、約1分〜約20分かけて混合してもよい。
制限なく任意の種類の反応器を使用してもよい。反応器は、内部で組成物を攪拌するための手段(例えば、インペラ)を備えていてもよい。反応器は、少なくとも1つのインペラを備えていてもよい。ラテックスおよび/またはトナーを作成するために、インペラを約10〜約1,000rpmの有効な混合速度で操作することができるように、反応器をプロセス全体で操作することができる。
モノマー添加を終了した後、冷却前に所定時間(例えば、約10〜約300分)、所定条件を維持することによって、ラテックスを安定化させてもよい。場合により、上のプロセスによって作られるラテックスは、例えば、凝固、溶解および沈殿、濾過、洗浄、乾燥などの当該技術分野で知られている標準的な方法によって単離されてもよい。
いくつかの実施形態において、ポリマーラテックスは、ポリエステルの水性分散物を含む。本発明のインク組成物のために、任意の適切なポリエステルまたは望ましいポリエステルを使用することができる。いくつかの実施形態において、ポリエステルは、米国特許第6,593,049号および米国特許第6,756,176号に記載される材料であってもよい。適切な樹脂は、米国特許第6,830,860号に記載されるようなアモルファスポリエステル樹脂と結晶性ポリエステル樹脂の混合物も含んでいてもよい。
具体的な実施形態において、本発明のインク組成物は、アモルファスポリエステル、結晶性ポリエステル、またはアモルファスポリエステルと結晶性ポリエステルの混合物を含むポリマーラテックスを含む。
いくつかの実施形態において、樹脂は、任意成分の触媒存在下、ジオールと二酸を反応させることによって作られるポリエステル樹脂であってもよい。結晶性ポリエステルを作成するために、適切な有機ジオールとしては、約2〜約36個の炭素原子を含む脂肪族ジオール、例えば、1,2−エタンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、2,2−ジメチルプロパン−1,3−ジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−ドデカンジオールなどが挙げられる(これらの構造異性体を含む)。
脂肪族ジオールは、任意の適切な量または望ましい量で、いくつかの実施形態において、樹脂の約40〜約60モル%、または約42〜約55モル%、または約45〜約53モル%の量になるように選択されてもよく、いくつかの実施形態において、第2のジオールは、任意の適切な量または望ましい量で、いくつかの実施形態において、樹脂の約0〜約10モル%、または約1〜約4モル%の量になるように選択されてもよい。
結晶性樹脂を調製するために選択することができる有機二酸またはジエステル(ビニル二酸またはビニルジエステルを含む)としては、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フマル酸、フマル酸ジメチル、イタコン酸ジメチル、cis−1,4−ジアセトキシ−2−ブテン、フマル酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレン−2,6−ジカルボン酸、ナフタレン−2,7−ジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、マロン酸、メサコン酸、これらのジエステルまたは酸無水物、またはこれらの混合物および組み合わせが挙げられる。
有機二酸は、任意の適切な量または望ましい量で、いくつかの実施形態において、樹脂の約40〜約60モル%、または約42〜約52モル%、または約45〜約50モル%の量になるように選択されてもよく、いくつかの実施形態において、第2の二酸は、任意の適切な量または望ましい量で、例えば、樹脂の約0〜約10モル%の量になるように選択されてもよい。
ポリエステルに由来する結晶性樹脂としては、ポリ(エチレン−アジペート)、ポリ(プロピレン−アジペート)、ポリ(ブチレン−アジペート)、ポリ(ペンチレン−アジペート)、ポリ(ヘキシレン−アジペート)、ポリ(オクチレン−アジペート)、ポリ(エチレン−サクシネート)、ポリ(プロピレン−サクシネート)、ポリ(ブチレン−サクシネート)、ポリ(ペンチレン−サクシネート)、ポリ(ヘキシレン−サクシネート)、ポリ(オクチレン−サクシネート)、ポリ(エチレン−セバケート)、ポリ(プロピレン−セバケート)、ポリ(ブチレン−セバケート)、ポリ(ペンチレン−セバケート)、ポリ(ヘキシレン−セバケート)、ポリ(オクチレン−セバケート)、ポリ(デシレン−セバケート)、ポリ(デシレン−デカノエート)、ポリ(エチレン−デカノエート)、ポリ(エチレン−ドデカノエート)、ポリ(ノニレン−セバケート)、ポリ(ノニレン−デカノエート)、コポリ(エチレン−フマレート)−コポリ(エチレン−セバケート)、コポリ(エチレン−フマレート)−コポリ(エチレン−デカノエート)、コポリ(エチレン−フマレート)−コポリ(エチレン−ドデカノエート)、コポリ(2,2−ジメチルプロパン−1,3−ジオール−デカノエート)−コポリ(ノニレン−デカノエート)、ポリ(オクチレン−アジペート)が挙げられる。
アモルファスポリエステルを調製するために選択される二酸またはジエステルの例としては、ジカルボン酸またはジエステル、例えば、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸、フマル酸、トリメリット酸、フマル酸ジメチル、イタコン酸ジメチル、cis−1,4−ジアセトキシ−2−ブテン、フマル酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸、コハク酸、イタコン酸、無水コハク酸、ドデシルコハク酸、無水ドデシルコハク酸、グルタル酸、無水グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、ドデカン二酸、テレフタル酸ジメチル、テレフタル酸ジエチル、イソフタル酸ジメチル、イソフタル酸ジエチル、フタル酸ジメチル、無水フタル酸、フタル酸ジエチル、コハク酸ジメチル、フマル酸ジメチル、マレイン酸ジメチル、グルタル酸ジメチル、アジピン酸ジメチル、ドデシルコハク酸ジメチル、およびこれらの混合物およびこれらの組み合わせが挙げられる。有機二酸またはジエステルは、任意の適切な量または望ましい量で、例えば、樹脂の約40〜約60モル%、または樹脂の約42〜約55モル%、または樹脂の約45〜約53モル%の量で存在していてもよい。
アモルファスポリエステルを作成するときに利用可能なジオールの例としては、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、2,2−ジメチルプロパンジオール、2,2,3−トリメチルヘキサンジオール、ヘプタンジオール、ドデカンジオール、ビス(ヒドロキシエチル)−ビスフェノールA、ビス(2−ヒドロキシプロピル)−ビスフェノールA、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジメタノール、キシレンジメタノール、シクロヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ビス(2−ヒドロキシエチル)オキシド、ジプロピレングリコール、ジブチレン、およびこれら混合物および組み合わせが挙げられる。選択される有機ジオールの量はさまざまであってもよく、任意の適切な量または望ましい量で、例えば、樹脂の約40〜約60モル%、例えば、樹脂の約42〜約55モル%、または樹脂の約45〜約53モル%の量になるように選択されてもよい。
いくつかの実施形態において、ポリエステルを作成するときに重縮合触媒を使用してもよい。結晶性ポリエステルまたはアモルファスポリエステルのいずれかのために利用可能な重縮合触媒としては、チタン酸テトラアルキル、ジアルキルスズオキシド(例えば、ジブチルスズオキシド)、テトラアルキルスズ(例えば、ジブチルスズジラウレート)、ジアルキルスズオキシド水酸化物(例えば、酸化ブチルスズ水酸化物)、アルミニウムアルコキシド、アルキル亜鉛、ジアルキル亜鉛、酸化亜鉛、酸化第一スズ、またはこれらの混合物および組み合わせが挙げられる。このような触媒は、ポリエステル樹脂を作成するために用いられる出発物質の二酸またはジエステルを基準として任意の適切な量または望ましい量で、例えば、約0.01モル%〜約5モル%の量で利用されてもよい。
いくつかの実施形態において、上述のように、不飽和アモルファスポリエステル樹脂を本発明のポリエステルとして利用してもよい。このような樹脂の例としては、米国特許第6,063,827号に開示されるものが挙げられる。例示的な不飽和アモルファスポリエステル樹脂としては、限定されないが、ポリ(プロポキシル化ビスフェノール コ−フマレート)、ポリ(エトキシル化ビスフェノール コ−フマレート)、ポリ(ブチルオキシル化ビスフェノール コ−フマレート)、ポリ(コ−プロポキシル化ビスフェノール コ−エトキシル化ビスフェノール コ−フマレート)、ポリ(1,2−プロピレン フマレート)、ポリ(プロポキシル化ビスフェノール コ−マレエート)、ポリ(エトキシル化ビスフェノール コ−マレエート)、ポリ(ブチルオキシル化ビスフェノール コ−マレエート)、ポリ(コ−プロポキシル化ビスフェノール コ−エトキシル化ビスフェノール コ−マレエート)、ポリ(1,2−プロピレン マレエート)、ポリ(プロポキシル化ビスフェノール コ−イタコネート)、ポリ(エトキシル化ビスフェノール コ−イタコネート)、ポリ(ブチルオキシル化ビスフェノール コ−イタコネート)、ポリ(コ−プロポキシル化ビスフェノール コ−エトキシル化ビスフェノール コ−イタコネート)、ポリ(1,2−プロピレン イタコネート)、およびこれらの組み合わせが挙げられる。
いくつかの実施形態において、適切なポリエステル樹脂は、アモルファスポリエステル、例えば、以下の式を有するポリ(プロポキシル化ビスフェノールA コ−フマレート)樹脂であってもよく、
Figure 2016003337
式中、mは、整数、いくつかの実施形態において、約5〜約1000、または約10〜約500、または約15〜約200の整数である。
ラテックス樹脂として利用可能な直鎖プロポキシル化ビスフェノールAフマレート樹脂の一例は、Resana S/A Industrias Quimicas(サンパウロ、ブラジル)から商標名SPARIIで入手可能な樹脂である。利用可能であり、市販される他のプロポキシル化ビスフェノールAフマレート樹脂としては、花王株式会社(日本)製のGTUFおよびFPESL−2、Reichhold(リサーチトライアングルパーク、ノースカロライナ)製のEM181635が挙げられる。
利用可能であり、場合により、上に記載されるようなアモルファス樹脂と組み合わせて利用可能な適切な結晶性樹脂としては、米国特許公開第2006/0222991号に開示されるものが挙げられる。いくつかの実施形態において、適切な結晶性樹脂としては、エチレングリコールと、以下の式のドデカン二酸およびフマル酸コモノマーの混合物とから作られる樹脂を挙げることができ、
Figure 2016003337
式中、bは、整数、いくつかの実施形態において、約5〜約2,000の整数であり、dは、整数、いくつかの実施形態において、約5〜約2,000の整数である。
例えば、いくつかの実施形態において、上述のようなポリ(プロポキシル化ビスフェノールA コ−フマレート)樹脂を結晶性樹脂と合わせ、ラテックスエマルションを作成してもよい。具体的な実施形態において、本発明のインク組成物は、ポリ(コ−プロポキシル化ビスフェノール コ−テレフタレート コ−フマレート、結晶性ポリエステル、いくつかの実施形態において、ポリ(1,9−ノナンジオール−コ−ドデカン二酸)、またはこれらの混合物を含むポリマーラテックスを含む。
いくつかの実施形態において、樹脂は、酸基を有していてもよく、いくつかの実施形態において、酸基は、樹脂の末端に存在していてもよい。存在し得る酸基としては、カルボン酸基などが挙げられる。樹脂を作成するために利用される材料と反応条件を調節することによって、カルボン酸基の数を制御してもよい。
いくつかの実施形態において、ポリエステル樹脂は、酸価が、約2mg KOH/樹脂のg数〜約200mg KOH/樹脂のg数、または約5mg KOH/樹脂のg数〜約50mg KOH/樹脂のg数であってもよい。酸を含む樹脂をテトラヒドロフラン溶液に溶解してもよい。指示薬としてフェノールフタレインを含むKOH/メタノール溶液で滴定することによって、酸価を検出してもよい。次いで、滴定の終点として特定される樹脂上のすべての酸基を中和するのに必要なKOH/メタノールの当量数に基づいて、酸価を計算してもよい。
コンポジットラテックス粒子を当該技術分野で知られているような任意の適切な手段によって調製することができる。例えば、コンポジットラテックス粒子は、当業者には明らかなような他の方法の中で、特に、第1のモノマーが、水性分散物の第2のモノマーに拡散し、次いで重合する自己乳化プロセス、アモルファスポリエステルまたは結晶性ポリエステルのいずれかをコアまたはシェルのために選択することができるコア−シェル粒子の調製を含む分散重合の2工程乳化重合プロセスを用いて調製することができる。
いくつかの実施形態において、ポリエステルエマルションまたはラテックスは、体積平均粒径が、約20ナノメートル(nm)〜約1000nm、または約20〜約800nm、または約50〜約800nm、または約50〜約500nm、または約50〜約300nm、または約100〜約300ナノメートルである。具体的な実施形態において、ポリマーラテックスは、体積平均粒径が約200ナノメートル未満、いくつかの実施形態において、約20ナノメートルから約200ナノメートル未満である。
ラテックスの特徴は、任意の適切な技術および装置によって決定されてもよい。体積平均粒径は、製造御者の指示にしたがって操作される測定装置、例えば、光散乱粒径測定器を用いて測定されてもよい。また、体積平均粒径は、製造御者の指示にしたがって操作される測定装置、例えば、Beckman Coulter Multisizer 3によって測定されてもよい。
具体的な実施形態において、ポリエステルは、以下の式の化合物であり、
Figure 2016003337
式中、Rは、水素またはメチルであり、mは、約2〜約10の整数であり、nは、約2〜約10の整数である。
いくつかの実施形態において、ポリマーラテックスは、アモルファスポリエステルと結晶性ポリエステルを両方合わせた重量を基準として、アモルファスポリエステル90%および結晶性ポリエステル10%の重量比で存在する、アモルファスポリマーと結晶性ポリエステルの組み合わせを含む。
いくつかの実施形態において、ポリマーラテックスは、任意の望ましい量または有効な量で、例えば、インク組成物の合計重量を基準として、約0.1〜約25%、または約1〜約20%、または約3〜約20%、または約2〜約14%の量で存在していてもよい。
具体的な実施形態において、ポリマーラテックスは、水性インクの合計固形分含有量が、水性インク組成物の合計重量を基準として約2〜約25%、または約7〜約15重量%になるような量で与えられる。
水性インク組成物は、水に結合し、水/共溶媒混合物の蒸気圧を下げる(ラウールの法則)ことによって、待ち時間が向上する低分子量の保水剤溶質を含む。この溶質を使用し、低Rh条件での待ち時間および回復能を高めることができる。
低分子量の保水剤溶質は、任意の適切な材料または望ましい材料を含んでいてもよい。
いくつかの実施形態において、低分子量の保水剤溶質は、分子量が、約100g/mole〜約3,000g/mole、または約100g/mole〜約2,000g/mole、または約100g/mole〜約1,000g/moleである。
低分子量の保水剤溶質は、ベタイン、ベタイン誘導体、ポリオール、糖類およびこれらの混合物、およびこれらの組み合わせからなる群から選択されてもよい。具体的な実施形態において、低分子量の保水剤溶質はベタインである。
オンライン百科辞典「ウィキペディア」に記載されるように、化学におけるベタインは、水素原子を有さない正に帯電したカチオン性官能基(四級アンモニウムカチオンまたはホスホニウムカチオン(一般的に、オニウムイオン))と、負に帯電した官能基(例えば、カチオン性部位に隣接していなくてもよいカルボキシレート基)とを有する任意の中性化学化合物である。従って、ベタインは、特殊な種類の両性イオンであってもよい。
ベタインは、本明細書で使用する場合、Kuczeraら、「Amphiphilic derivatives of betaine esters as modifiers of macrovesicular BLM」、Gen Physiol.Biophys.1989年6月;8(3):223−32に記載される材料から選択されてもよく、この要約書は、レシチン大滴性膜の電気特性に対する影響について研究した(CH3N+COOC2n+1Cl(n=10、12、14または16)の化学構造を有するベタインエステル(V−n)の一連の両親媒性誘導体を記載する。正規化された抵抗および降伏電圧は、この膜中のV−n濃度およびアルキル鎖長(n)に依存することがわかった。このV−nにおいて、測定したレシチンのモル比(0.005〜0.05)において、抵抗が約10(4)Ω・cmまでの低下、降伏電圧の111mVまでの低下が検出された。V−14について、降伏電圧の最も大きな低下が観察された。これらの知見を、特徴的なアニオンの選択性と合わせると、V−nとリン脂質の相互作用に起因して、脂質二重層に親水性孔が作られることを示唆する。この仮説は、二重層の力学または順序の全体的な変化がないことを示す電子常磁性共鳴(EPR)測定によって得られる結果によって裏付けられる。特に、膜に溶解したスピンプローブ分子の回転相関時間およびオーダーパラメータは、試験した濃度範囲では変化しなかった。膜の多数の欠陥が、全体的な順序および力学に影響を与えることが予想され得るため、この観察も、生成する孔の数が少ないことを示唆する。
さらに、McNeilらによる「Betaines and Related Osmoprotectants.Targets for Metabolic Engineering of Stress Resistance」、Plant Physiology、1999年8月、Vol.120、pp.945〜949を参照。
本明細書で使用されるベタインは、米国特許第6,384,266号に記載される材料から選択されてもよい。米国特許第6,384,266号は、その要約書に、合成中に毒性のある副生成物を生成しないグリシンベタインエステルを製造する環境的に受け入れ可能な方法を記載する。この方法は、生成物と、プロセスで再使用するための再循環可能な材料、使用のために販売可能な回収された材料(例えば、肥料)のみを製造する。
また、本明細書で使用されるベタインは、米国特許第2,429,171号に記載されるベタイン誘導体から選択されてもよい。米国特許第2,429,171号は、アシル基によって置き換え可能な活性水素または金属原子を含有する有機化合物をベタイン塩の酸ハロゲン化物または酸無水物と反応させることによって得られるベタイン誘導体を記載する。米国特許第2,429,171号に記載されるように、出発物質は、脂肪族アルコール、例えば、ステアリルアルコール、脂環式アルコール、例えば、メントール、ビタミンAおよびステロイド群のアルコール、例えば、テストステロン、アンドロステロン、コルチコステロン、デスオキシコルチコステロンおよびデヒドロコルチコステロン;フェノール、クレゾール、クロロフェノール、エストロン、エストラジオールまたはそのモノエステル、ビタミンE、2−メチル−ナフトヒドロキノン、合成または天然に発生する心臓物質のゲニンおよびこれらのグリコシド、例えば、ストロファンチジン、ストロファンチン、ジギトキシゲニン、ジゴキシン、ギトキシゲニン;一級アミンおよび二級アミン、または対応するアルカロイド;β−ジケトン、β−ケトカルボン酸誘導体、対応する金属化合物などであってもよい。この反応に使用されるベタイン塩の酸塩化物または酸無水物は、カルボン酸またはその塩を対応する酸塩化物または酸無水物に変換するために適した薬剤の作用によって、ベタイン、その塩またはエステル塩から得ることができる。いくつかの実施形態において、ベタイン誘導体は、アシル基によって置き換えることが可能な活性水素および活性金属原子からなる群のいずれかを含有する心臓グリコシドおよびそのアグリコンからなる群から選択されるいずれかを、ベタイン酸の酸ハロゲン化物および酸無水物の群のいずれかで処理することによって調製されるものを含む。いくつかの実施形態において、ベタイン誘導体は、アシル基によって置き換えることが可能な活性水素および活性金属原子からなる群のいずれかを含有する心臓グリコシドおよびそのアグリコンからなる群から選択されるいずれかを、混合物中、アシル化することができない有機化合物と、ベタイン塩の酸塩化物および酸無水物の群のいずれかで処理し、変化していない物質からアシル化されたものを分離し、加水分解剤を用いることによって、前の化合物の親物質を再生することによって調製されるものを含む。いくつかの実施形態において、ベタイン誘導体は、塩酸ベタインのコレステリルエステルのエステル、塩酸ベタインのストロファンチジンエステル、塩酸ベタインを用いて3位でエステル化されたΔ−3:21−ジヒドロキシ−ノル−コラジエン酸ラクトン、塩酸ベタインのメンチルエステル、塩酸ベタインのステアリルエステル、パラ−ヒドロキシ−安息香酸メンチルエステルと、塩酸ベタインの酸塩化物との誘導体、ベタイン塩を含むエストロゲン様活性ヒドロキシル化シクロペンタノポリヒドロフェナントレン、ベタイン塩のデスオキシコルチコステロンのエステル、および心臓グリコシドのアグリコンとベタイン塩とのエステル、およびこれらの混合物、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される。
また、本明細書で使用されるベタインは、米国特許第6,384,266号に記載されるベタイン誘導体から選択されてもよい。米国特許第6,384,266号は、(a)塩酸各モルについて塩酸ベタイン1モルを製造するのに十分な量でグリシンベタインに塩酸を加えることと;(b)前記塩酸ベタインを水に溶解し、濃塩酸を加え、pHを2に調節することと;(c)前記溶液を24時間まで冷却し、エタノールを加え、塩酸ベタイン結晶の生成を促進し、前記塩酸ベタイン結晶を濾過し、前記塩酸ベタイン結晶を乾燥させることと、(d)次のバッチで使用するために水−エタノール溶液画分を再循環することと;(e)脂肪酸から誘導されたアルコールを反応器に投入し、熱を加え、脂肪酸から誘導されたアルコールを液体化することと、(f)前記塩酸ベタイン結晶および酸触媒を加えることと;(g)攪拌を適用し、温度を維持することと;(h)エステル化が終了するまで混合物を反応させ、前記混合物を冷却し、中和剤を加え、酸触媒を中和することと;(i)ベタインエステル生成物を精製し、結晶化し、乾燥させることを含むベタインエステルの合成方法を記載する。
低分子量の保水剤溶質は、ポリオール、糖類およびこれらの混合物、およびこれらの組み合わせを含んでいてもよい。任意の適切な、または望ましいポリオールまたは糖を選択することができる。いくつかの実施形態において、融点が約55〜約200℃、または約62〜約165℃のポリオール溶質が選択される。選択された実施形態において、低分子量の保水剤溶質は、ソルビトール、マルチトール、マンニトール、キシリトール、イソソルビドおよびこれらの混合物、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される。これらの材料は、Roquette(フランス)から市販されている。
特定の実施形態において、ベタイン誘導体は、以下の一般的な構造を有する天然の再生可能な供給源に由来するアルキルアミドプロピルベタインを含むOxiteno製のAlkolan(登録商標)CP 30およびAlkolan(登録商標)CAP 30として入手可能なものである。
Figure 2016003337
式中、Rは、Alkolan(登録商標)CP 30の場合、ココナッツ油から誘導されるアルキル基をあらわし、Alkolan(登録商標)CAP 30の場合、パーム核油から誘導される炭素鎖長分布がC8/C10のアルキル基をあらわす。特定の実施形態において、ベタイン誘導体は、以下の構造を有するアルキルベタインを含むOxiteno製のAlkolan(登録商標)CD 30として入手可能なものである。
Figure 2016003337
式中、Rは、ココナッツ油から誘導されるアルキル基をあらわす。
特定の実施形態において、ベタイン誘導体は、以下の式のグリシンベタイン
Figure 2016003337
以下の式のプロピオベタイン(PB)、N,N,N−トリメチル−N−(2−カルボキシエチル)アンモニウム内部塩、CAS番号6458−06−6
Figure 2016003337
以下の式のデアノールベタイン(DB)、N,N−ジメチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−N−カルボキシメチルアンモニウム内部塩、CAS番号7002−65−5
Figure 2016003337
以下の式のホモデアノールベタイン(HDB)、N,N−ジメチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−N−(2−カルボキシエチル)アンモニウム内部塩、CAS番号6249−53−2
Figure 2016003337
以下の式のホモグリセロールベタイン(HGB)、N,N−ジメチル−N−(2,3−ジヒドロキシプロピル)−N−(2−カルボキシエチル)アンモニウム内部塩
Figure 2016003337
以下の式のジエタノールホモベタイン(DEHB)、N,N−ジエタノール−N−メチル−N−(2−カルボキシエチル)アンモニウム内部塩、CAS番号43192−67−2
Figure 2016003337
以下の式のトリエタノールホモベタイン(TEHB)、N,N,N−トリエタノール−N−(2−カルボキシエチル)アンモニウム内部塩、CAS番号857163−31−6
Figure 2016003337
以下の式のヒドロキシプロピルホモベタイン(HPHB)、N,N−ジメチル−N−(3−ヒドロキシプロピル)−N−(2−カルボキシエチル)アンモニウム内部塩
Figure 2016003337
以下の式のジメチルテチン(DMT)、N,N−ジメチル−N−カルボキシメチルスルホニウム内部塩、CAS番号4727−41−7
Figure 2016003337
以下の式の環状ベタイン(CB−1)、N−メチル−N−(2−カルボキシエチル)モルホリニウム内部塩
Figure 2016003337
スルホベタイン(SB−1)、N,N−ジメチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−N−(2−スルホエチル)アンモニウム内部塩、CAS番号91673−91−5
Figure 2016003337
およびこれらの混合物、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される。
ベタイン誘導体は、上述のプロセスを含む任意の適切なプロセスまたは望ましいプロセスによって調製することができる。いくつかの実施形態において、ベタイン誘導体は、「Betaine Analogues and Related Compounds for Biomedical Applications」、Madhusudan Vasudevamurthyによって作成された学位論文、2006、Department of Chemical and Process Engineering、University of Canterbury、Christchurch、New Zealandに記載するように調製される。Vasudevamurthyの学位論文のChapter 3、pages 35−36は、特定の代替となる溶質の合成を記載する。
いくつかの実施形態において、低分子量の保水剤溶質は、任意の適切な量または望ましい量で、例えば、インク組成物の合計重量を基準として約0.01〜約10重量%、または約1〜約8重量%、または約2〜約6重量%の量で存在していてもよい。
具体的な実施形態において、低分子量の保水剤溶質は、水性インクの合計固形分含有量が、水性インク組成物の合計重量を基準として約2〜約5重量%になるような量で与えられる。
(界面活性剤)
開示されているインクは、さらに、界面活性剤を含んでいてもよい。適切な界面活性剤の例としては、イオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、非イオン系界面活性剤、双性イオン系界面活性剤など、およびこれらの混合物が挙げられる。適切な界面活性剤の例としては、アルキルポリエチレンオキシド、アルキルフェニルポリエチレンオキシド、ポリエチレンオキシドブロックコポリマー、アセチレン系ポリエチレンオキシド、ポリエチレンオキシド(ジ)エステル、ポリエチレンオキシドアミン、プロトン化されたポリエチレンオキシドアミン、プロトン化されたポリエチレンオキシドアミド、ジメチコーンコポリオール、置換アミンオキシドなど(具体例として、一級、二級および三級のアミン塩化合物、例えば、ラウリルアミン、ココナッツアミン、ステアリルアミン、ロジンアミンの塩酸塩、酢酸塩を含む);四級アンモニウム塩型化合物、例えば、ラウリルトリメチルアンモニウムクロリド、セチルトリメチルアンモニウムクロリド、ベンジルトリブチルアンモニウムクロリド、ベンザルコニウムクロリドなど;ピリジニウム塩型化合物、例えば、セチルピリジニウムクロリド、セチルピリジニウムブロミドなど;非イオン系界面活性剤、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステル、アセチレンアルコール、アセチレングリコール;および他の界面活性剤、例えば、2−ヘプタデセニル−ヒドロキシエチルイミダゾリン、ジヒドロキシエチルステアリルアミン、ステアリルジメチルベタイン、およびラウリルジヒドロキシエチルベタイン;フルオロ界面活性剤など、およびこれらの混合物が挙げられる。非イオン系界面活性剤のさらなる例としては、ポリアクリル酸、メタロース、メチルセルロース、エチルセルロース、プロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ジアルキルフェノキシポリ(エチレンオキシ)エタノール(Rhone−PoulencからIGEPAL CA−210(商標)、IGEPAL CA−520(商標)、IGEPAL CA−720(商標)、IGEPAL CO−890(商標)、IGEPAL CO−720(商標)、IGEPAL CO−290(商標)、IGEPAL CA−21O(商標)、ANTAROX 890(商標)およびANTAROX 897(商標)として入手可能)が挙げられる。適切な非イオン系界面活性剤の他の例としては、ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドのブロックコポリマーが挙げられ、SYNPERONIC(商標)PE/F、例えば、SYNPERONIC(商標)PE/F 108として市販されているものが挙げられる。適切なアニオン系界面活性剤の他の例としては、サルフェートおよびスルホネート、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシルナフタレン硫酸ナトリウム、ジアルキルベンゼンアルキルサルフェートおよびスルホネート、酸、例えば、Sigma−Aldrichから入手可能なアビエチン酸、第一工業株式会社から入手可能なNEOGEN R(商標)、NEOGEN SC(商標)、これらの組み合わせなどが挙げられる。適切なアニオン系界面活性剤の他の例としては、Dow Chemical Company製のアルキルジフェニルオキシドジスルホネートDOWFAX(商標)2A1、および/またはテイカ株式会社(日本)製の分枝鎖ナトリウムドデシルベンゼンスルホネートTAYCA POWER BN2060が挙げられる。通常は正に帯電している適切なカチオン系界面活性剤の他の例としては、アルキルベンジルジメチルアンモニウムクロリド、ジアルキルベンゼンアルキルアンモニウムクロリド、ラウリルトリメチルアンモニウムクロリド、アルキルベンジルメチルアンモニウムクロリド、アルキルベンジルジメチルアンモニウムブロミド、ベンザルコニウムクロリド、セチルピリジニウムブロミド、C12,C15,C17トリメチルアンモニウムブロミド、四級化したポリオキシエチルアルキルアミンのハロゲン化物塩、ドデシルベンジルトリエチルアンモニウムクロリド、MIRAPOL(商標)およびALKAQUAT(商標)(Alkaril Chemical Companyから入手可能)、Kao Chemicalから入手可能なSANIZOL(商標)(ベンザルコニウムクロリド)など、およびこれらの混合物が挙げられる。任意の2種類以上の界面活性剤の混合物を使用してもよい。
いくつかの実施形態において、ベタインは、界面活性剤として機能することができる。選択されたベタインの供給源および起泡特性は、http://www.cosmeticsandtoiletries.com/のwwwアドレスで、オンライン上で発見することができるCosmetics & Toiletries(登録商標)Science Appliedのウェブサイトから入手した表1に与えられ、この表は、http://www.cosmeticsandtoiletries.com/formulating/function/surfactant/125075444.htmlのウェブアドレスにリンクされている。
Figure 2016003337
長いアルキル鎖を有するベタイン誘導体は、界面活性剤として機能することができる。長いアルキル鎖とは、ベタイン誘導体が約6〜約32個、または約8〜約24個、または約10〜約18個の炭素原子を有するアルキル鎖を有することを意味する。いくつかの実施形態において、本発明の界面活性剤は、ラウリン酸アミドプロピルベタイン、オレアミドプロピルベタイン、ラウリルベタイン、サルコシル、ドデシルベタイン、およびこれらの混合物、およびこれらの組み合わせからなる群から選択されるベタインであってもよい。
もっと分子量が大きいベタインは、界面活性剤として機能することができる。特定のベタイン誘導体は、分子量によってはヒドロトロープである。ヒドロトロープは、水溶液中で疎水性化合物を可溶化する化合物である。
任意成分の界面活性剤は、任意の望ましい量または有効な量で存在していてもよく、いくつかの実施形態において、界面活性剤は、インク組成物の合計重量を基準として約0.01〜約5重量%の量で存在する。界面活性剤は、ある場合には、分散剤と名付けられることを注記しておくべきである。具体的な実施形態において、界面活性剤は、水性インクの合計固形分含有量が、水性インク組成物の合計重量を基準として約2〜約25%、または約7〜約15重量%であるような量で与えられる。
(添加剤)
インク組成物は、さらに、添加剤を含んでいてもよい。インク組成物に含まれてもよい任意成分の添加剤としては、殺生物剤、抗真菌剤、pH制御剤、例えば、酸または塩基、リン酸塩、カルボン酸塩、スルファイト塩、アミン塩、バッファー溶液など、捕捉剤、例えば、EDTA(エチレンジアミン四酢酸)、粘度調整剤、レベリング剤、表面活性成分など、およびこれらの混合物が挙げられる。目標となる基質または中間体の濡れ要求を満たすために、表面活性成分を調節してもよい。
インクは、さらに、以下の式のトレハロース
Figure 2016003337
以下の式のソルビトール
Figure 2016003337
またはこれらの混合物または組み合わせを含有していてもよい。
いくつかの実施形態において、インク組成物は、低粘度組成物である。「低粘度」との用語は、少なくとも1,000センチポイズ(cp)の粘度を有する傾向がある従来の高粘度インク(例えば、スクリーン印刷インク)と対比して用いられる。具体的な実施形態において、本明細書に開示されるインクは、粘度が、約20〜約40℃の範囲の温度で約100cp以下、約50cp以下、または約20cp以下、または約15cp以下、または約2〜約30cp、または約30〜約40℃の範囲の温度で約2〜約20cpであるが、粘度は、これらの範囲から外れていてもよい。インクジェット印刷用途で使用される場合、インク組成物は、一般的に、インクジェット印刷プロセスで使用するのに適した粘度を有する。例えば、サーマルインクジェット印刷用途の場合、室温(すなわち、約25℃)で、インクの粘度は、少なくとも約1センチポイズ、約10センチポイズ以下、約7センチポイズ以下、または約5センチポイズ以下であるが、粘度は、これらの範囲から外れていてもよい。圧電式インクジェット印刷の場合、吐出温度で、インクの粘度は、少なくとも約2センチポイズ、少なくとも約3センチポイズ、約20センチポイズ以下、約15センチポイズ以下、または約10センチポイズ以下であるが、粘度は、これらの範囲から外れていてもよい。吐出温度は、約20〜25℃程度の低い温度であってもよく、約70℃程度、約50℃程度、または約40℃程度の高い温度であってもよいが、吐出温度は、これらの範囲から外れていてもよい。
特定の実施形態において、本発明のインク組成物は、約30℃の温度での粘度が約2〜約20センチポイズである。
本発明のインク組成物は、間接的な印刷用途に適した濡れ特性および剥離特性を与える、選択された表面張力特徴を有する。いくつかの実施形態において、インク組成物は、圧電インクジェット印刷ヘッドに使用するのに適した表面張力、粘度および粒径を与えるように選択される。
いくつかの実施形態において、本発明のインク組成物は、表面張力が約15〜約50ダイン/センチメートル(mN/m)、または約18〜約38ダイン/センチメートル、または約20〜約35ダイン/センチメートルであるが、表面張力は、これらの範囲から外れていてもよい。
インク組成物は、任意の適切なプロセスによって、例えば、成分を単純に混合することによって調製することができる。あるプロセスは、すべてのインク成分を一緒に混合し、混合物を濾過してインクを得ることを伴う。インクは、成分を混合し、所望な場合には加熱し、濾過し、その後、任意の望ましいさらなる添加剤を混合物に加え、均質な混合物が得られるまで(いくつかの実施形態において、約5〜約10分)、室温で中程度まで混合することによって調製することができる。または、任意成分のインク添加剤を、インク調製プロセス中に他のインク成分と混合してもよく、この混合は、任意の望ましい手順に従って、例えば、すべての成分を混合し、所望な場合に加熱し、濾過することによって行う。
具体的な実施形態において、インクを以下のように調製する。(1)ポリマーラテックス(場合により界面活性剤で安定化された)の調製;(2)着色剤の分散物(場合により界面活性剤で安定以下された)の調製;(3)ポリマーラテックスと着色剤分散物とを混合;(4)場合により、混合物の濾過;(5)他の成分、例えば、水、共溶媒および任意成分の添加剤の添加;および(6)場合により、組成物の濾過。
さらに、本明細書には、本明細書に開示されるようなインク組成物を画像状のパターンになるように基材に塗布することを含むプロセスも開示される。
インク組成物をインクジェット印刷装置に組み込み、インク液滴を基材に画像状のパターンに放出することを伴うプロセスに、このインク組成物を使用してもよい。具体的な実施形態において、印刷装置は、ノズル内のインクを画像状のパターンになるように選択的に加熱し、それによって、インク液滴を画像状のパターンに放出するサーマルインクジェットプロセスを使用する。別の実施形態において、印刷装置は、音響ビームによってインク液滴を画像状のパターンに放出する音響インクジェットプロセスを使用する。さらに別の実施形態において、印刷装置は、圧電式インクジェットプロセスを使用し、圧電振動要素の振幅によってインク液滴を画像状のパターンに放出する。任意の適切な基材を使用してもよい。
具体的な実施形態において、本発明のプロセスは、本明細書に開示されるように調製されたインクをインクジェット印刷装置に組み込むことと、インク液滴を中間転写体に画像状のパターンに放出することと、画像を加熱し、部分的または完全に溶媒を除去し;画像状のパターンになったインクを中間転写体から最終的な記録基材に転写することとを含む。具体的な実施形態において、中間転写体を、最終的な記録シートの温度よりも高く、印刷装置内のインクの温度よりも低い温度まで加熱する。オフセット印刷または間接的な印刷プロセスも、例えば、米国特許第5,389,958号に開示される。ある具体的な実施形態において、印刷装置は、圧電振動要素の振幅によってインク液滴を画像状のパターンに放出する圧電式印刷プロセスを使用する。
普通紙、例えば、XEROX(登録商標)4024紙、XEROX(登録商標)Image Series紙、Courtland 4024 DP紙、罫線付きノート紙、ボンド紙、シリカでコーティングされた紙、例えば、Sharp Companyシリカコーティング紙、JuJo紙、HAMMERMILL LASERPRINT(登録商標)紙など、透明材料、布地、繊維製品、プラスチック、ポリマー膜、無機基板(例えば、金属および木材)などの任意の適切な基材または記録シートを最終的な記録シートとして使用することができる。
以下の実施例は、本開示のさまざまな種類をさらに定義するために提出されている。これらの実施例は、実例であることのみを意図しており、本開示の範囲を限定することを意図していない。さらに、部および百分率は、特に指示のない限り、重量基準である。
溶質(ベタイン)、部分的に架橋したスチレンアクリレートおよびSun Chemicalsから入手可能な封入された顔料(CMYK)を含有するインクを配合した。このインクは、Dimatixプリンタで良好な吐出性能および回復能を有することが示された。その後、黒色インクをKyocera印刷ヘッドで印刷した。この黒色インクは、良好な吐出性能を示した。
(実施例1)
(乳化重合ラテックスの調製)
スチレン、アクリル酸 n−ブチル、メタクリル酸、β−CEAおよびDOWFAX(商標)2A1(Dow Chemical Company製のアルキルジフェニルオキシドジスルホネート界面活性剤)の乳化重合から作られたポリマー粒子で構成されるラテックスエマルションを以下のように調製した。
1.99グラムのDOWFAX(商標)2A1および285.43グラムの脱イオン水の界面活性剤溶液を、ステンレス保持タンクで10分間混合することによって調製した。次いで、混合物を反応器に移す前の5分間、保持タンクに窒素をパージした。次いで、反応器を450rpmで攪拌しつつ、窒素を連続的にパージした。次いで、反応器を制御した速度で80℃まで加熱し、この温度に保持した。別個に、4.38グラムの過硫酸アンモニウム開始剤を45.52グラムの脱イオン水に溶解した。
別個に、モノマーエマルションを以下の様式で調製した。11.27グラムのDOWFAX(商標)2A1に152.91グラムの脱イオン水をあらかじめ加えた混合物に、229.13グラムのスチレン、62.69グラムのアクリル酸ブチル、45.39グラムのメタクリル酸、10.12グラムのβ−CEA、2.07グラムの1−ドデカンチオールおよび1.18グラムの1,10−デカンジオールジアクリレート(「ADOD」)を加え、エマルションを作成した。次いで、上述のエマルションの1%(4.3グラム)を、界面活性剤の水相を含有する反応器に80℃でゆっくりと滴下し、窒素をパージしつつ「種」を作成した。次いで、開始剤溶液を反応器にゆっくりと投入した。モノマーエマルションを2等分した。252.2グラムのモノマーエマルションを、2.03グラム/分で反応器に最初に供給した。モノマーエマルションの第2の等分である259.8グラムを2.45グラムのDDTと混合し、2.89グラム/分で反応器に加えた。すべてのモノマーエマルションを主要な反応器に投入したら、温度を80℃にさらに2時間保持して反応を完結させた。次いで、全力での冷却を適用し、反応器の温度を25℃まで下げた。生成物を保持タンクに集め、25μmのふるいを用いてふるい分けした。
次いで、粒径をNanotrac(登録商標)U2275E粒径分析機を用いて測定し、D50が131.3nm、D95が187.9nmであると決定された。
(インクの調製)
以下の様式で、以下の表によってインク成分を混合することによってインクを調製した。
1.ラテックスを水に加え、その後、TEAを加え、混合物を300RPMで2分間攪拌した。
2.次いで、攪拌しつつ顔料を加え、インクを300RPMでさらに2分間攪拌した。
3.次いで、共溶媒を加え、溶液を500RPMでさらに1分間攪拌した。
4.任意成分の消泡性添加剤を添加(500RPMで1分間)。
5.界面活性剤(例えば、104H、S761p)の添加。
6.インクを500RPMで最低45分間攪拌した。
7.試験前に、インクを0.45ミクロンフィルタで濾過した。
(実施例2)
表2に示す成分を含み、消泡剤を含まないベタインインクを上述のように調製した。
Figure 2016003337
m/gは、グラム単位の実際に使用した質量である。
TEAは、(pH制御に使用するための)Sigma−Aldrich(登録商標)製のトリエタノールアミンである(>98%)。
104Hは、Surfynol(登録商標)104H界面活性剤(Air Products−Additives)である。
Chemguard(登録商標)S−761pは、Chemguard(登録商標)から入手可能なリン酸エステル型の短鎖ペルフルオロ系アニオン性フルオロ界面活性剤である。
(実施例3)
表3に示す成分を含む、消泡剤を含むベタインインクを上に記載したように調製した。
Figure 2016003337
104H界面活性剤を含有するインクは、起泡特徴が低く、標準的な起泡試験条件(10ミリメートルの溶液を試験する)で2ミリメートル未満であることがわかり、104HおよびS761pを含有するインクではわずかな泡立ちが見られ、この泡立ちは、2−エチル−1−ヘキサノールのような消泡剤を加えると、さらに低下し得る。
Sun Chemicalsの封入された顔料を利用し、完全なインクセットを調製した。
(実施例4)
表4に示す成分を含むシアンインクを上に記載したように調製した。
Figure 2016003337
(実施例5)
表5に示す成分を含むマゼンタインクを上に記載したように調製した。
Figure 2016003337
(実施例6)
表6に示す成分を含むイエローインクを上に記載したように調製した。
Figure 2016003337
(実施例7)
表7に示す成分を含むシアンインクを上に記載したように調製した。
Figure 2016003337
(実施例8)
表8に示す成分を含む黒色インクを上に記載したように調製した。
Figure 2016003337
(実施例9)
表9に示す成分を含む、消泡性添加剤を含まないベタインインクを上に記載したように調製した。
Figure 2016003337
Oxitenoから入手可能なAlkolan(登録商標)CD 30ココ−ベタイン。
これらのインクは、非常によく似た特性を有することが示され、凍結融解、60℃で3日間の促進熟成に安定であった。
インク特性を表10、12、13および14に示す。
Malvern Zetasizerを用いて粒径を測定した。
Kruess GmbHから入手可能なK−100 Surface TensiometerにWilhelmyプレートを取り付け、約27℃の室温で表面張力を測定した。1秒〜60秒に取得した20点のデータの平均から表面張力データを決定した。
迅速に加熱/冷却するためにPeltier温度制御システムを備えたARES−G2制御型歪みレオメータで、粘度データを35℃で得た。
Figure 2016003337
Figure 2016003337
Figure 2016003337
Figure 2016003337
フルオロ界面活性剤および消泡性添加剤を含有する黒色インクを、室温で2ヶ月熟成した後、Kyocera印刷ヘッドを用いて印刷フィクスチャに印刷し、このインクは良好な貯蔵寿命を有することを示す。
このインクは、Dimatix Printer(DMP 2800、FujiFilm USA)を用い、首尾良く印刷された。インクをDimatix 2800プリンタでEpson(登録商標)Premium Photopaperに印刷した。試験の鍵となるパラメータは、以下のとおりであった。
液滴の質量:6.8〜7.0ng;
滴下速度:8m/s;
周波数:5KHz;
電圧:19〜23V。
試験パラメータを表14に示す。
Figure 2016003337
2分間の待ち時間は、印刷を再開するときに、検出可能な欠陥を生じずに2分間吐出することなくインクを移動しない状態に保つことができることを意味する。
Dimatixで、すべてのインクが良好に吐出された。すべてのインクは、一晩のヘッド安定性試験に合格した。
印刷後のインクドットの直径および真円度を表15に示す。
Figure 2016003337

Claims (10)

  1. 水性インク組成物であって、
    水と;
    共溶媒と;
    封入された樹脂顔料と;
    ポリマーラテックスと;
    低分子量の保水剤溶質とを含み、
    水性インクの合計固形分含有量が、水性インク組成物の合計重量を基準として約2〜約25重量%である、水性インク組成物。
  2. 水性インクの合計固形分含有量が、水性インク組成物の合計重量を基準として約7〜約15重量%である、請求項1に記載の水性インク組成物。
  3. 共溶媒は、溶解度パラメータが約27〜約37MPa1/2の範囲である、請求項1に記載の水性インク組成物。
  4. 共溶媒が、1,5−ペンタンジオール、2−ピロリドン、グリセロールおよびこれらの混合物からなる群から選択され、
    個々の共溶媒または共溶媒の混合物は、溶解度パラメータが約27〜約33MPa1/2の範囲である、請求項1に記載の水性インク組成物。
  5. 封入された樹脂顔料が、Z平均粒径が約60〜約250ナノメートルの封入された樹脂顔料粒子を含む、請求項1に記載の水性インク組成物。
  6. 低分子量の保水剤溶質は、分子量が約100〜約3,000g/moleである、請求項1に記載の水性インク組成物。
  7. 水性インク組成物を調製するためのプロセスであって、
    (1)ポリマーラテックスを調製することと、
    (2)ポリマーラテックスと、封入された樹脂顔料、水、共溶媒および低分子量の保水剤溶質とを合わせ、水性インクの合計固形分含有量が水性インク組成物の合計重量を基準として約2〜約25重量%である水性インク組成物を作成することと、
    (3)場合により、水性インク組成物を濾過することとを含む、プロセス。
  8. 水性インクの合計固形分含有量が、水性インク組成物の合計重量を基準として約7〜約15重量%である、請求項7に記載のプロセス。
  9. 共溶媒は、溶解度パラメータが約27〜約37MPa1/2の範囲である、請求項7に記載のプロセス。
  10. 水;共溶媒;封入された樹脂顔料;ポリマーラテックス;および低分子量の保水剤溶質を含み、水性インクの合計固形分含有量が水性インク組成物の合計重量を基準として約2〜約25重量%の水性インクをインクジェット印刷装置に組み込むことと;
    インク液滴を中間転写体に画像状のパターンになるように放出し;場合により、画像を加熱し、部分的または完全に溶媒を除去し;画像状のパターンになったインクを中間転写体から最終的な記録基材に転写すること;または
    画像状のパターンになったインク液滴を最終的な画像受け入れ基材に直接放出することとを含む、プロセス。
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