JP2016210825A - インク、インクカートリッジ及び画像記録方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 自己分散顔料と、ポリウレタン樹脂粒子と、界面活性剤と、水を含有するインクであって、前記自己分散顔料が、ホスホン酸基が直接又は他の原子団を介して表面に結合している顔料であり、前記ポリウレタン樹脂粒子が、その表面のアニオン性官能基量が0.1mmol/g以上0.4mmol/g以下であり、かつ、その体積平均粒径が10.0nm以上50.0nm以下であり、前記界面活性剤が、一般式(1)で表される界面活性剤を含み、前記一般式(1)で表される界面活性剤の含有量が、前記ポリウレタン樹脂粒子の含有量に対して、0.05倍以上1.00倍以下であることを特徴とするインクジェット用インク。
【選択図】 図1
Description
前記一般式(1)で表される界面活性剤の含有量が、前記ポリウレタン樹脂粒子の含有量に対して、0.05倍以上1.00倍以下であることを特徴とする。
を含有させることで、画像の発色性及び耐擦過性を高いレベルで両立することができることを見出したのである。係る構成によって本発明の効果が得られるメカニズムは以下のように考えられる。
本発明のインクは、インクジェット画像記録方法に用いるインク、即ち、インクジェット用インクであることが好ましい。以下、本発明のインクを構成する各成分について、それぞれ説明する。
本発明のインクは、ホスホン酸基が直接又は他の原子団を介して表面に結合している自己分散顔料を含有する。尚、インク中のホスホン酸基の形態は、その一部が解離又は全てが解離した状態の何れの形態であってもよい。
本発明において、ホスホン酸基は、顔料粒子の表面に直接又は他の原子団(−R−)を介して表面に結合している。ホスホン酸基としては、PO3HM基、PO3M2基などが挙げられる。尚、上記式中、Mは、水素原子、アルカリ金属、アンモニウム、又は有機アンモニウムである。中でも、ホスホン酸基が、−CQ(PO3M2)2の構造を有することがより好ましい。上記式中のQは、水素原子、R’、OR’、SR’、又はNR’2であり、R’はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アシル基、アラルキル基、又はアリール基である。具体的に、アルキル基としては、メチル基、エチル基;アシル基としてはアセチル基、ベンゾイル基;アラルキル基としてはベンジル基;アリール基としてはフェニル基、ナフチル基がそれぞれ挙げられる。本発明においては、これらの中でも、R’が水素原子である−CH(PO3M2)2が特に好ましい。また、他の原子団(−R−)としては、アミド基、アミノ基、ケトン基、エステル基、エーテル基、炭素原子数1乃至12のアルキレン基、置換若しくは非置換のフェニレン基、又は置換若しくは非置換のナフチレン基が挙げられる。本発明においては、これらの中でも−R−が−C6H4−CONH−(ベンズアミド構造)又は−C6H4−SO2NH−(ベンゼンスルホンアミド構造)を含むことが好ましい。また、本発明においては、上記他の原子団(−R−)の炭素原子に、複数のホスホン酸基が結合していてもよい。具体的には、ビスホスホン酸基やトリホスホン酸基が結合した原子団が表面に結合した自己分散顔料が挙げられる。中でも、ビスホスホン酸基が結合した原子団が結合している自己分散顔料が、長期保存時の画像の堅牢性及び顔料の分散安定性の両立の観点から好ましい。
本発明のインクに使用することのできる顔料としては、カーボンブラックのような無機顔料及び有機顔料が挙げられ、インクに使用可能なものとして公知の顔料を何れも使用することができる。
本発明において、インクに含まれる顔料が自己分散顔料であるか否かを検証する方法は以下の通りである。具体的には、インクを酸析させた後、遠心分離し沈殿物を採取する。顔料分散体の場合は、顔料分散体を酸析した後、沈殿物を採取する。採取した沈殿物を、シャーレに取り水を流し込み、撹拌し再分散させる。1日放置後に、シャーレに沈殿物が生じず、顔料が分散していれば自己分散タイプの顔料であると判断する。
本発明において、ポリウレタン樹脂粒子の体積平均粒径は10.0nm以上50.0nm以下である必要がある。更には、15.0nm以上30.0nm以下であることが好ましい。尚、本発明における樹脂粒子の体積平均粒径は、下記の方法で得ることができる。具体的には、樹脂粒子分散体を純水で100〜1,000倍(体積基準)に希釈し、UPA−EX150(日機装製)を使用して、SetZero:30s、測定回数:3回、測定時間:180秒、屈折率:1.5の測定条件で測定すればよい。
本発明におけるポリウレタン樹脂粒子の製造方法は、従来、一般的に用いられている方法を何れも用いることができる。例えば、以下の方法が挙げられる。酸基を有さないポリオールをメチルエチルケトンなどの有機溶剤中で十分に撹拌し溶解させた後、ポリイソシアネート、酸基を有するジオールを加え反応させ、ウレタンプレポリマー溶液を得る。次いで、得られたウレタンプレポリマー溶液を中和した後、イオン交換水を添加し、ホモミキサーで高速撹拌することで乳化する。乳化後、鎖延長剤を加え、鎖延長反応を行う。
本発明において、ポリウレタン樹脂粒子は、ポリイソシアネートに由来するユニットを有することが好ましい。本発明において「ポリイソシアネート」とは、2つ以上のイソシアネート基を有する化合物を意味する。本発明に用いることができるポリイソシアネートとしては、具体的に、脂肪族ポリイソシアネート、脂環族ポリイソシアネート、芳香族ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネートが挙げられる。ポリウレタン樹脂粒子に占める、ポリイソシアネートに由来するユニットの割合は、10.0質量%以上80.0質量%以下であることが好ましい。
本発明において、ポリウレタン樹脂粒子は、酸基を有さないポリオールに由来するユニットを有することが好ましい。ポリウレタン樹脂粒子に占める、酸基を有さないポリオールに由来するユニットの割合は、0.1質量%以上80.0質量%以下であることが好ましい。
本発明において、ポリウレタン樹脂粒子は、酸基を有するジオールに由来するユニットを有することが好ましい。本発明において、酸基を有するジオールとは、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基などの酸基を有するジオールを意味する。酸基を有するジオールは、Li、Na、Kなどのアルカリ金属塩や、アンモニア、ジメチルアミンなどの有機アミン塩の形態で存在してもよい。酸基を有するジオールとしては、ジメチロールプロピオン酸やジメチロールブタン酸を用いることが好ましい。これらは、必要に応じて1種又は2種を用いることができる。ポリウレタン樹脂粒子に占める、酸基を有するジオールに由来するユニットの割合は、5.0質量%以上40.0質量%以下であることが好ましい。
本発明においては、ポリウレタン樹脂粒子を製造する際に鎖延長剤を使用してもよい。鎖延長剤は、ウレタンプレポリマーのポリイソシアネートユニットのうち、ウレタン結合を形成しなかった残存イソシアネート基と反応する化合物である。鎖延長剤としては、例えば、トリメチロールメラミン及びその誘導体、ジメチロールウレア及びその誘導体、ジメチロールエチルアミン、ジエタノールメチルアミン、ジプロパノールエチルアミン、ジブタノールメチルアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ジエチレントリアミン、ヘキシレンジアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、イソホロンジアミン、キシリレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、水素添加ジフェニルメタンジアミン、ヒドラジンなどの多価アミン化合物、ポリアミドポリアミン、ポリエチレンポリイミンが挙げられる。また、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−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、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールA、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールが挙げられる。これらの鎖延長剤は、必要に応じて1種又は2種以上を用いることができる。
本発明のインクは、下記一般式(1)で表される界面活性剤を含む。
本発明のインクは、水及び水溶性有機溶剤を含有する。水は脱イオン水(イオン交換水)を用いることが好ましい。インク中の水の含有量は、インク全質量を基準として、50質量%以上90質量%以下であることが好ましい。本発明において、「水溶性有機溶剤」とは、「水に対する20℃における溶解度が500g/l以上である有機溶剤」を意味する。水溶性有機溶剤としては、インクに使用可能なものとして公知のものを何れも用いることができる。例えば、アルコール類、グリコール類、アルキレングリコール類、ポリエチレングリコール類、含窒素化合物類、含硫黄化合物類などが挙げられる。これらの水溶性有機溶剤は、必要に応じて1種又は2種以上を用いることができる。中でも、インクの粘度調整の観点から、ポリエチレングリコールとグリセリンを用いることが好ましい。ポリエチレングリコールは、数平均分子量が500以上1,200以下のものを用いることが好ましく、数平均分子量1,000のものを用いること(所謂「ポリエチレングリコール1000」)が特に好ましい。ポリエチレングリコールとグリセリンを併用する場合は、グリセリンの含有量に対する、ポリエチレングリコールの含有量が、質量比率で、0.15倍以上0.40倍以下であることが好ましい。
本発明のインクは、必要に応じて、上記以外の界面活性剤、pH調整剤、防錆剤、防腐剤、防黴剤、酸化防止剤、還元防止剤、蒸発促進剤、及びキレート化剤などの種々の添加剤を含有してもよい。
本発明において、インクのpHは、7.0以上8.7以下であることが好ましい。特に、ポリウレタン樹脂粒子が有する、アニオン性官能基のカウンターイオン(上述した「M」)として、トリエタノールアミンを用いた際に、上記pHの範囲とすることが、ポリウレタン樹脂粒子の安定性の観点から好ましい。具体的には、アニオン性官能基のカウンターイオンとして、トリエタノールアミンを用いた場合、インクのpHが8.7より大きくなることで、トリエタノールアミンがアニオン性官能基のカウンターから外れて揮発しやすくなる。
本発明のインクカートリッジは、インクを収容するインク収容部を備えてなり、前記インク収容部に、上記で説明した本発明のインクが収容されてなるものである。インクカートリッジの構造としては、インク収容部が、液体のインクを収容するインク収容室、及び負圧によりその内部にインクを保持する負圧発生部材を収容する負圧発生部材収容室で構成されるものが挙げられる。又は、液体のインクを収容するインク収容室を持たず、収容量の全量を負圧発生部材により保持する構成のインク収容部であるインクカートリッジであってもよい。更には、インク収容部と記録ヘッドとを有するように構成された形態のインクカートリッジとしてもよい。
本発明の画像記録方法は、上述したインクを記録媒体に付与するインク付与工程を有する。更に、記録媒体を搬送する搬送工程と、インクが付与された記録媒体を加熱する加熱工程とを有することが好ましい。
本発明において、インク付与工程は記録媒体にインクを付与する。インクを記録媒体に付与する方式としては、インクジェット方式を用いることが好ましい。つまり、本発明の画像記録方法は、インクジェット記録方法であることが好ましい。また、インクジェット方式としては、インクに熱エネルギーを作用させて記録ヘッドの吐出口からインクを吐出させる、所謂、サーマルインクジェット方式でも、ピエゾ素子を用いて記録ヘッドの吐出口からインクを吐出させる、所謂、ピエゾインクジェット方式でもよい。本発明のインクは、ポリウレタン樹脂粒子を含有するインクの吐出安定性の観点からピエゾインクジェット方式の画像記録方法において用いることが好ましい。
本発明において、加熱工程では、インクが付与された記録媒体の表面温度が70℃以上となるように加熱することが好ましい。本発明において、「インクが付与された記録媒体の表面温度」とは、インクが記録媒体に付与された時点を0秒としたときに、記録媒体が0.5秒後に搬送された位置における、記録媒体の表面における温度を意味する。具体的には、記録媒体の搬送速度をV(m/分)としたときに、記録媒体におけるインクの記録領域Xが、インクが付与された位置(フルラインタイプのインクジェット記録ヘッドであれば、記録ヘッドの直下の位置)から、記録媒体の搬送方向に沿って“V×0.5/60(m)”移動した位置における、記録媒体の記録領域Xの表面における温度を測定すればよい。尚、本発明の実施例においては、記録媒体の表面における温度を非接触赤外温度計デジタル放射温度センサーFT−H20(キーエンス製)を用いて、記録媒体の表面に対して概垂直方向に10cmの位置から測定した。
本発明の画像記録方法において、インクを付与する記録媒体としては、従来、一般的に用いられているものを何れも用いることができる。中でも、記録媒体の水に対する吸収係数Kaが、0.1mL/m2・ms1/2以上である記録媒体を用いることが好ましく、0.2mL/m2・ms1/2以上である記録媒体を用いることがより好ましく、0.3mL/m2・ms1/2以上である記録媒体を用いることが特に好ましい。
下記表1に記載の含有量(何れも単位は質量%)となるように各材料を混合し、十分撹拌して分散し、ガラスフィルターAP20(MILLIPORE製)でろ過することで、各インクを調製した。尚、以下の表中における顔料及び樹脂粒子の含有量(質量%)は、それぞれインク中における顔料及びポリウレタン樹脂粒子の固形分の含有量(質量%)である。また、界面活性剤のうち、Dynol 604、607、800(以上、エアプロダクツ製))は一般式(1)で表される界面活性剤であり、ポリオキシエチレンラウリルエーテルであるエマルゲン123P(花王製)は一般式(1)で表されない界面活性剤である。また、表中の略称は以下の通りである。
自己分散顔料:ホスホン酸基が直接又は他の原子団を介して表面に結合している顔料
COJ400:CAB−O−JET400(キャボット製)
COJ450C:CAB−O−JET450C(キャボット製)
COJ465M:CAB−O−JET465M(キャボット製)
COJ470Y:CAB−O−JET470Y(キャボット製)
水溶性有機溶剤
Gly:グリセリン
PEG:ポリエチレングリコール(数平均分子量:1,000)
DEG:ジエチレングリコール。
塩
KHCO3:炭酸水素カリウム
Na2SO4:硫酸ナトリウム
pH調整剤:N−ブチルジエタノールアミン
記録媒体に対して、ピエゾインクジェットヘッドKJ4(京セラ製;ノズル密度600dpi)を搭載した、図1に記載のインクジェット記録装置を用いて、以下の画像サンプルを作製し、評価を行った。尚、記録条件は何れも、温度25℃、相対湿度55%、インク吐出周波数39kHz、記録媒体の搬送速度100m/s、記録時のインク吐出体積1ドット当たり約13plである。また、上記インクジェット記録装置では、解像度600dpi×600dpiで1/600インチ×1/600インチの単位領域に13ngのインク滴を1ドット付与する条件を記録デューティーが100%であると定義される。
表3に記載の各インクを搭載した図1に記載のインクジェット記録装置(ピエゾインクジェットヘッドKJ4(京セラ製;ノズル密度600dpi)を有する)を用いて、下記評価を行った。尚、記録条件は何れも、温度25℃、相対湿度55%、インク吐出周波数39kHz、記録媒体の搬送速度100m/s、記録時のインク吐出体積1ドット当たり約13plである。また、上記インクジェット記録装置では、解像度600dpi×600dpiで1/600インチ×1/600インチの単位領域に13ngのインク滴を1ドット付与する条件を記録デューティーが100%であると定義される。
上記インクジェット記録装置を用いて、記録媒体:OKプリンス上質(坪量64g/m2)(王子製紙製)に対して3cm×3cmのベタ画像(記録デューティーが100%)を記録した。得られた画像の光学濃度を反射濃度計RD19I(グレタグマクベス製)を用いて測定した。そして、以下の評価基準で画像の光学濃度を評価した。尚、本発明においては下記の評価基準において、A及びBが好ましいレベルとし、Cは許容できないレベルとした。評価結果を表3に示す。
A:光学濃度が、1.1以上であった
B:光学濃度が、1.0以上1.1未満であった
C:光学濃度が、1.0未満であった
(マゼンタインク、イエローインク)
A:光学濃度が、1.0以上であった
B:光学濃度が、0.9以上1.0未満であった
C:光学濃度が、0.9未満であった。
上記インクジェット記録装置を用いて、記録媒体:DL9084(坪量91g/m2)(三菱製紙製)に対して幅3mmの線3本と幅17mmの線1本(何れも記録デューティーが100%)を各線が互いに平行になるように記録した。画像を記録してから3分以内に、画像上にOKトップコート+(坪量105g/m2)(王子製紙製)を重ね、更にその上に500gの錘を接地面積が12.6cm2となるように乗せた。そして、画像を記録した記録媒体とOKトップコート+の間の相対速度が10cm/sの速さとなるように1回擦ることで耐擦過性試験を行った。このとき、記録した4本の線上を上記錘の接地面が直角に横切るようにした。その後、OKトップコート+上の錘が乗っていた12.6cm2内に付着したインクをスキャナ(複合機iR3245F(キヤノン製)600dpi、グレイスケール、写真モード)で読み取り、256階調の輝度の128より低い部分の面積が占める割合(インク付着面積割合)を算出した。そして、以下の評価基準で画像の耐擦過性を評価した。尚、本発明においては下記の評価基準において、A及びBが好ましいレベルとし、Cは許容できないレベルとした。評価結果を表3に示す。
A:インク付着面積割合が1%以下であった
B:インク付着面積割合が1%より大きく5%以下であった
C:インク付着面積割合が5%より大きかった。
上記インクジェット記録装置を用いて、記録媒体:DL9084(坪量91g/m2)(三菱製紙製)に対して記録媒体の搬送方向と直角方向に10.5cm、搬送方向と平行方向に30cmのべた画像(記録デューティーが100%)を搬送方向に15cmの間隔で、10,000回記録した。1回目の画像と10,000回目の画像とを目視で観察し、筋や色ムラに関し比較し、以下の評価基準でインクの吐出安定性を評価した。評価結果を表3に示す。
A:2種の画像に差が確認されなかった
B:2種の画像に僅かな差が確認された
C:2種の画像に顕著な差が確認された。
Claims (13)
- 自己分散顔料と、ポリウレタン樹脂粒子と、界面活性剤と、水を含有するインクであって、
前記自己分散顔料が、ホスホン酸基が直接又は他の原子団を介して表面に結合している顔料であり、
前記ポリウレタン樹脂粒子が、その表面のアニオン性官能基量が0.1mmol/g以上0.4mmol/g以下であり、かつ、その体積平均粒径が10.0nm以上50.0nm以下であり、
前記界面活性剤が、下記一般式(1)で表される界面活性剤を含み、
(一般式(1)において、R1〜R4はそれぞれ独立に炭素数1乃至3のアルキル基であり、x及びyはそれぞれ独立に2乃至5であり、m+nは0乃至10である。)
前記一般式(1)で表される界面活性剤の含有量が、前記ポリウレタン樹脂粒子の含有量に対して、0.05倍以上1.00倍以下であることを特徴とするインク。 - インク中の、前記自己分散顔料の含有量(質量%)が、インク全質量を基準として、0.1質量%以上8.0質量%以下である請求項1に記載のインク。
- 前記ポリウレタン樹脂粒子が有するアニオン性官能基が、−COOM(Mは、水素原子、アルカリ金属、アンモニウム、又は有機アンモニウムである)である請求項1又は2に記載のインク。
- インク中の、ポリウレタン樹脂粒子の含有量が、インク全質量を基準として、3.0質量%以上15.0質量%以下である請求項1乃至3の何れか1項に記載のインク。
- 前記ポリウレタン樹脂粒子が、ポリエーテル系ポリウレタン樹脂粒子である請求項1乃至4の何れか1項に記載のインク。
- インク中の、前記一般式(1)で表される界面活性剤の含有量が、インク全質量を基準として、0.5質量%以上3.0質量%以下である請求項1乃至5の何れか1項に記載のインク。
- 前記インクが、ポリエチレングリコール及びグリセリンを含有する請求項1乃至6の何れか1項に記載のインク。
- インク中の、前記グリセリンの含有量に対する、前記ポリエチレングリコールの含有量が、質量比率で、0.15倍以上0.40倍以下である請求項7に記載のインク。
- 前記インクのpHが、7.0以上8.7以下である請求項1乃至8の何れか1項に記載のインク。
- 前記インクの導電率変化度△σが0.05以下である請求項1乃至9の何れか1項に記載のインク。
- 前記インクが、カリウム塩を含有する請求項1乃至10の何れか1項に記載のインク。
- インクを収容するインク収容部を有するインクカートリッジであって、前記インク収容部に収容されたインクが、請求項1乃至11の何れか1項に記載のインクであることを特徴とするインクカートリッジ。
- 記録媒体にインクを付与するインク付与工程を有する画像記録方法であって、
前記インクが、請求項1乃至11の何れか1項に記載のインクであることを特徴とする画像記録方法。
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