JP2018503719A - 向上した耐久性のためのカーボンブラック顔料 - Google Patents

Abstract

本開示は、インクジェット印刷のためのインクを提供する。インクジェットインクは、カーボンブラック顔料分散物を含む。分散物におけるカーボンブラック顔料は、低い油吸収を有する。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年１２月１９日付けで出願された米国仮特許出願第６２／０９４１２７号明細書の優先権を、米国特許法第１１９条の下で主張するものであり、この出願の全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、水性インクジェットインク、特に分散物における顔料が低い油吸収を有するカーボンブラック顔料分散物を含む水性インクジェットインクに関する。

インクジェット印刷は、望ましい画像を形成するために、インクの液滴が紙などの基材に沈着されるノンインパクト印刷プロセスである。インクジェットプリンターは、フルカラー印刷のために、典型的には、シアン、マゼンタ、及びイエローのインク（ＣＭＹ）を含むインクセットを備える。一般的にはまた、インクセットはブラックインクを含み（ＣＭＹＫ）、ブラックインクは最も一般的な色である。

印刷耐久性を向上させるために、インクに多量のバインダーを加えることが一般的である。しかしながら、また、多量のバインダーの存在により、乾燥時間が長くなり、ＯＤの低下、より高い粘度、不十分なインクの安定性等などのその他の問題が生じる。

早期耐久性は、インクジェット印刷にとって重要であり、例えば、媒体の両側が印刷される両面印刷の場合など、直近に印刷された物品がプリンターの紙処理機構と接触することが必要である場合が多い。この場合、第１の印刷された面は、依然として完全に乾燥していない場合があり、その結果、印刷表面は損傷する場合があり、インクは、紙処理機構に移り、次いで、その後の印刷物に移る場合がある。この問題は、高速でのかなりの紙処理を伴うウェブプレスを使用する場合に特に深刻である。このプレスは、乾燥インクがローラーに付着すると問題を有しやすい媒体を移送するために、加熱されたローラーを使用する場合が多い。遅乾性インクが、コーティングされたオフセット媒体などの非吸収性又は低吸収性の媒体に対して印刷される場合、重大な問題に直面する場合がある。

耐久性の迅速な発現を与えるインクジェットインクの必要性が依然として存在する。本開示は、低い油吸収を有する顔料を、カーボンブラック顔料分散物を含むインク組成物に与えることによってこの必要性を満たす。

実施形態は、顔料分散物を含むインクを提供し、前記顔料分散物はカーボンブラック顔料と、水性ビヒクルとを含み、前記顔料は約１１０〜約５０の油吸収を有する。

別の実施形態は、油吸収が約９５〜約５０であることを提供する。

別の実施形態は、低い多孔性の媒体に印刷されることを提供する。

別の実施形態は、顔料がポリマー分散剤によって分散されることを提供する。

別の実施形態は、ポリマー分散剤がポリウレタンであることを提供する。

別の実施形態は、インクがポリマーバインダーを更に含むことを提供する。

別の実施形態は、前記ポリマー分散剤と前記ポリマーバインダーとの合計に対する前記顔料の比が少なくとも約７：１であることを提供する。

別の実施形態は、顔料が自己分散顔料であることを提供する。

更に別の実施形態は、顔料がポリマーバインダーを含む自己分散顔料である場合、ポリマーバインダーに対する顔料の比が約７：１であることを提供する。

本実施形態のこれらの且つその他の特徴及び有利性は、以下の詳細な説明を読むことで当業者により容易に理解されるであろう。また、明確にするため、別々の実施形態として前述又は後述される開示された実施形態の特定の特徴は、単一の実施形態の組合せにおいてもたらされ得る。反対にまた、単一の実施形態に関連して記載される開示された実施形態の様々な特徴は、別々に又は任意の下位の組合せにおいてもたらされ得る。

特に明記又は定義しない限り、本明細書において使用されるすべての技術用語及び科学用語は、本開示が属する技術分野の当業者によって一般に理解されている意味を有する。

特に明記しない限り、すべてのパーセント、部、比等は、重量によるものである。

量、濃度、或いはその他の値又はパラメーターが範囲、好ましい範囲、又は好ましいより高い値及び好ましいより低い値の一覧として示される場合、これは、範囲を別個に開示しているか否かに関わらず、任意の上限範囲又は好ましい値、及び任意の下限範囲又は好ましい値の任意の対から形成されたすべての範囲を具体的に開示していると理解されたい。ある範囲の数値が本明細書において列挙される場合、特に明記しない限り、その範囲は、その終点、並びにその範囲内のすべての整数及び分数を包含することを意図している。

「約」という用語が値又は範囲の終点を記載する際に使用される場合、本開示は、言及される特定の値又は終点を包含することが理解されなければならない。

本明細書において使用される場合、「分散」という用語は、１つの相がバルク物質にわたり分布された微細粒子（多くの場合にコロイドの大きさの範囲において）からなる２相系を意味し、粒子は、分散された相又は内相であり、且つバルク物質は、連続相又は外相である。

本明細書において使用される場合、「分散剤」という用語は、多くの場合、コロイドの大きさの極めて微細な固体粒子の均一で及び最大の分離を促進するために懸濁媒体に加えられた界面活性剤を意味する。顔料の場合、分散剤は、最も多くの場合、ポリマー分散剤であり、通常、分散剤及び顔料は、分散器材を使用して混ぜ合わされる。

本明細書において使用される場合、「ＯＤ」という用語は、光学密度を意味する。

本明細書において使用される場合、「官能基化の度合い」という用語は、本明細書において更に記載される方法に従って測定される、単位表面積当たりのＳＤＰの表面に存在する親水性基の量を意味する。

本明細書において使用される場合、「水性ビヒクル」という用語は、水、或いは水と少なくとも１つの水溶性又は部分的に水溶性（即ち、メチルエチルケトン）の有機溶媒（共溶媒）との混合物を意味する。

本明細書において使用される場合、「実質的に」という用語は、相当な程度、ほとんどすべてであることを意味する。

本明細書において使用される場合、「ダイン／ｃｍ」という用語は、１センチメートル当たりのダイン、表面張力単位を意味する。

本明細書において使用される場合、「ｃＰ」という用語は、センチポアズ、粘度単位を意味する。

明確に述べられる場合のみを除いて、本明細書における、材料、方法、及び例は例示的であり、限定されることを意図しない。

水性ビヒクル
適切な水性ビヒクル混合物の選択は、所望の表面張力及び粘度、選択された着色剤、インクの乾燥時間、及びインクが印刷される基材のタイプなどの特定の用途の要件に依る。本開示において利用され得る水溶性有機溶媒の代表的な例は、米国特許第５，０８５，６９８号明細書において開示されるものである。

水と水溶性溶媒の混合物が使用される場合、典型的には、水性ビヒクルは、約３０％〜約９５％の水を含むことになり、残りの残部（即ち、約７０％〜約５％）は水溶性溶媒である。本開示の組成物は、水性ビヒクルの総重量に基づいて約６０％〜約９５％の水を含むことができる。

インクの水性ビヒクルの量は、インクの総重量に基づいて、典型的には約７０％〜約９９．８％、詳しくは約８０％〜約９９．８％の範囲にある。

水性ビヒクルは、グリコールエーテル又は１，２−アルカンジオールなどの界面活性剤又は浸透剤を含むことにより、速やかに浸透することができる（速乾性）。適切な界面活性剤としては、エトキシル化アセチレンジオール（例えば、Ａｉｒ ＰｒｏｄｕｃｔｓのＳｕｒｆｙｎｏｌ（登録商標）シリーズ）、エトキシ化一級（例えば、ＳｈｅｌｌのＮｅｏｄｏｌ（登録商標）シリーズ）及び二級（例えば、Ｕｎｉｏｎ ＣａｒｂｉｄｅのＴｅｒｇｉｔｏｌ（登録商標）シリーズ）アルコール、スルホサクシネート（例えば、ＣｙｔｅｃのＡｅｒｏｓｏｌ（登録商標）シリーズ）、有機シリコーン（例えば、ＷｉｔｃｏのＳｉｌｗｅｔ（登録商標）シリーズ）、及びフルオロ界面活性剤（例えば、ＤｕＰｏｎｔのＺｏｎｙｌ（登録商標）シリーズ）が挙げられる。

加えられたグリコールエーテル又は１，２−アルカンジオールの量は、適切に決定されなければならないが、インクの総重量に基づいて、典型的には約１重量％〜約１５重量％、より典型的には約２重量％〜約１０重量％の範囲にある。界面活性剤は、インクの総重量に基づいて、典型的には約０．０１％〜約５％、詳しくは約０．２％〜約２％の量で使用され得る。

顔料
本明細書において使用される場合、「顔料」という用語は、分散剤によって分散され、分散剤の存在下において分散条件下で処理されることを必要とする不溶性着色剤を意味する。分散プロセスは、安定な分散された顔料をもたらす。

選択された顔料は、乾燥又は湿潤した形態で使用され得る。例えば、通常、顔料は、水性媒体において製造され、得られた顔料は、水で湿潤されたプレスケーキとして得られる。プレスケーキの形態では、顔料は、乾燥形態にある範囲で凝集しない。このように、水で湿潤されたプレスケーキの形態における顔料は、乾燥形態における顔料と同じ量の予備混合プロセスにおいて脱凝集する混合エネルギーを必要としない。代表的な市販の乾燥顔料は、米国特許第５０８５６９８号明細書に列挙される。本開示の典型的な顔料は、カーボンブラックである。

また、本開示の顔料は、自己分散（又は自己分散性）顔料であり得る。自己分散顔料という用語は、顔料粒子の表面は、別の分散剤なしで顔料が水性ビヒクルにおいて安定して分散されることを可能にする親水性の分散性を付与する基で化学的に改質されている顔料粒子を意味する。「安定して分散された」とは、顔料が微細に分けられ均一に分布され、粒子生長及び凝集に耐性であることを意味する。

自己分散顔料分散物は、水、顔料、典型的には、酸化された表面及び任意選択的に添加剤を有するカーボンブラック顔料を含む。顔料の表面を酸化するために、以下の方法を用いることができる：
（ａ）空気との接触を使用した酸化方法、
（ｂ）窒素酸化物又はオゾンとの反応を使用した気相酸化法、及び
（ｃ）硝酸、過マンガン酸カリウム、重クロム酸カリウム、亜塩素酸、過塩素酸、次亜ハロゲン酸塩、過酸化水素、臭素水溶液、又はオゾン水溶液等などの酸化剤を使用した液相酸化法。また、表面は、プラズマ処理等により改質され得る。

一実施形態では、自己分散顔料を調製するために利用されるプロセスは、同時に顔料を少なくとも１つの分散混合操作にかけながら、水性環境、典型的には脱イオン水においてオゾンで顔料を酸化することである。このプロセスは、米国特許第６，８５２，１５６号明細書に記載されている。酸化は、顔料の表面が少なくとも約１５５〜約１７９ｍＬ／１００ｇの油吸着及び少なくとも約０．９８マイクロ当量／ｍ２の酸含有量を有することがわかるまで行われる。所望の特性を有する顔料を得るための酸化工程に必要とされる時間の長さは、使用される装置のタイプ及び顔料を酸化するために使用されるプロセスに依存する。所望の量の酸部位を得るために必要とされる時間の長さは、時間間隔で試料を採取し、本明細書に記載の手順に従って酸含有量を滴定することによって決定され得る。この酸化プロセスでは、オゾン発生器が、圧縮酸素又は供給タンクに供給された空気からオゾンを発生させ、オゾンをプレミックスタンクに供給する。また、水及び顔料は、水供給及び顔料供給を介してプレミックスタンクに供給される。顔料、水、及びオゾンがプレミックスタンクに導入される順序は、水がオゾンの前に加えられる限り、特に重要ではない。

反応物は、高速分散機を介してプレミックスタンク内で攪拌される。プレミックスタンクは、オゾン破壊装置を備えた大気への通気口を有する。撹拌を補助しプロセス効率を上げるために、一般的には、より少なくより大きい気泡とは対照的に、より多く小さい気泡を生成するようにオゾンを導入することが好ましい。

顔料の物理的特性及び組成は、インクジェットインク及びコーティングの高品質性能を達成するための重要な要因である。本開示では、使用される顔料のタイプは、一次粒径及び表面積の特性に特に限定されない。インクジェットインクの用途では、３０ｎｍ未満の一次粒径を有する顔料を使用することが典型的である。ＢＥＴ法によって測定された表面積は、自己分散顔料を得るための操作条件に著しく影響を与える。顔料表面積が大きいほど、通常、サイクル時間が長くなる必要がある。

前述のように、実施形態に応じて、水、オゾン、及び顔料の混合物を少なくとも１つの分散混合工程にかけることが典型的であり又は必要である。混合又は攪拌を実施することのほとんどは、液体、液体−固体、又は液体−気体のポンプ流量及び質量流量を伴う。混合の強度は、エネルギー入力又は効率的な剪断速度によって特徴付けることができる。通常、混合のための効率的な剪断速度は、５０〜２００秒^-1（Ｊａｍｅｓ Ｙ．Ｏｌｄｓｈｕｅ，“Ｆｌｕｉｄ Ｍｉｘｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，”ｐ．２９，１９８３）、及び分散混合又は分散において２００〜２０，０００秒^-1（Ｔｅｍｐｌｅ Ｃ．Ｐａｔｔｏｎ，“Ｐａｉｎｔ Ｆｌｏｗ ａｎｄ Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ，”ｐ．３５６，１９７９）の範囲である。従って、「分散混合」という用語は、少なくとも２００秒^-1の効率的な剪断速度をもたらす混合操作を特定するために本明細書において使用される。媒体ミル、磨砕機、ハンマーミル、Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｚｅｒ（登録商標）（Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ Ｃｏｒｐから市販されている）、ホモジナイザー、ジェットミル、流体ミル、及び類似の高エネルギー分散装置などの周知の装置を本開示で有利に用いることができる。

反応物は、ポンプを介してプレミックスタンクから分散混合装置に移送される。分散混合工程に使用される装置のタイプは、ある程度、酸化される顔料のタイプ及び顔料のすべての特性に依存することとなる。一般的には、カラー顔料は、カーボンブラック顔料と比較して、より高いエネルギーの混合を必要とする。前述の記載は、適切な混合装置が選択されていなければプロセスが機能しないことを意味するのではなく、むしろ、選択された装置が十分なエネルギーを欠いている場合、複数の分散混合工程が必要である場合があることに留意されたい。一般的には、少なくとも１０００ｐｓｉの液体圧力で、即ち、Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｚｅｒ（登録商標）で起こるような、液体ジェット相互作用チャンバー内の複数のノズルを通る媒体粉砕及び通過が、プロセスにおいて良好に機能し最も典型的であることが判明している。

酸化及び分散混合工程後、典型的には、顔料混合物は精製される。精製手順では、塩を顔料混合物から除去し（本明細書において「脱塩」と称される）、混合物を濾過する。典型的には、脱塩プロセスは、限外濾過によって行われる。

このプロセスで使用され得る顔料の濃度は、特に重要ではなく、プロセス自体に制限があるよりも、むしろ顔料のタイプ及びプロセスに使用される装置のタイプに応じる。しかしながら、一般に、顔料の最大量は５０重量％を超えてはならない。５〜２０重量％、特に約１０重量％の顔料濃度がプロセス効率にとって好ましい。

理論に束縛されるものではないが、低い油吸収を有する顔料は、蒸発による又は印刷媒体への浸透による大気への溶媒及び溶媒／水のより速やかな放出につながる構造がより少ないと考えられる。

油吸収測定
ＤＢＰの油吸収は、典型的には、ＡＳＴＭ Ｄ３４９３に記載される、ジブチルフタレートを使用した油吸収の量である。本開示のカーボンブラック顔料は、市販されている、又は顔料において前述の手順に従って当業者によって容易に調製され得る。

ポリマー分散剤
非自己分散顔料のためのポリマー分散剤は、ランダム又は構造化ポリマーであり得る。典型的には、ポリマー分散剤は、疎水性及び親水性モノマーのコポリマーである。「ランダムポリマー」は、それぞれのモノマーの分子がポリマー主鎖においてランダムに配列されるポリマーを意味する。適切なランダムポリマー分散剤の参照については、米国特許第４，５９７，７９４号明細書を参照されたい。また、「ランダムポリマー」は、ポリウレタンを含む。「構造化ポリマー」は、ブロック、分岐、グラフト、又はスター構造を有するポリマーを意味する。構造化ポリマーの例としては、米国特許第５，０８５，６９８号明細書において開示されるものなどのＡＢ又はＢＡＢブロックコポリマー、欧州特許第０５５６６４９号明細書に開示されるものなどのＡＢＣブロックコポリマー、及び米国特許第５，２３１，１３１号明細書において開示されるものなどのグラフトポリマーが挙げられる。使用され得るその他のポリマー分散剤は、例えば、米国特許第６，１１７，９２１号明細書、米国特許第６，２６２，１５２号明細書、米国特許第６，３０６，９９４号明細書、及び米国特許第６，４３３，１１７号明細書に記載されている。

ポリマーバインダー
本開示のインクは、ポリマーバインダーを含むことができる。典型的には、ポリマーバインダーは、国際公開第２００９／１４３４１８号パンフレットに記載されているものなどのポリウレタンである。また、本開示のバインダーとしては、「Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｏｉｄ Ｂｉｎｄｅｒｓ（ＰＵＤ）」という名称のセクションにおいて、米国特許出願公開第２００５０１８２１５４号明細書に開示された架橋ポリウレタンバインダーが挙げられ、本明細書で完全に説明したかのように、参照により本明細書に組み込まれる。典型的には、バインダーは、前述のポリウレタン分散剤と異なり、着色剤に非反応性である。典型的には、バインダーは、顔料分散物の調製中ではなく、最終製剤段階中にインクに加えられる。

その他の添加剤
その他の成分、添加剤は、こうしたその他の成分がインクジェットインクの安定性及び出射性を妨げない程度でインクジェットインクに配合され得る。これは、当業者によって日常の実験によって容易に測定され得る。

通常、界面活性剤は、表面張力及び湿潤特性を調整するためにインクに加えられる。適切な界面活性剤としては、前述のビヒクルセクションにおいて開示されるものが挙げられる。典型的には、界面活性剤は、インクの総重量に基づいて、約３％までの、より典型的には１重量％までの量で使用される。

エチレンジアミン四酢酸、イミノ二酢酸、エチレンジアミン−ジ（ｏ−ヒドロキシフェニル酢酸）、ニトリロトリ酢酸、ジヒドロキシエチルグリシン、トランス−１，２−シクロヘキサンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’’，Ｎ’’−五酢酸、及びグリコレテルジアミン−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−四酢酸、並びにこれらの塩などの封止（又はキレート）剤を含むことは、例えば、重金属不純物の有害作用を除去することに有益であり得る。

ポリマーは、インクに加えられて、耐久性又はその他の特性を改善することができる。ポリマーは、ビヒクルにおいて又は分散された形態において可溶性であり得、イオン性又は非イオン性であり得る。可溶性ポリマーは、直鎖型ホモポリマー及びコポリマー又はブロックポリマーを含む。また、これらは、グラフト又は分岐型ポリマー、スター及びデンドリマーを含む構造化ポリマーであり得る。分散されたポリマーとしては、例えば、ラテックス及びハイドロゾルを挙げることができる。ポリマーは、任意の周知のプロセスによって作製され得、これらに限定されるものではないが、フリーラジカル、基転移、イオン性、縮合、及びその他のタイプの重合が挙げられる。ポリマーは、溶液、乳化、又は懸濁重合プロセスによって作製され得る。典型的な部類のポリマー添加剤としては、アニオン性アクリル、スチレン−アクリル及びポリウレタンポリマーが挙げられる。

ポリマーが存在する場合、その濃度は、インクの総重量に基づいて、典型的には約０．０１重量％〜約１０重量％である。上限は、インク粘度又はその他の物理的制限によって決定される。

インクセット
「インクセット」という用語は、インクジェットプリンターが備えられて噴出するすべての個々のインク又はその他の流体を意味する。典型的には、インクセットは、少なくとも３つの異なって着色されたインクを含む。例えば、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、及びイエロー（Ｙ）インクは、ＣＭＹインクセットを形成する。より典型的には、インクセットは、例えば、ＣＭＹＫインクセットを形成するためにＣＭＹインクセットにブラック（Ｋ）インクを加えることにより、少なくとも４つの異なって着色されたインクを含む。インクセットのマゼンタ、イエロー、及びシアンインクは、典型的には水性インクであり、着色剤として、染料、顔料、又はこれらの組合せを含むことができる。こうしたその他のインクは、一般的な意味において当業者に周知である。

典型的なＣＭＹＫインクに加えて、インクセットは、オレンジインク、グリーンインク、レッドインク、及び／又はブルーインク、並びに薄いシアン及び薄いマゼンタなどの高強度の色及び軽強度の色のインクの組合せなどの異なって着色されたインクを含む、１つ以上の「色域拡大（ｇａｍｕｔ−ｅｘｐａｎｄｉｎｇ）」インクを更に含むことができる。こうしたその他のインクは、一般的な意味において当業者に知られている。

典型的なインクセットは、マゼンタ、イエロー、シアン、及びブラックインクを含み、この場合、ブラックインクは、水性ビヒクル及び自己分散カーボンブラック顔料を含む本開示によるインクである。詳しくは、マゼンタ、イエロー、及びシアンインクのそれぞれの着色剤は染料である。

インク特性
噴射速度、液滴の分離長さ、液滴サイズ、及び流れ安定性は、インクの表面張力及び粘度に非常に影響を受ける。典型的には、顔料系インクジェットインクは、４５℃で約２０ダイン／ｃｍ〜約７０ダイン／ｃｍの範囲の表面張力を有する。粘度は、２５℃で３０ｃＰと高くあり得るが、典型的にはかなりより低く、より典型的には１０ｃＰ未満である。インクは、広範囲の放出条件、即ち、ピエゾ素子の駆動周波数、或いはドロップオンデマンド型デバイス又は連続デバイスにおけるサーマルヘッドの放出条件、並びにノズルの形状及びサイズと適合する物理的特性を有する。かなりの程度、インクジェット装置において詰まらないように、インクは、長期間の優れた保存安定性を有しなければならない。更に、インクは、接触するインクジェット印刷装置のパーツを腐食してはならず、且つ基本的に無臭及び無毒性でなければならない。

いかなる特定の粘度範囲又はプリントヘッドにも限定されないが、本発明のインクセットは、サーマルプリントヘッドによって必要とされるものなどのより低い粘度の用途に特に適している。このように、２５℃での本発明のインクの粘度は、約７ｃＰ未満、典型的には約５ｃＰ未満、より典型的には約３．５ｃＰ未満であり得る。サーマルインクジェットアクチュエーターは、インク滴を放出する瞬間的な加熱／泡形成に依存し、一般的には、滴形成のこの機構は、より低い粘度のインクを必要とする。

基材
本開示のインクは、紙及び織物などの一般的な印刷基材に印刷され得る。本開示のインクは、低い多孔性の媒体に印刷することに最も有利である。こうした低い多孔性の媒体としては、オフセット紙、コート紙、トナー系デジタル印刷用のデジタル紙等が挙げられる。

一般的には、オフセット紙及びコート紙は、水性インクジェットインクに対して不十分な受容性を有することが知られている。これらの紙は、１つ以上の層の疎水コーティング層のカレンダー加工及び／又は塗布のため、低い表面多孔性を有する。こうした表層平滑手順及びコーティングは、従来の印刷ペーストの高い粘着に耐えることができ、且つ／又は疎水トナー粒子を受容することができる紙をもたらす。この分類の基材において、ＨＰ Ｃｏｌｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｇｌｏｓｓｙ Ｂｒｏｃｈｕｒｅ Ｐａｐｅｒ Ｑ６６１１Ａ（Ｈｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ、ＣＡ）、レーザープリンターで使用するために市販されている基材、及びＯＫ Ｔｏｐｃｏａｔ Ｐｌｕｓ、オフセット紙（Ｏｊｉ Ｃｏ．、Ｊａｐａｎ）において試験を行った。

試験された基材は、ＣｏｌｏｒＬｏｋ（登録商標）処理のない、Ｈａｍｍｅｒｍｉｌｌ Ｃｏｐｙ Ｐｌｕｓ紙及びＸｅｒｏｘ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ ４２００紙を含み、この両方は、普通のコーティングされていない多孔質紙である。使用された別の紙は、コーティングされていない多孔質紙であるが、水系インクジェットインクとのより良好な相互作用のためのＨＰ ＣｏｌｏｒＬｏｋ（登録商標）前処理が施されたＨＰ Ｍｕｌｔｉｐｕｒｐｏｓｅ Ｐａｐｅｒであった。また、水系インクジェットインクを受容することができるように両側がコーティングされたＨＰ Ｉｎｋｊｅｔ Ｇｌｏｓｓｙ Ｂｒｏｃｈｕｒｅ Ｐａｐｅｒ Ｑ１９８７Ａが使用された。

本発明は、以下の実施例により更に例示されるが、これらに限定されず、特に注釈しない限り、部及びパーセントは重量によるものである。

自己分散カーボンブラック顔料分散物
ＮＩＰｅｘ（登録商標）、Ａｒｏｓｐｅｒｓｅ、Ｏｒｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃａｒｂｏｎｓ（Ｆｒａｎｋｆｕｒｔ ａ．Ｍ．、Ｇｅｒｍａｎｙ）のＰｒｉｎｔｅｘ（登録商標）及びＳｐｅｃｉａｌ Ｂｌａｃｋ顔料、Ｃａｂｏｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｂｏｓｔｏｎ、ＭＡ）のＭｏｎａｒｃｈ（登録商標）、並びにＢｉｒｌａ Ｃａｒｂｏｎｓ（Ｂａｈｉａ、Ｂｒａｚｉｌ）のＲａｖｅｎ（登録商標）顔料を使用して、一連の自己分散顔料分散物を調製した。これらの自己分散顔料分散物の油吸収を以下の表１に列挙する。

ポリマーバインダーＡ
ポリマーバインダーＡは、ＩＰＤＩ／Ｔ６５０／ＤＭＰＡの組成、及び１００ｇのポリマー固形物当たり４５グラムの水酸化カリウムの酸価を有するポリウレタンである。国際公開第２００９／１４３４１８号パンフレットの実施例７のポリウレタンの調製について記載された同一の手順に従ってこれを調製し、この開示内容は、あらゆる目的のために、本明細書において完全に述べられているかのように参照によって本明細書に組み込まれる。

顔料分散物Ａ〜Ｌの評価
インクを、最終インクにおける顔料固形物の３％の濃度で顔料分散物Ａ〜Ｌを０〜２％のポリウレタンバインダーＡ、約２０％のピロリドンなどの一般的な有機溶媒、約０．３％の一般的な水性相溶性界面活性剤、約０．２％の殺生物剤、及び残りの１００％までの残部を満たす水と混ぜ合わせることによって調製した。

デュプレクサ装置を備えたＨＰ Ｄｅｓｋｊｅｔ ６９４０プリンターを使用してインクを印刷した。印刷後、環境条件で１時間にわたって画像を乾燥させ、その後、ハイライトマーカー先端に加えられた１２５ｇ（ＨＬ１）及び１ｋｇ（ＨＬ２）の重量を有するＦａｂｅｒ−Ｃａｓｔｅｌｌ Ｔｅｘｔｌｉｎｅｒ ４８を使用したハイライトマーカー耐久性試験（ｈｉｇｈｌｉｇｈｔｅｒ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｔｅｓｔｓ）に供した。印刷されていない領域への色移りの度合いを観察し、０〜５のスケールで評価を与え、この場合、評価０は、印刷されていない領域にわたる印刷された画像の完全／ほぼ完全な移送を示し、且つ評価５は、印刷されていない領域にわたる印刷された画像の移送がないことを示す。加えられた力のそれぞれにおいて、ハイライト表示が１回、更に同一の画像に対して２回適用された。画像がハイライト表示された回数が異なる場合の平均評価が報告される。

印刷後、環境条件で１時間にわたって画像を乾燥させ、その後、印刷された画像にわたりポリスチレンスタイラスを引きずることによって行われる引っ掻き耐久性試験（ｓｃｒａｔｃｈ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｔｅｓｔｓ）に供し、ここで、このスタイラスに５００ｇの重りをかけた。触れられていない画像のパーセントとしての引っ掻かれた領域の残りの光学濃度は、引っ掻きに対する耐久性の指標である。

両面印刷を選択し、選択メニューの保持時間を最小（約３秒）から最大（約２８秒）まで変動させることにより、両面印刷に対する耐久性を検討した。両面印刷の選択により、紙がプリンターの紙処理機構を介して再導入され、その結果、第２の面が印刷され得る。これにより、第１の面の画像は、紙処理機構との物理的接触によって潜在的な引っ掻き及び汚れを受ける。保持時間が短くなるほど、これを受けている間、第１の面の印刷物の状態は潜在的により濡れることになる。保持時間が長くなるほど、画像がより乾燥し、第１の印刷された面における画像が潜在的により耐久性になるであろう。しかしながら、保持時間が長くなると、最終的な印刷されたページの印刷処理能力がより遅くなる。

普通紙への印刷における性能の結果を以下の表２に要約する。これらの結果は、普通紙に印刷される場合、より低い油吸収を有する顔料が、より高い油吸収の顔料に比べて適度により高い評価（より良好な耐久性）を与えることを示す。ポリマーバインダーＡの添加により、バインダーＡを有さないインクに比べて耐久性評価が向上する。

インクジェット受容性コーティングで処理されたパンフレット紙、ＨＰ Ｉｎｋｊｅｔ Ｇｌｏｓｓｙ Ｂｒｏｃｈｕｒｅ Ｐａｐｅｒ（Ｑ１９８７Ａ）への印刷の性能の結果を以下の表３に要約する。これらの結果は、インクジェット受容性パンフレット紙に印刷した場合、また、より低い油吸収を有する顔料は、より高い油吸収の顔料よりも高い評価（より良好な耐久性）を与えたことを示した。

オフセット状にコーティングされた（非インクジェット受容性）パンフレット紙、ＨＰ Ｃｏｌｏｒ Ｌａｓｅｒ Ｇｌｏｓｓｙ Ｂｒｏｃｈｕｒｅ Ｐａｐｅｒ（Ｑ６６１Ａ）への印刷の性能の結果を以下の表４に要約する。これらの結果は、非インクジェット受容性パンフレット紙に印刷した場合、より低い油吸収を有する顔料が、より高い油吸収を有する顔料より、著しく高い評価（より良好な耐久性）を与えることを示した。ポリマーバインダーＡの添加は、より高い油吸収の顔料の耐久性に悪影響を与えた。対照的に、低い油吸収の顔料の耐久性は、バインダーＡの存在によって悪影響を受けなかった。

ポリマー分散剤
ポリマー分散剤は、米国特許出願公開第２０１２／０２１４９３９号明細書において記載される手順に従って調製され、あらゆる目的のために、本明細書において完全に述べられているかのように参照によって本明細書に組み込まれる。

更なる分散剤を、停止アミンとして環状アミンを使用して調製することができる。モルホリンを停止アミンとして使用した実施例を以下に表す。

Ｔｅｒａｔｈａｎｅ（登録商標）６５０（３００ｇ）、ＤＭＰＡ（１８０ｇ）、スルホラン（８７６ｇ）、及びＤＢＴＬ（０．１２ｇ）を、窒素雰囲気下、添加漏斗、冷却器、及び攪拌機を備えた、乾燥したアルカリ及び酸を含まないフラスコに加えた。得られた混合物を６０℃まで加熱し、完全に混合した。この混合物に、フラスコに取り付けられた添加漏斗を介してＩＤＰＩ（４３８ｇ）を加え、次いで添加漏斗のすべての残留ＩＤＰＩをスルホラン（１５ｇ）でフラスコに濯いだ。反応混合物の温度を８５℃まで上昇させ、イソシアネートの含有量が０．８％以下になるまで８５℃に維持した。次いで、温度を６０℃まで冷却し、６０℃に維持し、モルホリン（３０ｇ）を、添加漏斗を介して５分間にわたり加え、次いで、添加漏斗の残留モルホリンをスルホラン（５ｇ）でフラスコに濯いだ。温度を６０℃で１時間保持した後、水酸化カリウム水溶液（１７５５ｇ、３重量％）を、添加漏斗を介して１０分間にわたり加え、次いで脱イオン水（２０７ｇ）を加えた。混合物を６０℃で１時間維持し、室温まで冷却して、２５％の固形物を有するポリウレタン分散剤を得た。

顔料系分散物の調製
以下の手順を使用して、前述のポリウレタン分散剤で顔料系分散物を調製した。Ｅｉｇｅｒ Ｍｉｎｉｍｉｌｌを使用して、予備混合物を典型的には２０〜３０％の顔料充填量で調製し、目標の分散剤濃度を１．５〜３．０の顔料／分散剤（Ｐ／Ｄ）比で選択した。２．５のＰ／Ｄは、顔料における４０％の分散剤濃度に相当する。任意選択的に、共溶媒を全分散製剤の１０％で加えて、予備混合段階での分散剤の顔料湿潤及び溶解、並びに粉砕段階の際の磨り潰しの容易さを促進した。その他の同様の共溶媒が適切であるが、トリエチレングリコールモノブチルエーテル（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌから供給されるＴＥＢ）が最適な共溶媒であった。ポリウレタン分散剤は、水酸化カリウム又はアミンで予め中和され、水への溶解性及び溶解を促進した。予備混合段階中、顔料濃度を典型的には２７％に維持し、その後、最適な媒体ミル磨り潰し条件のために脱イオン水の添加によって粉砕段階中に約２４％まで減少した。典型的には４時間であった粉砕段階の完了後、脱イオン水の残りのものを加え、完全に混合した。

共溶媒で処理されたすべての顔料系分散物を、限外濾過プロセスを用いて精製して、共溶媒を除去し、存在し得るその他の不純物を濾過した。完了後、分散物の顔料濃度は、約１０〜１５％に低下した。

架橋された顔料分散物の調製
架橋工程では、架橋化合物を前述の調製した顔料系分散物と混合し、効率的に撹拌しながら６０℃〜８０℃で６〜８時間加熱した。架橋反応が完了した後、必要に応じてｐＨを少なくとも約８．０に調整した。こうして、以下の表５に列挙される顔料分散物Ｍ〜Ｑを得た。

ポリマーバインダーＢ
米国特許出願公開第２００５０１８２１５４号明細書に記載される、ポリウレタン分散質１（ＰＵＤ ＥＸ１）、架橋されたポリウレタンを、バインダーＢとして使用した。

顔料分散物Ｍ〜Ｑの評価
インクを、最終インクにおける顔料固形物の５％での顔料分散物Ｍ〜Ｑ、及び０〜５％のポリウレタンバインダーＢをエチレングリコール及びピロリドンなどの約２５％の一般的な有機溶媒と、約１％の一般的な水性相溶性界面活性剤と、約０．２％の殺生物剤と、残りの１００％までの残部を満たす水と混ぜ合わせることによって調製した。

このインクを、＃３巻線ロッド（Ｐａｕｌ Ｎ．Ｇａｒｎｄｅｒ，Ｉｎｃ．、Ｐｏｍｐａｎｏ Ｂｅａｃｈ，ＦＬ）を用いて０．１ｍＬのインクのドローダウンによりＯＫ Ｔｏｐｃｏａｔ Ｐｌｕｓ（Ｏｊｉ Ｃｏ．、Ｊａｐａｎ）に塗布した。フィルムを、９５℃に設定したオーブンで２分間乾燥させ、ＡＡＴＣＣ Ｃｒｏｃｋｍｅｔｅｒ（Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｔｒｉａｎｇｌｅ Ｐａｒｋ、ＮＣ）を用いて耐久性を試験した。インクフィルムは、予め設定された４インチのパスで１０回の往復サイクルにおいて印刷されていない基板の別のシートでラビングされたパスであった。着色されたフィルムの耐久性を、着色されたフィルムの傷んだ部位への損傷の度合いについて評価した。

オフセット紙への顔料分散物Ｍ〜Ｑを含むインクの印刷の結果を表６に要約する。結果は、低い油吸収を有する顔料は、任意のポリマー結合剤を必要とすることなく最良の耐久性をもたらすことを示した。また、より低い油吸収の顔料を有する顔料は、おそらくより厚い乾燥した層を形成するために、より高い顔料含有量でより良好な耐久性をもたらした。ポリマーバインダーの存在は、顔料の油吸収が増加するにつれて、画像の耐久性においてより大きい役割を果たした。より高い油吸収の顔料は、ポリマーバインダーの存在なしでは不十分な耐久性をもたらした。

Claims (10)

1. 顔料分散物を含むインクジェットインクであって、前記顔料分散物はカーボンブラック顔料と、水性ビヒクルとを含み、前記顔料は約１１０〜約５０の油吸収を有する、インクジェットインク。
2. 前記油吸収は約９５〜約５０である、請求項１に記載のインク。
3. 低い多孔性の媒体に印刷される、請求項２に記載のインク。
4. 前記顔料はポリマー分散剤によって分散される、請求項３に記載のインク。
5. 前記ポリマー分散剤はポリウレタンである、請求項４に記載のインク。
6. ポリマーバインダーを更に含む、請求項５に記載のインク。
7. 前記ポリマー分散剤と前記ポリマーバインダーとの合計に対する前記顔料の比は少なくとも約７：１である、請求項６に記載のインク。
8. 前記顔料は自己分散顔料である、請求項３に記載のインク。
9. ポリマーバインダーを更に含む、請求項８に記載のインク。
10. 前記ポリマーバインダーに対する前記顔料の比は少なくとも約７：１である、請求項９に記載のインク。