JP2021075670A - インクジェット用インク及び画像形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】インクジェット用インクが含有する複合体粒子は、硫黄原子含有極性基を有するポリエステル樹脂と、染料との複合体の粒子である。ポリエステル樹脂は、非結晶性である。ポリエステル樹脂は、硫黄原子含有極性基を有する多価カルボン酸由来の第1繰り返し単位と、硫黄原子含有極性基を有さない多価カルボン酸由来の第2繰り返し単位と、多価アルコール由来の第3繰り返し単位とを有する。第1繰り返し単位及び第2繰り返し単位の総量における、第1繰り返し単位の含有率は、1〜10mol%である。複合体粒子における、ポリエステル樹脂の含有率は、50質量%以上100質量%未満である。
【選択図】図1
Description
本発明の第1実施形態は、インクジェット用インク(以下、インクと記載する)に関する。第1実施形態のインクは、例えば、インクジェット記録装置を用いて布のような繊維製品に画像を印刷するための、デジタル捺染用のインクとして使用できる。デジタル捺染は、スクリーン印刷及びロータリースクリーン印刷と比較して、糊剤を除く工程が不要であるといった利点、及び染色排水を低減できるといった利点を有する。また、デジタル捺染は、多量の繊維を染色する先染め法及び浸染法と比較して、少量のロットで印刷できるといった利点、及び染色する色を変更する際に生じる廃液が発生しないといった利点を有する。
複合体粒子は、硫黄原子含有極性基を有するポリエステル樹脂と、染料との複合体の粒子である。複合体粒子は、例えば、水性媒体中で分散(例えば、乳化分散)している。インクが複合体粒子を含有することで、次の利点が得られる。
複合体粒子を構成するポリエステル樹脂は、非結晶性である。結晶性ポリエステル樹脂は、染料により染色され難い。一方、非結晶性ポリエステル樹脂が有する非結晶領域には、結晶領域よりも染料が十分に染み込む傾向がある。結晶領域は緻密で軟化し難いが、非結晶領域は温度の上昇に伴って軟化して樹脂鎖の絡み合いが弱まり、染料が容易に染み込むからである。このため、染料により非結晶性ポリエステル樹脂が有する非結晶領域が染色されて、非結晶性ポリエステル樹脂と染料とが良好に複合体化される。ポリエステル樹脂が非結晶性であることは、例えば、示差走査熱量測定(DSC)によって確認できる。即ち、ポリエステル樹脂がガラス転移点(Tg)を有するが明確な融点(Mp)を有していない場合、ポリエステル樹脂は非結晶性であると判断される。なお、ポリエステル樹脂がガラス転移点(Tg)と融点(Mp)とを有する場合には、ポリエステル樹脂は結晶性であると判断される。
複合体粒子における、ポリエステル樹脂の含有率は、50質量%以上100質量%未満である。以下、「複合体粒子における、ポリエステル樹脂の含有率」を、「ポリエステル樹脂率」と記載することがある。ポリエステル樹脂率が50質量%未満であると、ポリエステル樹脂の量が少なくなるため、記録媒体に複合体粒子を含有するインクが着弾した際に、記録媒体と複合体粒子とが接着し難く、摩擦堅牢度が低下する。形成画像における摩擦堅牢度を向上させるために、ポリエステル樹脂率は、60質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましい。高い画像濃度を有する画像を形成するために、ポリエステル樹脂率は、95質量%以下であることが好ましく、90質量%以下であることがより好ましい。ポリエステル樹脂率は、例えば、複合体粒子を調製する際のポリエステル樹脂の添加量と染料の添加量とを変更することにより、変更できる。
複合体粒子を構成する染料は、特に限定されない。染料としては、例えば、分散染料、及び油溶性染料が挙げられる。
水性媒体とは、水を主成分とする媒体である。水性媒体は、溶媒として機能してもよく、分散媒として機能してもよい。水性媒体の具体例としては、水、又は水と親水性有機溶媒との混合液が挙げられる。水性媒体に含有される親水性有機溶媒の例としては、ケトン溶媒(より具体的には、アセトン等)、アルコール溶媒(より具体的には、メタノール、エタノール、及びイソプロピルアルコール等);及びグリコールエーテル溶媒(より具体的には、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ブチルエーテル、及びエチレングリコールモノターシャリーブチルエーテル等)が挙げられる。水性媒体における水の含有率は、70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることが一層好ましい。インクは、1種の水性媒体のみを含有してもよく、2種以上の水性媒体を含有してもよい。水性媒体は、水、又は水とエチレングリコールモノブチルエーテルとの混合溶媒であることが好ましい。
インクは、必要に応じて、界面活性剤を含有してもよい。インクが界面活性剤を含有することで、記録媒体に対する濡れ性に優れるインクが得られる。界面活性剤としては、例えば、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤、及び両性界面活性剤が挙げられる。インクは、1種の界面活性剤のみを含有してもよく、2種以上(例えば、2種、又は3種)の界面活性剤を含有してもよい。
インクは、必要に応じて、保湿剤を含有してもよい。インクが保湿剤を含有すれば、インクからの液体成分の揮発を抑制できる。保湿剤としては、例えば、ソルビトール、ポリアルキレングリコール類、アルキレングリコール類、及びグリセリンが挙げられる。ポリアルキレングリコール類としては、例えば、ポリエチレングリコール、及びポリプロピレングリコールが挙げられる。アルキレングリコール類としては、例えば、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリメチレングリコール(即ち、1,3−プロパンジオール)、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、1,2,6−ヘキサントリオール、チオジグリコール、1,3−ブタンジオール、及び1,5−ペンタンジオールが挙げられる。保湿剤は、アルキレングリコール類及びグリセリンのうちの少なくとも1つであることが好ましく、プロピレングリコール及びグリセリンのうちの少なくとも1つであることがより好ましい。保湿剤の含有率は、インクの質量に対して、0.1質量%以上10.0質量%以下であることが好ましく、0.1質量%以上5.0質量%以下であることがより好ましい。
インクは、必要に応じて、ブロックイソシアネート化合物を更に含有することが好ましい。ブロックイソシアネート化合物は、例えば、架橋剤として機能する。ブロックイソシアネート化合物による架橋反応、及びインクがブロックイソシアネート化合物を含有することにより得られる利点については、第2実施形態において後述する。ブロックイソシアネート化合物としては、ブロックイソシアネート構造を含むポリウレタンが好ましい。ブロックイソシアネート化合物は、例えばラテックス粒子の状態で、インク中に分散している。ブロックイソシアネート化合物の含有率は、インクの質量に対して、0.1質量%以上5.0質量%以下であることが好ましい。
次に、第1実施形態のインクを製造する方法の一例について説明する。第1実施形態のインクを製造する方法は、例えば、ポリエステル樹脂調製工程、複合体粒子調製工程、及び混合工程を含む。
ポリエステル樹脂調製工程において、硫黄原子含有極性基を有するポリエステル樹脂を調製する。詳しくは、ポリエステル樹脂調製工程において、第1モノマーと、第2モノマーと、第3モノマーとを縮合重合させることにより、ポリエステル樹脂が得られる。
複合体粒子調製工程において、ポリエステル樹脂と染料との複合体の粒子である複合体粒子を調製する。
混合工程において、水性媒体と前記複合体粒子とを混合する。混合には、例えば、攪拌機が使用される。なお、必要に応じて添加されるインク成分(より具体的には、界面活性剤、保湿剤、及び添加剤のうちの少なくとも1つ)を更に添加して、混合してもよい。得られた混合液を、必要に応じて濾過する。その結果、第1実施形態のインクが製造される。以上、第1実施形態のインクの製造方法について説明した。
本発明の第2実施形態は、画像形成方法に関する。第2実施形態の画像形成方法は、例えば、吐出工程を含む。吐出工程では、記録ヘッドの吐出面から記録媒体へインクが吐出される。吐出されるインクは、第1実施形態のインクである。
まず、ポリエステル樹脂(A1)〜(A4)及び(B1)〜(B2)(以下、それぞれを、樹脂(A1)〜(A4)及び(B1)〜(B2)と記載する)を調製した。樹脂(A1)〜(A4)及び(B1)〜(B2)の組成を、下記表1に示す。
分留管、窒素導入管、温度計、及び攪拌機を備えた四つ口フラスコを準備した。このフラスコに、テレフタル酸ジメチル(50g)、5−スルホイソフタル酸ナトリウム(5g)、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物(70g)、エチレングリコール(30g)、及び触媒である酢酸亜鉛(0.1g)を入れた。2時間かけて130℃から170℃までフラスコ内容物を昇温させた。次いで、フラスコ内に、イソフタル酸(45g)、及び三酸化アンチモン(0.1g)を添加した。2時間かけて170℃から200℃までフラスコ内容物を昇温させた。次いで、200℃から250℃までフラスコ内容物を徐々に昇温させながら、常圧から5mmHgまでフラスコ内を徐々に減圧させた。フラスコ内温250℃且つフラスコ内圧5mmHgの条件で、1時間、フラスコ内容物を縮合重合反応させて、樹脂(A1)を得た。
表1に示す種類及び添加量のモノマーを使用したこと以外は、樹脂(A1)と同じ方法で、樹脂(A2)〜(A4)及び(B1)〜(B2)の各々を調製した。
樹脂(A1)〜(A4)及び(B1)〜(B2)のガラス転移点(Tg)及び融点(Mp)は、示差走差熱量計(株式会社島津製作所製「DSC−60」)を用いて、JIS(日本産業規格)K7121−2012に準拠する方法により測定した。
次に、乳化分散体(DA−1)〜(DA−8)及び(DB−1)〜(DB−4)を調製した。これらの乳化分散体の組成を、表2に示す。乳化分散体(DA−1)〜(DA−8)及び(DB−1)〜(DB−4)は、各々、複合体粒子(CA−1)〜(CA−8)及び(CB−1)〜(CB−4)を含有している。これらの複合体粒子の組成を、表2の「組成」欄に示す。
D.B.359:C.I.ディスパースブルー359
D.R.60 :C.I.ディスパースレッド60
D.Y.54 :C.I.ディスパースイエロー54
FMミキサー(日本コークス工業株式会社製)を用いて、樹脂(A1)(160質量部)及びC.I.ディスパースブルー359(40質量部)を混合し、混合物を得た。2軸押出機(株式会社池貝製「PCM−30」)を用いて、混合物を混練し、混練物を得た。粉砕機(ホソカワミクロン株式会社製「ロートプレックス(登録商標)」)を用いて、混練物を粉砕して、チップ状の着色混練物を得た。次いで、窒素導入管、還流冷却管、攪拌器、及び熱電対を装備した四つ口フラスコに、着色混練物(200質量部)、イオン交換水(700質量部)、エチレングリコールモノブチルエーテル(100質量部)を入れた。フラスコ内容物を、90℃で2時間混合して、着色混練物を乳化し分散させた。次いで、フラスコ内容物を、攪拌しながら室温まで冷却して、乳化分散体(DA−1)を得た。
表2に示す種類及び量の樹脂を使用したこと、表2に示す種類及び量の染料を使用したこと、表2に示す量のエチレングリコールモノブチルエーテルを使用したこと、及び表2に示す量のイオン交換水を使用したこと以外は、乳化分散体(DA−1)と同じ方法で、乳化分散体(DA−2)〜(DA−8)及び(DB−1)〜(DB−4)の各々を調製した。
<インク(IA−1)の調製>
次に、インク(IA−1)を調製した。インク(IA−1)の組成を、表3に示す。
後述する表4に示す乳化分散体を使用したこと以外は、インク(IA−1)と同じ方法で、インク(IA−2)〜(IA−8)及び(IB−1)〜(IB−4)を調製した。
インクに含有される複合体粒子の体積中位径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(マルバーン社製「ゼータサイザー ナノZS」)を用いて、ISO 22412:2017に記載の方法に準拠して測定した。測定された複合体粒子の体積中位径を、表4に示す。
評価対象であるインク(IA−1)〜(IA−8)及び(IB−3)〜(IB−4)の各々を用いて、以下に示す評価を行った。なお、インク(IB−1)及び(IB−2)については、後述する理由により、評価を行うことができなかった。
メンブランフィルター(平均孔径:5μm)を用いて、インクを濾過した。フィルターを通過することなくフィルター上に残存した粗粒子(粗い複合体粒子)の量を目視にて確認し、下記基準に従ってインクの分散状態を評価した。評価結果を、表4に示す。評価がA又はBであるインクを分散状態が良好と、評価がCであるインクを分散状態が不良と判定した。
評価A:フィルター上に粗粒子が全く残らない。
評価B:フィルター上に粗粒子が若干残るが、その影響によって濾過が妨げられない。
評価C:フィルター上に粗粒子が残り、その影響によって濾過が妨げられる。
吐出安定性及び摩擦堅牢度の評価には、記録ヘッド(京セラ株式会社製インクジェットプリントヘッド「KJ4B」)を備えたインクジェット印刷実験用治具を用いた。上記<インクの分散状態の評価>においてメンブランフィルター(平均孔径:5μm)を用いて濾過したインクを、各インクの色に対応するインクタンクに充填した。充填したインクタンクを、治具にセットした。
吐出されるインクの液滴量が8pL(ピコリットル)となる条件で、治具が備える記録ヘッドのノズルから、30分間連続してインクを吐出させた。なお、8pLの液滴量は、100%の画像濃度を有する画像を印刷する際に吐出されるインクの液滴量に相当する。インクの吐出後、10分間治具を放置した。放置後、治具が備える記録ヘッドのノズルのうち、インクが吐出されないノズル(不吐出ノズル)の数を確認した。不吐出ノズルの数から、下記基準に従って、インクの吐出安定性を評価した。評価結果を、表4に示す。評価がA又はBであるインクを吐出安定性が良好と、評価がCであるインクを吐出安定性が不良と判定した。
評価A:不吐出ノズルが、0個である。
評価B:不吐出ノズルが、1個以上3個以下である。
評価C:不吐出ノズルが、4個以上である。
吐出されるインクの液滴量が8pLとなる条件で、治具を用いて、100%の画像濃度を有する画像を、ポリエステル繊維布(テトロンポンジ生地布)に印刷した。プレス機(アサヒ繊維機械工業株式会社製「卓上自動平プレス機AF−54TEN型」)を用いて、温度180℃、圧力0.20N/cm2、且つ処理時間60秒の条件で、印刷したポリエステル繊維布に熱処理を行った。熱処理により、ポリエステル繊維布と画像とを一体化させて、評価布を得た。JIS(日本産業規格)L−0849(摩擦に対する染色堅牢度試験方法)に記載の乾燥試験法に従って、評価布の摩擦堅牢度の等級を判定した。1級から5級の等級のうち、等級の数値が大きい程(5級に近づく程)、摩擦堅牢度が優れている。摩擦堅牢度の等級から、下記基準に従って、摩擦堅牢度を評価した。評価結果を、表4に示す。評価がA又はBであるインクを摩擦堅牢度が良好と、評価がCであるインクを摩擦堅牢度が不良と判定した。
評価A:摩擦堅牢度が4級以上である。
評価B:摩擦堅牢度が3級以上4級未満である。
評価C:摩擦堅牢度が3級未満である。
3 :給紙部
4 :記録ヘッド
5 :液体収容部
6 :加熱部
7 :用紙搬送部
8 :排出部
31 :給紙カセット
32a :給紙ローラー
41 :ノズル
43 :インク流入口
45 :インク流出口
47 :吐出面
51 :インクタンク
60 :加熱装置
71 :第1搬送ユニット
71a :第1搬送面
72 :第2搬送ユニット
72a :第2搬送面
81 :排出トレイ
S :記録媒体
Claims (12)
- 水性媒体と、複合体粒子とを含有し、
前記複合体粒子は、硫黄原子含有極性基を有するポリエステル樹脂と、染料との複合体の粒子であり、
前記ポリエステル樹脂は、非結晶性であり、
前記ポリエステル樹脂は、前記硫黄原子含有極性基を有する多価カルボン酸由来の第1繰り返し単位と、前記硫黄原子含有極性基を有さない多価カルボン酸由来の第2繰り返し単位と、多価アルコール由来の第3繰り返し単位とを有し、前記第1繰り返し単位及び前記第2繰り返し単位の総量における、前記第1繰り返し単位の含有率は、1mol%以上10mol%以下であり、
前記複合体粒子における、前記ポリエステル樹脂の含有率は、50質量%以上100質量%未満である、インクジェット用インク。 - 前記染料は、分散染料、又は油溶性染料である、請求項1に記載のインクジェット用インク。
- 前記硫黄原子含有極性基は、スルホン酸基、又はスルホン酸基のアルカリ金属塩である、請求項1又は2に記載のインクジェット用インク。
- 前記第1繰り返し単位は、5−スルホイソフタル酸ナトリウム由来の繰り返し単位である、請求項1〜3の何れか一項に記載のインクジェット用インク。
- 前記第2繰り返し単位は、テレフタル酸由来の繰り返し単位、イソフタル酸由来の繰り返し単位、及びナフタレンジカルボン酸由来の繰り返し単位、並びにこれらの酸のアルキルエステル由来の繰り返し単位のうちの少なくとも2種の繰り返し単位である、請求項1〜4の何れか一項に記載のインクジェット用インク。
- 前記第3繰り返し単位は、エチレングリコール由来の繰り返し単位、及びビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物由来の繰り返し単位である、請求項1〜5の何れか一項に記載のインクジェット用インク。
- 前記第1繰り返し単位、前記第2繰り返し単位、及び前記第3繰り返し単位の総量における、芳香族炭化水素を含む繰り返し単位の含有率は、50mol%以上である、請求項1〜6の何れか一項に記載のインクジェット用インク。
- 前記複合体粒子の体積中位径は、20nm以上300nm以下である、請求項1〜7の何れか一項に記載のインクジェット用インク。
- ブロックイソシアネート化合物を更に含有する、請求項1〜8の何れか一項に記載のインクジェット用インク。
- 顔料を含有しない、請求項1〜9の何れか一項に記載のインクジェット用インク。
- 記録ヘッドの吐出面から記録媒体へインクを吐出する吐出工程を含み、
前記インクは、請求項1〜10の何れか一項に記載のインクジェット用インクである、画像形成方法。 - 前記記録媒体に着弾した前記インクを加熱する加熱工程を更に含み、
前記インクは、架橋剤であるブロックイソシアネート化合物を更に含有し、
前記記録媒体は、ヒドロキシ基を有し、
前記加熱により、前記記録媒体が有するヒドロキシ基と、前記複合体粒子が含有する前記ポリエステル樹脂が有するヒドロキシ基とが、前記架橋剤により架橋される、請求項11に記載の画像形成方法。
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