JP2022156109A - インクジェット記録用水性インク、インクジェット記録装置、インクジェット記録方法、及びインク収容容器 - Google Patents

インクジェット記録用水性インク、インクジェット記録装置、インクジェット記録方法、及びインク収容容器 Download PDF

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Abstract

【課題】 コート紙記録時の耐擦性を向上可能なインクジェット記録用水性インクを提供する。【解決手段】 本発明のインクジェット記録用水性インクは、顔料、樹脂粒子、溶剤、及び水を含み、前記樹脂粒子が、アクリル系ポリマーであり、乾固したインク膜の25℃における貯蔵弾性率E’が9.7×108Pa以上であることを特徴とする。前記溶剤は、例えば、ジオールおよびグリコールエーテルの双方を含んでもよい。また、前記グリコールエーテルは、2種類以上であってもよい。【選択図】 なし

Description

本発明は、インクジェット記録用水性インク、インクジェット記録装置、インクジェット記録方法、及びインク収容容器に関する。
水性インクには、記録媒体上に吐出された顔料の一部が前記記録媒体の表面上に残り、指等でこすったときに前記記録媒体上から剥がれ落ちてしまうという耐擦性の問題があることが知られている。この問題の解決策の一つとして、特許文献1のように、水性インクにポリマーを添加することにより、記録媒体における耐擦性を向上させる手法が知られている。
特開2006-273892号公報
ジェット記録用水性インクを用いたインクジェット記録には、更なる高画質化、高速化が求められている。それに伴い、インクジェット記録用水性インクには、コート紙記録時の耐擦性の更なる向上が求められている。
そこで、本発明は、コート紙記録時の耐擦性を向上するインクジェット記録用水性インクを提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明のインクジェット記録用水性インクは、
顔料、樹脂粒子、溶剤、及び水を含み、
前記樹脂粒子が、アクリル系ポリマーであり、
乾固したインク膜の25℃における貯蔵弾性率E’が、9.7×10Pa以上であることを特徴とする。
本発明のインクジェット記録用水性インクは、貯蔵弾性率E’が所定範囲内であって、前記樹脂粒子に加え、前記溶剤を含むことで、コート紙記録時の耐擦性が向上する。
図1は、本発明のインクジェット記録装置の一例の構成を示す概略斜視図である。
本発明において、「コート紙」とは、例えば、上級印刷紙、中級印刷紙等のパルプを主要な構成要素とした普通紙に、平滑性、白色度、光沢度等の向上を目的として、コート剤を塗布したものを言い、具体的には、上級コート紙、中級コート紙等があげられる。本発明のインクジェット記録用水性インク(以下、「水性インク」又は「インク」と言うことがある。)は、コート紙へのインクジェット記録に好適に利用可能であるが、これに限定されるものではなく、例えば、普通紙、光沢紙、マット紙等のコート紙以外の記録媒体へのインクジェット記録にも利用可能である。
本発明の水性インクについて説明する。本発明の水性インクは、顔料と、樹脂粒子と、溶剤と、水と、を含む。
前記顔料は、特に限定されず、例えば、カーボンブラック、無機顔料及び有機顔料等があげられる。前記カーボンブラックとしては、例えば、ファーネスブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック等があげられる。前記無機顔料としては、例えば、酸化チタン、酸化鉄系無機顔料及びカーボンブラック系無機顔料等をあげることができる。前記有機顔料としては、例えば、アゾレーキ、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ顔料等のアゾ顔料;フタロシアニン顔料、ペリレン及びペリノン顔料、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、キノフタロン顔料等の多環式顔料;塩基性染料型レーキ顔料、酸性染料型レーキ顔料等の染料レーキ顔料;ニトロ顔料;ニトロソ顔料;アニリンブラック昼光蛍光顔料;等があげられる。また、その他の顔料であっても水相に分散可能なものであれば使用できる。これらの顔料の具体例としては、例えば、C.I.ピグメントブラック1、6及び7;C.I.ピグメントイエロー1、2、3、12、13、14、15、16、17、55、74、78、150、151、154、180、185及び194;C.I.ピグメントオレンジ31及び43;C.I.ピグメントレッド2、3、5、6、7、12、15、16、48、48:1、53:1、57、57:1、112、122、123、139、144、146、149、150、166、168、175、176、177、178、184、185、190、202、209、221、222、224及び238;C.I.ピグメントバイオレット19及び196;C.I.ピグメントブルー1、2、3、15、15:1、15:2、15:3、15:4、16、22及び60;C.I.ピグメントグリーン7及び36;並びにこれらの顔料の固溶体等があげられる。
前記顔料分散用樹脂を用いた前記顔料の分散方法としては、例えば、分散装置を使用して顔料を分散させることがあげられる。前記顔料の分散に使用する分散装置は、一般的な分散機であれば特に限定はされないが、例えば、ボールミル、ロールミル、サンドミル(例えば、高速型)等があげられる。
前記顔料は、自己分散型顔料であってもよい。前記自己分散型顔料は、例えば、顔料粒子にカルボニル基、ヒドロキシル基、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基等の親水性官能基及びそれらの塩の少なくとも一種が、直接又は他の基を介して化学結合により導入されていることによって、分散剤を使用しなくても水に分散可能なものである。前記自己分散型顔料は、例えば、特開平8-3498号公報、特表2000-513396号公報、特表2008-524400号公報、特表2009-515007号公報、特表2011-515535号公報等に記載の方法によって顔料が処理されたものを用いることができる。前記自己分散型顔料の原料としては、無機顔料及び有機顔料のいずれも使用することができる。また、前記処理を行うのに適した顔料としては、例えば、三菱化学(株)製の「MA8」及び「MA100」等のカーボンブラックがあげられる。前記自己分散型顔料は、例えば、市販品を用いてもよい。前記市販品としては、例えば、キャボット・スペシャルティ・ケミカルズ社製の「CAB-O-JET(登録商標)200」、「CAB-O-JET(登録商標)250C」、「CAB-O-JET(登録商標)260M」、「CAB-O-JET(登録商標)270Y」、「CAB-O-JET(登録商標)300」、「CAB-O-JET(登録商標)400」、「CAB-O-JET(登録商標)450C」、「CAB-O-JET(登録商標)465M」及び「CAB-O-JET(登録商標)470Y」;オリエント化学工業(株)製の「BONJET(登録商標)BLACK CW-2」及び「BONJET(登録商標)BLACK CW-3」;東洋インキ製造(株)製の「LIOJET(登録商標)WD BLACK 002C」;等があげられる。
前記水性インク全量に対する前記顔料の固形分配合量(顔料固形分量)は、特に限定されず、例えば、所望の光学濃度等により、適宜決定できる。前記顔料固形分量は、例えば、1重量%~10重量%、2重量%~8重量%、3重量%~7重量%である。である。前記顔料固形分量は、顔料のみの重量であり、樹脂分散剤等の重量は含まない(すなわち、有効成分量換算)。
前記顔料は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。
前記水は、イオン交換水又は純水であることが好ましい。前記水性インク全量に対する前記水の配合量(水割合)は、所望のインク特性等に応じて適宜決定される。前記水割合は、例えば、他の成分の残部としてもよい。前記水の配合量は、例えば、60重量%~90重量%、65重量%~85重量%、70重量%~80重量%である。
前述の通り、本発明の水性インクは、さらに、アクリル系ポリマーである樹脂粒子と、溶剤と、を含む。
前記水性インクにおいて、例えば、乾固したインク膜の25℃における貯蔵弾性率E’の下限値が、9.7×10Pa以上、2.1×10Pa以上であり、上限値が、6.5×10Pa以下、7.3×10Pa以下、である。しかしながら、前記上限値は、例示であって、これに限定されず、例えば、7.3×10Pa以上、1.0×1010Pa以上であってもよい。ここで、「貯蔵弾性率E’」とは、引張試験における試料(乾固したインク膜)の硬さを表現するパラメータである。貯蔵弾性率E’は、例えば、日本工業規格JIS-K7244第4部:引張振動-非共振法に準拠して、動的粘弾性として測定可能である。
前記インク膜の作製方法は、特に制限されず、例えば、後述の実施例に記載の方法で作製できる。
また、貯蔵弾性率E’の測定方法は、特に制限されず、例えば、後述の実施例に記載の方法で測定できる。
前記水性インクにおいて、前記樹脂粒子のガラス転移温度(Tg)は、例えば、24℃以上80℃未満、49℃以上80℃未満であってもよい。本発明の水性インクを使用する際の環境温度の観点から、前記樹脂粒子のガラス転移温度(Tg)は、例えば、室温以上、具体的には、24℃以上80℃未満、30℃以上80℃未満、49℃以上80℃未満であってもよい。
前記樹脂粒子は、例えば、樹脂エマルションに含まれるものであってもよい。前記樹脂エマルションは、例えば、前記樹脂粒子と、分散媒(例えば、水等)とで構成されるものであり、前記樹脂粒子は、前記分散媒に対して溶解状態ではなく、特定の粒子径を持って分散している。前記樹脂粒子は、例えば、市販品を用いてもよい。前記樹脂粒子は、例えば、ポリアクリル酸又はポリアクリル酸エステルを主成分とする樹脂粒子であって、使用できる単量体としては、(メタ)アクリル酸やメチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t-ブチル(メタ)アクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、シクロプロピル(メタ)アクリレート、シクロペンチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘプチル(メタ)アクリレート、シクロオクチル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、トリル(メタ)アクリレート、チシリル(メタ)アクリレート、フェネチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる。前記樹脂粒子は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。
前記樹脂粒子の市販品としては、例えば、ジャパンコーティングレジン(株)製の「モビニール(登録商標)6899D」(Tg:49℃、有効成分濃度:46重量%)、「モビニール(登録商標)6800D」(Tg:80℃、有効成分濃度:43重量%)、「モビニール(登録商標)5450」(Tg:53℃、有効成分濃度:20重量%)、「モビニール(登録商標)DM774」(Tg:30℃、有効成分濃度:46重量%);サイデン化学(株)製の「サイビノール(登録商標)EK-61」(Tg:24℃、有効成分濃度:39重量%)、「サイビノール(登録商標)EK-1920」(Tg:40℃、有効成分濃度:35重量%);等があげられる。
前記水性インクにおいて、前記水性インク全量に対する前記樹脂粒子の固形分配合量(有効成分量換算ともいえる)は、特に限定されず、適宜決定できる。前記樹脂粒子の固形分配合量は、例えば、1重量%~10重量%、3重量%~7重量%、4.3重量%~5.0重量%である。なお、前記「有効成分量換算」とは、例えば、前記樹脂粒子を含む樹脂エマルションを用いる場合は、水等の分散溶媒を除いた前記樹脂粒子自身の量である。
前記樹脂粒子の平均粒子径は、例えば、5nm~500nm、20nm~300nm、30nm~200nmである。前記アクリル系樹脂粒子の平均粒子径は、例えば、動的光散乱式粒径分布測定装置「LB-550」を用いて、算術平均径として測定可能である。
前記水性インクにおいて、前記溶剤は、ジオールおよびグリコールエーテルの双方を含む。前記ジオールとしては、例えば、1,2-ヘキサンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,2-ヘプタンジオール、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、2,3-ブタンジオール、3-メチル-1,3-ブタンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,2-ペンタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、2-メチル-2,4-ペンタンジオール及び3-メチル-1,5-ペンタンジオール等があげられる。前記溶剤は、1種類のジオールを単独で用いてもよいし、2種類以上のジオールを併用してもよい。
前記グリコールエーテルとしては、例えば、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテル、エチレングリコール-n-プロピルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルエーテル、ジエチレングリコール-n-プロピルエーテル、ジエチレングリコール-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコール-n-ヘキシルエーテル、トリエチレングリコールメチルエーテル、トリエチレングリコールエチルエーテル、トリエチレングリコール-n-プロピルエーテル、トリエチレングリコール-n-ブチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールエチルエーテル、ジプロピレングリコール-n-プロピルエーテル、ジプロピレングリコール-n-ブチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールエチルエーテル、トリプロピレングリコール-n-プロピルエーテル及びトリプロピレングリコール-n-ブチルエーテル等があげられる。前記溶剤は、1種類のグリコールエーテルを単独で用いてもよいし、2種類以上のグリコールエーテルを併用してもよい。2種類以上の前記グリコールエーテルの組み合わせは、特に制限されず、適宜決定できる。具体的には、例えば、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテルと、プロピレングリコールモノプロピルエーテルおよびプロピレングリコールモノブチルエーテルの少なくとも一方との組み合わせ等がある。
前記溶剤は、例えば、市販品を用いてもよい。前記市販品としては、例えば、ダウ・ケミカル社製の「ダワノール(登録商標)PM」、「ダワノール(登録商標)DPM」、「ダワノール(登録商標)TPM」、「ダワノール(登録商標)PnP」、「ダワノール(登録商標)DPnP」、「ダワノール(登録商標)PnB」、「ダワノール(登録商標)DPnB」、「ダワノール(登録商標)TPnB」等があげられる。
前記水性インク全量に対する前記溶剤の配合量は、特に限定されず、適宜決定できる。前記溶剤の配合量は、例えば、3重量%~15重量%、5重量%~12重量%、6重量%~10重量%である。
前記水性インク全量における前記ジプロピレングリコールモノプロピルエーテルの配合量(A)と、前記プロピレングリコールモノプロピルエーテルおよび前記プロピレングリコールモノブチルエーテルの少なくとも一方の配合量(B)とは、例えば、B/A≦1(以下、条件Xともいう)を満たしてもよい。前記配合量(A)と、前記配合量(B)とは、上記条件Xを満たすように適宜調整すればよく、前記配合量(A)が、例えば、1重量%~15重量%、1重量%~10重量%、1重量%~5重量%であり、前記配合量(B)が、例えば、1重量%~20重量%、1重量%~10重量%、1重量%~5重量%である。また、前記条件Xの下限値は、例えば、0.8、0.4、0.2、等が例示できるが、これに限定されず、例えば、0.2以下、0.1以下であってもよい。
前記水性インクは、貯蔵弾性率E’が9.7×10Pa以上であり、アクリル系ポリマーである樹脂粒子と、溶剤とを含むことで、より低温、短時間の乾燥で、コート紙上に形成されたインク膜の耐擦性も向上する。より低温、短時間の乾燥で、記録媒体上に形成されたインク膜の耐擦性が向上するメカニズムは、例えば、つぎのように推定される。コート紙への耐擦性向上を目的に、水性インクに樹脂粒子を添加することが一般的に行われている。硬く強固な塗膜を形成する樹脂粒子は、ガラス転移温度(Tg)が室温より高く、それに伴い最低造膜温度(樹脂粒子同士が融着して膜化する際の最低温度)も室温より高くなるという相関関係がある。そのため、最低造膜温度以上の加熱及び乾燥を行わなければ、水性インクによる塗膜が柔らかく脆い状態でコート紙上に形成される、すなわち、耐擦性が低くなる。このように、硬く強固な塗膜を形成する樹脂粒子と、温度及び乾燥時間とは、トレードオフの関係にあるといえる。これに対し、前記水性インクに前記溶剤を添加することで、前記樹脂粒子の最低造膜温度が低下するため、低温且つ短時間の加熱でも最低造膜温度以上に達することができ、硬く強固な塗膜を形成可能、すなわち、耐擦性をあげることができる。ただし、このメカニズムは推定に過ぎず、本発明はこれに限定されない。なお、前記乾燥時の温度については、後述の本発明のインクジェット記録方法において説明する。
一方で、ある種の樹脂粒子と溶剤との組み合わせによっては、経時的に水性インクの粘度が変動、すなわち、保存安定性が低下するという問題がある。これに伴い、塗膜が軟化、すなわち、耐擦性が低下するおそれがある。これに対し、前記水性インクにアクリル系ポリマーである樹脂粒子を添加することで、保存安定性及び耐擦性の双方に優れる。また、例えば、乾固したインク膜の25℃における貯蔵弾性率E’が9.7×10Pa以上となる樹脂粒子と、溶剤との組み合わせによって、保存安定性及び耐擦性の双方により優れる。さらに、例えば、アクリル系ポリマーである樹脂粒子とジオールおよびグリコールエーテルの双方を含む溶剤との組み合わせによって、保存安定性及び耐擦性の双方により優れる。ただし、このメカニズムは推定に過ぎず、本発明はこれに限定されない。
また、本発明の水性インクによれば、高出力の加熱機構や長時間の加熱を行う加熱機構等が不要であるため、小型のプリンタにも適用可能である。また、同様の理由から、本発明のインクジェット記録装置を小型化することができる。さらに、同様の理由から、低コストで、本発明のインクジェット記録方法を実施することができる。
本発明の水性インクは、より低温、短時間の乾燥で、コート紙上に形成されたインク膜の耐擦性も向上するため、例えば、ユーザは、本発明の水性インクを用いた印刷を安全に行うことができる。
前記水性インクは、さらに、前記溶剤以外の水溶性有機溶剤を含んでもよい。前記水溶性有機溶剤としては、例えば、インクジェットヘッドのノズル面における水性インクの乾燥を防止する湿潤剤及び記録媒体上での乾燥速度を調整する浸透剤があげられる。
前記湿潤剤は、特に限定されず、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、n-プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n-ブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、tert-ブチルアルコール等の低級アルコール;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド;アセトン等のケトン;ジアセトンアルコール等のケトアルコール;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル;ポリアルキレングリコール等のポリエーテル;アルキレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン等の多価アルコール;2-ピロリドン;N-メチル-2-ピロリドン;1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン等があげられる。前記ポリアルキレングリコールは、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等があげられる。前記アルキレングリコールは、例えば、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、トリ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、チオジグリコール、ヘキシレングリコール等があげられる。これらの湿潤剤は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。これらの中で、アルキレングリコール、グリセリン等の多価アルコールが好ましい。
前記水性インク全量における前記湿潤剤の配合量は、例えば、0重量%~95重量%、5重量%~80重量%、5重量%~50重量%である。
前記浸透剤は、アルキレン系ジオール及びグリコールエーテル系化合物の少なくとも一つを含むことが好ましい。前記アルキレン系ジオールは、例えば、1,2-ヘキサンジオール、1,2-ヘプタンジオール、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、2,3-ブタンジオール、3-メチル-1,3-ブタンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,2-ペンタンジオール、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、2-メチル-2,4-ペンタンジオール及び3-メチル-1,5-ペンタンジオール等があげられる。前記グリコールエーテル系化合物は、例えば、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテル、エチレングリコール-n-プロピルエーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルエーテル、ジエチレングリコール-n-プロピルエーテル、ジエチレングリコール-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコール-n-ヘキシルエーテル、トリエチレングリコールメチルエーテル、トリエチレングリコールエチルエーテル、トリエチレングリコール-n-プロピルエーテル、トリエチレングリコール-n-ブチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテル、プロピレングリコールエチルエーテル、プロピレングリコール-n-プロピルエーテル、プロピレングリコール-n-ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールエチルエーテル、ジプロピレングリコール-n-プロピルエーテル、ジプロピレングリコール-n-ブチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールエチルエーテル、トリプロピレングリコール-n-プロピルエーテル及びトリプロピレングリコール-n-ブチルエーテル等があげられる。前記浸透剤は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。
前記水性インク全量に対する前記浸透剤の配合量は、例えば、0重量%~20重量%、0重量%~15重量%、1重量%~6重量%である。
前記水性インクは、必要に応じて、さらに、従来公知の添加剤を含んでもよい。前記添加剤としては、例えば、界面活性剤、pH調整剤、粘度調整剤、表面張力調整剤、防黴剤等があげられる。前記粘度調整剤は、例えば、ポリビニルアルコール、セルロース、水溶性樹脂等があげられる。
つぎに、本発明のインク収容容器は、インクジェット記録用水性インクを含むインク収容容器であって、前記水性インクが、本発明のインクジェット記録用水性インクであることを特徴とする。前記インク収容容器としては、例えば、インクカートリッジ、タンク、パウチ等があげられる。前記インク収容容器の本体としては、例えば、従来公知のものを使用できる。
つぎに、本発明のインクジェット記録装置及びインクジェット記録方法について説明する。
本発明のインクジェット記録装置は、インク収容部及びインク吐出手段を含み、前記インク収容部に収容されたインクを前記インク吐出手段によって吐出するインクジェット記録装置であって、さらに、前記インク吐出手段により吐出された前記インクによる記録部分を加熱乾燥させる乾燥手段を含み、前記インク収容部に、本発明のインクジェット記録用水性インクが収容されていることを特徴とする。
前記乾燥手段は、例えば、前記インクによる記録部分に対して、44J/cm以上、131J/cm以下の熱量を与えてもよい。言い換えれば、前記乾燥手段は、1cmのインクに対して10~30℃昇温する熱量を与える、ともいえる。これにより、安定かつ高品質の画像形成を行うことが出来る。
本発明のインクジェット記録方法は、記録媒体に水性インクをインクジェット方式により吐出して記録する記録工程と、前記記録媒体の記録部分を加熱乾燥する乾燥手段を用いて、前記記録工程において前記記録媒体に付着した前記水性インクを、前記記録媒体に定着させる定着工程と、を含み、前記記録工程において、前記水性インクとして、本発明のインクジェット記録用水性インクを用いることを特徴とする。
本発明のインクジェット記録方法は、例えば、前記定着工程において、前記インクによる記録部分に対して、44J/cm以上、131J/cm以下の熱量を与えてもよい。言い換えれば、本発明のインクジェット記録方法は、前記定着工程において、1cmのインクに対して10~30℃昇温する熱量を与える、ともいえる。これにより、安定かつ高品質の画像形成を行うことが出来る。
本発明のインクジェット記録方法において、前記記録媒体としては、例えば、コート紙等があげられる。本発明において、「コート紙」とは、例えば、上級印刷紙、中級印刷紙等のパルプを構成要素とした普通紙に、平滑性、白色度、光沢度等の向上を目的として、コート剤を塗布したものをいい、具体的には、上質コート紙、中質コート紙等があげられる。本発明の水性インク及びインクジェット記録方法は、コート紙へのインクジェット記録に好適に利用可能であるが、これに限定されるものではなく、例えば、普通紙、光沢紙、マット紙、合成紙、熱転写紙、感熱紙、板紙、ダンボール、フィルム等のコート紙以外の記録媒体へのインクジェット記録にも利用可能である。
本発明のインクジェット記録方法は、例えば、本発明のインクジェット記録装置を用いて実施可能である。前記記録は、印字、印画、印刷等を含む。
図1の模式図に、本発明のインクジェット記録装置の一例の構成を示す。図1に示すように、このインクジェット記録装置100は、給紙トレイ101、ローラ等の搬送機構(図示せず)、記録機構、プラテン103、乾燥手段104、排紙トレイ105、並びに、インクカートリッジ又はインクタンク等のインク収容部(図示せず)を備えている。また、本発明のインクジェット記録装置は、例えば、メンテナンスユニット(図示せず)を備えていてもよい。給紙トレイ101は、積層された複数の記録媒体(例えば、コート紙)Pを支持可能である。
インクジェット記録装置100内部には、ガイド部材により搬送経路(図示せず)が形成されている。記録用紙Pは、図1に破線の矢印で示すように、前記搬送機構及び前記搬送経路により、給紙トレイ101から排紙トレイ105に向けて搬送される。
前記記録機構は、キャリッジ102Aと、インクジェットヘッド(インク吐出手段)102Bと、を備えている。キャリッジ102Aは、記録用紙Pの搬送方向と垂直に延設された2本のガイドレール(図示せず)に支持されている。前記2本のガイドレールは、インクジェット記録装置100の筐体(図示せず)に支持されている。キャリッジ102Aは、前記2本のガイドレールに設けられた公知のベルト機構(図示せず)に連結されている。このベルト機構は、キャリッジモータ(図示せず)によって駆動される。前記ベルト機構に連結されたキャリッジ102Aは、前記キャリッジモータの駆動によって、記録用紙Pの搬送方向と垂直方向に往復移動する。
また、キャリッジ102Aからは、前記インク収容部及びインクジェットヘッド102Bを接続する4本のインクチューブ(図示せず)と、制御基板(図示せず)及びインクジェットヘッド102Bを電気的に接続するフレキシブルフラットケーブル(図示せず)とが延出されている。前記4本のインクチューブは、前記インク収容部に収容されたイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの4色の水性インクをインクジェットヘッド102Bに供給する。前記4色の水性インクのうちの少なくとも1つが、本発明のインクジェット記録用水性インクである。前記フレキシブルフラットケーブルは、前記制御基板から出力される制御信号をインクジェットヘッド102Bに伝達する。
インクジェットヘッド102Bは、図1に示すように、キャリッジ102Aに搭載されている。インクジェットヘッド102Bの下面には、複数のノズル102Cが形成されている。複数のノズル102Cの先端は、キャリッジ102A及びインクジェットヘッド102Bの下面から露出されている。インクジェットヘッド102Bは、前記インク収容部から前記インクチューブを介してインクジェットヘッド102Bに供給された水性インクを吐出する力を付与するためのアクチュエータ(図示せず)を有している。前記アクチュエータは、圧電素子方式、サーマルインク方式、静電吸引方式等、いかなる方式であってもよい。キャリッジ102Aが記録用紙Pの搬送方向と垂直方向に往復移動する過程において、インクジェットヘッド102Bは、複数のノズル102Cから水性インクを微小なインク滴として吐出する。これにより、記録用紙Pに画像が記録される。プラテン103は、前記記録機構と対向するように配置されており、給紙トレイ101から搬送されてきた記録用紙Pを支持する。なお、図1に示す装置では、シリアル型インクジェットヘッドを採用するが、本発明は、これに限定されない。前記インクジェット記録装置は、ライン型インクジェットヘッドやロールトゥロールを採用する装置であってもよい。
乾燥手段104は、記録用紙Pの記録部分を加熱乾燥する。この乾燥時の記録用紙P上の温度は、例えば、前記アクリル系樹脂粒子のTgの0.1倍~10倍、0.2倍~8倍の温度、0.5倍~5倍の温度であってもよい。前記温度は、乾燥手段104の設定変更により適宜調整可能であり、具体的には、例えば、0℃~400℃、5℃~350℃、10℃~250℃である。また、前記乾燥の時間も、乾燥手段104の設定変更により適宜調整可能であり、例えば、0秒を超えて300秒以下、0.05秒~60秒、0.07秒~30秒である。本発明の水性インクは、高温、長時間の加熱乾燥を要した従来の水性インクと比べて、より低温、短時間の乾燥で、コート紙上に形成されたインク膜の耐擦性が向上する。乾燥手段104は、前記記録部分を加熱乾燥可能なものであればいかなるものであってもよい。また、乾燥手段104による加熱方式は、特に制限されず、例えば、伝熱、対流、輻射等のいかなるものであってもよい。乾燥手段104としては、例えば、市販のドライヤー(温風)、オーブン、ベルトコンベアオーブン、アイロン、ホットプレス機、プレートヒーター、IRヒーター等があげられ、ドライヤー、オーブン、ベルトコンベアオーブン等の記録用紙Pの記録部分に接触することなく前記記録部分を加熱乾燥する非接触乾燥手段が好ましい。
図1に示す装置では、インクジェットヘッド102B側に記録用紙Pの記録部分と対向するように配置された乾燥手段104により記録用紙Pの記録部分を加熱乾燥する一例を示したが、これに限定されない。乾燥手段104は、記録用紙Pの記録部分を加熱乾燥できればよく、例えば、記録用紙Pの記録部分と反対側、すなわち、インクジェットヘッド102Bのノズル102Cと対向する側に配置されてもよい。
記録・乾燥後の記録用紙Pは、排紙トレイ105へと搬送される。本発明によれば、複
雑な構成を要することなく、記録媒体P上に記録されたインク膜の耐擦性を向上可能である。
つぎに、前記メンテナンスユニットについて説明する。前記メンテナンスユニットは、プラテン103に対して走査方向の一方側に配置された廃液フォーム(図示せず)、キャップ(図示せず)、チューブ(図示せず)及びポンプ(図示せず)を有している。また、前記メンテナンスユニットのプラテン103側には、前記メンテナンスユニットに隣接してワイパ部材(図示せず)が配置されている。前記ワイプ部材は、へら状に形成されており、キャリッジ102Aの移動に伴って、インクジェットヘッド102Bのノズル102Cの先端部(インク吐出面)を拭うものである。
つぎに、本発明の実施例について比較例と併せて説明する。なお、本発明は、下記の実施例及び比較例により限定及び制限されない。
(顔料分散液Aの調整)
顔料(カーボンブラック)20質量%、スチレン-アクリル酸共重合体の水酸化ナトリウム中和物7質量%(酸価175mgKOH/g、分子量10000)に、純水を加え全体を100質量%とし、撹拌混合して混合物を得た。この混合物を、0.3mm径ジルコニアビーズを充填した湿式サンドミルに入れ、6時間分散処理を行った。その後、ジルコニアビーズをセパレータにより取り除き、孔径3.0μmセルロースアセテートフィルターでろ過することにより、顔料分散液Aを得た。なお、スチレン-アクリル酸共重合体は、一般に顔料の分散剤として用いられる水溶性のポリマーである。
(実施例1~11及び比較例1~11)
水性インク組成(表1)における、顔料分散液Aを除く成分を、均一に混合しインク溶媒を得た。つぎに、顔料分散液Aに前記インク溶媒を加え、均一に混合した。その後、得られた混合物を、東洋濾紙(株)製のセルロースアセテートタイプメンブレンフィルタ(孔径3.00μm)でろ過することで、実施例1~11及び比較例1~11のインクジェット記録用水性インクを得た。
(インク膜の作製方法)
テフロン(登録商標)のシャーレにインクを滴下し、恒温槽中において100℃で6時間乾燥し、平均厚みが0.4mmのインク膜を得た。このインク膜を、さらに10mm幅の長方形形状にカットし、貯蔵弾性率E’の測定に供する試験片とした。
(貯蔵弾性率E’の測定方法)
まず、20℃にて前記試験片を動的粘弾性測定装置(TA Instruments社製「RSA-G2」)にセットした後、-60℃まで冷却した。-60℃に到達した後、以下の測定条件にて動的粘弾性を測定した。得られた測定データを「25℃の貯蔵弾性率E’」とした。
・測定温度範囲 :-60℃~100℃
・昇温速度 :2.5℃/min
・周波数 :10Hz
・初期歪 :0.1%
・クランプ間距離:10mm
実施例1~11及び比較例1~11の水性インクについて、(a)コート紙上に記録されたインク膜の耐擦性評価、(b)保存安定性評価を、下記方法により実施した。
(a)コート紙上に記録されたインク膜の耐擦性評価
接触式のプレートヒーターを用いて、コート紙(王子製紙(株)製の「OKトップコート+」)の表面温度が50℃に達するまで加熱した。なお、前記表面温度は、非接触式温度計にて測定した。つぎに、ブラザー工業(株)製のインクジェットプリンタMFC-J6995CDWを使用して、実施例及び比較例の水性インクを用いて、前記コート紙上にベタ画像を記録した。つぎに、排紙から1秒後に、綿棒を用いて、荷重1kgの条件で、前記ベタ画像の表面を擦った。その後、前記ベタ画像中の3箇所の光学濃度(OD値)を、X-Rite社製の分光測色計SpectroEye(光源:D50、視野角:2°、ANSI-T)により測定し、平均値を求め、下記評価基準に従って、コート紙での光学濃度(OD値)を評価した。
コート紙上に記録されたインク膜の耐擦性評価 評価基準
A:ベタ画像の表面を擦らなかったときとの光学濃度(OD値)からの低下率が5%以下であった。
B:ベタ画像の表面を擦らなかったときとの光学濃度(OD値)からの低下率が5%を超えて10%以下であった。
C:ベタ画像の表面を擦らなかったときとの光学濃度(OD値)からの低下率が10%を超えた。
(b)保存安定性評価
粘度を測定した調製直後の実施例及び比較例の水性インクを、密閉容器に入れ、60℃の環境下に2週間保存した。このようにして作製した評価サンプルの粘度を測定し、下記評価基準に従って保存安定性を評価した。前記粘度は、コーンプレート式粘度計(東機産業(株)製のTVE-25)を用いて、25℃で測定した。
保存安定性評価 評価基準
A:前記評価サンプルにおいて、調製直後からの粘度変化率が5%以下であった。
B:前記評価サンプルにおいて、調製直後からの粘度変化率が5%を超えて10以下であった。
C:前記評価サンプルにおいて、調製直後からの粘度変化率が10%を超えた。
実施例1~11及び比較例1~11の水性インクの水性インク組成及び評価結果を、表1に示す。
Figure 2022156109000001
表1に示すとおり、実施例1~11では、耐擦性及び保存安定性の評価結果が全て「B」以上であり良好であった。乾固したインク膜の25℃における貯蔵弾性率E’が異なる以外は同じ成分である実施例1及び9~11に注目すると、貯蔵弾性率E’が2.1×10Pa以上である実施例1及び11では、耐擦性及び保存安定性の評価結果が全て「A」以上であり、貯蔵弾性率E’が2.1×10Pa以下である実施例9及び10よりも、より良好であった。また、貯蔵弾性率E’が、9.7×10Pa以上であって、前記樹脂粒子のTgが異なる以外は同じ組成である実施例1~5に注目すると、Tgが49℃以上である前記樹脂粒子を用いた実施例1~3では、保存安定性の評価結果が全て「A」以上であり、Tgが49℃未満である前記樹脂粒子を用いた実施例4~5よりも、より保存安定性に優れていた。
一方、表1に示すとおり、比較例1~11では、耐擦性及び保存安定性のうち少なくとも一つの評価結果が「C」であった。前記アクリル系ポリマーに代えて、スチレンブタジエン系ポリマーを用いた比較例1、及びウレタン系ポリマーを用いた比較例2では、耐擦性及び保存安定性の双方の評価結果が悪かった。貯蔵弾性率E’が9.7×10Pa以下である比較例3及び4では、耐擦性の評価結果が悪かった。前記グリコールエーテルとして、ブチルトリグリコールを用いた比較例5及び8では、耐擦性の評価結果が悪かった。また、比較例8では、保存安定性の評価結果も悪かった。比較例8の保存安定性の評価結果が悪くなったメカニズムとしては、例えば、比較例5と比較して前記樹脂粒子の配合量が増加したため、溶剤であるブチルトリグリコールとの相互作用が増幅され、保存安定性が低下したと推定されるが、この推定に何ら制限されない。前記ジオールとして、1,2-ペンタンジオールを用いた比較例6では、耐擦性の評価結果が悪かった。前記ジオールとして、プロピレングリコールを用いた比較例7では、耐擦性の評価結果が悪かった。前記ジプロピレングリコールモノプロピルエーテルに代えて、トリプロピレングリコールモノメチルエーテルを用いた比較例9では、耐擦性及び保存安定性の双方の評価結果が悪かった。前記グリコールエーテルとして、ジプロピレングリコールモノブチルエーテルを用いた比較例10、及びトリプロピレングリコールモノブチルエーテルを用いた比較例11では、耐擦性及び保存安定性の双方の評価結果が悪かった。
上記実施形態及び実施例の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載し得るが、以下には限定されない。
(付記1)
顔料、樹脂粒子、溶剤、及び水を含み、
前記樹脂粒子が、アクリル系ポリマーであり、
乾固したインク膜の25℃における貯蔵弾性率E’が、9.7×10Pa以上であることを特徴とするインクジェット記録用水性インク。
(付記2)
乾固したインク膜の25℃における貯蔵弾性率E’が、2.1×10Pa以上である、付記1記載のインクジェット記録用水性インク。
(付記3)
前記溶剤は、ジオールおよびグリコールエーテルの双方を含む、付記1又は2記載のインクジェット記録用水性インク。
(付記4)
前記ジオールが1,2-ヘキサンジオールおよび1,6-ヘキサンジオールの少なくとも一方である、付記3記載のインクジェット記録用水性インク。
(付記5)
2種類以上の前記グリコールエーテルを含む、付記3又は4記載のインクジェット記録用水性インク。
(付記6)
2種類以上の前記グリコールエーテルのうち、一方はジプロピレングリコールモノプロピルエーテルであり、他方はプロピレングリコールモノプロピルエーテルおよびプロピレングリコールモノブチルエーテルの少なくとも一方である、付記5記載のインクジェット記録用水性インク。
(付記7)
前記溶剤の配合量が、6重量%以上、10重量%以下であり、且つ下記条件(X)を満たす、付記6記載のインクジェット記録用水性インク。

条件(X):B/A≦1
A:前記ジプロピレングリコールモノプロピルエーテルの配合量(重量%)
B:前記プロピレングリコールモノプロピルエーテルおよび前記プロピレングリコールモノブチルエーテルの少なくとも一方の配合量(重量%)
(付記8)
顔料、樹脂粒子、溶剤、及び水を含み、
前記樹脂粒子が、アクリル系ポリマーであり、
前記溶剤は、ジオールおよびグリコールエーテルの双方を含むことを特徴とするインクジェット記録用水性インク。
(付記9)
前記ジオールが1,2-ヘキサンジオールおよび1,6-ヘキサンジオールの少なくとも一方である、付記8記載のインクジェット記録用水性インク。
(付記10)
2種類以上の前記グリコールエーテルを含む、付記8又は9記載のインクジェット記録用水性インク。
(付記11)
2種類以上の前記グリコールエーテルのうち、一方はジプロピレングリコールモノプロピルエーテルであり、他方はプロピレングリコールモノプロピルエーテルおよびプロピレングリコールモノブチルエーテルの少なくとも一方である、付記10記載のインクジェット記録用水性インク。
(付記12)
前記溶剤の配合量が、6重量%以上、10重量%以下であり、且つ下記条件(X)を満たす、付記11記載のインクジェット記録用水性インク。

条件(X):B/A≦1
A:前記ジプロピレングリコールモノプロピルエーテルの配合量(重量%)
B:前記プロピレングリコールモノプロピルエーテルおよび前記プロピレングリコールモノブチルエーテルの少なくとも一方の配合量(重量%)
(付記13)
乾固したインク膜の25℃における貯蔵弾性率E’が9.7×10Pa以上である、付記8から12のいずれかに記載のインクジェット記録用水性インク。
(付記14)
乾固したインク膜の25℃における貯蔵弾性率E’が2.1×10Pa以上である、付記13記載のインクジェット記録用水性インク。
(付記15)
前記顔料が、カーボンブラックである、付記1~14のいずれかに記載のインクジェット記録用水性インク。
(付記16)
前記樹脂粒子のガラス転移温度が、24℃以上80℃以下である、付記1~15のいずれかに記載のインクジェット記録用水性インク。
(付記17)
前記樹脂粒子のガラス転移温度が、49℃以上である、付記16記載のインクジェット記録用水性インク。
(付記18)
前記樹脂粒子の配合量が、4.3重量%以上、5.0重量%以下である、付記1~17のいずれかに記載のインクジェット記録用水性インク。
(付記19)
インク収容部、及びインク吐出手段を含み、
前記インク収容部に収容されたインクを前記インク吐出手段によって吐出するインクジェット記録装置であって、
さらに、前記インク吐出手段により吐出された前記インクによる記録部分を加熱乾燥させる乾燥手段を含み、
前記インク収容部に、付記1~18のいずれかに記載のインクジェット記録用水性インクが収容されていることを特徴とする、インクジェット記録装置。
(付記20)
前記乾燥手段は、前記インクによる記録部分に対して、44J/cm以上、131J/cm以下の熱量を与える、付記19記載のインクジェット記録装置。
(付記21)
記録媒体に水性インクをインクジェット方式により吐出して記録する記録工程と、
前記記録媒体の記録部分を加熱する乾燥手段を用いて、前記記録工程において前記記録媒体に付着した前記水性インクを、前記前記記録媒体に定着させる定着工程と、を含み、
前記記録工程において、前記水性インクとして、付記1~18のいずれかに記載のインクジェット記録用水性インクを用いることを特徴とする、インクジェット記録方法。
(付記22)
前記定着工程は、前記記録媒体の記録部分を加熱する乾燥手段を用いて、前記記録部分に対して、44J/cm以上、131J/cm以下の熱量を与え、前記水性インクを前記記録媒体に定着させる、付記21記載のインクジェット記録方法。
(付記23)
前記記録媒体は、コート紙である、付記21又は22記載のインクジェット記録方法。
(付記24)
インクジェット記録用水性インクを含むインク収容容器であって、前記水性インクが、付記1~18のいずれかに記載のインクジェット記録用水性インクであることを特徴とする、インク収容容器。
以上のように、本発明の水性インクは、より低温、短時間の乾燥で、コート紙にも定着可能である。本発明の水性インクの用途は、コート紙へのインクジェット記録に限定されず、普通紙、光沢紙、マット紙等の各種記録媒体へのインクジェット記録に広く適用可能である。
100 インクジェット記録装置
101 給紙トレイ
102A キャリッジ
102B インクジェットヘッド(インク吐出手段)
102C ノズル
103 プラテン
104 乾燥手段
105 排紙トレイ

Claims (17)

  1. 顔料、樹脂粒子、溶剤、及び水を含み、
    前記樹脂粒子が、アクリル系ポリマーであり、
    乾固したインク膜の25℃における貯蔵弾性率E’が、9.7×10Pa以上であることを特徴とするインクジェット記録用水性インク。
  2. 乾固したインク膜の25℃における貯蔵弾性率E’が、2.1×10Pa以上である、請求項1記載のインクジェット記録用水性インク。
  3. 前記溶剤は、ジオールおよびグリコールエーテルの双方を含むことを特徴とする、請求項1又は2記載のインクジェット記録用水性インク。
  4. 前記ジオールが1,2-ヘキサンジオールおよび1,6-ヘキサンジオールの少なくとも一方である、請求項3記載のインクジェット記録用水性インク。
  5. 2種類以上の前記グリコールエーテルを含む、請求項3又は4記載のインクジェット記録用水性インク。
  6. 2種類以上の前記グリコールエーテルのうち、一方はジプロピレングリコールモノプロピルエーテルであり、他方はプロピレングリコールモノプロピルエーテルおよびプロピレングリコールモノブチルエーテルの少なくとも一方である、請求項5記載のインクジェット記録用水性インク。
  7. 前記溶剤の配合量が、6重量%以上、10重量%以下であり、且つ下記条件(X)を満たす、請求項6記載のインクジェット記録用水性インク。

    条件(X):B/A≦1
    A:前記ジプロピレングリコールモノプロピルエーテルの配合量(重量%)
    B:前記プロピレングリコールモノプロピルエーテルおよび前記プロピレングリコールモノブチルエーテルの少なくとも一方の配合量(重量%)
  8. 前記顔料が、カーボンブラックである、請求項1~7のいずれか一項に記載のインクジェット記録用水性インク。
  9. 前記樹脂粒子のガラス転移温度が、24℃以上80℃以下である、請求項1~8のいずれか一項に記載のインクジェット記録用水性インク。
  10. 前記樹脂粒子のガラス転移温度が、49℃以上である、請求項9記載のインクジェット記録用水性インク。
  11. 前記樹脂粒子の配合量が、4.3重量%以上、5.0重量%以下である、請求項1~10のいずれか一項に記載のインクジェット記録用水性インク。
  12. インク収容部、及びインク吐出手段を含み、
    前記インク収容部に収容されたインクを前記インク吐出手段によって吐出するインクジェット記録装置であって、
    さらに、前記インク吐出手段により吐出された前記インクによる記録部分を加熱乾燥させる乾燥手段を含み、
    前記インク収容部に、請求項1~11のいずれか一項に記載のインクジェット記録用水性インクが収容されていることを特徴とする、インクジェット記録装置。
  13. 前記乾燥手段は、前記インクによる記録部分に対して、44J/cm以上、131J/cm以下の熱量を与える、請求項12記載のインクジェット記録装置。
  14. 記録媒体に水性インクをインクジェット方式により吐出して記録する記録工程と、
    前記記録媒体の記録部分を加熱する乾燥手段を用いて、前記記録工程において前記記録媒体に付着した前記水性インクを、前記前記記録媒体に定着させる定着工程と、を含み、
    前記記録工程において、前記水性インクとして、請求項1~11のいずれか一項に記載のインクジェット記録用水性インクを用いることを特徴とする、インクジェット記録方法。
  15. 前記定着工程は、前記記録媒体の記録部分を加熱する乾燥手段を用いて、前記記録部分に対して、44J/cm以上、131J/cm以下の熱量を与え、前記水性インクを前記記録媒体に定着させる、請求項14記載のインクジェット記録方法。
  16. 前記記録媒体は、コート紙である、請求項14又は15記載のインクジェット記録方法。
  17. インクジェット記録用水性インクを含むインク収容容器であって、前記水性インクが、請求項1~11のいずれか一項に記載のインクジェット記録用水性インクであることを特徴とする、インク収容容器。
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