JP2995859B2

JP2995859B2 - 水性記録用インク組成物

Info

Publication number: JP2995859B2
Application number: JP31882590A
Authority: JP
Inventors: 宣幸柳瀬; 道也塚原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1990-11-22
Filing date: 1990-11-22
Publication date: 1999-12-27
Anticipated expiration: 2014-12-27
Also published as: JPH04189876A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、液体インクを用いて記録を行うインクジェ
ットプリンタに供する水性記録用インク組成物に関す
る。

［従来の技術］従来、記録用液体インク組成物の着色剤にカーボンブ
ラックを使用した例が、特開昭61−283875、特開昭64−
6074、特開平１−31881等に記載されている。

［発明が解決しようとする課題］従来、着色剤にカーボンブラックを用いることによっ
て、記録物に高い耐光性、耐薬品性、耐水性が付与でき
る反面、着色剤に染料を使用した均一なインク系のもの
に比べて、カーボンブラックの凝集が発生し易く、目詰
まり等記録時の信頼性確保が困難であり、高解像度記録
実現の大きな妨げとなっていた。同様にインク保存時に
おいても、長期保存安定性の確保が大きな課題となって
いた。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、
その一つの目的は、新規の水性記録用インク組成物を提
供することにある。

本発明のもう一つの目的は、カーボンブラックのも
つ、高い耐光性、耐薬品性、耐水性を活かした記録物の
保存安定性に優れた水性記録用インク組成物を提供する
ことにある。

本発明のもう一つの目的は、記録時の目詰まりを防止
して信頼性を確保し、高解像を記録が達成できる水性記
録用インク組成物を提供することにある。

本発明のもう一つの目的は、保存時においてインク組
成物中のカーボンブラックの凝集が発生せず、安定性の
優れた水性記録用インク組成物を提供することにある。

［課題を解決するための手段］本発明の水性記録用インク組成物は、少なくともpH7
以上のカーボンブラックと、分散剤を含有してなり、イ
ンク組成物のpHが20℃で3.2〜6.8の範囲にあることを特
徴とする。また、本発明の水性記録用インク組成物は、
緩衝液を含むことを特徴とする。

（発明の具体的説明）以下、本発明の水性記録用インク組成物に用いられる
材料に関して、詳細に説明する。

従来からインク組成物用溶媒としては、低粘度である
こと、安全性に優れること、取扱が容易であること、コ
ストが安いこと、臭気が無いこと等の理由より主に水が
用いられている。また諸特性の向上を目的として、エタ
ノール、プロパノール等のアルコール類、エチレングリ
コール、ジエチレングリコール、グリセリン等の多価ア
ルコール類、あるいはそれらのエーテル化物、エステル
化物等の水溶性有機溶剤を添加することができる。

着色剤であるカーボンブラックは、アミン類の官能基
を有するか、アミン類の官能基を有する物質による被膜
層が多いものであり、pHが７以上のものを用いる。この
カーボンブラックのpHは以下の測定法により得られた値
を言う。すなわち、測定するカーボンブラック3gおよび
蒸留水100gをビーカーに入れ全重量を測定し、これを１
時間煮沸する。室温まで放冷後全重量を測定し、煮沸に
よる減量分の蒸留水を加え攪拌した後10分間静置し、上
澄液のpHをガラス電極式pHメーターで測定する。

上記の測定法によりpHが７以上である市販のカーボン
ブラックは、例えば三菱化成工業社登録商標＃2300、＃
900、＃950、＃850、MCF88、CF9、＃4000B、＃52、＃4
4、＃40、＃5B、デグサ社登録商標プリンテックス95、
プリンテックス90、プリンテックス85、プリンテックス
80、プリンテックス75、プリンテックス55、プリンテッ
クス45、プリンテックス40、プリンテックスＰ、コロン
ビヤンカーボン社登録商標ラーベン790、ラーベン450、
ラーベン430、ラーベン420、ラーベン410、ラーベンH2
0、キャボット社登録商標モナーク880、モナーク800、
モナーク700、リーガル330R、エルフテックス８、エル
フテックス12、ライオンアクゾ社登録商標ケチェンブラ
ックEC、ケッチェンブラックEC−DJ500、ケッチェンブ
ラックEC−DJ600等使用することができるが、本発明のp
H7以上のカーボンブラックは、上記市販のものに限定さ
れず、各種の処理剤、および表面改質法により処理さ
れ、pHが７以上になったものも使用できる。またその添
加量はインク組成物全重量に対して１〜30重量％が好ま
しいが、さらには３〜12重量％が好ましい。

本発明に使用できる分散剤は、通常の水溶性界面活性
剤、または高分子分散剤である。水溶性界面活性剤とし
ては、通常の水溶性であるイオン性、またはノニオン性
界面活性剤を添加することができる。例えばアニオン界
面活性剤としては、高級脂肪酸塩、高級アルキルジカル
ボン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩、高級アルキ
ルスルホン酸塩、高級脂肪酸とアミノ酸の縮合物、スル
ホ琥珀酸エステル塩、ナフテン酸塩等、カチオン界面活
性剤としては、脂肪族アミノ塩、第４アンモニウム塩、
スルホニウム塩、ホスフォニウム塩等、両性界面活性剤
としてはベタイン型等、ノニオン界面活性剤としては、
ポリオキシエチレン化合物を脂肪酸エステル型、ポリエ
チレンオキサイド縮合型等の内１種、もしくは２種以上
使用することができる。炭化水素系界面活性剤の添加量
は、その種類に応じて適宜設定することができるが、そ
の添加は分散性の付与と同時にインクと紙表面との濡れ
性をも改善し、インクの紙への浸透を促し、にじみの発
生による印字品質の劣化をまねくので、0.01〜５重量％
が好ましい。

次に高分子分散剤としては、ゼラチン、カゼイン等の
タンパク質、アラビアゴム等の天然ゴム、サボニン等の
グルコキシド、メチルセルロース、カルボキシメチルセ
ルロース、ヒドロキシメチルセルロース等のセルロース
誘導体、リグニンスルホン酸塩、セラック等の天然高分
子、ポリアクリル酸塩、スチレン−アクリル酸共重合物
塩、ビニルナフタレン−アクリル酸共重合物塩、スチレ
ンーマレイン酸共重合物塩、ビニルナフタレンーマレイ
ン酸共重合物塩、β−ナフタレンスルホン酸ホルマリン
縮合物のナトリウム塩、ポリリン酸等の陰イオン性高分
子、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポ
リエチレングリコール等の非イオン性高分子であり、こ
れらの内１種、または２種以上を混合して用いることが
できる。高分子分散剤は、同時にカーボンブラックの定
着剤としての効果も期待できるので、その添加量はイン
ク組成物全重量に対し、0.3〜30重量％が好ましく、さ
らに好ましくは１〜15重量％である。

さらに前記高分子分散剤以外に、記録紙上でのカーボ
ンブラック定着成分として、アクリル樹脂、アクリルス
チレン系樹脂等の水溶性樹脂、またはエマルジョン等の
形態で含有することができる。

また本発明に用いられるpH調整剤として、単体で水に
溶解したときに酸性を示すものなら、有機化合物、無機
化合物、気体、液体、固体を問わずなんでも使用でき
る。さらに一般に純水であっても、開放した系で放置し
ておくと、空気中の炭酸ガスを吸収しpHが酸性寄りにな
ることから積極的にpH調整剤を添加しなくてもよく、前
記分散剤等でpHが、3.2〜6.8になるものならこの場合も
pH調整剤は不要である。またpHの経時変化を抑制するた
めに、緩衝液を使用するのは好ましい。例えば、フタル
酸水素カリウム−水酸化ナトリウム、クエン酸ナトリウ
ム−水酸化ナトリウム、クエン酸二水素カリウム−四ホ
ウ酸ナトリウム、酢酸−酢酸ナトリウム、燐酸水素二ナ
トリウム−クエン酸等を適当量混合した系である。その
添加量はインク組成物全重量に対し0.01〜35重量％が好
ましいが、先に純水に0.001〜0.5mol/lの濃度で溶解し
ておき、これを溶媒としてインク組成物調製に用いると
よい。緩衝液のpHが７より大きい場合、pH7以上のカー
ボンブラックの電気的な反発力が低下することが予想さ
れ、分散状態が不安定になり、特に環境温度の変化によ
り粒子の凝集が発生しやすくなる。またpH3より小さい
場合は、インクそのものが強酸性となり、インク流路、
ノズル材質を腐食等侵し吐出不要の原因となるおそれが
あり、また水性記録用インク組成物としての安全性の面
から考えて適当でない。

以上の他、必要に応じて安息香酸、ジクロロフェン、
ヘキサクロロフェン、ソルビン酸、ｐ−ヒドロキシ安息
香酸エステル、エチレンジアミン四酢酸（EDTA）等を防
カビ剤、防腐剤、防錆剤、の目的で含有することができ
る。さらに消泡剤や、ノズル乾燥防止用として尿素、チ
オ尿素、エチレン尿素等含有することができる。

また本発明の水性記録用インク組成物は、従来から用
いられているカーボンブラック微細分散法、例えばボー
ルミル、サンドミル、アトライター、ロールミル、アジ
テータ、ヘンシェルミキサ、コロイドミル、超音波ホモ
ジナイザー、パールミル等によって簡便に製造すること
ができる。分散後巨大粒子を除去するために、加圧、ま
たは減圧濾過を行うのがよい。分散後のカーボンブラッ
クの平均粒子径は、インクジェットプリンタとして３〜
５μｍで使用することができるが、１μｍ以下が好まし
く、0.5μｍがより好ましい。

［実施例］以下実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、
本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

実施例１組成カーボンブラック：６重量％（CF9:三菱化成（株）樹脂：ポリビニルアルコール３重量％（デンカポバールＢ−03:電気化学工業（株））分散剤：１重量％ β−ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物のナトリウ
ム塩（ラベリンFHL:第一工業製薬（株））溶媒： 90重量％フタル酸水素カリウム0.05mol/l水溶液インク組成物調製方法は、先ず溶媒に所定量の２倍の
量の樹脂、分散剤を溶解させ、完全溶解後カーボンブラ
ックを同様に２倍の添加量で加える。この分散剤、カー
ボンブラック混合液をミキサーで２時間攪拌、混合し、
次にサンドミルを用いて８時間分散させた。その後、巨
大粒子を除くため東洋濾紙No2で2kg/cm₂の圧力で減圧濾
過し、分散液を得た。次にこの分散液を前記溶媒で希釈
し所定の組成になるように調整した。

こうして得られたインクサンプルについて、吐出ノズ
ル径50μｍ、圧電素子駆動電圧150V、駆動周波数2kHz、
解像度300ドット／インチの試作９ノズル評価機を用い
て、PPC用紙、ボンド紙、上質紙にべた、アルファベッ
ト文字等を印字し、文字印字サンプル目視による印字品
質評価、12時間連続印字中のドット抜けの有無を調査す
る連続吐出安定性評価を行った。

またガラス製サンプル瓶密閉中における環境温度70
℃、湿度85％30日間の恒温恒湿槽中でのカーボンブラッ
ク粒子の粒径変化を400倍透過顕微鏡で観察する保存安
全性評価を行った。

印字品質については、評価結果を下記に分類した。

にじみが肉眼で観察されない・・・・・・・◎ にじみは見られるが文字は認識できる・・・○ 文字が認識できない・・・・・・・・・・・× またドット抜けについては、評価結果を次のように分
類した。

12時間以内にドット抜け10回以内発生・◎ ６時間以内にドット抜け10回以内発生・・○ １時間以内にドット抜け10回以上発生・・× さらに保存安定性に関しては、評価結果を下記のよう
に分類した。

30日で粒径に変化無し・・・・・・・・・◎ 30日で若干粒径変化が観察された・・・・△ 30日で明らかに粒系が大きくなった・・・× 評価結果は、いずれも◎であった。

実施例２実施例１と同様の方法で第１表に実施例２−１〜２−
として示すインク組成物を得た。

第１表におけるプリンテックス55はデグサ社登録商
標、＃30、MA100は三菱化成社登録商標、ラーベン780は
コロンビヤンカーボン社登録商標のカーボンブラックで
ある。またイメージペプタイドRXは新田ゼラチン社登録
商標のポリペプタイドである。さらに緩衝液１、緩衝液
２について詳しく記す。まず緩衝液１は、燐酸二水素カ
リウムと、燐酸水素二ナトリウムとを、それぞれ0.025m
ol/lの濃度で、２回蒸留を行った純水に溶解したもので
ある。緩衝液２は、フタル酸水素カリウムを0.05mol/l
の濃度で、緩衝液１同様に純水に溶解したものである。
また各インク組成物の数値は、添加した重量％を示して
いる。さらにpH、粘度、表面張力値は、20℃における測
定値である。

実施例２についても実施例１と同様の評価を行ったと
ころ、いずれも◎であった。詳細な評価結果は第２表に
示す通りである。

比較例実施例１と同様の方法で比較例として第１表に比較例
１〜３として示すインク組成物を調製した。

これら比較例について実施例１と同様に評価行ったと
ころ、第２表および以下に説明するような結果が得られ
た。

比較例１は、酸性カーボンブラックに対しインク組成
物を酢酸を用いて酸性化したものであり、pHは3.2〜6.8
の範囲にあるがカーボンブラック粒子の電荷を打ち消し
てしまい分散安定性がまったく確保されなかった。そこ
でドット抜け、保存安定性の評価も×となった。

比較例２は、塩基性カーボンブラックに対しインク組
成物を水酸化カリウムを用いてアルカリ性化したもので
あり、pH3.2〜6.8の範囲になく比較例１同様カーボンブ
ラック粒子の電荷を打ち消す方向であるので、分散安定
性がまったく確保できず、ドット抜け、保存安定性評価
も×の結果となった。

比較例３は、硫酸のような強酸を過剰に添加したの
で、インク組成物pHが３より小さくなってしまい、保存
安定性は確保されるものの評価機の材質を侵すためか、
インク吐出不良を発生させた。そこでドット抜け評価が
×となってしまった。また安全上からも好ましくない。

［発明の効果］本発明によれば、カーボンブラックのもつ、高い耐光
性、耐薬品性、耐水性を活かした記録物の保存安定性に
優れた水性記録用インク組成物を提供するという効果を
有する。

また本発明によれば、記録時の目詰まりを防止して信
頼性を確保し、高解像を記録が達成できる水性記録用イ
ンク組成物を提供するという効果を有する。

さらに本発明によれば、保存時においてインク組成物
中のカーボンブラックの凝集が発生せず、安定性の優れ
た水性記録用インク組成物を提供するという効果を有す
る。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともpH7以上のカーボンブラック
と、分散剤を含有してなり、インク組成物のpHが20℃で
3.2〜6.8の範囲にあることを特徴とする水性記録用イン
ク組成物。
【請求項２】緩衝液を含むことを特徴とする、請求項１
記載の水性記録用インク組成物。