JP3661576B2 - 水性インク組成物 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吐出安定性に優れ、インクジェット記録用インクとして用いた場合にノズルの目詰まりを起こすおそれがない水性インク組成物に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
インクジェット記録方式は、非常に微細なノズルからインク液滴を記録媒体に直接吐出、付着させて、文字や画像を得る方式である。近年パソコン等の出力装置として用いるプリンターにおいて多色化が進んでいるところ、この記録方式によれば多色印刷を容易に行えるため、この記録方式は種々の用途において急速に普及している。その作動原理は、ディフレクション方式、キャビティ方式、サーモジェット方式、バブルジェット方式、サーマルインクジェット方式等多数あるが、何れのインクジェット記録方式においても、微細なノズルからインク液滴が連続的に安定して吐出されなければならない。このため、インクジェット記録用インクには、記録画像の画質や堅牢性(耐水性、耐光性)等が高いことに加えて、吐出安定性が高く、ノズルに目詰まりしないことが求められる。
【0003】
また、インクジェット記録用インクとしては、その取扱性及び安全性等の点から、水性インクが用いられる場合が多い。水性インクは、染料インクと顔料インクとに大別でき、染料インクについては、例えば、特開平8−60053号公報に、吐出安定性に優れたインクとして、有機アミンを含有する染料インクが開示されている。一方、顔料インクは、染料インクに比して画像堅牢性に優れており、その特性を活かしたインクジェット記録用インクの開発が望まれているが、染料インクに比して吐出安定性に劣り、顔料の沈降・凝集に伴うノズルの目詰まりが起こり易いという欠点を有している。このため、顔料インクの吐出安定性の向上は、是非とも解決しなければならない技術的課題である。
【0004】
顔料インクの吐出安定性の向上を図ったものとして、例えば、特開平6−264016号公報には、顔料、高分子分散剤、水溶性有機溶剤、乾燥防止剤及び有機アミンを2種類以上含有させたインクジェット記録用インクが開示されている。しかし、このインクは、優れた吐出安定性を付与し得るプロパノール骨格を有する有機アミン化合物であるアミノメチルプロパノールを含有するものの、表面張力が高く紙に濡れにくいインク、いわゆる緩浸透タイプのインクであるため、乾燥時間が長いという問題があった。また、このインクを多色印刷に用いた場合には、異なる色の境界で記録媒体上のインク滴同士が繋がり、ブリードと呼ばれる色の混じり合いによる画質低下を招くおそれがあり、多色印刷に適したインクではなかった。また、このインクは、OHPシートのような非吸収性の記録媒体への印字には適用出来ず、適用可能な記録媒体の幅が狭かった。
【0005】
従って、本発明の目的は、吐出安定性に優れ、インクジェット記録用インクとして用いた場合にノズルの目詰まりを起こすおそれがなく、更に、乾燥時間が短く、ブリードが生じ難く、且つ適用可能な記録媒体の幅が広い水性インク組成物を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成すべく種々検討した結果なされたもので、少なくとも、顔料、分散剤、プロパノール骨格を有する有機アミン化合物、浸透促進剤及び水を含有する水性インク組成物を提供するものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の水性インク組成物について詳述する。
本発明の水性インク組成物は、前述の通り、顔料、分散剤、「プロパノール骨格を有する有機アミン化合物」(以下、有機アミンという)、浸透促進剤及び水を必須成分として含有する。
【0008】
本発明の水性インク組成物に含有される前記顔料としては、例えば、カーボンブラックやカラーインデックスに記載されているピグメントイエロー、ピグメントレッド、ピグメントバイオレット、ピグメントブルー、ピグメントブラック等の顔料の他、フタロシアニン系、アゾ系、アントラキノン系、アゾメチン系、縮合環系等の顔料を用いることができる。また、黄色4号、5号、205号、401号;橙色204号;赤色104号、201号、202号、204号、220号、226〜228号、405号;青色1号、404号等の有機顔料や、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化鉄、群青、紺青、酸化クローム等の無機顔料を用いることもできる。
【0009】
また、前記顔料は、インクの保存安定性やノズルの目詰まり防止の観点から、その平均粒径が1〜300nmであることが好ましく、10〜200nmであることが更に好ましい。
【0010】
前記顔料は、本発明の水性インク組成物中、好ましくは1〜30重量%、更に好ましくは3〜10重量%含有される。含有量が1重量%未満では、印字濃度が不十分であり、30重量%超では、粘度の増大やインクジェット記録用インクとして用いた場合にノズルの目詰まりを起こすおそれがある。
【0011】
本発明の水性インク組成物に含有される前記分散剤としては、この種の水性顔料インクにおけるものと同様のものを特に制限なく用いることができる。具体的には、例えば、高級脂肪酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩等のアニオン界面活性剤、脂肪族アミン塩、ホスフォニウム塩等のカチオン界面活性剤、ポリオキシエチレン化合物の脂肪酸エステル等のノニオン界面活性剤等の水溶性界面活性剤や、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−マレイン酸共重合物塩、ビニルナフタレン−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塩、ポリリン酸等のアニオン性高分子、ポリビニルアルコ−ル、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコ−ル等のノニオン性高分子等が例示でき、これらの1種又は2種以上が用いられる。
【0012】
前記分散剤は、水性インク組成物への溶解性の観点から、その重量平均分子量が100〜50000の範囲であることが好ましく、200〜40000の範囲であることが更に好ましい。分子量が100未満では印字ムラが著しく、また50000超では、インク粘度の増大が著しく、インクジェット記録用インクとして使用できないおそれがあり、また、記録媒体上において顔料粒子の凝集が著しくなって、均一なベタ印字が不可能となるおそれがある。
【0013】
前記分散剤は、本発明の水性インク組成物中、好ましくは0.01〜5重量%、更に好ましくは0.3〜2重量%含有される。含有量が0.01重量%未満では、顔料の分散安定性に効果がなく、5重量%超では、インクジェット用インクとして好ましい粘度値(後述する)に調整することが困難となるおそれがある。
【0014】
本発明の水性インク組成物に含有される前記有機アミンは、下記一般式(A)〜(D)の何れかで表される化合物である。
【0015】
【化2】
Figure 0003661576
(式中、R1及びR2は、それぞれ独立に、水素原子又は分岐を有していてもよい炭素数1〜8のアルキル鎖若しくはヒドロキシアルキル鎖を表す。R3は、水素原子又はメチル基を表す。)
【0016】
前記一般式(A)〜(D)において、R1及びR2は、それぞれ独立に、水素原子又は分岐を有していてもよい炭素数1〜8のアルキル鎖若しくはヒドロキシアルキル鎖を表す。「分岐を有していてもよい炭素数1〜8のアルキル鎖」としては、例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、2−メチルヘプチル基、n−オクチル基等が挙げられる。また、「分岐を有していてもよい炭素数1〜8のヒドロキシアルキル鎖」としては、例えば、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシイソプロピル基、ヒドロキシ−tert−ブチル基等が挙げられる。R1及びR2としては、特にヒドロキシエチル基、ヒドロキシイソプロピル基、ヒドロキシ−tert−ブチル基が好ましい。
また、前記一般式(B)におけるR3は、水素原子又はメチル基を表し、特にメチル基が好ましい。
【0017】
前記有機アミンとしては、例えば、アミノメチルプロパノール、トリプロパノールアミン、N-(2-ヒドロキシプロピル)トリエチレンテトラミン、(2-ヒドロキシプロピル)ジメチルアミン、N,N-ビス(2-ヒドロキシプロピル)-tert-ブチルアミン、ヒドロキシイソプロピルトリエチレンアミン、ヒドロキシイソプロピルジイソプロピルアミン、ヒドロキシイソプロピルジブチルアミン、ジヒドロキシイソプロピルエチルアミン、ジヒドロキシイソプロピル-n-ブチルアミン、ジヒドロキシイソプロピル-tert-ブチルアミン、N,N-ビス(2-ヒドロキシプロピル)-N-ヒドロキシエチルアミン及びN-2-ヒドロキシプロピル-N,N-ビス(ヒドロキシエチル)アミン等が挙げられ、これらの1種又は2種以上が用いられる。特にトリプロパノールアミン、アミノメチルプロパノール、N,N−ビス(2−ヒドロキシプロピル)−tert−ブチルアミン等を用いることが好ましい。
【0018】
前記有機アミンは、本発明の水性インク組成物中、好ましくは0.01〜5重量%、更に好ましくは0.05〜2重量%含有される。含有量が0.01重量%未満では、吐出安定性に効果がなく、5重量%超では、水性インク組成物のpHを所望の範囲(後述する)に調整することが困難になるおそれがある。
【0019】
本発明の水性インク組成物に含有される前記浸透促進剤としては、水溶液(水性インク組成物)の表面張力を低下させて、該水溶液の記録媒体への浸透性(濡れ性)を高め得るものが用いられ、具体的には、水溶性有機溶剤及び/又は界面活性剤が用いられる。
【0020】
前記水溶性有機溶剤としては、例えば、エタノール、プロパノール等の低級アルコール類、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エチルエーテル等のセロソルブ類、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のカルビトール類、及びエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコール−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコ−ル−n−ブチルエーテル等のグリコールエーテル類等が挙げられ、これらの1種又は2種以上が用いられる。これらのうち、特にグリコールエーテル類を用いることが、インク滲みがほとんどない高画質の記録物の提供を可能とする点で好ましい。
【0021】
また、前記界面活性剤としては、例えば、脂肪酸塩類、アルキル硫酸エステル塩類等のアニオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル等のノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤及び両イオン性界面活性剤等が挙げられ、これらの1種又は2種以上が用いられる。これらのうち、特にノニオン性界面活性剤を用いることが、インク中での気泡の発生(発泡)を抑制する点で好ましい。
【0022】
前記ノニオン性界面活性剤の好ましい具体例としては、例えば、ニッサンノニオンK−211、K−220、P−213、E−215、E−220、S−215、S−220、HS−220、NS−212、NS−220(何れも商品名、日本油脂(株)製)等が挙げられ、これらの1種又は2種以上が用いられる。特にサーフィノール61、82、104、440、465、485(何れも商品名、エア・プロダクツ・アンド・ケミカルズ社製)等のアセチレングリコ−ル系界面活性剤を用いることが好ましい。アセチレングリコ−ル系界面活性剤を含有させたインクは、発泡がほとんどなく吐出安定性に特に優れており、インクジェット記録方法に好適である。
【0023】
前記浸透促進剤は、本発明の水性インク組成物中、好ましくは0.001〜5重量%、更に好ましくは0.005〜2重量%含有される。含有量が0.001重量%未満では、インク浸透性の促進に効果がなく、5重量%超では、水性インク組成物の吐出安定性が低下するおそれがある。
【0024】
本発明の水性インク組成物に含有される水は主溶媒であり、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、蒸留水等の純水又は超純水を用いることができる。特に、紫外線照射又は過酸化水素添加等により滅菌処理した水を用いることが、カビやバクテリアの発生を防止してインクの長期保存を可能とする点で好ましい。
【0025】
水は、本発明の水性インク組成物中、好ましくは30〜90重量%、更に好ましくは40〜80重量%含有される。
【0026】
本発明の水性インク組成物は、前記各成分(顔料、分散剤、有機アミン、浸透促進剤及び水)を含有させて、吐出安定性及び記録媒体への浸透性を高めたものであるが、更に必要に応じて、以下に述べるような各種成分を含有させることができる。
【0027】
本発明の水性インク組成物には、吐出安定性を更に向上させる観点から、保湿剤を含有させることができる。保湿剤としては、例えば、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、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、1,2,6−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール等のポリオール類、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、ε−カプロラクタム等のラクタム類、尿素、チオ尿素、エチレン尿素、1,3−ジメチルイミダゾリジノン類等の尿素類、マルチトール、ソルビトール、グルコノラクトン、マルトース等の糖類等が挙げられ、これらの1種又は2種以上が用いられる。
【0028】
前記保湿剤は、本発明の水性インク組成物中、好ましくは1〜30重量%、更に好ましくは5〜20重量%含有される。
【0029】
また、同様の観点から、本発明の水性インク組成物には、防黴剤・防腐剤を含有させることができる。防黴剤・防腐剤としては、例えば、安息香酸ナトリウム、ペンタクロロフェノールナトリウム、2−ピリジンチオール−1−オキサイドナトリウム、ソルビン酸ナトリウム、デヒドロ酢酸ナトリウム、1,2−ジベンジソチアゾリン−3−オン(AVECIA社のプロキセルCRL、プロキセルBDN、プロキセルGXL、プロキセルXL−2、プロキセルTN)等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。
【0030】
前記防黴剤・防腐剤は、本発明の水性インク組成物中、好ましくは0.001〜3重量%、更に好ましくは0.01〜1重量%含有される。
【0031】
本発明の水性インク組成物には、更に必要に応じて、粘度調整剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、消泡剤、キレート剤、酸素吸収剤等の添加剤を含有させることができ、これらの1種又は2種以上が用いられる。
【0032】
本発明の水性インク組成物は、滲みの少ない良好な記録物の提供を可能とする観点から、記録媒体への塗布量が1mg/cm2であるときの浸透時間が1秒未満であるような浸透性を有することが好ましい。ここで、「記録媒体への塗布量が1mg/cm2であるときの浸透時間が1秒未満」であるような浸透性とは、記録媒体に、水性インク組成物50ngを塗布面積360dpi(ドット/インチ)×360dpiで塗布した直後から、塗布面を触っても該水性インク組成物で該塗布面が汚れなくなるまでの時間が1秒未満であるような該水性インク組成物の浸透性をいう。このとき、記録媒体としては、中性普通紙(例えば、商品名「ゼロックス−P」、富士ゼロックス(株)製)を用いる。
このような浸透性は、水性インク組成物中に、前記浸透促進剤を前記所定量含有させることにより付与することができる。
【0033】
また、同様の観点から、本発明の水性インク組成物は、その表面張力が40mN/m未満であることが好ましく、35mN/mであることが更に好ましい。表面張力は、JIS K3362−1978に従い、測定される。
表面張力の調整は、水性インク組成物中に、前記浸透促進剤を前記所定量含有させることにより行うことができる。
【0034】
また、本発明の水性インク組成物は、吐出安定性の観点から、その25℃における粘度が1〜25mPa・sであることが好ましく、1〜15mPa・sであることが更に好ましい。粘度は、JIS Z8803−1991に従い、測定される。
粘度の調整は、水性インク組成物中に、粘度調整剤として、ロジン類、アルギン酸類、ポリビニルアルコール、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、ポリアクリル酸塩、ポリビニルピロリドン、アラビアゴムスターチ等を含有させることにより行うことができる。
【0035】
また、本発明の水性インク組成物は、印字濃度の向上及び液安定性の観点から、そのpHが6〜10であることが好ましく、7〜9.5であることが更に好ましい。
pHの調整は、水性インク組成物中に、アルカリ剤である前記有機アミンを前記所定量含有させることにより行うことができる。
【0036】
本発明の水性インク組成物は、従来公知の装置、例えば、ボールミル、サンドミル、アトライター、バスケットミル、ロールミル等を使用して、従来のインクと同様に調製することができる。調製に際しては、ノズルの目詰まり防止の観点から、粗大粒子を除去することが好ましい。粗大粒子の除去は、例えば、前記各成分を混合して得られたインクを、メンブレンフィルターやメッシュフィルター等のフィルターを用いて濾過し、好ましくは10μm以上、更に好ましくは5μm以上の粒子を除去することにより行われる。
【0037】
本発明の水性インク組成物は、水性インク組成物を記録媒体に付着させて印字を行う記録方法であれば、何れの方法でも好適に使用できる。このような記録方法としては、例えば、水性インク組成物の液滴を吐出し、該液滴を記録媒体に付着させて印字を行う記録方法であるインクジェット記録方法、ペン等による筆記具による記録方法、その他各種の印字方法が挙げられ、特にインクジェット記録方法、とりわけオンデマンド型のインクジェット記録方法に用いられることが好ましい。オンデマンド型のインクジェット記録方法としては、例えば、プリンターヘッドに配設された圧電素子を用いて記録を行う圧電素子記録方法、プリンターヘッドに配設された発熱抵抗素子のヒーター等による熱エネルギーを用いて記録を行う熱ジェット記録方法等が挙げられ、何れのインクジェット記録方法にも好適に使用できる。
【0038】
本発明の水性インク組成物は、前記有機アミンの作用により、吐出安定性に優れており、インクジェット記録用インクとして用いた場合にノズルの目詰まりを起こすおそれがない。また、本発明の水性インク組成物は、前記浸透促進剤の作用により、記録媒体への浸透性が高いので、乾燥時間が短く、インク滲みがほとんどない良好な品質の記録物の提供が可能であり、多色印刷に用いてもブリードを起こすおそれがない。更に、紙等の吸収性の記録媒体に対しては勿論のこと、OHPシートのような非吸収性の記録媒体に対しても、文字及び/又は画像を形成することができる。
【0039】
【実施例】
以下に、本発明の水性インク組成物の実施例を示す。しかしながら、本発明は、かかる実施例に制限されるものではないことはいうまでもない。
【0040】
〔実施例1〜6及び比較例1〜3〕
下記表1に示す組成の水性インク組成物をそれぞれ調製した。調製は、各成分を25℃にて混合し、2時間撹拌した後、5μm径のメンブランフィルターを用い、2kg/cm2の圧力で加圧濾過することにより行った。
尚、アルカリ剤として、実施例1〜6では、下記〔化3〕に示す化合物No.1〜6をそれぞれ用いた(何れも前記有機アミン)。また、比較例1ではKOHを用い、比較例2及び3では下記〔化3〕に示す化合物No.7及び8をそれぞれ用いた(何れも本発明の範囲外の化合物)。
また、実施例1〜6及び比較例1〜3で用いた顔料分散液は、何れも分散剤を用いて顔料を水性媒体中に安定に分散したタイプの顔料分散液である。但し、下記表1中の顔料分散液の添加量は、顔料固形分換算したものである。
【0041】
【表1】
Figure 0003661576
【0042】
【化3】
Figure 0003661576
【0043】
〔耐目詰まり性の評価〕
実施例1〜6及び比較例1〜3の各水性インク組成物について、下記の〈耐目詰まり性の評価方法〉により評価した。その結果を下記表2に示す。
【0044】
〈耐目詰まり性の評価方法〉
水性インク組成物を、圧電素子式インクジェット記録装置(商品名「MJ−930C」、セイコーエプソン(株)製)に充填し、印字を行って、水性インク組成物が安定して吐出されることを確認した。その後、前記インクジェット記録装置を、印字ヘッド部をホ−ムポジションから外した状態で、温度50℃、相対湿度40%の環境下にて4週間放置した。放置後、前記インクジェット記録装置を常温の環境下に移し、常温に下がるまで待ってから本体電源を入れ、再度印字を行って、水性インク組成物の吐出状態を目視で観察した。その際、吐出が安定していない場合は、前記インクジェット記録装置所定のヘッド部のクリーニング動作を行い、水性インク組成物が安定して吐出されるようになる(復帰する)までに要したヘッド部のクリーニング動作の回数を調べ、下記評価基準により評価した。
<評価基準>
A:放置後の吐出が極めて安定であり、ヘッド部のクリーニング動作不要。
B:放置後の吐出が不安定であり、復帰にヘッド部の2回以内のクリーニング動作を要する。
C:放置後の吐出が不安定であり、復帰にヘッド部の3〜5回のクリーニング動作を要する。
NG:放置後の吐出が不安定であり、ヘッド部のクリーニングを6回以上行っても復帰しない。
【0045】
【表2】
Figure 0003661576
【0046】
表2に示す結果から明らかなように、前記有機アミンを含有する実施例1〜6の水性インク組成物は、何れも優れた耐目詰まり性を示した。これに対し、比較例1〜3の水性インク組成物は、何れも前記有機アミンを含有しておらず、耐目詰まり性に劣る結果となった。
また、浸透促進剤を含有する実施例1〜6の水性インク組成物は、何れも滲みの少ない良好な品質の記録物を与えた。更に、ノニオン性界面活性剤として、アセチレングリコール系界面活性剤であるサーフィノール465を含有する実施例5及び6の水性インク組成物は、発泡が極めて少なく、取り扱いが容易であった。
【0047】
【発明の効果】
本発明の水性インク組成物によれば、吐出安定性に優れ、インクジェット記録用インクとして用いた場合にノズルの目詰まりを起こすおそれがない。また、本発明の水性インク組成物は、乾燥時間が短く、インク滲みがほとんどない良好な品質の記録物の提供が可能であり、多色印刷に用いてもブリードを起こすおそれがなく、また、適用可能な記録媒体の幅が広い。

Claims (10)

  1. 少なくとも、顔料、分散剤、プロパノール骨格を有する有機アミン化合物、浸透促進剤及び水を含有し、
    前記浸透促進剤が、水溶性有機溶剤及び界面活性剤であり、
    前記水溶性有機溶剤が、グリコールエーテル類であり、
    前記界面活性剤が、アセチレングリコール系のノニオン性界面活性剤である、
    水性インク組成物。
  2. 前記プロパノール骨格を有する有機アミン化合物が、下記一般式(A)〜(D)の何れかで表される化合物である請求項1記載の水性インク組成物。
    Figure 0003661576
    (式中、R1及びR2は、それぞれ独立に、水素原子又は分岐を有していてもよい炭素数1〜8のアルキル鎖若しくはヒドロキシアルキル鎖を表す。Rは、水素原子を表す。)
  3. 前記顔料を1〜30重量%、前記分散剤を0.01〜5重量%、前記プロパノール骨格を有する有機アミン化合物を0.01〜5重量%及び前記浸透促進剤を0.001〜5重量%含有する請求項1又は2記載の水性インク組成物。
  4. 記録媒体が中性普通紙であり、該記録媒体への塗布量が1mg/cm2であるときの浸透時間が1秒未満である請求項1〜3の何れかに記載の水性インク組成物。
  5. 表面張力が40mN/m未満である請求項1〜4の何れかに記載の水性インク組成物。
  6. インクジェット記録方法に用いられる請求項1〜5の何れかに記載の水性インク組成物。
  7. インクジェット記録方法が、オンデマンド型のインクジェット記録方法である請求項6記載の水性インク組成物。
  8. 請求項1〜7の何れかに記載の水性インク組成物を記録媒体に付着させて印字を行う記録方法。
  9. 請求項1〜7の何れかに記載の水性インク組成物の液滴を吐出し、該液滴を記録媒体に付着させて印字を行うインクジェット記録方法。
  10. 請求項8又は9記載の記録方法によって記録が行われた記録物。
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