JP3981992B2 - Ink composition for ink jet recording, and ink jet recording method using the ink composition - Google Patents

Ink composition for ink jet recording, and ink jet recording method using the ink composition Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録用のインク組成物、及びそのインク組成物を用いるインクジェット記録方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の、インク滴を記録媒体上に吐出させて記録像を書き込む形式のインクジェット記録用のインクとして、ノズルからの吐出安定性、インクの保存安定性の向上を目的とし、水と水溶性染料と有機溶剤から成るインクが用いられていた。
しかし、着色剤として水溶性染料を用いたインクでは染料の退色、色相変化等の耐光性、耐水性に問題があった。
【0003】
そこで、着色剤として顔料を使用することが検討され、一部実用化に至っている。ただし、ブラックインクの着色剤としてカーボンブラックを使用すると、記録ヘッドからの吐出安定性に支障をきたすことがあるので、これらの欠点を解消する試みが従来から行われている。
【0004】
例えば、特開平4−57861号公報には、カーボンブラックと染料とを含む水性黒色インクが記載されており、このインクは、優れた印字堅牢性(例えば、耐水性、耐マーカー性及び耐摩擦性)を有すると共に優れた吐出安定性を有するものとされている。
【0005】
また、特開平6−287492号公報には、無機顔料(特にはカーボンブラック)と分散剤と2酸化チタン微粒子又はアルミナ微粒子とを含む水性黒色インクが記載されており、このインクによって優れた印字濃度と品位を有する信頼性に優れた記録方法が可能になるとされている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の前記インクを用いて実施するインクジェット記録方式は、短期間の吐出安定性には優れるものの、長時間連続印字を行なった場合や、加熱された記録媒体上に印字を行う場合に、インクジェットヘッドから記録紙までのインク滴の飛行軌跡が、不規則にランダムな方向に曲がる飛行曲がり(以下、アラインメント不良と称す)が起こるようになり、意図したとおりの記録を記録紙上に印刷することができなくなるという問題が生じてきた。このようなアラインメント不良は、高品位画像が要求される最近の記録方法や、今後需要が増えると思われる同原稿複数枚印字等のような、安定したプリンタの稼働が長時間要求される記録方法にとっては、致命的な欠陥となってしまう。
【0007】
また、染料を含む前記の黒色インクでは、印字物の耐光性が不充分であるという欠点もあった。
【0008】
従って、本発明の課題は、印字画像の耐光性、耐水性、および耐摩耗性等優れた基本特性をを維持しながら、前記のアラインメント不良を解消することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記の課題は、本発明による、水性媒体中に、一次粒子径が40nm〜70nmであるカーボンブラック、分散剤、及び樹脂エマルジョンを含有することを特徴とする、インクジェット記録用インク組成物によって解決することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明のインクに用いることができるカーボンブラックは、一般に市販されているカーボンブラックから選択することができ、具体的には、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、又はチャンネルブラック類を挙げることができる。
【0011】
カーボンブラックの含有量は、印字物に要求される色目、濃度、あるいは、好ましいインク物性を満たすために決定されるものであって、顔料の比重や嵩密度によって異なり、特に限定されるものではないが、インク組成物全重量に対して、好ましくは0.5〜30重量%、より好ましくは1〜12重量%である。顔料全体の含有量が0.5重量%未満になると印字濃度を確保することができなくなることがあり、30重量%を越えるとインク組成物の粘度特性に構造粘性が生じ、吐出安定性を確保することができなくなることがある。1〜12重量%の範囲内になると、高印字濃度が得られ、そしてインクジェット用インク組成物としての適性が向上するので好ましい。
【0012】
本発明によるインク組成物は、カーボンブラックを水性媒体中に分散させることのできる分散剤を含有する。本発明のインク組成物において使用することのできる分散剤としては、親水性部分と疎水性部分とを分子中に有する共重合体樹脂、具体的には、アクリル酸系分散剤、例えば、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−アクリル酸−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、又はスチレン−メタクリル酸−アクリル酸エステル共重合体、マレイン酸系分散剤、例えば、スチレン−マレイン酸共重合体、アクリル酸エステル−マレイン酸共重合体、又はスチレン−アクリル酸エステル−マレイン酸共重合体、スルホン酸系分散剤、例えば、アクリル酸エステル−スチレンスルホン酸共重合体、スチレン−メタクリルスルホン酸共重合体、又はアクリル酸エステル−アリルスルホン酸共重合体、あるいはこれらの塩を挙げることができる。好ましい分散剤は、樹脂分散剤、特には、スチレンアクリル酸共重合体分散剤であり、重量平均分子量(以後単に分子量と称す)が1600〜25000で、酸価が100〜250の共重合体分散剤を使用するのが特に好ましい。
【0013】
前記のスチレンアクリル酸共重合体分散剤は市販されており、具体的には、ジョンソンポリマ−株式会社製の分散剤、例えば、ジョンクリル68(分子量=10000;酸価=195)、ジョンクリル679(分子量=7000;酸価=200)、ジョンクリル680(分子量=3900;酸価=215)、ジョンクリル682(分子量=1600;酸価=235)、ジョンクリル550(分子量=7500;酸価=200)、ジョンクリル555(分子量=5000;酸価=200)、ジョンクリル586(分子量=3100;酸価=105)、ジョンクリル683(分子量=7300;酸価=150)、又はB−36(分子量=6800;酸価=250)等を用いることができる。
【0014】
樹脂分散剤の含有量は、使用するカーボンブラックの種類及び含有量によって異なり、特に限定されるものではないが、重量比(顔料全体:樹脂分散剤)が20:1〜5:2の範囲であるのが好ましい。
【0015】
樹脂分散剤の含有量が前記の比率より低くなると、インク組成物を放置した場合の経時的な顔料の分散安定性(凝集発生、粘度特性劣化)が悪化することがあり、この比率より高くなるとインク組成物が乾燥した場合に必要となる再分散性を得ることができないことがある。
【0016】
前記の樹脂分散剤内のアクリル酸部分で塩を形成させることにより、その樹脂分散剤を溶解させるのが好ましい。この目的で使用するアルカリ中和剤としては、アクリル酸部分のカウンターイオンを提供することのできる化合物、例えば、アミノメチルプロパノール、2−アミノイソプロパノール、トリエタノールアミン、モルホリン、及び/又はアンモニア水等を挙げることができる。アルカリ中和剤の含有量は、カウンターイオンとして前記樹脂分散剤を中和することのできる量(中和当量)又はそれ以上であることができ、中和当量のほぼ1.3倍の量で含有すると、印字後の定着性の点から好ましい。更に、プロピレングリコ−ル、及び/又はイソプロパノールなどを樹脂分散剤の溶解肋剤として用いることもできる。
【0017】
また、前記分散剤の溶解安定性を得るためには、分散剤中の塩をイオン解離させやすいようにpH緩衝液を添加し、インク組成物を最適なpH値に調節するのが好ましい。pH緩衝液の具体例としては、フタル酸水素カリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム、酒石酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン、及び/又はトリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン塩酸塩等の水溶液を用いることができる。その含有量は、ヘッドの部材の耐久性とインク組成物の安定性の観点から、概ねインク組成物がpH7〜pH10になる量であることが好ましい。
【0018】
本発明のインク組成物に使用する樹脂エマルジョンは、水中でエチレン性不飽和モノマーを乳化重合若しくは懸濁重合させて調製するか、又は水中に樹脂粒子を乳化させることによって調製したエマルジョンが好ましい。
【0019】
具体的には、アクリル系重合体、例えば、ポリアクリル酸エステル若しくはその共重合体、ポリメタクリル酸エステル若しくはその共重合体、ポリアクリロニトリル若しくはその共重合体、ポリシアノアクリレート、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、又はポリメタクリル酸;ポリオレフィン系重合体、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリイソブチレン、ポリスチレン若しくはそれらの共重合体、石油樹脂、クマロン・インデン樹脂、又はテルペン樹脂;酢酸ビニル・ビニルアルコール系重合体、例えば、ポリ酢酸ビニル若しくはその共重合体、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、又はポリビニルエーテル;含ハロゲン系重合体、例えば、ポリ塩化ビニル若しくはその共重合体、ポリ塩化ビニリデン、フッ素樹脂、又はフッ素ゴム;含窒素ビニル系重合体、例えば、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルピロリドン若しくはその共重合体、ポリビニルピリジン、又はポリビニルイミダゾール;ジエン系重合体、例えば、ポリブタジエン若しくはその共重合体、ポリクロロプレン、又はポリイソプレン(ブチルゴム);あるいはその他の開環重合型樹脂、縮合重合型樹脂、又は天然高分子樹脂等を用いることができる。
【0020】
前記の樹脂成分の含有量は、インク組成物全体に対して、好ましくは30重量%以下、より好ましくは0.5〜30重量%、更に好ましくは1〜20重量%である。含有量を0.5重量%以上にすることによって、一層良好な印字品質、特に印字濃度を確保することができ、含有量を30重量%以下にすることによって、目詰まりの発生を抑制した上でインクの定着性を付与することができる。
【0021】
本発明によるインク組成物は、場合により、水溶性高分子化合物を、インク組成物全体に対して、好ましくは15重量%以下、より好ましくは3〜10重量%の量で含有して、適切な粘度を確保することができる。
【0022】
水溶性高分子化合物としては、糖類又はその誘導体、例えば、サッカロース、マルチトール、マルトース、ソルビトール、マンニトール、又はグルコースの1種又はそれ以上を組合せて用いることができる。また、水酸基の含有量が大きく、水溶性が大きい化合物、例えば、ポリビニルアルコール、アルギン酸ナトリウム、若しくはポリエチレンオキサイド等の水溶性樹脂、及び/又はそれらの変性化合物も使用することができる。これらの水溶性高分子化合物を用いると、インク組成物の吐出安定性を向上させることができる。
【0023】
また、本発明によるインク組成物は、場合により、水溶性の多価アルコールを、インク組成物全体に対して、好ましくは25重量%以下、より好ましくは6〜20重量%の量で含有することにより、吐出安定性を確保することができる。しかし、含有量が多すぎると乾燥不良となることがあるので注意が必要である。
【0024】
水溶性多価アルコールとしては、例えば、炭素数3〜10の2価〜3価アルコール、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、ジプロピレングリコール、ヘキシレングリコール、1,2,6−ヘキサントリオールの1種又はそれ以上を組合せて用いることができる。
【0025】
更に、本発明によるインク組成物は、場合により、界面活性剤を、インク組成物全体に対して、好ましくは2重量%以下、より好ましくは0.1〜1重量%の量で含有することにより、吐出安定性を確保することができる。しかし、含有量が多すぎると起泡性が大きくなり、吐出安定性を損なわせる危険性が生じる。
【0026】
界面活性剤としては、例えば、アニオン界面活性剤、例えば、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、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸の塩(例えば、ナトリウム、カリウム、リチウム、又はカルシウムとの塩)、ホルマリン重縮合物、高級脂肪酸とアミノ酸との縮合物、ジアルキルスルホコハク酸エステル塩、アルキルスルホコハク酸塩、ナフテン酸塩等、アルキルエーテルカルボン酸塩、アシル化ペプチド、α−オレフィンスルホン酸塩、N−アシルメチルタウリン、アルキルエーテル硫酸塩、第二級高級アルコールエトキシサルフェート、モノグリサルフェート、アルキルエーテル燐酸エステル塩、アルキル燐酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸アンモニウム塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸ナトリウム塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸アンモニウム塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸ナトリウム塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸モノエタノールアミン、ポリオキシエチレンアルキルエーテル燐酸アンモニウム塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル燐酸カリウム塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル燐酸ジエタノールアミン、アルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム等を挙げることができる。
【0027】
また、ノニオン界面活性剤としては、例えば、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ソルビタンモノステアレート、アセチレングリコール、アセチレングリコールのエチレンオキサイド付加物(アセチレングリコールアルコールエチレンオキサイド)、プロピルエタノールアミド、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、等を挙げることができる。
【0028】
本発明によるインク組成物は、水性媒体内に各種の配合成分を含有している。従って、場合により、主溶媒である水に加えて、一価アルコールを、インク組成物全体に対して、好ましくは15重量%以下、より好ましくは1〜10重量%の量で含有することにより、インク組成物の乾燥性、及び浸透性を向上させることができる。一価アルコールとしては、例えば、炭素数2〜4のアルカノール、例えば、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、iso−ブタノール、又はt−ブタノールの1種又は2種以上を組合せて用いることができる。
【0029】
また、本発明によるインク組成物は、その他必要に応じて、防カビ、防腐、防錆等の目的で安息香酸、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)、デヒドロ酢酸ナトリウム、1,2−ベゾチアゾリン−3−オン〔製品名:プロキセルXL−2(ICI製)〕、3,4−イソチアゾリン−3−オン等を含むことができる。更にノズル乾燥防止の目的で、尿素、チオ尿素、及び/又はエチレン尿素等を添加することができる。
【0030】
本発明によるインク組成物の諸物性は適宜制御することができるが、本発明の好ましい態様によれば、インク組成物の粘度は、好ましくは25mPa・秒以下、より好ましくは10mPa・秒以下(25℃)である。粘度がこの範囲内にあると、インク組成物をインク吐出ヘッドから安定に吐出させることができる。また、インクの表面張力は適宜制御することができるが、30〜50mN/m(25℃)であることが好ましい。
【0031】
【作用】
本発明者らは、本発明によるインクジェット記録用インク組成物を開発する過程で以下の知見を得た。もっとも、本発明は、以下の推論によって限定されるものではない。
【0032】
カーボンブラックはその着色性、耐光性、補強性等の特性を活かして、印刷用インキ、ゴム補強剤等様々な用途に使用されている。インクジェット記録用インクの着色剤としてカーボンブラックが使用されるのは、安価でありながらその着色性、耐光性に優れるからである。
【0033】
一般にカーボンブラックは、一次粒子径が、平均粒径で10〜30nmのものが使用されている。水性分散液中では、それらの各カーボンブラック一次粒子が個々に分散されているのではなく、それらの各カーボンブラック一次粒子が数個から数十個連なって、不規則で入り組んだ鎖状のストラクチャーを形成し、100nm〜200nm程度の大きさの二次粒子が分散粒子として存在している。これは、カーボンブラックが、ストラクチャー構造を形成することができるほど粒子間の相互作用が強い為である。そのため、二次粒子径を100nmより遥かに小さくすることは技術的に難しく。また、200nmより大きくすると、分散安定性が著しく損なわれることになる。
【0034】
このようなカーボンブラックの粒子間の相互作用はゴム等の補強剤として使用する場合は極めて有用となるが、インクジェット記録用インクに使用する場合は、このような特性による弊害が生じてくる。
【0035】
即ち、インクジェット記録ではノズル孔から高速度でインク滴を吐出する為、吐出の際インクに高セン断力がかかり、上記のような鎖状のストラクチャーが存在することにより、インク滴の吐出が不安定な状態となり、その結果、インクジェットヘッドのノズル周りにインクミストが多数付着して乾燥固化し、吐出時のアライメント不良の原因となる。特にインク中に顔料、樹脂等の固形分を多く含有する場合や、プリンタに加熱定着機構を設けた場合には短時間でアライメント不良が発生する。
【0036】
そこで、例えば、インク中に水溶性高分子等を多量に添加することで、インクミストの乾燥をある程度緩和することは可能であるが、この場合も長時間連続印字を行なう場合等には、やはりアライメント不良が発生してしまう。加えて、インクの紙上での乾燥性を低下させることにもなり、印字物の耐水性、耐擦性を損なう結果となる。
【0037】
本発明者らは、一次粒子の粒子径を最適な範囲に設定することで、二次粒子である分散粒子が複雑な鎖状の構造になるのを防止でき、インク滴の吐出の安定化が可能であることを見いだした。しかし、反面、紙上での印字物の堅牢性、特に耐マーカー性と耐摩擦性が大きく低下してしまうことも判明した。
【0038】
そこで、本発明者らは、一次粒子の粒子径の範囲を最適化したカーボンブラック、分散剤、及び樹脂エマルジョンを含有したインク組成物を使用することにより、インク滴の吐出時に発生するインクミストの発生を抑えることで、根本的にアライメント不良の発生を防止に成功し、加えて印字物の耐光性と、堅牢性(耐水性、耐マーカー性及び耐摩擦性)、及び、十分な保存安定性の確保することに成功した。更に、プリンタに加熱定着機構等の加熱手段を設けた場合においても安定した吐出を可能とした。
【0039】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。
【0040】
<実施例1>
本発明によるインクジェット記録用インク組成物を、以下の手順で調製した。
【0041】
(1)顔料分散液の調製
スチレン−アクリル酸共重合体樹脂(ジョンクリル550;重量平均分子量=7500;酸価=200)4重量部、トリエタノールアミン2.7重量部、及びイソプロピルアルコール0.4重量部を、イオン交換水72.9重量部に、70℃の加温下で完全に溶解させた。
【0042】
次に、カーボンブラックとしてCF9(三菱化成株式会社製;一次粒子径=40nm)20重量部を前記溶液に加え、プレミキシングを行った後、アイガーミル(アイガージャパン社製)でカーボンブラックの平均粒子径(二次粒子径)が約120nmになるまで分散を行い(ビーズ充填率=70%;メディア径=0.7mm)、目的のカーボンブラック分散液(以下、CB分散液と称する)を得た。
【0043】
尚、カーボンブラックの粒子径は電子顕微鏡による算術平均径を表わす。
【0044】
(2)インク組成物の調製
次に、前記の各分散液を使用して、本発明のインク組成物を調製した。
【0045】
前記のCB分散液 15.00重量部
スチレンアクリルエステルエマルジョン(固形分として) 10重量部
ジエチレングリコール 12重量部
マルチトール(固形分として) 8.0重量部
アニオン性界面活性剤 0.5重量部
リン酸水素二ナトリウム 0.1重量部
イオン交換水 37.4重量部
なお、スチレンアクリルエステルエマルジョンは、固形分40.0%製品の水分散液であり、マルチトールは固形分80%の水溶液であるため、前記の値は固形分換算した値で示してある。また、アニオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸のアンモニウム塩〔ハイテノールN07;第一工業製薬株式会社〕を使用した。使用したスチレンアクリルエステルエマルジョンにおけるスチレンアクリルエステルの最低造膜温度(MFT)は85℃であった。
【0046】
前記成分を混合してインク組成物とした。こうして得られたインク組成物を、金属メッシュフィルター(真鍋工業株式会社製;綾織り=2300メッシュ)に通過させて、本発明のインク組成物を得た。
【0047】
<実施例2>
カーボンブラックとしてSpecial Black 250(デグサ社製;一次粒子径=56nm)を用いて、前記実施例1と同様の方法で調製を行い、実施例3のインク組成物を得た。
【0048】
<実施例3>
カーボンブラックとしてRAVEN 430 BEADS(コロンビア社製;一次粒子径=65nm)を用いて、前記実施例1と同様の方法で調製を行い、実施例3のインク組成物を得た(但し、二次粒子径は150nmである)。
【0049】
<実施例4>
カーボンブラックとしてSTERLING R(キャボット社製;一次粒子径=75nm)を用いて、前記実施例1と同様の方法で調製を行い、実施例4のインク組成物を得た(但し、二次粒子径は150nmである)。
【0050】
<比較例1>
カーボンブラックとしてSpecial Black 550(デグサ社製;一次粒子径=25nm)を用いて、前記実施例1と同様の方法で調製を行い、比較例1のインク組成物を得た。
【0051】
<比較例2>
カーボンブラックとして#10(三菱化成株式会社製;一次粒子径=84nm)を用いて、前記実施例1と同様の方法で調製を行い、比較例2のインク組成物を得た(但し、二次粒子径は170nmである)。
【0052】
<比較例3>
カーボンブラックとしてSpecial Black 550(デグサ社製;一次粒子径=25nm)を用いて、前記実施例1と同様の方法で調製を行った。但し、スチレンアクリルエマルジョン水溶液は添加せず代わりに同量のイオン交換水を添加した。
【0053】
<比較例4>
カーボンブラックとしてCF9(三菱化成株式会社製;一次粒子径=40nm)を用いて、前記実施例1と同様の方法で調製を行った。但し、スチレンアクリルエマルジョン水溶液は添加せず代わりに同量のイオン交換水を添加した。
【0054】
<比較例5>
カーボンブラックとしてSTERLING R(キャボット社製;一次粒子径=75nm)を用いて、前記実施例1と同様の方法で調製を行った。但し、スチレンアクリルエマルジョン水溶液は添加せず代わりに同量のイオン交換水を添加した。
【0055】
<特性評価>
次に、実施例1〜3、及び比較例1〜5で調製したインクジェット記録用インク組成物の吐出特性、及び保存安定性を評価した。
【0056】
(1)吐出安定性評価
圧電素子を用いる形式の記録へッドにインク組成物を充填し、ノズルからインク組成物を吐出させて記録紙(Xerox−4024)に印字を行い、印字開始初期と、2時間経過後との印字状態の比較を行い、以下の3段階で評価した。
○:2時間の連続印字でも殆ど飛行曲がりがない。
×:2時間の連続印字で飛行曲がりが発生し、ベタ部に白筋の発生がある。
××:連続印字1時間未満で飛行曲がりが発生し、ベタ部に白筋の発生がある。
【0057】
(2)耐マーカー性評価
各インク組成物を用いて作成した印字サンプルを、市販の水性蛍光ペンで、なぞった場合の印字サンプルの汚れ度合を目視により評価した。
○:水性蛍光ペンでなぞっても尾引き等汚れがない。
△:水性蛍光ペンでなぞると尾引きが発生するが、実用上問題がないレベル。
×:水性蛍光ペンでなぞると尾引きが発生し、汚れがひどい。
【0058】
(3)保存安定性評価
前記の各インクをポリエチレン容器に半分まで入れ、蒸発しないように蓋をし、60℃で1ヶ月放置後、粘度変化を以下の3段階で評価した。
それぞれの評価の判定方法は以下のものである。
○:初期値に対し変化が20%未満である。
△:初期値に対し変化が20%以上、30%未満である。
×:初期値に対し変化が30%以上である。
【0059】
上記の評価方法に基づき、実施例1〜3、および比較例1〜5のインクの評価結果を表1に示す。
【0060】
なお、記録方法はプラテンに加熱手段を備えた記録装置により、加熱された記録媒体上にインク組成物滴を吐出して行った。
【0061】
【表1】

Figure 0003981992
【0062】
【発明の効果】
本発明によるインク組成物は、水性媒体中に、一次粒子径が40nm〜70nmであるカーボンブラック、分散剤、及び樹脂エマルジョンを含有することにより、長時間連続印字を行なった場合や、加熱された記録媒体上に印字を行なった場合に発生する、インクジェットヘッドからのアライメント不良を防止し、印字物の耐光性と、堅牢性(耐水性、耐マーカー性及び耐摩擦性)も確保している。しかも、十分な保存安定性の確保が可能である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ink composition for ink jet recording, and an ink jet recording method using the ink composition.
[0002]
[Prior art]
As a conventional ink for ink-jet recording in which ink droplets are ejected onto a recording medium to write a recorded image, water and water-soluble dyes are used for the purpose of improving ejection stability from the nozzle and storage stability of the ink. Inks made of organic solvents were used.
However, inks using a water-soluble dye as a colorant have problems in light resistance and water resistance such as dye fading and hue change.
[0003]
Therefore, the use of pigments as colorants has been studied, and some have been put to practical use. However, when carbon black is used as the colorant for the black ink, the ejection stability from the recording head may be hindered, and attempts have been made to eliminate these drawbacks.
[0004]
For example, JP-A-4-57861 discloses an aqueous black ink containing carbon black and a dye, and this ink has excellent printing fastness (for example, water resistance, marker resistance and friction resistance). ) And excellent discharge stability.
[0005]
JP-A-6-287492 describes an aqueous black ink containing an inorganic pigment (particularly carbon black), a dispersant, and titanium dioxide fine particles or alumina fine particles. It is said that a highly reliable recording method having high quality is possible.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional inkjet recording method using the ink is excellent in short-term ejection stability, but when performing continuous printing for a long time or when printing on a heated recording medium, The flight trajectory of the ink droplets from the ink jet head to the recording paper is irregularly bent in a random direction (hereinafter referred to as alignment failure), and the intended recording is printed on the recording paper. The problem of being unable to do so has arisen. Such poor alignment is a recent recording method that requires a high-quality image, or a recording method that requires stable printer operation for a long time, such as printing multiple copies of the same document that is expected to increase in the future. For this, it becomes a fatal defect.
[0007]
Further, the black ink containing a dye has a drawback that the light resistance of the printed matter is insufficient.
[0008]
Accordingly, an object of the present invention is to eliminate the alignment defect while maintaining excellent basic characteristics such as light resistance, water resistance, and wear resistance of a printed image.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The above-described problems are solved by an ink composition for ink jet recording, which comprises carbon black having a primary particle diameter of 40 nm to 70 nm, a dispersant, and a resin emulsion in an aqueous medium according to the present invention. be able to.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The carbon black that can be used in the ink of the present invention can be selected from commercially available carbon blacks, and specific examples include furnace black, lamp black, acetylene black, and channel blacks. .
[0011]
The content of carbon black is determined in order to satisfy the color, density, or preferable ink physical properties required for printed matter, and varies depending on the specific gravity and bulk density of the pigment and is not particularly limited. However, it is preferably 0.5 to 30% by weight, more preferably 1 to 12% by weight, based on the total weight of the ink composition. If the total pigment content is less than 0.5% by weight, it may not be possible to secure the printing density. If it exceeds 30% by weight, structural viscosity will occur in the viscosity characteristics of the ink composition, ensuring ejection stability. You may not be able to. When the content is in the range of 1 to 12% by weight, a high printing density is obtained, and suitability as an inkjet ink composition is improved, which is preferable.
[0012]
The ink composition according to the present invention contains a dispersant capable of dispersing carbon black in an aqueous medium. Examples of the dispersant that can be used in the ink composition of the present invention include a copolymer resin having a hydrophilic portion and a hydrophobic portion in the molecule, specifically, an acrylic acid-based dispersant such as styrene- Acrylic acid copolymer, styrene-acrylic acid-acrylic acid ester copolymer, styrene-methacrylic acid copolymer, or styrene-methacrylic acid-acrylic acid ester copolymer, maleic acid type dispersant, for example, styrene-maleic Acid copolymer, acrylic acid ester-maleic acid copolymer, or styrene-acrylic acid ester-maleic acid copolymer, sulfonic acid-based dispersant, for example, acrylic acid ester-styrene sulfonic acid copolymer, styrene-methacrylic acid Examples include sulfonic acid copolymers, acrylic acid ester-allylsulfonic acid copolymers, and salts thereof. Rukoto can. A preferred dispersant is a resin dispersant, particularly a styrene acrylic acid copolymer dispersant, having a weight average molecular weight (hereinafter simply referred to as molecular weight) of 1600 to 25000 and an acid value of 100 to 250. It is particularly preferred to use an agent.
[0013]
The styrene acrylic acid copolymer dispersant is commercially available. Specifically, for example, a dispersant manufactured by Johnson Polymer Co., Ltd., for example, John Crill 68 (molecular weight = 10000; acid value = 195), John Crill 679. (Molecular weight = 7000; acid value = 200), joncryl 680 (molecular weight = 3900; acid value = 215), joncryl 682 (molecular weight = 1600; acid value = 235), joncryl 550 (molecular weight = 7500; acid value = 200), Joncryl 555 (molecular weight = 5000; acid value = 200), Joncryl 586 (molecular weight = 3100; acid value = 105), Joncryl 683 (molecular weight = 7300; acid value = 150), or B-36 ( Molecular weight = 6800; acid value = 250) can be used.
[0014]
The content of the resin dispersant varies depending on the type and content of the carbon black to be used, and is not particularly limited, but the weight ratio (whole pigment: resin dispersant) is in the range of 20: 1 to 5: 2. Preferably there is.
[0015]
When the content of the resin dispersant is lower than the above ratio, the dispersion stability (aggregation generation, viscosity characteristic deterioration) of the pigment over time when the ink composition is allowed to stand may be deteriorated. The redispersibility required when the ink composition is dried may not be obtained.
[0016]
It is preferable to dissolve the resin dispersant by forming a salt at the acrylic acid moiety in the resin dispersant. Examples of the alkali neutralizer used for this purpose include compounds capable of providing a counter ion of an acrylic acid moiety, such as aminomethylpropanol, 2-aminoisopropanol, triethanolamine, morpholine, and / or aqueous ammonia. Can be mentioned. The content of the alkali neutralizer can be an amount capable of neutralizing the resin dispersant as a counter ion (neutralization equivalent) or more, and is approximately 1.3 times the neutralization equivalent. When it contains, it is preferable from the point of the fixing property after printing. Furthermore, propylene glycol and / or isopropanol can also be used as a dissolution additive for the resin dispersant.
[0017]
In order to obtain the dissolution stability of the dispersant, it is preferable to adjust the ink composition to an optimum pH value by adding a pH buffer solution so that the salt in the dispersant is easily ionically dissociated. Specific examples of the pH buffer include potassium hydrogen phthalate, potassium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, sodium tetraborate, potassium hydrogen tartrate, sodium hydrogen carbonate, sodium carbonate, tris (hydroxymethyl) aminomethane, And / or aqueous solution, such as a tris (hydroxymethyl) aminomethane hydrochloride, can be used. The content is preferably such that the ink composition generally has a pH of 7 to 10 from the viewpoint of the durability of the head member and the stability of the ink composition.
[0018]
The resin emulsion used in the ink composition of the present invention is preferably an emulsion prepared by emulsion polymerization or suspension polymerization of an ethylenically unsaturated monomer in water, or an emulsion prepared by emulsifying resin particles in water.
[0019]
Specifically, acrylic polymers such as polyacrylic acid esters or copolymers thereof, polymethacrylic acid esters or copolymers thereof, polyacrylonitrile or copolymers thereof, polycyanoacrylates, polyacrylamides, polyacrylic acids Or polymethacrylic acid; polyolefin polymer such as polyethylene, polypropylene, polybutene, polyisobutylene, polystyrene or copolymers thereof, petroleum resin, coumarone / indene resin, or terpene resin; vinyl acetate / vinyl alcohol polymer , For example, polyvinyl acetate or a copolymer thereof, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, or polyvinyl ether; a halogen-containing polymer, for example, polyvinyl chloride or a copolymer thereof, polyvinylidene chloride Fluorine resin or fluororubber; nitrogen-containing vinyl polymer, such as polyvinyl carbazole, polyvinyl pyrrolidone or copolymer thereof, polyvinyl pyridine, or polyvinyl imidazole; diene polymer, such as polybutadiene or copolymer thereof, polychloroprene Or polyisoprene (butyl rubber); or other ring-opening polymerization resin, condensation polymerization resin, natural polymer resin, or the like.
[0020]
The content of the resin component is preferably 30% by weight or less, more preferably 0.5 to 30% by weight, and still more preferably 1 to 20% by weight with respect to the entire ink composition. By setting the content to 0.5% by weight or more, it is possible to secure even better printing quality, particularly printing density, and by suppressing the content to 30% by weight or less, the occurrence of clogging is suppressed. The ink fixing property can be imparted.
[0021]
The ink composition according to the present invention optionally contains a water-soluble polymer compound in an amount of preferably 15% by weight or less, more preferably 3 to 10% by weight, based on the total amount of the ink composition. Viscosity can be ensured.
[0022]
As the water-soluble polymer compound, a saccharide or a derivative thereof such as saccharose, maltitol, maltose, sorbitol, mannitol, or glucose can be used in combination. In addition, compounds having a high hydroxyl group content and high water solubility, for example, water-soluble resins such as polyvinyl alcohol, sodium alginate, or polyethylene oxide, and / or modified compounds thereof can also be used. When these water-soluble polymer compounds are used, the ejection stability of the ink composition can be improved.
[0023]
In addition, the ink composition according to the present invention optionally contains a water-soluble polyhydric alcohol in an amount of preferably 25% by weight or less, more preferably 6 to 20% by weight, based on the whole ink composition. Thus, it is possible to ensure ejection stability. However, it should be noted that if the content is too high, poor drying may occur.
[0024]
Examples of the water-soluble polyhydric alcohol include divalent to trivalent alcohols having 3 to 10 carbon atoms such as glycerin, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, dipropylene glycol, hexylene glycol, 1,2,6- One or more hexanetriols can be used in combination.
[0025]
Furthermore, the ink composition according to the present invention optionally contains a surfactant in an amount of preferably 2% by weight or less, more preferably 0.1 to 1% by weight, based on the whole ink composition. In addition, the discharge stability can be ensured. However, when there is too much content, foaming property will become large and the danger of impairing discharge stability will arise.
[0026]
Examples of the surfactant include anionic surfactants such as higher fatty acid salts, higher alkyl dicarboxylates, higher alcohol sulfates, higher alkyl sulfonates, alkyl benzene sulfonates, alkyl naphthalene sulfonates, and naphthalene sulfones. Salts of acids (for example, salts with sodium, potassium, lithium or calcium), formalin polycondensates, condensates of higher fatty acids and amino acids, dialkylsulfosuccinates, alkylsulfosuccinates, naphthenates, alkyls, etc. Ether carboxylates, acylated peptides, α-olefin sulfonates, N-acylmethyl taurines, alkyl ether sulfates, secondary higher alcohol ethoxy sulfates, monoglyculates, alkyl ether phosphates, alkyls Acid ester salt, polyoxyethylene alkyl ether ammonium sulfate, polyoxyethylene alkyl ether sodium sulfate, polyoxyethylene alkyl phenyl ether ammonium sulfate, polyoxyethylene alkyl phenyl ether sodium sulfate, polyoxyethylene alkyl sulfate monoethanolamine, poly Examples include oxyethylene alkyl ether ammonium phosphate, polyoxyethylene alkyl ether potassium phosphate, polyoxyethylene alkyl ether diethanolamine, sodium alkylnaphthalene sulfonate, and sodium lauryl sulfate.
[0027]
Nonionic surfactants include, for example, fluorine surfactants, silicone surfactants, polyoxyethylene sorbitan monolaurate, polyoxyethylene sorbitan monostearate, polyoxyethylene alkylphenyl ether, sorbitan monostearate. Acetylene glycol, ethylene oxide adduct of acetylene glycol (acetylene glycol alcohol ethylene oxide), propylethanolamide, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkylphenyl ether, and the like.
[0028]
The ink composition according to the present invention contains various blending components in an aqueous medium. Therefore, in some cases, in addition to water as the main solvent, the monohydric alcohol is preferably contained in an amount of 15% by weight or less, more preferably 1 to 10% by weight, based on the entire ink composition. The drying property and penetrability of the ink composition can be improved. Examples of the monohydric alcohol include alkanols having 2 to 4 carbon atoms such as ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, iso-butanol, or t-butanol. The above can be used in combination.
[0029]
In addition, the ink composition according to the present invention may be prepared with benzoic acid, dichlorophene, hexachlorophene, sorbic acid, p-hydroxybenzoic acid ester, ethylenediaminetetraacetic acid (for the purpose of antifungal, antiseptic, rusting, etc. EDTA), sodium dehydroacetate, 1,2-bezothiazolin-3-one [product name: Proxel XL-2 (manufactured by ICI)], 3,4-isothiazoline-3-one, and the like. Furthermore, urea, thiourea, and / or ethylene urea can be added for the purpose of preventing nozzle drying.
[0030]
Although various physical properties of the ink composition according to the present invention can be appropriately controlled, according to a preferred embodiment of the present invention, the viscosity of the ink composition is preferably 25 mPa · sec or less, more preferably 10 mPa · sec or less (25 ° C). When the viscosity is within this range, the ink composition can be stably discharged from the ink discharge head. The surface tension of the ink can be appropriately controlled, but is preferably 30 to 50 mN / m (25 ° C.).
[0031]
[Action]
The present inventors have obtained the following knowledge in the course of developing the ink composition for ink jet recording according to the present invention. However, the present invention is not limited by the following reasoning.
[0032]
Carbon black is used in various applications such as printing inks and rubber reinforcing agents by taking advantage of its characteristics such as colorability, light resistance and reinforcement. The reason why carbon black is used as a colorant for ink for inkjet recording is that it is inexpensive but has excellent colorability and light resistance.
[0033]
In general, carbon black having a primary particle diameter of 10 to 30 nm in average particle diameter is used. In the aqueous dispersion, each of the carbon black primary particles is not dispersed individually, but each of the carbon black primary particles is linked to several to several tens of chains to form an irregular and intricate chain structure. Secondary particles having a size of about 100 nm to 200 nm are present as dispersed particles. This is because carbon black has such a strong interaction between particles that it can form a structure structure. Therefore, it is technically difficult to make the secondary particle diameter much smaller than 100 nm. On the other hand, if it is larger than 200 nm, the dispersion stability is remarkably impaired.
[0034]
Such interaction between particles of carbon black is extremely useful when used as a reinforcing agent such as rubber, but when used in ink for ink jet recording, there is an adverse effect due to such characteristics.
[0035]
That is, in ink jet recording, ink droplets are ejected from the nozzle holes at a high speed. Therefore, a high shear force is applied to the ink during ejection, and the presence of the chain structure as described above prevents ink droplets from being ejected. As a result, a large number of ink mists adhere to the periphery of the nozzles of the inkjet head and dry and solidify, which causes alignment failure during ejection. In particular, when the ink contains a large amount of solids such as pigments and resins, or when a heat fixing mechanism is provided in the printer, alignment failure occurs in a short time.
[0036]
Therefore, for example, by adding a large amount of water-soluble polymer in the ink, it is possible to moderate the drying of the ink mist to some extent. Alignment failure will occur. In addition, the drying property of the ink on the paper is also lowered, resulting in the deterioration of the water resistance and abrasion resistance of the printed matter.
[0037]
The inventors of the present invention can prevent the dispersed particles, which are the secondary particles, from having a complex chain structure by setting the particle diameter of the primary particles in an optimal range, and can stabilize the ejection of ink droplets. I found it possible. However, on the other hand, it has also been found that the fastness of printed matter on paper, particularly the marker resistance and the friction resistance, are greatly reduced.
[0038]
Therefore, the present inventors have used an ink composition containing carbon black, a dispersing agent, and a resin emulsion with an optimized primary particle size range to reduce ink mist generated when ink droplets are ejected. By suppressing the occurrence, we have succeeded in fundamentally preventing the occurrence of misalignment, in addition to the light resistance and fastness (water resistance, marker resistance and friction resistance) of the printed matter, and sufficient storage stability. Succeeded in securing. Further, even when a heating means such as a heat fixing mechanism is provided in the printer, stable discharge is possible.
[0039]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but these do not limit the scope of the present invention.
[0040]
<Example 1>
An ink composition for inkjet recording according to the present invention was prepared by the following procedure.
[0041]
(1) Preparation of pigment dispersion 4 parts by weight of styrene-acrylic acid copolymer resin (Joncryl 550; weight average molecular weight = 7500; acid value = 200), 2.7 parts by weight of triethanolamine, and 0.7% of isopropyl alcohol. 4 parts by weight were completely dissolved in 72.9 parts by weight of ion-exchanged water under heating at 70 ° C.
[0042]
Next, 20 parts by weight of CF9 (manufactured by Mitsubishi Kasei Co., Ltd .; primary particle size = 40 nm) is added to the solution as carbon black, and after premixing, the average particle size of carbon black is used with an Eiger mill (manufactured by Eiger Japan). Dispersion was carried out until the (secondary particle diameter) reached about 120 nm (bead filling rate = 70%; media diameter = 0.7 mm) to obtain a target carbon black dispersion (hereinafter referred to as CB dispersion).
[0043]
The particle diameter of carbon black represents the arithmetic average diameter measured with an electron microscope.
[0044]
(2) Preparation of ink composition Next, the ink composition of the present invention was prepared using each of the dispersions described above.
[0045]
CB dispersion 15.00 parts by weight styrene acrylic ester emulsion (as solids) 10 parts by weight diethylene glycol 12 parts by weight Maltitol (as solids) 8.0 parts by weight anionic surfactant 0.5 parts by weight phosphoric acid Disodium hydrogen 0.1 parts by weight Deionized water 37.4 parts by weight The styrene acrylic ester emulsion is an aqueous dispersion with a solid content of 40.0%, and maltitol is an aqueous solution with a solid content of 80%. The above-mentioned values are shown as solid values. In addition, as the anionic surfactant, an ammonium salt of polyoxyethylene alkylphenyl ether sulfate [Haitenol N07; Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.] was used. The minimum film-forming temperature (MFT) of the styrene acrylic ester in the used styrene acrylic ester emulsion was 85 ° C.
[0046]
The above components were mixed to obtain an ink composition. The ink composition thus obtained was passed through a metal mesh filter (manufactured by Manabe Kogyo Co., Ltd .; twill = 2300 mesh) to obtain the ink composition of the present invention.
[0047]
<Example 2>
Preparation was performed in the same manner as in Example 1 using Special Black 250 (manufactured by Degussa; primary particle size = 56 nm) as carbon black, and the ink composition of Example 3 was obtained.
[0048]
<Example 3>
Using RAVEN 430 BEADS (manufactured by Colombia; primary particle size = 65 nm) as carbon black, the ink composition of Example 3 was obtained (however, secondary particles were prepared). The diameter is 150 nm).
[0049]
<Example 4>
Using STERLING R (manufactured by Cabot; primary particle size = 75 nm) as carbon black, the ink composition of Example 4 was obtained (however, the secondary particle size was obtained). Is 150 nm).
[0050]
<Comparative Example 1>
Using Special Black 550 (manufactured by Degussa; primary particle size = 25 nm) as carbon black, the ink composition of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1.
[0051]
<Comparative example 2>
Using # 10 (manufactured by Mitsubishi Kasei Co., Ltd .; primary particle size = 84 nm) as carbon black, preparation was performed in the same manner as in Example 1 to obtain an ink composition of Comparative Example 2 (however, secondary The particle size is 170 nm).
[0052]
<Comparative Example 3>
Using Special Black 550 (manufactured by Degussa; primary particle size = 25 nm) as carbon black, preparation was performed in the same manner as in Example 1. However, the styrene acrylic emulsion aqueous solution was not added, but the same amount of ion-exchanged water was added instead.
[0053]
<Comparative example 4>
Preparation was performed in the same manner as in Example 1, using CF9 (manufactured by Mitsubishi Kasei Co., Ltd .; primary particle size = 40 nm) as carbon black. However, the styrene acrylic emulsion aqueous solution was not added, but the same amount of ion-exchanged water was added instead.
[0054]
<Comparative Example 5>
Preparation was performed in the same manner as in Example 1 using STERLING R (manufactured by Cabot; primary particle size = 75 nm) as carbon black. However, the styrene acrylic emulsion aqueous solution was not added, but the same amount of ion-exchanged water was added instead.
[0055]
<Characteristic evaluation>
Next, the ejection characteristics and storage stability of the ink compositions for ink jet recording prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 5 were evaluated.
[0056]
(1) Evaluation of ejection stability An ink composition is filled in a recording head using a piezoelectric element, and the ink composition is ejected from a nozzle to perform printing on recording paper (Xerox-4024). The printing state after 2 hours was compared and evaluated in the following three stages.
A: Almost no flying curve even after continuous printing for 2 hours.
X: Flight curve occurs after continuous printing for 2 hours, and white stripes appear in the solid part.
XX: Flight bending occurs in less than 1 hour of continuous printing, and white stripes occur in the solid part.
[0057]
(2) Marker resistance evaluation The degree of contamination of the print sample when the print sample prepared using each ink composition was traced with a commercially available aqueous fluorescent pen was visually evaluated.
○: No trace such as tailing even when traced with an aqueous fluorescent pen.
Δ: Tail occurs when traced with an aqueous fluorescent pen, but there is no practical problem.
X: When tracing with an aqueous fluorescent pen, tailing occurs and the stain is severe.
[0058]
(3) Storage stability evaluation Each of the above inks was put in a polyethylene container, covered with a lid so as not to evaporate, and allowed to stand at 60 ° C. for 1 month, and the change in viscosity was evaluated in the following three stages.
The evaluation method for each evaluation is as follows.
○: Change is less than 20% with respect to the initial value.
(Triangle | delta): A change is 20% or more and less than 30% with respect to an initial value.
X: The change is 30% or more with respect to the initial value.
[0059]
Table 1 shows the evaluation results of the inks of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 5 based on the above evaluation method.
[0060]
The recording method was carried out by ejecting ink composition droplets onto a heated recording medium by a recording apparatus provided with a heating means on the platen.
[0061]
[Table 1]
Figure 0003981992
[0062]
【The invention's effect】
The ink composition according to the present invention contains carbon black having a primary particle diameter of 40 nm to 70 nm, a dispersing agent, and a resin emulsion in an aqueous medium, and thus is subjected to continuous printing for a long time or is heated. Alignment failure from the ink jet head, which occurs when printing on a recording medium, is prevented, and the light resistance and fastness (water resistance, marker resistance and friction resistance) of the printed matter are secured. In addition, sufficient storage stability can be ensured.

Claims (3)

水性媒体中に、カーボンブラック、分散剤、及び樹脂エマルジョンを含有するインクジェット記録用インク組成物であって、
前記カーボンブラックの一次粒子径が40nm〜70nmであり、
前記分散剤が、親水性部分と疎水性部分とを分子中に有する共重合体樹脂
であることを特徴とする、インクジェット記録用インク組成物。
An ink composition for ink-jet recording comprising carbon black, a dispersant, and a resin emulsion in an aqueous medium,
The carbon black has a primary particle size of 40 nm to 70 nm,
An ink composition for ink jet recording, wherein the dispersant is a copolymer resin having a hydrophilic part and a hydrophobic part in the molecule.
請求項1に記載のインク組成物をインク滴として吐出して記録を行うことを特徴とする、インクジェット記録方法。  An ink jet recording method comprising recording by discharging the ink composition according to claim 1 as ink droplets. 樹脂エマルジョンの溶融温度以上に加熱された記録媒体上に、請求項1に記載のインク組成物をインク滴として吐出して記録を行なうインクジェット記録方法。 An ink jet recording method for recording by ejecting the ink composition according to claim 1 as ink droplets onto a recording medium heated to a temperature equal to or higher than a melting temperature of the resin emulsion.
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