JP4125434B2 - インキ組成物及びその調製方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインキ組成物に関し、更にインキ組成物の調製および使用に関わるプロセスに関する。更に詳しくは、本発明は、インクジェットプリンティングプロセスにおいて使用に適する組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許第５，０１９，１６６号は、染料、液状媒体、ならびにポリオキシアルキル化エーテル、アニオン性ビテール（bitail）フルオロチオアルキル、アルキルアリールスルホン酸塩、アルキルアミン四級塩およびそれらの混合物を含む群から選ばれた界面活性剤を配合したサーマルインクジェットプリンティング組成物を開示している。ここで開示されたインキ組成物をサーマルインクジェットプリンタから画像方向に基板上に噴射させることを含む画像生成に関するプロセスも開示している。
【０００３】
米国特許第５，４０１，３０３号は、特定のフッ化炭化水素組成物を第一のインキに添加することにより、鮮明なエッジ明瞭度を示す第一のインキと低い表面エネルギーを有する第二のインキとの間の界面でみられるハロー効果に対処するプロセスを開示している。第一のインキのエッジ明瞭度は維持される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
公知の組成物およびプロセスはその所期の目的に適するものの、サーマルインクジェットプリンティングプロセスにおいて使用に適する改善されたインキ組成物に対する要求が存在する。加えて、保存性を改善したインキ組成物に対する要求が存在する。更に、ｐＨ と温度に対する粘度安定性を改善したインキ組成物に対する要求が存在する。そのうえ、ｐＨ値の減少を併せもった本発明のその他の利点を示すインキ組成物に対する要求が存在する。多様なプリントヘッド材料に適合したインキ組成物に対する要求も存在する。加えて、カーボンブラック着色剤を含有するその他のインキと併用して、単一プリントヘッドを用いるインクジェットプリンティングプロセスに用いることができるインキ組成物に対する要求も存在する。更に、粘度が減少したインキ組成物に対する要求が存在する。そのうえ、噴射特性を改善したインキ組成物に対する要求が存在する。色域の拡大を可能にするインキ組成物に対する要求も存在する。加えて、大きい光学密度の画像の生成を可能にすると共に、比較的低い着色剤濃度を有するインキ組成物に対する要求が存在する。更に、紙上で透き通しが少ない画像を生成するインキ組成物に対する要求が存在する。そのうえ、普通紙上に高品質の画像を生成するインキ組成物に対する要求が存在する。透明媒体上に高品質の画像を生成するインキ組成物に対する要求が更に存在する。加えて、生成したプリントが加熱または高周波乾燥等の様な乾燥促進プロセスで処理される場合、カラー間滲出特性において更に改善されたインキ組成物に対する要求が存在する。更に、様々なカラーのインキを近くの場所で印刷する場合、カラー間滲出を少なくしたインキ組成物に対する要求が存在する。そのうえ、着色インキ組成物がフッ化物を含有するか否かを問わず、顔料着色剤を配合したインキ組成物と組合せてカラー間滲出を減少させた染料着色剤を配合したインキ組成物に対する要求が存在する。
【０００５】
上記した利点を有するインキ組成物を提供するのが本発明の目的である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
特定のフッ化炭化水素と少なくとも２つのカルボン酸官能基を有する単量体化合物等を含むインキ組成物を用い、各成分を混合し、超音波処理してこのインキ組成物を調製することにより、上記の改善を達成する。
【０００７】
本発明（またはその特定の実施形態）のこれらの目的およびその他の目的は、（ａ）水と、（ｂ）着色剤と、（Ｃ）（１）化学式［（Ｆ _2n+1 Ｃ _n ＣＨ ₂ ＣＨ ₂ Ｓ） ₂ （ＣＨ ₃ ）Ｃ−ＣＨ ₂ ＣＨ ₂ ＣＯＯ ^- ］［Ｂ ⁺ ］のフッ化物であって、ｎは８から２０の整数であり、Ｂは陽イオンであるフッ化物、（２）化学式［（Ｆ₃Ｃ（Ｆ₂Ｃ）_nＣＨ＝ＣＨＣＨ₂ＯＣＨ（ＯＨ）ＣＨ₂）₂ＮＣＨ₂ＣＯＯ^-］［Ｘ⁺］のフッ化物であって、Ｘは陽イオンであり、ｎは３から２０の整数であるフッ化物、（３）これらの混合物、から選ばれたフッ化物と、（ｄ）少なくとも２つのカルボン酸官能基を有する単量体化合物と、を含むインキ組成物を提供することによって達成することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
[実施の形態１]
本発明のインキは、水などの水性液状展色剤を含有している。水性液状展色剤は、水だけを含むものであってもよいし、またはエチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、アミド、エーテル、ウレア、置換ウレア、エーテル、カルボン酸およびそれらの塩、エステル、アルコール、有機硫化物、有機スルホキシド、スルホン（スルホランの様な）、アルコール誘導体、カルビトール、ブチルカルビトール、セルソルブ、エーテル誘導体、アミノアルコール、ケトン、Ｎ−メチルピロリドン、２−ピロリドン、シクロヘキシルピロリドン、ヒドロキシエーテル、アミド、スルホキシド、ラクトン、高分子電解質、メチルスルホニルエタノール、イミダゾール、Ｎ−アルキルイミダゾールの様な水溶性または水混和性有機成分およびその他の水溶性物質または水混和性物資ならびにそれらの混合物と水との混合物を含むものであってもよい。水と水溶性または水混和性有機液との混合物が液状展色剤として選ばれる場合、水対有機液の比は、代表的には約１００：０から約３０：７０、および好ましくは約９７：３から約４０：６０の範囲である。液状展色剤の非水成分は、一般に、水（１００℃）より沸点が高い湿潤剤として作用する。本発明のインキ組成物において、液状展色剤は、代表的にはインキの約６０から約９９．９重量％、および好ましくはインキの約７０から９９重量％の量で存在する。但し、その量はこれらの範囲外であってもよい。
【０００９】
本発明のインキ組成物は着色剤も含有している。染料、顔料およびそれらの混合物等を含め、適切ないずれの着色剤も使用できる。
【００１０】
インキ水性展色剤と親和性の適切な染料または染料の混合物には酸性染料、直接染料および反応染料等が挙げられ、水溶性アニオン染料が好ましい。
【００１１】
本発明のインキに適する顔料の例には、ガスブラック、ファーネスブラックおよびランプブラック等の様な様々なカーボンブラックが挙げられる。着色顔料には、レッド、グリーン、ブルー、ブラウン、マゼンタ、シアンおよびイエロー粒子ならびにそれらの混合物が挙げられる。
【００１２】
インキはフッ化炭化水素物質も含有している。一実施形態において、フッ化炭化水素物質は、以下の化学式のものである。
【００１３】
【化１】

ここにｎは約８から約２０の整数であり、Ｂは陽イオンである。特定の一実施形態において、ｎは１０、Ｂは（ＨＯ−ＣＨ₂ＣＨ₂）₂ＮＨ₂ ⁺である。適切な陽イオンのその他の例には、アンモニウム、（ＨＯ−ＣＨ₂ＣＨ₂）₃ＮＨ⁺、（ＨＯ−ＣＨ₂ＣＨ₂）ＮＨ₃ ⁺、イミダゾリウム、Ｎ−メチルイミダゾリウムまたはＮ−ブチルイミダゾリウムの様なイミダゾリウム陽イオン、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタンヒドロクロリド、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタンヒドロシトレートおよびプロトン化１，４−ジアザビシクロ（２．２．２）オクタン等が挙げられる。この化学式の物質は、例えば、ニューヨーク州、アーズリー（ノースカロライナ州、グリーンズボロ）に所在するチバガイギー（Ｃｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ）からロジン（ＬＯＤＹＮＥ）Ｐ−２０１として入手できる。
【００１４】
別の実施形態において、フッ化炭化水素物質は、以下の化学式のものである。
【００１５】
【化２】

ここにＸ⁺は陽イオンであり、ｎは約３から約２０、好ましくは約４から約１５、および更に好ましくは約５から約１１の整数である。適切な陽イオンの例には、アンモニウム、（ＨＯ−ＣＨ₂ＣＨ₂）₂ＮＨ₂ ⁺、（ＨＯ−ＣＨ₂ＣＨ₂）₃ＮＨ⁺、（ＨＯ−ＣＨ₂ＣＨ₂）ＮＨ₃ ⁺、イミダゾリウム、Ｎ−メチルイミダゾリウムまたはＮ−ブチルイミダゾリウムの様なイミダゾリウム陽イオン、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタンヒドロクロリド、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタンヒドロシトレートおよびプロトン化１，４−ジアザビシクロ（２．２．２）オクタン等が挙げられる。この化学式の物質は、例えば、ニューヨーク州、アーズリー（ノースカロライナ州、グリーンズボロ）に所在するチバガイギー（Ｃｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ）から、上式中、ｎは変動値であって平均値が約９の化合物の混合物を含有するロジン（ＬＯＤＹＮＥ）Ｐ−５０２として入手できる。
【００１６】
２種以上のこれらのフッ化炭化水素物質の混合物も用いることができる。
【００１７】
フッ化物は、インキ中に有効なまたは必要ないずれの量においても存在し、代表的には、その量はインキの約０．１から約１０重量％、好ましくは、インキの約０．２５％から約６重量％、更に好ましくは、インキの約０．５から約５重量％、およびそれより更に好ましくは、インキの約１から約４重量％の範囲である。但し、その量はこれらの範囲外であってもよい。
【００１８】
本発明のインキは、少なくとも２個のカルボン酸官能基を有する単量体化合物も含有している。適切な多官能酸の例には、エチレンジアミン四酢酸、アスパラギン酸、クエン酸、リンゴ酸、グルタル酸、アジピン酸、シュウ酸、マロン酸、マレイン酸およびアルファケトグルタル酸等が挙げられる。多官能酸は、インキ中に有効なまたは必要ないずれの量においても存在し、代表的には、その量はインキの約０．０５から約５重量％、好ましくは、インキの約０．２％から約３重量％、および更に好ましくは、インキの約１から約２重量％の範囲である。但し、その量はこれらの範囲外であってもよい。多官能酸の追加の例には、米国特許第５，５８９，２７７号の第１９欄から２２欄に開示されたものが挙げられる。
【００１９】
特定の理論に全く限定されないが、フッ化炭化水素物質と共に用いる多官能酸の存在により、本発明のインキの保存性は向上すると考えられる。多官能酸が存在しないインキ中のフッ化炭化水素物質は、特に着色剤がアニオン染料である場合にインキから塩析される傾向を示すことがある。フッ化炭化水素物質の極性カルボキシ基と多官能酸のカルボキシ基との間で水素結合が発生し、その結果インキ中のフッ化炭化水素物質のリポソーム構造を安定化させるものと考えられる。安定化されたインキは、噴射特性を改善すると共に、ｐＨおよび温度に対する粘度安定性を改善する。安定化されたリポソーム構造がリポソームの凝集を妨げ、その結果耐粘度上昇性を改善するものと考えられる。
【００２０】
インキ組成物は、一般に、サーマルインクジェットプリンティングプロセスに用いるのに適切な粘度のものである。インキの粘度は、室温（すなわち、約２５℃）において、代表的には、約５センチポイズ未満、好ましくは約１から約２．５センチポイズである。但し、その粘度はこの範囲外であってもよい。
【００２１】
本発明のインキ組成物は、適切なまたは必要ないずれのｐＨであってもよい。サーマルインクジェットプリンティングプロセスの様な幾つかの実施形態の場合、代表的なｐＨ値は、約７から約１０、好ましくは約７．５から約９．５、更に好ましくは約８から約９．５およびそれより更に好ましくは約８から約９である。但し、ｐＨはこれらの範囲外であってもよい。
【００２２】
特定の一実施形態において、インキは超音波処理されて、フッ化炭化水素物質により形成されたインキ中のリポソームの粒子サイズは小さくなる。この実施形態において、インキは、比較的小さい強度で、代表的には約５から約９０分間、好ましくは約１０から約６０分間、および好ましい実施形態において約２０分間、超音波処理される。本発明の別の特定の実施形態において、フッ化炭化水素物質は、他のインキ成分と混合する前に超音波処理される。この第二の実施形態において、フッ化炭化水素は、供給業者から受入れた形態において（この形態がフッ化炭化水素を含有する液体と想定する）、または水と、水と１種以上の必要な緩衝成分との混合物と、または水と一種以上の必要なその他のインキ成分との混合物、等と混合した後のいずれかにおいて超音波処理することができる。特に好ましい実施形態において、超音波処理された液は、約１５重量％の量のフッ化炭化水素物質および約８５重量％の量の水を含有する。別の特に好ましい実施形態において、超音波処理された液は、約１５重量％の量のフッ化炭化水素物質および約２０重量％の量の１，４−ジアザビシクロ（２．２．２）オクタンならびに約６５重量％の量の水を含有する。更に別の特に好ましい実施形態において、超音波処理された液は、約９から約１０重量％の量のフッ化炭化水素物質、約６から約７重量％の量の１，４−ジアザビシクロ（２．２．２）オクタン、約４から約５重量％の量の臭化ヘキサメトニウムの様なビス第四化合物、約２から約３重量％の量のクエン酸の様な酸および残量の水を含有する。
【００２３】
超音波処理プロセスの特定の１例は、以下の通りである。約１５重量％のフッ化炭化水素を含有する水溶液としてトリコン・カラーズ（Ｔｒｉｃｏｎ Ｃｏｌｏｒｓ）から入手したロジン（ＬＯＤＹＮＥ）Ｐ−５０２を２５グラムの各部分に分ける。各例において、ロジン（ＬＯＤＹＮＥ）Ｐ−５０２の２５グラムの部分を３０グラムのバイアル瓶に入れる。バイアル瓶を２０キロヘルツで調製した５５０ソニック・ディスメンブレータ（フィッシャー・サイエンティフィック社（Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｃｏ．）から入手）に入れ、電源を３０秒ごとにオン・オフ調製しながら、ロジン（ＬＯＤＹＮＥ）Ｐ−５０２を５の振幅設定において１０分間超音波処理する。その後、バイアル瓶を一晩放置する。その後、バイアル瓶の最上層を用いてインキ組成物を調製する。
【００２４】
超音波処理プロセス中にインキの過度の加熱を避けるため、インキをプロセス中にジャケットで冷却（ｊａｃｋｅｄ ｃｏｏｌｅｄ）したり、および／または超音波処理を連続でなくパルスにしたりすることができる。例えば、５分間の超音波処理を必要とするプロセスの場合、プロセスは、１０分間に交互に一秒オン、一秒オフでパルスにすることができる。超音波処理によるリポソームサイズの減少は、インキの保存性の改善およびインキの粘度の低下の様な利点をもたらす。超音波処理はまた、リポソーム粒子の直径の範囲を狭くする。
【００２５】
[実施の形態２]
本発明は、本発明のインキ組成物をインクジェットプリンティング装置に装填することと、画像方向のパターンにおいて基板上にインキ組成物の滴を噴射させることとが関わるプロセスにも関する。特に好ましい実施形態において、プリンティング装置は、ノズル中のインキを画像方向のパターンに選択的に加熱して、画像方向のパターンにインキの滴を噴射させるサーマルインクジェットプロセスを用いる。ゼロックス（登録商標）４０２４ペーパーの様な普通紙、罫ノート紙、ボンド紙、シャープ・カンパニー（Ｓｈａｒｐ Ｃｏｍｐａｎｙ）のシリカコート紙および十条紙の様なシリカコート紙、透明材料、織物、織物製品、プラスチック、高分子フィルム、金属および木材等の無機基板を含め、適切ないずれの基板も用いることができる。好ましい実施形態において、このプロセスには、多孔質基板または普通紙の様なインキ吸収基板上へのプリンティングが関わる。
【００２６】
【実施例】
[実施例１]
以下の成分を指示した順序で指示した条件下において混合することにより、インキ組成物を調製した。
【００２７】
【表１】

こうして調製したインキ組成物を１０ ｌｂ／ｉｎ² （約４．５４ｋｇ／（２．５４ｃｍ）²）で０．４５μｍのフィルターを通して濾過した。インキは以下の特性を示した。
【００２８】
【表２】

インキを次にサーマルインクジェットプリンティング試験装置に装填し、ゼロックス（登録商標）４０２４ＤＰペーパーおよびイメージ・シリーズ・エリート・ペーパー上に噴射して画像を形成した。インキは１３．１ｍ／ｓｅｃの滴速度および１０．４ナノグラムの滴質量を示した。
【００２９】
[実施例２]
以下の成分を混合することにより、インキ組成物を調製した。
【００３０】
【表３】

こうして調製したインキ組成物を２分４０秒の時間、１０ ｌｂ／ｉｎ²（約４．５４ｋｇ／（２．５４ｃｍ）²）で０．４５μｍ、４７ｍｍのＭｅｍｔｅｃ ＰＰＤＩＳＣ−０．４５−４７−１００フィルターを通して濾過した。インキは以下の特性を示した。
【００３１】
【表４】

[実施例３]
以下の成分を混合することにより、インキ組成物を調製した。
【００３２】
【表５】

こうして調製したインキ組成物を２分１８秒間、２ ｌｂ／ｉｎ² （０．９０８ｋｇ／（２．５４ｃｍ）²）で１．２μｍの４７ｍｍＶＥＲＳＡＰＯＲＥ−１２００フィルターを通して濾過した。インキは以下の特性を示した。
【００３３】
【表６】

[実施例４]
以下の成分を混合することにより、インキ組成物を調製した。
【００３４】
【表７】

こうして調製したインキ組成物を２ ｌｂ／ｉｎ² （約０．９０８ｋｇ／（２．５４ｃｍ）²）で１．２μｍの４７ｍｍＶＥＲＳＡＰＯＲＥ−１２００フィルターを通して濾過した。インキは以下の特性を示した。
【００３５】
【表８】

[実施例５]
以下の成分を混合することにより、インキ組成物を調製した。
【００３６】
【表９】

こうして調製したインキ組成物を２ ｌｂ／ｉｎ² （約０．９０８ｋｇ／（２．５４ｃｍ）²）で１．２μｍの４７ｍｍＶＥＲＳＡＰＯＲＥ−１２００フィルターを通して濾過した。
【００３７】
[実施例６]
以下の成分を混合することにより、インキ組成物を調製した。
【００３８】
【表１０】

こうして調製したインキ組成物を１０ ｌｂ／ｉｎ² （約４．５４ｋｇ／（２．５４ｃｍ）²）で０．４５μｍの４７ｍｍ Ｍｅｍｔｅｃ ＰＰＤＩＳＣ−０．４５−４７−１００フィルターを通して濾過した。インキは以下の特性を示した。
【００３９】
【表１１】

[実施例７]
以下の成分を混合することにより、インキ組成物を調製した。
【００４０】
【表１２】

こうして調製したインキ組成物を３分２２秒間、２ ｌｂ／ｉｎ² （約０．９０８ｋｇ／（２．５４ｃｍ）²）で１．２μｍの４７ｍｍ Ｖｅｒｓａｐｏｒｅ−１２００フィルターを通して濾過した。インキは以下の特性を示した。
【００４１】
【表１３】

Claims (2)

1. （ａ）水と、（ｂ）着色剤と、（Ｃ）（１）化学式［（Ｆ_2n+1Ｃ_nＣＨ₂ＣＨ₂Ｓ）₂（ＣＨ₃）Ｃ−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＯＯ^-］［Ｂ⁺］のフッ化物であって、ｎは８から２０の整数であり、Ｂは陽イオンであるフッ化物、（２）化学式［（Ｆ₃Ｃ（Ｆ₂Ｃ）_nＣＨ＝ＣＨＣＨ₂ＯＣＨ（ＯＨ）ＣＨ₂）₂ＮＣＨ₂ＣＯＯ^-］［Ｘ⁺］のフッ化物であって、Ｘは陽イオンであり、ｎは３から２０の整数であるフッ化物、（３）これらの混合物、から選ばれたフッ化物と、（ｄ）少なくとも２つのカルボン酸官能基を有する単量体化合物と、を含むインキ組成物。
2. （ｉ）（ａ）水、（ｂ）着色剤、（Ｃ）（１）化学式［（Ｆ_2n+1Ｃ_nＣＨ₂ＣＨ₂Ｓ）₂（ＣＨ₃）Ｃ−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＯＯ^-］［Ｂ⁺］のフッ化物であって、ｎは８から２０の整数であり、Ｂは陽イオンであるフッ化物、（２）化学式［（Ｆ₃Ｃ（Ｆ₂Ｃ）_nＣＨ＝ＣＨＣＨ₂ＯＣＨ（ＯＨ）ＣＨ₂）₂ＮＣＨ₂ＣＯＯ^-］［Ｘ⁺］のフッ化物であって、Ｘは陽イオンであり、ｎは３から２０の整数であるフッ化物、（３）これらの混合物、から選ばれたフッ化物および（ｄ）少なくとも２つのカルボン酸官能基を有する単量体化合物、を混合し、（ii）こうして生成した混合物に超音波処理して、インキ中のフッ化物のリポソームの平均粒子直径を減少させることとを含むインキ組成物を調製する方法。