JP4329642B2 - インクジェット用液体組成物、インクジェット用インクセット、インクジェット記録方法、及びインクジェット記録装置 - Google Patents
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Description
少なくとも酸解離定数pKaが4.5以下である有機酸、多価金属塩、水溶性溶媒、及び、水を含有し、
前記有機酸に対する前記多価金属塩の添加量の比率が、モル比率(多価金属塩/有機酸)で0.01以上1未満である、
ことを特徴としている。
第1の液体は、少なくとも、色材、水溶性溶媒、及び水を含有し、
第2の液体は、上記本発明のインクジェット用液体組成物である、
ことを特徴としている。
インクジェット用インクセットは、上記本発明のインクジェット用インクセットであり、
前記第1の液体及び第2の液体が互いに接触するように記録媒体上に付与して、画像を形成することを特徴としている。
(インクジェト用インクセット、インクジェット用液体組成物)
本発明のインクジェット用インクセットは、第1の液体と、この第1の液体を凝集させる作用を持たせた2の液体とを含むように構成させたものである。そして、第2の液体として、酸解離定数pKaが4.5以下である有機酸と多価金属塩とを、特定の比率で含ませたインクジェット用液体組成物(本発明のインクジェット用液体組成物)を使用する。
<1> 前記酸解離定数pKaが4.5以下である有機酸は酸性基の解離度が大きく、酸性を示す。従って、第1の液体に表面官能基がアニオン性の色材を用いた場合、二液が接触した際に、第1液の色材表面官能基の解離を阻害する作用が働き、色材が凝集する。
<2> 前記酸解離定数pKaが4.5以下である有機酸は、pH緩衝材としての作用を有すると考えられる。そのため、酸性の特定pH範囲内において水素イオン濃度によるpH変動が少ないという特徴を持つ。この結果、第1の液体及び第2の液体が混合されたときに、酸性側でpHが維持され、第1の液体の色材を効果的に凝集させることができると考えられる。
<3> 前記酸解離定数pKaが4.5以下である有機酸は、電解質としての作用も有する。従って、第1の液体の色材に顔料を使用した場合、顔料間の静電的反発力を弱め、凝集を促進させると考えられる。
<1> 色材として顔料を使用した系においては、多価金属塩は顔料間の静電反発力を減衰させ、顔料同士の凝集を促進させる効果があると考えられる。
<2> 顔料表面にカルボン酸基を有する顔料、又は、カルボン酸基を有する有機化合物を含む液体と混合させた場合、多価金属はカルボン酸とアイオノマー構造を形成すると考えられる。従って、分子構造サイズが大きくなり、同時に顔料表面機の親水基量又は有機化合物の親水基量が減少するため、上記顔料又は有機化合物を凝集させることが可能となると考えられる。更に、有機化合物が凝集する際に、他の色材等を取り込みながら凝集すると考えられるため、色材に顔料を使用した場合だけでなく、染料などを使用した場合においても、色材の凝集が加速される。
例えば、α,β−エチレン性不飽和基を有するモノマーの共重合体等が挙げられる。α,β−エチレン性不飽和基を有するモノマーの例としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、イタコン酸モノエステル、マレイン酸、マレイン酸モノエステル、フマル酸、フマル酸モノエステル、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、スルホン化ビニルナフタレン、ビニルアルコール、アクリルアミド、メタクリロキシエチルホスフェート、ビスメタクリロキシエチルホスフェート、メタクリロキシエチルフェニルアシドホスフェート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン等のスチレン誘導体、ビニルシクロヘキサン、ビニルナフタレン、ビニルナフタレン誘導体、アクリル酸アルキルエステル、アクリル酸フェニルエステル、メタクリル酸アルキルエステル、メタクリル酸フェニルエステル、メタクリル酸シクロアルキルエステル、クロトン酸アルキルエステル、イタコン酸ジアルキルエステル、マレイン酸ジアルキルエステル等が挙げられる。
好ましくは、水溶性樹脂又は水不溶性樹脂としてカルボン酸基を含有する化合物が使用される。これは、カルボン酸基の解離度が小さいため、酸解離定数pKaが4.5以下である有機酸により、凝集が促進されるためであると推測している。特に、色材に、スルホン酸基を含有する化合物を使用した場合には、カルボン酸基を含有する水溶性樹脂又は水不溶性樹脂を添加することが好ましい。このような化合物として好ましくは、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、ポリアクリル酸アルキル共重合体などが挙げられる。
水溶性樹脂又は水不溶性樹脂の好ましい添加量は、第1の液体全体に対して、0.01質量%以上10質量%以下であり、より好ましくは、0.1質量%以上3質量%以下である。
なお、本発明において、複数の酸性基を有する化合物においては、pKaの中で値が最も小さい値を用いることとした。
その他、第1の液体に用いた高分子分散剤を第2の液体に添加することも可能である。
その他必要に応じ、pH緩衝剤、酸化防止剤、防カビ剤、粘度調整剤、導電剤、紫外線吸収剤、等も添加することができる。
本発明のインクジェット記録方法は、上記本発明のインクジェット用インクセットを用い、第1の液体と第2の液体とを互いに接触させるように印字するものである。また、本発明のインクジェット記録装置は、上記本発明のインクジェット用インクセットの各液体を記録媒体に吐出する記録ヘッドを備えるものである。これらは、通常のインクジェット記録装置は勿論、インクのドライングを制御するためのヒーター等を搭載した記録装置、又は、中間体転写機構を搭載し、中間体に記録材料を印字した後、紙等の記録媒体に転写する記録装置等を適用することができる。
但し、一つのノズルから複数の体積のドロップを噴射することが可能であるインクジェット装置において、上記ドロップ量とは、印字可能な最小ドロップのドロップ量を指すこととする。
図1は本発明のインクジェット記録装置の好適な一実施形態の外観の構成を示す斜視図である。図2は、図1のインクジェット記録装置(以下、画像形成装置と称する)における内部の基本構成を示す斜視図である。本実施形態の画像形成装置100は、前述の本発明のインクジェット記録方法に基づいて作動し画像を形成する構成を有している。すなわち、図1及び図2に示すように、画像形成装置100は、主として、外部カバー6と、普通紙などの記録媒体1を所定量載置可能なトレイ7と、記録媒体1を画像形成装置100内部に1枚毎に搬送するための搬送ローラ(搬送手段)2と、記録媒体1の面にインク及び液体組成物を吐出して画像を形成する画像形成部8(画像形成手段)とから構成されている。
市販の顔料分散液に対して、超音波ホモジナイザーを掛ける。その後、分散液に遠心分離処理(8000rpm×30分)を施し、残渣部分(初期投入量に対して20%)を除去することで、顔料分散液を得た。
所定量のイオン交換水中に、顔料10質量%、分散剤1.5質量%を添加し、攪拌する。この混合液体に超音波ホモジナイザーを掛け、顔料を分散させる。更に、この分散液に遠心分離処理(8000rpm×30分)を施し、残渣部分(初期投入量に対して20%)を除去することで、顔料分散液を得た。
スルファニル酸水溶液を加温し、撹拌しながら顔料100gを加えた。この混合物を撹拌しながら室温まで冷やし、14gの濃硝酸を滴下した。この溶液にNaNO2水溶液10gを添加し、反応が終了するまで撹拌した。この顔料に対し、脱塩処理を行なった。得られた表面処理顔料を顔料濃度が12wt%となるようにイオン交換水を加え、pHを7.5に調整した後、超音波ホモジナイザーを用いて分散を行なった。この分散液を遠心分離装置で、遠心分離処理(8000rpm×30分)を施し、残渣部分(全量に対して20%)を除去することで、顔料分散液を得た。
所定の組成となるように色材溶液、水溶性有機溶媒、界面活性剤、イオン交換水等を適量加え、混合液を、混合、攪拌した。得られた液体を、5μmフィルターを通過させることにより、所望の液体を得た。
顔料処理方法1に従って処理した顔料を用い、所定の方法により作製した。
―組成―
・Cabojet−300(キャボット社製)(自己分散顔料/カルボン酸基):4質量%
・スチレン−アクリル酸−アクリル酸ナトリウム共重合体:1質量%
・ジエチレングリコール:20質量%
・グリセリン:5質量%
・アセチレングリコールエチレンオキサイド付加物:0.5質量%
・イオン交換水:残部
顔料処理方法1に従って処理した顔料を用い、所定の方法により作製した。
―組成―
・Cabojet−200(キャボット社製)(自己分散顔料/スルホン酸基):4質量%
・スチレン−アクリル酸−アクリル酸ナトリウム共重合体:1質量%
・ジエチレングリコール:20質量%
・グリセリン:5質量%
・アセチレングリコールエチレンオキサイド付加物:1質量%
・イオン交換水:残部
顔料処理方法2に従って処理した顔料を用い、所定の方法により作製した。
―組成―
・Mogul L(キャボット社製)(顔料/表面官能基無し):4質量
・スチレン−アクリル酸−アクリル酸ナトリウム共重合体:0.6質量%
・ジエチレングリコール:15質量%
・ジグリセリンエチレンオキサイド付加物:5質量%
・ポリオキシエチレン−2−エチルヘキシルエーテル:0.75質量%
・イオン交換水:残部
顔料処理方法1に従って処理した顔料を用い、所定の方法により作製した。
―組成―
・Cabojet−200(キャボット社製)(自己分散顔料/スルホン酸基):4質量%
・ジエチレングリコール:20質量%
・グリセリン:5質量%
・アセチレングリコールエチレンオキサイド付加物:1質量%
・イオン交換水:残部
―組成―
・ジエチレングリコール:30質量%
・酒石酸(pKa=3.0):4.5質量%
・硝酸マグネシウム・6水和物:3質量%
・水酸化ナトリウム:0.6質量%
・アセチレングリコールエチレンオキサイド付加物:1質量%
・イオン交換水:残部
―組成―
・ジエチレングリコール:30質量%
・2−フランカルボン酸(pKa=2.4):4質量%
・硝酸マグネシウム・6水和物:0.11質量%
・水酸化ナトリウム:0.75質量%
・アセチレングリコールエチレンオキサイド付加物:1質量%
・イオン交換水:残部
―組成―
・ジエチレングリコール:30質量%
・コハク酸(pKa=4.0):2質量%
・硝酸マグネシウム・6水和物:4質量%
・水酸化ナトリウム:1質量%
・アセチレングリコールエチレンオキサイド付加物:1質量%
・イオン交換水:残部
―組成―
・ジエチレングリコール:30質量%
・酢酸(pKa=4.56):6質量%
・硝酸マグネシウム・6水和物 : 0.03質量%
・水酸化ナトリウム:3.5質量%
・アセチレングリコールエチレンオキサイド付加物:1質量%
・イオン交換水:残部
顔料処理方法1に従って処理した顔料を用い、所定の方法により作製した。
―組成―
・Cabojet−250(キャボット社製)(自己分散顔料/スルホン酸基):4質量%
・スチレン−アクリル酸−アクリル酸カリウム共重合体:1質量%
・ジエチレングリコール:20質量%
・プロピレングリコール:5質量%
・アセチレングリコールエチレンオキサイド付加物:1質量%
・イオン交換水:残部
顔料処理方法3に従って処理した顔料を用い、所定の方法により作製した。
―組成―
・C.I.Pigment Red 122(自己分散顔料/スルホン酸基):4質量%
・スチレン−メタアクリル酸−メタアクリル酸カリウム共重合体:1質量%
・ジエチレングリコール:15質量%
・N−メチル−2−ピロリドン:5質量%
・スルフォラン:5質量%
・アセチレングリコールエチレンオキサイド付加物:1質量%
・イオン交換水:残部
顔料処理方法3に従って処理した顔料を用い、所定の方法により作製した。
―組成―
・C.I.Pigment Yellow 128 (自己分散顔料/スルホン酸基):4質量%
・スチレン−アクリル酸−アクリル酸カリウム共重合体:1質量%
・ジエチレングリコール:20質量%
・ジエチレングリコールモノブチルエーテル:5質量%
・アセチレングリコールエチレンオキサイド付加物:1質量%
・イオン交換水:残部
顔料処理方法1に従って処理した顔料を用い、所定の方法により作製した。
―組成―
・Cabojet−250(キャボット社製)(自己分散顔料/スルホン酸基):4質量%
・グリセリン:15質量%
・エチレングリコール:5質量%
・プロピレングリコール:5質量%
・2−フランカルボン酸(pKa=2.4):4質量%
・硝酸カルシウム・4水和物:2質量%
・水酸化ナトリウム:0.8質量%
・アセチレングリコールエチレンオキサイド付加物:1質量%
・イオン交換水:残部
―組成―
・ジエチレングリコール:30質量%
・酒石酸(pKa=3.0):4.5質量%
・硝酸マグネシウム・6水和物:8.5質量%
・水酸化ナトリウム:0.6質量%
・アセチレングリコールエチレンオキサイド付加物:1質量%
・イオン交換水:残部
この液体のpHは3.3、表面張力は30mN/m、粘度は3.1mPa・sであった。なお、それぞれの物性値は、20℃での値である。
―組成―
・ジエチレングリコール:30質量%
・酒石酸(pKa=3.0):4.5質量%
・硝酸マグネシウム・6水和物:0.05質量%
・水酸化ナトリウム:1.3質量%
・アセチレングリコールエチレンオキサイド付加物:1質量%
・イオン交換水:残部
この液体のpHは7.5、表面張力は30mN/m、粘度は3.1mPa・sであった。なお、それぞれの物性値は、20℃での値である。
―組成―
・ジエチレングリコール:30質量%
・塩酸(無機酸):0.36質量%
・硝酸マグネシウム・6水和物:4質量%
・アセチレングリコールエチレンオキサイド付加物:1質量%
・イオン交換水:残部
この液体のpHは0未満(測定不能)、表面張力は30mN/m、粘度は2.5mPa・sであった。なお、それぞれの物性値は、20℃での値である。
表1〜2に従ったインクセットを用いて、印字を行った。印字は、800dpi、256ノズルの試作プリントヘッド(ドロップ量14ng)を用い、FX−P紙(富士ゼロックス社製)に対して第2の液体(インクジェット用液体組成物)を吐出し、その上から第1の液体(表に従って液体1〜4)を吐出する方法で行った。印字は一般環境下(温度23±0.5℃、湿度55±5%R.H)でおこない、1画素を形成するための第1の液体と第2の液体との付与量の質量比を1:0.2とした。評価は図5〜7に示す印字パターンA〜Cをもとに、印字後24時間一般環境下に放置したサンプルに対して行った(但し、乾燥時間と長期保存安定性は除く)。
印字部分をエックスライト404(エックスライト社製)を用いて上記印字パターンそれぞれの印字部で光学濃度を測定した。印字パターンのいずれかの印字部において、基準に満たない場合には、下位の評価とした(例えば、いずれかの印字部分で△であり、他の印字部分は○である場合には、当該サンプルの評価は、△とした。)。以下いずれの評価方法においても、同様の評価基準である。
−評価基準(黒インク)−
○…光学濃度が1.4以上
△…光学濃度が1.3以上1.4未満
×…光学濃度が1.3未満
−評価基準(カラーインク)−
○…光学濃度が1.1以上
△…光学濃度が1.0以上1.1未満
×…光学濃度が1.0未満
色間滲みの評価は、異なる色が隣接するパターンを印字し、境界部分の滲み度合いを予め定めておいた限度見本に照合し、官能評価を行なった。
−評価基準−
○…滲みが少ないもの
△…滲みは発生しているが、許容レベルのもの
×…滲みが激しく、許容範囲外のもの
細線パターンを印字し、印字部の滲み度合いを限度見本に照合し、官能評価を行なった。
−評価基準−
○…滲みが少ないもの
△…滲みは発生しているが、許容レベルのもの
×…滲みが激しく、許容範囲外のもの
100%カバレッジパターンを印字してから所定の時間経過後に印字パターン上に別のFX−C2紙を1.9×104N/m2の荷重で押し当てる。この時、押し当てたFX−C2紙側に液体が転写されなくなる時間を乾燥時間とした。
−評価基準−
○…乾燥時間が3秒未満
△…乾燥時間が3秒以上10秒未満
×…乾燥時間が10秒以上
長期保存安定性については、評価環境下に第1の液体及び液体組成物を3年間放置し、初期と放置後でインク粘度及びインク表面張力を比較した。
−評価基準−
○…初期特性値に対して放置後特性値の変化率が5%未満
△…初期特性値に対して放置後特性値の変化率が5%以上15%未満
×…初期特性値に対して放置後特性値の変化率が15%以上
長期噴射性については、第1の液体及び第2の液体それぞれの記録ヘッドにおける噴射速度の経時変化を基準に判断した。即ち、初期状態において、噴射速度を測定する。その後、5×108pulse印字させた後、噴射速度を測定した。初期状態のインク噴射速度に対する5×108pulse印字後の噴射速度の比率を算出し、以下の評価基準に従って評価を行った。
−評価基準−
○…5×108pulse時点噴射速度が初期噴射速度の85%以上
△…5×108pulse時点噴射速度が初期噴射速度の60%以上85%未満
×…5×108pulse時点噴射速度が初期噴射速度の60%未満
評価結果を表3〜4にまとめた。表3〜4に示したように、酸解離定数pKaが4.5以下である有機酸及び多価金属塩を含み、第1の液体と液体組成物とを接触するように記録媒体に付与された実施例2、5では、光学濃度、滲み、色間滲み、乾燥時間、長期保存安定性、長期噴射性に優れていた。
2 搬送ローラ
3 記録ヘッド
5 インクタンク
6 外部カバー
7 トレイ
8 画像形成部
9 給電信号ケーブル
10 キャリッジ
11 ガイドロッド
12 タイミングベルト
13 駆動プーリ
14 メンテナンスユニット
Claims (3)
- 少なくとも酸解離定数pKaが4.5以下である有機酸、多価金属塩、水溶性溶媒、及び、水を含有し、
前記有機酸に対する前記多価金属塩の添加量の比率が、モル比率(多価金属塩/有機酸)で0.01以上1未満であり、
前記有機酸が下記一般式(1)で表される化合物であることを特徴とするインクジェット用液体組成物。
(式中、Xは、O、CO、NR、S、又はSO2を表し、Rは、アルキル基を表す。Mは、水素原子、アルカリ金属又はアミン類を表す。lは1〜5の整数、mは1又は2、nは、3〜7の整数である。) - 少なくとも第1の液体及び第2の液体を有するインクジェット用インクセットであって、
第1の液体は、少なくとも、色材、水溶性溶媒、及び水を含有し、
第2の液体は、請求項1に記載のインクジェット用液体組成物である、
ことを特徴とするインクジェット用インクセット。 - インクジェット用インクセットを用いたインクジェット記録方法であって、
インクジェット用インクセットは、請求項2に記載のインクジェット用インクセットであり、
前記第1の液体及び第2の液体が互いに接触するように記録媒体上に付与して、画像を形成することを特徴とするインクジェット記録方法。
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