JP4541442B2 - インクジェット記録シートのためのベースコーティングされた基材 - Google Patents

Description

この発明はインクジェット記録シートのためのペーパ基材に関し、さらに詳しくはインク受容性コーティングに適合するように設計された、ベースコーティングされたペーパ基材に関する。

従来のインクジェット記録シートはペーパ面にコーティング組成物をコーティングすることによって製造されており、このコーティング組成物はペーパがインクの媒体を吸収する一方でペーパの表面上にインクを受容し保持できるな多孔性の微細なピグメントを含むバインダを有するものであった。しかしながら、或る場合にはこのようなペーパはインクの媒体を瞬時に全量吸収することはできなかった。このような欠点によって、インク滴が広がって解像度や鮮鋭度が劣化し、また乾燥時間が過度に長くなるという結果をしばしば生じていた。

インクジェット記録ペーパは、インク受容性のトップコーティングを施す前に、良好な吸収特性を有する適当なベースコーティングを最初にペーパに対して施しておくことによって改良できることが知られている。このようなベースコーティングは良好なコーティング保持性と適当な吸水性との間のバランスがとれたものでなければならない。また、このようなベースコーティングは製造の際の良好な流れ(runnability)と性能のために、引き続き適用されるインク受容性トップコーティングとの適合性を有するものでなければならない。

インクジェット記録シートのための基材はインクの媒体を迅速に吸収して、乾燥時間を減少させ、裏側への滲みだしを殆ど或いは全く生じることのないものである必要が有る。さらに、基材はインクの記録シートの表面上における横方向の拡散を防止して、ぼやけのない高解像度を与える役割を果たすものである。つまり、良好な色彩密度と解像度を有し、さらには良好な吸収性と耐水性さらには光学的白色度を有するカラー画像を得るために、基材は重要な役割を果たす。インク受容性コーティングのための基材は一般に漂白されたケミカルパルプから形成され、これに充填材や顔料及び所望によりサイジング剤や補強剤が添加される。インクジェット記録シートの製造に利用するための典型的なペーパ基材の例が、本願と同一出願人に譲渡された１９９８年２月９日出願のアメリカ合衆国特許出願第09/020,826号に開示されている。

インクジェット記録のためのペーパ基材はインク受容性トップコーティングを施す前にペーパにベースコーティングを施すことによって改良できることも周知である。このようなベースコーティングは一般にインク媒体の良好な吸収性を与えるための多孔構造の表面を提供するピグメントとバインダとを有している。インクジェット記録シートのためのベースコーティングの例はアメリカ合衆国特許第4,474,847号、第5,171,626号、第5,670,242号、第5,747,148号及び第5,759,673号に開示されている。特に第5,670,242号には一般のコーテッドペーパに利用されている様々な周知のピグメント、例えばカオリンクレー、非晶質シリカ、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、サチン白、珪酸アルミニウム、スメクタイト、珪酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム等を含む、インクジェット記録シートのベースコーティングに利用できる材料の一般的な例を開示している。しかしながら、実用上はこのようなベースコーティングにはクレー、炭酸カルシウム、非晶質シリカ及び酸化アルミニウムを有するピグメントがしばしば利用されている。ベースコーティングの他の要件としては、そのコーティング成分が製品のインク受容性面を提供するトップコーティングと相互作用を生じないということがある。悪い反応が生じる場合には、ベースコーティング成分を変える必要が有る。

アメリカ合衆国特許第4,474,847号明細書

上記のアメリカ合衆国特許出願第09/020,826号において開示されたベースコーティングはコーティングピグメントとして沈降炭酸カルシウム及びカ焼クレーを有し、所望により二酸化チタンを有している。ポリ酢酸ビニルが好ましいバインダとして開示されている。このベースコーティングは殆どのトップコーティングと適合性が有ることが見出されており、薫蒸された(fumed)シリカを含むトップコーティングと組合せることによって、インクのブリード、乾燥時間及びガマット特性（gamut characteristics）に関し、満足しうる印刷結果が得られた。しかしながらこれと同じコーティングは他のトップコーティングについて利用した場合に望ましくない相互作用を与えた。上記のベースコーティング中の沈降炭酸カルシウムは本来酸性であるトップコーティングを不安定にする傾向を有することが観察された。従って、本願出願人は、このような相互作用を克服するため、またより普遍的に適用可能なベースコーティングを提供するため、以下で開示するピグメントの組合せを採用した。すなわち上記のベースコーティングで利用されていた沈降炭酸カルシウムピグメントをカオリンクレーベースのピグメントに置き換え、カ焼クレー成分を増加させることで、上記で述べられている酸性トップコーティングを利用した場合の不安定を防止し、しかも所望のインクジェット印刷特性を得ることができた。

最終シートの内部への色の適正なブリードとガマット(gamut)及びインク乾燥時間を得るには適当なベースコーティングの選択が必要であることはこれまでに知られているけれども、本発明によって、製造プロセスの間にベースコーティングとトップコーティングとが望ましくない相互作用を生じるのを防止するために、ベースコーティング成分の適正な選択がまた必要であることが見出された。

従って、本発明の一般的な目的はインクジェット印刷の際に優れた性能を発揮する、インクジェット記録シートのためのベースコーティングされた基材を提供することにある。

本発明のもう一つの目的は水性インクを利用した場合に優れた寸法安定性を発揮する、インクジェット記録シートのためのコーテッドペーパ紙料を提供することにある。

本発明のさらなる目的は適用されるトップコーティングに対して悪い相互作用を殆ど或いは全く与えない、インクジェット印刷ペーパの製造に有用な基材のためのベースコーティングを提供することにある。

本発明のベースコーティングされた基材は、紙料特性とベースコーティングとの組合せにより、インクジェット印刷特性についての優れた特性を達成したものである。この基材は約100-150g/m²の範囲の基礎重量と、約0.127mm(5.0mil)の厚さとを有する好ましくはアルカリペーパである。この基材はアルキルケトン二量体等のサイジング剤や、沈降炭酸カルシウムやカオリンクレー等の充填剤を添加した、漂白されたケミカルウッドパルプ完成紙料から製造された。この基材はさらにでんぷん（スターチ）とスチレン無水マレイン酸との混合物により便宜的な方法でサイジングプレスされるのが好ましい。このサイジングプレスされた基材のTappi(Technical Association of the Pulp and Paper Industry,Inc.)（パルプ製紙業界技術協会）に基づく方法T-452を用いたTappi白色度は約85％、Tappiに基づく方法T-425を用いたTappi不透明度は約93％、シェフィールド(Sheffield)平滑度は約１５０秒、ヘルクレスサイズ(Hercules size)は300〜500秒（ギ酸１０％）であった。

本発明のベースコーティングは本質的にピグメントとバインダとからなっている。ピグメント組成物はほぼ100％がクレーであり、約40〜60％のカオリンクレーと約60〜40％のカ焼クレーとから構成できる。好ましい実施形態において、ピグメント組成物はカオリンクレーとカ焼クレーとの50：50の混合物から構成される。本発明に利用できるカオリンクレーの例としてはジェイ・エム・ヒューバー・コーポレーション（J. M. Huber Corporation）により商標"COVERGLOSS"で販売されているものがある。本発明に利用できるカ焼クレーの例としてはエンゲルハルト・コーポレーション(Engelhard Corporation)により商標"ANSILEX"で販売されているものがある。これらのカオリンクレーとカ焼クレーは、いずれも約0.5〜0.6μｍの範囲の平均粒径を有している。コーティングバインダとしてはポリ酢酸ビニルが好ましいが、このようなコーティングに利用されている他の種類のバインダと置き換えることもできる。高速製紙機で便宜的なコーティング装置を利用する用途のためには、コーティングの固形分は約60％以下で、約1500〜2000mPas(ブルックフィールド(Brookfield)のNo.2スピンドルで1500〜2000cps)の粘度であるのが好ましい。本発明の紙料サンプルのガーレー透気度(Gurley porosity)は約200〜800sec/50ccの間である。製品は約2.72〜4.54kg/278.7m²(6〜10lb/ream、ream寸法は3300ft²)で各面をコーティングされるのが好ましい。

上記で指摘したように、本発明に好ましいピグメント混合物は約５０部のカオリンクレーと約５０部のカ焼クレーとからなり、各ピグメント組成物の平均粒子径は同じ範囲内にあるものである。このようなピグメントの組合せにより、様々なインク受容性トップコーティングと共に利用できる一般的に適用可能なベースコーティングが提供される。

本発明のユニークな特徴はカ焼クレーの利用にある。カ焼クレーはペーパコーティングにおいて対象とするに一般には難しいものであり、過去においては二酸化チタンに対する増量材として知られており、コーティングにおける二酸化チタン成分を少なくするためのものであった。しかしながら、カ焼クレーは、特に好ましくは約0.5〜0.6μｍの範囲内の粒径のものが、ベースコーティングの透気度を大幅に増大させ、このようなベースコーティングにおいて通常利用されている沈降炭酸カルシウムに対する有効な代替品となる。

カ焼クレーはアメリカ合衆国特許第5,152,834号及び同5,755,871号に特に開示されているように、軽量印刷ペーパ等に対する便宜的なコーティング成分として周知である。第5,152,834号には二酸化チタンとカ焼クレーとの重量比で30：70〜70：30の複合ピグメントが開示されており、第5,755,871号には大部分が含水カオリンクレーで小部分がカ焼クレーであり、カ焼クレー成分が乾燥分でほんの約15-30部である高白色度コーティング組成物が開示されている。しかしながら、本願出願人が知る限りにおいて、カ焼クレーを商業的なインクジェット印刷ペーパに、特にそこに多量で利用するようなことは知られていない。従って、ここに開示したように、インクジェット記録ペーパのためのベースコーティングにカオリンクレーとカ焼クレーとの組合せを利用することは新規であると考える。

特許請求の範囲において限定した発明の範囲及び精神から逸脱することなく本発明に様々な変形や変更をなすことができることは当業者に明白であろう。本発明の他の実施形態はここに開示した明細書及びその実施形態を考慮すれば当業者に明白となるであろう。明細書及びその実施形態は単なる例示とみなされるべきであり、本発明の範囲と精神は特許請求の範囲に記載されている。

Claims (3)

1. サイジングプレスされた紙料の少なくとも一面に乾燥残留分で2.72〜4.54kg/278.7m ² (6〜10lb/ream、ream寸法は3300ft²)のベースコーティング組成物を適用してなる、インクジェット記録シートのためのベースコーティングされた基材であって、前記ベースコーティング組成物はバインダとピグメントとを有し、該ピグメントは40〜60％のカオリンクレーと60〜40％のカ焼クレーのみから構成されており、200〜800sec/50ccのガーレー透気度が得られるものである基材。
2. カオリンクレーとカ焼クレーとは各々0.5〜0.6μｍの範囲の平均粒径を有している請求項１の基材。
3. カオリンクレーとカ焼クレーとの比が50：50である請求項１又は２の基材。