JP4555602B2 - インクジェット記録用インキ - Google Patents

Description

本発明は、非水系ビヒクル中に着色剤を分散させてなるインクジェット記録用インクに関する。

インクジェット記録方式は、流動性の高い液体インクを記録ヘッドの微細なノズルから吐出し、紙等の記録媒体に付着させて印刷を行う印刷方式である。この方式は、比較的安価な装置で高解像度かつ高品位の画像を高速かつ低騒音で印刷可能という特徴を有し、最近急速に普及しつつある。

このようなインクジェット記録方式に用いられるインクとしては、酸性染料、直接染料、塩基性染料などの水溶性染料または顔料を、水とグリコール系溶剤または水溶性有機溶剤とからなる水系ビヒクル中に溶解または分散した水系インクが一般によく用いられている。しかし、水系インクを充填した記録ヘッドを大気中に放置すると、インク中の水が蒸発し、インクの粘度が上昇し、ノズルからの吐出が不安定になったり、吐出が不可能となる。この対策として、インクを記録媒体以外の場所へ吐出させる、いわゆる予備吐出により、粘度上昇したインクを予め除去し、印刷時の吐出の安定化を図る方法が多数提案されている。しかしながら、いずれの方法においても、記録以外の目的でインクを消費しなければならないというデメリットを伴なう。

水系インクに対し、水を含まない非水系インクは、ビヒクルが揮発性溶剤を主体としてなる溶剤系インクと不揮発性溶剤を主体としてなるオイル系インクとに大別される。特に、オイル系インクは、溶剤が揮発しにくいことから、記録ヘッドを大気中に放置した際、ノズル内のインクの粘度上昇が起こりにくく、印刷中のクリーニングや予備吐出の回数が少なくて済むといった特長を有し、高速インクジェットプリンタ用インクとして適したものである。

しかし、従来のオイル系インクは、主に分散剤と溶剤とで構成されるビヒクルの表面張力が低く低粘度であるため、インクの浸透速度が速く、しかもビヒクルが不揮発性溶剤を主成分としていることから、記録媒体として紙などのインク浸透性を有するものを用いる場合には、ビヒクルが記録媒体の厚さ方向へ浸透したり水平方向へ染み出し、一定の印字品質を保つことができないという問題があった。また、ビヒクルが記録媒体に残留しやすいため、その残留箇所で紙が透けて裏抜けを発生させることがあった。

このような問題を解決するために、記録媒体として、紙などの表面に顔料等を塗工したいわゆる塗工紙や微塗工紙を用いることも考えられるが、これらの塗工紙や微塗工紙は非塗工紙に比べてコストが高く経済的でない。

インクの処方面の改良によりビヒクルの染み出しや裏抜けを防止するためには、ビヒクルが記録媒体に残留しないようにすること、具体的には溶剤として沸点の低いものを使用することが考えられる。しかし、溶剤の沸点が低いと、記録ヘッドを大気中に放置した際にノズル内のインクから溶剤が揮発し、インク粘度が上昇し、吐出不良を発生させるという問題が生じる。

所定の沸点の溶剤を用いる提案としては、例えば特開２００２−２０１３８７号公報がある。ここでは沸点が１８０℃〜２６０℃でかつ常温での蒸気圧が０．５ｍｍＨｇ以下の溶剤成分を溶剤全量の９０％以上含有させることで、インクの急激な粘度上昇やノズルの目詰まりが防止され、塗膜中に溶剤が残留するおそれも少なくなると記載されている。また、沸点１８０℃以上の高沸点溶剤を用いたインクジェットインキが特開２００１−１６４１５７号公報に開示されている。また、沸点が少なくとも１００℃、より好ましくは２００℃以上の極性溶媒と非極性溶媒を併用したインクジェットインキが国際公開第９６／１２７７２号パンフレットに開示されている。しかし、これらの提案によっても、インクの急激な粘度上昇は抑えられるものの、数時間やそれ以上記録ヘッドを放置した場合、インクの粘度が上昇して吐出不良が依然として生じるため、予備吐出やノズルクリーニング動作といったノズル回復動作を頻繁に行う必要があった。

特開２００２−２０１３８７号公報 特開２００１−１６４１５７号公報 国際公開第９６／１２７７２号パンフレット

かかる状況に鑑み、本発明は、非塗工紙に印刷した場合でもビヒクルの記録媒体の厚さ方向への浸透や水平方向への染み出しが少なく、長期間放置した場合でもノズルの目詰まりが生じにくいインクジェット記録用インクを提供することを目的とする。

本発明によれば、ビヒクルと該ビヒクル中に分散された着色剤とからなるインクジェット記録用インクであって、前記ビヒクルは、第一の溶剤成分と第二の溶剤成分とを少なくとも含み、前記第一の溶剤成分は、前記インクの構成成分中最も低い沸点を備え、かつ、前記インクの粘度よりも高い粘度を備え、前記第二の溶剤成分は、前記第一の溶剤成分よりも高い沸点を備えることを特徴とするインクジェット記録用インクが提供される。

本発明は、第一の溶剤成分と第二の溶剤成分の少なくとも２種類の成分からなる溶剤をインクのビヒクル中に含有せしめ、第一の溶剤成分は低沸点かつ高粘度のものとし、第二の溶剤成分は高沸点かつ低粘度のものとしたことに最大の特徴を有する。かくして、記録ヘッドを開放状態で放置してビヒクルの揮発が発生したとしても、低沸点かつ高粘度の第一の溶剤成分が高沸点かつ低粘度の第二の溶剤成分よりも優先的に揮発し、すなわち、高粘度の溶剤成分から優先的に揮発するようにしたため、記録ヘッドのノズル内のインク粘度上昇が抑制され、吐出不良の発生も抑制されるとともに、記録媒体に吐出した場合、溶剤が良好に揮発するため記録媒体中に溶剤が残留せず、ビヒクルの染み出しや裏抜けも防止される。

以上詳述のとおり、本発明は、第一の溶剤成分と第二の溶剤成分の少なくとも２種類の成分からなる溶剤をインクのビヒクル中に含有せしめ、第一の溶剤成分は低沸点かつ高粘度のものとし、第二の溶剤成分は高沸点かつ低粘度のものとしたので、記録ヘッドを開放状態で放置してビヒクルの揮発が発生したとしても、低沸点かつ高粘度の第一の溶剤成分が高沸点かつ低粘度の第二の溶剤成分よりも優先的に揮発し、記録ヘッドのノズル内のインク粘度上昇が抑制され、吐出不良の発生も抑制されるとともに、記録媒体に吐出した場合、溶剤が良好に揮発するため記録媒体中に溶剤が残留せず、ビヒクルの染み出しや裏抜けも防止される。

本発明のインクは、基本的に、ビヒクルと該ビヒクル中に分散された着色剤とから構成される。ビヒクルは、基本的に、非水系溶剤からなり、所望により、分散剤などの他の添加剤を含有してもよい。

ビヒクルを構成する非水系溶剤は、上述のように、少なくとも２種類の溶剤成分を混合してなり、具体的には、インクの構成成分中最も低い沸点を備え、かつ、インクの粘度よりも高い粘度を備えた第一の溶剤成分と、この第一の溶剤成分よりも高い沸点を備える第二の溶剤成分とから少なくとも構成される。第一の溶剤成分の粘度はインクの粘度よりも高いものであるから、通常、第二の溶剤成分の粘度は第一の溶剤成分よりも低いものである。

第一の溶剤成分及び第二の溶剤成分のそれぞれは、上記沸点と粘度の相対的条件を満たす限り、各種非水系溶剤から適宜選択して使用できる。かかる溶剤は、極性溶剤および非極性溶剤の何れであってもよく、単一の相を形成する限り両者を組み合わせて使用してもよい。

極性溶剤の具体例としては、脂肪酸類、エステル類、アルコール類、エーテル類などが挙げられる。脂肪酸類としては、イソパルミチン酸、オレイン酸、イソステアリン酸が挙げられる。エステル類としては、ラウリル酸メチル、ラウリル酸イソプロピル、ミリスチン酸イソプロピル、パルミチン酸イソプロピル、パルミチン酸イソステアリル、オレイン酸メチル、オレイン酸エチル、オレイン酸イソプロピル、オレイン酸ブチル、リノール酸メチル、リノール酸イソブチル、リノール酸エチル、イソステアリン酸イソプロピル、大豆油メチル、大豆油イソブチル、トール油メチル、トール油イソブチル、アジピン酸ジイソプロピル、セバシン酸ジイソプロピル、セバシン酸ジエチル、モノカプリン酸プロピレングリコール、トリ２エチルヘキサン酸トリメチロールプロパン、トリ２エチルヘキサン酸グリセリルなどが挙げられる。アルコール類としては、イソパルミチルアルコール、イソステアリルアルコール、オレイルアルコールなどが挙げられる。エーテル類としては、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテルといったグリコールエーテル系の溶剤が挙げられる。

非極性溶剤の例としては、ナフテン系、パラフィン系、イソパラフィン系などの溶剤が挙げられる。非極性溶剤の具体例としては、エクソン社のアイソパー、エクソール、新日本石油社のＡＦソルベント、サン石油社のサンセン、サンパー等が挙げられる。なお、これらは各社の商品名又は登録商標である。

第一の溶剤成分の沸点は２８０℃以下であることが好ましく、１５０〜２８０℃であることがさらに好ましく、２００〜２８０℃が特に好ましい。沸点が高すぎると印刷時に溶剤が揮発せず、記録媒体中に溶剤が残留して、ビヒクルの染み出しや裏抜けが発生する。沸点が低すぎると揮発速度が速く、比較的短時間でノズル内のインクの顔料濃度が向上し、吐出が不安定になる。第一の溶剤成分の粘度は、２３℃において通常１０ｍＰａ・ｓ以上、好ましくは２０ｍＰａ・ｓ以上、さらに好ましくは３０ｍＰａ・ｓ以上、最も好ましくは５０ｍＰａ・ｓ以上である。粘度が低すぎると高周波のヘッドにおいて、吐出の追随性が低下する。

第一の溶剤成分としては、極性溶剤が好ましく、とりわけ、インクジェット記録ヘッドに用いる材質の耐蝕性の観点から、炭素数６以上のアルコール系溶剤が好ましい。かかるアルコール系溶剤の好適な具体例としては、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、ウンデカノールといった直鎖状の脂肪族アルコール系溶剤、イソミリスチルアルコールといった分岐鎖状の高級アルコール、α−テルピネオールといったモノテルペンアルコール類等が挙げられる。

第一の溶剤成分は、インク全量に対して１０〜８０重量％使用することが好ましく、１５〜４５重量％使用することがさらに好ましく、２０〜４０重量％使用することが特に好ましい。１０重量％未満では揮発性分が少ないためビヒクルの染み出しや裏抜けを防止できない。８０重量％を越えると長期放置後に顔料濃度が向上し、粘度が上昇しノズルの目詰まりが発生する。

第二の溶剤成分は、選択された第一の溶剤成分よりも沸点が高くかつ粘度が低い溶剤を上記に列挙した各種溶剤から適宜選択すればよい。第二の溶剤成分の沸点は２３５℃以上が好ましく、２５０〜３６０℃がさらに好ましい。沸点が高すぎると印刷時に溶剤が揮発せず、記録媒体中に溶剤が残留して、ビヒクルの染み出しや裏抜けが発生する。沸点が低すぎると揮発速度が速く、比較的短時間でノズル内のインクの顔料濃度が向上し、吐出が不安定になる。第二の溶剤成分の粘度は、２３℃において好ましくは１０ｍＰａ・ｓ未満であり、好ましくは７ｍＰａ・ｓ以下、さらに好ましくは６ｍＰａ・ｓ以下である。粘度が高すぎると吐出時の環境温度が低いときには吐出が不可能となる。第二の溶剤成分の好ましい具体例としては、大豆油メチルなどの脂肪酸エステル類、ナフテン系、パラフィン系、イソパラフィン系などの溶剤が挙げられる。

本発明において、ビヒクルは、上記第一及び第二の溶剤成分以外に、インクの粘度調整や顔料の希釈などの目的を達成するために、他の溶剤成分を含有してもよいことは言うまでもない。

ビヒクル中に使用する分散剤としては、使用する着色剤を溶剤中に安定に分散させるものであれば特に制限されないが、中でも高分子分散剤を使用することが好ましい。

具体的には、日本ルーブリゾール社製「ソルスパース５０００（フタロシアニンアンモニウム塩系）、１３９４０（ポリエステルアミン系）、１７０００、１８０００（脂肪族アミン系）、２２０００、２４０００、２８０００」；Ｅｆｋａ ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ社製「エフカ４００、４０１、４０２、４０３、４５０、４５１、４５３（変性ポリアクリレート）、４６、４７、４８、４９、４０１０、４０５０、４０５５（変性ポリウレタン）」；花王社製「デモールＰ、ＥＰ」、「ポイズ５２０、５２１、５３０」、「ホモゲノールＬ−１８（ポリカルボン酸型高分子界面活性剤）」；楠本化成社製「ディスパロンＫＳ−８６０、ＫＳ−８７３Ｎ４（高分子ポリエステルのアミン塩）」；第一工業製薬社製「ディスコール２０２、２０６、ＯＡ−２０２、ＯＡ−６００（多鎖型高分子非イオン系）」などが挙げられる。

着色剤としては、油溶性染料等の染料、顔料などが使用でき、好ましくは顔料が使用される。顔料としては、有機顔料、無機顔料等、印刷技術分野で一般に用いられている従来公知の顔料を特に限定することなく使用できる。顔料の具体例としては、カーボンブラック、カドミウムレッド、クロムイエロー、カドミウムイエロー、チタンイエロー、酸化クロム、ピリジアン、チタンコバルトグリーン、ウルトラマリンブルー、プルシアンブルー、コバルトブルー、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、キナクリドン系顔料、イソインドリノン系顔料、ジオキサジン系顔料、スレン系顔料、ペリレン系顔料、チオインジゴ系顔料、キノフタロン系顔料、金属錯体顔料などが挙げられる。

着色剤の濃度は、使用する着色剤の種類によって異なるが、インク全量の２〜２０重量％が好ましく、４〜１５重量％がさらに好ましい。顔料の粒子径は０．０１〜１μｍの範囲が好ましい。

本発明のインクは、溶剤、分散剤、着色剤などの各成分をビーズミルなどの適当な分散機を用いて混合することにより調製できる。

本発明のインクの粘度は、記録ヘッドのノズルの孔径や駆動条件、記録ヘッドの構成などによって異なるが、２３℃において５〜３０ｍＰａ・ｓが好ましい。かかる粘度は、溶剤、分散剤、着色剤などの各成分の種類や量を適宜選択することによって調整することが好ましく、適宜、粘度調節剤などを添加して調整することもできる。

また、本発明のインクは、染み出しや裏抜けを防止する為、ビヒクルが記録媒体に残留しにくい、言い換えれば、ビヒクルの揮発性がより高いことが好ましい。従って、５０℃で１０日間開放放置した際のインクの重量減少量が０．０４ｇ／ｃｍ ^２ 以上であることが好ましい。ここで、重量減少量とは、インクをある容器に入れて開放放置した時、放置前後の重量変化を、気−液界面の面積で除して算出したものである。

また、本発明のインクは、開放放置した場合でも粘度上昇が少ないことを特徴とするものであり、実用上、５０℃で開放放置してインクの重量が３０％減少した際におけるインクの粘度変化率が下記式を満たすことが望ましい。

（式中、η _０ は開放放置前のインク粘度、η _３０ は５０℃で開放放置してインクの重量が３０％減少した際におけるインク粘度、１００×（η _３０ −η _０ ）／η _０ はインクの粘度変化率を示す。）

このような重量減少量や粘度変化率を満たすインクは、溶剤、分散剤、着色剤などの各成分の種類や量を適宜選択することによって調製できる。

以下、実施例及び比較例を参照して本発明をさらに詳細に説明する。なお、下記の例中、％及び部は特に断りのない限り重量基準である。

（実施例１）
表１に示す配合に従い、各溶剤成分を混合した後、該溶剤に分散剤を溶解してビヒクルを得た。その後、該ビヒクルの少量にカーボンブラックを添加してプレミックスした後、ビーズミルにてカーボンブラックと他のビヒクルとを滞留時間約２０分間で分散し、インクを作製した。なお、各溶剤成分及び得られたインクの粘度は東機産業株式会社製、ＲＥ１０５Ｌ型粘度計にて測定した。

（実施例２〜５及び比較例１〜３）
表１に示す配合とした以外、実施例１と同様の手順でインクを作製した。なお、各溶剤成分及び得られたインクの粘度は実施例１と同様の方法で測定した。

（試験例）
上記例で得られた各インクの下記（１）〜（３）の試験に供した。結果を表１に示す。

（１）インク粘度変化測定
容量１００ｍｌ、内径５０ｍｍのビーカーにインクを２０ｇ添加し、５０℃環境下に放置し、重量が３０％減量時の粘度変化率を下記式に従って求めた。

（式中、η _０ は開放放置前のインク粘度、η _３０ は５０℃で開放放置してインクの重量が３０％減少した際におけるインク粘度。なお、各粘度は実施例１と同様の方法で測定した。）

（２）５０℃、１０日間放置後のインキの単位表面積当たりの重量減少量
容量１００ｍｌ、内径５０ｍｍのビーカーにインク２０ｇを添加し、５０℃環境下に放置し、１０日後の重量減少量を測定した。得られた重量減少量の値を液面の表面積で除することにより、単位表面積当たりの重量減少量を求めた。

（３）ビヒクルの染み出し
普通紙にザール（Xaar）社製のシェアウォールモード型インクジェット記録ヘッドを用いて２ｃｍ角のベタを印刷後、１日経過後の印字部の縁に展開するビヒクルの染み出しを下記基準に従い目視評価した。
○：なし
△：若干あり
×：あり

（４）ノズルの目詰まり
上記（２）と同様に印刷後、インクジェット記録ヘッドを１２時間放置した後印刷を行い、該ヘッドから正常にインクが吐出されるかどうかを確認した。
○：全ノズルからインクが正常に吐出される
×：インクを吐出しないノズルがある

表１中の符号は下記を意味する。
MA８：三菱化学株式会社製カーボンブラックＭＡ８（商品名）、
S13940：日本ルーブリゾール社製顔料分散剤ソルスパースＳ１３９４０（商品名）、
FOC140：日産化学工業（株）製ファインオキソコール１４０（商品名）
AF4：新日本石油社製ＡＦソルベント４号（商品名）、
AF5：新日本石油社製ＡＦソルベント５号（商品名）、
AF6：新日本石油社製ＡＦソルベント６号（商品名）、
FOC180：日産化学工業（株）製ファインオキソコール１８０（商品名）。

実施例１〜５では低沸点かつ高粘度の溶剤成分と高沸点かつ低粘度の溶剤成分とを組み合わせて用いたので、何れの試験例においても良好な結果が得られた。これに対し、比較例１及び３では最も沸点の低い溶剤成分の粘度が低粘度であるため粘度変化率が高く、ノズルの目詰まりが発生した。比較例２では溶剤成分全ての沸点が高すぎるため、ビヒクルの染み出しが発生した。

Claims (8)

1. ビヒクルと該ビヒクル中に分散された着色剤とからなるインクジェット記録用インクであって、前記ビヒクルは、第一の溶剤成分と第二の溶剤成分とを少なくとも含み、前記第一の溶剤成分は、前記インクの構成成分中最も低い沸点を備え、かつ、前記インクの粘度よりも高い粘度を備え、前記第二の溶剤成分は、前記第一の溶剤成分よりも高い沸点を備えることを特徴とするインクジェット記録用インク。
2. 前記第一の溶剤成分の沸点は２８０℃以下である請求項１に記載のインクジェット記録用インク。
3. 前記第一の溶剤成分は極性溶剤である請求項２に記載のインクジェット記録用インク。
4. 前記極性溶剤は炭素数６以上のアルコール系溶剤である請求項３に記載のインクジェット記録用インク。
5. 前記第一の溶剤成分をインク全量に対して１０〜８０重量％含有する請求項１〜４の何れか１項に記載のインクジェット記録用インク。
6. ５０℃で開放放置してインクの重量が３０％減少した際におけるインクの粘度変化率が下記式を満たす請求項１に記載のインクジェット記録用インク。
   

   

   （式中、η _０ は開放放置前のインク粘度、η _３０ は５０℃で開放放置してインクの重量が３０％減少した際におけるインク粘度、１００×（η _３０ −η _０ ）／η _０ はインクの粘度変化率を示す。）
7. ２３℃におけるインクの粘度が５〜３０ｍＰａ・ｓである請求項１に記載のインクジェット記録用インク。
8. ５０℃で１０日間開放放置した際のインクの重量減少量が０．０４ｇ／ｃｍ ^２ 以上である請求項１に記載のインクジェット記録用インク。