JP4587069B2 - 水性インク組成物 - Google Patents
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Description
一価または二価のC5〜C10の鎖長を有する分枝のアルコールは、浸透成分として優れた特性を有し、このような特定のアルコールを含む水性インク組成物は、記録媒体の種類によらず、濡れ性および浸透速度を概ね同等とすることができる。
本発明による水性インク組成物は、上記の一価または二価のC5〜C10の鎖長を有する分枝のアルコールに加えて、アセチレングリコール系界面活性剤を含む。アセチレングリコール系界面活性剤は、以下に説明する浸透性有機溶剤と同様に、記録媒体へのインク浸透性を向上させるための添加剤である。また、アセチレングリコール系界面活性剤のなかでも、アセチレングリコール系ノニオン性界面活性剤は、起泡性が少ないかまたは無いという特性を有するため、水性インク組成物をインクジェット記録方法に適用する際に特に有用である。本発明における好ましいアセチレングリコール系ノニオン性界面活性剤の具体例としては、Air Products and Chemicals. Inc.社製のサーフィノール61、82、104、440、465、485、またはTG、日信化学工業株式会社製のオルフィンSTG、オルフィンE1010等が挙げられる。
本発明による水性インク組成物は、上記の一価または二価のC5〜C10の鎖長を有する分枝のアルコールに加えて、浸透性有機溶剤を含む。ここで、「浸透性有機溶剤」とは、記録媒体へのインク浸透性を速めるための添加剤を意味し、このような浸透性有機溶剤は、所望のインク乾燥時間を考慮して適宜選択することができる。
本発明による水性インク組成物に使用される保湿剤は、インクの乾燥を抑制するために添加されるものである。保湿剤を添加することにより、プリンタヘッドノズル先端の乾燥による水分蒸発を抑制し、水性インクの凝集・固化を抑制することができる。
本発明による水性インク組成物は、樹脂エマルジョンを含んでなることが好ましい。上記成分、すなわち、着色成分、一価または二価のC5〜C10の鎖長を有する分枝のアルコール、アセチレングリコール系界面活性剤および/または浸透性有機溶剤、保湿剤、ならびに水を含む水性インクに、樹脂エマルジョンを添加することにより、着色剤の定着性が向上するだけでなく、普通紙でのベタ均一性や発色性も格段に向上する。すなわち、上記した各成分と樹脂エマルジョンとを組み合わせることにより、吐出安定性に優れるとともに、均一に記録媒体に印字でき、かつ普通紙での印字品質、とりわけ発色性と定着性とに優れる水性インクが実現できる。ここで、樹脂エマルジョンとは、連続相が水であり、分散相が次のような樹脂成分であるエマルジョンを意味する。
着色成分としては、染料、または、水溶性樹脂により分散された顔料、もしくは表面改質された樹脂なしに分散する表面処理顔料が挙げられる。
本発明による水性インク組成物に使用される水としては、イオン性の不純物を極力低減することを目的として、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、蒸留水等の純水、または超純水を用いることができる。
本発明において、着色成分のうちカーボンブラックまたは有機顔料を水溶性樹脂により分散させる好適な方法を説明する。先ず、アニオン性基を含有する水溶性樹脂を有機アミンやアルカリ金属塩化合物等のアルカリ性化合物を含有するアルカリ水に溶解、あるいは分散させる。次いで、この液と顔料とを混合し、ボールミル、サンドミル、アトライター、ロールミル、アジテーターミル、ヘンシェルミキサー、コロイドミル、超音波ホモジナイザー、ジェットミル、オングミル等の分散機を用いて分散することにより顔料分散液を得ることができる。より好ましくは、顔料と水溶性樹脂とをより強固に接着して分散安定するために、特開平9−151342号公報、特開平10−140065号公報、特開平11−209672号公報、特開平11−172180号公報、特開平10−25440号公報、特開平11−43636号公報、または、特開2001−247810号公報の各公報に開示されている方法によって製造することもできる。
本発明において、「転相法」とは、基本的には、自己分散能または溶解能を有する水溶性樹脂と顔料との混合溶融物を水に分散させる、自己分散(転相乳化)化方法をいう。ここで、混合溶融物とは、溶解せず混合した状態、また溶解して混合した状態、またはこれら両者のいずれの状態をも含むものをいう。
(1)分散樹脂前駆体(前記したアニオン性基を含有する水溶性樹脂等)/溶剤溶液に、顔料、中和剤、少量の水を加えて、溶剤ベースのスラリーを作製する工程、(2)スラリーを多量の水に加えながら分散し、水ベースのスラリーを作製する工程、(3)水ベースのスラリーから、水溶性樹脂を溶解するのに用いた溶剤を除去して、水分散樹脂で顔料を包含した顔料含有樹脂粒子分散体を作製する工程を含んでなるものである。
本発明において、「酸析法」とは、水溶性樹脂と顔料とからなる含水ケーキを用意し、その含水ケーキ中の、水溶性樹脂が含有してなる未中和基の一部を中和剤で中和することによって、顔料を製造する方法をいう。
(1)水溶性樹脂と顔料とをアルカリ性水性媒体中に分散し、また、必要に応じて加熱処理を行なって水溶性樹脂のゲル化を図る工程、(2)pHを中性または酸性にすることによって水溶性樹脂を疎水化して、水溶性樹脂を顔料に強く固着する工程と、(3)必要に応じて、濾過および水洗を行なって、含水ケーキを得る工程と、(4)含水ケーキを中の、水溶性樹脂が含有してなるアニオン性基の一部または全部を塩基性化合物にて中和し、その後、水性媒体中に再分散する工程と、(5)必要に応じて加熱処理を行ない水溶性樹脂のゲル化を図る工程とを含んでなるものである。
(a)市販の酸化カーボンブラックにオゾンや次亜塩素酸ソーダ溶液を作用し、カーボンブラックをさらに酸化処理して、その表面をより親水化処理する手段(例えば、特開平7−258578号公報,特開平8−3498号公報,特開平10−120958号公報,特開平10−195331号公報,特開平10−237349号公報)、
(b)カーボンブラックを3−アミノ−N−アルキル置換ピリジウムブロマイドで処理する手段(例えば、特開平10−195360号公報,特開平10−330665号公報)、
(c)有機顔料が不溶あるいは難溶である溶剤中に有機顔料を分散させ、スルホン化剤により、顔料粒子表面にスルホン基を導入する手段(例えば、特開平8−283596号公報,特開平10−110110号公報,特開平10−110111号公報)、
(d)三酸化硫黄と錯体を形成する塩基性溶剤中に有機顔料を分散させ、三酸化硫黄を添加することにより有機顔料の表面を処理し、スルホン基あるいはスルホンアミノ基を導入する手段(例えば、特開平10−110114号公報)、
(e)アゾカップリング反応によりカーボンブラックに結合させたフェニレン基を介することで、水可溶化官能基と水溶性樹脂を顔料表面に導入する手段(例えば、特開2000−53902号公報)等が挙げられる。
上記のようにして得られた着色成分に、一価または二価のC5〜C10の鎖長を有する分枝のアルコール、保湿剤、浸透性有機溶剤および/またはアセチレングリコール系界面活性剤、および水、さらに必要に応じてその他の成分を添加することによって、水性インク組成物を好適に製造できる。
本発明のインクジェット記録方法は、上記の水性インク組成物を微細なノズルより液滴として吐出して、その液滴を記録媒体に付着させる方式であればいかなる方法も使用することができる。例えば、静電吸引方式が挙げられ、この方式はノズルとノズルの前方に置いた加速電極の間に強電界を印可し、ノズルから水性インク組成物を液滴状で連続的に噴射させ、インク滴が偏向電極間を飛翔する間に印刷情報信号を偏向電極に与えて記録するか、あるいはインク滴を偏向させることなく印刷情報信号に対応して噴射させる方式である。
(1)分散液K1
カーボンブラックとしてMA100(商品名、三菱化学株式会社製) 75g、アニオン性基としてカルボン酸基を有するスチレン−アクリル酸系水溶性樹脂としてジョンクリル611(商品名、ジョンソンポリマー株式会社、平均分子量8,100、酸価53KOHmg/g) 25g、水酸化カリウム 1.40g、イオン交換法と逆浸透法により精製した超純水 250gを混合して、ジルコニアビーズによるボールミルにて10時間分散を行った。得られた分散原液を孔径約8μmのメンブランフィルタ(商品名、日本ミリポア・リミテッド製)で濾過して粗大粒子を除き、超純水で顔料濃度15重量%まで希釈して水溶性樹脂で分散した分散液1を調製した。
分散液K1に対して、カーボンブラックを有機顔料のC.I.ピグメントブルー 15:3 65gに、水溶性樹脂の添加量を35gに、水酸化カリウムの添加量を1.90gに代える以外は同様な方法で分散液を作製した。これを分散液C1とする。
分散液K1に対して、カーボンブラックを有機顔料のC.I.ピグメントイエロー 74 75gに水溶性樹脂の添加量を25gに、水酸化カリウムの添加量を1.40gに代える以外は同様な方法で分散液を作製した。これを分散液Y1とする。
分散液K1に対して、カーボンブラックを有機顔料のC.I.ピグメントレッド 122 80gに、水溶性樹脂の添加量を20g、水酸化カリウムの添加量を1.10gに代える以外は同様な方法で分散液を作製した。これを分散液M1とする。
カーボンブラックとしてMA100(商品名、三菱化学株式会社製) 75g、アニオン性基としてカルボン酸基を有するスチレン−アクリル酸系水溶性樹脂としてジョンクリル678(商品名、ジョンソンポリマー株式会社、平均分子量8,500、酸価215KOHmg/g) 25g、水酸化カリウム 5.40g、イオン交換法と逆浸透法により精製した超純水 250gを混合して、ジルコニアビーズによるボールミルにて10時間分散を行った。得られた分散原液を孔径約8μmのメンブランフィルタ(商品名、日本ミリポア・リミテッド製)で濾過して粗大粒子を除き、超純水で顔料濃度15重量%まで希釈して水溶性樹脂で分散した分散液K2を調製した。
分散液K2に対して、カーボンブラックを有機顔料のC.I.ピグメントブルー 15:4 40gに、水溶性樹脂の添加量を40g、水酸化カリウムの添加量を9.0gに代える以外は同様な方法で分散液を作製した。これを分散液C2とする。
分散液K2に対して、カーボンブラックを有機顔料のC.I.ピグメントイエロー 74 60gに、水溶性樹脂の添加量を20g、水酸化カリウムの添加量を1.10gに代える以外は同様な方法で分散液を作製した。これを分散液Y2とする。
分散液K2に対して、カーボンブラックを有機顔料のC.I.ピグメントレッド 122 64gに、水溶性樹脂の添加量を16g、水酸化カリウムの添加量を0.9gに代える以外は同様な方法で分散液を作製した。これを分散液M2とする。
カーボンブラックMA−7(三菱化学社製)12重量部を5%の次亜塩素酸ナトリウム溶液600重量部と混合し、80〜95℃で加熱還流を10時間行った。その後、水洗と遠心分離を繰り返した後、塩酸を加えてpHを1に調整し、逆浸透膜にて脱塩処理した。得られた原液を孔径約8μmのメンブランフィルタ(商品名、日本ミリポア・リミテッド製)で濾過して粗大粒子を除き、トリエタノールアミンを加えてpHを8に調整し、顔料濃度15重量%の表面処理カーボンブラック分散液を得た。
5〜10℃の発煙硫酸(SO3濃度25%品)100重量部中にフタロシアニン顔料(C.I.ピグメントブルー15:3)3重量部を攪拌しながら15分かけて添加した。得られた混合物を70〜90℃で数時間攪拌した後、氷水中に注入した。生じた懸濁液を濾過洗浄後、トリエタノールアミンを加えてpH8.2に調整し、18重量%のスルホン化処理フタロシアニン顔料分散液を得た。
(1)樹脂エマルジョンA
イオン交換水450g、ラウリル硫酸ナトリウム3g、アクリルアミド20g、スチレン500g、ブチルアクリレート410g、メタクリル酸30gおよびエチレングリコールジメタクリレート2gを攪拌して混合し、乳化物Aを調製した。また、攪拌機、還流コンデンサー、滴下装置および温度計を備えた反応容器に、イオン交換水900gおよびラウリル硫酸ナトリウム3gを仕込み、攪拌下に窒素置換しながら70℃まで昇温した。内温を70℃に保ち、重合開始剤として過硫酸カリウム4gを添加し、溶解後、予め調製した乳化物Aを連続的に4時間かけて反応容器内に滴下した。滴下終了後、3時間の熟成を行った。得られた水性エマルジョンを常温まで冷却した後、イオン交換水とアンモニア水とを添加して、固形分40重量%、pH8.0に調整し、樹脂エマルジョンAを得た。得られた樹脂エマルジョンAのガラス転移温度を示差走査熱量計(DSC6220:セイコーインスツルメンツ株式会社製)により測定したところ、−15℃であった。
イオン交換水450g、ラウリル硫酸ナトリウム3g、アクリルアミド20g、メチルアクリレート675g、ブチルアクリレート235g、メタクリル酸30gを攪拌して混合し、乳化物Bを調製した。また、攪拌機、還流コンデンサー、滴下装置および温度計を備えた反応容器に、イオン交換水900gおよびラウリル硫酸ナトリウム3gを仕込み、攪拌下に窒素置換しながら70℃まで昇温した。内温を70℃に保ち、重合開始剤として過硫酸カリウム4gを添加し、溶解後、予め調製した乳化物Bを連続的に4時間かけて反応容器内に滴下した。滴下終了後、3時間の熟成を行った。得られた水性エマルジョンを常温まで冷却した後、イオン交換水と5%水酸化ナトリウム水溶液とを添加して、固形分40重量%、pH8.0に調整し、樹脂エマルジョンBを得た。得られた樹脂エマルジョンBのガラス転移温度を上記と同様にして測定したところ50℃であった。
イオン交換水450g、ラウリル硫酸ナトリウム3g、アクリルアミド20g、メチルメタクリレート810g、ブチルアクリレート235gおよびメタクリル酸30gを攪拌して混合し、乳化物Cを調製した。また、攪拌機、還流コンデンサー、滴下装置および温度計を備えた反応容器に、イオン交換水900gおよびラウリル硫酸ナトリウム3gを仕込み、攪拌下に窒素置換しながら70℃まで昇温した。内温を70℃に保ち、重合開始剤として過硫酸カリウム4gを添加し、溶解後、予め調製した乳化物Bを連続的に4時間かけて反応容器内に滴下した。滴下終了後、3時間の熟成を行った。得られた水性エマルジョンを常温まで冷却した後、イオン交換水とアンモニア水とを添加して、固形分40重量%、pH8.0に調整し、樹脂エマルジョンCを得た。得られた樹脂エマルジョンCのガラス転移温度を上記と同様にして測定したところ26℃であった。
上記で得られた分散液および樹脂エマルジョンを、下記表1に示した組成となるように加えて全量を100gとし、2時間攪拌、孔径約1.2μmのメンブランフィルタ(商品名、日本ミリポア・リミテッド製)にて濾過することにより水性インク1〜45(実施例1〜45)および水性インク46〜48(比較例1〜3)を調製した。
(1)吐出安定性の評価
実施例1〜45および比較例1〜3の水性インクをインクジェットプリンタ(PX−V700:セイコーエプソン株式会社製)に搭載した。印刷用紙にA4版のXerox P(商品名、富士ゼロックスオフィスサプライ株式会社製)を用い、20〜25℃/40〜60%RHの環境下で文字・塗りつぶしが混在する画像を連続的に印刷して、印刷中の画像に飛行曲がりや抜け等の不具合の有無を目視にて測定した。評価基準は以下の通りとした。
AA:200枚まで連続印刷しても、飛行曲がり・抜けが発生しない
A:100枚までの連続印刷で、飛行曲がり・抜けが発生しない
B:100枚までの連続印刷で、飛行曲がり・抜けが発生したが10箇所未満である
C:100枚までの連続印刷時に、飛行曲がり・抜けが10箇所以上発生する
結果は、下記の表2に示される通りであった。
実施例1〜45および比較例1〜3の水性インクをインクジェットプリンタ(PX−V700:セイコーエプソン株式会社製)に搭載した。印刷設定を「用紙種類;普通紙、印刷品質;ファイン」にして、5%から100%まで5%刻みで塗りつぶし密度を変えた画像を印刷して、その印刷物の濃淡ムラによる印刷品質(塗りつぶし画像品質)を評価した。この評価においては、普通紙として、Xerox Premium Multipurpose 4024(商品名、Xerox Corporation製)、Xerox P(商品名、富士ゼロックスオフィスサプライ株式会社製)、Hammermill Copy Plus(商品名、International Paper社製)を、再生紙として、Xerox R(商品名、富士ゼロックスオフィスサプライ株式会社製)を用いた。塗りつぶし画像品質の評価は目視により行なった。評価基準は以下の通りとした。
AA:全ての塗りつぶし画像において、ほとんど濃淡ムラが認められない
A:塗りつぶし密度100%画像でわずかに濃淡ムラが認められるが、実用上問題ないレベル
B:塗りつぶし密度50%以上の画像で濃淡ムラが認められる
C:全ての塗りつぶし画像で濃淡ムラが認められる
結果は、下記の表2に示される通りであった。
実施例1〜45および比較例1〜3の水性インクをインクジェットプリンタ(PX−V700:セイコーエプソン株式会社製)に搭載した。印刷設定を「用紙種類;普通紙、印刷品質;ファイン」にして、100%の塗りつぶし密度の画像を印刷して、印刷品質(O.D.値)を評価した。この評価では、普通紙としてXerox Premium Multipurpose 4024(商品名、Xerox Corporation製)、Xerox P(商品名、富士ゼロックスオフィスサプライ株式会社製)、Hammermill Copy Plus(商品名、International Paper社製)を、再生紙としてXerox R(商品名、富士ゼロックスオフィスサプライ株式会社製)を用いた。画像品質の評価についてはグレタグ濃度計(グレタグマクベス社製)を用いた。評価基準は以下の通りとした。
AA:O.D.値 1.0以上の場合
A:O.D.値 0.95以上 1.0未満の場合
B:O.D.値 0.90以上 0.95未満の場合
C:O.D.値 0.90未満の場合
結果は、下記の表2に示される通りであった。
Claims (11)
- 染料または顔料から選択される着色成分、一価または二価のC5〜C10の鎖長を有する分枝のアルコール、アセチレングリコール系界面活性剤、浸透性有機溶剤、保湿剤、樹脂エマルジョン、および水を少なくとも含んでなり、前記一価または二価のC5〜C10の鎖長を有する分枝のアルコール、前記アセチレングリコール系界面活性剤、浸透性有機溶剤、および前記保湿剤が、互いに相溶する組み合わせから選択されるものであり、
前記一価または二価のC5〜C10の鎖長を有する分枝のアルコールが、2−エチルー1,3−ヘキサンジオール、2−メチル−1−ブタノール、およびネオペンチルアルコールから選択されるものであり、
前記浸透性有機溶剤が、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、iso−プロピルアルコール、および2−ブタノールから選択されるものであり、
前記保湿剤が、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、トリメチロールプロパン、2−ピロリドン、1,2−ヘキサンジオール、および1,2−オクタンジオールから選択されるものであり、
前記一価または二価のC5〜C10の鎖長を有する分枝のアルコールが、インク全重量に対して2〜5重量%含まれ、前記アセチレングリコール系界面活性剤が、インク全重量に対して0.5〜1.5重量%含まれ、前記浸透性有機溶剤が、インク全重量に対して2〜5重量%含まれ、前記保湿剤が、インク全重量に対して11〜16重量%含まれる、水性インク組成物。 - 前記樹脂エマルジョンのガラス転移温度が20℃以上である、請求項1に記載の水性インク組成物。
- 25℃におけるインクの粘度が5〜20cPsである、請求項1または2に記載の水性インク組成物。
- 前記染料が、酸性染料、直接染料、反応性染料、および塩基性染料から選択されるものである、請求項1〜3いずれか一項に記載の水性インク組成物。
- 前記顔料が、水溶性樹脂により分散されたカーボンブラックである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の水性インク組成物。
- 前記顔料が、水溶性樹脂により分散された有機顔料である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の水性インク組成物。
- 前記顔料が、表面改質され、分散剤なしにインク中に分散することができる表面処理顔料である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の水性インク組成物。
- 前記表面処理顔料が、カーボンブラックを表面処理したものである、請求項7に記載の水性インク組成物。
- 前記表面処理顔料が、有機顔料を表面処理したものである、請求項7に記載の水性インク組成物。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の水性インク組成物の液滴を吐出して、前記液滴を記録媒体に付着させて記録を行なうインクジェット記録方法。
- 請求項1〜9のいずれか一項に記載の水性インク組成物をインクジェット記録方法にて印刷した記録物。
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