JP4624703B2 - インクジェットインク用溶媒システム - Google Patents

Description

本願発明は、概して、デキャップ特性、リカバリー特性、及びカラー特性の改善されたインクジェットインクに関する。より詳細には、染料とよく機能する溶媒システムを提供する。

一般に、インクジェットインクは、染料系インクもしくは顔料系インクのどちらかである。染料系インクは、一般に、通常は水をベースとしている可溶性の着色剤を用いて、媒体を特定の色に変える。あるいはまた、顔料系インクは、典型的に、分散している着色剤を用いて色を実現する。多くの場合、顔料系インクを用いて形成された線質及びプロットの尖鋭度は、染料系インクのそれよりも優れていることがある。しかしながら、着色剤が分散物として存在する故に、顔料に関しては一定の問題が存在する。顔料インクの場合、固体粒子がビヒクルと共に噴射され、その固体粒子が基材表面に付着する。溶液中の水分が蒸発すると、当該粒子は一般的に再分散せず、それによって乾いた画像が形成される。

染料系インクジェットインクは、典型的に、顔料系インクジェットインクより一般的に劣る線質及びプロット尖鋭度をもたらしていたので、染料系インクジェットインクの使用により生じる印刷品質を改善させることに関心が増してきている。染料系インクジェットインクの低い線質及びプロット尖鋭度に関わる１つの問題は、リカバリーに関連する長期問題にだけでなく、キャッピング又はデキャップに関連する短期問題にも直接関連している。デキャップに関連する諸問題を回避するために、ペンは、所望の基材上へ印刷するとき以外の時間にも周期的に加熱され、結果的にインクジェットインクが浪費される。２度の加熱の間の時間をスルーイング（ｓｌｅｗｉｎｇ）時間と呼ぶ。従って、スルーイング時間を長くすることによって、インクジェットインクをそれほど浪費せず且つインクジェットプリンタをそれほど過酷に働かせなくてもよくなる。当分野で周知のスルーイング時間を長くする１つの方法は、ペンから射出される液滴の運動エネルギーを高めることである。しかしながら、運動エネルギーを高めることはまた、噴霧、液滴重量、及び／又はその他の画像品質を劣化させる特性を高めがちである。さらに、この方法では、プリンタの電源がオフの時には、又はプラグが差し込まれていないときには機能しない。従って、長期リカバリーに関連するペンの目詰まりもインクジェット技術における１つの問題である。このように、パワーダウンしたまま比較的長い期間が経過した後にだけでなく、スルーイングに起因するデキャップを低減した状態で印刷する時に、良好な画像を維持するインクジェットインク調合物を提供することが望ましいと思われる。また、より慣習的な性質を持つシステムにおける場合と同様に、塩を利用するシステムにおいても十分に機能するインクジェットインクを提供することも望ましいと思われる。

本願発明は、（ａ）有効量の２−メチル−１，３−プロパンジオール及び誘導体化２−ピロリジノンを含んでいる水性インクビヒクルと、（ｂ）インクビヒクル中に溶解している染料とを含有しているインクジェットインクに関するものである。

あるいはまた、本願発明は、許容できるデキャップ特性、リカバリー特性、及びカラー特性をもつインクをインクジェットする方法にも関連しており、当該方法は、有効量の２−メチル−１，３−プロパンジオール及び誘導体化２−ピロリジノンを含んでいる水性インクビヒクルとインクビヒクル中に溶解している染料とを含有しているインクジェットインクをインクジェットペンから噴射させるステップを包含する。

本発明によって、デキャップ特性、リカバリー特性、及びカラー特性の改善されたインクジェットインク及びインクジェット方法が提供される。本発明のさらに別の特徴並びに利点は、実施例を使って、本発明の特長を説明する以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明の原理についての理解を促進するために、これより例示的な実施形態について言及し、その実施形態を説明するのに特定の用語を用いることにする。とは言え、それらは本発明の範囲を何ら限定することを意図するものでないことは理解されよう。関連技術の当業者及びこの開示を手にする者が思いつくであろう、本明細書で説明される本発明の形態の変更及びさらなる修正、並びに本明細書で説明される本発明の原理についてのさらなる応用は、何れも本発明の範囲内にあると考えるべきである。

単数形は、その内容が別途明確に指示されない限り、複数形の意味を包含する。従って、例えば、「１つの染料」の指示内容は、１つ以上の当該染料の指示内容を包含する。

本明細書では、濃度、量、及びその他の数値データを範囲形式で表現又は提示することがある。そのような範囲形式は便利で簡便なために用いており、範囲の限界として明瞭に挙げられた数値を含むだけでなく、あたかも各数値及び副範囲が明瞭に挙げられているように、その範囲内に包含される個別の数値又は副範囲を全て包含するものと柔軟に解釈すべきであることを理解されたい。例を挙げて説明すると、「約０．１ｗｔ％〜約５ｗｔ％」という濃度範囲は、約０．１ｗｔ％〜約５ｗｔ％という明瞭に挙げられた濃度を含むだけでなく、その指示範囲内の個々の濃度、並びに副範囲を含むものと解釈すべきである。従って、１ｗｔ％、２ｗｔ％、３ｗｔ％、及び４ｗｔ％のような個別濃度、及び０．１ｗｔ％〜１．５ｗｔ％、１ｗｔ％〜３ｗｔ％、２ｗｔ％〜４ｗｔ％、３ｗｔ％〜５ｗｔ％、等のような副範囲もこの数値範囲に含まれる。同じ原理が、１つの数値だけを挙げている範囲にも適用される。例えば、「約５ｗｔ％未満」として挙げられた範囲は、０ｗｔ％と５ｗｔ％の間の全ての値及び副範囲を含むものと解釈すべきである。さらに、上述の解釈は、範囲の大きさ又は記述中の特性とは無関係に適用されるべきである。

本明細書で使用するとき、「有効量」とは、所望の効果を達成するのに十分な材料又は薬剤の最小量を意味する。例えば、「液体ビヒクル」の有効量は、有効なインク噴射に必要とされる諸特性を維持する限りにおいて、インク組成物を製造するのに必要とされる最小量である。

本明細書で使用するとき、「液体ビヒクル」とは、インクジェットインクを形成するために染料をその中に溶解させる液体ビヒクルを意味する。「溶解させる」とは、前述の染料が必ずしも完全に溶解されていなくてもよい。インクビヒクルは当分野で周知であり、広範囲のインクビヒクルを本願発明のインク組成物と共に用いることができる。そのようなインクビヒクルは、水と、限定はしないが、数例を挙げれば、有機溶媒、有機共溶媒、緩衝剤、殺生物剤、キレート剤、表面活性剤（界面活性剤）、光安定化剤、ポリマー等の広範な種々の試薬の混合物とを含む。

「インクジェットインク」又は「インク組成物」とは、水性インクビヒクル及び染料からなる。

飽和又は不飽和の、分枝又は直鎖の脂肪族を指示するとき、用語「低級」とは、炭素原子数１〜６のものを意味するものとする。直接指示により又は用語「それらの組合せ」の指示によるなどして指示されるとき、前述の脂肪族は、それに付着している他の基も含み得る。そのような組合せの例には、ヒドロキシ低級脂肪族が含まれる。

これらの定義を銘記して、本願発明の実施形態によれば、インクジェットインクは、（ａ）有効量の２−メチル−１，３−プロパンジオール及び誘導体化２−ピロリジノンを含んでいる水性インクビヒクルと、（ｂ）インクビヒクル中に溶解している染料とからなる。代替実施形態では、許容できるデキャップ、リカバリー、及びカラー特性をもつインクをインクジェットする方法は、（ａ）有効量の２−メチル−１，３−プロパンジオール及び誘導体化２−ピロリジノンを含んでいる水性インクビヒクルと、（ｂ）インクビヒクル中に溶解している染料とからなるインクジェットインクを、インクジェットペンから噴射させるステップを包含し得る。

上記実施形態では、用語「誘導体化２−ピロリジノン」は、２−ピロリジノンのような未置換のピロリジノンを特別に除外する。誘導体化２−ピロリジノンの例として、１つ以上の水素原子が、ヒドロキシ、分枝又は直鎖の飽和又は不飽和の低級脂肪族、ハロゲン、アミド、エステル、アルデヒド、ケトン、ピリジル、アリール、及びそれらの組合せのうちの１つ以上と置換されている分子が挙げられる。下式１は、本願発明の実施形態に従って使用し得る誘導体化２−ピロリジノン組成物を図示している。

上式１において、各Ｒは、少なくとも１つのＲがＨ以外であるという条件付きで、独立して、Ｈ、ヒドロキシ、（飽和及び不飽和低級脂肪族を含む）低級直線又は分枝脂肪族、ハロゲン、アミド、エステル、アルデヒド、ケトン、ピリジル、アリール、及びそれらの組合せとすることができる。前述のＲ基の組合せには、例えば、ヒドロキシ低級脂肪族を含めることができる。典型的には、ほとんどの（又はたった１つの）Ｒ基をＨとし得るが、これは要求されない。しかしながら、２−ピロリジノンが完全に水不溶性となるように誘導することは好ましくない。従って、一実施形態では、誘導体化２−ピロリジノンは、非イオン性とすることができる。別の実施形態では、誘導体化２−ピロリジノンは、それが５ｗｔ％以上で水中に存在するときに水溶性となるように構成することができる。上式１に従う誘導体化２−ピロリジノンの例として、以下が挙げられる。

使用し得る好ましい誘導体化２−ピロリジノン組成物の例として、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン、１−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリジノン、４−ヒドロキシ−２−ピロリジノン、５−（ヒドロキシメチル）−２−ピロリジノン、１，５−ジメチル−２−ピロリジノン、１−（ヒドロキシメチル）−２−ピロリジノン、３，３，５−トリメチル−２−ピロリジノン、及び５−メチル−２−ピロリジノンが挙げられる。本願発明の組成物及び方法によれば、誘導体化２−ピロリジノンの存在が要求されるが、共溶媒もまた存在する。使用に当って特に有用な共溶媒は、２−メチル−１，３−プロパンジオールである。一実施形態において、２−メチル−１，３−プロパンジオール及び誘導体化２−ピロリジノンが、インクジェットインク中に全体として１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％存在し得る。別の実施形態では、２−メチル−１，３−プロパンジオール及び誘導体化２−ピロリジノンが、インクジェットインク中に全体として１５ｗｔ％〜３０ｗｔ％存在し得る。一実施形態では、両方がインクジェットインク中に共溶媒として存在する場合、２−メチル−１，３−プロパンジオールの誘導体化２−ピロリジノンに対する重量比は５：９５〜９５：５とすることができる。

本願発明の共溶媒システムの１つの利点は、インクジェットインクの分野においてしばしば用いられる塩との使用に極めて適合するということである。一実施形態では、本願発明のインクジェットインク及び方法は、０．５ｗｔ％〜１５ｗｔ％の無機又は有機塩の使用を包含し得る。使用し得るそのような塩の例として、Ｍｇ^２＋（ＮＯ_３）_２ ^２−、Ｌｉ^＋ＮＯ_３ ⁻、Ｋ^＋ＮＯ_３ ⁻、Ｎａ^＋ＣＨ_３ＳＯ_３ ⁻、Ｍｇ^２＋ＳＯ_４ ^２−、Ｎａ^＋ＮＯ_３ ⁻、及び／又はＭｇ^２＋ＣＨ_３ＳＯ_４ ^２−が挙げられる。各塩を単独で上記したが、これら各々の特定の塩の記載は、その各々の水和塩構造もさらに包含する。例えば、Ｍｇ^２＋（ＮＯ_３）_２ ^２−は、Ｍｇ^２＋（ＮＯ_３）_２ ^２−・６Ｈ_２Ｏを含む。

染料に関しては、カラーインデックスに記載されている、ほとんどどのインクビヒクル可溶性酸性染料、直接染料、塩基性染料、及び反応性染料も用いることができる。カラーインデックスに載っていない染料も、それらがインクビヒクルに溶解できれば、用いることができる。使用される染料の量は、染料が本明細書で定義したような有効量で用いられるのであれば、なんら特別の制限を強いられない。しかしながら、当該染料は、典型的には、０．１ｗｔ％〜２０ｗｔ％存在するであろう。

加えて、当分野で周知である他の成分、例えば、殺生物剤、金属キレート化剤、及び／又は緩衝剤等も使用することができる。高分子及び光安定化剤も、当業者に周知のように、いくつかの実施形態において用いることができる。典型的には、これらの１つ以上の他の成分は、それぞれ０ｗｔ％〜３ｗｔ％存在し得る。あるいはまた、そのような成分は、０．１ｗｔ％〜０．５ｗｔ％存在し得る。これらの添加物に加えて、非イオン性又は陰イオン性界面活性剤も０ｗｔ％〜１０ｗｔ％存在し得る。

実施例
以下の実施例は、現時点で最もよく知られている本発明の実施形態を説明するものである。しかしながら、やはり本願発明の範囲内にある他の実施形態も実施することができる。以下に例示したインクジェットインクの全ては、優れたカラー特性であると認められており、且つ各々は少なくとも許容し得るリカバリー特性を示した。

本願発明の原理に従って、マゼンタインクジェットインクを調製した。インクジェットインクに用いた有機溶媒は、１７ｗｔ％の２−メチル−１，３−プロパンジオール及び５ｗｔ％のＮ−メチル−２−ピロリジノンを含有するものであった。さらに、６ｗｔ％のＭｇ^２＋（ＮＯ_３）_２ ^２−・６Ｈ_２Ｏを添加した。マゼンタ色を与えるために、インクジェットインクに約０．７５ｗｔ％のＡｃｉｄ Ｒｅｄ ５２も付加した。インクジェットインクの残部はほとんど水であったが、０．２ｗｔ％の緩衝剤と、２ｗｔ％の非イオン性界面活性剤と、０．４ｗｔ％の陰イオン性界面活性剤を含む、少量の既知添加物も含有させた。調製したインクジェットインクをデキャップ特性について試験した結果、優秀と評価された。

本願発明の原理に従って、マゼンタインクジェットインクを調製した。インクジェットインクに用いた有機溶媒は、５ｗｔ％の２−メチル−１，３−プロパンジオール及び１７ｗｔ％のＮ−メチル−２−ピロリジノンを含有するものであった。さらに、６ｗｔ％のＭｇ^２＋（ＮＯ_３）_２ ^２−・６Ｈ_２Ｏを添加した。マゼンタ色を与えるために、インクジェットインクに約０．７５ｗｔ％のＡｃｉｄ Ｒｅｄ ５２も付加した。インクジェットインクの残部はほとんど水であったが、０．２ｗｔ％の緩衝剤と、２ｗｔ％の非イオン性界面活性剤と、０．４ｗｔ％の陰イオン性界面活性剤を含む、少量の既知添加物も含有させた。調製したインクジェットインクをデキャップ特性について試験した結果、優秀と評価された。

本願発明の原理に従って、イエローインクジェットインクを調製した。インクジェットインクに用いた溶媒は、５ｗｔ％の２−メチル−１，３−プロパンジオール及び１７ｗｔ％のＮ−メチル−２−ピロリジノンを含有するものであった。さらに、６ｗｔ％のＭｇ^２＋（ＮＯ_３）_２ ^２−・６Ｈ_２Ｏを添加した。黄色を与えるために、インクジェットインクに約３．４ｗｔ％のＡｃｉｄ Ｙｅｌｌｏｗ ２３も付加した。インクジェットインクの残部はほとんど水であったが、０．２ｗｔ％の緩衝剤と、２ｗｔ％の非イオン性界面活性剤と、０．４ｗｔ％の陰イオン性界面活性剤を含む、少量の既知添加物も含有させた。調製したインクジェットインクをデキャップ特性について試験した結果、許容し得ると評価された。

本願発明の原理に従って、シアンインクジェットインクを調製した。インクジェットインクに用いた溶媒は、１１ｗｔ％の２−メチル−１，３−プロパンジオール及び１１ｗｔ％の１−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリジノンを含有するものであった。シアン色を与えるために、インクジェットインクに約３．１ｗｔ％のＤｉｒｅｃｔ Ｂｌｕｅ １９９も付加した。インクジェットインクの残部はほとんど水であったが、０．２ｗｔ％の緩衝剤と、２ｗｔ％の非イオン性界面活性剤と、０．４ｗｔ％の陰イオン性界面活性剤を含む、少量の既知添加物も含有させた。調製したインクジェットインクをデキャップ特性について試験した結果、優秀と評価された。

本願発明の原理に従って、マゼンタインクジェットインクを調製した。インクジェットインクに用いた溶媒は、１１ｗｔ％の２−メチル−１，３−プロパンジオール及び１１ｗｔ％の１−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリジノンを含有するものであった。そのマゼンタ色を与えるために、インクジェットインクに約０．７５ｗｔ％のＡｃｉｄ Ｒｅｄ ５２も付加した。インクジェットインクの残部はほとんど水であったが、０．２ｗｔ％の緩衝剤と、２ｗｔ％の非イオン性界面活性剤と、０．４ｗｔ％の陰イオン性界面活性剤を含む、少量の既知添加物も含有させた。調製したインクジェットインクをデキャップ特性について試験した結果、優秀と評価された。

一定の好ましい実施形態を参照して本発明を説明してきたが、様々な修正、変更、省略、及び置換が本発明の趣旨を逸脱することなく成し得るということは、当業者には明らかであろう。例えば、特定の少量の添加物が実施例に示されており、その他の添加物又はより少量の添加物も用いることができる。それ故、本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるものとする。

Claims (4)

1. （ａ）有効量の２−メチル−１，３−プロパンジオール及び誘導体化２−ピロリジノンを含有し、当該誘導体化２−ピロリジノンがＮ−メチル−２−ピロリジノン又は１−（２−ヒドロキシエチル）−２−ピロリジノンである水性インクビヒクルと、
   （ｂ）前記インクビヒクル中に溶解している染料と、
   （ｃ）前記インクビヒクル中に溶解している、Ｍｇ^２＋（ＮＯ_３）_２ ^２−、Ｌｉ^＋ＮＯ_３ ⁻、Ｋ^＋ＮＯ_３ ⁻、Ｎａ^＋ＣＨ_３ＳＯ_３ ⁻、Ｍｇ^２＋ＳＯ_４ ^２−、Ｎａ^＋ＮＯ_３ ⁻、Ｍｇ^２＋ＣＨ_３ＳＯ_４ ^２−、及びそれらの混合物から成る群から選択された０．５ｗｔ％〜８ｗｔ％の無機塩又は有機塩と、
   を含有するインクジェットインク。
2. 前記２−メチル−１，３−プロパンジオール及び前記誘導体化２−ピロリジノンが、インクジェットインク中に全体として１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％存在し、且つ前記２−メチル−１，３−プロパンジオールの前記誘導体化２−ピロリジノンに対する重量比が５：９５〜９５：５である請求項１に記載のインクジェットインク。
3. 前記染料がインクジェットインク中に０．１ｗｔ％〜２０ｗｔ％存在する請求項１に記載のインクジェットインク。
4. 許容し得るデキャップ特性、リカバリー特性、及びカラー特性を有するインクをインクジェットする方法であって、請求項１から３の１つに記載のインクジェットインクをインクジェットペンから噴射するステップを包含する方法。