JP4728213B2 - インクジェットインク用途のための低バルク密度、低表面誘電率のラテックスポリマー - Google Patents

Description

本発明は、概して、ラテックス含有インクによるインクジェット印刷に関する。補足的に、本発明は、インクジェットインク用途のための低バルク密度、低表面誘電率のラテックス並びにラテックスベースのインクに関する。

大きく改善されてきたインクジェット印刷技術ではあるが、多くの領域において、なし得る改善は依然として存在する。インクジェットインクの化学的性質に関して言えば、市販の大多数のインクジェットインクは、水性である。従って、それらの構成成分は、一般に、多くの染料の場合のように水溶性であるか、又は顔料の場合のように水分散性である。さらに、インクジェットインクは、インクジェットペンにとって一般的な高周波数噴射及び射出チャンバ再充填プロセスに適応すべく、低粘度（典型的に、５ｃｐｓ以下）である。

多くのインクジェットインクシステムにおいて起こる典型的な色及び画像全体の褪色問題に加えて、インクジェット印刷物は、水又は高湿度に曝される際に耐久性が低いことでも知られている。これは、当該水性インクに水溶性及び水分散性の着色剤が用いられることに起因する。ある種のインクジェット適合性ラテックスポリマーを取り込むことによって、インクジェットインクの耐水性の領域は大きく改善された。当該ラテックスは、水性インクジェットインク中に分散している、高分子量の小ミクロン若しくはサブミクロンの疎水性高分子粒子から構成し得る。インクジェットインクの一部として印刷されると、インクのラテックス成分は、媒体表面上に膜を形成し、着色剤を疎水性印刷膜内に捕捉し且つ保護することができる。しかしながら、そのようなラテックス組成物は、時間の経過によるラテックスの沈殿に関する問題、並びにペンの信頼性に関わる問題を引き起こし得る。

耐久性のある膜を形成するポリマーは、典型的に、１．１５ｇ／ｃｍ^３以上のオーダーのバルク密度を有するコポリマーから作られ、これは、水、即ち、サーマルインクジェットインクの主成分より明らかに高い。従って、在来のラテックス粒子は、通常、綿状凝集するように設計されており、それによって、ラテックス微粒子は、集塊することなく容易に振とう又は撹拌されて分散物にもどることができる。そのような綿状凝集挙動は、ラテックス塗料に関してよく知られている。不運にも、これらの従来の教示は、インクジェット印刷用途という特異的なニーズを指向していない。例えば、インクジェットペンのマイクロチャネルによるインク供給は、特にペンを長期間保管したり、使用しない場合、沈殿物で容易に閉塞してしまう。そのような沈殿は、流れを阻害することにより、ペン構造のマイクロチャネル内における適切な混合を阻止してしまうため、ペンを振とうしても容易には再分散されない。加えて、噴射に用いるマイクロチャネルは、射出に備えて長期間にわたってインクの幾つかを収容する場合があり、沈降したラテックスがマイクロチャネルのさらなる狭窄を引き起こす場合がある。これは、マイクロチャネルの閉塞に起因するインクジェットペンの故障に帰着する。さらに、サーマルインクジェットペンの流体チャネルに見られるミクロンオーダーの配置距離がその問題を一層悪化させる。

インクジェットインクと共に用いるのに極めて機能的であり、且つ無期限にではなくても、長時間にわたって懸濁状態を維持し得るラテックス微粒子を開発することが有益であろうと考えられる。

一実施形態では、０．９０ｇ／ｃｍ^３〜１．１０ｇ／ｃｍ^３のバルク密度と、２．０〜３．０の表面誘電率を有するラテックス微粒子が提供される。これらのラテックスは、インクジェットインクにおいて又はその他の水を主成分とする組成物と共に用いることができる。

より詳細には、有効量の、インクビヒクル、インクビヒクルに混合された着色剤、インクビヒクルに分散されたラテックス粒子、ラテックス微粒子表面に吸着した界面活性剤から構成し得るインクジェットインクが提供される。当該ラテックス微粒子は、０．９０ｇ／ｃｍ^３〜１．１０ｇ／ｃｍ^３のバルク密度、及び／又は２．０〜３．０の表面誘電率を有し得る。

さらに別の実施形態では、インクジェットインクは、有効量の、インクビヒクル、インクビヒクルに混合された着色剤、インクビヒクルに分散されたラテックス微粒子から構成することができ、この場合、当該ラテックス微粒子は、２．０〜３．０の表面誘電率を有する。

さらに別の実施形態では、或る液体密度を有するインクビヒクル、インクビヒクルに混合された着色剤、及びインクビヒクルに分散されたラテックス微粒子を有効量含んで成るインクジェットインクも提供され、この場合、当該ラテックス微粒子は、前記液体密度より０．１ｇ／ｃｍ^３低い値乃至前記液体密度より０．１ｇ／ｃｍ^３高い値のバルク密度を有する。

本発明のその他の特徴及び利点は、例示目的で本発明の特徴を説明するところの以下の詳細な説明から明らかになろう。

本発明の詳細な実施形態を開示、説明するにあたり、本発明が、ここに開示する特定のプロセス並びに材料に限定されないことを理解されたい。何故なら、そのような処理ステップ並びに材料はある程度変更し得るからである。また、ここで用いる用語は、特定の実施形態を専ら記述するだけの目的で用いるものであることも理解されたい。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びその等価物によってのみ限定される故、当該用語に限定の意はない。

本明細書並びに請求の範囲において用いるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、その内容を別途明確に指示しない限り、複数形の意味を包含する。

ここで用いるとき、「液体ビヒクル」又は「インクビヒクル」とは、インクジェットインクを形成すべく、着色剤及びラテックス粒子又はコロイドをその中に分散させるところの液体を指す。当分野では、多くの液体ビヒクル及びビヒクル成分が知られている。典型的なインクビヒクルは、界面活性剤、共溶媒、緩衝剤、殺生物剤、金属イオン封止剤、粘度修正剤、及び水のような、種々の薬剤の混合物を含むことができる。

「着色剤」には、染料、顔料、及び／又は本発明のラテックス粒子含有インクビヒクルに適合し且つインクビヒクル中に懸濁させ得る他の粒子、が包含され得る。染料は、典型的に水溶性であり、従って、多くの実施形態において望ましく用いることができる。しかしながら、顔料もまた、その他の実施形態において用いることができる。用い得る顔料には、自己分散性顔料及び高分子分散型顔料が含まれる。自己分散性顔料は、電荷又は高分子基で化学的に表面修飾されたものが含まれる。この化学修飾によって、顔料は、液体ビヒクル中に分散した状態となり且つ／又は実質的に分散した状態に保持されるのが助長される。当該顔料はまた、高分子分散型顔料ともし得、これは、液体ビヒクルにおいて、及び／又は顔料が液体ビヒクル中に分散した状態となり且つ／又は実質的に分散した状態に保持されるのを助長する物理的コーティングを利用した顔料において、分散剤（ポリマー又はオリゴマー又は界面活性剤とし得る）を利用するものである。使用し得るその他の微粒子に関して例を挙げれば、そのような微粒子が色を付与するか否かに関係なく、磁性粒子、アルミナ、シリカ、及び／又はその他のセラミックや有機金属がある。

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提示する場合がある。そのような範囲形式は、単に便利且つ簡便なために用いるものであり、範囲の限界として明記された数値を含むだけでなく、各数値及び副範囲があたかも明記されているかのように、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ことを理解されたい。例えば、「０．１ｗｔ％〜５ｗｔ％」という濃度範囲は、０．１ｗｔ％〜５ｗｔ％という明記された濃度を含むだけではなくて、表示された範囲内の個別の数値又は副範囲を全て包含するものと解釈すべきである。従って、この数値範囲には、１ｗｔ％、２ｗｔ％、３ｗｔ％、及び４ｗｔ％のような個別の濃度及び０．１ｗｔ％〜１．５ｗｔ％、１ｗｔ％〜３ｗｔ％、２ｗｔ％〜４ｗｔ％、３ｗｔ％〜５ｗｔ％等のような副範囲が含まれる。これと同じ原理が、１つの数値のみを挙げる範囲にも適用される。例えば、「５ｗｔ％未満」として挙げられた範囲は、０ｗｔ％〜５ｗｔ％の値及び副範囲を含むものと解釈すべきである。さらに、そのような解釈は、記載する範囲又は特性の幅に関係なく適用されるべきである。

ここで用いるとき、「有効量」とは、所望の効果を達成するのに十分であるところの、物質又は薬剤の少なくとも最小の量を指す。例えば、有効量の「インクビヒクル」とは、効果的なインク噴射に必要な諸特性を維持しつつ、インク組成物を作るのに要求される少なくとも最小の量である。

用語「フリクセル（ｆｒｅｑｃｅｌ）」は、ペン射出周波数を高くした場合のインク滴射出速度の低下を表す。ドロップ速度の低下は、射出された液滴の軌道を変更させ、印刷媒体上における液滴配置精度を低下させ得るため問題となり得る。特定の理論に囚われるわけではないが、フリクセルは、液滴核形成時の、ペンの射出チャンバ近傍における、ラテックス粒子からの界面活性剤の熱せん断除去に起因し得る。界面活性剤は、典型的に、粒子の分離を助長するためにインクジェットインク中に存在するため、表面に吸着したり、表面に誘引されている界面活性剤が減少すると、より大きな粒子間引力が助長される。これは、インク粘度の増加に帰着し得る。この現象を防止するために比較的大きいペン射出エネルギーを用い得るが、これらの高めの粘度においては、バブル捕捉が悪化し得、それは、フリクセル性能をより悪化させることがよく知られている。

用語「デセル」は、ペンのマイクロチャネル内におけるインクの流動抵抗の増大を表し、これによって、次には、射出液滴容積が低下する。前述の流動抵抗は、インクレオロジー即ち押し出し流れの変化によって引き起こされ得、多くの場合、ペン射出チャンバ内のインク枯渇の原因となる。

用語「デキャップ」は、ノズルが閉塞するまでにどれくらい有効な状態のままで留まれるか並びに適切な液滴射出を再構築するのにペン射出が何回必要かに関する尺度である。

用語「表面誘電率」及び「バルク誘電率」、並びに用語「バルク密度」及び「ガラス転移温度」は、相互に関係しており、詳細な説明を要する。以下の表１は、例示のために、本発明の原理に従って調製したラテックスコポリマー微粒子のバルク誘電率や表面誘電率、バルク密度、及びガラス転移温度を予測するために用い得る、ホモポリマーに関する幾つかのホモポリマー値を提示するものである。そのような予測は、Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，Ｂｉｃｅｒａｎｏ，Ｊｏｚｅｆ，Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＮＹ，１９９６に記載のような、一般的なＢｉｃｅｒａｎｏ相関に従って行うことができる。表１は、本発明の原理に従ってラテックス微粒子を作るのに用い得る全てのホモポリマーを含むものであると解釈すべきではない。さらに、本発明の原理に従ってラテックス微粒子を作る際に、表１に挙げたホモポリマーの全てが、使用するのに有効であるとは限らない。表１は、用語「表面誘電率」又は「バルク誘電率」並びに用語「バルク密度」及び「ガラス転移温度」の意を教示するために単に提示するものである。

上の表１において、用いた略字は、次のように定義される。
Ｗ モノマー分子量（グラム／モル）
Ｅ_ｃｏｈ１ 凝集エネルギー（ジュール／モル）
Ｖ_ｗ ファンデルワールス容積（ｃｍ^３／モル）
Ｎ_ｄｃ フィッティングパラメータ（ｃｍ^３／モル）
ε 誘電率（無単位）
Ｖ モル体積（ｃｍ^３／モル）
ρ 密度（グラム／ｃｍ^３）
Ｔ_ｇ ガラス転移温度（摂氏）

これらの値から、これらのモノマー（又はこれらの値が利用できるその他の既知のモノマー）の任意の組合せによる共重合によって形成されたラテックスコポリマーのバルク誘電率や表面誘電率、バルク密度、及びガラス転移温度を予測することができる。

全体にわたってほぼ均一となるよう重合もしくは共重合されたラテックス微粒子に関しては、用語「バルク誘電率」と「表面誘電率」とは、互いに交換して用いることができる。例えば、コアと表面とが、概して同じ材料からなるとき、バルク誘電率は、コアの疎水性のみならず、表面の疎水性も説明する。しかしながら、コア−シェル、逆コア−シェル、又は複合ラテックスを形成する実施形態では、ラテックスのコアは、通常、シェルとは異なるポリマー又はコポリマーであるため、バルク誘電率と表面誘電率とは異なる。従って、コア−シェル、逆コア−シェル、及び複合体の実施形態においては、表面吸着において重要な役割を果たすシェル材料の誘電率、即ち、表面誘電率が重要である。結果として、表面誘電率値は、単一材料からなるラテックスコポリマー微粒子、並びにコア−シェル、逆コア−シェル、又は複合ラテックスコポリマー微粒子の両方を説明し得るため、誘電率値に関しては、表面誘電率を用いることとする。

これらの定義を銘記して、本発明は、０．９０ｇ／ｃｍ^３〜１．１０ｇ／ｃｍ^３のバルク密度と、２．０〜３．０の表面誘電率を有するラテックス微粒子を包含し得る。これらのラテックスは、インクジェットインクにおいて、又は水を主成分とする他の組成物と共に用いることができる。

また、有効量の、インクビヒクル、インクビヒクルに混合された着色剤、インクビヒクルに分散しているラテックス粒子、ラテックス微粒子表面に吸着している界面活性剤から構成し得るインクジェットインクも提供する。当該ラテックス微粒子は、０．９０ｇ／ｃｍ^３〜１．１０ｇ／ｃｍ^３のバルク密度及び／又は２．０〜３．０の表面誘電率を有し得る。

本発明の実施形態に従って調合し得る他のインクジェットインクは、有効量の、インクビヒクル、インクビヒクルに混合された着色剤、及びインクビヒクルに分散したラテックス微粒子から構成することができ、この場合、当該ラテックス微粒子は、２．０〜３．０の表面誘電率を有する。

他の実施形態では、別のインクジェットインクは、有効量の、或る液体密度を有するインクビヒクルと、インクビヒクルに混合された着色剤と、インクビヒクルに分散されたラテックス微粒子とから構成することができ、この場合、当該ラテックス微粒子は、前記液体密度より０．１ｇ／ｃｍ^３低い値乃至前記液体密度より０．１ｇ／ｃｍ^３高い値のバルク密度を有する。

本発明には、所望の結果を達成するために、一緒に又は別個に利用し得る、多様な態様がある。そのような所望の結果の一例としては、水を主成分とするインクビヒクル中に、数年にわたってほとんど又は全く沈降することなく、ラテックス微粒子を取り込む能力が挙げられる。

本発明の実施形態によれば、低密度のポリマーは、主として、比較的疎水性となる傾向のある炭化水素の鎖及び環を含み、且つ比較的低い誘電率を有する。従って、本発明の３つの特徴としては、密度、疎水性、及び誘電率に関連した物理的特性が挙げられる。一般に、比較的極性の強いモノマーは、窒素及び酸素のような、比較的高濃度の比較的重い原子を含み、比較的高いバルク密度を与える。そのような極性ポリマーはより親水性となる傾向があり、それ故、界面活性剤をラテックス微粒子に関連させる場合、界面活性剤の疎水性セグメントに対してさほど求引性がない。さらに、比較的親水性の表面は、ラテックス表面上における界面活性剤の最適な吸着を崩壊させ得る水分子を吸着する。

表面誘電率に関して詳しくいえば、本発明の実施形態に従って調製されたラテックス微粒子の表面は、２．０〜３．０の室温表面誘電率を有し得る。他の実施形態では、表面誘電率は、２．３〜２．８ともし得る。２．０〜３．０という表面誘電率によって、一般に、十分な程度の表面疎水性がもたらされ、液滴噴射時に起こる高せん断条件下での界面活性剤の剥離が防止される。２．０程度のラテックス表面誘電率は、極めて低い誘電率を有するモノマーを混合することによって得ることができる。そのようなモノマーの例には、フッ化珪素又はフッ化炭素がある。

誘電率値は、疎水性の尺度として利用することができる。在来の界面活性剤の疎水性セグメントは、典型的に、第１末端の、長い、例えば５〜５０原子長の、分枝炭化水素又は非分枝炭化水素鎖から構成され、他の末端には、長い、例えば、５〜１００原子長の、分枝親水性鎖又は非分枝親水性鎖が含まれる。そのような非分枝の界面活性剤の一例を、以下の式４に示す。

式中、ｍは５〜５０とし得、ｎは５〜１００とし得、Ｒは、Ｈ又はＣＨ_３とし得る。式４は、単に、用い得る１つの例示的な界面活性剤を提示するにすぎない。その他の既知の界面活性剤もまた、用いることができる。図示するように、疎水性部分と親水性部分は、リン酸のような、酸によって互いに結合させることができる。そのような酸は、ラテックス表面に電荷を付与し得、それが、表面上に既に存在しているかも知れない電荷を増強する。さらに、親水性部分は、ラテックス表面に立体的な安定性を付与する。

界面活性剤の疎水性部分は、主に脂肪族の場合には、典型的に、ポリオレフィンに関し公称であるところの、約２．３という誘電率を有すると予測される。ラテックス微粒子表面への、界面活性剤の疎水性部分の十分な付着は、両者の誘電率ができるだけ厳密に一致する際に起こり得る。最適な付着からの逸脱は、界面活性剤の疎水性部分とラテックス微粒子との間の誘電率の差に比例するものと思われる。結果として、これらの判定基準に合うようにラテックスを処理することによって、狭い範囲のラテックス表面誘電率並びにバルク密度を得ることのできることが確認されている。これらの性質の１つ又は２つを得ることによって、界面活性剤をラテックス微粒子表面に吸着させることが望まれる場合に、ラテックス含有インクジェットインクにしばしば関連するラテックスの印刷適性及び分散性に関連する諸問題を最小限としたり、排除するのに十分な界面活性剤の付着を実現することができる。さらに、そのような調合物は、水性インクビヒクル内におけるラテックスの浮揚並びに沈降の両方を防ぐことができる。換言すれば、ラテックス表面に界面活性剤の疎水性部分が付着すると、親水性部分が表面から毛状に伸びることによって、水を主成分とするインクジェットインクにおいてそれを使用可能とする諸性質を疎水性ラテックス微粒子に与えることができる。

バルク密度に関しては、本発明の実施形態によるインクジェット適合性のラテックスポリマーは、０．９０ｇ／ｃｍ^３〜１．１０ｇ／ｃｍ^３のバルク密度（ρ）を有することができる。別の実施形態では、バルク密度は１．０２ｇ／ｃｍ^３〜１．０５ｇ／ｃｍ^３とし得る。当該特性によって、ラテックス表面の化学特性や分散の化学特性に関係なく、ラテックス粒子の沈殿を防ぐことができる。

本明細書に記載のラテックス粒子及びインクジェットインク調合物は、１つには、例えば、サイズ２００ｎｍ〜３００ｎｍの、１．１０ｇ／ｃｍ^３より高いバルク密度を有するラテックス粒子が、３ヶ月内に、希釈（０．２５ｗｔ％固形物）した試験管水溶液から沈降したり、顕著に層を形成する傾向があるという知見から生まれた。それより低い密度のラテックス粒子は、同じ試験において、数年以内に目に見える沈殿や層形成を示さない。逆に、水中の所与のラテックス粒子のバルク密度が非常に低い場合は、当該ラテックス粒子は水溶液の上面へ浮上する場合がある。これらのしきい値は、粒子密度、液体密度、粒径、及び温度に関する限界内で、粒子を懸濁状態に維持するブラウンの液体−粒子間の運動量交換によって説明することができる。

より詳細な実施形態では、バルク密度が、水を主成分とするインクビヒクルの液体成分の密度より高くなるように、バルク密度範囲を変化させ得る。これによって、ラテックスの浮揚を防ぐことができ、且つこのレベルより高い比較的狭い密度範囲内においては、ブラウンエネルギーによって、沈降を防ぐことができる。水を主成分とするインクジェットインクのビヒクルの液密度は、典型的に、約１．０２ｇ／ｃｍ^３であるため、ほぼ同一乃至やや高いバルク密度のラテックス粒子は、沈降又は浮上が数年にわたってほとんど無いか又は全く無い。従って、本実施形態では、ラテックスの沈降を防ぐために、ラテックスの密度を、インクビヒクルの密度範囲又はそれより高く且つブラウンの運動量交換が有効である範囲内に保持することができる。沈降速度は、ビヒクルとラテックスとの間の密度差伴って増大する。

適切なバルク密度を得るために利用できる１つの方策は、少なくとも１つの環含有モノマーを含む低密度のラテックスポリマーを利用することである。この環含有モノマーは、ラテックス印刷膜の耐久性を改善する。一実施形態では、本発明の本態様によるラテックスは、アルカン、例えばメタクリル酸ヘキシル、と、環ベースモノマー、例えばスチレン、とのブレンドを含有することで、所与の温度における印刷膜形成のためのガラス転移温度を調節することができる。これらの又はその他の類似のポリマーを使用することによって、印刷膜の耐久性を低下させることなく、上述の利点を達成することができる。 当該ポリマーのガラス転移温度は、約０℃＜Ｔ_ｇ＜５０℃の範囲とし得る。代替実施形態では、ガラス転移温度の範囲は、約１０℃＜Ｔ_ｇ＜４０℃とし得る。これらの温度範囲は、プロセス又はペンが粒子のアグロメレーションを生じることなく、インクの室温膜形成を可能とする。より高いガラス転移温度範囲は、ラテックスの凝固を周囲より高い温度で、例えば、加熱した溶融ローラによって、達成する際に、使用するために選択し得る。共役環構造を用いる場合、そのような環構造のπ電子は、比較的極性の高いモノマーに特徴的な密度の付加なく、強力な付着力をもたらすことができる。さらに、アルカンと環型モノマーとのブレンドを用いることで、ラテックスコポリマーの印刷膜形成のための熱ガラス転移温度を調節することができる。

乳化重合によるモノマー混合物の在来のフリーラジカル付加を介して調製することができる。適切なモノマーは、米国特許第６，０５７，３８４号に含まれており、参照することでその内容をここに取り入れることとする。当該ラテックスは、ラテックス表面の帯電を促進するモノマー又は複数のモノマーを取り込むことによって、分散性を安定化させ得る。そのようなモノマーは、アクリル酸、メタクリル酸、ビニル安息香酸、及びメタクリロイルオキシエチルスクシナートに代表される。これらの電荷形成モノマーは、典型的に、ラテックス粒子（又はコア−シェルラテックスの場合はラテックス粒子表面）の０．５ｗｔ％〜２０ｗｔ％を構成する。より詳細な実施形態では、電荷形成モノマーは、モノマーミックスの３ｗｔ％〜１０ｗｔ％にて存在させ得る。これらの電荷形成モノマーを、ラテックス重合後に中和させて、塩を形成することができる。そのような塩は、ラテックスのカルボン酸基と、水酸化カリウムとの反応によって形成することができる。当分野で周知のように、その他の既知の中和組成物を用いることもできる。

ここに開示した原理に従って調製されるラテックスは、サーマルインクジェットプリンタに使用できるように、熱せん断安定化させることができる。そのような安定化は、ラテックス中のポリマー鎖間の架橋結合を形成し得る、二量体などの、多量体又は架橋剤を０．５ｗｔ％〜５ｗｔ％にて取り込むことによって実現し得る。別の実施形態では、多量体は、１ｗｔ％〜２ｗｔ％にて存在させることができる。そのような多量体は、エチレングリコールジメタクリレートに代表されるが、本開示を考察後に当業者に分かるであろうような他のものを使用することもできる。架橋剤をこの狭い範囲とすることは、その室温膜形成特性に悪影響を及ぼすことなく、サーマルインクジェットの高い熱せん断条件下においても、ラテックスを元の状態に維持する点で好ましいことが見出されている。

代替の態様では、在来のコア−シェルラテックス構造を本発明の原理に従って調製することができ、この場合、そのシェル層は、本明細書に記載する諸性質、例えば、表面電荷モノマー、多量体、誘電率仕様等に従うモノマーミックスを含む。この場合、シェル層は、ラテックスのコアの性質とは無関係に、熱せん断安定化特性及び分散安定化特性をもたらすことができる。さらに、コア及びシェルポリマーは、非複合ポリマーラテックス又はコポリマーラテックスに関して先に規定したようなバルク密度並びにガラス転移温度を有するラテックス粒子が生成するように、集合的に構成することができる。当分野で周知のように、コア−シェルラテックスは、二段プロセスで調製することができ、この場合、第１のラテックス粒子を合成し、その周囲でシェルモノマーを重合させるための核粒子を形成する。

単一材料から成るラテックス微粒子又はコア−シェルラテックス微粒子のいずれを使用するにしても、ここに記述した原理に従ってそれらを調製する限り、フリクセル、デキャップ、及びデセルに関わる諸問題を実質的に改善することができる。例えば、フリクセルは、ラテックスの表面疎水性を高めることによって相応に克服することができる。例えば、メタクリル酸メチル−アクリル酸ヘキシルコポリマーから主として構成されたラテックスは、３ｋＨｚでフリクセルを呈するが、それよりも著しく疎水性のスチレン−メタクリル酸ヘキシルコポリマーのラテックスは、１２ｋＨｚまで全くフリクセルを呈しない。しかしながら、より疎水性のラテックスは、透析により界面活性剤が剥がされると、より疎水性の低いラテックスに関して見られるように、３ｋＨｚで顕著なフリクセルを呈する。如何なる特定の理論に囚われることなく、誘電率がより密に一致しているため、界面活性剤の疎水性セグメントとラテックス表面との間の付着が改善され、それによって、サーマルインクジェットペンからの噴射時に界面活性剤が剥離しにくくなるものと考えられる。

さらに、デセルとデキャップの両方もまた、ラテックス粒子間に存在する引力並びに界面活性剤の付着の程度によって影響される。比較的疎水性であるラテックス粒子は、比較的低いバルク誘電率と、それ故、比較的低いファンデルワールス引力エネルギーを有する。同様に、比較的疎水性の粒子表面に付着した界面活性剤は、粒子が互いに又はインクジェットペン表面に接近する際に除去されにくい。十分広い範囲に分布した界面活性剤を有するラテックス表面は、より水和した状態で且つ他の表面から分離されて留まるものと考えられ、さらに優れたラテックス性能を達成することができる。

ここに記載のラテックスと共に用い得る典型的なインクビヒクル調合物は、水、及び、任意に、ペン機構に応じて、全体で０ｗｔ％〜３０ｗｔ％存在する１つ又は複数の共溶媒を含むことができる。さらに、１つ又は複数の非イオン性、陽イオン性、及び／又は陰イオン性の界面活性剤を、０ｗｔ％〜５．０ｗｔ％の範囲にて存在させ得る。当該調合物の残余は、純水であるか、又は、殺生物剤、粘度修正剤、ｐＨ調節用材料、金属イオン封鎖剤、防腐剤等のような、当分野で既知の他のビヒクルとし得る。典型的には、インクビヒクルは、主として、水である。

用い得る共溶媒の種類としては、脂肪族アルコール、芳香族アルコール、ジオール、グリコールエーテル、ポリグリコールエーテル、カプロラクタム、ホルムアミド、アセトアミド、及び長鎖アルコールが挙げられる。前述の化合物の例としては、第一脂肪族アルコール、第二脂肪族アルコール、１，２−アルコール、１，３−アルコール、１，５−アルコール、エチレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコールアルキルエーテルの高次の同族体、Ｎ−アルキルカプロラクタム、未置換カプロラクタム、置換及び未置換のホルムアミド、置換及び未置換のアセトアミド等がある。用い得る溶媒の具体例としては、トリメチロールプロパン、２−ピロリジノン、及び１，５−ペンタンジオールが挙げられる。

インク調合の当業者に周知のように、多数の界面活性剤のうち１つ又は複数を用いることもでき、それらには、アルキルポリエチレンオキシド、アルキルフェニルポリエチレンオキシド、ポリエチレンオキシドブロックコポリマー、アセチレン系ポリエチレンオキシド、ポリエチレンオキシド（ジ）エステル、ポリエチレンオキシドアミン、プロトン化ポリエチレンオキシドアミン、プロトン化ポリエチレンオキシドアミド、ジメチコンコポリオール、置換アミンオキシド等が含まれる。本発明の調合物に添加する界面活性剤の量は、０ｗｔ％〜５．０ｗｔ％の範囲とし得る。インクビヒクルに使用し得るものとして記述した界面活性剤が、ラテックス微粒子表面に付着するものとして記述した界面活性剤とは同じものではないが、同じ界面活性剤の多くを、何れの目的にも使用し得ることに留意されたい。

本発明の調合物に、その他の種々の添加剤を用いて、特定の用途に用い得るようにインク組成物の諸性質を最適化することができる。これらの添加剤の例は、有害微生物の成長を阻害するのに添加されるものである。これらの添加剤は、インク調合物に日常的に用いられるところの、殺生物剤、殺菌剤、及びその他の微生物剤とし得る。適切な微生物剤の例には、限定はしないが、Ｎｕｏｓｅｐｔ（Ｎｕｄｅｘ，Ｉｎｃ．）、Ｕｃａｒｃｉｄｅ（Ｕｎｉｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ Ｃｏｒｐ．）、Ｖａｎｃｉｄｅ（Ｒ．Ｔ．Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ Ｃｏ．）、Ｐｒｏｘｅｌ（ＩＣＩ Ａｍｅｒｉｃａ）、及びそれらの組合せが含まれる。

重金属不純物の有害な影響を排除するために、ＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）のような、金属イオン封鎖剤を含有させることができ、また、インクのｐＨを制御するために緩衝剤溶液を用いることもできる。例えば、０ｗｔ％〜２．０ｗｔ％にて用いることができる。インクの諸性質を所望のように変性すべく、粘度調節剤、緩衝剤、並びに当分野の当業者に周知のその他の添加剤を存在させることもできる。そのような添加剤は、０ｗｔ％〜２０．０ｗｔ％にて存在させることができる。

着色剤に関しては、有効量の顔料及び／又は染料の両方又はいずれかを用いることができる。一実施形態では、当該着色剤は、０．５ｗｔ％〜１０．０ｗｔ％にて存在させることができる。

実施例
以下の実施例は、現在知られている本発明の実施形態を説明するものである。従って、これらの実施例は、本発明を限定するものと考えられるべきではなく、単に、流通している実験データに基づいて本発明の最もよく知られている組成物を如何に作るかを適切に教示することを目的とする。それ故、ここでは、代表的な多数の組成物とそれらの製造方法を開示する。

種々のラテックスの調製
同じ手順並びにモノマー及び添加剤の全重量パーセントを用いて、９種のラテックスコポリマーを調製した。唯一の相違点は、個々のモノマー及び選択した各モノマーの重量パーセントであった。各コポリマーに関するモノマー含量を以下の表２に示す。

上の表２において、略字は以下のように定義される。
ＭＭＡ メタクリル酸メチル
ＢＭＡ メタクリル酸ブチル
ＨＭＡ メタクリル酸ヘキシル
ＥＨＭＡ メタクリル酸２−エチルヘキシル
ＨＡ アクリル酸ヘキシル
ＭＥＳ メタクリロイルオキシエチルスクシナート
ＭＡＡ メタクリル酸
ＥＧＤＭＡ エチレングリコールジメタクリレート

個々のラテックスの各々を調製するのに用いた手順は以下の通りである。表２記載の３つ又は４つのモノマーから成る２００グラムのモノマーミックスを、７０ｍｌの水に混合した。各混合物を、１４．６ｇの水（１４．６ｇ）に溶かしたＲｈｏｄａｆａｃ ＲＳ７１０界面活性剤を用いて乳化した。各コポリマーの調製のためのＲｈｏｄａｆａｃの濃度は、全体として２２０ｎｍ〜２６０ｎｍの粒径を維持すべく、１．５ｗｔ％〜２．５ｗｔ％の間で変化させた。水（５０ｍｌ）中に過硫酸カリウム（１ｇ）を含んで成る溶液を、９０℃に予備加熱した水（６５０ｍｌ）を含む反応器に滴下添加した。滴下速度は、２４分間かけて過硫酸を完全に放出するように調節した。過硫酸の付加開始から３分後、エマルションを２０分間かけて反応器に滴下添加した。反応物を９０℃にて１．５時間保持し、次いで、室温まで冷却した。得られた９種のラテックスポリマーの各々を、水酸化カリウム溶液で中和して、各ラテックス溶液のｐＨを８．５にした。次いで、作製した９種のコポリマーの各々を、２００メッシュフィルターを用いてろ過して、約２２０〜２６０ｎｍの粒径にした。

ラテックスの性能
実施例１のラテックスコポリマー微粒子のバルク誘電率又は表面誘電率、バルク密度、及びガラス転移温度は、ラテックス微粒子に用いたモノマーに関する特定の情報が既知である場合に、予測することができる。詳細には、式１−３で表した関係、及び表１に示したホモポリマー値を用いることで、実施例１で調製した９種のラテックスの各々が以下の表３記載のバルク又は表面誘電率及びバルク密度を有することが算出された。調製したラテックスコポリマーの全ては、室温での使用に許容されるであろうところのガラス転移温度を有した。以下の表３は、後述するように、分散安定性、フリクセル、及び印刷適性に関して実施した試験の結果を示している。

上の表３に示した分散安定性に関して、実施例１に従って調製したラテックスの一部を、それぞれ、水中において、０．２５ｗｔ％固形物にまで希釈し、各希釈物を標準の試験管に充填した。その試験管を、標準の試験管ラックに垂直に静置し、８ヶ月の期間にわたって、粒子の層化並びに沈降に関してモニターした。１．１０ｇ／ｃｍ^３より高い計算密度を有する全てのラテックスは、３週間以内に粒子の沈殿を示し、層化の酷さは密度に比例した。１．０５ｇ／ｃｍ^３未満の密度を有するラテックスは、８ヶ月の期間にわたって層化又は沈降を示さなかった。

表３に提示したフリクセル及び印刷適性（デセル及びデキャップ）観察に関しては、実施例１に従って調製したラテックスの各々を、標準化インク調合物中に取り込み、ヒューレット−パッカード社のサーマルインクジェットペンを用いて、フリクセル、デセル、及びデキャップについて印刷試験した。３．０より高い計算誘電率を有するラテックスは、８ｋＨｚより高いドロップ周波数においては印刷することができず、また、デセル及びデキャップ測定に関しては印刷適性不良を呈した。フリクセル、デセル、及びデキャップ問題は、ラテックスの誘電率が高くなるにつれて増大した。最高の誘電率（３．１２）を有するラテックスは、３ｋＨｚで印刷できなかった。３．０より低い誘電率を有するラテックスは、フリクセル、デセル、及びデキャップにおいて顕著な改善を示し、その改善はラテックスの誘電率に反比例するものと思われる。２．８より低い誘電率を有するようなラテックスは、さらに優れたフリクセル、デセル及びデキャップ性能を示した。

コア−シェルラテックス粒子の調製
シード重合プロセスを利用してコア−シェルラテックスを合成した。この場合、コアは、６３ｗｔ％のメタクリル酸メチルと３７ｗｔ％のアクリル酸ヘキシルとのコポリマーであり、計算誘電率は３．０１であった。シェルは、５３ｗｔ％のメタクリル酸ヘキシル、６ｗｔ％のメタクリル酸メチル、及び１ｗｔ％のジエチレングリコールジメタクリレートから成るコポリマーであり、計算誘電率は２．８０であった。コアを内部に閉じ込めるようにシェルを重合した。コア対シェルの重量比は、約４０：６０であった。次いで、得られたラテックスを実施例３と同様に試験した。フリクセル、デセル及びデキャップの結果は、実施例２記載のバルク誘電率２．８０である大凡均一なコポリマー材料から成るラテックスに較べてひけを取らなかった。

特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、及び置換を本発明の趣旨から逸脱することなく成し得ることは、当業者には明らかであろう。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 (13)

1. ａ）水性インクビヒクル、
   ｂ）前記インクビヒクルに混ざっている着色剤、
   ｃ）前記インクビヒクルに分散しており、１．０２ｇ／ｃｍ^３ から１．０５ｇ／ｃｍ^３未満のバルク密度と室温で２．３〜２．８の表面誘電率を有する、ラテックス微粒子、
   ｄ）前記ラテックス微粒子の表面に吸着している界面活性剤、
   を有効量含有するインクジェットペンを含んで成る、インクジェットインクシステム。
2. 前記ラテックス微粒子が、０．５ｗｔ％〜５ｗｔ％の架橋剤によって架橋結合している、請求項１に記載のインクジェットインクシステム。
3. 前記ラテックス微粒子が、０℃〜５０℃のガラス転移温度を有する、請求項１に記載のインクジェットインクシステム。
4. 前記ラテックス微粒子が、コポリマーであり、且つ少なくとも１つの環を含有するモノマーを含む、請求項１に記載のインクジェットインクシステム。
5. 前記着色剤が、顔料である、請求項１に記載のインクジェットインクシステム。
6. 前記界面活性剤が、疎水性の炭化水素鎖部分と親水性のエチレングリコール鎖部分とを含む、請求項１に記載のインクジェットインクシステム。
7. 前記ラテックス微粒子が、０．５ｗｔ％〜２０ｗｔ％の酸性モノマーを含むランダムに組み合わせられたコポリマーである、請求項１に記載のインクジェットインクシステム。
8. １．０２ｇ／ｃｍ ^３ から１．０５ｇ／ｃｍ ^３ 未満のバルク密度と、室温で２．３〜２．８の表面誘電率を有する、ラテックス微粒子。
9. ラテックス微粒子の表面に吸着している界面活性剤をさらに含む、請求項８に記載のラテックス微粒子。
10. 前記ラテックス微粒子が、インクジェットインクに含有されるよう構成されている、請求項９に記載のラテックス微粒子。
11. 前記ラテックス微粒子が、０．５ｗｔ％〜５ｗｔ％の架橋剤によって架橋結合している、請求項８に記載のラテックス微粒子。
12. 前記ラテックス微粒子が、０℃〜５０℃のガラス転移温度を有する、請求項８に記載のラテックス微粒子。
13. ランダム共重合される少なくとも２つのモノマーを含み、前記少なくとも２つのモノマーの１つが、ラテックス微粒子の全重量の０．５ｗｔ％〜２０ｗｔ％にて存在する電荷形成モノマーである、請求項８に記載のラテックス微粒子。