JP4776909B2 - エマルションインク - Google Patents

Description

本発明は、デジタル複写印刷工程に使用するための油中水型エマルションインク、特に画像回復性能が改善された油中水型インクに関する。

本発明は、顔料及び樹脂を水相中に含む油中水型エマルションインクの構成成分としての不揮発性アルコール又はポリオールの使用に関する。本発明は、最適な画像回復性能を有し、デジタル印刷機に使用するための改善されたインクを得ることを目的とする。

デジタル印刷機の印刷性能は、導入当初から様々に改善されてきた。近年、印刷機及び謄写原版の設計技術が進歩したため、印刷工程において初版から印刷画像を完全に表示できるようになった。従来の設計技術では、印刷開始時から、インクがデジタル謄写版の多孔質バッキング層に完全に浸透しなかったため、このような性能が得られなかった。この多孔質層は、印刷工程においてインク貯蔵器の役割を果たす。この貯蔵器中にインクが十分な量ない場合、初版の外観は不完全であったりムラになったりし、インクが十分な量多孔質層中にある場合にのみ複写品質が完全となる。

デジタル印刷機の性能としては、初版から良質な複写が可能であることが一貫して望ましいことは明らかである。しかしながら、デジタル印刷機は使用しない期間があることが知られており、例えば、週末の間印刷を行わないオフィスや学校では、複写品質が完全になる前に多量に印刷しなければならない場合が頻繁にある。複写品質を完全に回復する過程は「画像回復」と称され、こうなるまでの印刷開始からの印刷回数により、性能を量的に計る。たとえ長期間使用しなくても最低限画像回復できるインクを得ることが、本発明の目的である。とりわけ、このような印刷工程に使用するインクは油中水型エマルションであり、デジタル印刷機をある期間使用しないと画像回復までの印刷回数が増加するのは、主に、印刷ドラム内のインクの性質が、含有水分の一部又は全部が蒸発した結果変化するためである。このような変化は、印刷ドラム上のスクリーン及びデジタル謄写版の多孔質層にインクが浸透するのに長い時間がかかることが原因である。

特許文献１は、回転式謄写印刷機に使用する場合の印刷品質が良好という謄写複写用油中水型エマルションインクを開示している。例示されているインクの１種には、水相中に顔料及びグリセリンが含まれ、油相中にロジン（ｒｏｓｉｎ）が含まれている。上記特許文献１は、グリセリン以外のポリオール、例えばジエチレングリコールやエチレングリコールをそのインクに配合してもよいことを開示している。この開示されたインクの画像回復性能については記載されていない。

特許文献２は特許文献１を参照しており、ポリオールを使用せずに調製したインクは安定性が予想外に改善されることを開示している。

また、特許文献３及び特許文献４は、水相中に顔料及び樹脂を含む油中水型エマルションインク、並びに、比較的揮発性のアルコール、エチレングリコールの湿潤剤としての使用を開示している。このようなインクにより、セットオフにおける印刷品質が良好となり、印刷を紙に固定できる。更に、デジタル印刷機及び謄写原版を最適に設計できることに加えて、即時画像回復値を非常に小さくできる。即時画像回復値とは、デジタル印刷機にインクを組み込んで迅速に複写品質を完全にするのに必要な印刷回数の尺度である。
アメリカ特許Ｎｏ．３４２１９１０ アメリカ特許Ｎｏ．３８２３０２０ ヨーロッパ特許Ｎｏ．０６６１３５６ ヨーロッパ特許Ｎｏ．０６９４５９５

しかしながら、週末等、デジタル印刷機にこのようなインクを組み込んだままにしておくと、画像回復性能の悪化が深刻となる。

本発明の第一の態様によれば、油中水型エマルションインクは水相及び油相を含み、上記水相は顔料、樹脂、及び、沸点が１９７℃（すなわちエチレングリコールの沸点）を超える水溶性アルコール又はポリオールを含む。

デジタル印刷機を使用しない間に水分が蒸発して消失することが、画像回復悪化の原因であることが明らかである。しかしながら、（特に凍結防止剤又は湿潤剤として配合する）アルコール又はポリオールが画像回復悪化の決定的な原因であるということは、本発明者らにとって予想外の発見であった。というのは、エチレングリコール等の一般に挙げられる物質は比較的揮発性が低く、インク中の配合濃度が比較的低いためである。

本発明の第二の態様によれば、デジタル複写印刷工程は、基版に上記のような油中水型エマルションインクを使用することを含む。

本発明の詳細な記載
上記インクの油相は、油又は油混合物を含む。また、上記油相は一般的に乳化剤を含むが、水相が代わりに乳化剤を含んでいてもよいし、又は、油相と水相とが乳化剤を含んでいてもよい。上記油は、パラフィン系若しくはナフテン系のミネラルオイル、ポリブテン等の合成炭化水素、炭化水素留出物、シリコーン油、又は、ナタネ油、ヒマシ油、大豆油等の植物油、又は、これらの油を任意に混合した混合物であってよい。上記油は揮発性であっても非揮発性であってもよい。揮発性の油は、少量配合するか、又は、全く配合しないことが好ましい。

上記乳化剤は、上記で選択する油及び水相と共に使用して油中水型エマルションを製造できる任意の物質である。代表的な物質としては、ソルビタンモノオレエート又はソルビタンセスキオレエート等のソルビタンエステル；大豆レシチン等の脂質；及び、高分子乳化剤が含まれるがこれらに限定されるものではない。上記乳化剤は１種のみであっても、異なる乳化剤の混合物であってもよい。

上記油相は、樹脂を溶解した状態で任意に含んでよい。

上記水相はインク総量中、一般的には２０〜８５重量％、好ましくは５０〜８０重量％含まれる。

上記水相は、顔料、すなわち、他の構成成分と組み合わされて可視画像をつくり、デジタル印刷機で印刷可能なインクをつくることができる任意の粒子、を含む。代表的な物質としては、ランプブラック、ファーネスブラック、ガスブラック及びアセチレンブラック等の形態のカーボンブラック；鉄；二酸化チタン；並びに、アゾ系、フタロシアニン系、キナクリドン系及びジオキサジン系顔料等の有機顔料が含まれるがこれらに限定されるものではない。上記顔料は１種のみであっても、顔料の混合物であってもよい。

一般的には、上記顔料は、平均粒子径１０μｍ以下、好ましくは５μｍ未満、より好ましくは２μｍ未満、最も好ましくは１μｍ未満でインク中に含まれる。

顔料としてカーボンブラックのみを使用する場合、使用濃度は、インク総量に対して一般的には１〜２０重量％、好ましくは２〜１５重量％、最も好ましくは３〜９重量％であってよい。

また上記水相は樹脂を含む。上記樹脂は水溶性樹脂であることが好ましい。上記樹脂は、水系樹脂エマルションの形態の樹脂を更に含んでもよいし、この形態を代わりにとっていてもよい。上記インクに含まれる樹脂の量は、上記インクの水相中、一般的には０．５〜３０重量％、好ましくは１〜２０重量％である。

水溶性樹脂には、ビニルアルコール、エチレンオキシド、ビニルピロリドン、ビニルメチルエーテル、アクリルアミドの重合体、共重合体又はより複雑な重合置換体；上述の単量体に由来し、スチレン、酢酸ビニル、アクリル酸エステル等の他の単量体を水に溶解できる割合で共に含む重合体；カルボン酸基又はスルホン酸基の塩と結合して水溶性になっている重合体、例えば、スチレン−マレイン酸共重合体のナトリウム塩又はアクリル酸エステル−アクリル酸共重合体のアンモニウム塩；セルロースエーテル、ゼラチンが含まれるがこれに限定されるものではない。Ｎ−ビニルピロリドンの重合体及び共重合体が好ましい。

水系樹脂エマルションには、ポリウレタン系のもの、アルキド系のもの、及び、酢酸ビニル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、スチレン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、エチレン、ブタジエン、アクリロニトリルの重合体、共重合体又はより複雑な重合置換体が含まれるがこれに限定されるものではない。

また、上記水相は、水溶性で、沸点がエチレングリコールより高く（すなわち１９７℃より高く）、好ましくは２０５℃以上、より好ましくは２２０℃以上、最も好ましくは２４５℃以上のアルコール又はポリオールを含む。

適した物質としては、１，４−ペンタンジオール（沸点２２０℃）、１，４−ブタンジオール（沸点２３５℃）、ジエチレングリコール（沸点２４５℃）、トリエチレングリコール（沸点２８５℃）、ポリエチレングリコール（沸点はそれぞれ）、グリセリン（沸点２９７℃）及びソルビトール（沸点３００℃超）が含まれる。上記アルコール又はポリオールは１種のみを使用してもよいし、異なるアルコール及び／又はポリオールの混合物を使用してもよい。特に好ましいアルコールは、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ソルビトール及びグリセリンであり、グリセリンが最も好ましい。

水相中のアルコール又はポリオールの配合量は、その２つの主要な機能、すなわち、（１）凍結防止剤としての機能、及び、（２）時間をあけて使用する際の画像回復を促進する蒸発抑制剤としての機能によって決定する。最適な量は、凍結を防ぐという意味においては上記アルコール又はポリオールの性質に、望ましい画像回復性能を得るという意味においては上記樹脂及び顔料の性質及び量に一部依存するであろう。

しかしながら、一般的には、上記インクに配合するアルコール又はポリオールの量は、上記インクの水相に対して２〜３０重量％、好ましくは４〜２０重量％、より好ましくは５重量％超、最も好ましくは少なくとも８重量％であろう。

例えば、輸送中及び使用中における凍結を防ぐためにグリセリンを使用する場合、一般的には上記水相の５重量％超、より一般的には少なくとも８重量％添加する。また、上記の量であれば一般的に、所望の画像回復性能が得られる。

好ましくは、上記樹脂は、上記水相中に含まれるアルコール又はポリオール中に溶解する。このことは、一般的に、上記水相中に配合する重量の上記樹脂が、アルコール又はポリオール中にこの樹脂が上記水相中に配合されるような重量溶解するということを意味するものとする。保存中にインクから水が蒸発する際、アルコール又はポリオール中に樹脂が溶解したままで保たれていれば、樹脂が溶液から析出して、例えば印刷ドラムのスクリーン上にフィルムを形成してインクの通過を妨げ、これにより画像回復性能の悪化を引き起こすという危険性を排除するという理由から、上記溶解性は重要であると考えられる。この用途の範囲において、溶解性は一般的に室温、一般的には２０〜２３℃で測定する。

また、上記インクの水相は別の顔料分散剤を含んでいてよいが、好ましい実施形態においては、ポリビニルピロリドン等の水溶性樹脂のみを顔料分散剤として使用する。

また、上記インクは、増量剤、抗酸化剤、ｐＨ調整剤、乳化安定剤及び殺生剤等の他の成分を含んでいてよい。

以下の実施例を参照することにより、本発明を更に詳細に説明する。

＜実施例１＞
油中水型エマルションインクを、表１に示す処方に従って調製した。表中、各成分の量はグラムで示している。

ファーネスカーボンブラック（ｐＨ６）を、３０％ポリビニルピロリドン溶液（Ｌｕｖｉｔｅｃ Ｋ３０、ＢＡＳＦ ＡＧ社）及び１０％水酸化ナトリウム溶液と共に水中に分散させた。この分散物を、水平型ビーズミルを用いて最大粒子径が１μｍより小さくなるまで粉砕した。粒子径は、Ｍａｌｖｅｒｎ社製Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ ２０００ 粒子径測定器で測定した。

このカーボン分散物を水及びエチレングリコールと混合し、ｐＨ９．０の水相をつくった。

これとは別に、Ｔｅｘｎａｐ１３（ナフテン系油、４０℃における粘度約１４ｍｍ^２／ｓ、Ｔｅｘａｃｏ社）、Ｔｅｘｎａｐ４６（ナフテン系油、４０℃における粘度約４２ｍｍ^２／ｓ、Ｔｅｘａｃｏ社）及びソルビタンモノオレエートを高速撹拌器により混合して油相を調製した。

上記油相を高速で撹拌しながら水相を徐々に添加し、油中水型エマルションインクを調製した。撹拌は、水相を全て添加し終えて、エマルションが均一になったことが確認できるまで続けた。

その後、例えばヨーロッパ特許Ｎｏ．１２３２８７６に記載のように、リコー社製ＰｒｉｐｏｒｔＪＰ−８０００デジタル印刷機を用いて、多孔質層の孔量が少ない謄写原版を使用し、試験的に印刷して上記インクの即時画像回復性を評価した。

連続印刷して印刷ドラムにインクが完全に行き渡って複写品質が完全となったことを確認した後、謄写原版を新たに作成して印刷を再開し、５０部印刷した。そして、複写品質が完全になるまでに要した部数を数えることにより、即時画像回復性を評価した。値が１であれば、初版の複写品質が完全であることが示され、インク、版及びデジタル印刷機からなるシステム全体により最適な画像回復が可能であることが確認される。

長期間使用しないことの影響を再現するために、印刷ドラムを５０℃のオーブンの中に１６時間入れた。相関関係を調べることにより、この加速試験で、印刷ドラムを２３℃において約１カ月間使用しないことの影響を再現できる。結果が１０未満であれば、一般的に、即時画像回復試験を２３℃において７２時間維持できるということを示す。

＜実施例２及び３＞
エチレングリコールを次のように置き換える以外は実施例１における方法に従って、インクを調製した。
実施例２：エチレングリコールを等重量のジエチレングリコール（沸点２４５℃）に置き換える。
実施例３：エチレングリコールを等重量のグリセリン（沸点２９０℃）に置き換える。

実施例１〜３の画像回復加速試験の結果から、ジエチレングリコール及びグリセリンを含むインクはエチレングリコールを含むインクと比較して著しく良好な性能を有することが確認できる。グリセリンを含むインクは、ジエチレングリコールを含むインクより良好な画像回復性能を有していた。

Claims (9)

1. 水相及び油相を含む油中水型エマルションインクであって、
   前記水相は顔料、樹脂、及び、沸点がエチレングリコールの沸点を超える水溶性アルコール又はポリオールを含み、
   前記樹脂は前記水溶性アルコール又はポリオールに溶解する
   ことを特徴とする油中水型エマルションインク。
2. 前記水溶性アルコール又はポリオールの沸点が２２０℃以上である
   ことを特徴とする請求項１に記載のインク。
3. 前記水溶性アルコール又はポリオールは、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン及びソルビトール、並びに、これらの混合物より選択される
   ことを特徴とする請求項２に記載のインク。
4. 前記水溶性アルコール又はポリオールはグリセリンである
   ことを特徴とする請求項１に記載のインク。
5. 前記樹脂は水溶性である
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインク。
6. 前記樹脂はポリビニルピロリドンである
   ことを特徴とする請求項５に記載のインク。
7. 前記樹脂は水系エマルション樹脂である
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインク。
8. 前記顔料はカーボンブラックである
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のインク。
9. 前記樹脂は前記顔料の唯一の分散剤である
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のインク。