JP4867072B2

JP4867072B2 - インクジェット記録用インク組成物の浸透性を評価する方法

Info

Publication number: JP4867072B2
Application number: JP2001061877A
Authority: JP
Inventors: 弘之植木; 浩幸遠藤; 康晴大西
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2021-03-06
Also published as: JP2002265825A; WO2002072717A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録用インク組成物の浸透性を評価する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタは様々な吐出方法によりインク滴を形成し、それらの一部もしくは全部を紙やプラスチックフィルムのような記録媒体に付着させて記録を行うものである。近年、インクジェットプリンタは低騒音、低ランニングコストかつカラー印字の容易さなどの利点からコンピュータなどのデジタル信号出力装置として広く普及し、電子写真方式のプリンタ以上の高速印字、両面印刷などが望まれるようになった。
【０００３】
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、各種の染料および顔料を、水又は水と水溶性有機溶剤から成る液媒体に溶解又は分散させたものがある。
このようなインクには一般的に滲みがなく、定着速度が速く、休止時間を置いてもプリンタヘッドのノズルを詰まらせないことなどが要求される。
これらの性能を満たす為、インク及び装置の両面から検討がなされており、部分的な要求に対してはかなりの効果が認められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記の全ての特性を十分に満足できるインク組成物は開発されていない。現在、オフィスでの普通紙利用の普及状況を鑑みると、環境問題を考慮した印字用紙使用量削減が望まれており両面印字の要求が高まっている。
この要求を満足する為には紙媒体へのインク浸透を制御してインクの裏抜けを抑制する必要がある。
【０００５】
この問題に対して、常温で固体のインクを用いる手法がある。この手法はインクを加熱して液状にして記録するので裏抜けにはある程度の効果が見られるが、プリンタを設計する際に、インクを溶解させながら供給するための装置やプリンタヘッド内に過熱するための装置を設ける必要があるなどプリンタが大型化し、コスト高になるという問題がある。
また、常温で液体のインクの表面張力を高くして浸透を遅らせる手法もあるが、高速印字を行う場合にはインクの乾燥時間が遅く不向きである。
更に、記録媒体に付着させるインク滴量を少なくする手法もあるが、記録面の印字濃度の制御、インク滴形成の為の複雑な処理などが必要となる。
【０００６】
そこで本発明の目的は、コピー用紙、レポート用紙のような被記録面に繊維が露呈し、更にはサイジング処理されている一般の普通紙に対して定着速度が速く、しかも裏抜けがないインク組成物を提供するための、インクジェット記録用インク組成物の浸透性を評価する方法を提供することにある。
【０００７】
紙媒体への液体の吸収特性を測定する方法としてブリストー法が知られているが、紙繊維の空間への液体の浸透と、紙繊維への液体の吸収とを区別することはできず、さらに、温度、湿度など測定環境条件を整えることが困難であった。
そこで超音波を用いた動的浸透性テスターを用いて前記インク組成物の開発を行った。超音波を用いた動的浸透性テスターは、従来のブリストー法では不可能であった、毛細管現象による紙繊維の空間への液体の浸透を、紙繊維への液体の吸収から区別して測定することを可能にする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成する本発明は、以下のとおりである。
（１）超音波を用いた動的吸収性テスターを用いて、インク組成物が適用された、水を吸収させた場合の超音波透過量が最大となるまでに要する時間（超音波最大透過時間）が１秒以上である紙媒体の１秒後の超音波透過量および最大減少傾斜角を測定することにより、インクジェット記録用インク組成物の浸透性を評価する方法。
（２）前記超音波の周波数が２ＭＨｚである（１）に記載の方法。
本発明に係る方法でインク組成物の浸透性を評価した場合、一般の普通紙に対して定着速度が速く、しかも裏抜けのないインクジェット記録用インク組成物は以下のような特性を有する。即ち、本発明に係るインク組成物は、超音波を用いた紙媒体への液吸収を測定する動的浸透性テスター、具体的にはＥｍｃｏ社製ＤＰＭ（ＤｙｎａｍｉｃＰｅｎｅｔｒａｔｉｏｎＴｅｓｔｅｒ）を用いて測定した超音波透過量が１秒で９０％以下、さらに、超音波透過量の最大減少傾斜角が５０％以上になるようなインク特性を有する。このとき紙媒体は基準として、水を吸収させた場合の超音波最大透過時間が１秒以上にあるような普通紙を用いる。具体的にはＸＥＲＯＸ社製４０２４紙である。なお、この超音波は２ＭＨｚの周波数が好ましい。より長い波長の超音波は紙媒体の大きな構造の差を調べるには都合が良いが、微小な構造による差を検討する場合の波長は短い方が好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、被記録面に繊維が露呈しているような被記録材でのインクの浸透挙動をインク組成物の特性について鋭意検討した結果得られた知見に基づいてなされたものである。
インク液の紙媒体への吸収は以下の過程によると考えられる。
１）毛細管現象により紙繊維間のエアーがインク液に置換される、
２）紙繊維へインク液が吸収される、
３）インク液の吸収に伴い紙繊維が膨潤すると繊維構造内のルーメン（小さな空洞）が開き、その中のマイクロエアーがインク液に置換される。
サイズ剤やスターチが内添されている紙では、紙繊維自身が疎水性を示すので初期段階における紙へのインク液吸収は毛細管現象のみであり、紙繊維自体の液吸収は発生しない。
【００１０】
本発明に用いられる超音波を用いた動的浸透性テスターによる紙媒体への液体吸収測定法によれば、毛細管現象による紙繊維の空間への液体の浸透を、紙繊維自体への液体の吸収から区別して測定することが可能である。
これは、この測定方法が、硬いものほど伝達性が良いという超音波の性質を利用することに基づいている。
従って、インク液の方がエアーに比べ超音波の伝達性が良いことから、インク液で紙繊維間のエアーが置換されると超音波透過量は増加し、続いて紙繊維へのインク液の吸収が進行すると、紙こわさ（Stiffness）が減少し、紙媒体が柔軟となり超音波透過量は減少する。
【００１１】
超音波透過量は、超音波発信部と超音波受信部とを備えた動的浸透性テスター、具体的にはEmco社製DPM（Dynamic Penetration Tester）を用いて測定される。
Emco社製DPM（Dynamic Penetration Tester）の測定は次のように行われる。サンプルである紙媒体をサンプルホルダーに固定し、液体中に差し込む。超音波発信部より発射された超音波は液体中を通り、サンプルホルダーに固定された紙媒体を透過して超音波発信部と反対側にある超音波受信部に到達する。この際、超音波発信部より発射された超音波の強度変化が測定される。このとき、超音波強度は紙媒体への液体浸透度に依存して変化する。
超音波透過量は、上記装置の超音波発信部と超音波受信部との間の領域が液体（インク）のみで満たされている場合の透過量を１００％とした場合の比率（％）として表される。この超音波透過量は、紙繊維間のエアーが液体に置換されることにより増大する。この装置では、紙繊維の空間に残存するエアーがインク液に完全に置換された場合、超音波透過量が９９．９％となる。
【００１２】
本願発明において、超音波透過量の減少率が最大となるところの単位時間当たりの超音波透過量の減少率（％）を超音波透過量の最大減少傾斜角と称する。
また、紙媒体を液体に差し込んだ時点から超音波透過量が最大となる時点までに要する時間を、超音波最大透過時間と称する。
【００１３】
毛細管現象により紙繊維へ速く浸透するインク液は、紙媒体の裏面、すなわち被記録面と反対側の面に到達することが抑制されることから、裏抜けを低減することが可能である。さらに、紙繊維に対する吸収速度が速いインク液は、インク組成物の紙媒体の被記録面への定着速度を速くすることが可能である。
ここでいうインク組成物の定着とは、紙媒体の被記録面を触っても汚れない状態を指し、具体的には、ベタ印字後３秒の時点で、サンプルと同じ紙媒体を印字面に重ねて擦り、転写がないことを指す。
【００１４】
具体的には、水を吸収させた場合の２MHzの超音波最大透過時間が１秒以上にあるような普通紙（XEROX ４０２４紙）で、２MHzの超音波の透過量が１秒で９０％以下であり、さらに、超音波透過量の最大減少傾斜角が５０％以上になるような特性を備えたインク組成物が本発明の目的を達成することが可能であることを見出した。
【００１５】
本発明においては、インク組成物に含めることができる界面活性剤として水との親和性が高い化合物であるなら適宜使用できるが、特に、アセチレングリコール系界面活性剤、アミン系界面活性剤が好適に用いることができる。
前記化合物の含有量はインク組成物に設定する表面張力にもよるが、インク全重量に対して０.０１〜５重量％、好ましくは０.１〜１重量％の範囲である。
前記化合物の含有量が０.０１重量％未満のときは、インク組成物の表面張力が高く記録媒体への定着時間が遅くなってしまい、５重量％を越える場合はインク組成物の表面張力が低くなり吐出安定性が劣るようになり好ましくない。
【００１６】
本発明のインク組成物を構成する他の成分としては、まず色材として直接染料、酸性染料、塩基性染料、反応染料等の水溶性染料がある。具体的にはC.I.ダイレクトイエロー８６、１３２、１４４、C.I.ダイレクトレッド２２７、C.I.ダイレクトブルー１９９、C.I.ダイレクトブラック１５４などの直接染料、C.I.アシッドイエロー２３、C.I.アシッドレッド５２、C.I.アシッドブルー９などの酸性染料があり、それぞれ単独または複数同時に用いられる。これらの着色剤の好ましい含有量は液媒体成分の種類、インクに要求される特性等に依存して決定されるが、一般にはインク全重量に対して０.１〜１０重量％、好ましくは１〜５重量％の範囲である。
【００１７】
その他の色材として顔料がある。顔料は無機顔料、有機顔料のいずれも用いることができる。無機顔料としては、酸化チタン、酸化鉄やコンタクト法、ファーネスト法、サーマル法などの方法で製造されたカーボンブラックを使用することができる。また、有機顔料としてはアゾ顔料、フタロシアニン顔料やアントラキノン顔料などの多環式顔料、ニトロ顔料、アニリンブラック、ニトロソ顔料などを用いることができる。
【００１８】
顔料は分散剤を用いて記録用インクに分散させることが好ましい。この分散剤には一般に用いられている高分子分散剤、界面活性剤を用いることができる。
また、表面を酸化処理した自己分散性のカーボンブラックを色材として用いることも可能である。顔料の替わりに分散染料を用いることも可能である。
これら色材の好ましい含有量は液媒体成分の種類、インクに要求される特性等に依存して決定されるが、一般にはインク全重量に対して３〜１５重量％、好ましくは５〜１０重量％の範囲である。
【００１９】
これらの色材を溶解する水性液媒体としては、一般的にインクジェット記録用インクに使用されているものはいずれも使用でき、水及び水溶性有機溶剤が好ましく、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、プロピレングリコールなどのグリコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、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メチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテルなどのグリコールエーテル類、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなどから適宜選択することができ、使用量はインク全重量に対して１〜４０重量％が好ましい。
その他従来公知の各種分散剤、粘度調整剤、ｐH調整剤、防カビ剤等を添加することが可能である。
【００２０】
【実施例】
次に、実施例、比較例を挙げて本発明を詳細に説明する。界面活性剤の添加量は表面張力が３３dyne/cm^*1になるように調整されている。表面張力は、協和界面科学製 CBVP-Zを用いて測定した。
実施例１
C.I.ダイレクトイエロー１３２３.５重量％
グリセリン１５重量％
ジエチレングリコールモノブチルエーテル３重量％
アセチレングリコール系界面活性剤
オルフィンE１０１０（日信化学(株)製）２重量％
水残部
上記成分を室温で２時間攪拌混合し、ポアサイズ０.４５μのフィルタでろ過して本発明のインク組成物を得た。
【００２１】
次にEmco社製動的浸透性テスターDPMに本発明のインク組成物とXEROX ４０２４紙をセットしてインク組成物の浸透性を２MHzの超音波、２０℃の条件で評価した。さらに、このインクを用いてセイコーエプソン社製インクジェットプリンタMJ-５２０Cにて印刷特性を評価した。評価結果を表１に示す。
【００２２】
実施例２
C.I.ダイレクトイエロー１３２３.５重量％
グリセリン１５重量％
ジエチレングリコールモノブチルエーテル３重量％
アミン系界面活性剤
ニッサンナイミーンL-２０７（日本油脂(株)製）１重量％
水残部
上記成分を実施例１のインク組成物と同様に調製し、同様に評価した。評価結果を表１に示す。
【００２３】
実施例３
CAB-O-JET ３００７重量％
グリセリン１５重量％
ジエチレングリコールモノブチルエーテル３重量％
アセチレングリコール系界面活性剤
オルフィンE１０１０（日信化学(株)製）２重量％
水残部
上記成分を実施例１のインク組成物と同様に調製し、同様に評価した。評価結果を表１に示す。
【００２４】
比較例１
C.I.ダイレクトイエロー１３２３.５重量％
グリセリン１５重量％
ジエチレングリコールモノブチルエーテル３重量％
アセチレングリコール系界面活性剤
ダイノール６０４（エアープロダクト製）０.０２重量％
水残部
上記成分を実施例１のインク組成物と同様に調製し、同様に評価した。評価結果を表１に示す。
【００２５】
比較例２
C.I.ダイレクトイエロー１３２３.５重量％
グリセリン１５重量％
ジエチレングリコールモノブチルエーテル３重量％
シリコーン系界面活性剤
KM-７５（信越化学(株)製）０.２重量％
水残部
上記成分を実施例１のインク組成物と同様に調製し、同様に評価した。評価結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
*１定着性評価
XEROX ４０２４紙にベタ印字をして３秒後に印字部を別のXEROX ４０２４紙で擦った。
◎・・・・・きれいモードで転写なし
○・・・・・きれいモードで若干転写するが速いモードでは転写なし
×・・・・・きれいモード、速いモード共に転写あり
*２裏抜け
XEROX ４０２４紙にベタ印字をして２時間後にベタ印字部の裏面へのインク浸透を評価した。
◎・・・・・裏面へのインク抜けが無い
○・・・・・部分的に若干インク抜けが認められる
×・・・・・ベタ印字部の裏面全体にインク抜けが認められる
【００２８】
上記表１からわかるように、１秒後の超音波透過量が９０％以下であり、かつ、最大減少傾斜角(%)が５０％以上である本発明に係るインク組成物（実施例１、２および３）は、転写がなく、裏抜けがない。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、被記録面に繊維が露呈し、更にはサイジング処理されている一般の普通紙に対して定着速度が速く、しかも裏抜けがないインク組成物を得ることが可能となる。
また、超音波を用いた動的吸収性テスターを用いることにより、紙媒体におけるインク液の挙動を把握することができ、かくして、インク液の紙媒体への浸透特性を適切に評価することが可能になる。

Claims

超音波を用いた動的吸収性テスターを用いて、インク組成物が適用された、水を吸収させた場合の超音波透過量が最大となるまでに要する時間（超音波最大透過時間）が１秒以上である紙媒体の１秒後の超音波透過量および最大減少傾斜角を測定することにより、インクジェット記録用インク組成物の浸透性を評価する方法。
前記超音波の周波数が２ＭＨｚである請求項１に記載の方法。