JP5020930B2

JP5020930B2 - コンティニュアス型インクジェット記録用インク組成物

Info

Publication number: JP5020930B2
Application number: JP2008500472A
Authority: JP
Inventors: 達郎土屋; 仁紀加野
Original assignee: Sakata Inx Corp
Current assignee: Sakata Inx Corp
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2027-02-09
Also published as: WO2007094252A1; JPWO2007094252A1

Description

本発明は、インク液滴を連続的に発生させ、記録画像形成に必要なインク液滴のみを電気的な力により被記録媒体表面に導き、残りのインク液滴を回収するところのコンティニュアス型インクジェット記録方式で利用されるインク組成物に関する。

現在、利用されているインクジェット記録方式は、コンティニュアス方式とオンデマンド方式の二つに大別される。ここで、コンティニュアス方式とは、インク液滴を連続的に飛翔させ、電気的な力で飛翔進路を偏向させることにより、記録画像形成に必要なインク液滴のみを被記録媒体に着弾させ、残りのインク液滴を回収して繰り返し利用することを特徴としたインクジェット記録方式である。一方、オンデマンド方式とは、記録画像形成に必要なインク液滴のみを間欠的に飛翔させて、そのまま被記録媒体に着弾させることを特徴としたインクジェット記録方式である。

この様な原理上の違いから、コンティニュアス方式の記録装置は、インクを加圧下でノズルから直接噴射または超音波により小液滴として飛翔させる装置の他にも、飛翔進路を偏向させるための、インク液滴を帯電および偏向させる電極が必要となり、オンデマンド方式の記録装置と比較して、構成は複雑で大掛かりとなる。しかしながら、常にインク液滴を飛翔させておくと、タイミングを計って飛翔させるよりも応答性に優れるために、より高速での記録が可能となり、また、乾燥の速いインクを用いても、吐出信頼性が高いという特徴がある。そこで、大量の被記録媒体があり、長時間にわたって記録を行う分野、また、非吸収性の被記録媒体のために速乾燥性のインクが必要となる分野において、主に産業用として使用されている。

コンティニュアス方式に用いるインクジェット記録用インク組成物としては、従来、有機溶剤として、一般にトルエンやキシレン等の芳香族炭化水素、ヘキサンや灯油等の脂肪族炭化水素等が使用されているが、これらの有機溶剤は沸点や引火点が低く、また、乾燥が速いためにノズル詰まりにつながり、また労働衛生や火災などの危険性の面においても、さらにインクの性能面においても問題がある。しかも、インク保存容器やプリンタなどの装置や部品の接液部を溶解もしくは膨潤させるという問題も生じていた。

また、この種のインクジェット記録用インク組成物は、セラミック、ガラス、金属、プラスチック等各種の非吸収性の被記録媒体に印刷が行われるため、高い接着性、密着性が要求されているが、接着性、密着性は未だ不十分であり、さらに、プラスチック等の被記録媒体に対しては上記装置等と同様に溶解もしくは膨潤するという問題を生じていた。

このような課題を解決するインクとして、アルコール系溶剤とニトロセルロースを利用する方法も知られているが、インク液滴は飛翔の間に空気中から水分を吸収する傾向があり、極性有機溶剤ではその傾向が高い。したがって、記録画像形成に利用されなかったインク液滴を回収して繰り返し利用するコンティニュアス方式において、極性有機溶剤を含むインクでは、インクと空気中の水分が平衡となるまでにより多くの水分を吸収し、インクの粘度変化や着色剤の凝集が起こりやすい。その結果として、経時安定性が劣り、印刷品位が低下する等の問題を有していた。

そこで、本出願人は、上記の問題を全て解決するために、プロピレングリコールモノメチルエーテルおよび／またはプロピレングリコールモノエチルエーテルを含有させたインクジェット記録用インク組成物を提案した（例えば、特開平１０−２０４３４６号公報参照）。

しかし、上記のプロピレングリコールのモノメチルエーテルやモノエチルエーテル等の溶剤系を含むインク技術においても、印字中に空気中の水分の混入は避けられず、インクの帯電性の低下に起因して印字品質、印刷安定性が低下する等の問題が生じていた。

そこで本発明は、各種の被記録媒体への印字に適し、インク中に空気中の水分などが混入しても印字品質、印刷安定性に優れるインクジェット記録用インク組成物を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、前記課題を解決すべく研究した結果、樹脂としてスチレン−アクリル系樹脂とセルロ−ス系樹脂を含有させることにより、空気中の水分などが混入しても印字品質、印刷安定性の低下を改善できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、（１）着色剤、樹脂、溶剤を主として含むコンティニュアス型インクジェット記録用インク組成物において、前記樹脂としてスチレン−アクリル系樹脂とセルロース誘導体を含み、かつ前記スチレン−アクリル系樹脂の酸価が６０〜２５０ｍｇＫＯＨ／ｇであることを特徴とするコンティニュアス型インクジェット記録用インク組成物に関する。

また、本発明は、（２）前記セルロース誘導体がセルロースの低級アシル基置換体を含む前記（１）項記載のコンティニュアス型インクジェット記録用インク組成物に関する。

また、本発明は、（３）前記セルロースの低級アシル基置換体がセルロースアセテートブチレートを含む前記（２）項記載のコンティニュアス型インクジェット記録用インク組成物に関する。

また、本発明は、（４）前記セルロースの低級アシル基置換体がセルロースアセテートプロピオネートを含む前記（２）項記載のコンティニュアス型インクジェット記録用インク組成物に関する。

さらに、本発明は、（５）前記スチレン−アクリル系樹脂とセルロース誘導体の含有比率（質量比）が９０：１０〜５０：５０である前記（１）〜（４）項のいずれかに記載のコンティニュアス型インクジェット記録用インク組成物に関する。

さらに、本発明は、（６）前記溶剤が、１価アルコール類、アルキレングリコールモノアルキルエーテル類、アルキレングリコールモノアセテート類、２価アルコール類、乳酸アルキルエステル類、ラクトン類、およびケトン類よりなる群から選択される少なくとも１種である前記（１）〜（５）項のいずれかに記載のコンティニュアス型インクジェット記録用インク組成物に関する。

以下に、本発明をさらに詳しく説明する。

本発明のインクジェット記録用インク組成物で使用する着色剤としては、Ｃ．Ｉ．ソルベントブラック２２、２３、２７、２９、３４、４３、４７、１２３、Ｃ．Ｉ．ソルベントイエロー１９、２１、３２、６１、７９、８０、８１、８２、Ｃ．Ｉ．ソルベントレッド８、３５、８３、８４、１００、１０９、１１８、１１９、１２１、１２２、１６０、Ｃ．Ｉ．ソルベントブルー２５、５５、７０等の油溶性含金属染料等が挙げられる。これら着色剤は単独または２種以上を混合して使用できる。

また、これら着色剤のインク組成物中における含有量は、３〜１５質量％の範囲が好ましい。該着色剤の含有量が３質量％未満では、色濃度が低下し、一方１５質量％を超えるとインク粘度や流動性の面から使用が困難となる。

本発明で使用するスチレン−アクリル系樹脂としては、下記のスチレン系単量体とアクリル系単量体を共重合して得られる樹脂が好ましい。ここで、アクリル系単量体としては、（メタ）アクリル酸、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、ヘキシル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレートなどの（メタ）アクリル酸アルキルエステル化合物、ベンジル（メタ）アクリレート、ナフチル（メタ）アクリレートなどの芳香族環を含む（メタ）アクリル酸エステル化合物、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、３−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレートなどの（メタ）アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル化合物等を挙げることができる。スチレン−アクリル系樹脂が下記の酸価を有するようにするためには、少なくとも（メタ）アクリル酸などのカルボキシル基を含有する単量体を所定量含有するものが好ましい。また、スチレン系単量体としては、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン等、さらにそれらの誘導体を挙げることができる。これらスチレン−アクリル系樹脂は、単独または２種以上を混合して使用できる。スチレン−アクリル系樹脂の製造は、これら単量体成分を用い公知の方法で行うことができる。

以上の単量体成分を重合させて得られるスチレン−アクリル系樹脂は、酸価が６０〜２５０ｍｇＫＯＨ／ｇであるのが好ましく、より好ましくは６０〜１２０ｍｇＫＯＨ／ｇである。スチレン−アクリル系樹脂の酸価が前記範囲より低くなると、印字中に混入した水分に対する許容度が増えず、さらにコンティニュアス型インクジェット記録用インク組成物として帯電しがたく、吐出安定性や間欠吐出性に欠ける傾向がある。一方酸価が前記範囲より高くなると、セルロース誘導体との相溶性が低下し安定性が損なわれる傾向がある。

なお、帯電性付与の点から、スチレン系単量体とアクリル系単量体の共重合比率（質量比）は９０：１０〜４０：６０であるのが好ましい。さらに、インク粘度と帯電性付与の点から、スチレン−アクリル系樹脂の重量平均分子量は４０００〜２００００であるのが好ましい。

本発明で使用するセルロース誘導体としては、ニトロセルロース（ニトロ基置換体）、セルロースアセテート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレートなどの低級アシル基置換体、メチルセルロース、エチルセルロースなどの低級アルキル基置換体などを挙げることができる。これらセルロース誘導体は、単独または２種以上を混合して使用できる。

これらセルロース誘導体としては、分子量や水酸基に対する置換度などが異なるものが各種有るが、目的とするインクジェット記録用インク組成物の粘度に合わせて各種のものを適宜選択して使用するのが好ましい。たとえば、溶剤に対する溶解性およびスチレン−アクリル系樹脂との相溶性の点から、セルロース誘導体としては、セルロースの低級アシル基置換体が好ましく、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレートがより好ましい。セルロースアセテートブチレートとしては、アセチル基およびブチリル基の置換度（ここで、置換度とは、グルコース単位の３個の水酸基がある置換基で完全に置換された場合、その置換基の置換度を１００％とする）がそれぞれ２〜２０％および３２〜５３％であるものが特に好ましい。またセルロースアセテートプロピオネートとしては、アセチル基およびプロピオニル基の置換度がそれぞれ０．５〜１０％および３５〜５５％であるものが特に好ましい。

本発明のインクジェット記録用インク組成物中における前記スチレン−アクリル系樹脂とセルロース誘導体（特にセルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート等のセルロースの低級アシル基置換体）との含有比率（質量比）は９０：１０〜５０：５０であるのが好ましく、より好ましくは８０：２０〜７０：３０である。スチレン−アクリル系樹脂の含有率が前記範囲を超えると、適切な粘度範囲未満になる傾向があり、一方前記範囲未満では帯電しがたく、かつ適切な粘度範囲を超える傾向がある。

また、本発明のインクジェット記録用インク組成物における樹脂成分であるスチレン−アクリル系樹脂とセルロース誘導体の合計含有量はインクジェット記録用インク組成物中おいて３〜１０質量％であるのが好ましい。該樹脂の合計含有量が３質量％未満では、擦過性が悪くなり、一方１０質量％を超えると粘度が上昇しノズルから吐出しずらくなる。

本発明で使用する溶剤としては、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、アミルアルコール、ベンジルアルコール、シクロヘキサノール、ジアセトンアルコール等の１価のアルコール類、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ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル等のアルキレングリコールモノアルキルエーテル類、エチレングリコールモノアセテート、プロピレングリコールモノアセテート等のアルキレングリコールモノアセテート類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリメチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール等の２価のアルコール類、乳酸メチル、乳酸ブチル等の乳酸アルキルエステル類、γ−ブチロラクトン等のラクトン類、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類等が例示できる。これら溶剤は単独または２種以上を混合して使用できる。

その他添加剤としては、ｐＨ調整剤、粘度調整剤、防錆剤、消泡剤、シリコーン系界面活性剤、フッ素含有界面活性剤、その他の界面活性剤が例示できる。

以上の各種材料から本発明のコンティニュアス型インクジェット記録用インク組成物を調製するには、着色剤、スチレン−アクリル系樹脂、セルロース誘導体、溶剤、必要に応じて各種添加剤を密閉容器中に入れ、攪拌し均一に混合溶解し、その後、メンブランフィルターで濾過することにより得ることができる。

得られるコンティニュアス型インクジェット記録用インク組成物の粘度は２５℃で２．０〜５．０ｍＰａ・ｓ程度であるのが好ましい。

以下、実施例でもって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、特にことわりのない限り、「部」、「％」はそれぞれ「質量部」、「質量％」をそれぞれ表す。

実施例１〜５および比較例１〜３
＜コンティニュアス型インクジェット記録用インク組成物の調製＞
表１に示す組成物（各成分の配合比率は質量％である）を密閉容器中で、攪拌し均一に溶解し、１０μｍのメンブランフィルターで濾過して、実施例１〜５および比較例１〜３のインクジェット記録用インク組成物を得た。

表１に記載されている材料の詳細は次のとおりである。
オラゾールブラックＲＬＩ：ソルベントブラック２９、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ（株）製
スチレン−アクリル系樹脂Ａ：重量平均分子量４８００、酸価１０８ｍｇＫＯＨ／ｇ、
（スチレン＋α−メチルスチレン）／アクリル酸＝８６／１４（質量比）
スチレン−アクリル系樹脂Ｂ：重量平均分子量６３００、酸価６６ｍｇＫＯＨ／ｇ、
スチレン／アクリル酸／メタクリル酸メチル＝４５／１０／４５（質量比）
スチレン−アクリル系樹脂Ｃ：重量平均分子量４７００、酸価３５ｍｇＫＯＨ／ｇ、
（スチレン＋α−メチルスチレン）／アクリル酸＝９５／５（質量比）
ＣＡＢ３８１−２：セルロースアセテートブチレート、
アセチル基置換度１３．５％、ブチリル基置換度３８．０％、イーストマン
ケミカル社製
ＣＡＰ４８２−０．５：セルロースアセテートプロピオネート、
アセチル基置換度２．５％、プロピオニル基置換度４５％、イーストマン
ケミカル社製

＜性能評価＞
前記の各インクジェット記録用インク組成物の粘度、吐出安定性、間欠吐出性を以下の方法により評価した。その結果を表１に示した。

［粘度］
東京計器（株）製ＥＬＤ型粘度計を用い、測定温度２５℃、測定回転数１００ｒｐｍにて測定した。

［吐出安定性］
コンティニュアス方式インクジェットプリンター（ドミノ社製Ａ３００）を用いて室温下で１００時間連続運転した。
Ａ：連続運転中、文字がきれいに印字される
Ｂ：印字されるが文字が判読しがたい
Ｃ：文字が印字されない

［間欠吐出性］
コンティニュアス方式インクジェットプリンター（ドミノ社製Ａ３００）を用いて１００時間連続運転後、５０時間放置し、その後再度インクを噴射させた。
Ａ：文字がきれいに印字される
Ｂ：印字されるが文字が判読しがたい
Ｃ：文字が印字されない

樹脂としてスチレン−アクリル系樹脂とセルロース誘導体を使用することにより、空気中の水分などが混入しても印字品質、印刷安定性の低下を防止することができる。

すなわち、酸価が６０〜２５０ｍｇＫＯＨ／ｇであるスチレン−アクリル系樹脂を使用することにより、印字中に水分が混入しても、水分に対する許容度が増え、印字品質、印刷安定性が保たれる。

なお、スチレン−アクリル系樹脂単独では、コンティニュアス型インクジェット記録用インク組成物としての好ましい粘度を付与しがたいため、セルロース誘導体、特にセルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート等を併用して適切な粘度範囲内に設定する。

Claims

着色剤、樹脂、溶剤を主として含むコンティニュアス型インクジェット記録用インク組成物において、前記樹脂としてスチレン−アクリル系樹脂とセルロース誘導体を含み、かつ前記スチレン−アクリル系樹脂の酸価が６０〜２５０ｍｇＫＯＨ／ｇであることを特徴とするコンティニュアス型インクジェット記録用インク組成物。
前記セルロース誘導体がセルロースの低級アシル基置換体を含む請求の範囲第１項記載のコンティニュアス型インクジェット記録用インク組成物。
前記セルロースの低級アシル基置換体がセルロースアセテートブチレートを含む請求の範囲第２項記載のコンティニュアス型インクジェット記録用インク組成物。
前記セルロースの低級アシル基置換体がセルロースアセテートプロピオネートを含む請求の範囲第２項記載のコンティニュアス型インクジェット記録用インク組成物。
前記スチレン−アクリル系樹脂とセルロース誘導体の含有比率（質量比）が９０：１０〜５０：５０である請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに記載のコンティニュアス型インクジェット記録用インク組成物。
前記溶剤が、１価アルコール類、アルキレングリコールモノアルキルエーテル類、アルキレングリコールモノアセテート類、２価アルコール類、乳酸アルキルエステル類、ラクトン類、およびケトン類よりなる群から選択される少なくとも１種である請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載のコンティニュアス型インクジェット記録用インク組成物。