JP5167610B2 - 画像形成用記録液及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
また、磁気バーコード用の磁気インクを用いた磁気印刷技術も、よく知られている。この磁気印刷では、オフセット印刷、スクリーン印刷、グラビヤ印刷などにより、磁気インクを各種の媒体に印刷している。この場合、最適な印刷特性を得るため、磁気インク中に粒子サイズが0.5μmから数μmの大きさの黒色の磁性顔料を使用している。
また、磁気印刷を用いた技術は版の作製が必要であり、さらに印刷装置が大型になることから、多量の印刷には向いているが、オンデマンド印刷には向いていなかった。
しかし、インクジェット方式等を用いた磁気印刷は、省スペースで低コスト化が可能であるが、インク中に分散している顔料サイズが小さいため、高画質の画像を得るにはコート紙等の特殊な用紙を用いる必要があった。
しかし、マグネトグラフィーに磁性インクを用いる場合、磁性インクは非水溶媒中に磁性トナーを分散していることから、印刷時に非水溶媒が大気中に暴露され作業環境が汚染されるという問題があった。
すなわち、本発明は、オンデマンド印刷に対応することができ、水系分散媒への磁性重合体粒子の分散性が優れるので高画質な画像を得ることができ、環境にもやさしい画像形成用記録液、さらにそれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
<4> インクジェット方式による画像形成用の記録液である、<1>〜<3>のいずれか1項に記載の画像形成用記録液である。
<6> <4>に記載の画像形成用記録液を用いた、インクジェット方式の画像形成装置である。
<画像形成用記録液>
本発明の画像形成用記録液は、磁性粉及び高分子化合物を含む磁性重合体粒子と、該磁性重合体粒子を分散する分散媒と、を含んで構成され、前記高分子化合物が(メタ)アクリレートモノマー及びスチレン系モノマーのうちの少なくとも1つからなる重合体であり、前記分散媒が水を含み、さらにポリカルボン酸型高分子界面活性剤及びアセチレングリコール系界面活性剤を含むことを特徴とする。
(磁性重合体粒子)
本発明において使用される画像形成用の磁性重合体粒子は、磁性粉と高分子化合物とを含む。
ここで用いる磁性粉としては、磁性 を示すMO・Fe2O3またはM・Fe2O4の一般式で表されるマグネタイト、フェライト等を好ましく用いることができる。ここで、Mは2価あるいは1価の金属イオン(Mn、Fe、Ni、Co、Cu、Mg、Zn、Cd、Li等)であり、Mとしては単独あるいは複数の金属を用いることができる。例えばマグネタイト、γ酸化鉄、Mn−Zn系フェライト、Ni−Zn系フェライト、Mn−Mg系フェライト、Li系フェライト、Cu−Zn系フェライトの如き鉄系酸化物を挙げることができる。中でも安価なマグネタイトが、より好ましく用いることができる。
含有率が2.5質量%未満では、必要な磁力を得ることができない場合がある。50質量%を超えると、磁性粉の粒子中での均一分散性や重合体粒子の分散安定性が得られなくなる場合がある。
磁性重合体粒子のバインダーを構成する高分子化合物は、(メタ)アクリレートモノマー及びスチレン系モノマーのうちの少なくとも1つからなる重合体である。
なお、ここで上記(メタ)アクリレートとは、アクリレートまたはメタクリレートを表す表現であり、また、「(メタ)アクリレート」とは、常用されるように「(メタ)アクリル酸エステル」を意味し、スチレン系モノマーとは、スチレン及びスチレン誘導体を意味する。以下において同様である。
前記アルキル基としては、前述のアルキル基で例示したものと同様に挙げることができる。前記アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等が挙げられ、これらの中ではメトキシ基、エトキシ基が好ましい。また、前記ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられるが、フッ素原子、塩素原子が好ましい。前記アリール基としては、前述のアリール基で例示したものを同様に挙げることができる。
また、本発明における磁性重合体粒子には、前記単量体の重合体成分の他に、他の単量体をさらに共重合させてもよい。
また、モノマー混合物中の架橋剤の含有量は、(メタ)アクリレートモノマー及び/またはスチレン系モノマー合計量100質量部に対して0.05〜20質量部の範囲が好ましく、0.5〜10質量部の範囲がより好ましい。
また磁性重合体粒子は、個数平均粒子径の変動係数が30%以下の範囲であることが好ましく、20%以下であることがより好ましい。変動係数が30%より大きくなると、分布が広すぎるため、画像を作成したときに高画質化できないため好ましくない。
また、前記変動係数とは、上記で得られた粒径データを基に粒径分布の指標である標準偏差(μm)を求めたのち、標準偏差を個数平均粒径で除して100倍することにより算出した無次元の変動係数(%)である。
水酸基量が0.3mmol/gに満たないと、重合体粒子の後述する分散媒への分散性が悪くなる場合がある。5.0mmol/gを超えると、水中での重合体粒子の膨潤性が大きくなり操作性が悪くなる場合がある。
本発明の画像形成用記録液は、分散媒中に前記磁性重合体粒子が分散して構成される。
本発明における分散媒は、水を含む溶液であって、さらに、ポリカルボン酸型高分子界面活性剤とアセチレングリコール系界面活性剤とを含む。
ここで「水」とは、蒸留水、イオン交換水、超純水等、精製した水を意味する。
上記ポリアルキレングリコール(メタ)アクリレートの例としては、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリブチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、メトキシポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、メトキシポリブチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコールポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、エトキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、エトキシポリエチレングリコールポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。
上記分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により、ポリスチレン標準物質を用いて測定することができる。
形成される塩としては、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、4級アンモニウム塩、アンモニウム塩、有機アミン塩から選ばれる少なくとも1種が好ましい。塩を構成するアルカリ金属としては、ナトリウム、カリウム、リチウム等が挙げられる。アルカリ土類金属としては、マグネシウム、カルシウム、バリウム等が挙げられる。4級アンモニウムとしては、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化トリエチルメチルアンモニウム等が挙げられる。有機アミンとしては、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン等が挙げられる。これらの中で好ましいものは、アルカリ金属塩であり、ナトリウム塩、カリウム塩がより好ましい。
含有量が0.01質量%未満では、初期の分散においても後述する所望の分散粒径範囲とすることができない場合がある。20質量%を超えると、記録液の粘度が高くなりすぎてしまう場合がある。
含有量が0.01質量%未満では、分散の安定性(分散粒径安定性)を維持することができない場合がある。また、アセチレングリコール系界面活性剤は水に難溶であるため、5質量%を超えて含有させることは困難となる場合がある。
そのような観点から、分散媒へのポリカルボン酸型高分子界面活性剤の添加量P(質量部)とアセチレングリコール系界面活性剤の添加量Q(質量部)の比(P/Q)は1000/1〜1/1の範囲とすることが好ましく、100/1〜5/1の範囲とすることがより好ましい。
まず、主溶媒の水と前記各添加剤とを含む分散媒をマグネチックスターラー等を用いて調製し、これに前記磁性重合体粒子を分散させる。分散には公知の方法が適用できる。すなわち、ボールミル、サンドミル、アトライター、ロールミル等の分散機が使用できる。また、ミキサーのごとく、特殊な攪拌羽根を高速で回転させ分散させる方法、ホモジナイザーとして知られるローター・ステーターの剪断力で分散する方法、超音波によって分散する方法等が挙げられる。
なお、上記磁性重合体粒子の分散平均粒子径は、コールターカウンター マルチサイザー3(ベックマン・コールター(株))により求めた体積平均粒径である。測定条件については後述する。
本発明の画像形成用記録液は、記録システムにより記録媒体上に画像を表示するものとして使用される。記録システムとしては、ヘッドからインク液滴を吐出させ、機械的に記録紙上に移動させて画像を表示させるインクジェットシステム、具体的には、サーマルインクジェット、バブルインクジェット、ピエゾインクジェット、マイクロドット型インクジェット、IRIS型インクジェット、マルチノズル型インクジェット等や、磁気潜像に画像記録用粒子を現像させて被転写媒体に転写し、定着して記録上に画像を表示させるマグネトグラフィー等のいずれの方式にも使用できるが、これらに限定されるものではない。
マグネトグラフィーは、文字や画像などのパターン状の磁気潜像を形成し、それを磁性トナーによって可視化しハードコピーを得る方式である。図1は、マグネトグラフィー方式により画像形成を行う画像形成装置の主要部の一例を示す概略構成図である。この画像形成装置は、図に示すように画像形成用記録液を保持した現像ロール10を磁気記録ドラム20に接触させて画像を形成するものである。
次に、磁気記録ドラム20に記録液を保持した現像ロール10を接触させて、前記磁気潜像を磁性重合体粒子により可視像とする。この記録液として本発明の画像形成用記録液が用いられるが、現像ロール10への記録液の供給は、貯留槽12に貯留された記録液14に一部が接触し記録液14を保持した状態で他の部分が現像ロール10に接触して記録液14を塗布する記録液塗布ロール16によって行われる。なお、記録液塗布ロール16への液保持量の調整は、メータリングブレード17により行われる。
磁性粉MTS−010(戸田工業(株)製)600部に、スチレンアクリル樹脂(エスレックP−SE−0020、積水化学(株)製)400部を加え、加圧ニーダーで混練して、表面が樹脂被覆処理された磁性粉(磁性粉含有率:60質量%)を得た。
(磁性重合体粒子1)
ヒドロキシエチルメタクリレート(和光純薬(株)製)17部、スチレン単量体(和光純薬(株)製)57部、及びジビニルベンゼン(和光純薬(株)製)1部を混合した後、これに前記表面処理磁性粉40部を加え、ボールミルで48時間分散した。この磁性粉分散液90部に、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル(和光純薬(株)製)5部を加えて、単量体及び磁性粉を含む混合物を作製した。
この分散媒体200部に前記混合物を投入して、乳化装置(エスエムテー社製、HIGH−FLEX HOMOGENIZER)にて8000rpmで3分間乳化し、懸濁液を得た。このときの懸濁粒子の個数平均粒径は約2.5μmであった。
反応液に10%塩酸水溶液を加えて炭酸カルシウムを分解した後、遠心分離によって固液分離を行った。得られた粒子を1Lのイオン交換水で洗浄後、500mlのエタノール中に30分間超音波分散と遠心分離を3回繰り返して洗浄を行い、磁性重合体粒子1を得た。
また、熱重量分析(TGA)による加熱による重量減少量から粒子中の磁性粉含有量を算出したところ、磁性重合体粒子1A、1Bともに15%であった。
まず、重合体粒子を秤量してキャップ付き試験管に入れ、あらかじめ調製した無水酢酸(和光純薬(株)製)のピリジン(和光純薬(株)製)溶液を一定量加え、95℃の温度条件で24時間加熱した。更に、蒸留水を加えて試験管中の無水酢酸を加水分解させた後、3000rpmで5分間遠心分離して粒子と上澄みに分けた。ポリマーを更にエタノール(和光純薬(株)製)で超音波分散と遠心分離を繰り返し洗浄し、上澄みと洗浄液とをコニカルビーカーに集め、指示薬にフェノールフタレイン(和光純薬(株)製)を用いて0.1Mのエタノール性水酸化カリウム溶液(和光純薬(株)製)で滴定した。
水酸基量=((B−C)×0.1×f)/(w−(w×D/100)) : 式(2)
上記式(2)中、Bはブランク実験での滴下量(ml)、Cはサンプルの滴下量(ml)、fは水酸化カリウム溶液のファクター、wは粒子の重量(g)、Dは粒子中の磁性粉含有率(%)である。
磁性重合体粒子1の作製において、ヒドロキシエチルメタクリレートを用いず、スチレン単量体を75部のみとした以外は同様にして磁性重合体粒子2を作製し、同様に孔径5μmのメッシュと孔径1μmのメッシュとにより分離して、磁性重合体粒子2A及び磁性重合体粒子2Bを得た。
また、熱重量分析(TGA)による粒子中の磁性粉含有量は、磁性重合体粒子2A、2Bともに18%であった。さらに、磁性重合体粒子2の水酸基量は0mmol/gであった。
(画像形成用記録液の作製)
・磁性重合体粒子1A:5部
・ポリカルボン酸型高分子界面活性剤(デモールEP、花王(株)製):2部
・アセチレングリコール系界面活性剤(サーフィノール465、日信化学工業(株)製、付加エチレンオキサイド数n:65):0.5部
・イオン交換水:92.5部
上記の組成で、ボールミルで3時間分散し、画像形成用記録液1を得た。
−粒度分布評価−
画像形成用記録液を約0.1ml取り、測定液アイソトン(ベックマン・コールター(株)製)約100mlに分散し、コールターカウンター マルチサイザー3(ベックマン・コールター(株)製)を用いて体積平均粒子径(分散平均粒子径)を測定した。この測定を、記録液作製初期と30日放置後について行った。
なおこの測定においては、測定液による希釈によっても記録液中の粒度分布と同等の結果が得られる。
用いた磁性重合体粒子の個数平均粒子径とともに測定結果を表1に示す。
画像作成用記録液を、バーコーターを用いて複写機用普通紙(富士ゼロックス(株)製、L紙)上に、画像面積1cm2あたり0.9mgの塗布量で塗布し、25℃の室内で乾燥させることにより、普通紙上に磁性重合体粒子からなるベタ画像を得た。得られた画像部分の断面を光学顕微鏡を用いて観察し、画像の紙への浸透度合いを調べた。
評価結果を表2に示す。
評価結果を表2に示す。
実施例1の画像形成用記録液の作製において、磁性重合体粒子1Aの代わりに磁性重合体粒子1Bを用いた以外は実施例1と同様にして画像形成用記録液2を得た。
この画像形成用記録液2を用いて、実施例1と同様の評価を行った。結果をまとめて表1及び表2に示す。
実施例1の画像形成用記録液の作製において、磁性重合体粒子1Aの代わりに磁性重合体粒子2Aを用いた以外は実施例1と同様にして画像形成用記録液3を得た。
この画像形成用記録液3を用いて、実施例1と同様の評価を行った。結果をまとめて表1及び表2に示す。
実施例1の画像形成用記録液の作製において、磁性重合体粒子1Aの代わりに磁性重合体粒子2Bを用いた以外は実施例1と同様にして画像形成用記録液4を得た。
この画像形成用記録液4を用いて、実施例1と同様の評価を行った。結果をまとめて表1及び表2に示す。
実施例1の画像形成用記録液の作製において、ポリカルボン酸型高分子界面活性剤を0.001部、アセチレングリコール系界面活性剤を0.001部とした以外は実施例1と同様にして画像形成用記録液5を得た。
この画像形成用記録液5を用いて、実施例1と同様の評価を行った。結果をまとめて表1及び表2に示す。
実施例1の画像形成用記録液の作製において、ポリカルボン酸型高分子界面活性剤を30部、アセチレングリコール系界面活性剤を5部とした以外は実施例1と同様にして画像形成用記録液6を得た。
この画像形成用記録液6を用いて、実施例1と同様の評価を行った。結果をまとめて表1及び表2に示す。
・磁性重合体粒子1A:5部
・ポリカルボン酸型高分子界面活性剤(デモールEP、花王(株)製):2部
・イオン交換水:93部
記録液の混合組成を上記のように変更した以外は実施例1と同様にして画像形成用記録液7を得た。この画像形成用記録液7を用いて、実施例1と同様の評価を行った。結果をまとめて表1及び表2に示す。
・磁性重合体粒子1A:5部
・アセチレングリコール系界面活性剤(サーフィノール465、日信化学工業(株)製):0.5部
・イオン交換水:94.5部
記録液の混合組成を上記のように変更した以外は実施例1と同様にして画像形成用記録液8を得た。この画像形成用記録液8を用いて、実施例1と同様の評価を行った。結果をまとめて表1及び表2に示す。
・磁性粉MTS−010(戸田工業(株)製):5部
・ポリカルボン酸型高分子界面活性剤(デモールEP、花王(株)製):2部
・アセチレングリコール系界面活性剤(サーフィノール465、日信化学工業(株)製):0.5部
・イオン交換水:92.5部
記録液の混合組成を上記のように変更した以外は実施例1と同様にして画像形成用記録液9を得た。この画像形成用記録液9を用いて、実施例1と同様の評価を行った。結果をまとめて表1及び表2に示す。
一方、比較例1、2のベタ画像は主に普通紙の表面に形成されており、実施例同様に磁性重合体粒子の普通紙内部への浸透は殆んど認められなかったが、分散媒の浸透が遅いことから、画像上の磁性重合体粒子の量にばらつきがあった。また、形成された画像のドット径は分散液中の粒子の凝集によってドットサイズが大きく形状が不安定なものであった。比較例3のベタ画像は主に普通紙の内部に浸透しており、形成された画像のドット径は小さいものであったが、普通紙内部に入り込んでしまっているためかかすれが生じるものであった。
12 貯留槽
14 記録液(画像形成用記録液)
16 記録液塗布ロール
17 メータリングブレード
18 クリーニングブレード
20 磁気記録ドラム
22 磁気記録ヘッド
24 転写ロール
26 ブレード
28 消磁ヘッド
30 記録媒体
Claims (6)
- 磁性粉及び高分子化合物を含む磁性重合体粒子と、該磁性重合体粒子を分散する分散媒と、を含んで構成され、前記高分子化合物が(メタ)アクリレートモノマー及びスチレン系モノマーのうちの少なくとも1つからなる重合体であり、前記分散媒が水を含み、さらにポリカルボン酸型高分子界面活性剤及びアセチレングリコール系界面活性剤を含むことを特徴とする画像形成用記録液。
- 前記磁性重合体粒子の個数平均粒子径が0.5〜5μmの範囲であり、かつ該個数平均粒子径の変動係数が30%以下であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成用記録液。
- 前記磁性重合体粒子の分散平均粒子径A(μm)と前記個数平均粒子径B(μm)との比(A/B)が3.0以下であることを特徴とする請求項2に記載の画像形成用記録液。
- インクジェット方式による画像形成用の記録液である、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の画像形成用記録液。
- 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の画像形成用記録液を用いたことを特徴とする画像形成装置。
- 請求項4に記載の画像形成用記録液を用いた、インクジェット方式の画像形成装置。
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