JP5423027B2 - 処理液及びインクジェット記録方法 - Google Patents
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Description
そこで、記録媒体である上質紙やざら紙にインク液滴を付着する前にインクを定着させる機能を有する処理液を塗布して、上記問題を解決しようとしている。
しかし、このような処理液を記録媒体に塗布した場合、当該処理液が水性溶液であるため、記録媒体へ供給されるインク溶剤(アルコール系あるいは水等)量は多くなる。このとき、記録媒体が紙、特に上質紙やざら紙のような非塗工紙であると、用紙の変形、いわゆるカール、コックリングは避けがたい。この用紙の変形は、紙のセルロース分子間へのインク溶剤(アルコール系あるいは水等)の浸透、それに伴うセルロース繊維の膨潤(=カール)が原因である。
紙がカールするとインクジェットプリンター機上での紙搬送が困難となり、高速印刷、あるいは両面印刷の大きな妨げとなる。このことから処理液に対してもできるだけ紙のカールが少ない処方が望まれている。特にラインヘッド搭載の高速インクジェットプリンターではそのニーズがシリアルプリンターに比べて一段と高い。
処理液の技術としては、特許文献1に、アルカンジオールなどの特定の水溶性有機化合物を含むカール抑制を目的とする液体組成物(処理液)が開示されており、界面活性剤も添加可能であることが記載されているが、アルキルピロリドンに関する記載はない。
また、特許文献2には、カルボキシル基を少なくとも1つ有するpH緩衝剤を含む酸性透明処理液が開示されているが、アルキルピロリドンに関する記載はない。
1) インクジェット記録により記録媒体にインクを付与する前に用いる記録媒体の処理液であって、炭素数8〜12のアルキル基を有するアルキルピロリドン、アルキルアルカンジオール、ジヒドロキシジカルボン酸及びジヒドロキシトリカルボン酸の少なくとも一方、並びに水を含むことを特徴とする処理液。
2) アルキルピロリドンとして、N−オクチル−2−ピロリドンを含むことを特徴とする1)に記載の処理液。
3) アルキルアルカンジオールとして、2−エチル−1,3−へキサンジオールを含むことを特徴とする1)又は2)に記載の処理液。
4) ジヒドロキシトリカルボン酸として、ヒドロキシクエン酸を含むことを特徴とする1)〜3)のいずれかに記載の処理液。
5) 記録媒体にインクを付与する前に、1)〜4)のいずれかに記載の処理液を用いて記録媒体を処理することを特徴とするインクジェット記録方法。
本発明の処理液は、炭素数8〜12のアルキル基を有するアルキルピロリドンを含有させることを特徴とする。これにより、紙などの記録媒体を構成するセルロース間への水分の侵入が阻害されると考えられ、記録媒体のカールを防ぐことができる。
上記アルキルピロリドンの具体例としては、N−オクチル−2−ピロリドン、N−ドデシル−2−ピロリドンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらは複数混合して使用してもよい。
アルキル基の炭素数の下限を8としたのは、アルキル基の炭素数が多いほど、少ない添加量でも効果的にカールを抑制できるためである(後述する実施例1,3参照)。他方、アルキル基の炭素数の上限を12としたのは、炭素数が12を超えると、溶解性に問題が生じるためである。
その配合量は、処理液全体の0.5〜5重量%程度が好ましく、より好ましくは1〜3重量%、更に好ましくは1.5〜2.5重量%である。
このようなアルキルアルカンジオールとしては、炭素数3〜6のアルカンジオールを主鎖とし、炭素数1〜2のアルキル基を分岐鎖とするものが好ましく、例えば、2−メチル−1,3−プロパンジオール、3−メチル−1,3−ブタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2−エチル−1,3−へキサンジオールが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらは複数混合して使用してもよい。
その配合量は、処理液全体の10〜50重量%が好ましく、より好ましくは20〜50重量%である。アルキルアルカンジオールの分子構造中の二つのヒドロキシ基によって、記録媒体のセルロース間の水素結合が補強され、記録媒体のカールを防ぐことができると考えられる(後述する図1参照)。
また、ジヒドロキシジカルボン酸としては、ジヒドロキシマロン酸、酒石酸等が挙げられ、ジヒドロキシトリカルボン酸としては、ヒドロキシクエン酸等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
その配合量は処理液全体の1〜30重量%が好ましく、より好ましくは5〜25重量%、更に好ましくは10〜20重量%である。ジヒドロキシジ又はトリカルボン酸も、アルキルアルカンジオールと同様の機構により、記録媒体のカール防止に寄与していると考えられる(後述する図1参照)。なお、詳細は後述するが、インクジェット記録用インクに含まれる色材はカルボン酸修飾顔料であることが好ましく、処理液に含まれるジヒドロキシジ又はトリカルボン酸によって、カルボン酸修飾顔料を用いたインク中の顔料が静電的に中和され凝集することにより、フェザリング等が防止される。
図1(a)はエレメンタリーフィブリルの模式図である。植物繊維はフィブリルと呼ばれる糸状構造からなり、フィブリルは更に直径数nm〜20nm、長さ1μm〜数μmのミクロフィブリルからなり、ミクロフィブリルは更に数本〜数十本のエレメンタリーフィブリルからなる。
図1(b)はセルロース分子の模式図である。エレメンタリーフィブリルは数十本の平行に配列しているセルロース分子からなる。このとき隣接するセルロース分子間では強固な水素結合が形成され、直径3〜4nm程度の束を形成する。
図1(c)は、二つのセルロース分子の間に生じた水素結合の態様(α)(β)(γ)を示す図である。点線は水素結合を表し、Rはアルキルアルカンジオール又はジヒドロキシジ又はトリカルボン酸の親油基を表す。
水素結合(α)はセルロース分子間の通常の水素結合状態を示す。
水素結合(β)はセルロース分子間の水素結合に水分子が介在し、更にその水分の蒸発によって水素結合の位置が変更された状態を示す。この現象を更に説明すると、水が紙に浸潤し図のようにセルロース間の結合が切断されると、繊維が緩み伸長する。ここで水が乾燥、移動によってその場から消失すると、繊維が縮み、切断された水素結合は再結合する。しかし、紙が製紙時に加えられるような圧力は当然加わらず、この乾燥過程では繊維が自由なゆるい状態位置で水素結合され、異なった紙形状、即ちカールが生じる。
水素結合(γ)はセルロースの水素結合に関与していない水酸基に対し、アルキルアルカンジオール又はジヒドロキシジ又はトリカルボン酸の水酸基が介在し、更にセルロース分子間への水分子の進入を防止している状態を示す。
これらの水溶性有機溶剤の配合量は処理液全体の10〜50重量%程度である。
色材としては、顔料や油溶性染料、分散染料等の染料等を用いることができるが、特にカルボン酸修飾顔料が好ましい。
このようなカルボン酸修飾顔料としては、顔料の表面に直接又は他の原子団を介して、カルボキシル基を結合させた自己分散型顔料(例、Cabot社製:Cab−O−Jet200、Cab−O−Jet300)等が挙げられる。更に好ましくは「顔料を含有させたポリマー微粒子」を「カルボン酸修飾顔料」として使用することが考えられる。ここで「顔料を含有させた」とは、ポリマー微粒子中に顔料を封入した状態及びポリマー微粒子の表面に顔料を吸着させた状態の何れか又は双方を意味する。この場合、本発明に係るインクに配合される顔料がすべてポリマー微粒子に封入又は吸着されている必要はなく、本発明の効果が損なわれない範囲において、該顔料がエマルジョン中に分散していてもよい。上記顔料としては、水不溶性又は水難溶性であって、上記ポリマーによって吸着され得る顔料であれば特に制限はない。ここで、水不溶性若しくは水難溶性とは、20℃で水100重量部に対して、顔料が10重量部以上溶解しないことをいい、溶解するとは、目視で水溶液表層又は下層に顔料の分離や沈降が認められないことをいう。
これらのカルボン酸修飾顔料の配合量はインク全体の1〜20重量%が好ましく、より好ましくは3〜12重量%、更に好ましくは5〜10重量%の範囲である。1〜20重量%の範囲であれば、処理液のジヒドロキシジ又はトリカルボン酸によって静電的に中和され凝集して紙表面に顔料が留まる。この現象によって、フェザリング、カラーブリーディング、画像濃度低下、及び裏抜けが防止される。また、顔料の凝集によってビヒクルも固定化されビーディングも防止される。
更にカラー用としては、C.I.ピグメントイエロー1(ファストイエローG)、3、12(ジスアゾイエローAAA)、13、14、17、24、34、35、37、42(黄色酸化鉄)、53、55、81、83(ジスアゾイエローHR)、95、97、98、100、101、104、108、109、110、117、120、138、153、C.I.ピグメントオレンジ5、13、16、17、36、43、51、C.I.ピグメントレッド1、2、3、5、17、22(ブリリアントファーストスカーレット)、23、31、38、48:2(パーマネントレッドB(Ba))、48:2〔パーマネントレッド2B(Ca)〕、48:3〔パーマネントレッド2B(Sr)〕、48:4〔パーマネントレッド2B(Mn)〕、49:1、52:2、53:1、57:1(ブリリアントカーミン6B)、60:1、63:1、63:2、64:1、81(ローダミン6Gレーキ)、83、88、101(べんがら)、104、105、106、108(カドミウムレッド)、112、114、122(キナクリドンマゼンタ)、123、146、149、166、168、170、172、177、178、179、185、190、193、209、219、C.I.ピグメンバイオレット1(ローダミンレーキ)、3、5:1、16、19(キナクリドンレッド)、23、38、C.I.ピグメントブルー1、2、15(フタロシアニンブルーR)、15:1、15:2、15:3(フタロシアニンブルーG)、15:4、15:6(フタロシアニンブルーE)、16、17:127(紺青)、28(コバルトブルー)、29(群青)、56、60、63、C.I.ピグメントグリーン1、4、7、8、10、17、18、36、等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
アルキルアルカンジオールを用いる場合には、その配合量はインク全体の10〜50重量%が好ましく、より好ましくは20〜50重量%である。10〜50重量%の範囲であれば、用紙のセルロース間の水素結合が補強され、用紙の変形、カール、コックリングの防止に寄与できる。
また、ジヒドロキシジ又はトリカルボン酸を用いる場合には、その配合量はインク全体の1〜30重量%が好ましく、より好ましくは5〜25重量%、更に好ましくは10〜20重量%である。1〜30重量%の範囲であれば、顔料表面を修飾したカルボン酸を静電的に中和することができ、顔料を凝集させることができる。この現象によって、フェザリング、カラーブリーディング、画像濃度低下、及び裏抜けが防止される。また、顔料の凝集によってビヒクルも固定化されビーディングも防止される。
アニオン系界面活性剤としては、高級脂肪酸塩、高級アルキルジカルボン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩、高級アルキルスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸の塩(Na、K、Li、Ca)のホルマリン重縮合物、高級脂肪酸とアミノ酸の縮合物、ジアルキルスルホコハク酸エステル塩、アルキルスルホコハク酸塩、ナフテン酸塩等、アルキルエーテルカルボン酸塩、アシル化ペプチド、α−オレフィンスルホン酸塩、N−アシルメチルタウリン、アルキルエーテル硫酸塩、第二級高級アルコールエトキシサルフェート、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸塩、モノグリサルフェート、アルキルエーテル燐酸エステル塩、アルキル燐酸エステル塩等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
アセチレングリコール系界面活性剤としては、2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオール、3,6−ジメチル−4−オクチン−3,6−ジオール、3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール、等が挙げられる。また、アセチレングリコール系界面活性剤の市販品としては、エアープロダクツ社(米国)のサーフィノール104、82、465、485あるいはTG等が簡単に入手できるが、特にサーフィノール465が、印字品質が良好であり、ビヒクルの紙への浸透性が著しく向上するので好ましい。
これら界面活性剤は、単独で又は二種以上を混合して用いることができる。
有機アミンの配合量はインク全体の0.5〜5重量%程度とするが、インク配合操作の最後に行う当該有機アミンによるpH調整において、pHが7以上となる配合量が好ましく、より好ましくは当該pHが8以上となる配合量である。0.5〜5重量%の範囲であれば、顔料表面を修飾したカルボン酸がpH的に中和され、静電的には正イオン性を帯びるため顔料同士の反発性が高まり、高レベルでの分散安定性が得られる。
本発明に係るインクに用いる防錆剤としては、例えば、酸性亜硫酸塩、チオ硫酸ナトリウム、チオジグリコール酸アンモン、ジイソプロピルアンモニウムニトライト、四硝酸ペンタエリスリトール、ジシクロヘキシルアンモニウムニトライト、ベンゾトリアゾール等が挙げられる。
<処理液の作製>
下記(i)〜(iv)の材料を混合し、ディゾルバー(DISPERMAT−FE)で分散撹拌して実施例、参考例及び比較例の処理液を作製し評価した。各成分の配合割合(重量%)は表1〜表3に示すとおりである。
(i)界面活性剤…アルキルピロリドン(N−オクチル−2−ピロリドン、N−ドデシル−2−ピロリドン)、アセチレングリコール系界面活性剤
(ii)酸…ジヒドロキシジ又はトリカルボン酸(酒石酸、ヒドロキシクエン酸)、乳酸、クエン酸
(iii)水溶性有機溶剤…アルキルアルカンジオール(3−メチル−1,3−ブタンジオール、2−エチル−1,3−へキサンジオール、いずれか又は混合物)、1,3−ブタンジオール、グリセリン
(iv)純水
以下のようにして実施例、参考例及び比較例で用いるインクジェット記録用インクを作製した。インク処方は下記(i)〜(vii)であり、各成分の配合割合(重量%)は表1〜表3に示すとおりである。
(i)顔料…カルボン酸基修飾自己分散顔料又はカルボン酸基を有するポリマー微粒子に水不溶性又は難溶性の顔料を含有させたポリマーエマルジョン
(ii)界面活性剤…ノニオン系(フッ素系、アセチレングリコール系)
(iii)水溶性有機溶剤…アルキルアルカンジオール(3−メチル−1,3−ブタンジオール、2−エチル−1,3−へキサンジオール、いずれか又は混合物)、1,3−ブタンジオール、グリセリン
(iv)純水
(v)pH調整剤…有機アミン(トリエタノールアミン)
(vi)防腐剤
(vii)防錆剤
(a)フタロシアニン顔料含有ポリマーエマルジョンの調製:特開2001−139849号公報の調整例3に倣って、大日本インキ化学工業社製のフタロシアニン顔料(TGR−SD)を用いて青色のポリマー微粒子分散体(エマルジョン)を得た。マイクロトラックUPAで測定した微粒子分散体中のポリマー微粒子の平均粒子径(D50%)は93nmであった。
(b)ジメチルキナクリドン顔料含有ポリマーエマルジョンの調製:フタロシアニン顔料をピグメントレッド122に変えた点以外は、(a)と同様にして赤紫色のポリマー微粒子分散体(エマルジョン)を得た。(a)と同様にして測定したポリマー微粒子の平均粒子径(D50%)は127nmであった。
(c)モノアゾ黄色顔料含有ポリマーエマルジョンの調製:フタロシアニン顔料をピグメントイエロー74に変えた点以外は、(a)と同様にして黄色のポリマー微粒子分散体(エマルジョン)を得た。(a)と同様にして測定したポリマー微粒子の平均粒子径(D50%)は76nmであった。
(d)カーボンブラック含有ポリマーエマルジョンの調製:フタロシアニン顔料をカーボンブラック(デグサ社製FW100)に変えた点以外は、(a)と同様にして黒色のポリマー微粒子分散体(エマルジョン)を得た。(a)と同様にして測定したポリマー微粒子の平均粒子径(D50%)は104nmであった。
次いで、上記各ポリマーエマルジョン、界面活性剤、水溶性有機溶剤、純水を混合し、ディゾルバー(DISPERMAT−FE)で分散撹拌して、顔料分散液を作製した。
次いで、pH調製剤、防腐剤、防錆剤を添加し混合撹拌した後、3μmフィルターで濾過して、インクジェット記録用インクを得た。
<放置後粘度の測定方法>
内径20mmのガラス瓶に2gのインクを入れ、蓋なし開放状態で、24℃20%RHの条件下、24時間乾燥させた後、下記の装置及び条件により測定した。
・粘度計:A&D社製、音叉型振動式粘度計 SV−10
・測定条件:23℃
下記の装置及び条件により、単色べた印字後の画像濃度を測定した。
・プリンター名:試作ラインヘッド印字装置(図2参照)
・処理液の塗布方法:バーコーター(3番)塗布
・媒体名:リコー社製 TYPE6200 PPC用紙
(ビーディング評価:リコー社製 ビジネスコートグロス100)
・印刷条件:記録密度300×600dpi、100%duty、Mj21pl、
23℃65%RH
・濃度測定装置:エックスライト社製、ポータブル分光濃度 X−Rite939
下記の装置及び条件により、「用紙端より3mm空白のある単色べた画像」を印字した後、1時間放置し、「用紙4隅の捲れ高さ」を5段階で評価した。
・プリンター名:試作ラインヘッド印字装置…(図2参照)
・媒体名:株式会社リコー製 TYPE6200 PPC用紙
・印刷条件:記録密度300×600dpi、100%duty、Mj21pl、
23℃/65%RH
評価基準は次のとおりである。
5:3mm未満
4:3mm以上6mm未満
3:6mm以上9mm未満
2:9mm以上12mm未満
1:12mm以上
図2は評価に使用した試作ラインヘッド印字装置の内部構造を示す概略図である。
画像記録装置Aにおいて、給紙トレイ1は、圧板2と、記録紙3を給紙する給紙回転体4がベース5に取り付けられている構成である。圧板2はベース5に取り付けられた回転軸aを中心に回転可能で、圧板ばね6により、給紙回転体4に付勢される。
この給紙回転体4と対向する圧板2の部位には、記録紙3の重送を防止するため、人工皮等の摩擦係数の大きい材質からなる分離パッド(図示せず)が設けられている。また、圧板2と給紙回転体4の当接を解除するリリースカム(図示せず)が設けられている。
上記構成において、待機状態ではリリースカムが圧板2を所定位置まで押し下げている。これにより、圧板2と給紙回転体4の当接は解除される。この状態で、搬送ローラ7からの駆動力がギア等により給紙回転体4及びリリースカムに伝達されると、リリースカムが圧板2から離れて圧板2は上昇し、給紙回転体4と記録紙3が当接する。
そして、給紙回転体4の回転に伴い、記録紙3はピックアップされ給紙が開始されて、分離爪(図示せず)によって1枚ずつ分離される。給紙回転体4は、搬送ガイド8、9を経由して記録紙3をプラテン10に送り込むべく回転する。
記録紙3は搬送ガイド8、9の間を通過して搬送ローラ7まで導かれ、この搬送ローラ7とピンチローラ11とによりプラテン10まで搬送される。その後、再び記録紙3と給紙回転体4との当接を解除した待機状態となって搬送ローラ7からの駆動力が切られる。
手差し給紙用の給紙回転体12は、手差しトレイ13上に搭載された記録紙3を、コンピュータの記録命令信号に従って給紙し、搬送ローラ7へ搬送するものである。
プラテン10まで搬送された記録紙3は、ラインヘッド14の下を通過する。ここで、記録紙搬送の速度と液滴吐出のタイミングは、電気的回路(図示せず)で制御された信号に基づき調整され、これにより所望の画像を形成する。
・OP:N−オクチル−2−ピロリドン
・DP:N−ドデシル−2−ピロリドン
・AG:アセチレングリコール系界面活性剤(エアープロダクツ社製:サーフィノール465)
・MBD:3−メチル−1,3−ブタンジオール
・EHD:2−エチル−1,3−へキサンジオール
・1,3−BD:1,3−ブタンジオール
・TA:酒石酸
・HCA:ヒドロキシクエン酸
・LA:乳酸
・CA:クエン酸
・c=シアン、m=マゼンタ、y=イエロー、k=ブラック
・PB15:4=C.I.Pigment Blue 15:4(Cabot製、CAB−O−JET250)
・DQ122=C.I.Pigment Red 122(Cabot製、CAB−O−JET260)
・MA74=C.I.Pigment Yellow 74(Cabot製、CAB−O−JET270)
・酸性CB=酸性カーボンブラック(Cabot製、CAB−O−JET300)
・FSAA:フッ素系界面活性剤(ネオス社製、FT−110)
・AG:アセチレングリコール系界面活性剤(エアープロダクツ社製、サーフィノール465)
・TEA:トリエチルアミン
・BIT:1,2−ベンゾイソチアゾリン−3−オン
・BTA:ベンゾトリアゾール
さらに、これら3成分すべてを含む実施例1〜4は、非常に良好なカール防止効果を示した。
a 回転軸
1 給紙トレイ
2 圧板
3 記録紙
4 給紙回転体
5 ベース
6 圧板ばね
7 搬送ローラ
8 搬送ガイド
9 搬送ガイド
10 プラテン
11 ピンチローラ
12 手差し給紙用の給紙回転体
13 手差しトレイ
14 ラインヘッド
Claims (5)
- インクジェット記録により記録媒体にインクを付与する前に用いる記録媒体の処理液であって、炭素数8〜12のアルキル基を有するアルキルピロリドン、アルキルアルカンジオール、ジヒドロキシジカルボン酸及びジヒドロキシトリカルボン酸の少なくとも一方、並びに水を含むことを特徴とする処理液。
- アルキルピロリドンとして、N−オクチル−2−ピロリドンを含むことを特徴とする請求項1に記載の処理液。
- アルキルアルカンジオールとして、2−エチル−1,3−へキサンジオールを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の処理液。
- ジヒドロキシトリカルボン酸として、ヒドロキシクエン酸を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の処理液。
- 記録媒体にインクを付与する前に、請求項1〜4のいずれかに記載の処理液を用いて記録媒体を処理することを特徴とするインクジェット記録方法。
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