JP5433863B2 - インクジェットインク及び記録方法 - Google Patents

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Description

本発明はインクジェットインク及びインクジェット記録方法に関し、特に非吸収性の記録メディアに記録可能な水性インクジェットインク及びインクジェット記録方法に関する。
産業用途のインクジェットインクとして塩ビシートなどの非吸収性のメディアに直接印字できるインクが開発されている。これらのインクとしては、有機溶剤をビヒクルとした溶剤インクや、重合性モノマーを主成分とするUVインクが挙げられる。溶剤インクはその溶剤を乾燥させて大気中に蒸発させるため、近年社会問題となっているVOCが多いという課題がある。また作業者に対しても、臭気や安全上の影響が懸念され十分な換気等の設備対応が必要である。UVインクは印字後すぐに硬化させるのでVOCはゼロに近いが、使用するモノマーによっては皮膚感作性を有するものが多く問題であり、また、高価なUV光源をプリンターに組み込むという制約から使用する分野に制限がある。さらに、光沢系のシート等に印字した場合、インクの付着した部分で著しく光沢感が損なわれてしまい、高画質の画像が得られなかった。
このような背景の中で、環境負荷の少ない、従来からホーム等でも広く使用されている水を主成分とする水系インクで直接、非吸水性記録メディアにも印字できるインクの開発が行われている。
特許文献1には、グリコールおよびグリコールエーテルよりなる群から選択される水と相溶性の溶媒を含有する水系インクが提案されており、さらに疎水性の主鎖と、非イオン性で親水性の側鎖とを有し、水と水溶性有機溶剤を含有する水性ビヒクルには溶解するが、水には不溶性であるグラフトコポリマーバインダーを含有するインクが提案されている。しかしながら、本発明者らが検討した結果、特許文献1の方法では、非吸収性記録メディア上で隣接して着弾したインクドットが合一するインク混じりがおこり、均一な中間濃度のベタ画像部分でドットが寄り集まってまだら状の模様が発生したり、多色印刷時にカラーブリード(色境界部分でインクが混ざり合って不鮮明になる現象)が発生するなど、画質が不十分であった。また、得られた画像の耐久性も不十分であった。さらに特許文献1の方法ではインクジェットヘッドを連続使用したときに射出不良が発生する。出射性を回復するために、一般的にはある頻度でのメンテナンスがなされるが、そのメンテナンスでの回復性も満足いくものではなかった。
特許文献2にはインクにスチレン−アクリル酸共重合高分子を添加することが記載されている。しかし、スチレンを含有する共重合性高分子は、画像の光沢感が高い特性がある反面、疎水性基材などに直接プリントした画像は耐擦性や接着性が悪い。
市販の水溶性樹脂としては、スチレン及びα−メチルスチレンとアクリル酸などの酸モノマーとの共重合体が市販されている。これらはインクジェットインクに用いた場合、高い光沢が得られる反面、耐擦性、接着性が非常に悪い。この理由は明確には判っていないがスチレンの基材接着性が悪い、あるいは塗膜が硬すぎ柔軟性に欠けるため軟質塩ビなどが擦りで変形するのに追随できず塗膜が割れ、はがれるためと推定している。
一方、スチレンの替わりにメタクリル酸メチルを用い、スチレン成分を含まないオールアクリルタイプというものも市販されている。しかし、スチレンを含まないこれらのタイプは、画像光沢が低下しやすいという課題がある。
スチレンを含まない水溶性アクリル樹脂をインクに添加することが、特許文献3に開示されている。顔料分散体として樹脂被覆顔料を用いることにより、塩化ビニル基材に直接プリントした場合でもある程度の高い画像耐久性(擦過性)が得られている。しかし、市場では更に強い摩擦に対する耐性が求められており、そのような強い摩擦にはまだ充分とはいえない。
さらに、市販の樹脂の中にはインクジェットヘッドでの射出不良が著しいものもあり、特に擦過性が高い樹脂ほど射出不良となる傾向があり、高い画像耐久性と良好な射出性を同時に満たす樹脂が見いだされていないのが現状である。
特開2000−44858号公報 特開2006−249393号公報 特開2008−208153号公報
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、非吸収性記録媒体に印字した画像が、高い耐擦性と高い接着性を有し、高光沢で高画質な画像を形成するとともに、高い射出性とメンテナンスによる回復性に優れたインクジェットインクとそれを用いたインクジェット記録方法を提供することにある。
本発明の上記目的は、以下の手段により達成される。
1.少なくとも水、顔料、樹脂、水溶性有機溶剤、およびシリコーン系またはフッ素系界面活性剤を含有する水性インクジェットインクにおいて、該樹脂が、少なくともメタクリル酸メチル、酸モノマー、アルキル基の炭素数が2〜4のアクリル酸アルキルエステル、及びアルキル基の炭素数が6〜12のアクリル酸アルキルエステルを含有するモノマーから合成された共重合樹脂を含有し、該共重合樹脂は、酸価が50mgKOH/g以上120mgKOH/g以下、ガラス転移温度(Tg)が30℃以上110℃以下、重量平均分子量(Mw)が2万以上8万以下であることを特徴とするインクジェットインク。
2.前記酸モノマーがアクリル酸またはメタクリル酸であることを特徴とする前記1に記載のインクジェットインク。
3.前記共重合樹脂の合成原料である前記モノマーの総質量に対し、前記アルキル基の炭素数が6〜12のアクリル酸アルキルエステルの質量比が5%以上20%以下であることを特徴とする前記1又は2に記載のインクジェットインク。
4.前記共重合樹脂の合成原料である前記モノマーの総質量に対し、前記アルキル基の炭素数が2〜4のアクリル酸アルキルエステルの質量比が5%以上40%以下であることを特徴とする前記1〜3の何れか1項に記載のインクジェットインク。
5.前記共重合樹脂の合成原料である前記モノマーの総質量に対し、前記アルキル基の炭素数が6〜12のアクリル酸アルキルエステル及び前記アルキル基の炭素数が2〜4のアクリル酸アルキルエステルの質量の合計が、10%以上、50%以下であることを特徴とする前記1〜4の何れか1項に記載のインクジェットインク。
6.インク中に含まれる前記顔料に対する前記共重合樹脂の質量比が1倍以上15倍以下であることを特徴とする前記1〜5の何れか1項に記載のインクジェットインク。
7.前記共重合樹脂の酸基の化学当量に対し、0.8倍以上3倍未満の化学当量のアンモニアまたは沸点が100℃以上200℃未満の水溶性アミン類を、含有することを特徴とする前記1〜6の何れか1項に記載のインクジェットインク。
8.前記1〜7の何れか1項に記載のインクジェットインクを用いて、35℃以上60℃未満に加熱した非吸収性記録媒体に印字し、印字された非吸収性記録媒体を50℃以上90℃未満で加熱乾燥することを特徴とする記録方法。
本発明により、非吸収性記録媒体に印字した画像が、高い耐擦性と高い接着性を有し、高光沢で高画質な画像を形成するとともに、高い射出性とメンテナンスによる回復性に優れたインクジェットインクとそれを用いたインクジェット記録方法を提供することができた。
以下に本発明について詳細に説明する。
本発明者らは、水系顔料インクについて、サイン用途に用いられる塩ビシートをはじめ種々の樹脂基材や、印刷本紙などの吸収が遅い紙支持体に対しても光沢が高く、耐擦性や接着性の高い画像を形成するとともに、射出性やメンテナンス性を向上することを目的に検討を重ねた。
(非吸収性記録媒体)
前記非吸収性記録媒体は塩ビ、PET、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート等の水をほとんど吸収しない疎水性樹脂からなる記録媒体、またはコート紙等の印刷用本紙のようにある程度水を吸収するが、吸収速度が遅く、常温常湿環境下の通常のインクジェット印刷の印刷工程内では水系インクが乾かずに支障をきたす記録媒体である。
(共重合樹脂)
前記共重合樹脂は、着色剤である顔料のバインダーとして機能し、塩ビなどの非吸収性記録媒体との接着性を有し、かつ塗膜の耐擦性を向上させる機能がある。
また、該共重合樹脂には光沢が高く、光学濃度も高い画像を形成させる機能も必要とされ、このため共該重合樹脂自体が塗膜中で高い透明性を持ち、顔料、あるいは顔料分散樹脂との相溶性があることも必要である。
このように塩ビシートをはじめ種々の前記非吸収性記録媒体に対しても高画質かつ高耐久性の印字画像を得るためにはインクの非吸収性記録媒体に対する濡れ性が必要であり、非吸収性記録媒体に対してよく濡れるインクほど画質や画像耐久性が高くなる。したがって、インクに添加する樹脂としては、インクの非吸収性記録媒体に対する濡れ性を悪化させないことが好ましい。
また、インクに樹脂を添加することで射出特性を劣化させてはならず、また、連続プリントあるいは連続休止により射出性が劣化した場合も、メンテナンス作業により速やかに初期の射出状態に回復することが必要である。
インクの射出性劣化の機構としてはいくつかあるが、インクジェットヘッドの吐出ノズル近傍にインク滴やゴミが付着すると、ノズル口が汚れ、吐出するインク滴の方向が曲がったり、吐出量が低下したり、吐出しなくなる等のトラブルがあげられる。また、付着したインクがノズル口全面を覆うと、インク滴が吐出不能になる。このようなトラブルを回避するために、ノズル口の周囲をフッ素系の樹脂でコーティングするなどの撥インク処理をして、吐出ノズル近傍にインク滴が付着することを防ぐことが行われている。
したがって、インクに添加される樹脂としては、ノズル口の周囲の撥インク処理に対して、インクを濡らさないものでなくてはならない。
以上のようにインクに樹脂を添加することは多くの目的に対して十分効果が出るようにする必要があり、特に非吸収性記録媒体に対しては濡れやすく、ノズル口の周囲の撥インク処理に対しては濡れないという相反する機能を有する樹脂を設計、選択する必要がある。
本発明者らは、種々の樹脂について詳細に検討した結果、特に低酸価のアクリル系の共重合樹脂で、アルキル基の炭素数が2〜4および6〜12の2種類以上のアクリル酸アルキルエステルを共重合させた樹脂を添加したインクは耐擦性が良く、インクジェットヘッドのノズル口の周囲の撥インク処理に対する撥インク性がよいことがわかり、本発明に至ったものである。
アクリル樹脂は周知のごとく非常に多種類のモノマーから自由に選択、設計することができ、重合しやすく、また低コストで製造できるため本発明に適している。特に、先に述べたように、インクに添加する際に求められる多数の要求にこたえるには設計自由度の大きいアクリル樹脂が適している。
市販のアクリル樹脂には、水分散型のアクリルエマルジョンと水溶性樹脂がある。エマルジョンタイプは一般的に分子量が水溶性のものより大きく樹脂が作る皮膜強度を高めやすいメリットがあるが、一方で乾燥した皮膜は水に溶解することはない。よって、ひとたびヘッド上などで乾燥した場合、溶解除去することはできず物理的にこすってとることが必要であり、メンテナンスが困難であるものが多い。したがって前記共重合樹脂は水溶性樹脂であることが好ましい。
後述する中和を行った後の前記共重合樹脂は、25℃の水に5%以上溶解することが好ましく、10%以上溶解することが更に好ましい。
前記共重合樹脂を構成する共重合させるモノマーとして、少なくともアルキル基の炭素数が2〜4のアクリル酸アルキルエステルとアルキル基の炭素数が6〜12のアクリル酸アルキルエステルの2種類を含むことが、樹脂の耐擦性や接着性とインクジェットヘッドの撥インク処理に対する撥インク性を両立させる上で必要であることを発見した。
本発明者らの検討の結果、樹脂の非吸収性記録媒体に対する耐擦性や接着性を十分にするためには、少なくともアクリル酸アルキルエステルのアルキル基の炭素数が6以上のモノマーを共重合させる必要があり、またアルキル基の炭素数に関わらずアクリル酸アルキルエステルの共重合比率を高くすると耐擦性や接着性が高くなる傾向があることがわかった。これはおそらく樹脂の疎水性が高いものほど非吸収性記録媒体に対する耐擦性や接着性が高まるためと考えている。
一方でインクジェットヘッドの撥インク処理に対する撥インク性は、アクリル酸アルキルエステルの共重合比率が低いほうが良い傾向がある。アクリル酸アルキルエステルを共重合させる場合は、アルキル基の炭素数が12以下であると、撥インク性に対する劣化の影響が小さくて好ましい。特にアルキル基の炭素数が2〜4のアクリル酸アルキルエステルが好ましい。
したがって耐擦性や接着性と撥インク性を両立させるには、アルキル基の炭素数が6〜12のアクリル酸アルキルエステルを撥インク性が良好な量で共重合しつつ、アルキル基の炭素数が2〜4のアクリル酸アルキルエステルを共重合することでアクリル酸アルキルエステル総量としての共重合比率を高めて耐擦性や接着性を高めればよいことがわかった。
前記アルキル基の炭素数が2〜4のアクリル酸アルキルエステルの具体例としては、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸i−ブチル、アクリル酸t−ブチル等が挙げられる。
前記アルキル基の炭素数が6〜12のアクリル酸アルキルエステルの具体例としては、アクリル酸n−ヘキシル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ラウリル等が挙げられる。
アルキル基の炭素数が6〜12のアクリル酸アルキルエステルを共重合させることは必須であるが、樹脂の全モノマーの質量に対するアルキル基の炭素数が6〜12のアクリル酸アルキルエステルの質量比が5%以上、20%以下であることが好ましい。5質量%以上であることが耐擦性や接着性の点で好ましく、20質量%以下であることがインクジェットヘッドの撥インク処理に対する撥インク性の点で好ましい。より好ましくは5質量%以上、10質量%以下である。
アルキル基の炭素数が2〜4のアクリル酸アルキルエステルを共重合させることも必須であるが、前記共重合樹脂の全モノマーの質量に対するアルキル基の炭素数が2〜4のアクリル酸アルキルエステルの質量比は5%以上、40%以下が好ましく、5%以上、20%以下がより好ましい。
また、前記共重合樹脂を構成する全モノマーの質量に対するアルキル基の炭素数が2〜4のアクリル酸アルキルエステルとアルキル基の炭素数が6〜12のアクリル酸アルキルエステルの総質量は10%以上、50%以下であることが好ましく、10%以上、30%以下がより好ましい。
メタクリル酸メチルは該共重合樹脂の原料となる全モノマーに対して15〜85質量%添加されることが好ましく、40〜80質量%添加されることが更に好ましい。
酸モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、マレイン酸ハーフエステルなどが挙げられる。なかでも、アクリル酸、メタクリル酸は射出安定性が高く、またメンテナンス性も良好で好ましい。
前記共重合樹脂で共重合されるモノマーとしては、前記のアクリル酸アルキルエステル類やメタクリル酸メチル、酸モノマー以外に、耐擦性や撥インク性、メンテナンス性を損なわない限りメタクリル酸エステル類やスチレンなど他のモノマーを含んでもかまわない。
前記共重合樹脂は酸価が50mgKOH/g以上、120mgKOH/g以下である。
本発明者らは種々の樹脂について詳細に検討したところ、該共重合樹脂の酸価と耐擦性や接着性の間には密接な関係があり、該共重合樹脂の酸価が低いほど耐擦性や接着性が向上することがわかった。このことについて本発明者らは、該共重合樹脂の酸価が高いと樹脂の親水性が高くなり、疎水性の基材との親和性が低くなって樹脂と基材が接着しにくくなり、逆に酸価が低いと樹脂が疎水的になり、疎水性の基材との親和性が高まって樹脂と基材とが良好に接着するためと考えている。
また、該共重合樹脂の酸価は樹脂の水溶性やインクの射出性、メンテナンス性とも関係があり、酸価が高いと樹脂の水溶性が高くなって溶解しやすくなり、インクがヘッド上等で乾燥したときに溶解除去しやすくなって物理的にこすってとる力を小さく出来、メンテナンスが容易となる。逆に、該共重合樹脂の酸価は光沢にも影響を与え、酸価が低いと光沢が向上する傾向がある。
以上のことから、前記共重合樹脂の酸価は50mgKOH/g以上、120mgKOH/g以下が好ましく、より好ましくは50mgKOH/g以上、100mgKOH/g以下である。
また、前記共重合樹脂はガラス転移温度(Tg)が、30℃以上、110℃以下である。Tgが30℃以上では耐擦性が高く、またブロッキングも発生しない。また、Tgが110℃以下では耐擦性が良好である。これは乾燥後の皮膜が室温で、脆くならずに柔軟性を保っているためと考えている。なお、該共重合樹脂のTgは共重合されるモノマーの種類と組成比で調整できる。
前記共重合樹脂の重量平均分子量(Mw)は、2万以上、8万未満である。重量平均分子量が2万以上であれば耐擦性が良好であり、8万未満であればインクの射出性やメンテナンス性が優れているためである。更に好ましい該共重合樹脂の重量平均分子量は2万5千以上、7万以下である。
前記共重合樹脂の重量平均分子量は重合時のモノマー濃度や開始剤の量などの反応条件で調整することができ、例えば、モノマー濃度を高くすることにより重量平均分子量を大きくしたり、開始剤の量を増やすことにより重量平均分子量を小さくすることができる。
前記共重合樹脂は、顔料を分散する前に添加されてもよいし、分散した後で添加されても良いが、分散した後で添加されることが好ましい。
前記共重合樹脂は、インク中に、1質量%〜15質量%添加することが好ましい。更に好ましくは、3質量%から10質量%である。
前記共重合樹脂は、顔料固形分に対する質量比が1倍以上であれば良好な画像の耐擦性や接着性、光沢が得られ、質量比が15倍以下であればインクの射出性やメンテナンス性が損なわれないため好ましい。より好ましくは質量比が1倍以上、10倍以下である。
本発明のインクジェットインクには前記共重合樹脂以外の樹脂を併せて使用できる。インクに含有される全樹脂に対する該共重合樹脂の好ましい含有率は50質量%以上、100質量%以下である。
(共重合樹脂の中和)
前記共重合樹脂は、酸モノマーに相当する部分の全部あるいは一部を塩基で中和して用いることが好ましい。中和塩基としては、アルカリ金属含有塩基(例えば、NaOH、KOH等)、アミン類(例えば、アルカノールアミン、アルキルアミン等)又はアンモニアを用いることが好ましい。
特に、アンモニア、または沸点が100℃以上、200℃以下のアミン類で中和することは、該共重合樹脂をインクに溶解したり、画像耐久性を向上させる上で好ましく、アンモニアやN,N−ジメチルアミノエタノール、2−アミノ−2−メチルプロパノールなどが射出安定性上特に好ましい。
中和塩基の添加量は、少なすぎると該共重合樹脂の中和による効果が得られず、多すぎると画像の耐水性や変色、臭気などの課題があるため、前記共重合樹脂の酸基の化学当量に対し、0.8倍以上3倍未満の化学当量が好ましい。
次に、該共重合樹脂以外の構成について詳細に説明する。
(顔料)
本発明に使用できる顔料としては、従来公知の有機及び無機顔料が使用できる。例えばアゾレーキ、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ顔料等のアゾ顔料や、フタロシアニン顔料、ペリレン及びペリレン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサンジン顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフタロニ顔料等の多環式顔料や、塩基性染料型レーキ、酸性染料型レーキ等の染料レーキや、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラック、昼光蛍光顔料等の有機顔料、カーボンブラック等の無機顔料が挙げられる。
好ましい具体的な有機顔料を以下に例示する。
マゼンタまたはレッド用の顔料としては、C.I.ピグメントレッド2、C.I.ピグメントレッド3、C.I.ピグメントレッド5、C.I.ピグメントレッド6、C.I.ピグメントレッド7、C.I.ピグメントレッド15、C.I.ピグメントレッド16、C.I.ピグメントレッド48:1、C.I.ピグメントレッド53:1、C.I.ピグメントレッド57:1、C.I.ピグメントレッド122、C.I.ピグメントレッド123、C.I.ピグメントレッド139、C.I.ピグメントレッド144、C.I.ピグメントレッド149、C.I.ピグメントレッド166、C.I.ピグメントレッド177、C.I.ピグメントレッド178、C.I.ピグメントレッド222等が挙げられる。
オレンジまたはイエロー用の顔料としては、C.I.ピグメントオレンジ31、C.I.ピグメントオレンジ43、C.I.ピグメントイエロー12、C.I.ピグメントイエロー13、C.I.ピグメントイエロー14、C.I.ピグメントイエロー15、C.I.ピグメントイエロー17、C.I.ピグメントイエロー74、C.I.ピグメントイエロー93、C.I.ピグメントイエロー94、C.I.ピグメントイエロー128、C.I.ピグメントイエロー138等が挙げられる。
グリーンまたはシアン用の顔料としては、C.I.ピグメントブルー15、C.I.ピグメントブルー15:2、C.I.ピグメントブルー15:3、C.I.ピグメントブルー16、C.I.ピグメントブルー60、C.I.ピグメントグリーン7等が挙げられる。
(顔料分散体)
上記の顔料は、水系インク中で安定な分散状態を保つために、各種の加工がされ、顔料分散体が作製される。
該分散体は水系で安定に分散できるものであればよく、高分子の分散樹脂により分散した顔料分散体、水不溶性樹脂で被覆されたカプセル顔料、顔料表面を修飾し分散樹脂を用いなくても分散可能な自己分散顔料等から選択することができる。
高分子の分散樹脂により分散した顔料分散体を用いる場合、樹脂としては水溶性のものを用いることができる。水溶性樹脂として好ましく用いられるのは、スチレン−アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−マレイン酸ハーフエステル共重合体、ビニルナフタレン−アクリル酸共重合体、ビニルナフタレン−マレイン酸共重合体等のような水溶性樹脂である。
また顔料の分散樹脂として、前記共重合樹脂を用いて分散しても良い。
顔料の分散方法としては、ボールミル、サンドミル、アトライター、ロールミル、アジテータ、ヘンシェルミキサ、コロイドミル、超音波ホモジナイザー、パールミル、湿式ジェットミル、ペイントシェーカー等各種を用いることができる。
前記顔料分散体の粗粒分を除去する目的で遠心分離装置を使用すること又はフィルターを使用することも好ましく用いられる。
また、顔料として水不溶性樹脂で被覆されたカプセル顔料を用いても良い。水不溶性樹脂とは、弱酸性ないし弱塩基性の範囲の水に対して不溶な樹脂であり、好ましくは、pH4〜10の水溶液に対する溶解度が2%以下の樹脂である。
該水不溶性樹脂として好ましくは、アクリル系、スチレン−アクリル系、アクリロニトリル−アクリル系、酢酸ビニル系、酢酸ビニル−アクリル系、酢酸ビニル−塩化ビニル系、ポリウレタン系、シリコーン−アクリル系、アクリルシリコン系、ポリエステル系、エポキシ系の各樹脂を挙げることができる。
前記分散樹脂または前記水不溶性樹脂の分子量として好ましくは、平均分子量で、3000から500000のものを用いることができ、更に好ましくは、7000〜200000のものを用いることができる。
該分散樹脂または該水不溶性樹脂のTgは、好ましくは−30℃〜100℃程度のものを用いることができ、更に好ましくは−10℃〜80℃程度のものを用いることができる。
顔料と、該分散樹脂または該水不溶性樹脂との質量比率は、好ましくは顔料/樹脂比で100/150以上、100/30以下の範囲で選択することができる。特に画像耐久性と射出安定性やインク保存性が良好なのは100/100以上、100/40以下の範囲である。
前記水不溶性樹脂で被服された顔料粒子の平均粒子径は、80ないし150nm程度がインク保存安定性、発色性の観点から好ましい。
顔料を水不溶性樹脂で被覆する方法としては公知の種々の方法を用いることができるが、好ましくは、水不溶性樹脂をメチルエチルケトンなどの有機溶剤に溶解し、さらに塩基にて樹脂中の酸性基を部分的、もしくは完全に中和後、顔料およびイオン交換水を添加し、分散したのち、有機溶剤を除去、必要に応じて加水し調整する製造方法が好ましい。または、顔料を重合性界面活性剤を用いて分散し、そこへモノマーを供給し、重合しながら被覆する方法も好ましい。
また、自己分散顔料としては表面処理済みの市販品を用いることもでき、好ましい自己分散顔料として、例えば、CABO−JET200、CABO−JET300(キャボット社製)、ボンジェットCW1(オリエント化学工業(株)製)等を挙げることができる。
(水溶性有機溶剤)
本発明のインクには低表面張力の水溶性有機溶剤を添加することが好ましい。
低表面張力の水溶性有機溶剤を添加することで、軟質塩ビシートをはじめ種々の疎水性樹脂からなる記録媒体や、印刷本紙などの吸収が遅い紙支持体に対しても、インク混じりをいっそう抑えることができ、高画質な印字画像を得られるからである。低表面張力の水溶性有機溶剤は、塩ビなどに対してインクの濡れ性を改善する作用があるほか、前記共重合樹脂を用いた場合、インク中の水分の乾燥にともなうインクの増粘性を向上する作用があるためと考えられる。
特に、グリコールエーテル類もしくは1,2−アルカンジオール類を添加することは好ましく、具体的には下記の低表面張力の水溶性有機溶剤を用いることが好ましい。
グリコールエーテル類としては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、トリ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プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールプロピルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。
また、1,2−アルカンジオール類としては、1,2−ブタンジオール、1,2−ペンタンジオール、1,2−ヘキサンジオール、1,2−ヘプタンジオール等が挙げられる。
また、塩ビなどの記録メディアを溶解もしくは軟化あるいは膨潤しうる溶剤を添加することは好ましい。塩ビと該共重合樹脂の接着性がいっそう向上し、画像の接着性、耐擦性が向上するため好ましい。
このような溶剤としては、窒素、もしくはイオウ原子を含む環状溶剤、環状エステル溶剤、乳酸エステル、アルキレングリコールジエーテル、アルキレングリコールモノエーテルモノエステル及びジメチルスルフォキシドが挙げられる。
該窒素原子を含有する環状溶剤の好ましい具体例としては、環状アミド化合物が好ましく、5〜7員環が好ましく、たとえば、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、ε−カプロラクタム、メチルカプロラクタム、2−アザシクロオクタノン等が挙げられる。
該イオウ原子を含有する環状溶剤の好ましい具体例としては、環状の5〜7員環が好ましく、たとえば、スルフォラン等が挙げられる。
該環状エステル溶剤の好ましい具体例としては、γ−ブチロラクトン、ε−カプロラクトンが、乳酸エステルとしては乳酸ブチル、乳酸エチルなどが挙げられる。
該アルキレングリコールジエーテルの好ましい具体例としては、ジエチレングリコールジエチルエーテルが挙げられる。
該アルキレングリコールモノエーテルモノエステルの好ましい具体例としては、ジエチレングリコールモノエチルモノアセテートが挙げられる。
その他に、アルコール類(例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、セカンダリーブタノール、ターシャリーブタノール)、多価アルコール類(例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリ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、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキサンジオール、ペンタンジオール、グリセリン、ヘキサントリオール、チオジグリコール)、アミン類(例えば、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、N−エチルジエタノールアミン、モルホリン、N−エチルモルホリン、エチレンジアミン、ジエチレンジアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ポリエチレンイミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、テトラメチルプロピレンジアミン)、アミド類(例えば、ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等)、等が挙げられる。
(界面活性剤)
次に、前記シリコーン系もしくはフッ素系の界面活性剤について説明する。
シリコーン系もしくはフッ素系の界面活性剤を添加することで、塩ビシートをはじめ種々の疎水性樹脂からなる記録媒体や、印刷本紙などの吸収が遅い記録媒体に対して、インク混じりをいっそう抑えることができ、高画質な印字画像を得られる。該界面活性剤は、前記低表面張力の水溶性有機溶剤と併用することが特に好ましい。
該シリコーン系の界面活性剤としては、好ましくはポリエーテル変性ポリシロキサン化合物があり、例えば、信越化学工業製のKF−351A、KF−642やビッグケミー製のBYK345、BYK347、BYK348などが挙げられる。
該フッ素系の界面活性剤は通常の界面活性剤の疎水性基の炭素に結合した水素の代わりに、その一部または全部をフッ素で置換したものを意味する。この内、分子内にパーフルオロアルキル基を有するものが好ましい。
該フッ素系の界面活性剤の内、ある種のものはDIC(株)からメガファック(Megafac)Fなる商品名で、旭硝子社からサーフロン(Surflon)なる商品名で、ミネソタ・マイニング・アンド・マニファクチュアリング・カンパニー社からフルオラッド(Fluorad)FCなる商品名で、インペリアル・ケミカル・インダストリー社からモンフロール(Monflor)なる商品名で、イー・アイ・デュポン・ネメラス・アンド・カンパニー社からゾニルス(Zonyls)なる商品名で、またファルベベルケ・ヘキスト社からリコベット(Licowet)VPFなる商品名で、それぞれ市販されている。
該フッ素系の界面活性剤は親水性基の種類により、アニオン系、カチオン系、非イオン系に分類されるが、非イオン系が好ましい。
該非イオン性フッ素系界面活性剤の好ましい具体例としては、DIC(株)製のメガファックス144D、旭硝子社製のサーフロンS−141、同145等を挙げることができ、また、両性フッ素系界面活性剤としては、例えば、旭硝子社製のサーフロンS−131、同132等を挙げることができる。
該シリコーン系もしくはフッ素系の界面活性剤は下記の活性剤と併用することも可能である。
例えば、ジアルキルスルホコハク酸塩類、アルキルナフタレンスルホン酸塩類、脂肪酸塩類等のアニオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、アセチレングリコール類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類等のノニオン性界面活性剤、アルキルアミン塩類、第四級アンモニウム塩類等のカチオン性界面活性剤が挙げられる。特にアニオン性界面活性剤及びノニオン性界面活性剤を好ましく用いることができる。
(記録媒体の加熱)
本発明の水系インクを用いることで、前記非吸収性記録媒体にインク混じりのない高画質な印字でき、光沢が高く、耐擦性や接着性の高い画像を形成することができる。
よりいっそう高画質で耐擦性や接着性の高い画像を形成するため、及びより高速の印字条件にも対応できるようにするために、記録媒体を35℃以上、60℃以下の温度に加熱しながら印字することが好ましい。35℃以上では加熱の効果が十分発揮され、60℃以下では、塩ビの記録媒体の平面性が良好であり、また、ヘッドでのインクが乾燥しにくく、射出安定性が良いためである。
また、加熱しながら印字した後、プリントを50℃以上、90℃未満で加熱乾燥することを併用することは、印字後の加熱で乾燥を促進するとともに、前記共重合樹脂と該非吸収性記録媒体との接着性を高めるためいっそう好ましい。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例において「部」あるいは「%」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量部」あるいは「質量%」を表す。
実施例1
(共重合樹脂の合成)
(本発明の共重合樹脂P−1の合成)
滴下ロート、還流管、窒素導入管、温度計および攪拌装置を備えたフラスコに2−プロパノールを186部入れて窒素バブリングしながら加熱還流した。そこへメタクリル酸メチル70部とアクリル酸エチル10部、アクリル酸2−エチルヘキシル10部、メタクリル酸10部の混合液に開始剤(AIBN)0.5部を溶解させたモノマー溶液を滴下ロートより2時間かけて滴下した。滴下後さらに5時間加熱還流を続けた後に放冷し、減圧下で2−プロパノールを留去して共重合樹脂P−1を得た。
(共重合樹脂P−2〜P−27の合成)
共重合樹脂P−1の合成と同様にして、表1に示すモノマー組成比にて共重合樹脂P−2〜P−27を合成した。なお、共重合樹脂の重量平均分子量(Mw)は開始剤の量を変えることで調整した。
なお、前記共重合樹脂のTg、および重量平均分子量(Mw)について、下記の方法で測定した。
(Tgの測定)
共重合樹脂のTgの測定はDSCにて窒素気流中で行った。DSCの測定条件は−30〜100℃あるいは0〜130℃を10℃/minで昇温し、冷却後、再度昇温したときに測定した。再度昇温したときの測定値からTgを求めた。
(重量平均分子量の測定)
共重合樹脂の重量平均分子量(Mw)はGPCで測定した。測定条件を以下に示す。
カラム:東ソー製TSKgel G40000+2500+2000HXL、40℃
溶離液:THF 1.0(ml/min)
注入量:100μl
検 出:RI
較正曲線:標準ポリスチレン。
(共重合樹脂P−28(モノマー組成比が特許文献3に記載のインク溶解性樹脂R−2と同じ)の合成)
モノマーとして、アクリル酸ブチル40部、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル5部、スチレン30部及びアクリル酸25部の混合液を用い、開始剤の量を変えて重量平均分子量を8000に調整した他は、共重合樹脂P−1の合成と同様にして、共重合樹脂P−28を合成した。
(共重合樹脂P−29(モノマー組成比が特許文献1に記載のバインダーポリマー1と同じ)の合成)
モノマーとして、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート30部、スチレン10部、メタクリル酸メチル60部の混合液を用いた他は共重合樹脂P−1の合成と同様にして、共重合樹脂P−29を合成した。
(共重合樹脂の水溶液の作製)
前記共重合樹脂P−1の10部にイオン交換水39.35部、中和塩基として28%アンモニア水0.65部を加え、70℃にて加熱攪拌して樹脂を溶解し、樹脂固形分が20%の共重合樹脂P−1の水溶液を得た。なお、アンモニアの量は共重合樹脂P−1の酸基の化学当量数に対して1.05倍の化学当量数相当となる量である。
続いて、共重合樹脂P−1に代わってP−2〜P−29を用い、アンモニアに代わって表2の中和塩基を用いた他は、上記共重合樹脂P−1の水溶液と同様に、共重合樹脂P−2〜P−29の水溶液を作製した。
なお、共重合樹脂P−26は樹脂がアンモニア水溶液に溶解せず、溶液が白濁してしまったため、以後のインク作成には用いることができなかった。
Figure 0005433863
上記共重合樹脂のTg、酸価、重量平均分子量(Mw)を表1に示す。なお、表1ではモノマーを略称で記載したが、モノマーの略称と化合物名の関係は下記の通りである。
MMA:メタクリル酸メチル
EA:アクリル酸エチル
n−BA:アクリル酸n−ブチル
i−BA:アクリル酸i−ブチル
n−HA:アクリル酸n−ヘキシル
c−HA:アクリル酸シクロヘキシル
EHA:アクリル酸2−エチルヘキシル
LA:アクリル酸ラウリル
SA:アクリル酸ステアリル
MAA:メタクリル酸
AA:アクリル酸
(ブラック顔料分散体の作製)
顔料分散剤としてDISPERBYK−190(ビックケミー社製)8部をイオン交換水72部に加え、ここへジプロピレングリコールプロピルエーテル5部を混合した。この溶液にカーボンブラックを15部添加し、プレミックスした後、0.5mmジルコニアビーズを体積率で50%充填したサンドグラインダーを用いて分散し、顔料固形分15%のブラック顔料分散体を得た。
(インクK−1の作製)
前記共重合樹脂P−1の水溶液40部にイオン交換水24.5部、ジプロピレングリコールプロピルエーテル5部、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン10部、シリコーン系界面活性剤であるKF−351A(信越化学工業製)0.5部を加えて攪拌した。ついでここへ前記ブラック顔料分散体を20部加えて攪拌した後、0.8μmのフィルターによりろ過してブラックインクK−1を得た。
(インクK−2〜K−25、K−27〜K−29の作製)
インクK−1において、共重合樹脂P−1の水溶液を前記共重合樹脂P−2〜P−25、P−27〜P−29の水溶液に変更し、共重合樹脂の含有量、有機溶剤、界面活性剤、および共重合樹脂/顔料の質量比を表2のように変更して、インクK−2〜K−25、K−27〜K−29を作成した。表2において、共重合樹脂の含有量及び有機溶剤含有量はインクに対する含有率(質量%)を表す。
表2では中和塩基、有機溶剤、及び界面活性剤を略称で記載したが、以下に該略称について説明する。
(中和塩基)
DMAE:N,N−ジメチルアミノエタノール
AMP:2−アミノ−2−メチルプロパノール。
(有機溶剤)
DPGPE:ジプロピレングリコールプロピルエーテル
DEGBE:ジエチレングリコールモノブチルエーテル
HDO:1,2−ヘキサンジオール
DMI:1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン。
(界面活性剤)
Si−1:シリコーン系界面活性剤 KF−351A(信越化学工業株式会社製)
Si−2:シリコーン系界面活性剤 BYK−347(ビックケミー社製)
F:フッ素系界面活性剤 FC−430(3M社製)。
Figure 0005433863
上記により調製した各インクについて、下記の方法に従って評価を行った。なお、各インクについてプレート法で測定した表面張力は25〜30mN/mの範囲であった。
(画像の形成)
ノズル口径28μm、駆動周波数18kHz、ノズル数512、最小液滴量12pl、ノズル密度180dpiであるピエゾ型ヘッドを4列搭載したオンデマンド型インクジェットプリンタのヘッドの1つに各ブラックインクを装填した。
またプリンターには接触式ヒーターによって記録媒体を裏面(ヘッドと対向する面とは反対の面)より任意に加温できるようにし、ヘッド格納ポジションにインク空打ちポジションとブレードワイプ式のメンテナンスユニットを備え、任意の頻度でヘッドクリーニングができるようにした。
次いで、記録媒体として溶剤インクジェットプリンタ用の軟質塩化ビニルシートに印字解像度720dpi×720dpiで、10cm×10cmの100%Dutyのベタ画像をプリントした。
なお、ポリ塩化ビニル製の記録媒体へのプリント中は、記録媒体を裏面から加温して、画像記録時の記録媒体の表面温度が50℃になるようにヒーターで制御した。記録媒体の表面温度は、非接触温度計(IT−530N形 堀場製作所社製)を用いて測定した。プリント後、記録媒体を60℃で5分間乾燥して、記録画像とした。
(インクおよび記録画像の評価)
(耐擦性)
記録画像について、画像を乾いた木綿(カナキン3号)で400gの加重をかけて擦り、下記基準に従って耐擦過性を評価した。
◎:50回以上擦っても画像は変化しない
○:50回擦った段階で多少の傷が残るが画像濃度には影響せず、実用上問題ない
△:21〜50回擦る間に画像濃度が低下するが、実用可能なレベルである
×:20回以下擦る間に画像濃度が低下し、実用上問題がある。
(接着性の評価)
記録画像にセロファンテープを3cm貼り付け、はがした後の画像表面を観察した。
◎:まったく変化がない
○:わずかに跡が残るが、実用上問題ない
△:画像の一部がわずかにはがれて一部濃度が低下するが、実用可能なレベルである
×:画像の大部分がはがれて基材の白地が見え、実用上問題がある。
(光沢の評価)
記録画像の20°光沢度を測定した。
◎:20°光沢度が100%より大きい
○:20°光沢度が81%〜100%
△:20°光沢度が60%〜80%
×:20°光沢度が60%未満。
(射出性の評価)
25℃、相対湿度25%の条件で評価画像を連続10回プリントし、10回目の画像を観察した。
◎:画像欠陥はみられない
○:画像の書き出し部(2mm以下)にごくわずかにかすれが見られる
△:画像欠陥(インク射出不良によるスジ)がわずかに見られる
×:インク射出不良による画像欠陥がかなり見られる。
(メンテナンス性)
25℃、相対湿度25%の条件で評価画像をプリントしたのち、ヘッドにキャップをせずに30分間放置した。その後ブレードワイプ式のメンテナンスユニットでメンテナンスを行った直後に、25℃、相対湿度25%の条件で評価画像をプリントし、この画像を観察した。
◎:画像欠陥はみられない
○:画像欠陥(インク射出不良)がごくわずかに見られる
△:画像欠陥(インク射出不良)が一部で見られる
×:画像の大部分が欠陥により印字されない。
(撥インク性の評価)
インクジェットノズルの撥インク処理を施した部材として、厚さ75μmのポリイミドフィルムにテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体の水性分散液(ダイキン工業製、ネオフロンND−1)をワイヤーバーで乾燥膜厚が3μmになる様に塗布、乾燥し、熱処理したものを用意した。この撥インク処理を施したポリイミドフィルムを5mm×30mmの細片に切り分け、このフィルム片をインクに浸漬した後ピンセットで引き上げ、引き上げ直後から撥インク処理面の表面からインクが完全に液切れするまでの時間を計測し、撥インク性の評価とした。
◎:1分未満でインクが完全に液切れし、撥インク性は良好である
○:1分以上2分未満でインクが液切れし、撥インク性は問題ない
△:2分以上3分未満でインクが液切れし、実用可能なレベルである
×:3分以上経過してもインクが表面に残り、実用上問題がある。
評価結果を表3に示す。
Figure 0005433863
表3に記載の結果より明らかなように、本発明のインクは比較例に対し、インクの射出性やメンテナンス性、撥インク性、および記録媒体としてポリ塩化ビニルに画像記録した際の耐擦性、接着性、光沢の全ての特性に優れていることが分かる。
実施例2
(顔料分散体およびインクの作製)
カーボンブラックの他に、C.I.ピグメントイエロー74、C.I.ピグメントレッド122、C.I.ピグメントブルー15:3を使って、実施例1のブラック顔料分散体の作製と同様にしてブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの顔料分散体をそれぞれ作製した。
表4に示した様に、これらの顔料分散体、実施例1で作製した共重合樹脂、中和塩基、有機溶剤、界面活性剤を用い、表4に示したインクに対する共重合樹脂の含有率、及び顔料に対する共重合樹脂の質量比となるように調製した他は実施例1と同様にして、表4に記載のインクセットを得た。
Figure 0005433863
(画像の形成)
これらのインクセットを実施例1で用いたプリンターに装填し、実施例1と同様にしてプリントして各色10cm×10cmの100%Dutyベタ画像を得た。
(インクおよび記録画像の評価)
得られた評価画像について、実施例1と同様にして耐擦性、接着性、および光沢の評価をした。また、各インクについて実施例1と同様に射出性、撥インク性の評価をした。
評価結果を表5に示す。
Figure 0005433863
表5に記載の結果より明らかなように、本発明のインクからなるインクセットは比較例に対し、ポリ塩化ビニルに画像記録した際の耐擦性、接着性、光沢、およびインクの射出性、撥インク性の全ての特性に優れていることが分かる。

Claims (8)

  1. 少なくとも水、顔料、樹脂、水溶性有機溶剤、およびシリコーン系またはフッ素系界面活性剤を含有する水性インクジェットインクにおいて、該樹脂が、少なくともメタクリル酸メチル、酸モノマー、アルキル基の炭素数が2〜4のアクリル酸アルキルエステル、及びアルキル基の炭素数が6〜12のアクリル酸アルキルエステルを含有するモノマーから合成された共重合樹脂を含有し、該共重合樹脂は、酸価が50mgKOH/g以上120mgKOH/g以下、ガラス転移温度(Tg)が30℃以上110℃以下、重量平均分子量(Mw)が2万以上8万以下であることを特徴とするインクジェットインク。
  2. 前記酸モノマーがアクリル酸またはメタクリル酸であることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットインク。
  3. 前記共重合樹脂の合成原料である前記モノマーの総質量に対し、前記アルキル基の炭素数が6〜12のアクリル酸アルキルエステルの質量比が5%以上20%以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のインクジェットインク。
  4. 前記共重合樹脂の合成原料である前記モノマーの総質量に対し、前記アルキル基の炭素数が2〜4のアクリル酸アルキルエステルの質量比が5%以上40%以下であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のインクジェットインク。
  5. 前記共重合樹脂の合成原料である前記モノマーの総質量に対し、前記アルキル基の炭素数が6〜12のアクリル酸アルキルエステル及び前記アルキル基の炭素数が2〜4のアクリル酸アルキルエステルの質量の合計が、10%以上、50%以下であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のインクジェットインク。
  6. インク中に含まれる前記顔料に対する前記共重合樹脂の質量比が1倍以上15倍以下であることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のインクジェットインク。
  7. 前記共重合樹脂の酸基の化学当量に対し、0.8倍以上3倍未満の化学当量のアンモニアまたは沸点が100℃以上200℃未満の水溶性アミン類を、含有することを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載のインクジェットインク。
  8. 請求項1〜7の何れか1項に記載のインクジェットインクを用いて、35℃以上60℃未満に加熱した非吸収性記録媒体に印字し、印字された非吸収性記録媒体を50℃以上90℃未満で加熱乾燥することを特徴とする記録方法。
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