JP5499344B2 - 水性インク組成物 - Google Patents

Description

本発明は水性インク組成物に関し、より詳しくは、インクジェットプリンタに好適に使用し得る水性インク組成物に関する。

塩ビやＰＥＴといった水を吸収しない基材に水性インク組成物を用いて好適に印刷するために一般的に水溶性有機溶剤を併用している。例えば、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ブチルエーテル等のアルキレングリコールエーテル系溶剤、ラクトン系溶剤、ケトン系溶剤、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミドといったアミド化合物等の水溶性有機溶剤を併用した種々の水性インク組成物が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。

しかしながら、それらの水溶性有機溶剤を併用している水性インク組成物については、基材への濡れ性や定着性、乾燥性が溶剤系インク組成物と比較すると必ずしも充分ではなく、基材上で寄りが生じたり、ドット径が小さくなる等の不都合が生じる傾向がある。また、臭気の強さや環境規制への適合等の点においても問題がある。溶剤系インク組成物に比して水性インク組成物が、環境・安全衛生上有益であることは言うまでもない。

特開２００５−０１５６７２号公報 特開２００５−０６０７１６号公報 特開２００４−２００４６９号公報 特許第３６９２３６５号公報

本発明は上記のような諸問題を解決するためになされたものであり、貯蔵安定性、インクジェットプリンタにより印刷する際の良好な吐出性が得られ、且つ良好な濡れ性、定着性、乾燥性が得られると共に、耐水性、耐エタノール性が良好で、印字品質上好ましい印刷物が得られる水性インク組成物を提供することを目的としている。

本発明者らは上記の目的を達成するために鋭意検討した結果、水性インク組成物に特定の有機溶剤を用いることによって上記の目的が達成されることを見出し、本発明を完成した。

即ち、本発明の水性インク組成物は、顔料、水、有機溶剤、樹脂及びインク組成物用表面張力調整剤よりなる水性インク組成物において、
該有機溶剤は一般式（１）
Ｒ¹−Ｏ−ＣＨ₂ＣＨ₂−ＣＯ−Ｎ−Ｒ²
｜ ・・・（１）
Ｒ³
（式中、Ｒ¹は炭素数１〜８のアルキル基であり、Ｒ²及びＲ³はそれぞれ独立に水素原子、炭素数１〜６のアルキル基又は炭素数１〜６のアルキル基中にエーテル結合を有する基である）
で示される化合物であり、且つ該有機溶剤の含有量は水と該有機溶剤との合計量の１０〜４９質量％であり、前記インク組成物用表面張力調整剤が非水溶性であり且つ有機溶剤に溶解する
ことを特徴とする。

本発明の水性インク組成物においては、貯蔵安定性、インクジェットプリンタにより印刷する際の良好な吐出性が得られ、且つ良好な濡れ性、定着性、乾燥性が得られると共に、耐水性、耐エタノール性が良好で、印字品質上好ましい印刷物が得られる。

本発明の水性インク組成物で用いる有機溶剤は一般式（１）
Ｒ¹−Ｏ−ＣＨ₂ＣＨ₂−ＣＯ−Ｎ−Ｒ²
｜ ・・・（１）
Ｒ³
（式中、Ｒ¹ は炭素数１〜８のアルキル基であり、Ｒ² 及びＲ³ はそれぞれ独立に水素原子、炭素数１〜６のアルキル基又は炭素数１〜６のアルキル基中にエーテル結合を有する基である）
で示される化合物である。

上記の一般式（１）で示される化合物におけるＲ¹ の具体例として、エチル基、各種ブチル基、各種ペンチル基、各種ヘキシル基、各種オクチル基等を挙げることができる。水性インク組成物の吐出性の点ではＲ¹ が各種ペンチル基、各種ヘキシル基、又は各種オクチル基である化合物が好ましく、各種ペンチル基、又は各種ヘキシル基である化合物が特に好ましい。また、上記の一般式（１）で示される化合物におけるＲ² 及びＲ³ の具体例として、メチル基、エチル基、各種プロピル基、各種ブチル基等のアルキル基、メトキシメチル基、メトキシエチル基、エトキシエチル基等のアルキル基中にエーテル結合を有する基を挙げることができ、メチル基が一般的である。

上記の一般式（１）で示される化合物の具体例として、Ｎ，Ｎ−ジメチル−β−ブトキシプロピオンアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル−β−ペントキシプロピオンアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル−β−ヘキソキシプロピオンアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル−β−ヘプトキシプロピオンアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル−β−２−エチルヘキソキシプロピオンアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル−β−オクトキシプロピオンアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル−β−ブトキシプロピオンアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル−β−ペントキシプロピオンアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル−β−ヘキソキシプロピオンアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル−β−ヘプトキシプロピオンアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル−β−オクトキシプロピオンアミド等を挙げることができる。これらの有機溶剤は、１種単独で用いることも２種以上を併用することも出来る。

本発明の水性インク組成物においては、上記一般式（１）で示される有機溶剤の含有量は水と該有機溶剤との合計量の１０〜４９質量％であることが望ましい。有機溶剤の量が１０質量％未満の場合には充分な吐出性、濡れ性、定着性が得られにくい傾向があり、４９質量％を超えることはＶＯＣが高いことになり、環境衛生上好ましくない。

本発明の水性インク組成物においては、上記一般式（１）で示される有機溶剤の含有量が水と該有機溶剤とその他の有機溶剤との合計量の１０質量％以上となる限りは、該有機溶剤の一部としてその他の有機溶剤を用いることも可能である。その他の有機溶剤の種類については、−２０〜７０℃の範囲において本発明の水性インク組成物中に均一に混合することが可能であるいかなる有機溶剤も使用できる。−２０〜７０℃とは、インクの製造、保管、輸送や使用等を考慮し、実用上必要とされる温度範囲である。その他の有機溶剤として、具体的には、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノブチルエーテル、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モノブチルエーテル等のグリコールモノエーテル類、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等のグリコールジエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、酢酸エチル、乳酸エチル等のエステル類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、γ−ブチロラクトン、ε−カプロラクトン等のラクトン類、Ｎ−エチル−２−ピロリドン等を挙げることができる。

本発明の水性インク組成物で用いる樹脂については、−２０〜７０℃の範囲において本発明の水性インク組成物中に溶解するか又は安定な分散状態で存在し得るいかなる樹脂も使用することが出来る。具体的には、ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、アルキッド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、シリコ−ン系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等、及びこれらの変性樹脂等を用いることができる。得られる塗膜の膜物性の点で、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂が好ましく、非水溶性ポリウレタン系樹脂、非水溶性ポリエステル系樹脂、非水溶性アクリル系樹脂が特に好ましい。これらの樹脂は１種単独で用いることも２種以上を併用することも出来る。樹脂の配合量は、使用する樹脂の種類等により任意に決定できるが、通常は水性インク組成物の１〜２０質量％であり、好ましくは２〜１０質量％である。

本発明の水性インク組成物で用いるインク組成物用表面張力調整剤は、インク組成物に一般に用いられている表面張力調整剤であって、−２０〜７０℃の範囲において本発明の水性インク組成物中に溶解するか又は安定な分散状態で存在し得るいかなるインク組成物用表面張力調整剤も使用することが出来る。具体的には、フッ素系表面張力調整剤、シリコーン系表面張力調整剤、ポリアルキレンオキサイド系表面張力調整剤等を挙げることができる。印刷物の耐水性、耐エタノール性の点では、非水溶性の表面張力調整剤を用いることが好ましい。インク組成物用表面張力調整剤の配合量は、使用するインク組成物用表面張力調整剤の種類等により任意に決定できるが、通常は水性インク組成物全量の０．０１〜５質量％であり、好ましくは０．１〜２質量％である。

本発明の水性インク組成物に使用できる着色顔料として、ピグメントイエロー１２、１３、１４、１７、２０、２４、３１、５５、７４、８３、８６、９３、１０９、１１０、１１７、１２５、１２８、１２９、１３７、１３８、１３９、１４７、１４８、１５０、１５３、１５４、１５５、１６６、１６８、１８０、１８１、１８５、ピグメントオレンジ１６、３６、３８、４３、５１、５５、５９、６１、６４、６５、７１、ピグメントレッド９、４８、４９、５２、５３、５７、９７、１２２、１２３、１４９、１６８、１７７、１８０、１９２、２０２、２０６、２１５、２１６、２１７、２２０、２２３、２２４、２２６、２２７、２２８、２３８、２４０、２４４、２５４、ピグメントバイオレット１９、２３、２９、３０、３２、３７、４０、５０、ピグメントブルー１５、１５：１、１５：３、１５：４、１５：６、２２、３０、６４、８０、ピグメントグリーン７、３６、ピグメントブラウン２３、２５、２６、ピグメントブラック７、２６、２７、２８、カーボンブラック、酸化チタン、酸化鉄、群青、黄鉛、硫化亜鉛、コバルトブルー、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等を挙げることができる。顔料の配合量は、使用する顔料の種類等により任意に決定できるが、通常はインク組成物の０．１〜１５質量％であり、好ましくは０．５〜１０質量％である。

本発明の水性インク組成物は、顔料、水、有機溶剤、樹脂及びインク組成物用表面張力調整剤のみからなるものであってもよいが、各種機能を付与させるために、防カビ剤や、防腐剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、体質顔料、顔料分散剤、沈降防止剤、増粘剤、消泡剤、界面活性剤等の各種添加剤を配合することもできる。

本発明の水性インク組成物を調製する際には、まず、水性顔料分散液を調製する。この水性顔料分散液の調製方法については特には限定されないが、以下の方法によれば効率的に調製することができる。すなわち、顔料、顔料分散剤、及び水又は水と有機溶剤との混合溶液を混合攪拌した後、分散機にて処理して顔料を微粒子状に分散させる。この顔料分散剤については特には制限はなく、酸性、塩基性、両性、非イオン性顔料分散剤を使用することができる。また、この処理に用いる分散機としてペイントシェーカー、ボールミル、サンドミル、ナノミル等を挙げることができる。

次いで、このようにして得られた水性顔料分散液、樹脂、有機溶剤、インク組成物用表面張力調整剤及び水を混合し水性インク組成物とする。本発明の水性インク組成物は電導度調整剤を含有することができ、電導度調整剤の配合量は通常は水性インク組成物の０．１〜１０質量％であり、好ましくは０．５〜５質量％である。

本発明の水性インク組成物は使用するインクジェットプリンタのノズル径の約１／１０以下のポアーサイズを持つフィルターで濾過し、精製することによって調製することができる。

本発明の水性インク組成物は通常のインクジェット印刷用インク組成物と同様にインクジェット印刷法に適応した特性を持っていることが必要であり、そのためにはインク組成物の粘度を１〜１００ｃＰ（２０℃）、表面張力を２×１０^-2〜６×１０^-2Ｎ／ｍ、比重を０．８〜１．２の範囲にすることが望ましい。

本発明の水性インク組成物は種々のインクジェットプリンタに使用することができる。このようなインクジェットプリンタとして、例えば、荷電制御方式、インクオンデマンド方式によりインク組成物を噴出させる方式のものを挙げることができる。本発明の水性インク組成物は、特にラージフォーマットを用いた大型インクジェットプリンタにより印刷すること、例えばサインディスプレイ等の屋外用物品に印刷することを目的としたインクジェットプリンタによる印刷に好適に適用できる。また、カラーグラフィック印字部分やビデオ録画の描画においてもコントラストが明瞭で、画像の再現性が著しく良好な印刷物を得ることができる。

インクジェット印刷した後の印刷面（インク組成物）は常温〜数百℃で乾燥することにより乾燥被膜を形成する。なお、本発明の水性インク組成物を用いて印刷し得る基材については、印刷面（インク組成物）を乾燥する条件下で変形もしくは変質しないものであれば特に制限されることはない。そのような基材として、例えば、金属、ガラス、プラスチック等の基材表面、表面を樹脂でコーティングした紙、オーバーヘッドプロジェクト用の透明シート、サインディスプレイ等の屋外用物品等を挙げることができる。

以下に、本発明を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明する。なお、実施例及び比較例の記載について「部」及び「％」は質量基準に基づくものである。

実施例１
モナーク（Ｍ）１０００（キャボット社製のカーボンブラック顔料）２０．０部、ＢＹＫ１９０（ビッグケミー社製の分散剤）１２．０部及びイオン交換水６８．０部の混合物を、０．５ｍｍ径ジルコニアビーズを８０％充填したサンドミルにて処理して水性顔料分散液を得た。

得られた水性顔料分散液１５０部、ポリウレタン樹脂１００部、Ｎ，Ｎ−ジメチル−β−ブトキシプロピオンアミド３００部、表面張力調整剤２部、イオン交換水４４８部を混合し水性インク組成物とした。

実施例２〜８及び比較例１〜２
第１表に示す諸成分を用い、実施例１の製造手順と同様にして実施例２〜８及び比較例１〜２の水性インク組成物を調製した。

なお、実施例１〜８及び比較例１〜２で用いた樹脂及びインク組成物用表面張力調整剤は次の通りである。
水性ポリウレタン樹脂：ＳＦ１２６（第一工業製薬社製）、ＮＶ：３０％、
水性アクリル樹脂：ジョンクリル５３７（ＢＡＳＦ社製）、ＮＶ：４６％、
水性ポリエステル樹脂：エリーテルＫＡ−５０７１Ｓ（ユニチカ社製）、ＮＶ：３０％
非水溶性インク組成物用表面張力調整剤：ＦＺ−２１９１（東レ・ダウ社製）
水溶性インク組成物用表面張力調整剤：ＦＺ−２１０５（東レ・ダウ社製）。

実施例１〜８及び比較例１〜２で調製した水性インク組成物について、貯蔵安定性、吐出安定性、耐水性、耐エタノール性、印字性を各々下記の手法にて評価した。

貯蔵安定性
７０℃で２８日間保管し、目視にて下記基準で評価した。評価結果は第１表に示す通りであった。
○：変化無し、
△：僅かに浮遊物あり、
×：沈殿・分離を生じる。

吐出安定性
ラージフォーマット用インクジェットプリンタで１ｍ×５ｍのベタ印字を行い、飛行曲がり及び抜けの本数に基づいて下記基準で評価した。評価結果は第１表に示す通りであった。
◎：飛行曲がり及び抜けなし、
○：飛行曲がり及び抜けの合計本数が１〜３本、
△：飛行曲がり及び抜けの合計本数が４〜６本、
×：飛行曲がり及び抜けの合計本数が７本以上。

耐水性
ラージフォーマット用インクジェットプリンタで画像を印刷し、イオン交換水をしみ込ませたガーゼで画像を１０回擦り、画像の外観を目視で評価した。評価結果は第１表に示す通りであった。
◎：痕跡無し、
○：僅かに痕跡あるが実用上問題ないレベル、
×：痕跡あり。

耐エタノール性
ラージフォーマット用インクジェットプリンタで画像を印刷し、７５％エタノール水溶液をしみ込ませたガーゼで画像を１０回擦り、画像の外観を目視で評価した。評価結果は第１表に示す通りであった。
◎：痕跡なし、
○：僅かに痕跡あるが実用上問題ないレベル、
×：痕跡あり。

印字性
ラージフォーマット用インクジェットプリンタで画像を印刷し、目視で評価した。評価結果は第１表に示す通りであった。
◎：印字ムラなく鮮明な印字物、
○：僅かに印字ムラがあるが実用上問題ないレベル、
×：印字ムラが目立ち不鮮明印字物。

第１表に示す評価結果から明らかなように、本発明の実施例１〜８の水性インク組成物は、各試験項目について良い評価結果が得られた。一方、比較例１の水性インク組成物は有機溶剤の量が少なめであるため吐出性試験において本発明の水性インク組成物よりも劣っていた。また、比較例２の水性インク組成物は上記一般式（１）で示される有機溶剤を含有していないため、貯蔵安定性、吐出安定性、印字性において本発明の水性インク組成物よりも劣っていた。

Claims (3)

1. 顔料、水、有機溶剤、樹脂及びインク組成物用表面張力調整剤よりなる水性インク組成物において、
   該有機溶剤は一般式（１）
   Ｒ¹−Ｏ−ＣＨ₂ＣＨ₂−ＣＯ−Ｎ−Ｒ²
   ｜ ・・・（１）
   Ｒ³
   （式中、Ｒ¹は炭素数１〜８のアルキル基であり、Ｒ²及びＲ³はそれぞれ独立に水素原子、炭素数１〜６のアルキル基又は炭素数１〜６のアルキル基中にエーテル結合を有する基である）
   で示される化合物であり、且つ該有機溶剤の含有量は水と該有機溶剤との合計量の１０〜４９質量％であり、前記インク組成物用表面張力調整剤が非水溶性であり且つ有機溶剤に溶解する
   ことを特徴とする水性インク組成物。
2. 有機溶剤が、上記一般式（１）中のＲ¹が炭素数５〜８のアルキル基であることを特徴とする請求項１記載の水性インク組成物。
3. 樹脂が、水性ポリウレタン系樹脂、水性ポリエステル系樹脂及び水性アクリル系樹脂からなる群より選ばれる樹脂又はその混合物であることを特徴とする請求項１又は２記載の水性インク組成物。