JP5538799B2 - インクジェット用インク、インクジェット記録方法、及びインクカートリッジ - Google Patents

インクジェット用インク、インクジェット記録方法、及びインクカートリッジ Download PDF

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Description

本発明は、インクジェット用インク、インクジェット記録方法、及びインクカートリッジに関する。
インクジェット記録に用いるインクに使用される色材は、従来、インク中の水性媒体に溶解可能な染料が中心であったが、近年では、画像の耐光性及び耐水性などの観点から顔料を使用することについての検討が進められている。そして、顔料を分散するための分散剤や、耐擦過性、耐マーカー性を向上させるための添加剤として、様々なポリマーを用いることが検討されている。特許文献1及び特許文献2には、星型構造を有するポリマー(スターポリマー)を含有するインクジェット用インクが提案されている。
特開2000−169771号公報 特開2001−40256号公報
しかし、これまでには、顔料の分散ポリマーとしてスターポリマーを用い、高い発色性及び優れた耐にじみ性を有する画像を与えることができ、さらにインクを長期間保存した後にもこれらの特性が損なわれないインクジェット用インクは存在していなかった。
特許文献1に具体的に記載されたスターポリマーを用いたインクでは、十分な画像の光学濃度及び文字品位が得られなかった。また、特許文献1に記載されたスターポリマーは、中心骨格を単離して中心化合物を得ることができず、また、分散ポリマーとするために必要となる構造の共重合鎖も有していない。さらに、スターポリマーを合成する際に反応性官能基を架橋させており、スターポリマーの中心骨格が嵩高くなるため、顔料を分散する際に顔料表面へのポリマーの吸着が行われにくい。また、特許文献1に記載された合成方法では、1分子のスターポリマーを構成する共重合鎖の数を所望の特性を有するように制御することができず、分子量分布がブロードとなる。このようにして合成されたスターポリマーのうち低分子量のポリマーは、記録媒体上でインクの浸透剤として作用し、高い光学濃度を得にくい。また、高分子量のポリマーは顔料に吸着するが、立体障害斥力が働いて、顔料の凝集性の低下につながることがあり、顔料の分散ポリマーとして使用することには課題がある。
特許文献2に具体的に記載されたスターポリマーを用いたインクでは、十分な画像の光学濃度及び文字品位が得られなかった。また、特許文献2に記載された発明においては、分散ポリマーとしてスターポリマーを用いておらず、スターポリマーを添加することによるインクの定着性の向上(耐擦過性や耐マーカー性)を主たる目的としている。つまり、特許文献2に記載されたスターポリマーも、顔料の分散ポリマーとして機能するものではない。
したがって、本発明の目的は、画像の高い発色性と優れた耐にじみ性とを両立することができ、さらには優れた保存安定性を有するインクジェット用インクを提供することである。また、本発明の別の目的は、前記インクジェット用インクを用いたインクジェット記録方法、及びインクカートリッジを提供することにある。
上記目的は以下の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、顔料と、下記一般式(1)、下記一般式(2)及び下記一般式(3)からなる群から選ばれる少なくとも1つの式で示されるスターポリマーとを含有することを特徴とするインクジェット用インクを提供する。
一般式(1) R1−(S−R1’)n1
一般式(2) R2−(X−S−R2’)n2
一般式(3) R3−(O−X−S−R3’)n3
(上記式中、R1、R2及びR3はそれぞれエステル結合を含まない3官能以上の有機基であり、Xはアルキレン基であり、R1’、R2’及びR3’はそれぞれ芳香族(メタ)アクリル酸エステル及び芳香族(メタ)アクリルアミドから選ばれる少なくとも1種のモノマーと、酸モノマー及びその塩から選ばれる少なくとも1種のモノマーとの共重合鎖であり、n1、n2及びn3はそれぞれ3以上の整数である。)
また、本発明は、インクをインクジェット方式で吐出して記録媒体に記録を行うインクジェット記録方法であって、使用するインクが、上記本発明のインクジェット用インクであることを特徴とするインクジェット記録方法を提供する。
また、本発明は、インクを収容するインク収容部を備えたインクカートリッジであって、インク収容部に収容されているインクが、上記本発明のインクジェット用インクであることを特徴とするインクカートリッジを提供する。
本発明によれば、画像の高い発色性と優れた耐にじみ性とを両立することができ、さらには優れた保存安定性を有するインクジェット用インクを提供することができる。また、本発明の別の実施態様によれば、前記インクジェット用インクを用いた、インクジェット記録方法、及びインクカートリッジを提供することができる。
インクジェット記録装置の斜視図である。 ヘッドカートリッジにインクカートリッジを装着する状態を示す斜視図である。
以下に好ましい実施の形態を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。なお、以下の記載において、インクジェット用インクを単に「インク」ということがある。また、本発明においては、化合物が塩である場合、該化合物は水性媒体中において解離してイオンの形態として存在することがあるが、この場合も含めて便宜上「塩を含有する」と記載する。
本発明者らが、上記で述べた従来技術の課題に対して検討を行い、本発明に至った経緯を説明する。先ず、従来使用されている直鎖状の分散ポリマーにおける課題は、分子量により、分散ポリマーの顔料に対する吸着安定性と記録媒体上での凝集性がトレードオフになっている点である。すなわち、分子量を小さくすると顔料に対する吸着点が少なくなるため、分散ポリマーの吸着安定化能が損なわれ、一方分子量を大きくするとポリマーの分子サイズ(流体力学的半径や慣性半径)が大きくなり、顔料粒子間で立体障害斥力として働いてしまう。そのため、記録媒体上での顔料粒子の凝集性が阻害されてしまい、これら2つの特性が両立できる点を見出すことは非常に困難となっていた。そこで、本発明者らはこのトレードオフを打破するために検討した結果、以下のような結論を得るに至った。
ポリマーの界面に対する吸着現象に関しては、成書(Polymers at interfaces, G. J. Fleer et al., Springer, 1993)に記載されている。ポリマーが顔料表面などの界面に吸着するということは、ポリマーが界面と接触し、界面に拘束されることである。したがって、顔料に対するポリマーの吸着安定性を高めるためには、顔料表面(界面)へのポリマーの接触確率を高めると同時に、顔料表面にポリマーが吸着(拘束)されるときのエントロピー変化を少なくする必要がある。
これらのことから、本発明者らは次のように考えた。先ず、顔料表面へのポリマーの接触確率を高めるためには、ポリマーが水性媒体中において自由に動き回ることができればよいので、ポリマーの分子量を低下させるか、ポリマー中の親水性の末端を増やすことが有利である。また、顔料表面へポリマーが吸着する際のエントロピー変化を少なくするには、ポリマー鎖の中に多くの結合が存在する構造を有していることが有利である。一方、一旦顔料表面に吸着したポリマーが再度脱離しないようにするため、ポリマーの鎖が多くの吸着点で吸着しているものほど吸着安定性が高くなるので、分子量が大きいことが有利である。以上のことから、本発明者らは、ポリマーの分子量に関して顔料への吸着確率の増加と吸着安定性の向上とはトレードオフの関係となっていると考えた。そして吸着安定化のためには、末端が多いポリマー、すなわち分岐点を有する構造のポリマーが有利であると考えた。
また、共重合しているモノマーの数が同じである場合、直鎖状ポリマーよりもスターポリマーの方が分子サイズを小さくすることができる。このため、本発明者らは、スターポリマーは立体障害斥力を相対的に小さくすることが可能で、記録媒体上での顔料の凝集が阻害されることを低減できると考えた。さらには、上記で述べた通り、共重合鎖を有するスターポリマーの中心骨格が顔料表面に吸着することにより、立体障害斥力が粒子表面から及ぶ距離が、アーム(共重合鎖)の1本当たりの分子量(分子サイズ)に実質的に依存するとも考えられる。さらに立体障害斥力による凝集阻害効果が低減されることが期待できる。
加えて、本発明で使用するスターポリマーは中心骨格に複数の共重合鎖が結合した構造であり、中心化合物として多価チオール化合物を使用することでアームとなる共重合鎖が中心骨格から伸長する形とすることが可能となる。そして、一段階の重合反応を経てアームの本数が制御されたスターポリマーを得ることが容易となる。しかも、本発明で使用するスターポリマーは中心骨格として耐加水分解性に優れた結合様式を経たチオールが導入されてなることを特徴とする。具体的には、本発明で使用するスターポリマーの中心骨格はエステル結合を有していない。水性のインクジェット用インクはそのpHがアルカリ性の領域に調整されていることが多いため、加水分解反応が生じやすい条件と言える。しかし、分散ポリマーとして用いるスターポリマーの中心骨格を、加水分解反応が生じにくい構造、すなわちエステル結合を有していない構造とすることで、該インクを長期間保存するような場合にも、加水分解反応の発生が抑制される。その結果、保存安定性にも優れたインクとすることが可能となる。上記の構成に加え、本発明で使用するスターポリマー中の共重合鎖は、芳香族(メタ)アクリル酸エステル又は芳香族(メタ)アクリルアミドと、酸モノマー又はその塩との共重合鎖であることにより、本発明の顕著な効果を得ることができた。すなわち極めて優れた画像の発色性や耐にじみ性及びインクの保存安定性を得ることができた。その理由は定かではないが、上記スターポリマーとしての基本骨格、中心骨格の構成及び共重合鎖の構成が相乗的に作用していると推測される。
<インクジェット用インク>
(星形構造を有するポリマー(スターポリマー))
本発明のインクは、中心骨格に特定の共重合鎖が結合してなるスターポリマー及び顔料を含有してなるインクである。該スターポリマーは、芳香族(メタ)アクリレート又は芳香族(メタ)アクリルアミドと、酸モノマー又はその塩との共重合鎖が中心骨格に結合した星形構造を有する。
本発明において「星形構造」とは、中心と、中心から放射状に外側に広がる3本以上の線とを有する構造を指す。そして、本発明においてスターポリマー(星形構造を有するポリマー)とは、中心骨格と、中心骨格から放射状に外側に広がる3本以上の(共)重合鎖とを有するポリマーを指す。また、スターポリマーであるためには、該中心骨格に3本以上の(共)重合鎖が結合してなることが必要である。なお、本発明で使用するスターポリマーの「中心骨格」とは、スターポリマーを構成する(共)重合鎖を除く部分の構造を意味する。また、本発明で使用するスターポリマーは、中心骨格自体を単離できる。単離して得られる化合物は、中心骨格を有するが、本発明ではこの中心骨格を有する化合物を「中心化合物」と呼ぶ。また、本発明で使用するスターポリマーは、顔料の分散ポリマーとして使用されるとき、調製したインクを用いて画像を記録した場合に、高い発色性と耐にじみ性とを両立し、さらにはインクの保存安定性を向上させる効果を最大限に発揮することができる。
本発明のインクにおいては、その保存安定性の向上は、主としてポリマーにおける加水分解反応の発生が抑制されていることによるものである。そのため、使用するスターポリマーとしては、中心化合物と共重合鎖とが、加水分解反応を受けにくい結合様式で結合してなることが必要である。具体的には、下記一般式(1)乃至下記一般式(3)で表される構造を有するポリマーを使用する。
一般式(1) R1−(S−R1’)n1
一般式(2) R2−(X−S−R2’)n2
一般式(3) R3−(O−X−S−R3’)n3
なお、上記式(1)〜(3)中、R1乃至R3はそれぞれエステル結合を含まない3官能以上の同一又は異なる有機残基である。Xは置換基を有してもよいアルキレン基である。R1’乃至R3’はそれぞれ芳香族(メタ)アクリル酸エステル又は芳香族(メタ)アクリルアミドと、酸モノマー又はその塩との共重合鎖である。n1乃至n3はそれぞれ3以上の整数である。なお、アルキレン基は直鎖及び分岐のいずれであってもよく、その炭素数は3乃至8が好ましく、3乃至5が特に好ましい。なお、当然のことながら上記式(1)、(2)、(3)は、互いに異なる。そのため、一般式(1)中のR1は、(S−R1’)n1との結合部にX及びO−Xを有しておらず、一般式(2)中のR2は、(X−S−R2’)n2との結合部にO−Xを有していない。上記式(1)で表されるポリマーにおいては、式(1)中のすべてのR1’を除いた構造が中心骨格である。同様に、式(2)中のすべてのR2’を除いた構造が式(2)における中心骨格であり、式(3)中のすべてのR3’を除いた構造が式(3)における中心骨格である。
上述したとおり、R1’〜R3’で表される共重合鎖は、芳香族(メタ)アクリレート及び芳香族(メタ)アクリルアミドから選ばれる少なくとも1種のモノマーと、酸モノマー及びその塩から選ばれる少なくとも1種のモノマーとを共重合することで得られる。芳香族(メタ)アクリレート及び芳香族(メタ)アクリルアミドとしては、具体的には、例えば、以下のものが挙げられる。ベンジル(メタ)アクリレート、2−フェノキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシ(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロキシエチルフタル酸、ベンジル(メタ)アクリルアミドなどの、α,β−エチレン性不飽和カルボン酸と、置換芳香族アルコールとのエステル化合物や置換芳香族アミンとのアミド化合物などが挙げられる。これらの中でも、分散安定性をより向上させるためには、ベンジル(メタ)アクリレートを用いることが好ましい。なお、本発明においては、「(メタ)アクリレート」とは「アクリレート」及び「メタクリレート」の双方を意味するものである。また、「(メタ)アクリロキシ」とは「アクリロキシ」及び「メタクリロキシ」の双方を意味するものである。また、「(メタ)アクリルアミド」とは「アクリルアミド」及び「メタクリルアミド」の双方を意味するものである。
1’〜R3’で表される共重合鎖を構成する酸モノマー及びその塩としては、具体的には、例えば、以下のものが挙げられる。(メタ)アクリル酸、マレイン酸、マレイン酸誘導体、イタコン酸、イコタン酸誘導体、フマール酸、フマール酸誘導体、ビニルスルホン酸、ビニルホスホン酸などの酸性基を有するビニル化合物及びその塩。塩としては、例えば、以下のものが挙げられる。上記モノマーのカリウム塩、ナトリウム塩、リチウム塩、アンモニウム塩、各種有機アミンの4級アンモニウム塩。酸モノマー及びその塩から選ばれる少なくとも1種のモノマーとしては、共重合したときのスターポリマーの水溶性が高くなるため、カルボキシル基を有するモノマーやその塩が好ましく、(メタ)アクリル酸やその塩が特に好ましい。また、塩としてはカリウム塩やナトリウム塩が好ましい。また、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレートなどのα,β−エチレン性不飽和カルボン酸エステルなどを用いて、共重合後にエステル結合を加水分解して(メタ)アクリル酸又はその塩としてもよい。
なお、本発明で使用するスターポリマーの共重合鎖を構成するモノマーとしては、本発明の目的達成を妨げない範囲で、上記に挙げた以外のモノマーも併用することができる。このようなモノマーとしては、具体的には、例えば、以下のものが挙げられる。メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、メトキシエチル(メタ)アクリレート、エトキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ジエチレングリコール(メタ)アクリレート、トリエチレングリコール(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシトリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシテトラエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリレート類など。(メタ)アクリルアミド、モルホリン(メタ)アクリルアミド、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N−イソプロピル(メタ)アクリルアミドなどの(メタ)アクリルアミド類。N−ビニルアセトアミド、N−ビニルホルムアミド、N−ビニルピリジン、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカルバゾールなどのビニル化合物など。
スターポリマーは、上記で挙げたようなモノマーを共重合することにより得られる共重合鎖を、中心化合物と結合させることにより合成される。スターポリマーを合成する方法は、例えば、特開平7−179538号公報に記載される多価メルカプト化合物を連鎖移動剤として用いる方法が挙げられる。この場合、連鎖移動剤の多価メルカプト化合物が中心化合物である。そして連鎖移動剤として用いる含硫黄有機化合物である多価メルカプト化合物のメルカプト基から水素原子を除いた部分が中心骨格となり、その各硫黄原子からα、β−エチレン性不飽和モノマーの共重合鎖が伸張した構造のスターポリマーとなる。
具体的には、前記一般式(1)乃至一般式(3)のスターポリマーにそれぞれ対応した一般式(a):R1−(SH)n1、一般式(b):R2−(X−SH)n2、及び一般式(c):R3−(O−X−SH)n3で表される多価メルカプト化合物を中心化合物(連鎖移動剤)として利用することで、一般式(1)乃至一般式(3)のスターポリマーを合成することができる。本発明においては、中心化合物として上記一般式(b)又は上記一般式(c)の化合物を用いることが好ましく、さらには上記一般式(c)の化合物を用いることが特に好ましい。なお、上記一般式(a)で表される化合物をスターポリマーの中心化合物として利用する場合、一般式(a)中の括弧で囲われた部分の水素原子をすべて除いた部分が得られるスターポリマーの中心骨格である。
また、一般式(a)乃至一般式(c)中のR1〜R3や、n1〜n3は、一般式(1)乃至一般式(3)と同様のものを指す。具体的にはR1〜R3はそれぞれエステル結合を含まない3官能以上の同一又は異なる有機残基であり、n1〜n3はそれぞれ3以上の整数である。
上記一般式(a)乃至上記一般式(c)の化合物中のR1〜R3は、それぞれエステル結合を含まない3官能以上の同一又は異なる有機残基である。そして、一般式(a)は、該有機残基に、直接メルカプト基が導入された構造を有している。また、一般式(b)の化合物は置換基を有してもよいアルキレン基を介してメルカプト基が導入された構造を有している。また、一般式(c)の化合物はエーテル結合及び置換基を有してもよいアルキレン基を介してメルカプト基が導入された構造を有する。これらのいずれの構造も耐加水分解性を有するため、それぞれの化合物を利用したスターポリマーにより顔料が分散されてなるインクは長期間保存後も当初のインクの性能を維持することが可能である。しかし、前記一般式(a)や前記一般式(b)の構造は、スターポリマーの中心に疎水的な構造が密集しているため、水性のインクとして使用する際、分子内で凝集したような形となり顔料への吸着性が若干劣る。これに対して、前記一般式(c)の構造はエーテル結合が間に存在しているため、スターポリマーの中心部分の親水性が増し、顔料への吸着がより良好であると考えられる。これら多価メルカプト化合物は以下の手法によって合成することができる。勿論、本発明は下記の合成方法に限られるものではない。なお、多価メルカプト化合物を用いて本発明で使用するスターポリマーを合成する場合、一般式(1)〜(3)中のR1〜R3は、多価メルカプト化合物(含硫黄有機化合物)の残基である。
(1)一般式(a)の化合物(R1−(SH)n1)の合成
上記中心化合物(多価メルカプト化合物)を合成する方法としては、特開平07−206809号公報に記載される多価ハロゲン化合物に対してアルカリと硫化水素を用いる方法が挙げられる。例えば、1,1,1−トリクロロエタン、1,2,3−トリクロロプロパン、1,1,2−トリブロモエタン、1,2,3−トリブロモプロパン、1,1,2,2−テトラクロロエタン、1,2,5,6,9,10−ヘキサブロモシクロドデカン、1,2,3,4,5,6−ヘキサクロロシクロヘキサンなどの多価ハロゲン化合物を出発物質として用い、硫化水素によって多価ハロゲン化合物中のハロゲンをメルカプト基に置換することで、対応した価数の多価メルカプト化合物を得ることができる。このようにして得られる一般式(a)で表される多価メルカプト化合物中のR1は、出発物質である多価ハロゲン化合物からハロゲンを除いた構造である。
(2)一般式(b)の化合物(R2−(X−SH)n2)の合成
上記中心化合物(多価メルカプト化合物)を合成する方法としては、特開2005−213679号公報に記載される多価アルコールを濃硫酸により脱水しオレフィンにした後、硫化水素を付加する方法が挙げられる。例えば、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトールなどの多価アルコールを出発物質とすることで、対応した価数の多価メルカプト化合物を得ることができる。また、特開平11−209459号公報に記載される多価エポキシ化合物に硫化水素を付加する方法も用いることができる。例えば、4,4’−メチレンビス(N,N−ジグリシジルアニリン)などの多価エポキシ化合物を出発物質とすることで、対応した多価メルカプト化合物を得ることができる。
(3)一般式(c)の化合物(R3−(O−X−SH)n3)の合成
上記中心化合物(多価メルカプト化合物)を合成する方法としては、以下の方法が挙げられる。すなわち、特開2005−213679号公報に記載される多価アルコール化合物に対してアルカリと塩化アリルを用いて多価アリル化合物とした後、(2)と同様にしてオレフィンに硫化水素を付加する方法が挙げられる。例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、シクリトール、イノシトール、D−アラビトール、キシリトール、アドニトール、ズルシトール、L−イジトール、D−マンニトール、D−ソルビトール、グリセリン縮合物であるポリグリセリン#310、同#500、同#750(いずれも製品名;阪本薬品工業製)などの多価アルコール化合物を出発物質とすることで、対応した多価メルカプト化合物を得ることができる。また、(2)と同様に、多価エポキシ化合物に硫化水素を付加する方法でも得ることができる。例えば、デナコールEX−411、EX−421、EX−512、EX−521、EX−611、EX−612、EX−614B、EX−622(いずれも製品名:ナガセケムテックス製)など。多価アルコールのグリシジルエーテルを出発物質とすることで、対応した多価メルカプト化合物を得ることができる。
本発明において、R1〜R3で表される有機残基は、上述した一般式(a)、(b)、(c)の化合物からそれぞれ(SH)、(X−SH)、(O−X−SH)を除いた構造である。そのため、本発明における有機残基の構造は、一般式(a)、(b)、(c)を得るための出発物質である、多価アルコール、多価ハロゲン化合物の構造によって制御することができる。
上記多価メルカプト化合物をフリーラジカル重合における連鎖移動剤として使用することにより、1段階でスターポリマーを合成できる。また、スターポリマーの共重合鎖に用いることのできるモノマーの制限が少なく、この点からも好適である。
本発明で使用するスターポリマーは、ポリスチレン換算のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により得られるポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)が、1,000以上10,000以下であることが好ましい。数平均分子量が1,000未満であると顔料に対する吸着性能が低下する場合があり、一方、上記分子量が10,000を超えると、スターポリマーの立体障害斥力が増大し、記録媒体上での顔料の凝集性を低下させる。そのため、画像の発色性を向上する効果が十分に得られない場合がある。
またスターポリマーのポリスチレン換算のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、スターポリマーの数平均分子量に加え、スターポリマーの分子量分布も得ることができる。GPCにより得られるスターポリマーの分子量分布とは、ポリスチレン換算の重量平均分子量Mwとポリスチレン換算の数平均分子量Mnとの比である。この比は、1.0≦(Mw/Mn)≦1.5であることが好ましい。分子量分布Mw/Mnは、原理的に1.0を下回ることはないが、1.5を超えると分子量分布が広がることにより、顔料に対する吸着力が弱い低分子量のものや、顔料の立体障害斥力を増大させる高分子量のものが混在する可能性が高くなる。そのため、普通紙における画像の発色性や耐にじみ性を向上する効果が十分に得られない場合がある。
また、スターポリマー中の共重合鎖(以下、スターポリマー中の共重合鎖を、アームとも言う)の1本の数平均分子量は400以上3,000以下であることが好ましい。上記分子量が400未満であると、顔料に対するポリマーの吸着性能が低下し、顔料に吸着していないポリマーがインク中に増えることがあり、画像の耐にじみ性を向上する効果が十分に得られない場合がある。また、上記分子量が3,000を超えると、顔料に吸着したスターポリマーの立体障害斥力が増大し、顔料の記録媒体上での凝集性が低下する結果、普通紙におけるインクの発色性を向上する効果が十分に得られない場合がある。
前述した一般式(1)乃至(3)中のn1〜n3が3以上であることからも明らかなように、本発明で使用するスターポリマーには3本以上の共重合鎖が含まれていることが必須である。また、共重合鎖は8本以下であることが好ましく、さらには3本以上8本以下であることがより好ましい。言い換えると、一般式(1)乃至一般式(3)中のn1〜n3が3以上8以下であることが好ましい。8本を超える共重合鎖(アーム)が結合していると顔料の立体障害斥力が増大し、顔料の記録媒体上での凝集性が低下する結果、普通紙におけるインクの発色性を向上する効果が十分に得られない場合がある。
本発明で使用するスターポリマーは、芳香族(メタ)アクリル酸エステル及び芳香族(メタ)アクリルアミドから選ばれる少なくとも1種のモノマーユニットを少なくとも含んでなる。スターポリマーにおける前記モノマーユニットが占める質量比率は、スターポリマー全質量を基準として、30.0質量%以上85.0質量%以下であることが好ましい。前記質量比率が30.0質量%未満であると、顔料表面に対するスターポリマーの吸着力が十分でなく、顔料インクの保存安定性が十分に得られない場合がある。一方、前記質量比率が85.0質量%を超えると、スターポリマーの水溶性が低くなり、顔料の分散安定性が十分に得られない場合がある。
本発明で使用するスターポリマーは、酸モノマー及びその塩から選ばれる少なくとも1種のモノマーユニットを少なくとも含んでなる。スターポリマーにおける酸モノマー及びその塩のユニットが占める比率は、スターポリマーの酸価で表すことができる。本発明においては、スターポリマーの酸価が、30mgKOH/g以上250mgKOH/g以下であることが好ましく、50mgKOH/g以上150mgKOH/g以下であることがより好ましい。上記酸価の好ましい範囲より酸価が低いと顔料の分散安定性及びインクの吐出安定性が十分に得られない場合がある。また、この範囲より酸価が高いと、顔料表面に対するスターポリマーの吸着力が低下する場合があり、さらに、顔料の凝集性の低下から普通紙におけるインクの発色性や耐にじみ性が十分に得られない場合がある。
本発明で使用するスターポリマーにおける、芳香族(メタ)アクリル酸エステル及び芳香族(メタ)アクリルアミドのモノマーユニット及び酸モノマー及びその塩のユニットの合計が占める質量比率は、以下のようにすることが好ましい。すなわち、上記したモノマーユニット及びモノマーの合計が、スターポリマー中のアーム全質量を基準として、40.0質量%以上100.0質量%以下であることが好ましい。前記質量比率が上記の範囲内であると、顔料の分散安定性及びインクの吐出安定性と普通紙におけるインクの発色性や耐にじみ性とのバランスを特に好適に達成することができる。
本発明のインクは、前述したようにスターポリマー中の酸性基を中和することで生じるアニオンの静電斥力により顔料の分散安定化を図るために、インクが中性ないしはアルカリ性に調整されていることが好ましい。ただし、この場合、インクジェット記録装置に使われている種々の部材の腐食の原因となる場合があるので、7乃至10のpH範囲とするのが好ましい。この際に使用されるpH調整剤としては、例えば、次のものが挙げられる。ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどの各種有機アミン、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属の水酸化物などの無機アルカリ剤、有機酸や鉱酸など。上記したようなスターポリマーは、水性媒体中に分散ないしは溶解される。
インク中のスターポリマーの含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、0.1質量%以上15.0質量%以下であることが好ましい。特に、スターポリマーを顔料の分散ポリマーとして用いる場合は、インク中のスターポリマーの含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、0.1質量%以上5.0質量%以下であることが好ましい。なお、分散ポリマーとしては、本発明の目的達成を妨げない範囲で、ロジン、シェラック、デンプンなどの天然樹脂や、スターポリマー以外の合成樹脂も併用することができる。その場合のスターポリマー以外の樹脂の含有量は、スターポリマーの含有量を上回らない程度とすることが好ましい。
(顔料)
本発明のインクに使用する色材は顔料であり、該顔料は上記で説明したスターポリマーにより水性媒体中に分散されてなることが特に好ましい。インク中の顔料の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、1.0質量%以上20.0質量%以下であることが好ましく、さらには2.0質量%以上12.0質量%以下であることがより好ましい。顔料としては、カーボンブラックや有機顔料を用いることが好ましい。顔料は、1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
ブラックの顔料としてはファーネスブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラックなどのカーボンブラックを顔料として用いることが好ましい。このようなカーボンブラックは、一次粒子径が11nm以上40nm以下、BET法による比表面積が50m2/g以上400m2/g以下、揮発分が0.5質量%以上10質量%以下、pH値が2乃至10などの特性を有するものが好ましい。ブラック顔料としては、公知の市販品などを用いることができる。
また、本発明のために新たに調製したカーボンブラックをブラックの顔料として用いることもできる。
有機顔料としては、特に制約がなく、公知の有機顔料を用いることができる。具体的には、例えば、カラーインデックス(C.I.)ナンバーで示される有機顔料を用いることができる。
(水性媒体)
本発明のインクは、水及び水溶性有機溶剤の混合溶媒である水性媒体を含有することが好ましい。水としては、種々のイオンを含有する一般の水ではなく、イオン交換水(脱イオン水)を使用するのが好ましい。インク中の水の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、10.0質量%以上90.0質量%以下であることが好ましく、さらには30.0質量%以上80.0質量%以下であることがより好ましい。また、インク中の水溶性有機溶剤の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、3.0質量%以上50.0質量%以下であることが好ましく、さらには3.0質量%以上40.0質量%以下であることがより好ましい。
水溶性有機溶剤としては、インクジェット用インクに用いてもよいことが知られている公知の水溶性有機溶剤を用いることができる。
(その他の成分)
本発明のインクは、上記の成分の他に、必要に応じて所望の物性値を持つインクとするために、界面活性剤、消泡剤、防腐剤などの添加剤を適宜に添加することができる。このような添加剤のインク中における含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、0.05質量%以上10.0質量%以下であることが好ましく、さらには0.2質量%以上5.0質量%以下であることがより好ましい。
(インクの調製方法)
上記したような成分で構成される本発明のインクを調製する方法としては、以下のような方法とすることができる。初めに、少なくともスターポリマーと水とを混合した混合物に顔料を添加して混合撹拌した後、分散手段を用いて分散処理を行い、必要に応じて遠心分離処理を行って顔料分散液を得る。さらに、必要に応じてこの顔料分散液に、水性媒体や上記で挙げたような適宜に選択された添加剤などを加え、撹拌して本発明のインクとする。
なお、顔料分散液を調製する際に、本発明で使用するスターポリマーを溶解させるために塩基を添加するとインクの分散安定性をより向上させることができる。塩基としては、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、アミノメチルプロパノール、アンモニアなどの有機アミン、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウムなどの無機塩基が挙げられる。
本発明のインクは、上記で述べたように、インクの調製に、分散処理を行って得られる顔料分散液を使用する。顔料分散液の調製の際に行う分散処理の前に、少なくともスターポリマーと水とを混合した混合物に顔料を加えてプレミキシングを行うのが効果的である。すなわち、このようなプレミキシング操作は、顔料表面の濡れ性を向上し、顔料表面への分散剤の吸着を促進させることができるため、好ましい。
上記した顔料の分散処理の際に使用される分散機は、一般に使用される分散機なら、どのようなものでもよい。例えば、ボールミル、ロールミル、サンドミル、ビーズミル、及び超高圧ホモジナイザーなどが挙げられる。その中でも、ビーズミルや超高圧ホモジナイザーが好ましく使用される。このようなものとしては、例えば、スーパーミル、スーパーアペックスミル、ナノマイザー、アジテータミル、グレンミル、ダイノーミル、パールミル及びコボルミル(いずれも商品名)などが挙げられる。
本発明のインクを、インクジェット記録方法に好適に使用できるようにするためには、記録ヘッドの耐インク目詰り性などの観点から、最適な粒度分布を有する顔料を用いることが好ましい。所望の粒度分布を有する顔料を得る方法としては、次の手法が挙げられる。上記で挙げたような分散機の粉砕メディアのサイズを小さくする手法、粉砕メディアの充填率を大きくする手法。処理時間を長くする手法などが挙げられる。また、粉砕後フィルタや遠心分離機などで分級する手法、超高圧ホモジナイザーの処理回数を増やしたり、処理圧力を高めたりする方法及びこれらの手法の組み合わせなどが挙げられる。
<インクセット>
本発明のインクは、複数のインクで構成されるインクセットとして用いてもよい。該インクセットは、例えば、上記で説明した少なくとも顔料及びスターポリマーを含有してなる本発明のインク(顔料インク)と、少なくとも染料を含有してなるインク(染料インク)を組み合わせてなるものが挙げられる。かかる構成のインクセットとすることで、前記顔料インクにより得られる効果に加えてさらに、複数のインクで形成した画像間における耐ブリーディング性に特に優れた画像を得ることができる。上記インクセットは、インクジェット記録に用いる、つまりインクジェット用インクセットであることが特に好適である。上記インクセットは、上記で説明した本発明のインク(顔料インク)の他にも、その他の構成のインクをさらに組み合わせてなるものであってもよい。このようなインクとしては、例えば、スターポリマーを含まない顔料インクや、色材として染料及び顔料を共に含有するインクが挙げられる。
インクセットを構成する染料インクを構成する成分としては、色材として染料を使用すること以外は、先に説明した本発明のインクに含有させることができるものをいずれも使用することができる。染料としては、従来公知のものをいずれも使用することができ、染料に加えて顔料を使用することもできる。
本発明においては、各インクをそれぞれ収容してなるインクカートリッジを、以下のように組み合わせて用いる場合も、インクセットの一例として挙げられる。シアンインク、マゼンタインク、イエローインク、及びブラックインクを一体に収容するインクカートリッジを用いる場合。又は、シアンインク、マゼンタインク、及びイエローインクを一体に収容するインクカートリッジを、さらに別のブラックインクを収容するインクカートリッジと組み合わせて用いる場合。さらに、インクセットにおいて、単独のインクカートリッジを複数組み合わせて用いる場合の具体例には、以下の形態のものが挙げられる。シアンインク、マゼンタインク、及びイエローインクをそれぞれ収容する独立したインクカートリッジと、さらに別のブラックインクを収容するインクカートリッジとを組み合わせて用いる場合。ブラックインク、淡シアンインク、及び淡マゼンタインクをそれぞれ収容するインクカートリッジを組み合わせて用いる場合。レッドインクを収容する単独のインクカートリッジを追加して用いる場合。グリーンインクを収容する単独のインクカートリッジを追加して用いる場合。ブルーインクを収容する単独のインクカートリッジを追加して用いる場合。勿論、本発明はこれらの場合に限られるものではない。
<インクと反応液とのセット>
本発明のインクは、記録媒体上においてインクと接触した際に、インク中の顔料の平均粒径を増大させる、すなわちインク中の顔料の分散状態を不安定化させる作用を有する反応液と組み合わせて、インクと反応液とのセットとして使用することが好ましい。このようなインクと反応液とのセットを用いて記録を行うことで、画像濃度や発色性がより高い記録物を得ることができる。以下、本発明において使用する反応液について説明する。
(反応剤)
反応液に使用する、インク中に含まれる顔料の平均粒径を増大させる、すなわちインク中の顔料の分散状態を不安定化させる作用をもつ化合物(反応剤)としては、多価金属イオンやカチオン性ポリマーが挙げられる。これらの反応剤は、インク中の顔料と反応して、顔料の平均粒径を増大させる、すなわち顔料の分散状態を不安定化させる作用を生じる。
多価金属イオンの具体例としては、例えば、Ca2+、Cu2+、Ni2+、Mg2+、Zn2+、Sr2+、及びBa2+などの2価の金属イオンや、Fe3+、Al3+、Cr3+、Y3+などの3価の金属イオンが挙げられる。多価金属イオンを反応液中に含有させるためには、多価金属塩を用いる。多価金属塩とは、上記で挙げたような多価金属イオンと、該イオンに結合する陰イオンとで構成される塩のことであるが、水に可溶なものであることを要する。塩を形成するための好ましい陰イオンとしては、例えば、Cl-、NO3 -、I-、Br-、ClO3 -、SO4 2-、CO3 2-、CH3COO-及びHCOO-などが挙げられる。反応液中の多価金属イオンの含有量(質量%)は、反応液全質量を基準として、0.01質量%以上10.0質量%以下であることが好ましい。
また、カチオン性ポリマーの具体例としては、例えば、以下のものが挙げられる。ポリアリルアミン、ポリエチレンイミン、エピクロルヒドリン・ジメチルアミン重合物。ポリジメチルジアリルアンモニウムクロライド、ジシアンジアミド・ジエチレントリアミンアンモニウムクロライド縮合物、グアニジンホルムアルデヒド縮合物などが挙げられる。反応液中のカチオンポリマーの含有量(質量%)は、反応液全質量を基準として、0.01質量%以上10.0質量%以下であることが好ましい。
(水性媒体)
本発明で使用する反応液は、水及び水溶性有機溶剤の混合媒体である水性媒体を含有することが好ましい。水としては、種々のイオンを含有する一般の水ではなく、イオン交換水(脱イオン水)を使用するのが好ましい。反応液中の水の含有量(質量%)は、反応液全質量を基準として、25.0質量%以上95.0質量%以下であることが好ましい。また、反応液中の水溶性有機溶剤の含有量(質量%)は、反応液全質量を基準として、5.0質量%以上60.0質量%以下であることが好ましく、さらには5.0質量%以上40.0質量%以下であることがより好ましい。反応液に使用する水溶性有機溶剤としては、反応液に用いてもよいことが知られている公知の水溶性有機溶剤を用いることができる。
(その他の成分)
本発明において使用する反応液には、必要に応じて、さらに、界面活性剤、粘度調整剤、pH調整剤、防腐剤、酸化防止剤などの添加剤を適宜配合してもかまわない。浸透促進剤として機能する界面活性剤の選択と添加量は、記録媒体に対する反応液の浸透性を抑制するように適切に決定することが好ましい。さらに、本発明で使用する反応液は、無色であることがより好ましいが、記録媒体上でインクと接触、混合した際に、インクの色調を変えない程度の淡色のものでもよい。さらに、反応液は、25℃での粘度が1mPa・s以上30mPa・s以下の範囲となるように調整されたものであることが好ましい。
(反応液の付与方法)
本発明で使用する反応液を記録媒体に付与する方法としては、インクと同様にインクジェット記録方式を用いる方法、及びローラなどで記録媒体に塗布する方法などが挙げられる。本発明においては、記録媒体上においてインクが付与される領域を少なくとも含むように、反応液を付与することが特に好ましい。また、反応液とインクとを記録媒体に付与する順序は、どのような順序であってもよいが、反応液を先に付与した後にインクを付与することが特に好ましい。
<インクジェット記録方法>
本発明のインクジェット記録方法は、インクをインクジェット方式で吐出して記録媒体に記録を行うインクジェット記録方法において、使用するインクが、前記本発明のインクであることを特徴とする。本発明のインクジェット記録方法で使用するインクジェット方式としては、インクに力学的エネルギーを作用させることによりインクを吐出する記録方法や、インクに熱エネルギーを作用させることによりインクを吐出する記録方法などがある。特に、本発明においては、熱エネルギーを利用するインクジェット記録方法を好ましく用いることができる。
<インクジェット記録装置>
本発明のインクを用いるのに好適なインクジェット記録装置は、インクを収容するインク収容部と、インクを吐出するための記録ヘッドとを備えてなり、インク収容部に収容されているインクが、前記本発明のインクであるものである。特に、記録ヘッドが、熱エネルギーをインクに付与することにより、インクを吐出するインクジェット記録装置である場合に、より顕著な効果を得ることができる。
以下に、インクジェット記録装置の機構部の概略構成を説明する。図1は、インクジェット記録装置の斜視図である。インクジェット記録装置は、各機構の役割から、給紙部、搬送部、キャリッジ部、排紙部、クリーニング部、及びこれらを保護し、意匠性を持たせる外装部M7030で構成される。M2060は、給紙部を構成する給紙トレイである。また、M3160は排紙部を構成する排紙トレイである。給紙部、搬送部、キャリッジ部、排紙部、クリーニング部は特に限定されるものではなく、いずれのものでも使用することができる。
(記録ヘッドの構成)
ヘッドカートリッジH1000の構成について説明する(図2参照)。ヘッドカートリッジH1000は、記録ヘッドH1001と、インクカートリッジH1900を搭載する手段、及びインクカートリッジH1900から記録ヘッドにインクを供給する手段を有する。そして、ヘッドカートリッジH1000は、キャリッジに対して着脱可能に搭載される。
図2は、ヘッドカートリッジH1000にインクカートリッジH1900を装着する様子を示した図である。インクジェット記録装置は、例えば、7種のインクで画像を形成する。したがって、インクカートリッジH1900も7色分が独立に用意されている。そして、図2に示すように、それぞれのインクカートリッジは、ヘッドカートリッジH1000に対して着脱可能となっている。なお、インクカートリッジH1900の着脱は、キャリッジにヘッドカートリッジH1000が搭載された状態で行うことができる。
インクジェット記録装置は、記録ヘッドとインクカートリッジとが別体となったものに限らず、それらが分離不能に一体になったものを用いてもよい。さらに、インクカートリッジは記録ヘッドに対して分離可能又は分離不能に一体化されてキャリッジに搭載されるもの、また、インクジェット記録装置の固定部位に設けられて、チューブなどのインク供給部材を介して記録ヘッドにインクを供給するものでもよい。また、記録ヘッドに対して、好ましい負圧を作用させるための構成をインクカートリッジに設ける場合には、以下の構成とすることができる。すなわち、インクカートリッジのインク収容部に吸収体を配置した形態、又は可撓性のインク収容袋とこれに対してその内容積を拡張する方向の付勢力を作用するばね部とを有した形態などとすることができる。また、インクジェット記録装置は、上記したようなシリアル型の記録方式を採るもののほか、記録媒体の全幅に対応した範囲にわたって記録素子を整列させてなるラインプリンタの形態をとるものであってもよい。
以下、実施例、参考例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。なお、以下の記載において、「部」及び「%」とあるものは特に断わらない限り質量基準である。
次の略号はそれぞれ以下の化合物を示す。
MEK:メチルエチルケトン
BzA:ベンジルアクリレート
nBA:n−ブチルアクリレート
AA:アクリル酸
BzAm:N−ベンジルアクリルアミド
P−1M:ライトエステルP−1M(共栄社化学製)
SA:NKエステルSA(新中村化学製)
St:スチレン
2EHA:2−エチルヘキシルアクリレート
HEA:2−ヒドロキシエチルアクリレート
nBMA:n−ブチルメタクリレート
tBMA:tert−ブチルメタクリレート
MAA:メタクリル酸
EGDMA:エチレングリコールジメタクリレート
BzMA:ベンジルメタクリレート
PEMP:ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)
V−59:2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)(和光純薬工業製)
PEG1,000:ポリエチレングリコール(平均分子量1,000)
AE100:アセチレングリコールエチレンオキサイド付加物(川研ファインケミカル製)
9−BNN:9−ボラビシクロ[3,3,1]ノナン
<中心化合物の合成>
(合成例1)
チオール化合物S1の合成は、特開2005−213679号公報に記載の実施例4にしたがって行った。すなわち、容量300mLのオートクレーブ中に、ペンタエリスリトールテトラアリルエーテル29.6g(0.1mol)のメタノール溶液200gと9−BNN2.4mg(0.02mmol)を仕込み、系内を窒素置換した。ここに、硫化水素23.9g(0.7mol)を導入し、内温を20℃に保ち、5時間反応させた。反応後、減圧濃縮することにより、下記の4官能チオール化合物S1を得た。
Figure 0005538799
(合成例2)
チオール化合物S2の合成は、特開昭63−162640号公報に記載の実施例1にしたがって行った。すなわち、容量300mLのオートクレーブ中に、イノシトール18.0g(0.1mol)、テトラメチルアンモニウムブロマイド7.7g、48%水酸化ナトリウム水溶液25.0g(0.3mol)を仕込み、90℃で1時間撹拌した。ここに、塩化アリル23.0g(0.3mol)を導入し、内温を90℃に保ち、4時間反応させた。その後、48%水酸化ナトリウム水溶液25.0gをさらに加えて1時間撹拌し、塩化アリル23.0gを導入して4時間反応させた。反応後ヘキサンにより有機成分を抽出した後、減圧乾燥することにより、イノシトールヘキサアリルエーテルを得た。その後、合成例1のペンタエリスリトールテトラアリルエーテルをイノシトールヘキサアリルエーテルに代えること以外は合成例1と同様にして、下記の6価官能チオール化合物S2を得た。
Figure 0005538799
(合成例3)
チオール化合物S3の合成は以下のようにして行った。ナスフラスコ中に、トルエン100g、ペンタエリスリトール13.6g(0.1mol)、ジメチルホルムアミド(DMF)10g、塩化チオニル119g(1mol)を加えた。このフラスコを80℃に加熱し、2,2−ジ−(メチルクロロ)−1,3−ジクロロプロパン(DMCDCM)を得た。反応液にイオン交換水を加えて、未反応物、DMF、塩化チオニルをイオン交換水へ抽出し、さらに、分液漏斗を用いてトルエン相のみをナスフラスコに取り、エバポレーターでトルエンを除去してDMCDCMを精製した。続いて、DMCDCM28.9g(0.1mol)を室温下でテトラヒドロフラン100gに溶解させ、これにチオ尿素7.6gを加えた。1時間撹拌した後、1N水酸化ナトリウム水溶液100mLを加えて、下記の4官能チオール化合物S3を得た。
Figure 0005538799
(合成例4)
上記のチオール化合物S3の合成方法において、DMCDCMを精製した後の反応経路と同様にして、DMCDCMに代えて、1,2,3,4,5,6−ヘキサクロロシクロヘキサン29.1g(0.1mol)を用いて反応を行った。下記の6官能チオール化合物S4を得た。
Figure 0005538799
(合成例5)
チオール化合物S1の合成方法において、ペンタエリスリトールテトラアリルエーテルをペンタエリスリトールトリアリルエーテルに代えること以外は合成例1と同様にして、下記の3官能チオール化合物S5を得た。
Figure 0005538799
(合成例6)
チオール化合物S2の合成方法において、イノシトールをトリペンタエリスリトールに代えること以外は合成例2と同様にして、下記の8官能チオール化合物S6を得た。
Figure 0005538799
(合成例7)
チオール化合物S2の合成方法において、イノシトールをポリグリセリン#500(グリセリン7量体、阪本薬品工業製)に代えること以外は合成例2と同様にして、下記の9官能チオール化合物S7を得た。
Figure 0005538799
(合成例8)
チオール化合物S3の合成方法において、ペンタエリスリトールをトリメチロールプロパンに代えること以外は合成例3と同様にして、下記の3官能チオール化合物S8を得た。
Figure 0005538799
(合成例9)
チオール化合物S3の合成方法において、ペンタエリスリトールをトリペンタエリスリトールに代えること以外は合成例3と同様にして、下記の8官能チオール化合物S9を得た。
Figure 0005538799
<ポリマー水溶液の調製>
(ポリマー1〜5)
撹拌装置、窒素導入管、還流式冷却装置及び温度計を備えたフラスコにMEK90部を加え、窒素雰囲気下80℃に昇温した。次いでBzAを65部、nBAを20部、AAを15部、スターポリマーの中心骨格となる中心化合物として4官能チオール化合物S1を10部混合した溶液を2時間かけて滴下した。同時に0.3部のV−59を10部のMEKに溶解した重合開始剤溶液を3時間かけて滴下した。重合開始剤溶液は、4官能チオール化合物S1を含む混合溶液を滴下し始めるのと同じタイミングで滴下し始めた。そして、重合開始剤溶液を滴下完了後(滴下開始から3時間後)引き続き2時間反応を継続させた。
このようにして得られたスターポリマーであるポリマー1の分子量を標準物質としてポリスチレン、溶媒としてテトラヒドロフランを用いて、示差屈折率検出器を備えたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(東ソー製)で測定した。数平均分子量Mnが4,000、重量平均分子量Mwが5,200、分子量分布Mw/Mnが1.30であった。なお、ラマン分光光度計(日本分光製)を用いてチオール(S−H結合)の吸収(2,570cm-1付近)の消失を確認することで、中心骨格に4本のアームが結合していると識別した。得られたポリマー1の酸価は106mgKOH/gであった。ポリマー1のMEK溶液に、ポリマーの酸価に対して等mol量のKOHと適量の水とを加えて撹拌した後、減圧条件下にてMEKを除去し、さらに水を加えて25%のポリマー水溶液1を得た。
ポリマー1と同じ組成のモノマーを用いて、中心化合物とその比率を変化させた以外はポリマー1と同様の合成方法にて、中心骨格の異なるポリマー2〜4を合成した。ポリマー1〜4の各物性を下記表1にまとめて示す。
Figure 0005538799
(ポリマー5及び6)
ポリマー1と同じ組成のモノマーと中心化合物とを用いて、中心化合物の比率を変化させた以外はポリマー1と同様の合成方法にて、数平均分子量の異なるポリマー5及び6を合成した。ポリマー5及び6の各物性を下記表2にまとめて示す。
Figure 0005538799
(ポリマー7及び8)
ポリマー3と同じ組成のモノマーと中心化合物を用いて、中心化合物の比率を変化させた以外はポリマー3と同様の合成方法にて、数平均分子量の異なるポリマー7及び8を合成した。ポリマー7及び8の各物性を下記表3にまとめて示す。
Figure 0005538799
(ポリマー9及び10)
ポリマー1と同じ組成のモノマーを用いて、中心化合物とその比率を変化させた以外はポリマー1と同様の合成方法にて、数平均分子量の異なるポリマー9及び10を合成した。ポリマー9及び10の各物性を下記表4にまとめて示す。
Figure 0005538799
(ポリマー11及び12)
ポリマー3と同じ組成のモノマーを用いて、中心化合物とその比率を変化させた以外はポリマー3と同様の合成方法にて、数平均分子量の異なるポリマーを合成した。ポリマー11及び12の各物性を下記表5にまとめて示す。
Figure 0005538799
(ポリマー13〜15)
ポリマー1と同じ組成のモノマーを用いて、中心化合物とその比率を変化させた以外はポリマー1と同様の合成方法にて、アームの数の異なるポリマー13〜15を合成した。ポリマー13〜15の各物性を下記表6にまとめて示す。
Figure 0005538799
(ポリマー16及び17)
ポリマー3と同じ組成のモノマーを用いて、中心化合物とその比率を変化させた以外はポリマー3と同様の合成方法にて、アームの数の異なるポリマー16及び17を合成した。ポリマー16及び17の各物性を下記表7にまとめて示す。
Figure 0005538799
(ポリマー18〜20)
ポリマー1と同じ中心化合物を用いて、使用するモノマーを下表のように変化させた以外はポリマー1と同様の合成方法にて、組成の異なるポリマー18〜20を合成した。ポリマー18〜20の各物性を下記表8にまとめて示す。なお、下記表8には、上記で合成したポリマー1の各物性についても併せて示す。
Figure 0005538799
(ポリマー21)
ポリマー15と同じ中心化合物を用いて、使用するモノマーを下表のように変化させた以外はポリマー15と同様の合成方法にて、組成の異なるポリマー21を合成した。ポリマー21の各物性を下記表9にまとめて示す。
Figure 0005538799
(ポリマー22)
ポリマー21と同じ組成のモノマーと中心化合物を用いて、中心化合物の比率を変化させた以外はポリマー21と同様の合成方法にて、数平均分子量の異なるポリマー22を合成した。ポリマー22の各物性を下記表10にまとめて示す。
Figure 0005538799
(ポリマー23〜28)
ポリマー1の共重合するモノマーの組成比(質量比)を下記表11のように変えたこと以外はポリマー1と同様の合成方法にて、酸価の異なるポリマー23〜28を合成した。ポリマー23〜28の各物性を下記表11にまとめて示す。なお、表11には上記で合成したポリマー1の各物性についても併せて示す。
Figure 0005538799
(ポリマー29〜32)
ポリマー1の共重合するモノマーの組成比(質量比)と中心化合物の比率を下記表12のように変えたこと以外はポリマー1と同様の合成方法にて、芳香族モノマーの比率の異なるポリマー29〜32を合成した。ポリマー29〜32の各物性を下記表12にまとめて示す。なお、表12には上記で合成したポリマー1の各物性についても併せて示す。
Figure 0005538799
(ポリマー33及び34)
ポリマー1の共重合するモノマーの組成比(質量比)と中心化合物の比率を下記表13のように変えたこと以外はポリマー1と同様の合成方法にて、芳香族モノマー及び酸モノマーがアームに占める質量比率の異なるポリマー33及び34を合成した。ポリマー33及び34の各物性を下記表13に示す。なお、表13には上記で合成したポリマー1の各物性についても併せて示す。
Figure 0005538799
(ポリマー35)
ポリマー35は、本発明の参考例に使用したスターポリマーである。ポリマー1の中心化合物をPEMPに変更した以外はポリマー1と同様の合成方法にて、中心骨格とアームとの間の結合様式の異なるポリマー35を合成した。ポリマー35の各物性を下記表14にまとめて示す。
Figure 0005538799
(ポリマー36)
ポリマー36は、本発明の比較例に使用したスターポリマーである。表15においては、このポリマーは、便宜上、一般式(3)の構造を有するスターポリマーとして記載しているが、本発明におけるR3’の要件を満たしていない。具体的には、モノマーとして芳香族(メタ)アクリル酸エステル又は芳香族(メタ)アクリルアミドを共重合鎖(R3’)に含まない。ポリマー1の芳香族(メタ)アクリル酸エステルモノマーであるBzMAを芳香族(メタ)アクリル酸エステルモノマーでないStにした以外はポリマー1と同様の方法でポリマー36を合成した。ポリマー36の各物性を下記表15にまとめて示す。
Figure 0005538799
(ポリマー37)
ポリマー37は、本発明の比較例に使用したスターポリマーである。このポリマーは、スターポリマーを構成する共重合鎖が、芳香族(メタ)アクリル酸エステル又は芳香族(メタ)アクリルアミドと酸モノマー又はその塩とから構成されていないものである。ポリマーの製法は、特開2001−40256号公報の実施例1にしたがった。中心化合物はトリヒドロキシベンゼン、アームを構成するモノマーはエチレンオキサイド、アームの数は3本である。ポリマー37の各物性を下記表16にまとめて示す。
Figure 0005538799
(ポリマー38)
ポリマー38は、本発明の比較例に使用したスターポリマーである。このポリマーは、スターポリマーを構成する共重合鎖が、芳香族(メタ)アクリル酸エステル又は芳香族(メタ)アクリルアミドと酸モノマー又はその塩から構成されていないものである。このポリマーの製法は、特開2001−40256号公報の実施例15にしたがった。中心化合物はTMMP、アームを構成するモノマーはN,N−ジメチルアクリルアミド、アームの数は3本である。ポリマー38の各物性を下記表17にまとめて示す。
Figure 0005538799
(ポリマー39)
ポリマー39は、本発明の比較例に使用したスターポリマーである。このポリマーは、スターポリマーを構成する共重合鎖が、芳香族(メタ)アクリル酸エステル又は芳香族(メタ)アクリルアミドと酸モノマー又はその塩とから構成されていないものである。このポリマーの製法は特開平9−249709号公報の参考例1にしたがった。中心化合物及びその組成比はPEMG:9部、アームを構成するモノマー及びその組成比はnBA:50部、2EHA:40部、HEA:10部であり、アームの数は4本である。ポリマー39の各物性を下記表18にまとめて示す。
Figure 0005538799
(ポリマー40)
ポリマー40は、本発明の比較例に使用したポリマーで、原料にスターポリマーを含むが、合成されるポリマーはスターポリマーでない。つまり、本発明で用いるような、スターポリマーを構成する共重合鎖が、芳香族(メタ)アクリル酸エステル又は芳香族(メタ)アクリルアミドと酸モノマー又はその塩とから構成されていないものである。ポリマーの製法は特開昭59−124922号公報の製造例1にしたがった。スターポリマーであるペンタエリスリトールポリマーとイソホロン系イソシアネートで架橋し、ペンタエリスリトールポリマーのヒドロキシル基に無水フタル酸を付加させたもので合成されるポリマーはスターポリマーではない。ポリマー40の各物性を下記表19にまとめて示す。
Figure 0005538799
(ポリマー41)
ポリマー41は、本発明の比較例に使用したスターポリマーである。このスターポリマーは単離可能な中心骨格を持たず、スターポリマーを構成する共重合鎖が、芳香族(メタ)アクリル酸エステル又は芳香族(メタ)アクリルアミドから構成されていないものである。このポリマーの製法は、特開2000−169771号公報のスターポリマー1の合成方法にしたがった。アームを構成するモノマーは芳香族(メタ)アクリレートや芳香族(メタ)アクリルアミドでないnBMAとMAAであり、アームの片末端に重合したEGDMAの架橋によりスターポリマーとしたものである。アームを構成するモノマー及びその組成比はnBMA:69部、MAA:17部、EGDMA:14部であり、アームの数は制御不能のため分布を有しており一義的に定められない。ポリマー41の各物性を下記表20にまとめて示す。
Figure 0005538799
(ポリマー42)
ポリマー42は、本発明の比較例に使用したスターポリマーである。このスターポリマーは、本発明で使用する一般式(1)〜(3)で表される構造のスターポリマーに必須である、硫黄原子(各式中のS)を有していない。また、単離可能な中心骨格を持っていない。このポリマーは、ポリマー41と同様に特開2000−169771号公報のスターポリマー1の合成方法を用いてアームを構成するモノマーを下記表21に示す通りとした。下記表21中でBzMA/nBMA/MAAはこの3種のモノマーがランダムに配置されていることを示す。また、表中の記号「//EGDMA」はEGDMAがアームの片末端にブロック化されて共重合されていることを示す。特開2000−169771号公報には、アームを構成するモノマーとして芳香族(メタ)アクリル酸エステル又は芳香族(メタ)アクリルアミドを含まない。しかし、性能を比較しやすくするため、あえて、芳香族(メタ)アクリル酸エステルであるBzMAを共重合させた場合について述べる。ポリマー42の各物性を下記表21にまとめて示す。
Figure 0005538799
(ポリマー43)
ポリマー43は、本発明の比較例に使用した直鎖状ポリマーである。このポリマーはリビングアニオン重合により得た。合成方法は「新高分子実験学2」高分子の合成・反応(1)付加系高分子の合成 高分子学会編を参考にした。本直鎖状ポリマーのモノマーを下記表22に示す通りとした。重合に際し、実験装置及び実験手順は「新高分子実験学2」高分子の合成・反応(1)付加系高分子の合成 高分子学会編 212頁記載の実験例2.4.1を用いた。溶媒をトルエン100部、開始剤をtert−ブチルリチウム/トリブチルアルミニウムを2部用い、重合温度を−78℃、反応時間を24時間とした。反応後、塩酸/メタノールを加えて停止反応を行うと同時にtBMAの加水分解反応を行ってMAAとした。その後過剰のヘキサンを加えてポリマーを析出させて、真空乾燥を行った。ポリマーの酸価に対して等mol量のKOHと適量の水を加えて、25%のポリマー43の水溶液を得た。ポリマー43の各物性を下記表22にまとめて示す。
Figure 0005538799
<顔料分散液の調製>
(ブラック顔料分散液の調製)
・ポリマー水溶液1(固形分濃度25%) 20部
・2−ピロリドン 10部
・イオン交換水 55部
上記成分を混合し、ウォーターバスで70℃に加温し、撹拌下で樹脂分を完全に溶解させた。この溶液にカーボンブラック(ナイペックス180IQ;デグサ製)15部を加え、30分間プレミキシングを行った後、下記の条件で分散処理を行ってブラック顔料分散液1を得た。
・分散機:超高圧ホモジナイザーNM2−L200AR(吉田機械興業製)
・処理圧力:150MPa
・処理パス:10パス
また、ポリマー水溶液2〜43のそれぞれを用いて、ブラック顔料分散液1のポリマー水溶液1を変えた以外はブラック顔料分散液1と同様の方法でブラック顔料分散液2〜43をそれぞれ調製した。
(シアン顔料分散液の調製)
・ポリマー水溶液1(固形分濃度25%) 20部
・2−ピロリドン 10部
・イオン交換水 55部
上記成分を混合し、ウォーターバスで70℃に加温し、樹脂分を完全に溶解させた。この溶液にシアン顔料(IRGALITE Blue 8700;チバスペシャリティケミカルズ製)15部を加え、30分間プレミキシングを行った後、下記の条件で分散処理を行ってシアン顔料分散液を得た。
・分散機:ビーズミル UAM−015(製品名)(寿工業製)
・使用ビーズ:0.05mm径ジルコニアビーズ
・ビーズ充填率:70%(嵩比重換算)
・ローター回転数:42.1Hz
(マゼンタ顔料分散液の調製)
上記シアン顔料分散液における顔料をシアン顔料からマゼンタ顔料(CROMOPHTAL Pink PT;チバスペシャリティケミカルズ製)とした以外はシアン顔料分散液と同じ方法によりマゼンタ顔料分散液を調製した。
(イエロー顔料分散液の調製)
上記シアン顔料分散液における顔料をシアン顔料からイエロー顔料(IRGALITE Yellow GS;チバスペシャリティケミカルズ製)とした以外はシアン顔料分散液と同じ方法によりイエロー顔料分散液を調製した。
<インクの調製>
(ブラックインクの調製)
上記のブラック顔料分散液1を使用し、下記に示す各成分を混合し、ブラックインク1とした。
・ブラック顔料分散液1(顔料濃度として5部) 33部
・グリセリン 10部
・エチレングリコール 5部
・PEG1,000 5部
・AE100 0.5部
・イオン交換水 46.5部
また、ブラック顔料分散液2〜43を用いてブラックインク1のブラック顔料分散液1を変えた以外は、ブラックインク1と同様の方法でブラックインク2〜43をそれぞれ調製した。
(シアンインクの調製)
ブラックインク1において、ブラック顔料分散液1をシアン顔料分散液とした以外はブラックインク1と同様にしてシアンインクを調製した。
(マゼンタインクの調製)
ブラックインク1において、ブラック顔料分散液1をマゼンタ顔料分散液とした以外はブラックインク1と同様にしてマゼンタインクを調製した。
(イエローインクの調製)
ブラックインク1において、ブラック顔料分散液1をイエロー顔料分散液とした以外はブラックインク1と同様にしてイエローインクを調製した。
<ブラックインクの評価>
(光学濃度)
上記で得られた各ブラックインクをそれぞれインクカートリッジに充填し、このインクカートリッジをインクジェット記録装置 PIXUS iP4300(キヤノン製)に搭載した。そして、記録モードを普通紙・標準モードとして、キヤノン普通紙ホワイトSW−101(キヤノン製)に記録デューティが100%であるベタ画像を記録して記録物を作製した。得られた記録物について、ベタ画像の部分における光学濃度OD1を測定することにより光学濃度の評価を行った。光学濃度は、反射濃度計RD-19I(GretagMacbeth製)を用いて測定した。光学濃度の評価基準は以下の通りである。評価結果を表23に示す。
A:1.5<OD1
B:1.4<OD1≦1.5
C:1.2<OD1≦1.4
D:1.0<OD1≦1.2
E:OD1≦1.0であるか、又はベタ画像がかすれていた(吐出不良が起きた)
(文字品位)
上記で得られた各ブラックインクをそれぞれインクカートリッジに充填し、このインクカートリッジと、染料インクとして、BCI−7eイエローインク(キヤノン製)とをインクジェット記録装置 PIXUS iP4300(キヤノン製)に搭載した。そして、記録モードを普通紙・標準モードとして、キヤノン普通紙ホワイトSW−101(キヤノン製)に染料インクで形成したベタ画像の上にブラックインクで文字を記録した記録物を作成した。得られた記録物について、文字の部分におけるラジェットネス値Ragを測定することにより耐ブリーディング性の評価を行った。ラジェットネス値は、画像評価装置Personal IAS(QEA製)を用いて測定した。耐ブリーディング性の評価基準は以下の通りである。評価結果を表23に示す。
A:Rag<10
B:10≦Rag<15
C:15≦Rag<20
D:20≦Rag<30
E:30≦Ragであるか、又は文字がかすれていた(吐出不良が起きた)
(保存後の光学濃度)
上記で得られた各ブラックインクを温度60℃の恒温槽中にて1週間保存した後、該インクを室温まで冷却して、上記の光学濃度と同様の評価方法及び評価基準によりインクの保存安定性の評価を行った。評価結果を表23に示す。
(保存後の文字品位)
上記で得られた各ブラックインクを温度60℃の恒温槽中にて1週間保存した後、該インクを室温まで冷却して、上記の文字品位と同様の評価方法及び評価基準によりインクの保存安定性の評価を行った。評価結果を表23に示す。
上記4種の評価項目において、評価基準のA〜Cを許容できるレベル、D及びEを許容できないレベルとした。
Figure 0005538799
Figure 0005538799
<カラーインクの評価>
(彩度)
上記で得られた各カラーインクをそれぞれインクカートリッジに充填し、このインクカートリッジをインクジェット記録装置 PIXUS iP4300(キヤノン製)に搭載した。そして、記録モードを普通紙・標準モードとして、キヤノン普通紙ホワイトSW−101(キヤノン製)に記録デューティが100%であるベタ画像を記録して記録物を作製した。得られた記録物について、ベタ画像の部分における彩度C*を測定することにより彩度の評価を行った。具体的には、各色の画像について、CIEで規定される色差表示法であるL***表色系におけるa*座標及びb*座標を、反射濃度計RD−19I(Gretag Macbeth製)を用いて測定し、下記式で定義される彩度C*の値を算出した。得られたC*の値により彩度の評価を行った。なお、彩度C*の値が大きいほど発色性が高いことを示す。評価結果を表24に示す。
*={(a*2+(b*21/2
(文字品位)
上記で得られた各カラーインクをそれぞれインクカートリッジに充填した。そして、前記ブラックインクの評価と同様に、このカラーインクカートリッジと、染料インクとして、BCI−7eブラックインク(キヤノン製)とをインクジェット記録装置 PIXUS iP4300(キヤノン製)に搭載した。そして、記録モードを普通紙・標準モードとして、キヤノン普通紙ホワイトSW−101(キヤノン製)に各カラーインクで形成したベタ画像の上に染料インクで文字を記録した記録物を作成した。得られた記録物について、文字の部分におけるラジェットネス値Ragを測定することにより耐ブリーディング性の評価を行った。ラジェットネス値は、画像評価装置Personal IAS(QEA製)を用いて測定した。評価結果を表24に示す。
(保存後の彩度)
上記で得られた各カラーインクを温度60℃の恒温槽中にて1週間保存した後、該インクを室温まで冷却して、上記の彩度と同様の評価方法及び評価基準によりインクの保存安定性の評価を行った。評価結果を表24に示す。
(保存後の文字品位)
上記で得られた各カラーインクを温度60℃の恒温槽中にて1週間保存した後、該インクを室温まで冷却して、上記の文字品位と同様の評価方法及び評価基準によりインクの保存安定性の評価を行った。評価結果を表24に示す。なお、表24には、上記で得た、ブラックインク1を用いた場合の評価結果を併せて示した。
<反応液の調製>
下記に示す各成分を混合し、ろ過して、反応液を調製した。
・ジエチレングリコール 10.0部
・メチルアルコール 5.0部
・硝酸マグネシウム 3.0部
・AE100 0.1部
・イオン交換水 81.9部
<インクと反応液とのセットの評価>
上記で得られた反応液と、前記ブラックインク1、前記シアン、前記マゼンタ、及び前記イエローの各カラーインクとを組み合わせてインクと反応液とのセットとした。このセットを構成する反応液をキヤノン普通紙ホワイトSW−101(キヤノン製)に先に付与した後、反応液と各インクとがそれぞれ接触するように、ブラックインク1、シアン、マゼンタ、及びイエローの各カラーインクを記録して記録物を作製した。得られた記録物について、反応液を用いること以外は前記と同様の方法及び基準で、光学濃度、彩度、及び文字品位の評価を行った。評価結果を表24に示す。
Figure 0005538799

Claims (11)

  1. 顔料と、下記一般式(1)、下記一般式(2)及び下記一般式(3)からなる群から選ばれる少なくとも1つの式で示されるスターポリマーとを含有することを特徴とするインクジェット用インク。
    一般式(1) R1−(S−R1’)n1
    一般式(2) R2−(X−S−R2’)n2
    一般式(3) R3−(O−X−S−R3’)n3
    (上記式中、R1、R2及びR3はそれぞれエステル結合を含まない3官能以上の有機基であり、Xはアルキレン基であり、R1’、R2’及びR3’はそれぞれ芳香族(メタ)アクリル酸エステル及び芳香族(メタ)アクリルアミドから選ばれる少なくとも1種のモノマーと、酸モノマー及びその塩から選ばれる少なくとも1種のモノマーとの共重合鎖であり、n1、n2及びn3はそれぞれ3以上の整数である。)
  2. 前記スターポリマーのポリスチレン換算のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により得られる数平均分子量(Mn)が、1,000以上10,000以下である請求項1に記載のインクジェット用インク。
  3. 前記一般式(1)中の前記n1、前記一般式(2)中の前記n2、及び前記一般式(3)中の前記n3が、それぞれ、3以上8以下の整数である請求項1又は2に記載のインクジェット用インク。
  4. 前記一般式(1)中の前記R1−(S−)n1、前記一般式(2)中の前記R2−(X−S−)n2、及び前記一般式(3)中の前記R3−(O−X−S−)n3が、それぞれ、含硫黄有機化合物に由来する有機基である請求項1乃至3のいずれか1項に記載のインクジェット用インク。
  5. 前記含硫黄有機化合物が多価メルカプト化合物である請求項4に記載のインクジェット用インク。
  6. 前記酸モノマー及びその塩から選ばれる少なくとも1種のモノマーが、アクリル酸、メタクリル酸及びその塩からなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項1乃至5のいずれか1項に記載のインクジェット用インク。
  7. 前記芳香族(メタ)アクリル酸エステル及び前記芳香族(メタ)アクリルアミドから選ばれる少なくとも1種のモノマーが、ベンジル(メタ)アクリレートである請求項1乃至6のいずれか1項に記載のインクジェット用インク。
  8. 前記スターポリマーにおける、前記芳香族(メタ)アクリル酸エステル及び前記芳香族(メタ)アクリルアミドのモノマーユニットが占める質量比率が、スターポリマー全質量を基準として、30.0質量%以上85.0質量%以下である請求項1乃至7のいずれか1項に記載のインクジェット用インク。
  9. 前記スターポリマーの酸価が、50mgKOH/g以上150mgKOH/g以下である請求項1乃至8のいずれか1項に記載のインクジェット用インク。
  10. インクをインクジェット方式で吐出して記録媒体に記録を行うインクジェット記録方法であって、使用するインクが、請求項1乃至9のいずれか1項に記載のインクジェット用インクであることを特徴とするインクジェット記録方法。
  11. インクを収容するインク収容部を備えたインクカートリッジであって、インク収容部に収容されているインクが、請求項1乃至9のいずれか1項に記載のインクジェット用インクであることを特徴とするインクカートリッジ。
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