JP5561891B2 - インクジェット用水性インク、インクジェット記録方法、インクカートリッジ、及びインクジェット記録装置 - Google Patents
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下記に、本発明にかかるインクを構成する各成分について説明する。
本発明においては、樹脂に対する溶解性が低い水溶性有機溶剤を貧溶媒、樹脂に対する溶解性が高い水溶性有機溶剤を良溶媒と定義する。具体的には、以下の方法で貧溶媒及び良溶媒を判定することができる。
本発明にかかるインクは、水、又は水と各種水溶性有機溶剤との混合溶媒である水性媒体を用いることができる。
1,5−ペンタンジオール、1,2−ヘキサンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,2,6−ヘキサントリオール、1,1,1−トリメチロールプロパン等の飽和炭素原子に水酸基が結合した多価アルコール類。エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール等の炭素数1〜4の1価アルキルアルコール類。ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類。アセトン、ジアセトンアルコール等のケトン又はケトアルコール類。テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類。ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール類。ジエチレングリコール、プロピレングリコール、トリエチレングリコール、チオジグリコール等のアルキレン基が2〜6個の炭素原子を含むアルキレングリコール類。ポリエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート等の低級アルキルエーテルアセテート等。ビスヒドロキシエチルスルホン。エチレングリコールモノメチル(又はエチル、ブチル)エーテル、ジエチレングリコールモノメチル(又はエチル、ブチル)エーテル、トリエチレングリコールモノメチル(又はエチル、ブチル)エーテル等の低級アルキルグリコールエーテル類。トリエチレングリコールジメチル(又はエチル)エーテル、テトラエチレングリコールジメチル(又はエチル)エーテル等の低級ジアルキルグリコールエーテル類。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等のアルカノールアミン類。スルホラン、N−メチル−2−ピロリドン、2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等。
本発明にかかるインクは、水酸基を有する樹脂を含有することが必須である。水酸基を有する樹脂は、アクリルエステル系モノマーを共重合して得られるアクリルエステル系ポリマーのうち、アクリルエステル系モノマーの一部に、例えば、水酸基を有するモノマーを共重合した樹脂等が挙げられる。
本発明における、インク中の水酸基を有するフリー樹脂の含有量は以下の方法によって測定することが可能である。勿論、本発明は下記の方法に限られるものではなく、他の方法を用いて測定した値を用いても構わない。
本発明にかかるインクに用いることができる顔料は、例えば、カーボンブラックや有機顔料等が挙げられる。顔料の含有量(質量%)は、インク全質量を基準として、0.1質量%以上10.0質量%以下であることが好ましい。
カーボンブラックは、例えば、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等のカーボンブラックを用いることができる。勿論、本発明は下記に限定されるものではない。
レイヴァン:1170、1190ULTRA−II、1200、1255、1250、1500、2000、3500、5000、5250、5750、7000等(コロンビア製)。ブラックパールズL、リーガル:330R、400R、660R、モウグルL、モナク:700、800、880、900、1000、1100、1300、1400、ヴァルカンXC−72R等(キャボット製)。カラーブラック:FW1、FW2、FW2V、FW18、FW200、S150、S160、S170、プリンテックス:35、U、V、140U、140V、スペシャルブラック:4、4A、5、6等(デグッサ製)
No.25、No.33、No.40、No.47、No.52、No.900、No.2300、MCF−88、MA7、MA8、MA100、MA600等(三菱化学製)。
有機顔料は、具体的には、以下のものが挙げられる。
トルイジンレッド、トルイジンマルーン、ハンザイエロー、ベンジジンイエロー、ピラゾロンレッド等の不溶性アゾ顔料。リトールレッド、ヘリオボルドー、ピグメントスカーレット、パーマネントレッド2B等の水溶性アゾ顔料。アリザリン、インダントロン、チオインジゴマルーン等の建染染料からの誘導体。フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン等のフタロシアニン系顔料。キナクリドンレッド、キナクリドンマゼンタ等のキナクリドン系顔料。ペリレンレッド、ペリレンスカーレット等のペリレン系顔料。イソインドリノンイエロー、イソインドリノンオレンジ等のイソインドリノン系顔料。ベンズイミダゾロンイエロー、ベンズイミダゾロンオレンジ、ベンズイミダゾロンレッド等のイミダゾロン系顔料。ピランスロンレッド、ピランスロンオレンジ等のピランスロン系顔料。
インジゴ系顔料。縮合アゾ系顔料。チオインジゴ系顔料。フラバンスロンイエロー、アシルアミドイエロー、キノフタロンイエロー、ニッケルアゾイエロー、銅アゾメチンイエロー、ペリノンオレンジ、アンスロンオレンジ、ジアンスラキノニルレッド、ジオキサジンバイオレット等。
C.I.ピグメントイエロー:12、13、14、17、20、24、74、83、86、93、109、110、117、120、125、128、137、138、147、148、151、153、154、166、168等。C.I.ピグメントオレンジ:16、36、43、51、55、59、61等。C.I.ピグメントレッド:9、48、49、52、53、57、97、122、123、149、168、175、176、177、180、192、215、216、217、220、223、224、226、227、228、238、240等。C.I.ピグメントバイオレット:19、23、29、30、37、40、50等。C.I.ピグメントブルー:15、15:3、15:1、15:4、15:6、22、60、64等。C.I.ピグメントグリーン:7、36等。C.I.ピグメントブラウン:23、25、26等。
本発明にかかるインクには、耐擦過性や耐マーカー性、更には吐出特性を考慮して、水酸基を有する樹脂を分散剤として用いることが必須である。更に、本発明にかかるインクには、これらを添加することによる効果が得られ、且つ、本発明の目的効果を損なわない範囲で、その他の樹脂を分散剤として併用しても構わない。
本発明で使用するインク中には、上記の成分のほかに、更に必要に応じて保湿剤を添加することは勿論、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、防黴剤等を添加してもよい。
インクジェット記録装置の一例について以下に説明する。まず、熱エネルギーを利用したインクジェット記録装置の主要部である記録ヘッドの構成の一例を図3及び図4に示す。図3は、インク流路に沿った記録ヘッド13の断面図であり、図4は図3のA−B線での切断面図である。記録ヘッド13はインク流路(ノズル)14を有する部材と発熱素子基板15とで構成される。発熱素子基板15は、保護層16、電極17−1及び17−2、発熱抵抗体層18、蓄熱層19、基板20で構成される。
以下の顔料分散液の調製において、カーボンブラック及び樹脂は、下記のものを用いた。勿論、本発明はこれに限られるものではない。
・カーボンブラック:比表面積が210m2/gでDBP吸油量が74ml/100gであるもの。
・樹脂A:重量平均分子量が8,000であるポリ(2−ヒドロキシエチルアクリレート)−b−ポリ(スチレン−co−アクリル酸)(組成(モル)比20:60:20)を10質量%水酸化カリウム水溶液で中和して得られた樹脂。
・樹脂B:重量平均分子量が14,000であるポリ(ベンジルメタクリレート−co−アクリル酸)(組成(モル)比70:30)を、10質量%水酸化カリウム水溶液で中和して得られた樹脂。
カーボンブラック10部、樹脂A2部、イオン交換水88部を混合し、バッチ式縦型サンドミルを用いて3時間分散させた。得られた分散液を遠心分離処理することで粗大粒子を除去した後、ポアサイズ3.0μmのミクロフィルター(富士フィルム製)にて加圧ろ過して、樹脂分散型ブラック顔料1を調製した。更に、上記で得られた樹脂分散型ブラック顔料1に水を加えて顔料濃度が10質量%となるように分散させ、分散液を調製した。上記の方法により、ブラック顔料分散液1を得た。得られたブラック顔料分散液1を限外濾過して、水酸基を有するフリー樹脂の含有量を調整した。ブラック顔料分散液1中の、顔料の含有量及び樹脂Aの含有量の質量比率(顔料:樹脂A)は、100:19であった。
カーボンブラック10部、樹脂A2部、樹脂B2部、イオン交換水86部を混合し、バッチ式縦型サンドミルを用いて3時間分散させた。得られた分散液を遠心分離処理することで粗大粒子を除去した後、ポアサイズ3.0μmのミクロフィルター(富士フィルム製)にて加圧ろ過して、樹脂分散型ブラック顔料2を調製した。更に、上記で得られた樹脂分散型ブラック顔料2に水を加えて顔料濃度が10質量%となるように分散させ、分散液を調製した。上記の方法により、ブラック顔料分散液2を得た。得られたブラック顔料分散液2を限外ろ過して、水酸基を有するフリー樹脂の含有量を調整した。ブラック顔料分散液2中の顔料の含有量及び樹脂Aの含有量の質量比率を求めるために、以下の操作を行った。上記で得られたブラック顔料分散液2を乾固した後、この固体をテトラヒドロフラン中に溶解させて溶液を得た。その後、得られた液体をポアサイズ3.0μmのミクロフィルター(富士フィルム製)にて加圧ろ過して、顔料と樹脂を含む溶液を分離した。更に、樹脂を含む溶液についてGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)を行い、樹脂A及び樹脂Bをそれぞれ分取した。ブラック顔料分散液2中の、顔料の含有量及び樹脂Aの含有量の質量比率(顔料:樹脂A)は、100:18であった。
カーボンブラック10部、樹脂A2部、イオン交換水88部を混合し、バッチ式縦型サンドミルを用いて3時間分散させた。得られた分散液を遠心分離処理することで粗大粒子を除去した後、ポアサイズ3.0μmのミクロフィルター(富士フィルム製)にて加圧ろ過して、樹脂分散型ブラック顔料3を調製した。更に、上記で得られた樹脂分散型ブラック顔料3に水を加えて顔料濃度が10質量%となるように分散させ、分散液を調製した。上記の方法により、ブラック顔料分散液3を得た。得られたブラック顔料分散液3を限外ろ過して、水酸基を有するフリー樹脂の含有量を調整した。ブラック顔料分散液3中の、顔料の含有量及び樹脂Aの含有量の質量比率(顔料:樹脂A)は、100:17であった。
カーボンブラック10部、樹脂A3部、イオン交換水87部を混合し、バッチ式縦型サンドミルを用いて3時間分散させた。得られた分散液を遠心分離処理することで粗大粒子を除去した後、ポアサイズ3.0μmのミクロフィルター(富士フィルム製)にて加圧ろ過して、樹脂分散型ブラック顔料4を調製した。更に、上記で得られた樹脂分散型ブラック顔料4に水を加えて顔料濃度が10質量%となるように分散させ、分散液を調製した。上記の方法により、ブラック顔料分散液4を得た。得られたブラック顔料分散液4をブラック顔料分散液1と同じ条件で限外ろ過を行い、水酸基を有するフリー樹脂の含有量を調整した。ブラック顔料分散液4中の、顔料の含有量及び樹脂Aの含有量の質量比率(顔料:樹脂A)は、100:20であった。
下記表1及び表2に示した各成分を混合し、十分撹拌した後、ポアサイズ1.0μmのミクロフィルター(富士フィルム製)にて加圧ろ過を行い、インク1〜14を調製した。
インク中の、顔料に吸着していない状態の水酸基を有する樹脂(水酸基を有するフリー樹脂)の含有量(質量%)を、下記の方法により定量した。結果を表1及び表2に示す。
インクの調製に用いた各水溶性有機溶剤について、貧溶媒・良溶媒の判定を行った。水溶性有機溶剤を50質量%となるようにイオン交換水で希釈した水溶液に、樹脂Aの10質量%水溶液を0.5g滴下し、室温で密閉した状態で4日間放置した。その後、初期の状態と比較して、液体が白濁した場合や、油状物質又は析出物の存在が確認された場合、該水溶性有機溶剤を貧溶媒と判定し、液体に特に変化が生じなかった場合、該水溶性有機溶剤を良溶媒と判定した。
(滲み出し現象)
上記で得られたインクをインクカートリッジに充填し、インクジェット記録装置PIXUS 860i(キヤノン製)を改造したもののシアンインクのポジションに搭載した。その後、ヘッドクリーニング操作を2回行い、インクが吐出口まで到達していることを確認した後、インクジェット記録装置の主電源を切った。この状態でインクジェット記録装置を室温で2週間放置した。その後、インクジェット記録装置の主電源を入れることなく、インクカートリッジが搭載されたままの状態で記録ヘッドを本体から取り外し、顕微鏡を用いて吐出口(ノズル)付近の状態を観察した。その後、再び記録ヘッドをインクジェット記録装置に搭載して主電源を入れ、ヘッドクリーニング動作を1回行った。その後、ノズルチェックパターンを記録した。ノズルの状態及びノズルチェックパターンにより、滲み出し現象の評価を行った。滲み出し現象の基準は以下の通りである。評価結果を表4に示す。
A:全てのノズルにおいて、滲み出し現象が確認されず、ノズルチェックパターンに記録不良は確認されない。
B:全ノズルの1%未満で滲み出し現象が確認されたが、ノズルチェックパターンに記録不良は確認されない。
C:全ノズルの1%以上5%未満で滲み出し現象が確認され、一部のノズルでノズルチェックパターンに記録不良が確認される。
D:全ノズルの5%以上で滲み出し現象が確認され、更に、ノズルチェックパターンに記録不良が確認される。
上記で得られたインク1〜3、8、及び9をそれぞれインクカートリッジに充填し、インクジェット記録装置PIXUS 860i(キヤノン製)を改造したもののブラックインクのポジションに搭載した。その後、記録媒体(PB Paper;キヤノン製)に2cm×2cmのベタ部及び文字の記録を行い、記録物を作製した。尚、インク1ドットあたりの吐出量は、30ng±10%以内である。
・用紙の種類:普通紙
・印刷品質:標準
・色調整:自動
上記で得られた記録物を室温にて1分間放置した後、記録部を指で擦り、ベタ部と文字及び指の汚れの程度を目視で確認して、耐擦過性の評価を行った。耐擦過性の基準は以下の通りである。評価結果を表5に示す。
A:ベタ部及び文字共に記録部の削れがほとんど目立たず、指も汚れていない。
B:ベタ部又は文字部が削れ、指が汚れている。
上記で得られたインク1〜3、8、及び9をそれぞれインクカートリッジに充填し、インクジェット記録装置PIXUS 860i(キヤノン製)を改造したもののブラックインクのポジションに搭載した。その後、記録媒体(PB Paper;キヤノン製)に2cm×2cmのベタ部及び文字の記録を行い、記録物を作製した。尚、インク1ドットあたりの吐出量は、30ng±10%以内である。
・用紙の種類:普通紙
・印刷品質:標準
・色調整:自動
上記で得られた記録物を室温にて1時間放置した後、イエローの蛍光ペン(スポットライター;パイロット製)を用いて文字の部分を通常の筆圧で1度マークし、記録物及びペン先の汚れの程度を目視で確認して、耐マーカー性の評価を行った。耐マーカー性の基準は以下の通りである。評価結果を表5に示す。
A:記録物の滲みや白地部分の汚れが認められず、ペン先も汚れていない。
B:記録物に白地部分の汚れが認められないが、ペン先がやや汚れている。
C:記録物に白地部分の汚れが認められる。
上記で得られたインク1〜3、8、及び9をそれぞれインクカートリッジに充填し、インクジェット記録装置PIXUS 860i(キヤノン製)を改造したもののブラックインクのポジションに搭載した。その後、記録媒体(PB Paper;キヤノン製)に、駆動周波数を100Hz、1kHz、5kHz、10kHzと変化させて、2cm×8cmで記録密度100%のベタ部をそれぞれ記録し、記録物を作製した。尚、インク1ドットあたりの吐出量は、30ng±10%以内である。
・用紙の種類:普通紙
・印刷品質:標準
・色調整:自動
上記で得られた記録物のベタ画像の画像濃度やムラの様子、及び記録する際の不吐出の様子を目視で観察し、吐出特性の評価を行った。吐出特性の基準は以下の通りである。評価結果を表5に示す。
A:10kHzまでは不吐出がなく、又、10kHzと100Hzの記録で得られたベタ画像を比較すると、画像濃度やムラが同程度である。
B:10kHzまでは不吐出はないが、10kHzと100Hzの記録で得られたベタ画像を比較すると、10kHzのベタ画像における画像濃度やムラの様子が劣る。
C:不吐出が発生する。
2 ヒーター
3 オリフィス面
4 水分子
5 樹脂が吸着した顔料
6 水溶性有機溶剤
7 水酸基を有するフリー樹脂
8 蒸発した水分子
9 水酸基を有するセグメント
10 水酸基を有さないセグメント
13 記録ヘッド
14 ノズル
15 発熱素子基板
16 保護層
17−1、17−2 電極
18 発熱抵抗体層
19 蓄熱層
20 基板
21 インク
22 吐出口
23 メニスカス
24 インク滴
25 記録媒体
26 マルチノズル
27 ガラス板
28 記録ヘッド
40 インク袋
42 栓
44 インク吸収体
45 インクカートリッジ
51 紙給部
52 紙送りローラー
53 排紙ローラー
61 ブレード
62 キャップ
63 インク吸収体
64 吐出回復部
65 記録ヘッド
66 キャリッジ
67 ガイド軸
68 モーター
69 ベルト
70 記録ユニット
71 記録ヘッド
72 大気連通口
80 インク流路
81 オリフィスプレート
82 振動板
83 圧電素子
84 基板
85 吐出口
Claims (6)
- 水酸基を有する樹脂、顔料(ただし、マイクロカプセル化顔料を除く)、及び水溶性有機溶剤を含有するインクジェット用水性インクであって、
前記水酸基を有する樹脂が、水酸基を有するセグメントA及び水酸基を有さないセグメントBのAB型ブロック共重合体であり、
前記セグメントBが、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、スチレン、酢酸ビニル、1,3−ブタジエンからなる群から選ばれるモノマーに由来するユニットを有し、
前記水酸基を有する樹脂には、前記顔料に吸着している樹脂及び前記顔料に吸着していない樹脂が含まれ、
前記水溶性有機溶剤が、前記顔料に吸着していない樹脂に対して貧溶媒であり、かつ、前記セグメントBに対して良溶媒である第1の水溶性有機溶剤として、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、及び1,1,1−トリメチロールプロパンから選ばれる少なくとも1種、並びに、前記セグメントA及び前記セグメントBの両方に対して良溶媒である第2の水溶性有機溶剤として、グリセリン及びジエチレングリコールから選ばれる少なくとも1種を含み、
前記第1の水溶性有機溶剤の含有量が、前記第2の水溶性有機溶剤の含有量よりも多いことを特徴とするインクジェット用水性インク。 - 前記第1の水溶性有機溶剤のインク中の含有量が、前記顔料に吸着していない樹脂の含有量に対して、10倍以上である請求項1に記載のインクジェット用水性インク。
- 前記セグメントAが水酸基を有するモノマーに由来するユニットを有し、前記水酸基を有するモノマーが、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、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)アクリレートからなる群から選ばれるものである請求項1又は2に記載のインクジェット用水性インク。
- インクをインクジェット方法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、前記インクが、請求項1〜3の何れか1項に記載のインクジェット用水性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。
- 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において、前記インクが、請求項1〜3の何れか1項に記載のインクジェット用水性インクであることを特徴とするインクカートリッジ。
- 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たインクジェット記録装置において、前記インクが、請求項1〜3の何れか1項に記載のインクジェット用水性インクであることを特徴とするインクジェット記録装置。
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