JP5582096B2 - インクジェット記録用水性インク、それを用いたインクジェット記録方法およびインクジェット記録装置 - Google Patents
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Description
[1] バインダ樹脂と、色材、界面活性剤および水系溶媒を有するインクジェット記録用水性インクであって、
前記インクを加熱したときのインクの重量変化率を下記式で表すとき、
インクの重量変化率(%)=((加熱前のインクの重量−加熱後のインクの重量)/加熱前のインクの重量)×100
(1)前記インクの重量変化率が0%以上10%以下にわたって、E型粘度計により25℃、1rpmで測定されるインクの粘度が10mPa・s超30mPa・s以下であり、
(2)前記インクの重量変化率が35%以上55%以下のいずれかで、E型粘度計により25℃、1rpmの条件で測定されるインクの粘度が200mPa・sである点を有し、かつ
(3)前記インクの重量変化率が5%であるときの、インクの25℃における表面張力が、前記加熱前のインクの25℃における表面張力よりも低い、インクジェット記録用水性インク。
[2] 前記界面活性剤が、フッ素系界面活性剤である、[1]に記載のインクジェット記録用水性インク。
[3] 前記水系溶媒が、β-アルコキシプロピオンアミドを含む、[1]または[2]に記載のインクジェット記録用水性インク。
[4] 前記バインダ樹脂が、水溶性樹脂である、[1]〜[3]のいずれかに記載のインクジェット記録用水性インク。
[5] 前記色材が、顔料である、[1]〜[4]のいずれかに記載のインクジェット記録用水性インク。
[6] 前記水溶性樹脂は、酸価が50〜300mgKOH/gのアクリル系樹脂である、[4]に記載のインクジェット記録用水性インク。
[7] [1]〜[6]のいずれかに記載のインクジェット記録用水性インクを、吐出ヘッドから吐出させて記録媒体上に付着させるインクジェット記録方法であって、非吐出時に、前記吐出ヘッドのインクのメニスカスを常時振動させるステップを含む、インクジェット記録方法。
[8] 非画像領域において、前記吐出ヘッドからインクを吐出するステップをさらに含む、[7]に記載のインクジェット記録方法。
[9] 前記記録媒体上に付着したインクを加熱するステップをさらに含む、[7]または[8]に記載のインクジェット記録方法。
[10] 前記記録媒体が、水の吸収性を有しない記録媒体または低吸収性記録媒体である、[7]〜[9]のいずれかに記載のインクジェット記録方法。
[11] [1]〜[6]のいずれかに記載のインクジェット記録用水性インクを収容する吐出ヘッドを有する、インクジェット記録装置。
[12] 前記記録媒体上に付着したインク滴を加熱する加熱手段をさらに有する、[11]に記載のインクジェット記録装置。
[13] 前記吐出ヘッドのノズル開孔部を有する面を洗浄するクリーニング手段をさらに有する、[11]または[12]に記載のインクジェット記録装置。
本発明のインクジェット記録用水性インク(以下インクともいう)は、少なくともバインダ樹脂と、色材と、界面活性剤と、水系溶媒とを含む。
本発明のインクに用いられるバインダ樹脂は、着弾したインク滴を記録媒体に定着(接着)させる機能を有する。また、バインダ樹脂は、インク皮膜の耐擦性や耐水性を高めるだけでなく、光沢や光学濃度を高める機能を有することも求められている。そのため、バインダ樹脂は、水系溶媒に分散させやすいこと、透明性をある程度有すること、他のインク成分との相溶性を有していることがより好ましい。
本発明に用いることのできる色材は、染料、顔料またはこれらの混合物であってもよい。染料の例には、酸性染料、直接染料、塩基性染料等の水溶性染料;着色ポリマーまたは着色ワックスを含む分散染料;油溶性染料などが含まれる。なかでも、得られる画像の耐久性や耐擦性の観点などから、顔料が好ましい。
マゼンタまたはレッドおよびバイオレット用の有機顔料の好ましい例には、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8、C.I.ピグメントレッド12、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17、C.I.ピグメントレッド22、C.I.ピグメントレッド23、C.I.ピグメントレッド41、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112、C.I.ピグメントレッド114、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146、C.I.ピグメントレッド148、C.I.ピグメントレッド149、C.I.ピグメントレッド150、C.I.ピグメントレッド166、C.I.ピグメントレッド170、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220、C.I.ピグメントレッド202、C.I.ピグメントレッド222、C.I.ピグメントレッド238、C.I.ピグメントレッド245、C.I.ピグメントレッド258、C.I.ピグメントレッド282、C.I.ピグメントバイオレット19、C.I.ピグメントバイオレット23等が含まれる。
界面活性剤は、記録媒体上で水性インクを濡れ広がりやすくする機能を有する。本発明で用いることのできる界面活性剤に特に制限はなく、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、および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、および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、および第四級アンモニウム塩類等のカチオン性界面活性剤;シリコーン系界面活性剤;フッ素系界面活性剤などを用いることができる。
本発明における水系溶媒は、水と水溶性有機溶剤の混合物を示す。
本発明のインクは、必要に応じてその他の成分をさらに含んでもよい。その他の成分の例には、防カビ剤、防錆剤、防腐剤、防黴剤、消泡剤、粘度調整剤、浸透剤、pH調整剤、乾燥防止剤(例えば尿素、チオ尿素、エチレン尿素など)等が含まれる。
本発明のインクは、インクジェット記録用水性インクとして好ましく用いられる。最初のインク滴が記録媒体上に着弾すると、その位置で濡れ広がると考えられる。吸水性を有する記録媒体上では、インク滴は記録媒体に浸透するため、濡れ広がると考えられる。しかしながら、吸水性が低い記録媒体上では、インク滴が記録媒体に浸透しないため、濡れ広がりにくいと考えられる。そのため、着弾直後の乾燥初期では、インク滴を濡れ広がりやすくする必要があると考えられる。
インクの重量変化率(%)=((加熱前のインクの重量−加熱後のインクの重量)/加熱前のインクの重量)×100
本発明のインクジェット記録用水性インクは、前述のバインダ樹脂と、色材と、水系溶媒と、界面活性剤と、必要に応じて他の成分とを混合するステップを経て製造される。混合手段は、特に制限されず、スリーワンモーター、マグネチックスターラー、ディスパー、ホモジナイザー、ラインミキサー等であってよい。
本発明のインクジェット記録方法に用いられるインクジェット記録装置は、インクを吐出する吐出ヘッドを有する。
1)バインダ樹脂
ジョンクリル 538J:(BASF社製、アクリル樹脂エマルジョン、固形分45.0質量%、酸価:61mgKOH/g、Tg:66℃、重量平均分子量2×105以上)
ジョンクリル JDX−6500:(BASF社製、水溶性アクリル樹脂、固形分29.5質量%、酸価:74mgKOH/g、Tg:65℃、重量平均分子量1.0×104)
P−2:下記合成例で合成したアミン中和水溶性樹脂(固形分20質量%、酸価:72mgKOH/g、Tg:82℃、重量平均分子量3.0×104)
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質量部入れて、窒素バブリングしながら加熱還流した。得られた2−プロパノールに、メタクリル酸メチルを76質量部、アクリル酸2−エチルヘキシルを13質量部、およびメタクリル酸を11質量部を添加して混合溶液を調製した。得られた混合溶液に、開始剤(AIBN)0.5質量部を溶解させたモノマー溶液を、滴下ロートで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、放冷し、減圧下で2−プロパノールを留去した。それにより、(メタ)アクリル酸エステルと他の共重合モノマーとの共重合体(アクリル系共重合樹脂)を得た。
得られたアクリル系共重合樹脂20質量部に、イオン交換水67.8質量部と、中和塩基としてN,N−ジメチルアミノエタノール12.2質量部とを加えて、70℃で加熱攪拌して樹脂を溶解させた。それにより、樹脂固形分20質量%の水溶性樹脂P−2の水溶液を得た。なお、N,N−ジメチルアミノエタノールの添加量は、アクリル系共重合樹脂の酸性基の化学当量数に対して1.05倍の化学当量数となるようにした。
BYK−340:フッ素系界面活性剤(ビックケミー社製)
KF−351:シリコーン系界面活性剤(信越化学社製)
(A)水溶性有機溶剤
HDO:1,2−ヘキサンジオール
DPGME:ジプロピレングリコールモノメチルエーテル
(B)水溶性有機溶剤
BDMPA:3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロピオンアミド
2−PDN:2−ピロリジノン
その他:イオン交換水
(実施例1)
シアン顔料分散体の調製
顔料分散剤としてフローレンTG−750W(固形分40質量%、エボニックデグサ社製)20質量部を、イオン交換水65質量部に加えた。この溶液に、C.I.ピグメントブルー15:3を15質量部添加して、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により分散させた。それにより、顔料固形分が15質量%であるシアン顔料分散体を得た。
水溶性有機溶剤として、1,2−ヘキサンジオール(HDO)9質量部と、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル(DPGME)5質量部と、3−ブトキシ−N,N−ジメチルプロピオンアミド(BDMPA)4質量部と、をイオン交換水20質量部に添加して、水系溶媒を得た。得られた水系溶媒に、バインダ樹脂としてジョンクリル JDX−6500を20.3質量部、界面活性剤としてBYK−340を0.1質量部加えて攪拌し、イオン交換水で全量が80質量部となるように調製した。得られた溶液に、上記調製したシアン顔料分散体20質量部を加えて攪拌した。得られた溶液を0.8μmのフィルターでろ過して、シアンインクC−1を得た。
インクの組成を、表1に示されるように変更した以外は実施例1と同様にしてインクC−2〜C−3を調製した。
インクの組成を、表1に示されるように変更した以外は実施例1と同様にしてインクC−4〜C−8を調製した。
粘度の測定には、恒温槽付き回転粘度計(東機産業社製:VISCOMETER TV−33、VISCOMATE VM−150III)を用いた。恒温槽を25℃に設定した。加熱前(初期)のインクの、25℃における測定開始1分後の粘度を測定した。
インクの重量変化率(%)=((加熱前のインクの重量−加熱後のインクの重量)/加熱前のインクの重量)×100
インクの表面張力は、協和界面科学社製の自動表面張力計CVBP−Z型を用いて、Wilhelmy法(プレート法)により25℃で測定した。
吐出ヘッドとして、KM512MN(コニカミノルタIJ社製)駆動周波数13kHz、最小液滴量14plのものを用いた。そして、吐出ヘッドを4列搭載したオンデマンド型のインクジェットプリンターのインクジェットヘッドの1つに、得られたインク(シアンインク)を装填した。
記録画像の印字率50%画像部分をマイクロスコープで観察し、隣接するドットの形状を観察した。液寄り耐性の評価は、以下の基準に基づいて行った。
○:ドットが接する部分が僅かに膨らんでいるが、それぞれが円形を保っている
△:ドットが接する部分が膨らみ、一部が合一して円形を保てない
×:ドットが合一して楕円のようになっている
上記評価基準において、○と△が実用上好ましいと判断した。
A4サイズの前記記録媒体上に、連続して10枚のベタ画像を作成した後、インクジェットヘッドを25℃、55%RHの環境下で1分間放置した。その後、再度画像を形成して、得られた11枚目のベタ画像の画質を目視観察した。インクの吐出安定性を、以下の基準に基づいて評価した。
◎:画像欠陥(スジ故障)は全く認められず、均一な画像である
○:画像の書き出し部(書き出し部から2mm以下の範囲)に、ごくわずかにかすれの発生が認められる
△:インクの射出不良に起因する画像欠陥(スジ故障)の発生がわずかに認められる
×:インクの射出不良に起因する画像欠陥(スジ故障)の発生が認められる
上記評価基準において、◎〜△が実用上好ましいと判断した。
記録媒体として軟質塩化ビニルシート MD5(メタマーク社製)を準備した。軟質塩化ビニルシート上に、インク付着量が約16g/m2となるように、ワイヤーバーで塗布した後、乾燥させた。得られた塗膜の、60°光沢度を測定した。光沢度の測定は、日本電色工業株式会社製の変角光沢度計(VGS−1001DP)により、60°での光沢度を測定した。光沢性の評価は、以下の基準に基づいて行った。
○:60°光沢度が、85%以上100%未満である
△:60°光沢度が、70%以上85%未満である
×:60°光沢度が、70%未満である
上記評価基準において、○と△が実用上好ましいと判断した。
(実施例5)
イエロー顔料分散体(Y)の調製
シアン顔料分散体の調製において、C.I.ピグメントブルー15:3に代えて、C.I.ピグメントイエロー74を用いた以外は実施例1と同様にしてイエロー顔料分散体を調製した。
シアン顔料分散体の調製において、C.I.ピグメントブルー15:3に代えて、C.I.ピグメントレッド122を用いた以外は実施例1と同様にしてマゼンタ顔料分散体を調製した。
シアン顔料分散体の調製において、C.I.ピグメントブルー15:3に代えて、カーボンブラックを用いた以外は実施例1と同様にしてブラック顔料分散体を調製した。
得られたイエロー顔料分散体(Y)、マゼンタ顔料分散体(M)、ブラック顔料分散体(K)、および実施例1で調製したシアン顔料分散体(C)を用いて、比較例1と同様にして各色インク(Y−4、M−4、K−4、C−4)を調製した。
得られたイエロー顔料分散体(Y)、マゼンタ顔料分散体(M)、ブラック顔料分散体(K)および実施例1で調製したシアン顔料分散体(C)を用いて、比較例4と同様にして各色インク(Y−7、M−7、K−7、C−7)を調製した。
印字した4色の細線を格子状に重ねた各画像を目視観察およびマイクロスコープで観察した。カラーブリード耐性を、以下の基準に基づいて評価した。
◎:カラーブリードが、全ての色間で見られない
○:マイクロスコープで見ると、2色間でわずかにカラーブリードの発生が認められるが、目視観察では確認できず、画質への影響は全くない
△:目視観察でも、カラーブリードの発生が認められる
×:カラーブリードが激しく発生しており、画質が著しく劣化している
上記評価基準において、◎と○が実用上好ましいと判断した。
Claims (12)
- バインダ樹脂、色材、界面活性剤および水系溶媒を有するインクジェット記録用水性インクであって、
前記水系溶媒が、β-アルコキシプロピオンアミドを含み、
前記インクを加熱したときのインクの重量変化率を下記式で表すとき、
インクの重量変化率(%)=((加熱前のインクの重量−加熱後のインクの重量)/加熱前のインクの重量)×100、
(1)前記インクの重量変化率が0%以上10%以下にわたって、E型粘度計により25℃、1rpmで測定されるインクの粘度が10mPa・s超30mPa・s以下であり、
(2)前記インクの重量変化率が35%以上55%以下のいずれかで、E型粘度計により25℃、1rpmの条件で測定されるインクの粘度が200mPa・sとなる点を有し、かつ、
(3)前記インクの重量変化率が5%であるときの、インクの25℃における表面張力が、前記加熱前のインクの25℃における表面張力よりも低い、
インクジェット記録用水性インク。 - 前記界面活性剤が、フッ素系界面活性剤である、請求項1に記載のインクジェット記録用水性インク。
- 前記バインダ樹脂が、水溶性樹脂である、請求項1または2に記載のインクジェット記録用水性インク。
- 前記色材が、顔料である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のインクジェット記録用水性インク。
- 前記水溶性樹脂が、酸価が50〜300mgKOH/gのアクリル系樹脂である、請求項3に記載のインクジェット記録用水性インク。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載のインクジェット記録用水性インクを、吐出ヘッドから吐出させて記録媒体上に付着させるインクジェット記録方法であって、
非吐出時に、前記吐出ヘッドのインクのメニスカスを常時振動させることを特徴とするインクジェット記録方法。 - 非画像領域において、前記吐出ヘッドからインクを吐出するステップをさらに含む、請求項6に記載のインクジェット記録方法。
- 前記記録媒体上に付着したインク滴を加熱するステップをさらに含む、請求項6または7に記載のインクジェット記録方法。
- 前記記録媒体が、水の吸収性を有しない記録媒体または低吸収性記録媒体である、請求項6〜8のいずれか一項に記載のインクジェット記録方法。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載のインクジェット記録用水性インクを収容する吐出ヘッドを有する、インクジェット記録装置。
- 前記記録媒体上に付着したインク滴を加熱する加熱手段をさらに有する、請求項10に記載のインクジェット記録装置。
- 前記吐出ヘッドのノズル開孔部を有する面を洗浄するクリーニング手段をさらに有する、請求項10または11に記載のインクジェット記録装置。
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