JP5651635B2 - インクジェット記録装置用インク、及び画像形成方法 - Google Patents
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Description
前記浸透剤が、炭素原子数8、又は9のアルカンジオールを含み、
前記アルカンジオールの含有量が、インクの全質量に対して0.3〜1.0質量%であり、
前記界面活性剤の含有量が、インクの全質量に対して0.05〜1.0質量%である、インクジェット記録装置用インクに関する。
R1は、CAH2A+1であり、
R2は、CBH2B+1であり、
A及びBは、1以上の整数であり、
A+Bは、6以上の整数であり、
−E−O−は、−CH2CH2−O−であり、
−P−O−は、−CH2CH(CH3)−O−であり、
n及びmは、正の数であり、
n+mは、5以上であり、
n>mであり、
(−E−O−)及び(−P−O−)からなる繰返し配列は、ランダムであってもブロックであってもよい。)
本発明の第1実施形態に係るインクジェット記録装置用インク(以下、単にインクともいう)は、少なくとも、水と、顔料分散体と、炭素原子数8、又は9のアルカンジオールを含む浸透剤と、式(I)で表される化合物からなる界面活性剤とを含有し、インクの全質量に対して、浸透剤、及び界面活性剤を所定量含む。前述の成分を所定量含む第一実施形態に係るインクによれば、所望する径及び形状のドットを形成することができる。まず、第1実施形態に係るインクによって形成されるドットの径、及び形状について説明する。
インク液滴が被記録媒体に着弾して形成されたドットの直径(ドット径)と、ドットの形状(ドット形状)を評価することによって、形成画像の画質の評価を行うことができる。一般的に、所定の解像度にて、可能な範囲でドット径が大きいほど形成画像の画質が向上する。また、ドット形状が真円に近いほど形成画像の画質が向上する。
(ドットの直径算出式)
ドットの直径=√(4×ドットの面積/π)
(形状係数算出式)
形状係数=(ドットの周囲長)2/(4π×ドットの面積)
なお、ドット内部に、インクにより着色されていない穴がある場合、穴の周囲長さはドットの周囲長に含めず、穴の面積はドットの面積に含めない。
本発明のインクジェット記録装置用インクは、水性インクであり、水を必須に含む。インクに含まれる水は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されず、従来から、水性インクの製造に使用されている水から、所望の純度の水を適宜選択して使用できる。本発明のインクジェット記録装置用インクにおける水の含有量は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。水の含有量は、後述する、他の成分の使用量に応じて適宜変更される。インクにおける典型的な水の含有量としては、インクの全質量に対して20〜70質量%が好ましく、25〜60質量%がより好ましい。
本発明のインクジェット記録装置用インクは、着色剤である顔料と樹脂とを含む顔料分散体を含む。
顔料分散体中に含有させることができる顔料は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されず、従来からインクジェット記録装置用インクにおいて着色剤として使用されている顔料から適宜選択して使用できる。好適な顔料の具体例は、C.I.ピグメントイエロー74、93、95、109、110、120、128、138、139、151、154、155、173、180、185、193等の黄色顔料、C.I.ピグメントオレンジ34、36、43、61、63、71等の橙色顔料、C.I.ピグメントレッド122、202等の赤色顔料、C.I.ピグメントブルー15等の青色顔料、C.I.ピグメントバイオレット19、23、33等の紫色顔料、C.I.ピグメントブラック7等の黒色顔料等を挙げることができる。
顔料分散体に含まれる樹脂は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されず、従来から顔料分散体の製造に用いられている種々の樹脂から適宜選択して使用できる。好適な樹脂の具体例としては、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−メタクリル酸−メタクリル酸アルキルエステル−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が挙げられる。これらの樹脂の中では、調製が容易で、顔料の分散効果に優れることから、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−メタクリル酸−メタクリル酸アルキルエステル−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−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−メタクリル酸アルキルエステル共重合体等の、スチレンに由来する単位と、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、又はメタクリル酸エステルに由来する単位とを含むスチレン−アクリル系樹脂が好ましい。
顔料と樹脂とを含む顔料分散体を製造する方法は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されず、従来知られる方法から適宜選択できる。好適な方法としては、例えば、ナノグレンミル(浅田鉄工株式会社製)、MSCミル(三井鉱山株式会社製)、ダイノミル(株式会社シンマルエンタープライゼス製)等のメディア型湿式分散機を用いて、水等の適切な液体の媒体中で、顔料と樹脂とを混練して顔料分散体とする方法が挙げられる。メディア型湿式分散機による処理では、小粒径のビーズを用いる。ビーズの粒径は特に限定されず、典型的には粒径0.5〜1.0mmである。また、ビーズの材質は特に限定されず、ジルコニア等の硬質の材料が使用される。
インクジェット記録装置用インクは、インクの被記録媒体への浸透性を高める目的で、浸透剤を含む。浸透剤は、炭素原子数8、又は9のアルカンジオールである。インクが浸透剤として、炭素原子数8、又は9のアルカンジオールを含有することにより、所望する径及び形状のドットを形成でき、且つ、所望する濃度の画像を形成できる。
第1実施形態に係るインクジェット記録装置用インクは、下記一般式(I)で表される化合物からなる界面活性剤を含む。界面活性剤として、下記一般式(I)で表される化合物を、複数組み合わせて用いることもできる。
R1は、CAH2A+1であり、
R2は、CBH2B+1であり、
A及びBは、1以上の整数であり、
A+Bは、6以上の整数であり、
−E−O−は、−CH2CH2−O−であり、
−P−O−は、−CH2CH(CH3)−O−であり、
n及びmは、正の数であり、
n+mは、5以上であり、
n>mであり、
(−E−O−)、及び(−P−O−)からなる繰返し配列は、ランダムであってもブロックであってもよい。)
特に限定されない。A及びBは、A+Bが6以上の整数であることを条件として、それぞれ、1〜13が好ましく、2〜8がより好ましい。
溶解安定剤は、インクに含まれる成分を相溶化してインクの溶解状態を安定化させる成分である。溶解安定剤の具体例としては、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、及びγ−ブチロラクトン等が挙げられる。これらの溶解安定剤は2種以上を組み合わせて用いることができる。インクが溶解安定剤を含有する場合、溶解安定剤の含有量は、インクの全質量に対して1〜20質量%が好ましく、3〜15質量%がより好ましい。
保湿剤は、インクからの液体成分の揮発を抑制してインクの粘性を安定化させる成分である。保湿剤の具体例は、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;エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、1,2,6−ヘキサントリオール、チオジグリコール、1,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール等のアルキレングリコール類;グリセリンである。これらの、保湿剤の中では、水等の液体成分の揮発の抑制効果に優れることからグリセリンがより好ましい。保湿剤は2種以上を組み合わせて用いることができる。インクが保湿剤を含有する場合、保湿剤の含有量は、インクの全質量に対して2〜30質量%が好ましく、10〜25質量%がより好ましい。
インクの製造方法は、水、顔料分散体、浸透剤、及び式(I)で表される化合物からなる界面活性剤に対して、必要に応じて溶解安定剤、及び保湿剤を加えた後に、これらのインク成分を均一に混合することができれば特に限定されない。インクジェット記録装置用インクの製造方法の具体例としては、インクの各成分を混合機により均一に混合した後、孔径10μm以下のフィルターにより異物や粗大粒子を除去する方法が挙げられる。なお、インクジェット記録装置用インクを製造する際には、水、顔料分散体、保湿剤、浸透剤、及び式(I)で表される化合物からなる界面活性剤に対して、必要に応じて溶解安定剤等の有機溶媒の他の液体成分や、酸化防止剤、粘度調整剤、pH調整剤、防腐防カビ剤等の、従来、インクジェット記録装置用インクに加えられている種々の添加剤を加えることができる。また、第一実施形態のインクには、本発明の目的を阻害しない範囲で、式(I)以外で表される化合物の他の界面活性を加えてもよい。
第2実施形態は、第1実施形態に係るインクジェット記録装置用インクを用いて、インクジェット記録装置により画像を形成する、画像形成方法に関する。第2実施形態に係る画像形成方法で用いるインクジェット記録装置の記録方式は、特に限定されず、記録ヘッドが被記録媒体上を走査しながら記録を行うシリアル型であっても、装置本体に固定された記録ヘッドにより記録を行うラインヘッド型であってもよい。第2実施形態に係る画像形成方法で用いるインクジェット記録装置としては、画像形成の高速性の点からラインヘッド型の記録ヘッドを備える記録装置が好ましく、被記録媒体を搬送する方向に対して垂直方向に設置された長尺のラインヘッドを備える記録装置がより好ましい。
(スチレン−アクリル樹脂の製造)
顔料分散体の調製に用いるスチレン−アクリル樹脂を以下の手順により製造した。
まず、1000ml四つ口フラスコに、スターラー、窒素導入管、コンデンサー、滴下ロートをセットし、イソプロピルアルコール100g、メチルエチルケトン300gをフラスコに加え、窒素ガスをバブリングしながら加熱還流した。次いで、フラスコ内の混合液を70℃加熱還流させた状態で、メタクリル酸メチル40g、スチレン40g、アクリル酸ブチル10g、メタクリル酸10g、及び開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)0.4gを混合溶解した混合溶液を、滴下ロートを用いて、約2時間かけて滴下した。滴下後、さらにフラスコ内の混合液を6時間加熱還流し、さらに、AIBNを0.2g含むメチルエチルケトン溶液を、15分かけて滴下した。この後さらに5時間加熱還流し、分子量20,000のスチレン−アクリル樹脂を得た。得られたスチレン−アクリル樹脂の重量平均分子量(Mw)を、ゲルろ過クロマトグラフィー(HLC−8020GPC(東ソー株式会社製))を用いて下記条件により確認した。また、得られた樹脂の酸価を滴定により確認したところ、100mgKOH/gであった。
カラム:TSKgel、Super Multipore HZ−H(東ソー株式会社製、4.6mmID×15cm)
カラム本数:3本
溶離液:テトラヒドロフラン
流速:0.35ml/分
サンプル注入量:10μl
測定温度:40℃
検出器:IR検出器
検量線は、標準試料(TSK standard,polystyrene、東ソー株式会社製)から、F−40、F−20、F−4、F−1、A−5000、A−2500、A−1000、及びn−プロピルベンゼンの8種を選択して作成した。
(顔料分散体の製造)
シアン色顔料としてP.B−15:3を用いた。顔料分散体の調製に用いる材料の質量の合計に対して、顔料15質量%、製造例1で得たスチレン−アクリル樹脂6.0質量%、及び1,2−オクタンジオール0.2質量%と、残余の水(イオン交換水)とを、ダイノミル(マルチラボ,ベッセル容量0.6L(株式会社シンマルエンタープライゼス製))に仕込んだ。次いで、スチレン−アクリル樹脂の中和に必要な量の水酸化カリウムをダイノミルに加えた。その後、ベッセル容量に対して70%となるように、ビーズ径0.5mmのジルコニアビーズをメディアとしてダイノミルに充填して、水冷しながら、10℃、周速8m/sの条件で顔料とスチレン−アクリル樹脂とを混練した。なお、樹脂Aは中和等量の105%のNaOH水溶液で中和した。また、Naの質量は樹脂の質量として計算し、NaOH水溶液に含まれる水や中和反応で生じた水の質量はイオン交換水の質量として計算した。得られた顔料分散体を、イオン交換水を用いて300倍に希釈して、動的光散乱式粒径分布測定装置(ゼータサイザー ナノ(シスメックス株式会社製))により顔料の体積平均粒径D50を測定し、顔料の体積平均粒径が70〜130nmの範囲となっていることを確認した。
実施例1〜5、及び比較例1では、表1記載の浸透剤を用いてインクを調製した。具体的には、下記組成1の材料を撹拌機(スリーワンモーター BL−600(アズワン株式会社製))により回転数400rpmで撹拌して均一に混合した後、孔径5μmのフィルターによりろ過して、実施例1〜5、及び比較例1のインクを得た。なお、界面活性剤として、下記式(11)で表される化合物である界面活性剤11を用いた。
(組成1)
製造例2で得た顔料分散体:40質量%
トリエチレングリコールモノブチルエーテル:4.5質量%
2−ピロリドン(溶解安定剤):5.0質量%
界面活性剤11:0.5質量%
表1記載の種類の浸透剤:0.5質量%
グリセリン:15質量%
1,3−プロパンジオール:15質量%
イオン交換水:残余の量
ドット径及びドット形状の評価は、評価機として画像形成装置(ラインヘッド搭載インクジェット記録装置、京セラドキュメントソリューションズ製試験機)を用いて、25℃、50%RH環境下で形成された画像に含まれるドットについて行った。被記録媒体としてインクジェット用普通紙(A4、IJW(王子製紙株式会社製))を用い、記録ヘッドから、被記録媒体へ吐出するインクの量が8pL(1画素当たり)、ドット密度600dpiとなるようにスタンプ画像(ラインヘッドの各ノズルから1ドットを吐出して形成した画像)を形成した。得られたスタンプ画像を測定試料として用い、ドットアナライザー(DA−6000(王子計測機器株式会社製))により、各ドットの直径の平均値であるドット径と、ドット形状の指標である形状係数を測定した。なお、ドット径、及び形状係数の値は、ドットアナライザーによって測定したスタンプ画像内の10個のドットの測定値の平均値を用いた。ドット径、及び形状係数(ドット形状)を、以下の基準により判定した。
≪ドット径≫
○(合格):80μm以上
×(不合格):80μm未満
≪形状係数(ドット形状)≫
○(合格):2.5以下
×(不合格):2.5超
画像濃度の評価は、ドット径及びドット形状の評価用画像の形成に用いた画像形成装置を評価機として用いて、25℃、50%RH環境下において行った。被記録媒体として普通紙(A4、PPC用紙、C2(富士ゼロックス株式会社製))を用い、記録ヘッドから、被記録媒体へ吐出するインクの量が11pL(1画素当たり)となるように10cm×10cmのベタ画像を形成した。形成画像の濃度をポータブル反射濃度計RD−19(グレタグマクベス社製)により測定し、ベタ画像内の10箇所の画像濃度の平均値を画像濃度とした。画像濃度を、以下の基準により判定した。
○(合格):画像濃度1.0以上
×(不合格):画像濃度1.0未満
デキャップ性の評価は、画像濃度の評価と同じ画像形成装置と被記録媒体とを用いて、32.5℃、15%RH環境下において行った。インクを記録ヘッドに充填して、パージとワイプとをセットで3度行った後、記録ヘッドにキャップをすることなく60分間放置した。なお、パージ量については記録ヘッド当たり1回につき2ccである。60分間放置後、被記録媒体に、記録ヘッドのノズル1個から吐出される1画素当たりのインクの量を11pLとなるようにして、被記録媒体の進行方向に垂直なライン画像(1ドット幅×被記録媒体の幅の長さ)を形成した。デキャップ性を、以下の基準により判定した。
○(合格):全ノズルの吐出を確認できた場合
×(不合格):インクの不吐出や、インクの吐出位置のずれ(ラインから10μm以上のずれ)が確認された場合
実施例6〜8、及び比較例2〜4では、浸透剤Bの量を調整してインクを調製した。具体的には、下記組成2の材料を撹拌機(スリーワンモーター BL−600(アズワン株式会社製))により回転数400rpmで撹拌して均一に混合した後、孔径5μmのフィルターによりろ過して、実施例6〜8、及び比較例2〜4のインクを得た。なお、界面活性剤として、下記式(12)で表される化合物である界面活性剤12を用いた。
(組成2)
製造例2で得た顔料分散体:40質量%
トリエチレングリコールモノブチルエーテル:4.5質量%
2−ピロリドン(溶解安定剤):5.0質量%
界面活性剤12:0.5質量%
浸透剤B:表3記載の量
グリセリン:15質量%
1,3−プロパンジオール:15質量%
イオン交換水:残余の量
実施例9〜20、及び比較例5〜17では、界面活性剤1〜19として下記式(1)〜(19)で表される化合物、界面活性剤20としてオルフィンE1010(界面活性剤、アセチレンジオールのエチレンオキシド(10モル)付加物、日信化学工業株式会社製)、及び界面活性剤21〜26として下記式(21)〜(26)で表される化合物をそれぞれ用いてインクを調製した。具体的には、下記組成3の材料を撹拌機(スリーワンモーター BL−600(アズワン株式会社製))により回転数400rpmで撹拌して均一に混合した後、孔径5μmのフィルターによりろ過して、実施例9〜20、及び比較例5〜17のインクを得た。
製造例2で得た顔料分散体:40質量%
トリエチレングリコールモノブチルエーテル:4.5質量%
2−ピロリドン(溶解安定剤):5.0質量%
界面活性剤1〜26:0.5質量%
浸透剤B:0.6質量%
グリセリン:15質量%
1,3−プロパンジオール:15質量%
イオン交換水:残余の量
実施例21〜24、及び比較例19〜20では、界面活性剤として、式(12)で表される化合物である界面活性剤12の量を調整してインクを調製した。具体的には、下記組成4の材料を撹拌機(スリーワンモーター BL−600(アズワン株式会社製))により回転数400rpmで撹拌して均一に混合した後、孔径5μmのフィルターによりろ過して、実施例21〜24、及び比較例19〜20のインクを得た。
(組成4)
製造例2で得た顔料分散体:40質量%
トリエチレングリコールモノブチルエーテル:4.5質量%
2−ピロリドン(溶解安定剤):5.0質量%
界面活性剤12:表10記載の量
浸透剤B:0.6質量%
グリセリン:15質量%
1,3−プロパンジオール:15質量%
イオン交換水:残余の量
(組成5)
製造例2で得た顔料分散体:40質量%
トリエチレングリコールモノブチルエーテル:4.5質量%
2−ピロリドン(溶解安定剤):5.0質量%
界面活性剤1:表11記載の量
浸透剤B:0.6質量%
グリセリン:15質量%
1,3−プロパンジオール:15質量%
イオン交換水:残余の量
実施例28〜29、及び比較例23〜24では、式(13)で表される化合物である界面活性剤14、式(3)で表される化合物である界面活性剤3、及び浸透剤Bのそれぞれの量を調整してインクを調製した。具体的には、下記組成6の材料を撹拌機(スリーワンモーター BL−600(アズワン株式会社製))により回転数400rpmで撹拌して均一に混合した後、孔径5μmのフィルターによりろ過して、実施例28〜29、及び比較例23〜24のインクを得た。
(組成6)
製造例2で得た顔料分散体:40質量%
トリエチレングリコールモノブチルエーテル:4.5質量%
2−ピロリドン(溶解安定剤):5.0質量%
界面活性剤14:表12記載の量
界面活性剤3:表12記載の量
浸透剤B:表12記載の量
グリセリン:15質量%
1,3−プロパンジオール:15質量%
イオン交換水:残余の量
3 給紙ローラー
4 従動ローラー
5 搬送ベルト
6 ベルト駆動ローラー
7 ベルトローラー
8 排出部
8a 排出ローラー
8b 従動ローラー
10 排紙トレイ
11C、11M、11Y、11K ラインヘッド
12a〜12p、12a’〜12p’ ノズル
20 制御部
30 検出手段
100 インクジェット記録装置
D1〜D4 ドット列(行方向)
L1〜L16 ドット列(搬送方向)
N1、N2 ノズル列
P 記録用紙
Claims (4)
- 少なくとも、水と、顔料分散体と、浸透剤と、下記一般式(I)で表される化合物からなる界面活性剤とを含有し、
前記浸透剤が、炭素原子数8、又は9のアルカンジオールを含み、
前記炭素原子数8、又は9のアルカンジオールが、1,2−オクタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、及び2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールからなる群より選択される1以上の化合物であり、
前記アルカンジオールの含有量が、インクの全質量に対して0.3〜1.0質量%であり、
前記界面活性剤として、前記一般式(I)で表される化合物のみを含有し、
前記界面活性剤の含有量が、インクの全質量に対して0.05〜1.0質量%である、インクジェット記録装置用インク。
R1は、CAH2A+1であり、
R2はCBH2B+1であり、
A及びBは、1以上の整数であり、
A+Bは、6〜10の整数であり、
−E−O−は、−CH2CH2−O−であり、
−P−O−は、−CH2CH(CH3)−O−であり、
n及びmは、正の数であり、
n+mは、5以上であり、
n>mであり、
(−E−O−)、及び(−P−O−)からなる繰返し配列は、ランダムであってもブロックであってもよい。) - 請求項1に記載のインクジェット記録装置用インクを用いて、インクジェット記録装置により画像を形成する、画像形成方法。
- 画像を形成する際に、被記録媒体を加熱しない、請求項2に記載の画像形成方法。
- 前記インクジェット記録装置の記録方式がラインヘッド型の記録方式である、請求項2又は3に記載の画像形成方法。
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