JP5678464B2 - インクジェット記録用インク、インクカートリッジ、インクジェット記録装置 - Google Patents
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Description
しかし、従来のフッ素系界面活性剤では泡立ち易く、また泡が消えにくいため、インクの充填時や吐出時に泡が障害となるという問題があった。
これに対し、特許文献1には、印字品質向上、吐出安定性向上の目的で、特定構造のフッ素系界面活性剤を添加する方法、及び、シリコーン系消泡剤を添加した後、特定の濾過手段を採用することにより、消泡性を改善する方法が開示されている。
この方法によれば、上記泡立ちの問題は一応改善できるが、シリコーン系消泡剤を用いるため別の問題が派生する。すなわち、シリコーン系消泡剤はシリカ微粒子をシリコーンオイル中に分散しているものが一般的であるため、水系インクとは基本的に不相溶であり、インクジェット記録装置の通液経路等に付着物や残留物として残り易い。その結果、インクの吐出安定性を阻害するという重大な問題が生じてしまう。
また、従来用いられてきたフッ素系界面活性剤は、製造過程でPFOS(パーフルオロオクタンスルホン酸)やPFOA(パーフルオロオクタン酸)が発生するが、米国環境保護庁(EPA)は、「フッ素と結合している炭素数が4よりも大きい化合物は人体への蓄積性がある」と指摘しており、安全性に問題がある。
1) 少なくとも水、水溶性有機溶媒、着色剤、及び、下記一般式で表されるフッ素系界面活性剤のいずれかを含有することを特徴とするインクジェット記録用インク。
(式中、M+はLi+,Na+,K+,NH4 +のいずれかを表す。)
〔(RfSO2)(RSO2)〕N−M+ (a′)
(式中、Rfは、CF3、C2F5、C3F7、C4F9のいずれかを表し、Rは炭素数1〜10のアルキル基を表し、M+は、Li+,Na+,K+,NH4 +のいずれかを表す。)
〔(FSO2)2〕N−M+ (h)
(式中、M+はLi+,Na+,K+,NH4 +のいずれかを表す。)
2) 前記フッ素系界面活性剤の含有量が記録用インク全体の0.5〜5質量%であることを特徴とする1)に記載のインクジェット記録用インク。
3) 1)又は2)に記載の記録用インクを容器中に収容したことを特徴とするインクカートリッジ。
4) 3)に記載のインクカートリッジを搭載したことを特徴とするインクジェット記録装置。
本発明のインクは、少なくとも水、水溶性有機溶媒、着色剤及び下記一般式(b)(a′)(h)で表されるフッ素系界面活性剤(以下、フッ素系界面活性剤Aという)を含有する。なお、一般式(h)の化合物は表面張力調整剤であるが、本発明ではフッ素系界面活性剤として取り扱うことにする。
(式中、M+はLi+,Na+,K+,NH4 +のいずれかを表す。)
〔(RfSO2)(RSO2)〕N−M+ (a′)
(式中、Rfは、CF3、C2F5、C3F7、C4F9のいずれかを表し、Rは炭素数1〜10のアルキル基を表し、M+は、Li+,Na+,K+,NH4 +のいずれかを表す。)
〔(FSO2)2〕N−M+ (h)
(式中、M+はLi+,Na+,K+,NH4 +のいずれかを表す。)
これに対し、フッ素系界面活性剤Aは、起泡性が非常に低く泡立ちにくいという特徴を有しているため、消泡剤を添加しなくてもインクの起泡が抑えられ、消泡性も向上させることができる。また、消泡剤を添加しなくてもよいため、吐出性、保存安定性も良好である。
更に、フッ素系界面活性剤Aは、フッ素と結合している炭素がないか、又は、炭素数が4以下であり、前述したPFOSやPFOAを発生しないので、人体に蓄積せず安全性が高い。特に、一般式(h)の化合物は低分子量であり界面への移動が速いため、素早く表面張力を下げることができる。従って、インクがメディアへ着弾する際、素早く濡れ広がり、高品質な画像を形成することができる。
フッ素系界面活性剤Aの添加量はインク全体の0.05〜5質量%が好ましく、0.5〜5質量%が更に好ましく、一般式(h)の化合物を用いる場合には、0.05〜2質量%が更に好ましい。添加量が0.05質量%以上であれば、十分な浸透性の向上効果が得られるし、5質量%以下であれば、高温で保存したときに粘度上昇、凝集などが起こって吐出性に問題を生じるようなこともない。
前記ノニオン系界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレングリコールエステル、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール、グリセリンエステル、ソルビタンエステル、ショ糖エステル、グリセリンエステルのポリオキシエチレンエーテル、ソルビタンエステルのポリオキシエチレンエーテル、ソルビトールエステルのポリオキシエチレンエーテル、脂肪酸アルカノールアミド、アミンオキシド、ポリオキシエチレンアルキルアミン、グリセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、アルキル(ポリ)グリコキシド等が挙げられる。
前記両性界面活性剤としては、例えば、イミダゾリニウムベタイン等のイミダゾリン誘導体、ジメチルアルキルラウリルベタイン、アルキルグリシン、アルキルジ(アミノエチル)グリシン等が挙げられる。
前記アセチレングリコール系界面活性剤としては、例えば、2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオール、3,6−ジメチル−4−オクチン−3,6−ジオール、3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール等のアセチレングリコール系(例えば、エアープロダクツ社(米国)のサーフィノール104、82、465、485あるいはTGなど)などが挙げられる。
着色微粒子としては、着色剤を含有させたポリマー微粒子の水分散物が好適に用いられる。ここで「着色剤を含有させた」とは、ポリマー微粒子中に着色剤を封入した状態及びポリマー微粒子の表面に着色剤を吸着させた状態のいずれか又は双方を意味する。しかし着色剤の全てがポリマー微粒子に封入又は吸着されている必要はなく、本発明の効果が損なわれない範囲で、着色剤の一部がそのままエマルジョン中に分散していてもよい。
着色剤としては、水不溶性又は水難溶性であって、前記ポリマーによって吸着され得る着色剤が好ましく、目的に応じて適宜選択することができる。ここで「水不溶性又は水難溶性」とは、20℃で水100質量部に対し着色剤が10質量部以上溶解しないことを意味する。また、「溶解する」とは、目視で、水溶液表層又は下層に着色剤の分離や沈降が認められないことを意味する。
着色微粒子の添加量は、固形分でインク全体の8〜20質量%が好ましく、8〜12質量%がより好ましい。また、インク中での着色微粒子の平均粒径は、0.16μm以下が好ましい。
前記水溶性染料としては、カラーインデックスにおいて酸性染料、直接性染料、塩基性染料、反応性染料、食用染料に分類される染料であって、好ましくは耐水性、耐光性の優れたものが用いられる。
前記直接性染料としては、C.I.ダイレクトイエロー1,12,24,26,33,44,50,86,120,132,142,144、C.I.ダイレクトレッド1,4,9,13,17,20,28,31,39,80,81,83,89,225,227、C.I.ダイレクトオレンジ26,29,62,102、C.I.ダイレクトブルー1,2,6,15,22,25,71,76,79,86,87,90,98,163,165,199,202、C.I.ダイレクトブラック19,22,32,38,51,56,71,74,75,77,154,168,171などが挙げられる。
前記反応性染料としては、C.I.リアクティブブラック3,4,7,11,12,17、C.I.リアクティブイエロー1,5,11,13,14,20,21,22,25,40,47,51,55,65,67、C.I.リアクティブレッド1,14,17,25,26,32,37,44,46,55,60,66,74,79,96,97、C.I.リアクティブブルー1,2,7,14,15,23,32,35,38,41,63,80,95などが挙げられる。
前記無機顔料としては、例えば、酸化チタン、酸化鉄、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、バリウムイエロー、カドミウムレッド、クロムイエロー、カーボンブラックなどが挙げられる。これらの中でもカーボンブラックが好ましい。なお、カーボンブラックとしては、例えば、コンタクト法、ファーネス法、サーマル法などの公知の方法によって製造されたものが挙げられる。
前記有機顔料としては、例えば、アゾ顔料、多環式顔料、染料キレート、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラックなどが挙げられる。これらの中でも、アゾ顔料、多環式顔料がより好ましい。アゾ顔料としては、例えば、アゾレーキ、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ顔料などが挙げられる。多環式顔料としては、例えば、フタロシアニン顔料、ペリレン顔料、ぺリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサジン顔料、インジゴ顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフラロン顔料などが挙げられる。前記染料キレートとしては、例えば、塩基性染料型キレート、酸性染料型キレートなどが挙げられる。
黒色用のものとしては、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などのカーボンブラック(C.I.ピグメントブラック7)類、銅、鉄(C.I.ピグメントブラック11)、酸化チタン等の金属類、アニリンブラック(C.I.ピグメントブラック1)等の有機顔料などが挙げられる。
カラー用のものとしては、黄色用では、例えば、C.I.ピグメントイエロー1(ファストイエローG)、3、12(ジスアゾイエローAAA)、13、14、17、23、24、34、35、37、42(黄色酸化鉄)、53、55、74、81、83(ジスアゾイエローHR)、95、97、98、100、101、104、108、109、110、117、120、128、138、150、153などが挙げられる。
シアン用では、例えば、C.I.ピグメントブルー1、2、15(銅フタロシアニンブルーR)、15:1、15:2、15:3(銅フタロシアニンブルーG)、15:4、15:6(フタロシアニンブルーE)、16、17:1、56、60、63等が挙げられる。また中間色としてはレッド、グリーン、ブルー用として、C.I.ピグメントレッド177、194、224、C.I.ピグメントオレンジ43、C.I.ピグメントバイオレット3、19、23、37、C.I.ピグメントグリーン7、36などが挙げられる。
自己分散型カラー顔料としてはイオン性を有するものが好ましく、アニオン性親水性基の導入によりアニオン性に帯電したものや、カチオン性親水性基の導入によりカチオン性に帯電したものが好適である。
前記アニオン性親水性基としては、例えば、−COOM、−SO3M、−PO3HM、−PO3M2、−SO2NH2、−SO2NHCOR(ただし、式中のMは、水素原子、アルカリ金属、アンモニウム又は有機アンモニウムを表す。Rは、炭素原子数1〜12のアルキル基、置換基を有してもよいフェニル基又は置換基を有してもよいナフチル基を表す)等が挙げられる。これらの中でも、−COOM、−SO3Mがカラー顔料表面に結合されたものを用いることが好ましい。また、前記「M」のアルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム等が挙げられ、有機アンモニウムとしては、モノ乃至トリメチルアンモニウム、モノ乃至トリエチルアンモニウム、モノ乃至トリメタノールアンモニウムが挙げられる。
前記アニオン性に帯電したカラー顔料を得る方法としては、カラー顔料表面に−COONaを導入する方法として、例えば、カラー顔料を次亜塩素酸ソーダで酸化処理する方法、スルホン化による方法、ジアゾニウム塩を反応させる方法が挙げられる。
前記カチオン性親水性基としては、例えば、第4級アンモニウム基が好ましく、これらがカラー顔料表面に結合されたものが着色剤として好適である。
顔料分散剤としては親水性高分子が好ましく、天然系、半合成系、純合成系のものがある。
天然系では、アラビアガム、トラガンガム、グーアガム、カラヤガム、ローカストビーンガム、アラビノガラクトン、ペクチン、クインスシードデンプン等の植物性高分子、アルギン酸、カラギーナン、寒天などの海藻系高分子、ゼラチン、カゼイン、アルブミン、コラーゲンなどの動物系高分子、キサンテンガム、デキストランなどの微生物系高分子などが挙げられる。
半合成系では、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロースなどの繊維素系高分子、デンプングリコール酸ナトリウム、デンプンリン酸エステルナトリウムなどのデンプン系高分子、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸プロピレングリコールエステルなどの海藻系高分子などが挙げられる。
これらの中でも、アクリル酸、メタクリル酸、スチレンアクリル酸のホモポリマーや他の親水基を有するモノマーの共重合体からなるようなカルボン酸基を導入したものが高分子分散剤として特に好ましい。
また、これらの共重合体の質量平均分子量は、3,000〜50,000が好ましく、5,000〜30,000がより好ましく、7,000〜15,000が更に好ましい。
顔料と分散剤との混合質量比は、顔料:分散剤=1:0.06〜1:3の範囲が好ましく、1:0.125〜1:3の範囲がより好ましい。
顔料の添加量は、インク全体の0.5〜25質量%が好ましく、2〜15質量%がより好ましい。一般的に顔料濃度が高くなると画像濃度が上がり画質が向上するが、定着性や吐出性、目詰まりなどの信頼性に対しては悪影響が出易くなる。しかし、本発明のインクでは顔料の添加量が多くなっても、吐出性、目詰まり等の信頼性を維持した上で定着性を確保することができる。
・エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、3−メチル−1,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、チオジグリコール、グリセリン、1,2,3−ブタントリオール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,6−ヘキサントリオール、ペトリオール等の多価アルコール類
・エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、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エチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の多価アルコールアルキルエーテル類
・エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル等の多価アルコールアリールエーテル類
・2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、N−ヒドロキシエチル−2−ピロリドン、1,3−ジメチルイミダゾリジノン、ε−カプロラクタム等の含窒素複素環化合物
・ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド類
・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、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン等のアミン類
・ジメチルスルホキシド、スルホラン、チオジエタノール等の含硫黄化合物類
・プロピレンカーボネート、炭酸エチレン、γ−ブチロラクトン
これらの中でも、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、3−メチル−1,3−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,6−ヘキサントリオール、チオジグリコール、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、N−ヒドロキシエチル−2−ピロリドンが好ましく、1,3−ブタンジオール、3−メチル−1,3−ブタンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオールが特に好ましい。
水溶性有機溶媒の含有量は、インク全体の10〜50質量%が好ましく、20〜40質量%がより好ましい。
糖類としては、単糖類、二糖類、オリゴ糖類(三糖類及び四糖類を含む)、多糖類、又はこれらの誘導体などが挙げられる。これらの中でも、グルコース、マンノース、フルクトース、リボース、キシロース、アラビノース、ガラクトース、マルトース、セロビオース、ラクトース、スクロース、トレハロース、マルトトリオース等が好適である。なお、ここでいう「多糖類」とは広義の糖を意味し、α−シクロデキストリン、セルロースなど自然界に広く存在する物質を含むものとする。
前記糖類の誘導体としては、前記糖類の還元糖〔例えば糖アルコール(ただし、一般式:HOCH2(CHOH)nCH2OH(ここで、nは2〜5の整数を表す)で表される〕、酸化糖(例えば、アルドン酸、ウロン酸など)、アミノ酸、チオ酸などが挙げられる。これらの中でも、糖アルコールが特に好ましい。該糖アルコールとしては、例えば、マルチトール、ソルビットなどが挙げられる。
糖類の含有量は、インク全体の0.1〜40質量%が好ましく、0.5〜30質量%がより好ましい。
樹脂微粒子は、増粘・凝集する性質を持ち、着色成分の浸透を抑制し、更に記録材への定着を促進する効果を有する。また、樹脂微粒子の種類によっては記録材上で被膜を形成し、印刷物の耐擦性を向上させる効果を有する。
樹脂微粒子としては特に制限は無く、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、アクリル系モノマーとシラン化合物とを乳化剤存在下で重合して得られるシリコーン変性アクリル樹脂が好適に挙げられる。
前記アクリル系モノマーとしては、例えばアクリル酸エステルモノマー、メタクリル酸エステルモノマー、アミド系アクリレート、カルボン酸含有モノマーなどが挙げられる。
アクリル酸エステルモノマーとしては、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸−2−エチルヘキシル、2−ヒドロキシエチルアクリレート、アクリロイルモルフォリン、N,N−ジメチルアミノエチルアクリレートなどが挙げられる。
メタクリル酸エステルモノマーとしては、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸−2−エチルヘキシル、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、N,N′−ジメチルアミノエチルメタクリレートなどが挙げられる。
アミド系アクリレートとしては、例えば、N−メチロールアクリルアミド、メトキシメチルアクリルアミドなどが挙げられる。
カルボン酸含有モノマーとしては、例えば、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、アクリル酸、メタクリル酸などが挙げられる。
このような単量体の例としては、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、p−スチリルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−トリエトキシシリル−N−(1,3−ジメチル−ブチリデン)プロピルアミン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(ビニルベンジル)−2−アミノエチル−3−アミノプロピルトリメトキシシランの塩酸塩、3−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、3−イソシアネートプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。
加水分解性基としては、例えば、アルコキシ基、メルカプト基、ハロゲン基、アミド基、アセトキシ基、アミノ基、イソプロペノキシ基などが挙げられる。
シリル基は、加水分解によりシラノール基となり、該シラノール基は脱水縮合してシロキサン結合が生成するが、加水分解性シリル基は、重合反応を経て加水分解して消失することが好ましい。加水分解性シリル基が残存していると、インクの保存性が悪化することがある。
前記塩としては、例えば、ナトリウム塩、アンモニウム塩などを挙げることができる。
前記乳化剤としては、例えば、不飽和二重結合を有する反応性乳化剤を使用することもできる。
反応性乳化剤の市販品としては、アデカリアソープSE、NE、PP(旭電化工業社製)、ラテムルS−180(花王社製)、エレノミールJS−2、エレミノールRS−30(三洋化成工業社製)、アクアロンRN−20(第一工業製薬社製)などが挙げられる。
前記シリコーン変性アクリル樹脂由来のシリコーン量は、100〜400ppmであることが好ましい。シリコーン量が100ppm以上であれば、擦過性や耐マーカー性に優れた塗膜が得られ、400ppm以下であれば、疎水性が強くなりすぎてインク中での安定性が低下するようなことはない。
前記シリコーン変性アクリル樹脂の最低造膜温度は20℃以下であることが好ましい。最低造膜温度が20℃以下であれば、十分な定着性を得ることができる。すなわち、印字部を擦ったり、マーカーでなぞったりしたとき、顔料が剥がれて印字メディアを汚してしまうようなことはない。
前記尿素類としては、例えば、尿素、チオ尿素、エチレン尿素、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等が挙げられる。また、前記アルキルグリシンとしては、例えば、N−メチルグリシン、N,N−ジメチルグリシン、N−エチルグリシン等が挙げられる。
前記尿素類又はアルキルグリシンのインクへの添加量は、一般的に0.5〜50質量%が好ましく、1〜20質量%がより好ましい。添加量が0.5質量%以上であれば、所望のインクジェットプリンタ記録ヘッドの要求特性を満たすことができ、50質量%以下であれば、増粘を引き起こしてインクの保存安定性に対して悪影響を及ぼしたり、インクの吐出不良に繋がってしまうようなことはない。
防腐防黴剤としては、例えば、1,2−ベンズイソチアゾリン−3−オン、デヒドロ酢酸ナトリウム、ソルビン酸ナトリウム、2−ピリジンチオール−1−オキサイドナトリウム、安息香酸ナトリウム、ペンタクロロフェノールナトリウム等が挙げられる。
pH調整剤としては、調合されるインクに悪影響を及ぼさずにpHを7以上に調整できるものであれば特に制限は無く、目的に応じて任意の物質を使用することができる。
その例としては、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアミン、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属元素の水酸化物。水酸化アンモニウム、第4級アンモニウム水酸化物、第4級ホスホニウム水酸化物、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属の炭酸塩などが挙げられる。
防錆剤としては、例えば、酸性亜硫酸塩、チオ硫酸ナトリウム、チオジグリコール酸アンモン、ジイソプロピルアンモニウムニトライト、四硝酸ペンタエリスリトール、ジシクロヘキシルアンモニウムニトライト等が挙げられる。
フェノール系酸化防止剤(ヒンダードフェノール系酸化防止剤を含む)としては、例えば、ブチル化ヒドロキシアニソール、2,6−ジ−tert−ブチル−4−エチルフェノール、ステアリル−β−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、2,2′−メチレンビス(4−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、2,2′−メチレンビス(4−エチル−6−tert−ブチルフェノール)、4,4′−ブチリデンビス(3−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、3,9−ビス[1,1−ジメチル−2−[β−(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニルオキシ]エチル]−2,4,8,10−テトライキサスピロ[5,5]ウンデカン、1,1,3−トリス(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−tert−ブチルフェニル)ブタン、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、テトラキス[メチレン−3−(3′,5′−ジ−tert−ブチル−4′−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン等が挙げられる。
硫黄系酸化防止剤としては、例えば、ジラウリル−3,3′−チオジプロピオネート、ジステアリルチオジプロピオネート、ラウリルステアリルチオジプロピオネート、ジミリスチル−3,3′−チオジプロピオネート、ジステアリル−β,β′−チオジプロピオネート、2−メルカプトベンゾイミダゾール、ジラウリルサルファイド等が挙げられる。
りん系酸化防止剤としては、トリフェニルフォスファイト、オクタデシルフォスファイト、トリイソデシルフォスファイト、トリラウリルトリチオフォスファイト、トリノニルフェニルフォスファイト等が挙げられる。
ベンゾフェノン系紫外線吸収剤としては、例えば、2−ヒドロキシ−4−n−オクトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−n−ドデシルオキシベンゾフェノン、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシ−ベンゾフェノン、2,2′,4,4′−テトラヒドロキシベンゾフェノン等が挙げられる。
ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤としては、例えば、2−(2′−ヒドロキシ−5′−tert−オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2′−ヒドロキシ−5′−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2′−ヒドロキシ−4′−オクトキシフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2′−ヒドロキシ−3′−tert−ブチル−5′−メチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール等が挙げられる。
サリチレート系紫外線吸収剤としては、例えば、フェニルサリチレート、p−tert−ブチルフェニルサリチレート、p−オクチルフェニルサリチレート等が挙げられる。
シアノアクリレート系紫外線吸収剤としては、例えば、エチル−2−シアノ−3,3′−ジフェニルアクリレート、メチル−2−シアノ−3−メチル−3−(p−メトキシフェニル)アクリレート、ブチル−2−シアノ−3−メチル−(p−メトキシフェニル)アクリレートなどが挙げられる。
ニッケル錯塩系紫外線吸収剤としては、例えば、ニッケルビス(オクチルフェニル)サルファイド、2,2′−チオビス(4−tert−オクチルフェレート)−n−ブチルアミンニッケル(II)、2,2′−チオビス(4−tert−オクチルフェレート)−2−エチルヘキシルアミンニッケル(II)、2,2′−チオビス(4−tert−オクチルフェレート)トリエタノールアミンニッケル(II)等が挙げられる。
また、表面張力は、20℃で、22〜55mN/mが好ましい。表面張力が、22mN/m以上であれば、紙上での滲みが顕著になって安定した噴射が得られないようなことはなく、55mN/m以下であれば、紙へのインク浸透が十分に起こらず、乾燥時間の長時間化を招くようなことはない。
また、pHは7〜10が好ましい。
本発明のインクは、容器中に収容してインクカートリッジとして用いることが出来る。また、該インクカートリッジを搭載したインクジェット記録装置として用いることも出来る。このインクジェット記録装置は、インクジェット記録方式による各種記録に適用することができ、例えば、インクジェット記録用プリンタ、ファクシミリ装置、複写装置、プリンタ/ファックス/コピア複合機などに特に好適に適用することが出来る。
<シアン顔料分散体の調製>
特許第4138214号公報記載の調製例3を参考にして、以下の手順で調製した。
まず、機械式攪拌機、温度計、窒素ガス導入管、還流管及び滴下ロートを備えた1Lフラスコ内を十分に窒素ガスで置換した後、スチレン11.2g、アクリル酸2.8g、ラウリルメタクリレート12.0g、ポリエチレングリコールメタクリレート4.0g、スチレンマクロマー(東亞合成株式会社製、商品名:AS−6)4.0g、及びメルカプトエタノール0.4gを仕込み、65℃に昇温した。
次いで、スチレン100.8g、アクリル酸25.2g、ラウリルメタクリレート108.0g、ポリエチレングリコールメタクリレート36.0g、ヒドロキシエチルメタクリレート60.0g、スチレンマクロマー(東亞合成社製、商品名:AS−6)36.0g、メルカプトエタノール3.6g、アゾビスジメチルバレロニトリル2.4g、及びメチルエチルケトン18gの混合溶液を2.5時間かけてフラスコ内に滴下した。
滴下終了後、アゾビスジメチルバレロニトリル0.8g、及びメチルエチルケトン18gの混合溶液を0.5時間かけてフラスコ内に滴下した。65℃で1時間熟成した後、アゾビスジメチルバレロニトリル0.8gを添加し、更に1時間熟成した。
反応終了後、フラスコ内に、メチルエチルケトン364gを添加し、濃度が50質量%のポリマー溶液800gを得た。このポリマー溶液の一部を乾燥し、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(標準:ポリスチレン、溶媒:テトラヒドロフラン)で測定したところ、質量平均分子量は15000であった。
次に、上記ポリマー溶液28g、銅フタロシアニン顔料(C.I.ピグメントシアン15:3)26g、1mol/L水酸化カリウム溶液13.6g、メチルエチルケトン20g、及びイオン交換水30gを十分に攪拌混合し、次いで、3本ロールミル(ノリタケカンパニー社製、商品名:NR−84A)を用いて20回混練した。
得られたペーストをイオン交換水200gに投入し、十分に攪拌した後、エバポレーターを用いてメチルエチルケトン、及び水を留去し、固形分量が20.0質量%の青色のポリマー微粒子分散体160gを得た。
得られたポリマー微粒子の平均粒子径(D50%)を、粒度分布測定装置(マイクロトラックUPA、日機装社製)で測定したところ、93nmであった。
<マゼンタ顔料分散体の調製>
調製例1における銅フタロシアニン顔料を、C.I.ピグメントレッド122に変更した点以外は、調製例1と同様にして、赤紫色のポリマー微粒子分散体を得た。
得られたポリマー微粒子の平均粒子径(D50%)を、調製例1と同様にして測定したところ、127nmであった。
<イエロー顔料分散体の調製>
調製例1における銅フタロシアニン顔料を、C.I.ピグメントイエロー74に変更した点以外は、調製例1と同様にして、黄色のポリマー微粒子分散体を得た。
得られたポリマー微粒子の平均粒子径(D50%)を、調製例1と同様にして測定したところ、76nmであった。
<ブラック顔料分散体の調製>
CTAB比表面積150m2/g、DBP吸油量100ml/100gのカーボンブラック90gを、2.5N(規定)の硫酸ナトリウム溶液3000mlに添加し、温度60℃、速度300rpmで攪拌し、10時間反応させて酸化処理を行った。
この反応液をろ過し、ろ別したカーボンブラックを水酸化ナトリウム溶液で中和した後、限外ろ過を行った。更に、得られたカーボンブラックを水洗いし乾燥させた後、顔料濃度が20質量%となるように純水中に分散させた。
以上により、表面処理したカーボンブラック顔料分散体を調製した。
得られたカーボンブラック顔料分散体の平均粒子径(D50%)を、調製例1と同様にして測定したところ、99nmであった。
表1、表2のインク組成欄に示した処方の材料を混合し、水酸化ナトリウム10質量%水溶液でpH9になるように調整した。
次いで、平均孔径0.8μmのメンブレンフィルターで濾過して、実施例1〜12及び比較例1〜14の各インクを得た。
なお、表中の各材料欄の数値は質量%である。また、表に記載した材料の詳しい内容は次の通りである。
・有機溶剤A:グリセリン
・有機溶剤B:1,3−ブタンジオール
・界面活性剤A:一般式(b)のフッ素系界面活性剤A−1(K塩)
・界面活性剤A:一般式(b)のフッ素系界面活性剤A−2(Na塩)
・界面活性剤A:一般式(b)のフッ素系界面活性剤A−3(Li塩)
・界面活性剤A:一般式(b)のフッ素系界面活性剤A−4(NH4塩)
・界面活性剤B:フッ素系界面活性剤−ゾニールFS300(Dupont社製)
−有効成分40質量%
・界面活性剤C:アルコール系界面活性剤−ソフタノールEP7025
(日本触媒社製)
・消泡剤:シリコーン系消泡剤−KM−72F(信越化学工業社製)
・水:イオン交換水
<泡立ち試験>
10℃の環境下で、各インクを100mlのメスシリンダーに10ml入れ、該インクに空気を注入し、インクと気泡の体積合計が100mlになった時点で空気の注入を停止した。
空気の注入開始から空気の注入停止までの時間を起泡時間とし、空気の注入を停止した時点から、インクと気泡の体積合計が20mlになるまでの時間を計測して消泡時間として、以下の基準で評価した。
(起泡性)
◎:起泡時間が15秒以上
○:起泡時間が10秒以上、15秒未満
△:起泡時間が5秒以上、10秒未満
×:起泡時間が5秒未満
(消泡性)
◎:消泡時間が600秒未満
○:消泡時間が600秒以上、1200秒未満
△:消泡時間が1200秒以上、1800秒未満
×:消泡時間が1800秒以上
温度23℃、50%RHに調整された環境下で、インクジェットプリンタ(リコー製:IPSIO GX−5000)を用い、インクの吐出量が等しくなるようにピエゾ素子の駆動電圧を変動させ、記録媒体に同じ付着量のインクが付くように設定した。
次いで、マイクロソフト ワード2000で作成した64ポイント文字「黒四角」の記載のあるチャートをXerox4024紙(富士Xerox社製)に打ち出し、印字前の「黒四角」部分をX−rite938濃度計で測色し、下記評価基準により判定した。
印字モードは、プリンタ添付のドライバで普通紙のユーザー設定より「普通紙−標準はやい」モードを「色補正なし」と改変したモードを用いた。
(評価基準)
◎:OD値 ブラック 1.30以上
イエロー 0.85以上
マゼンタ 0.95以上
シアン 1.10以上
○:OD値 ブラック 1.20以上、1.30未満
イエロー 0.80以上、0.85未満
マゼンタ 0.90以上、0.95未満
シアン 1.00以上、1.10未満
△:OD値 ブラック 1.10以上、1.20未満
イエロー 0.70以上、0.80未満
マゼンタ 0.80以上、0.90未満
シアン 0.90以上、1.00未満
×:OD値 ブラック 1.10未満
イエロー 0.70未満
マゼンタ 0.80未満
シアン 0.90未満
温度23℃、50%RHに調整された環境下でインクジェットプリンタ(リコー製:IPSIO GX−5000)を用い、次のようにして吐出性を評価した。
印刷パターンチャートを20枚連続で印字した後、20分間印字を実施しない休止状態にし、これを50回繰り返し、累計で1000枚印字した後、もう1枚同チャートを印字した時の5%チャートベタ部の筋、白抜け、噴射乱れの有無を、目視により下記の基準で評価した。なお、印刷パターンチャートは、画像領域中、印字面積が5%であるチャートについて、各インクを用いて100%デュティ(duty)で印字した。印字条件は、記録密度360dpi、ワンパス印字とした。
(評価基準)
◎:ベタ部にスジ、白抜け、噴射乱れが無い。
○:ベタ部にスジ、白抜け、噴射乱れが若干認められる。
△:ベタ部全域にわたってスジ、白抜け、噴射乱れが認められる。
×:吐出しない。
各インクをインクカートリッジに充填して65℃で3週間保存し、増粘及び凝集の状態を下記基準により評価した。増粘及び凝集の程度(%)は、それぞれ次の式によって算出した。
[(65℃3週間保存後の粘度)−(初期の粘度)]/(初期の粘度)×100
[(65℃3週間保存後の平均粒径)−(初期の平均粒径)]/(初期の平均粒径)
×100
(評価基準)
◎:増粘及び凝集が2%未満
○:増粘及び凝集が2%以上5%未満
△:増粘及び凝集が5%以上10%未満
×:増粘及び凝集が10%以上
これに対し、従来の界面活性剤Bを添加した比較例1〜6のうち、比較例1〜2では、消泡剤を添加しても泡立ってしまい、起泡性、消泡性共に悪かった。また、比較例3〜4では、界面活性剤Bの添加量を減量した結果、比較例3で消泡性が、比較例4で起泡性、消泡性が改善されたが、比較例3〜4のいずれも浸透性が低下したため、画像濃度が悪化し、吐出性も悪化してしまった。また、消泡剤を添加しなかった比較例5〜6では、保存安定性以外は惨憺たる結果となった。
更に、従来の界面活性剤Cを添加した比較例7〜10では、界面活性剤の添加量及び消泡剤の有無にかかわらず、画像濃度や吐出性が悪かった。
<ポリマーの調製>
(ポリマーAの調製)
脱水管、温度計、窒素ガス導入管、攪拌装置を備えた容量2リットルの四つ口フラスコに下記処方の原料を入れ、脱水しながら3時間掛けて180℃まで昇温させ、脱水縮合反応を行ってポリエステル樹脂を得た。
(ポリマーA合成処方)
・デカンエポキシエステル 10質量部
(ジャパンエポキシレジン社製:カージュラ E−10P)
・アジピン酸 27質量部
・ヘキサヒドロ無水フタル酸 42質量部
・ネオペンチルグリコール 2質量部
・トリメチロールプロパン 26質量部
・ジブチル錫ジオキサイド 0.1質量部
(ポリマーB)
・スチレン−アクリル系ポリマー(ジョンソンポリマー社製:ジョンクリル586)
<シアンミルベースの調製>
(シアンミルベース処方)
・ソルベント ブルー70 15質量部
(田岡化学社製 油溶性染料、Oleosol Fast Blue ELN)
・アルミナ微粒子 3質量部
(住友化成社製 APK−G008)
・ポリマーB 15質量部
・イオン交換水 67質量部
上記処方の材料を用い、ポリマーBに、2−アミノ−2−メチル−1,3−プロパンジオールを加えて水に溶解させ、油溶性ソルベントブルー70及びアルミナ微粒子を混合して充分に湿潤したところで、混練装置としてダイノーミル KDL A型(WAB社製)にφ0.5mmジルコニアビーズを充填して、2000rpmで60分間混練を行った。
得られたミルベースに1N(規定)の塩酸を3質量部加えて攪拌した後、イオン交換水400質量部を加えてよく攪拌し、遠心分離機を用いて染料ペーストと水に分離し、上澄み液を除去する操作を数回繰り返した。
次いで、塩基性化合物として2−アミノ−2−メチル−1,3−プロパンジオールを1質量部加え、再びダイノーミル KDL A型で混錬を行った。
次いで、ミルベースを取り出して1μmのフィルターでろ過し、染料濃度15質量%のシアンミルベースを得た。
<マゼンタミルベースの調製>
(マゼンタミルベース処方)
・ソルベント レッド49 15質量部
(オリエント化学工業社製 油溶性染料、Oil Pink 312)
・シリカ微粒子 5質量部
(日本アエロジル社製、Aerosil−RX200)
・ポリマーB 15質量部
・イオン交換水 65質量部
上記マゼンタミルベース処方に変えた点以外は、シアンミルベースの場合と同様にして染料濃度15質量%のマゼンタミルベースを得た。
<イエローミルベースの調製>
(イエローミルベース処方)
・ディスパース イエロー160 15質量部
(有本化学社製 分散染料、Plast Yellow 8050)
・ポリマーA 15質量部
・イオン交換水 70質量部
上記イエローミルベース処方に変えた点以外は、シアンミルベースの場合と同様にして染料濃度15質量%のイエローミルベースを得た。
<ブラックミルベースの調製>
(ブラックミルベース処方)
・ソルベント ブラック3 15質量部
(オリエント化学工業社製 油溶性染料、Oil Black 860)
・下記構造式で表される分散剤 5質量部
C12H25−O−(CH2CH2O)42−H
・イオン交換水 80質量部
上記処方の材料を用い、イオン交換水に上記分散剤を溶解し、ソルベント ブラック3を投入して充分に湿潤させたところで、混練装置としてダイノーミル KDL A型(WAB製)にφ0.5mmジルコニアビーズを充填して、2000rpmで60分間混練を行った。
次いで、ミルベースを取り出し、1μmのフィルターでろ過して、染料濃度15質量%のブラックミルベースを得た。
次いで、平均孔径0.8μmのメンブレンフィルターで濾過して、実施例25〜36、及び比較例21〜30の各インクを得た。
なお、表中の各材料欄の数値は質量%である。また、表に記載した材料は下記界面活性剤Aを除き表1、表2と同様である。
・界面活性剤A:一般式(a′)の界面活性剤A−9 (Rf=C4F9、K塩)
・界面活性剤A:一般式(a′)の界面活性剤A−10(Rf=C4F9、Li塩)
・界面活性剤A:一般式(a′)の界面活性剤A−11(Rf=C4F9、Na塩)
・界面活性剤A:一般式(a′)の界面活性剤A−12(Rf=C4F9、NH4塩)
また、各インクの物性を次のようにして測定した。結果を表7、表8に示す。
<インク粘度>
各インクの粘度を、R500型粘度計(東機産業社製)を用いて、コーン1°34′×R24、60rpm、30分間後の条件により、25℃で測定した。
<インクの体積平均粒径>
各インクの体積平均粒径(D50%)を粒度分布測定装置(日機装社製):マイクロトラックUPA)を用いて測定した。
<動的表面張力>
BP−2(Kruss社製)を用いて25℃で測定を行い、15ms、150ms、
1500msの値を読み取った。
これに対し、従来の界面活性剤Bを添加した比較例21〜26のうち、比較例21〜22では、消泡剤を添加しても泡立ってしまい、起泡性、消泡性共に悪かった。また、比較例23〜24では、界面活性剤Bの添加量を減量した結果、比較例23で消泡性が、比較例24で起泡性、消泡性が改善されたが、比較例23〜24のいずれも浸透性が低下したため、画像濃度が悪化し、吐出性も悪化してしまった。また、消泡剤を添加しなかった比較例25〜26では、保存安定性以外は惨憺たる結果となった。
更に、従来の界面活性剤Cを添加した比較例27〜30では、界面活性剤の添加量及び消泡剤の有無にかかわらず、画像濃度や吐出性が悪かった。
(調製例9)(表面処理したカーボンブラック分散体の調製)
窒素吸着比表面積が142m2/g、DBP吸油量が115ml/100gのカーボンブラック(東海カーボン社製、シースト#9)90gを、2.5N(規定)の硫酸ナトリウム溶液3000mlに添加し、温度60℃、速度300rpmで攪拌し、10時間反応させて酸化処理を行った。
次いで、反応液を濾過し、濾別したカーボンブラックを水酸化ナトリウム溶液で中和し限外濾過を行った。
得られたカーボンブラックを水洗いし乾燥させた後、純水中に20質量%となるように分散させ、カーボンブラック分散体を得た。
窒素吸着比表面積が260m2/g、DBP吸油量が69ml/100gのカーボンブラック(三菱化学社製、#960)100g、p−アミノ−N−安息香酸34g、及び水750gを混合分散した。これに、硝酸16gを滴下して70℃で撹拌した。5分後、50gの水に11gの亜硝酸ナトリウムを溶かした溶液を加え、更に1時間撹拌した。
得られたスラリーを10倍に希釈し遠心処理して粗大粒子を除いた。
その後、pHをジエタノールアミンで調整してpH8〜9とし、限外濾過膜で脱塩濃縮して顔料濃度15質量%のカーボンブラック分散体とし、更に、ポリプロピレンの平均孔径0.5μmフィルターでろ過してカーボンブラック分散体を得た。
機械式攪拌機、温度計、窒素ガス導入管、還流管及び滴下ロートを備えた1Lフラスコ内を十分に窒素ガスで置換した後、スチレン11.2g、アクリル酸2.8g、ラウリルメタクリレート12.0g、ポリエチレングリコールメタクリレート4.0g、スチレンマクロマー(東亜合成社製、商品名:AS−6)4.0g及びメルカプトエタノール0.4gを仕込み、65℃に昇温した。
続いて、スチレン100.8g、アクリル酸25.2g、ラウリルメタクリレート108.0g、ポリエチレングリコールメタクリレート36.0g、ヒドロキシエチルメタクリレート60.0g、スチレンマクロマー(東亜合成社製、商品名:AS−6)36.0g、メルカプトエタノール3.6g、アゾビスジメチルバレロニトリル2.4g及びメチルエチルケトン18gの混合溶液を2.5時間かけてフラスコ内に滴下した。
滴下終了後、アゾビスジメチルバレロニトリル0.8g及びメチルエチルケトン18gの混合溶液を0.5時間かけてフラスコ内に滴下し、65℃で1時間熟成した後、アゾビスジメチルバレロニトリル0.8gを添加し、更に1時間熟成した。
反応終了後、フラスコ内に、メチルエチルケトン364gを添加し、濃度が50質量%のポリマー溶液800gを得た。
合成例1で作成したポリマー溶液28g、C.I.ピグメントブルー15:3(顔料)26g、1mol/Lの水酸化カリウム溶液13.6g、メチルエチルケトン20g、イオン交換水30gを十分に攪拌した後、三本ロールミルを用いて混練した。
得られたペーストをイオン交換水200gに投入し、十分攪拌した後、エバポレーターを用いてメチルエチルケトンと水を留去し、シアン色のポリマー微粒子分散体を得た。
調製例11で用いた顔料をカーボンブラック(三菱化学社製、#960)に変更した点以外は、調製例11と同様にしてブラックのポリマー微粒子分散体を得た。
C.I.ピグメントレッド122を150gと、ポリオキシエチレン(n=40)−β−ナフチルエーテル56gと、純水794gとをプレミックスした後、ディスクタイプのビーズミル(シンマルエンタープライゼス社製KDL型メディア:直径0.3mmのジルコニアボール使用)で循環分散して顔料分散体を得た。
ビーズと液体を分離した後、ウレタン樹脂エマルジョン(タケラックW5661)を添加し、マゼンタ顔料分散体を得た。
調製例13で用いた顔料を、ピグメントイエロー74に変更した点以外は、調製例13と同様にしてイエロー顔料分散体を得た。
次いで、平均孔径0.8μmのメンブレンフィルターで濾過して、実施例37〜49、及び比較例31〜32の各インクを得た。
なお、表中の各材料欄の数値は質量%である。また、表に記載した材料は下記界面活性剤A、界面活性剤Dを除き表1、表2と同様である。
・界面活性剤A:一般式(h)のフッ素系界面活性剤A−13(Na塩)
・界面活性剤A:一般式(h)のフッ素系界面活性剤A−14(K塩)
・界面活性剤D:次の化学式で表される化合物
<画像滲み>
各インクをインクカートリッジに充填してセットし、600dpiの解像度でマイペーパー(NBSリコー社製)に印字し、文字の滲み具合を下記基準により評価した。
(評価基準)
◎:殆ど滲みは見られずシャープな文字が形成されている。
○:エッジ部分にやや滲みが見られる。
△:全体的に細線の潰れやぼやけが見られる。
×:白抜き部分及び細線が潰れており画像品質が劣る。
これに対し、従来の界面活性剤Dを添加した比較例31では、起泡性、消泡性が悪く、吐出性にも問題があり、界面活性剤を添加しなかった比較例32では、表面張力が高すぎるため画像滲みを生じ、乾燥性も悪く、供給経路の部材に濡れにくいため、吐出が不安定であった。
Claims (4)
- 前記フッ素系界面活性剤の含有量が記録用インク全体の0.5〜5質量%であることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット記録用インク。
- 請求項1又は2に記載の記録用インクを容器中に収容したことを特徴とするインクカートリッジ。
- 請求項3に記載のインクカートリッジを搭載したことを特徴とするインクジェット記録装置。
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