JP5722860B2 - 水性インクジェット受理溶液、この受理溶液を含むインクセット及びこのインクセットを用いたインクジェット記録方法 - Google Patents
水性インクジェット受理溶液、この受理溶液を含むインクセット及びこのインクセットを用いたインクジェット記録方法 Download PDFInfo
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Description
本発明の水性インクジェット受理溶液(以下単に「受理溶液」ともいう)は、少なくとも(A)炭素数が3以上の有機酸塩と、(B)無機塩及び/又は炭素数が2以下の有機酸塩と、(C)沸点が180℃以上の高沸点水溶性有機溶剤と、(D)水とを含有し、上記(A)成分及び上記(B)成分の少なくとも一方は多価金属塩である。
本発明の受理溶液は、(B)成分だけでなく、(A)炭素数が3以上の有機酸塩を含有する。(A)成分を含有せず、(B)成分だけを含有する場合、(B)成分は、(D)成分である水への溶解性は高いが、(C)成分である高沸点水溶性有機溶剤への溶解性がほとんどない。しかしながら、受理溶液をインクジェット方式で吐出する場合、受理溶液の粘度を吐出に適した粘度にしなければならず、そのためには、溶媒として、水だけでなく、高沸点水溶性有機溶剤も用いなければならない。このため、ブリーディングやフェザリングを有効に防止するために(B)成分を多く加えると、(D)成分の揮発に伴い、(B)成分が析出する可能性がある。本発明では、(B)成分だけでなく(A)成分も用いているため、溶媒中に十分な量の塩を加えることができ、結果として、受理溶液と水性インクとからなるインクセットにおいて、これら受理溶液と水性インクとの両方をインクジェット方式に適用しても、ブリーディングやフェザリングを有効に防止できる。
本発明の受理溶液は、(A)成分だけでなく、(B)無機塩及び/又は炭素数が2以下の有機酸塩を含有する。表2に示すとおり、(B)成分の水への溶解度は(A)成分の水への溶解度(表1参照)に比べて高いため、(A)成分だけをフェザリングを有効に防止できる量含有する受理溶液に比べ、受理溶液を長期間にわたって保存した場合であっても、受理溶液に含まれる塩が析出することを防止できる。すなわち、本発明の受理溶液は、(A)成分だけでなく、(B)成分を含有するため、受理溶液の保存安定性を高めることができる。
本発明の受理溶液は、(C)沸点が180℃以上の高沸点水溶性有機溶剤を含有する。(C)成分を含有することで、水分の蒸発にともなう粘度上昇を抑えることができ、受理溶液がノズルで乾燥して、増粘あるいは固化することによって目詰まりが起きることを防止することができる。
一般式(1):R1−CH(OH)−CH(OH)−CH2−R2
一般式(2):R1−CH(OH)−CH2−CH(OH)−R2
(式中、R1及びR2は水素原子又はアルキル基を表す。R1及びR2は同一であってもよいし、異なってもよい。)
本発明の受理溶液は、(D)水を含有する。水は、受理溶液の流動性を高めるとともに、(A)成分及び(B)成分を受理溶液中に溶解させるために用いられる。水としては、種々のイオンを含有する一般の水ではなく、脱イオン水を使用することが好ましい。
受理溶液は、必要に応じて、さらに、従来公知の添加剤を含んでもよい。添加剤としては、例えば、粘度調整剤、界面活性剤、pH調整剤、表面張力調整剤、酸化防止剤、防腐剤、防黴剤等が挙げられる。粘度調整剤として、例えば、ポリビニルアルコール、セルロース、水溶性樹脂等が挙げられる。
受理溶液の表面張力は、部材表面への濡れ性や、インクとの混和性の観点から、35mN/m以下が好ましく、32mN/m以下がより好ましく、30mN/m以下が更に好ましい。受理溶液をインクジェット法により吐出させる場合には、吐出ヘッドからの受理溶液の吐出安定性を良好にする点から、前記受理溶液の表面張力を20mN/m以上とすることが好ましい。受理溶液の表面張力は、上記の有機溶剤及び上記界面活性剤を適宜選択することにより調整することができる。なお、本発明における表面張力は、測定温度25℃にてWilhelmy法(協和界面科学製 型式:CBVP−Z)で測定された値である。
本発明の水性インクジェット用インクセット(以下単に「インクセット」ともいう)は、上記受理溶液と、色材を含有する水性インクとを含有する。
[顔料]
本発明において水性顔料インクの顔料は特に限定されず、従来インクジェットインクに使用されている有機顔料又は無機顔料等が挙げられる。これらは1種単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。具体的な有機顔料としては、例えば、不溶性アゾ顔料、溶性アゾ顔料、染料からの誘導体、フタロシアニン系有機顔料、キナクリドン系有機顔料、ペリレン系有機顔料、ジオキサジン系有機顔料、ニッケルアゾ系顔料、イソインドリノン系有機顔料、ピランスロン系有機顔料、チオインジゴ系有機顔料、縮合アゾ系有機顔料、ベンズイミダゾロン系有機顔料、キノフタロン系有機顔料、イソインドリン系有機顔料、キナクリドン系固溶体顔料、ペリレン系固溶体顔料等の有機固溶体顔料、その他の顔料として、カーボンブラック等が挙げられる。
C.I.ピグメントイエロー1、2、3、12、13、14、16、17、20、24、73、74、75、83、93、95、97、98、109、110、114、117、120、125、128、129、130、137、138、139、147、148、150、151、153、154、155、166、168、180、185、213、214、
C.I.ピグメントレッド5、7、9、12、48、49、52、53、57、97、112、122、123、149、168、177、180、184、192、202、206、209、215、216、217、220、223、224、226、227、228、238、240、254、
C.I.ピグメントオレンジ16、36、43、51、55、59、61、64、71、
C.I.ピグメントバイオレット19、23、29、30、37、40、50、
C.I.ピグメントブルー15、15:1、15:3、15:4、15:6、16、22、60、64、
C.I.ピグメントグリーン7、36、58、
C.I.ピグメントブラウン23、25、26等が挙げられる。
本発明において、顔料分散剤は特に限定されない。例えば、カチオン系、アニオン系、ノニオン系、両性、シリコーン(シリコン)系、フッ素系等の界面活性剤を使用できる。界面活性剤の中でも、次に例示するような高分子界面活性剤(高分子分散剤)が好ましい。
インクジェットインクに用いられる樹脂は、顔料の前記記録媒体への浸透を抑制して、当該記録媒体の表面への顔料の定着を促進するものである。当該樹脂としては、定着性に優れ、印刷物の耐水性に優れる点から樹脂エマルションが好ましい。
水性顔料インクに用いられる水性溶媒としては、水及び水溶性有機溶媒が挙げられる。水溶性有機溶媒は、前記受理溶液において例示された水溶性有機溶媒と同様のものとすることができる。水及び水溶性有機溶媒は、単独でもまたは混合物としても使用することができる。
水性顔料インクに用いられる界面活性剤としては、前記受理溶液において例示された界面活性剤と同様のものとすることができる。界面活性剤は、単独でもまたは混合物としても使用することができる。
水性顔料インクには、前記受理溶液と同様に、必要に応じて、さらに、従来公知の添加剤を含んでもよい。添加剤としては、例えば、粘度調整剤、pH調整剤、表面張力調整剤、酸化防止剤、防腐剤、防黴剤等が挙げられる。
インクジェットインクの調製方法は、特に限定されない。例えば、水性溶媒に自己分散型の顔料を加え、分散した後、樹脂、界面活性剤及び必要に応じてその他の成分を添加して調製する方法、水性溶媒に、顔料と分散剤を加えて分散した後、樹脂、界面活性剤及び必要に応じてその他の成分を添加して調製する方法、水性溶媒に顔料と樹脂と界面活性剤と必要に応じてその他の成分を添加した後、顔料を分散して調製する方法等が挙げられる。
本発明では、上記インクセットのインクジェット受理溶液を記録媒体の表面にインクジェット方式で吐出した後、上記インクセットの水性インクをインクジェット方式で吐出することが好ましい。
本発明のインクジェット記録方法において、インクジェットインクを用いて印刷される記録媒体は特に制限されるものではなく、塗工紙、非塗工紙、布帛等の吸収体、非吸収性基材のいずれも使用することができる。具体的には、非塗工紙としては、更紙、中質紙、上質紙、塗工紙としては、コート紙、アート紙、キャスト紙、軽量コート紙、微塗工紙、布帛等の吸収体としては、綿、化繊織物、絹、麻、布帛、不織布、皮革等を例示でき、非吸収性基材としては、ポリエステル系樹脂、ポリプロピレン系合成紙、塩化ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、金属、金属箔コート紙、ガラス、合成ゴム、天然ゴム等を例示できるがこれらに限定されるものはない。
本発明の受理溶液及びインクセットは、ピエゾ方式、サーマル方式、静電方式等のいずれのインクジェット記録装置にも適用することができるが、中でも、ピエゾ方式のインクジェット記録装置に用いられることが好ましい。ピエゾ方式の記録ヘッドは、圧力発生素子として圧電振動子を用い、圧電振動子の変形により圧力室内を加圧・減圧してインク滴を吐出させる。このような記録ヘッドでは、さらなる高画質化や記録速度の向上を図る試みとして、ノズル列の数を増やすことで記録可能な色の種類を増やしてさらなる高画質化を図る試みがなされ、また、1つのノズル列を構成するノズル開口部の数を増やすことで記録速度の向上を図る試みがなされている。さらに、1つのヘッドに設けられるノズルの数を増やすために、ノズルを微細化する試みもなされている。
受理溶液の記録媒体への付着時期は、水性インクと受理溶液がそれぞれインクジェット方式によって吐出されて記録媒体上で接触するならば、特に限定されるものではないが、フェザリングやブリーディングをより効果的に抑制する点で、水性インクを吐出する直前に付着することが好ましい。受理溶液の記録媒体への付着量は特に限定されるものではないが、フェザリングやブリーディングを有効に抑制するため、受理溶液に含まれる塩((A)成分及び(B)成分)が記録媒体1cm2あたり0.01〜2000μモル付着される程度であることが好ましい。記録媒体1cm2あたりの塩((A)成分及び(B)成分)付着量が2000μモルを超えても、更なる画像改善効果を得難い。
下記のA)からE1)を表3の配合として実施例1〜17及び比較例1〜4における受理溶液を得た。
(A)炭素数が3以上の有機酸塩
(A1)パントテン酸カルシウム
(A2)プロピオン酸カルシウム
(A3)乳酸カルシウム
(A4)パントテン酸ナトリウム
(B)無機塩及び/又は炭素数が2以下の有機酸塩
(B1)酢酸カルシウム
(B2)硝酸カルシウム
(B3)酢酸マグネシウム
(B4)硫酸マグネシウム
(B5)塩化カルシウム
(B6)塩化マグネシウム
(B7)塩化ナトリウム
(B8)酢酸ナトリウム
(C)沸点が180℃以上の高沸点水溶性有機溶剤
(C1)1,2−プロパンジオール(プロピレングリコール、沸点:188.2℃)
(C2)1,3−プロパンジオール(トリメチレングリコール、沸点:210〜212℃)
(C3)1,2−ペンタンジオール(沸点:206℃)
(C4)トリエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル(沸点:271.2℃)
(C5)2−ピロリドン(沸点:250℃)
(D)水:イオン交換水
(E1)界面活性剤
(E1−1)アセチレンジオール系界面活性剤(商品名:ダイノール(登録商標)607,エアープロダクツジャパン社製)
(E1−2)ポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤(商品名:シルフェイス(登録商標)503A,日信化学工業社製)
〔顔料分散体A−1(黒)の調製〕
Kieczykowski等,J.Org.Chem.,1995,Vol.60,P.8310-8312、及び米国特許第4,922,007号明細書に示された手順と同様の手順を用いて、[2−(4−アミノフェニル)−1−ヒドロキシエタン−1,1−ジイル]ビスホスホン酸−ナトリウム塩を製造した。まず、500mL三つ口フラスコに、凝縮器の頂部にガス出口を備えた凝縮器、温度計及び乾燥窒素入口、及び100mL均圧添加漏斗を取り付けた。このフラスコに、最初に、32gの亜リン酸(380mmol)及び160mLのメタンスルホン酸(溶媒)を添加した。この撹拌混合物に、57.4gのアミノフェニル酢酸(380mmol)を少しずつ添加した。この撹拌混合物を65℃に1〜2時間加熱して、固体分を完全に溶解させた。この系全体を乾燥窒素でフラッシュし、固体分のすべてが溶解した後に、温度を40℃に減じた。この加熱溶液に、添加漏斗を通じて70mLのPCl3(800mmol)をゆっくり添加した。反応により生じたHClガスは、ガス出口を通じて排出した。添加が完了した後、反応混合物を2時間撹拌かつ40℃にて加熱した。次いで、温度を65〜70℃に上げ、この混合物を一晩撹拌した。生じた清澄な茶色溶液を室温に冷却し、600gの氷/水混合物中への添加により急冷した。
この水性混合物を1Lビーカー中に入れ、90〜95℃に4時間加熱した(ビーカーの頂部をガラス板で覆った)。次いで、この混合物を室温に冷却し、この混合物のpHを50%NaOH溶液で4〜5に調整した。この混合物を氷浴で5℃に2時間冷却し、次いで生じた固体分を吸引濾過により集め、1Lの冷脱イオン水で洗浄し、60℃にて一晩乾燥して、白色又はオフホワイト色の固体生成物(収量は48g、収率は39%であった。)を得た。得られた固体生成物の1H−NMRデータ(D2O/NaOH)は、次のとおりであった。すなわち、7.3(2H,d)、6.76(2H,d)、3.2(2H,t)。得られた固体生成物の13C−NMRデータ(D2O/NaOH)は、それぞれ、141、130、128、112、73であった。
カーボンブラック(Black Pearls(登録商標)700カーボンブラック(Cabot社製))20g、上記固体生成物20mmol、硝酸20mmol、及び脱イオン水200mLを、室温にてシルヴァーソン(Silverson)混合機(6000rpm)で混合した。30分後、この混合物中に少量の水中に溶解させた亜硝酸ナトリウム(20mmol)をゆっくり添加した。温度は混合によって60℃に達し、これを1時間進行させた。これにより、カーボンブラックに上記固体生成物が修飾した自己分散型の顔料(少なくとも2つのホスホン酸基又はその塩が結合されている顔料を含む。)が生成された。pHをNaOH溶液で8〜9に調整し、30分後、自己分散型の顔料の生じた分散液を、20容量部の脱イオン水を用いてスペクトラム(Spectrum)メンブランでダイアフィルトレーションし、固体分15質量%に濃縮し、顔料分散体A−1(黒)を得た。
顔料分散体A−1(黒)の調整において、カーボンブラックの代わりに、C.I.ピグメントブルー15:4(PB15:4)、C.I.ピグメントイエロー74(PY74)、C.I.ピグメントレッド122(PR122)をそれぞれ用いた以外は、顔料分散体A−1(黒)の調整と同様にして、顔料分散体A−2(青)、顔料分散体A−3(黄)、及び顔料分散体A−4(赤)を得た。
顔料分散体A−1を30質量部、グリセリンを5質量部、プロピレングリコールを25質量部、Tg40℃、酸価25mgKOH/gである、アクリル樹脂エマルジョンを、樹脂固形分として5質量部、アセチレンジオール系界面活性剤(商品名:ダイノール(登録商標)607,エアープロダクツジャパン社製)を0.5質量部、イオン交換水を34.5質量部、混合して合計100質量部とし、インクA−1(黒)を調整した。同様にして、インクA−2(青)、インクA−3(黄)、インクA−4(赤)を調整した。
実施例及び比較例に係る受理溶液を、50℃、50%RHの条件下において蒸発皿で24時間開放放置した後、金属塩が析出しているか否かを目視で観察し、○:析出物を生じない、×:析出物を生じる、の基準で評価した。○が実用範囲である。結果を表4に示す。
保存安定性の促進試験として、実施例及び比較例に係る受理溶液をガラス容器に密封し、60℃で1ヶ月間保管した後、金属塩が析出しているか否かを目視で観察し、○:析出物を生じない、×:析出物を生じる、の基準で評価した。○が実用範囲である。結果を表4に示す。
インクジェット記録装置PX−101(セイコーエプソン社製)のインクヘッドに実施例及び比較例に係る受理溶液を充填し、該受理溶液を全てのノズルから10m/secの吐出速度で吐出し、1時間放置した。その後、全てのノズルから受理溶液を同じ吐出速度で再び吐出した。その後、不吐出ノズルの有無を目視で観察し、○:不吐出ノズルがない、△:不吐出ノズルが有るが、クリーニングによって直ちに全ノズルから吐出する、×:不吐出ノズルがあり、クリーニングしても復旧しにくい、の基準で評価した。○、△が実用範囲である。結果を表4に示す。
インクジェット記録装置PX−101(セイコーエプソン社製)のインクヘッドに実施例及び比較例に係る受理溶液を充填し、OKトップコート(王子製紙社製,コート紙)にインクで印字を行う画像と同じ画像を印字した後、もう1台のインクジェット記録装置PX−101(セイコーエプソン社製)のインクヘッドにインクA−1(黒)、インクA−2(青)、インクA−3(黄)、インクA−4(赤)の4色のインクを充填して、カラー印字を行った。印字した画像を目視で観察し、○:ブリーディングやフェザリングがほとんどみられない、△:ブリーディングやフェザリングがわずかにみられる、×:ブリーディングやフェザリングが著しい、の基準で評価した。○、△が実用範囲である。結果を表4に示す。
Claims (13)
- インクジェット方式でノズルから吐出される水性インクジェット受理溶液であって、
(A)20℃における水への溶解度が0.76モル/リットル以上であり、かつ、20℃における1,2−プロパンジオール(プロピレングリコール)への溶解度が0.01モル/リットル以上であり炭素数が3以上の有機酸塩である多価金属塩と、(B)無機塩及び炭素数が2以下の有機酸塩から選ばれる少なくともひとつの多価金属塩と、(C)沸点が180℃以上の高沸点水溶性有機溶剤と、(D)水とを含有し、
前記(C)成分を水性インクジェット受理溶液中に20質量%以上70質量%以下含有する水性インクジェット受理溶液。 - ピエゾ方式のインクジェット記録装置に用いられる、請求項1に記載の水性インクジェット受理溶液。
- 前記(A)成分の濃度が、0.05〜0.2モル/リットルであり、かつ、前記(B)成分の濃度が、0.01〜1.0モル/リットルである、請求項1又は2に記載の水性インクジェット受理溶液。
- 更に、界面活性剤を含有し、
前記水性インクジェット受理溶液の表面張力が、20mN/m以上35mN/m以下である請求項1から3のいずれかに記載の水性インクジェット受理溶液。 - 前記多価金属塩は、カルシウム塩、マグネシウム塩、ニッケル塩、アルミニウム塩、ホウ素塩、亜鉛塩又はこれらの混合塩から選択される、請求項1から4のいずれかに記載の水性インクジェット受理溶液。
- 前記(A)成分はカルボン酸塩である、請求項1から5のいずれかに記載の水性インクジェット受理溶液。
- 前記(A)成分は、乳酸塩を除くものである、請求項1から6のいずれかに記載の水性インクジェット受理溶液。
- 前記(A)成分は、パントテン酸塩、プロピオン酸塩、又はこれらの混合塩から選択される、請求項7に記載の水性インクジェット受理溶液。
- 前記(B)成分は、塩化物、硫酸塩、硝酸塩、ギ酸塩、酢酸塩又はこれらの混合塩から選択される、請求項1から8のいずれかに記載の水性インクジェット受理溶液。
- 前記(C)成分は多価アルコールである、請求項1から9のいずれかに記載の水性インクジェット受理溶液。
- 前記多価アルコールは、両末端が同時に水酸基ではないアルカンジオールである、請求項10に記載の水性インクジェット受理溶液。
- 請求項1から11のいずれかに記載の水性インクジェット受理溶液と、
色材を含有する水性インクと、を含有する水性インクジェット用インクセット。 - 請求項12に記載の水性インクジェット用インクセットを用いて記録媒体にインクジェット方式で記録する方法であって、
前記インクジェット受理溶液を前記記録媒体の表面にインクジェット方式で吐出した後に、前記水性インクをインクジェット方式で吐出する、インクジェット記録方法。
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