JP5755207B2 - 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
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Description
本発明のインクジェット受理溶液(以下単に「受理溶液」ともいう)は、多価金属塩と、沸点が180℃以上の多価アルコールと、水とを含有し、上記多価アルコールは、一方の末端が水酸基であり、他方の末端は水酸基ではないペンタンジオールを少なくとも含有する。
本発明の受理溶液は、多価金属塩を含有する。使用可能な金属塩としては、2価以上の多価金属イオンと陰イオンから構成される。2価以上の多価金属イオンとしては、例えば、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、アルミニウムイオン、チタンイオン、鉄(II)イオン、鉄(III)イオン、コバルトイオン、ニッケルイオン、銅イオン、亜鉛イオン、バリウムイオン、ストロンチウムイオン等が挙げられる。
水への溶解度が0.1モル/リットル未満の金属塩では、金属イオンの、インクへの溶出が少なく、顔料に結合しているリン含有基との反応性が不十分となり、顔料の定着性の向上が不十分になる場合がある。金属塩としては以下に記載する無機塩と有機酸塩のいずれか一方を使用することもできるし、両方を併用することもできる。
上記無機塩のうちカルシウム塩、マグネシウム塩としては、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、臭化カルシウム、臭化マグネシウム、硝酸カルシウム、硝酸マグネシウム、硫酸マグネシウム等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。これらの無機塩の中でも、一般に水への溶解度の高い塩化物又は硝酸塩がより好ましい。さらに、これらの無機塩の中でも、水への溶解度及びリン含有基との反応性の点から塩化カルシウム又は塩化マグネシウムがより好ましく、塩化カルシウムが特に好ましい。
上記有機酸塩の具体例としては、パントテン酸、パントイン酸、プロピオン酸、アスコルビン酸、酢酸、リンゴ酸、o-安息香酸スルフィミド及び乳酸のカルシウム塩、マグネシウム塩、ニッケル塩、アルミニウム塩及び亜鉛塩が挙げられるがこれらに限定されるものではない。これらの有機酸塩の中でも、フェザリングとブリーディングの抑制の点からパントテン酸、プロピオン酸、及び酢酸のカルシウム塩がより好ましい。なお、本明細書において、ブリーディングとは、異なる色間の隣接する境界部で色が混ざって不鮮明になる状態をいい、フェザリングとは、主に非塗工紙において印字部が髭状に滲む状態をいう。
本発明の受理溶液は、沸点が180℃以上の多価アルコールを含有する。沸点が180℃以上の多価アルコールを含有することで、水分が蒸発したときの粘度上昇を抑えることができ、インク出射時のデキャップ特性を高めることができる。
本発明の受理溶液は、水を含有する。水は、受理溶液の流動性を高めるとともに、多価金属塩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、防黴剤、防腐剤等が挙げられる。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、色材を含有するインクとを含有する。
[顔料]
本発明において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。
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。
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。
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、界面活性剤、pH調整剤、表面張力調整剤、酸化防止剤、防黴剤、防腐剤等が挙げられる。
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塗布した後、上記インクセットの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は、前記受理溶液の記録媒体への付着方法がスプレー法、コーター法、インクジェット法、グラビア法又はフレキソ法であることが好ましい。
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、インクと受理溶液が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、カールやコックリングをより効果的に抑制する点で、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、ブリーディングやフェザリングを有効に抑制するため、受理溶液に含まれる多価金属塩が記録媒体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。
6種類の有機溶剤(プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,2−ペンタンジオール、1,2−ヘキサンジオール)有機溶剤について、カール抑制効果、部材適性及び樹脂溶解性を評価した。
有機溶剤50質量部、水49.7質量部及び界面活性剤(商品名:ダイノール(登録商標)607,アセチレンジオール系界面活性剤,エアープロダクツジャパン社製)0.3質量部からなる混合液を、バーコーター♯8を使用してキャスト紙(商品名:ミラーコートプラチナ,王子製紙社製)に塗布し、カールの状態を評価した。評価は、A:紙の変形がほとんどない、B:紙がカールし、印刷に支障をきたす、C:紙が大きくカールし、印刷が困難、の基準で評価した。Aが実用範囲である。結果を表1に示す。
インクジェットヘッド部材において、特開2000−62196号公報にあるように、フェノール樹脂やエポキシ樹脂が接着剤として用いられることは公知である。従って部材適性の評価としてエポキシ樹脂の浸漬試験を行った。
記録媒体が塗工紙の場合において、溶剤が十分な樹脂溶解性を有すると、基材表面の塗工層中の樹脂を溶解して基材内部に受理溶液を均一に浸透させることができる。また、樹脂溶解性が高いと、基材の塗工層の樹脂を溶解するため、印字物の光沢が高くなり、インクの発色を良好にすることができると考えられる。この塗工層の樹脂としては、アクリル系樹脂やロジン系樹脂を使用することが多い。従って本発明の有機溶剤の評価を行うに当たり、スチレンーマレイン酸樹脂とロジン樹脂について、その溶解性の評価を行った。
下記の(A)から(D)を表3の配合として実施例及び比較例における受理溶液を得た。
(A)多価金属塩
(A1)酢酸カルシウム
(A2)塩化カルシウム
(A3)硫酸マグネシウム
(A4)プロピオン酸カルシウム
(A5)パントテン酸カルシウム
(B)一方の末端が水酸基であり、他方の末端は水酸基ではないペンタンジオール
(B1)1,2−ペンタンジオール
(C)水:イオン交換水
(D)その他の成分
(D1)界面活性剤: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)
(D2)他の有機溶剤(沸点180℃以上の多価アルコール)
(D2−1)1,3−プロパンジオール
(D2−2)1,2−プロパンジオール(プロピレングリコール)
(D2−3)1,3−ブタンジオール
(D2−4)1,2−ブタンジオール
〔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。
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)の調製と同様にして、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)を調製した。顔料分散体がA−2、A−3又はA−4であること以外は、インクA−1(黒)の調製と同様の方法にて、インクA−2(青)、インクA−3(黄)、インクA−4(赤)を調製した。
イオン交換水80.1gに、スチレン−アクリル酸系高分子分散剤(商品名:ジョンクリル682,重量平均分子量1,700,酸価238mgKOH/g,BASFジャパン社製)3.0gと、トリエタノールアミン1.8gを溶解させ、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))を15gと消泡剤(商品名:サーフィノール104E,エアープロダクツ社製)を0.1g加え、ジルコニアビースを用いてペイントシェーカーにて分散し、顔料分散体B−1(黒)を得た。
カーボンブラックの代わりに、上記PB15:4、上記PY74及び上記PR122をそれぞれ用いた以外は、顔料分散体B−1(黒)の調製と同様にして、顔料分散体B−2(青)、顔料分散体B−3(黄)、及び顔料分散体B−4(赤)を得た。
顔料分散体B−1を30質量部、1,3−プロパンジオールを5質量部、プロピレングリコールを30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、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))を0.5質量部、イオン交換水34.5質量部を混合して合計100質量部とし、インクB−1(黒)を調製した。顔料分散体がB−2、B−3又はB−4であること以外は、インクA−1(黒)の調製と同様の方法にて、インクB−2(青)、インクB−3(黄)、インクB−4(赤)を調製した。
実施例及び比較例に係る受理溶液を、バーコーター♯8を使用してキャスト紙(商品名:ミラーコートプラチナ,王子製紙社製)に塗布し、カールの状態を評価した。評価は、A:紙の変形がほとんどない、B:紙がわずかにカールする、C:紙が著しくカールする、の基準で評価した。A、Bが実用範囲である。結果を表3に示す。
実施例及び比較例に係る受理溶液を、バーコーター♯8を使用して上記キャスト紙の全面に塗布してから1分以内に、インクA−1(黒)、インクA−2(青)、インクA−3(黄)、インクA−4(赤)を充填したPX−101(ピエゾ駆動方式インクジェットプリンター,セイコーエプソン社製)で100%ベタ印字を行った。そして、その後のカールの状態を評価した。評価は、A:紙の変形がほとんどない、B:紙がわずかにカールする、C:紙が著しくカールする、の基準で評価した。A、Bが実用範囲である。結果を表3に示す。
<受理溶液の評価 その2>と同様にして、画像を印刷後、5分間室温で放置した後の印刷物の状態を、A:ブリーディングがほとんど観察されない、B:ブリーディングがわずかに観察される、C:著しいブリーディングが観察される、の基準で評価した。A、Bが実用範囲である。結果を表3に示す。
インクB−1(黒)、インクB−2(青)、インクB−3(黄)、インクB−4(赤)を使用して、<受理溶液の評価 その2>と同様に印刷後、60℃で5分間乾燥した後の印刷物の状態を、A:インクの広がりや色にむらが観察されない、B:インクの広がりや色にむらがわずかに観察される、C:著しい色ムラが観察される、の基準で評価した。A、Bが実用範囲である。結果を表3に示す。
<受理溶液の評価 その4>と同様にして作成した印字物の光沢を評価した。A:光沢があり発色が良好である、B:光沢が低く発色が悪い、の基準で評価した。Aが実用範囲である。結果を表3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密封し、60℃で1週間保管した後、金属塩が析出しているか否かを目視で観察し、A:析出物を生じない、B:わずかに析出物を生じる、C:析出物を多く生じる、の基準で評価した。A、Bが実用範囲である。結果を表3に示す。
Claims (11)
- 多価金属塩と、沸点が180℃以上の多価アルコールと、水とを含有し、前記多価アルコールは、一方の末端が水酸基であり、他方の末端は水酸基ではないペンタンジオールを少なくとも含有し、
前記ペンタンジオールは、インクジェット受理溶液100質量部中に30質量部以上85質量部以下含有する、インクジェット受理溶液。 - 前記ペンタンジオールは1,2−ペンタンジオールである、請求項1に記載のインクジェット受理溶液。
- 前記ペンタンジオールは、インクジェット受理溶液100質量部中に40質量部以上80質量部以下含有する、請求項1又は2に記載の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、アルミニウム塩又は亜鉛塩よりなる群から選択される1種又は2種以上の金属塩である、請求項1から3のいずれかに記載のインクジェット受理溶液。
- 前記多価金属塩は少なくとも1種類の有機酸塩を含有する、請求項1から4のいずれかに記載のインクジェット受理溶液。
- 前記有機酸塩は、酢酸塩、プロピオン酸塩又はパントテン酸塩からなる群より選択される、請求項5に記載のインクジェット受理溶液。
- 前記多価金属塩は、少なくとも1種類の無機塩をさらに含有する、請求項5又は6に記載のインクジェット受理溶液。
- 前記多価金属塩の濃度は前記受理溶液1リットルに対して0.005〜2.0モルである、請求項1から7のいずれかに記載のインクジェット受理溶液。
- 請求項1から8のいずれかに記載のインクジェット受理溶液と、
色材を含有するインクと、
を含有するインクジェット用インクセット。 - 請求項9に記載の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印刷面に付着させた後、その付着させた箇所に前記インクジェットインクを付着させて印刷する、インクジェット記録方法。 - 前記記録媒体は塗工紙である、請求項10に記載のインクジェット記録方法。
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