JP5918867B2 - 水性インキ組成物及び水性ボールペン - Google Patents

水性インキ組成物及び水性ボールペン Download PDF

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Description

本発明は、水性インキ組成物及び水性ボールペンに関する。
筆記具により紙面上に描線を形成する際に、インキ組成物の乾燥に時間を要すると、描線形成後乾燥までの間にインキ組成物が転写するおそれがあり、上記描線からなる文字等の認識が困難となる場合がある。したがって、筆記具により紙面上に形成された描線には優れた乾燥性が求められる。
特許文献1では、シリコン系界面活性剤を含む水性インキが開示され、得られる描線は乾燥性等に優れることが記載されている。また、特許文献2では、架橋ゼラチンを含む水性インキが開示され、得られる筆跡の乾燥性が良好であることが記載されている。
特開平10−231451号公報 特開2000−103998号公報
一方、描線の乾燥性に優れる筆記具のインキ組成物は、紙面上でにじみやすく、描線が意図せず太くなる、又は描線がぼやける傾向があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、乾燥性に優れ、かつ、にじみの少ない描線を形成することが可能である水性インキ組成物、及びそれを用いた水性ボールペンを提供することを目的とする。
本発明は、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、水溶性有機溶剤、着色剤、及び水を含有し、上記ポリオキシエチレンアルキルエーテルのHLB値が12〜15であり、上記ポリオキシエチレンアルキルエーテルが炭素数8〜12のアルキル基を有する、水性インキ組成物を提供する。
本発明の水性インキ組成物によれば、乾燥性と、にじみという相反する特性を両立することが可能となる。
上記ポリオキシエチレンアルキルエーテルの含有量は、水性インキ組成物全量を基準として、0.1〜10質量%であることが好ましい。
上記水性インキ組成物はリン酸エステルをさらに含有することが好ましい。さらに、上記リン酸エステルがポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステルであり、上記ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステルが炭素数10以下のアルキル基を有することが好ましい。
上記リン酸エステルの含有量は、水性インキ組成物全量を基準として、0.05〜5質量%であることが好ましい。
上記水性インキ組成物は、500〜3000mPa・sの粘度を有することが好ましい。
本発明はまた、インキ収容部材及びボールペンチップを備えるボールペンであって、上記水性インキ組成物が上記インキ収容部材に収容されている、水性ボールペンを提供する。
本発明によれば、乾燥性に優れ、かつ、にじみの少ない描線を形成することが可能である水性インキ組成物、及びそれを用いた水性ボールペンを提供することができる。
図1は本発明に係る水性ボールペンの一実施形態を示す模式断面図である。
以下、必要に応じて図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
(水性インキ組成物)
本実施形態の水性インキ組成物は、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、水溶性有機溶剤、着色剤、及び水を含有する。
ポリオキシエチレンアルキルエーテルは炭素数8〜12のアルキル基を有する。水性インキ組成物がポリオキシエチレンアルキルエーテルを含有することにより、水性インキ組成物の紙への浸透性を高めることが可能となる。上記炭素数は8〜10であることが好ましい。
ポリオキシエチレンアルキルエーテルは、具体的には、下記式(1)で表される。
Figure 0005918867
式中、Rは炭素数8〜12のアルキル基を表す。ポリオキシエチレンアルキルエーテルのアルキル基の炭素数が8以上であることにより、描線のにじみを少なくすることが可能となる。ポリオキシエチレンアルキルエーテルのアルキル基の炭素数が12以下であることにより、水性インキ組成物の紙への浸透性を高めることが可能となる。同様の観点から、上記アルキル基の炭素数は8〜10であることが好ましい。また、上記アルキル基は分岐鎖状であることが好ましい。このようなアルキル基としては、イソデシル基及びエチルヘキシル基等が挙げられる。式中のnは、HLB値が後述する範囲内に入るように選択することができ、たとえば、5〜20の整数である。
ポリオキシエチレンアルキルエーテルのHLB(Hydrophile−Lipophile Balance)値は12〜15である。HLB値が12以上であることにより、水性インキ組成物中でのポリオキシエチレンアルキルエーテルの溶解安定性が増し、描線のにじみを抑制することが可能となる。HLB値が15以下であることにより、水性インキ組成物の紙面への浸透性を高めることが可能となる。同様の観点から、上記HLB値は14〜15であることが好ましい。
ポリオキシエチレンアルキルエーテルの含有量は、水性インキ組成物全量を基準として、0.1〜10質量%であることが好ましく、0.5〜2質量%であることがより好ましい。ポリオキシエチレンアルキルエーテルの含有量が0.1質量%以上であることにより、水性インキ組成物の紙への浸透性を高める傾向がある。また、ポリオキシエチレンアルキルエーテルの含有量が10質量%以下であることにより、浸透性を維持しながら、優れた溶解安定性が得られる傾向がある。
水溶性有機溶剤としては、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、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、グリセリン、ピロリドン、尿素、チオ尿素、エチレン尿素、ソルビット、マンニット、ショ糖、ぶどう糖、還元デンプン加水分解物、及びピロリン酸ナトリウム等が挙げられる。水溶性有機溶剤の含有量は、水性インキ組成物全量を基準として、好ましくは1〜30質量%であり、より好ましくは5〜20質量%である。
着色剤としては、染料及び顔料が挙げられる。染料は水溶性染料であることが好ましく、たとえば、直接染料、酸性染料及び塩基性染料等である。顔料は水分散性顔料であることが好ましく、たとえば、有機顔料及び無機顔料等である。上記着色剤は1種を単独で用いられてもよく、2種以上を組み合わせて用いられてもよい。
直接染料としては、たとえば、カラーインデックス(以下、C.I.という)Direct Black 17,同19,同38,同154、C.I.Direct Yellow 1,同4,同12,同29、C.I.Direct Orange 6,同8,同26,同29、C.I.Direct Red 1,同2,同4,同13、C.I.Direct Blue 2,同6,同15,同78,同87等が挙げられる。
また、酸性染料としては、C.I.Acid Black2,同31、C.I.Acid Yellow 3,同17,同23,同73、C.I.Acid Orange 10,C.I.Acid Red 13,同14,同18,同27,同52,同73,同87,同92、C.I.Acid Blue 1,同9,同74,同90等が挙げられる。
また、塩基性染料としては、C.I.Basic Yellow2,同3、C.I.Basic Red 1,同2,同8,同12、C.I.Basic Violet 1,同3,同10、C.I.Basic Blue 5,同9,同26等が挙げられる。
水分散性顔料としては、水系媒体に分散可能であれば特に制限されず、たとえば、カーボンブラック及び金属粉等の無機顔料、アゾ系、フタロシアニン系及びキナクドリン系等の有機顔料、並びに蛍光顔料等が挙げられる。
本実施形態の水性インキ組成物は、上述の成分の水溶液又は水分散液として、或いは上述の成分とは別に、水を含有する。水の含有量は、水性インキ組成物全量を基準として、好ましくは20〜80質量%であり、より好ましくは40〜80質量%である。
本実施形態の水性インキ組成物は、リン酸エステルをさらに含有していてもよい。水性インキ組成物がリン酸エステルを含有することにより、描線の乾燥性を損なうことなく、優れた潤滑性を得ることができる傾向がある。さらに、水性インキ組成物が後述する特定のリン酸エステルを含有することにより、描線のにじみを抑制できる傾向がある。
リン酸エステルは下記式(2)で表される。
O=P(OR(OH)3−p ・・・(2)
式中、Rは有機基を表す。上記有機基としては、たとえば、アルキル基及びアリール基等が挙げられる。上記アルキル基及びアリール基はさらにアルコキシ基等で置換されていてもよい。式中のpは1〜3の整数である。
リン酸エステルはポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステルであることが好ましい。なお、本明細書において、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステルは、ポリオキシエチレンアルキルエーテルの構造を有していても、リン酸エステルに分類する。ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステルは下記式(3)で表される。
O=P[(OCHCHOR(OH)3−p ・・・(3)
式中、Rは炭素数10以下のアルキル基を表す。アルキル基の炭素数は1〜10であることが好ましく、6〜10であることがより好ましい。式中のpは1〜3の整数であり、qは溶解安定性が良好となるように適宜選択され、たとえば、2〜10の整数である。ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステルのRのアルキル基の炭素数が10以下であることにより、描線の乾燥性を損なうことなく、にじみを抑制できる傾向がある。
本実施形態の水性インキ組成物がリン酸エステルを含有する場合、リン酸エステルの含有量は、水性インキ組成物全量を基準として、0.05〜5質量%であることが好ましく、0.5〜2質量%であることがより好ましい。リン酸エステルの含有量が0.05質量%以上であることにより、描線の乾燥性を維持しながら、潤滑性を向上させることができる傾向がある。また、リン酸エステルの含有量が5質量%以下であることにより、潤滑性を維持しながら、優れた溶解安定性を得ることができる傾向がある。
本実施形態の水性インキ組成物は、上述の成分に加えて、防錆剤、pH調整剤、増粘剤、防腐剤(防黴剤)、潤滑剤、染料溶解助剤、及び固着樹脂等の添加剤を含有していてもよい。
防錆剤としては、ベンゾトリアゾール及びその誘導体、トリルトリアゾール、ジシクロヘキシルアンモニウムナイトライト、ジイソプロピルアンモニウムナイトライト、チオ硫酸ナトリウム、エチレンジアミン四酢酸塩、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、サポニン、並びにジアルキルチオ尿素等が挙げられる。防錆剤の含有量は、水性インキ組成物全量を基準として、好ましくは0.3〜5質量%であり、より好ましくは0.5〜3質量%である。
pH調整剤としては、炭酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、水酸化ナトリウム及び酢酸ソーダ等の無機塩類、並びに、トリエタノールアミン及びジエタノールアミン等の水溶性のアミン化合物等の有機塩基性化合物等を用いることができる。
増粘剤としては、天然系−キサンタンガム、グァーガム、ローカストビーンガム、カラギーナン、アラビアガム、トラガカンドガム、アルギン酸、ゼラチン、寒天、カゼイン、サイリウムシートガム、タマリンドシートガム、合成系−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、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、アルギン酸ナトリウム、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリビニルメチルエーテル、ポリアクリル酸ナトリウム、及びカルボキシビニルポリマーなどが挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。増粘剤の含有量は、水性インキ組成物全量を基準として、好ましくは0.1〜3質量%であり、より好ましくは0.2〜1質量%である。該含有量が3質量%を超えると、水性インキ組成物の粘度が高くなり過ぎて、ペン先で詰まり易くなる傾向がある。一方、該含有量が0.1質量%未満であると、水性インキ組成物の粘度が低くチップ先端よりインキ漏れを起こしやすくなる傾向がある。
防腐剤(防黴剤)としては、石炭酸、1,2−ベンズイソチアゾリン−3−オンのナトリウム塩、安息香酸ナトリウム、デヒドロ酢酸ナトリウム、ソルビン酸カリウム、パラオキシ安息香酸プロピル、及び2,3,5,6−テトラクロロ−4−(メチルスルフォニル)ピリジン等が挙げられる。防腐剤の含有量は、水性インキ組成物全量を基準として、好ましくは0.1〜5質量%であり、より好ましくは0.1〜1質量%である。
潤滑剤としては、オレイン酸等の高級脂肪酸、長鎖アルキル基を有するノニオン性界面活性剤、ポリエーテル変性シリコーンオイル、チオ亜燐酸トリ(アルコキシカルボニルメチルエステル)及びチオ亜燐酸トリ(アルコキシカルボニルエチルエステル)等のチオ亜燐酸トリエステル、並びに、それらの金属塩、アンモニウム塩、アミン塩、及びアルカノールアミン塩等が挙げられる。潤滑剤の含有量は、水性インキ組成物全量を基準として、好ましくは0.3〜5質量%であり、より好ましくは0.5〜3質量%である。
本実施形態の水性インキ組成物の粘度は、温度25℃及びせん断速度0.75s−1において、500〜3000mPa・sであることが好ましく、1000〜2000mPa・sであることがより好ましい。上記粘度が500mPa・s以上であることにより、チップ先端よりインキ漏れを起こしにくく、描線のにじみが少なくなる傾向がある。また、上記粘度が3000mPa・s以下であることにより、水性インキ組成物の紙への優れた浸透性が得られる傾向がある。
本実施形態の水性インキ組成物は、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、水溶性有機溶剤、着色剤及び水、必要に応じて、リン酸エステル又は添加剤を、たとえば、ディゾルバー、ヘンシェルミキサー及びホモミキサーなどの攪拌機を用いて、混合することにより得られる。攪拌機の攪拌条件は特に制限されないが、たとえば、ディゾルバー攪拌機を用いて、回転数100〜1000rpmで30〜180分間攪拌することにより、各成分が均一に分散した水性インキ組成物を得ることができる。
(水性ボールペン)
図1は、本実施形態の水性ボールペンを示す模式断面図である。図1に示すボールペン100において、水性インキ組成物12はインキ収容部材14内に充填(収容)されている。インキ収容部材14の一端にはボールペンチップ20が取り付けられている。このボールペンチップ20は、ボールホルダー24及びボールホルダー24によって回転可能に保持されるボール26で構成され、ジョイント25によりインキ収容部材14に固定されている。また、インキ収容部材14内には、ボールペンチップ20側と反対側に、水性インキ組成物12と隣接した状態で逆流防止体16が収容されている。ここで、逆流防止体16は、水性インキ組成物12との間に隙間が生じないように配置される。
また、ボールペン100においては、インキ収容部材14、ジョイント25、ボールペンチップ20、水性インキ組成物12及び逆流防止体16により中芯10が構成されており、この中芯10が本体軸18に装着され、さらに本体軸18の後端(ボールペンチップ20と反対側の一端)に通気孔を有する尾栓28が取り付けられている。
以下、ボールペン100の構成要素について説明するが、水性インキ組成物12以外の構成には、通常のボールペンに用いられる一般的な構成を適用することができる。水性インキ組成物12には、上記実施形態に係る水性インキ組成物が用いられる。
インキ収容部材14としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタラート、ナイロン、ポリアセタール若しくはポリカーボネートなどの樹脂、又は、金属からなるものを使用することができる。また、インキ収容部材14の形状は特に制限されず、たとえば、円筒状等の形状とすることができる。
逆流防止体16は、水性インキ組成物を流出させない機能(流出防止性)や、水性インキ組成物をドライアップさせない機能(密栓性)等を有するものであり、こうした機能を有する公知の逆流防止体を特に制限なく使用することができる。かかる逆流防止体16は、たとえば、基油と増稠剤とを含んで構成されている。基油としては、鉱油、ポリブテン、シリコン油、グリセリン及びポリアルキレングリコール等が挙げられる。また、増稠剤としては、金属石鹸系増稠剤、有機系増稠剤及び無機系増稠剤等が挙げられる。
なお、ボールペンチップ20を下方に向けた場合に、逆流防止体16が水性インキ組成物12中に沈降しないように、逆流防止体16の粘度や、水性インキ組成物12と逆流防止体16との間の比重差を調整することが好ましい。また、逆流防止体16は、水性インキ組成物12と相溶しない組成とすることが好ましい。
本体軸18及び尾栓28としては、たとえば、ポリプロピレン等のプラスチック材料からなるものを使用することができる。
ジョイント25としては、たとえば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタラート、ナイロン、ポリアセタール及びポリカーボネート等からなるものを使用することができる。
ジョイント25、並びにボールペンチップ20におけるボールホルダー24及びボール26としては、通常のボールペンに用いられているものを使用することができる。また、ボール26の直径は0.3〜1.2mmであることが好ましい。
上述した構成を有する実施形態のボールペン100は、水性インキ組成物を除いて、通常のボールペン等の製造方法により製造することができる。
以上、本発明の水性インキ組成物及び該水性インキ組成物が充填された水性ボールペンの好適な実施形態について説明したが、水性インキ組成物及び水性ボールペンは上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態の水性ボールペンは、本体軸18を有していなくてもよく、インキ収容部材14がそのまま本体軸となっていてもよい。さらに、上記実施形態のボールペンは、インキ収容部材14中の水性インキ組成物及び逆流防止体が後端(ボールペンチップ20と反対側の一端)側から加圧された状態となるような加圧機構を有するものであってもよい。また、上記実施形態の水性ボールペンは、逆流防止体16を有していなくてもよい。
以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
[水性インキ組成物の調製]
(実施例1)
ポリオキシエチレンアルキルエーテル0.5質量部、リン酸エステル1.0質量部、着色剤30.0質量部、防錆剤0.1質量部、pH調整剤0.5質量部、増粘剤0.5質量部、水溶性有機溶剤15.0質量部、及び水52.4質量部を混合し、水性インキ組成物を得た。
ポリオキシエチレンアルキルエーテルには、ノニオンEH208(日油株式会社製、ポリオキシエチレン−2−エチルヘキシル−エーテル、HLB14.6)を用いた。リン酸エステルには、プライサーフA208F(第一工業製薬株式会社製、ポリオキシエチレン−2−エチルヘキシル−エーテルリン酸エステル)を用いた。着色剤には、WATER BLACK 191−L 15%sol(オリエント化学工業株式会社製、黒色染料、15質量%水溶液)を用いた。防錆剤にはトリルトリアゾールを用いた。pH調整剤にはトリエタノールアミンを用いた。増粘剤にはキサンタンガムを用いた。水溶性有機溶剤にはプロピレングリコールを用いた。
(実施例2及び4、参考例3、並びに比較例1〜6)
混合する材料の種類、及び量(質量部)を下記表1及び表2に示すとおりに変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例2及び4、参考例3、並びに比較例1〜6の水性インキ組成物を得た。
実施例1、2及び4、参考例3、並びに比較例1〜6の水性インキ組成物の組成及び粘度をまとめて表1及び表2に示す。表中の数値の単位は、特に断りのない場合は、質量部である。また、水性インキ組成物の粘度は下記条件での測定値である。
<粘度測定条件>
装置: BROOKFIELD VISCOMETER DV−II+ Pro
温度: 25℃
回転数: 0.1rpm(せん断速度:0.75s−1
Figure 0005918867
Figure 0005918867
表1及び表2中に挙げられる化合物の詳細は以下のとおりである。
ノニオンEH204:日油株式会社製、ポリオキシエチレン−2−エチルヘキシル−エーテル、HLB11.5
ノニオンE205:日油株式会社製、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、HLB9.0
ノイゲンSD30:第一工業製薬株式会社製、ポリオキシエチレンイソデシルエーテル、HLB10.1
ノイゲンSD80:第一工業製薬株式会社製、ポリオキシエチレンイソデシルエーテル、HLB14.3
ノイゲンSD110:第一工業製薬株式会社製、ポリオキシエチレンイソデシルエーテル、HLB15.5
DKS NL−50:第一工業製薬株式会社製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、HLB10.6
DKS NL−90:第一工業製薬株式会社製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、HLB13.4
DKS NL−180:第一工業製薬株式会社製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、HLB16.1
フォスファノールRA600:東邦化学工業株式会社製、ポリオキシエチレンアルキル(C6−10)エーテルリン酸エステル
プライサーフA210D:第一工業製薬株式会社製、ポリオキシエチレンアルキル(C10)エーテルリン酸エステル
ダイワブルー300L 13%sol:ダイワ化成工業株式会社製、青色染料、13質量%水溶液
[水性インキ組成物の評価]
図1に示したボールペンのインキ収容部材に、実施例1、2及び4、参考例3、並びに比較例1〜6で得られた水性インキ組成物をそれぞれ充填して、直径が0.5mmのボールを有するボールペンを作製した。同様にして、実施例1、2及び4、参考例3、並びに比較例1〜6で得られた水性インキ組成物から、直径が0.7mmのボールを有するボールペンを作製した。得られた水性ボールペンを用いて、水性インキ組成物に対する後述の評価を行った。評価結果を表3に示す。
(描線乾燥性)
温度25℃、湿度60%RHの環境下において、上述の水性ボールペンで上質紙に手書き筆記した文字の上を市販の綿棒で擦り、筆記後、綿棒に水性インキ組成物が転写しなくなるまでの時間を測定した。水性インキ組成物が転写しなくなるまでの時間を下記基準に従って評価し、描線乾燥性を判断した。
A:筆記後、水性インキ組成物が転写しなくなるまでの時間が2秒以下である。
B:筆記後、水性インキ組成物が転写しなくなるまでの時間が2秒を超える。
(描線にじみ)
ポリオキシエチレンアルキルエーテルを添加しない以外は実施例1、2及び4、参考例3、並びに比較例1〜6と同様にして得られた水性インキ組成物を用いて、上述と同様にして、実施例1、2及び4、参考例3、並びに比較例1〜6のそれぞれに対応する参照用水性ボールペンを作製した。各実施例、参考例及び比較例の水性インキ組成物から得られた上述の水性ボールペン、及びそれぞれに対応する上記参照用水性ボールペンを用いて、上質紙に直線を機械筆記し、それぞれの筆記線幅を測定した。機械筆記の荷重は100gとした。各実施例、参考例及び比較例の水性インキ組成物から得られた水性ボールペンの筆記線幅を、それぞれに対応する参照用水性ボールペンの筆記線幅で除した値(線幅比)を計算し、以下の基準で描線にじみを評価した。
A:線幅比が1.1未満であり、描線にじみが小さい。
B:線幅比が1.1以上であり、描線にじみが大きい。
Figure 0005918867
表3の評価結果から、実施例1、2及び4、並びに参考例3で得られる水性インキ組成物は、乾燥性に優れ、かつ、にじみの少ない描線を形成することが可能であることが確認された。
本発明に係る水性インキ組成物は、筆記用具、ボールペン、及びインキジェット等の印字用具に適用され、特にボールペンに好適に適用される。
10・・・中芯、12・・・水性インキ組成物、14・・・インキ収容部材、16・・・逆流防止体、18・・・本体軸、20・・・ボールペンチップ、24・・・ボールホルダー、25・・・ジョイント、26・・・ボール、28・・・尾栓、100・・・ボールペン。

Claims (7)

  1. ポリオキシエチレンアルキルエーテル、水溶性有機溶剤、着色剤、及び水を含有し、
    前記ポリオキシエチレンアルキルエーテルのHLB値が14〜15であり、
    前記ポリオキシエチレンアルキルエーテルが炭素数8〜10のアルキル基を有する、
    ボールペン用水性インキ組成物。
  2. 前記ポリオキシエチレンアルキルエーテルの含有量は、水性インキ組成物全量を基準として、0.1〜10質量%である、請求項1に記載の水性インキ組成物。
  3. リン酸エステルをさらに含有する、請求項1又は2に記載の水性インキ組成物。
  4. 前記リン酸エステルはポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステルであり、前記ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステルが炭素数10以下のアルキル基を有する、請求項3に記載の水性インキ組成物。
  5. 前記リン酸エステルの含有量は、水性インキ組成物全量を基準として、0.05〜5質量%である、請求項3又は4に記載の水性インキ組成物。
  6. 500〜3000mPa・sの粘度を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の水性インキ組成物。
  7. インキ収容部材及びボールペンチップを備えるボールペンであって、
    請求項1〜6のいずれか一項に記載の水性インキ組成物が前記インキ収容部材に収容されている、水性ボールペン。
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