JP6735065B2 - Ink jet recording apparatus and water-based ink composition - Google Patents
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本発明は、インクジェット記録装置及びそれに用いる水系インク組成物に関する。 The present invention relates to an inkjet recording device and an aqueous ink composition used therein.
液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置は、インクを吐出するノズル孔を有する吐出ヘッドと、ノズル孔からインクを吐出させる駆動手段(例えば、圧電振動子や発熱素子)と、データに応じて駆動手段を制御する制御手段とを備えている。ノズル孔へのインクの供給は、例えばインクカートリッジとインクカートリッジからのインクを受けるインク供給室と、インク供給室からノズル孔に到るインク供給流路とによって行われる。インクカートリッジは、通常、交換可能となっている。 An ink jet recording apparatus, which is an example of a liquid ejecting apparatus, includes an ejection head having nozzle holes for ejecting ink, a driving unit (for example, a piezoelectric vibrator or a heating element) for ejecting ink from the nozzle holes, and a data ejection unit according to data. And a control means for controlling the driving means. The ink is supplied to the nozzle holes by, for example, an ink cartridge, an ink supply chamber that receives ink from the ink cartridge, and an ink supply channel that extends from the ink supply chamber to the nozzle holes. The ink cartridge is usually replaceable.
吐出ヘッドの構造の一例としては、ノズル孔が設けられたノズルプレートと、該ノズルプレートと平行して配置され、圧電素子によって振動される振動板と、を備え、ノズルプレートと振動板との間に形成された圧力室の体積を振動板の振動によって変化させることによってインクを吐出させるタイプのものがある(例えば、特許文献1参照)。 As an example of the structure of the ejection head, a nozzle plate provided with a nozzle hole and a vibrating plate arranged in parallel with the nozzle plate and vibrated by a piezoelectric element are provided, and a space between the nozzle plate and the vibrating plate is provided. There is a type in which ink is ejected by changing the volume of the pressure chamber formed in the above by the vibration of the vibration plate (for example, refer to Patent Document 1).
しかしながら、このタイプの吐出ヘッドは、ノズル孔の上流の空間体積が小さいため、ノズル孔からインク滴を吐出しない時間が長くなると、ノズル孔近傍のインクが乾燥により増粘し、例えばインク滴の吐出方向が安定しないといった問題や、インク滴が吐出されないなどの吐出不良が発生するという問題があった。 However, in this type of ejection head, since the space volume upstream of the nozzle hole is small, if the time during which the ink droplet is not ejected from the nozzle hole becomes long, the ink in the vicinity of the nozzle hole thickens due to drying and, for example, the ejection of the ink droplet. There are problems that the direction is not stable and that ejection failure occurs such that ink droplets are not ejected.
そこで、小型化及び省スペース化を図るとともに、ノズル孔の上流の空間体積を従来よりも大きくした新たな吐出ヘッドが開発された(例えば、特許文献2参照)。この吐出ヘッドは、振動板を有する平面方向に延びる液体流路と、当該液体流路に繋がる垂直方向の複数の流路とを備えることによって、ノズル孔の上流の空間体積を稼いでいる。この吐出ヘッドは、従来のものよりもノズルの上流の空間体積が大きいことにより、ノズル孔近傍のインクが乾燥により増粘しても拡散しやすく、インクの増粘を緩和することができる。 In view of this, a new ejection head has been developed in which the space volume upstream of the nozzle hole is made larger than the conventional one while achieving downsizing and space saving (for example, refer to Patent Document 2). The ejection head has a liquid flow path extending in the planar direction having a vibrating plate and a plurality of vertical flow paths connected to the liquid flow path, thereby obtaining a spatial volume upstream of the nozzle hole. Since this ejection head has a larger space volume upstream of the nozzle than that of the conventional one, even if the ink near the nozzle hole is thickened by drying, it is easy to diffuse and the thickening of the ink can be alleviated.
しかしながら、インクに酸化処理された自己分散型顔料が含まれていると、上記の新たな吐出ヘッドを備えるインクジェット記録装置が低温環境に置かれた際に、ノズルプレート側からインクが凍結し始め、インクの液体流路がノズルプレート側から徐々に塞がれることによってインクの体積膨張力の逃げ道がなくなり、振動板や圧電素子が破損してしまうという問題が生じることが明らかとなった。 However, if the ink contains an oxidized self-dispersion pigment, the ink starts to freeze from the nozzle plate side when the inkjet recording apparatus including the new ejection head is placed in a low temperature environment. It has been clarified that there is a problem that the ink liquid flow path is gradually blocked from the nozzle plate side so that there is no escape route for the volume expansion force of the ink and the diaphragm and the piezoelectric element are damaged.
そこで、本発明に係る幾つかの態様は、上述の課題の少なくとも一部を解決することで、振動板を有する平面方向に延びる液体流路と、当該液体流路に繋がる垂直方向の複数の液体流路とを有する吐出ヘッドにおいて、凍結時における当該吐出ヘッドの故障を防止することができ、保存安定性に優れ、しかも発色性、耐擦性に優れた画像を形成できる水系インク組成物を提供するものである。 Therefore, some aspects according to the present invention solve at least a part of the above-mentioned problems, and thereby a liquid channel extending in a plane direction having a vibrating plate and a plurality of vertical liquids connected to the liquid channel. Disclosed is a water-based ink composition capable of forming an image in which a discharge head having a flow path can prevent failure of the discharge head during freezing, is excellent in storage stability, and is excellent in color development and abrasion resistance. To do.
また、本発明に係る幾つかの態様は、上述の課題の少なくとも一部を解決することで、高密度で小型な吐出ヘッドを備え、低温環境に置かれた場合であっても、吐出ヘッドの破損等が生じ難いインクジェット記録装置を提供するものである。 Further, some aspects according to the present invention solve at least a part of the above-mentioned problems, thereby providing a high-density and small-sized ejection head, and even when placed in a low temperature environment, An inkjet recording device that is less likely to be damaged.
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。 The present invention has been made to solve at least a part of the problems described above, and can be realized as the following aspects or application examples.
[適用例1]
本発明に係る水系インク組成物の一態様は、
振動板を有する平面方向に延びる液体流路と、当該液体流路に繋がる垂直方向の複数の液体流路と、を有する吐出ヘッドを備えるインクジェット記録装置に用いるための水系インク組成物であって、
酸化処理された顔料と、酸価が10〜90mg/KOHの自己乳化型樹脂と、を含み、
前記酸化処理された顔料が、その表面に、カルボキシル基と、前記カルボキシル基の0.8〜1.1倍のモル比でありかつ顔料の質量当たりのモル数で500μmol/g以上のラクトン基と、を有することを特徴とする。
[Application example 1]
One aspect of the water-based ink composition according to the present invention is
A water-based ink composition for use in an inkjet recording apparatus including an ejection head having a liquid channel extending in a plane direction having a vibrating plate, and a plurality of vertical liquid channels connected to the liquid channel,
An oxidation-treated pigment and a self-emulsifying resin having an acid value of 10 to 90 mg/KOH are included,
The surface of the oxidation-treated pigment has a carboxyl group and a lactone group having a molar ratio of 0.8 to 1.1 times that of the carboxyl group and a molar number per pigment mass of 500 μmol/g or more. , Are included.
適用例1の水系インク組成物によれば、インクに酸化処理された自己分散型顔料が含まれている場合に発生する吐出ヘッドのクラック等の故障を防止することができる。すなわち、インクに酸価が10〜90mg/KOHの自己乳化型樹脂が含まれることで、インクの凝固点は変わらないが、凝固物の性質を変化させることができる。インクの凍結が始まると、凝固物の結晶構造の間に自己乳化型樹脂が入り込むことで、より柔らかい凝固物が形成されるのである。これにより、凍結時における上記の吐出ヘッドのクラックを防止することができる。また、酸化処理された自己分散型顔料を含有するため、保存安定性に優れ、しかも発色性に優れた記録物を形成することができる。さらに、自己乳化型樹脂を含有するため、記録物の耐擦性を向上させることもできる。 According to the water-based ink composition of Application Example 1, it is possible to prevent a failure such as a crack of the ejection head that occurs when the ink contains the oxidized self-dispersion pigment. That is, when the ink contains a self-emulsifying resin having an acid value of 10 to 90 mg/KOH, the freezing point of the ink does not change, but the properties of the solidified product can be changed. When freezing of the ink begins, the self-emulsifying resin enters between the crystal structures of the solidified product, thereby forming a softer solidified product. As a result, it is possible to prevent the above-mentioned cracks in the ejection head during freezing. Further, since the self-dispersion pigment that has been subjected to the oxidation treatment is contained, it is possible to form a recorded matter which is excellent in storage stability and color development. Further, since the self-emulsifying resin is contained, the abrasion resistance of the recorded matter can be improved.
[適用例2]
適用例1の水系インク組成物において、
前記酸化処理された顔料の表面における、当該顔料の質量当たりのラクトン基のモル数が700μmol/g以上であることができる。
[Application example 2]
In the water-based ink composition of Application Example 1,
The number of moles of lactone groups per mass of the pigment on the surface of the oxidation-treated pigment may be 700 μmol/g or more.
[適用例3]
適用例1または適用例2の水系インク組成物において、
前記酸化処理された顔料と前記自己乳化型樹脂との含有比率(酸化処理された顔料/自己乳化型樹脂)が、0.5以上6.0以下であることができる。
[Application example 3]
In the water-based ink composition of Application Example 1 or Application Example 2,
The content ratio of the oxidation-treated pigment and the self-emulsifying resin (oxidation-treated pigment/self-emulsifying resin) may be 0.5 or more and 6.0 or less.
[適用例4]
適用例1ないし適用例3のいずれか一例の水系インク組成物において、
前記自己乳化型樹脂がウレタン樹脂であることができる。
[Application example 4]
In the water-based ink composition according to any one of Application Example 1 to Application Example 3,
The self-emulsifying resin may be a urethane resin.
[適用例5]
適用例1ないし適用例4のいずれか一例の水系インク組成物において、
前記顔料がカーボンブラックであることができる。
[Application example 5]
In the water-based ink composition according to any one of Application Example 1 to Application Example 4,
The pigment may be carbon black.
[適用例6]
本発明に係るインクジェット記録装置の一態様は、
水系インク組成物と、前記水系インク組成物を吐出する吐出ヘッドと、を備えたインクジェット記録装置であって、
前記吐出ヘッドは、振動板を有する平面方向に延びる流路と、当該流路に繋がる垂直方向の複数の流路と、を備え、
前記水系インク組成物は、酸化処理された顔料と、酸価が10〜90mg/KOHの自己乳化型樹脂と、を含み、
前記酸化処理された顔料は、その表面に、カルボキシル基と、前記カルボキシル基の0.8〜1.1倍のモル比でありかつ顔料の質量当たりのモル数で500μmol/g以上のラクトン基と、を有することを特徴とする。
[Application example 6]
One aspect of the inkjet recording apparatus according to the present invention is
An inkjet recording apparatus comprising: an aqueous ink composition; and an ejection head that ejects the aqueous ink composition,
The discharge head includes a flow path having a vibrating plate and extending in a plane direction, and a plurality of vertical flow paths connected to the flow path,
The water-based ink composition includes an oxidation-treated pigment and a self-emulsifying resin having an acid value of 10 to 90 mg/KOH,
The surface of the oxidation-treated pigment has a carboxyl group and a lactone group having a molar ratio of 0.8 to 1.1 times that of the carboxyl group and a molar number per pigment mass of 500 μmol/g or more. , Are included.
適用例6のインクジェット記録装置によれば、使用するインクに酸化処理された自己分散型顔料が含まれている場合に発生する吐出ヘッドのクラック等の故障を防止することができる。すなわち、使用するインクに酸価が10〜90mg/KOHの自己乳化型樹脂が含まれることで、インクの凝固点は変わらないが、凝固物の性質を変化させることができる。インクの凍結が始まると、凝固物の結晶構造の間に自己乳化型樹脂が入り込むことで、より柔らかい凝固物が形成されるのである。これにより、凍結時における上記の吐出ヘッドのクラックを防止することができる。 According to the inkjet recording apparatus of Application Example 6, it is possible to prevent a failure such as a crack in the ejection head that occurs when the ink used contains the oxidized self-dispersion pigment. That is, since the ink used contains the self-emulsifying resin having an acid value of 10 to 90 mg/KOH, the freezing point of the ink does not change, but the properties of the solidified product can be changed. When freezing of the ink begins, the self-emulsifying resin enters between the crystal structures of the solidified product, thereby forming a softer solidified product. As a result, it is possible to prevent the above-mentioned cracks in the ejection head during freezing.
[適用例7]
適用例6のインクジェット記録装置において、
前記酸化処理された顔料の表面における、当該顔料の質量当たりのラクトン基のモル数が700μmol/g以上であることができる。
[Application example 7]
In the inkjet recording apparatus of application example 6,
The number of moles of lactone groups per mass of the pigment on the surface of the oxidation-treated pigment may be 700 μmol/g or more.
[適用例8]
適用例6または適用例7のインクジェット記録装置において、
前記酸化処理された顔料と前記自己乳化型樹脂との含有比率(酸化処理された顔料/自己乳化型樹脂)が、0.5以上6.0以下であることができる。
[Application example 8]
In the inkjet recording apparatus of Application Example 6 or Application Example 7,
The content ratio of the oxidation-treated pigment and the self-emulsifying resin (oxidation-treated pigment/self-emulsifying resin) may be 0.5 or more and 6.0 or less.
[適用例9]
適用例6ないし適用例8のいずれか一例のインクジェット記録装置において、
前記自己乳化型樹脂がウレタン樹脂であることができる。
[Application example 9]
In the inkjet recording apparatus according to any one of Application Examples 6 to 8,
The self-emulsifying resin may be a urethane resin.
[適用例10]
適用例6ないし適用例9のいずれか一例のインクジェット記録装置において、
前記顔料がカーボンブラックであることができる。
[Application Example 10]
In the inkjet recording apparatus according to any one of Application Examples 6 to 9,
The pigment may be carbon black.
以下に本発明の幾つかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の一例を説明するものである。本発明は以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形形態も含む。なお、以下で説明される構成の全てが本発明の必須の構成であるとは限らない。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described. The embodiment described below describes an example of the present invention. The present invention is not limited to the following embodiments at all, and includes various modifications that are carried out within the scope without changing the gist of the present invention. Note that not all of the configurations described below are essential configurations of the present invention.
1.インクジェット記録装置
1.1.装置構成
まず、本実施形態に係るインクジェット記録装置の装置構成について説明する。図1は、本実施形態に係る吐出ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。図2は、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドを模式的に示す平面図である。図3は、図2のA−A′線断面図であり、図4は、図3の要部を拡大した断面図である。
1. Inkjet recording apparatus 1.1. Device Configuration First, the device configuration of the inkjet recording apparatus according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet recording head which is an example of an ejection head according to this embodiment. FIG. 2 is a plan view schematically showing the ink jet recording head according to this embodiment. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA' in FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view enlarging a main part of FIG.
図示するように、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドIIは、ヘッド本体11、ヘッド本体11の一方面側に固定されたケース部材40、ヘッド本体11の他方面側に固定されたカバーヘッド130等の複数の部材を備える。本実施形態では、ヘッド本体11は、流路部材である流路形成基板10、連通板15及びスペーサー25と、流路部材の一方面側に取り付けられたノズルプレート20と、保護基板30と、コンプライアンス基板45と、を具備する。なお、本実施形態の流路部材は、流路形成基板10と連通板15とスペーサー25とで構成されている。また、本実施形態の保護部材は、コンプライアンス基板45と保護板であるカバーヘッド130とで構成されている。
As shown in the figure, the ink jet recording head II according to the present embodiment includes a
ヘッド本体11を構成する流路形成基板10は、ステンレス鋼やNiなどの金属、ZrO2あるいはAl2O3を代表とするセラミック材料、ガラスセラミック材料、MgO、LaAlO3のような酸化物などを用いることができる。本実施形態では、流路形成基板10は、シリコン単結晶基板からなる。この流路形成基板10には、一方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁によって区画された圧力発生室12がインクを吐出する複数のノズル開口21が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室12の並設方向、又は第1の方向Xと称する。また、流路形成基板10には、圧力発生室12が第1の方向Xに並設された列が複数列、本実施形態では、2列設けられている。この圧力発生室12が第1の方向Xに沿って形成された圧力発生室12の列が複数列設された列設方向を、以降、第2の方向Yと称する。
The flow
また、流路形成基板10には、圧力発生室12の第2の方向Yの一端部側に、当該圧力発生室12よりも開口面積が狭く、圧力発生室12に流入するインクの流路抵抗を付与する供給路等が設けられていてもよい。
In addition, in the flow
また、流路形成基板10の一方面側には、連通板15と、スペーサー25と、ノズルプレート20とが順次積層されている。すなわち、流路形成基板10の一方面に設けられた連通板15と、連通板15の流路形成基板10とは反対面側に設けられたスペーサー25と、スペーサー25の連通板15とは反対面側に設けられたノズル開口21を有するノズルプレート20と、を具備する。
Further, the
連通板15には、圧力発生室12とノズル開口21とを連通する第1ノズル連通路16が設けられている。連通板15は、流路形成基板10よりも大きな面積を有し、ノズルプレート20は流路形成基板10よりも小さい面積を有する。このように連通板15を設けることによってノズルプレート20のノズル開口21と圧力発生室12とを離せるため、圧力発生室12の中にあるインクは、ノズル開口21付近のインクで生じるインク中の水分の蒸発による増粘の影響を受け難くなる。また、ノズルプレート20は圧力発生室12とノズル開口21とを連通する第1ノズル連通路16の開口を覆うだけで良いので、ノズルプレート20の面積を比較的小さくすることができ、コストの削減を図ることができる。なお、本実施形態では、ノズルプレート20のノズル開口21が開口されて、インク滴が吐出される面を液体噴射面20aと称する。
The
また、連通板15には、マニホールド100の一部を構成する第1マニホールド部17と、第2マニホールド部18とが設けられている。第1マニホールド部17は、連通板15を厚さ方向(連通板15と流路形成基板10との積層方向)に貫通して設けられている
。
Further, the
また、第2マニホールド部18は、連通板15を厚さ方向に貫通することなく、連通板15のノズルプレート20側に開口して設けられている。さらに、連通板15には、圧力発生室12の第2の方向Yの一端部に連通する供給連通路19が、各圧力発生室12毎に独立して設けられている。この供給連通路19は、第2マニホールド部18と圧力発生室12とを連通する。
Further, the
このような連通板15としては、ステンレスやNiなどの金属、またはジルコニウムなどのセラミック等を用いることができる。なお、連通板15は、流路形成基板10と線膨張係数が同等の材料が好ましい。すなわち、連通板15として流路形成基板10と線膨張係数が大きく異なる材料を用いた場合、加熱や冷却されることで、流路形成基板10と連通板15との線膨張係数の違いにより反りが生じてしまう。本実施形態では、連通板15として流路形成基板10と同じ材料、すなわち、シリコン単結晶基板を用いることで、熱による反りや熱によるクラック、剥離等の発生を抑制することができる。
As the
スペーサー25は、ノズルプレート20と略同じ面積(第1の方向X及び第2の方向Yにおける面積)を有する。このため、スペーサー25は、ノズルプレート20が取り付けられる位置のみに設けられている。すなわち、スペーサー25は、連通板15の保護部材であるコンプライアンス基板45が取り付けられる位置には設けられていない。このため、詳しくは後述するが、流路部材のノズルプレート20が取り付けられる位置、すなわち、ノズルプレート20が取り付けられるスペーサー25の表面の位置と、流路部材の保護部材(コンプライアンス基板45)が取り付けられる位置、すなわち、連通板15に直接取り付けられる位置とは、インク滴の吐出方向、つまり、連通板15と流路形成基板10との積層方向である第3の方向Zにおいて異なる位置となっている。
The
このようなスペーサー25には、第1ノズル連通路16に連通してノズル開口21と連通する第2ノズル連通路26が設けられている。すなわち、圧力発生室12は、連通板15の第1ノズル連通路16とスペーサー25の第2ノズル連通路26と、を介してノズル開口21に連通している。
The
なお、スペーサー25としては、例えば、ステンレスやNiなどの金属、またはジルコニウム、シリコンなどのセラミック、を用いることができる。本実施形態では、スペーサー25として、連通板15と同じシリコン単結晶基板を用いることで、加熱や冷却されることによる反りや熱によるクラック、剥離等の発生を抑制することができる。
As the
また、スペーサー25は、保護部材であるコンプライアンス基板45と保護板であるカバーヘッド130の積層した厚さ(第3の方向Zの合計の厚さ)と、ノズルプレート20の厚さと、に基づいて、液体噴射面20aとカバーヘッド130の表面(液体噴射面20a側の面)との段差hが所望の値となるように選択すればよい。
In addition, the
ノズルプレート20には、各圧力発生室12と第1ノズル連通路16及び第2ノズル連通路26を介して連通するノズル開口21が形成されている。すなわち、ノズル開口21は、同じ種類の液体(インク)を噴射するものが第1の方向Xに並設され、この第1の方向Xに並設されたノズル開口21の列が第2の方向Yに2列形成されている。
The
このようなノズルプレート20としては、例えば、ステンレス鋼(SUS)等の金属、ポリイミド樹脂のような有機物、又はシリコン単結晶基板等を用いることができる。なお、ノズルプレート20としてシリコン単結晶基板を用いることで、ノズルプレート20と連通板15との線膨張係数を同等として、加熱や冷却されることによる反りや熱によるク
ラック、剥離等の発生を抑制することができる。
As such a
一方、流路形成基板10の連通板15とは反対面側には、振動板50が形成されている。本実施形態では、振動板50として、流路形成基板10側に設けられた酸化シリコンからなる弾性膜51と、弾性膜51上に設けられた酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜52と、を設けるようにした。なお、圧力発生室12等の液体流路は、流路形成基板10を一方面側(ノズルプレート20が接合された面側)から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力発生室12等の液体流路の他方面は、弾性膜51によって画成されている。
On the other hand, a
また、流路形成基板10の圧電アクチュエーター300側の面には、流路形成基板10と略同じ大きさを有する保護基板30が接合されている。保護基板30は、圧電アクチュエーター300を保護するための空間である保持部31を有する。
Further, a
また、このような構成のヘッド本体11には、複数の圧力発生室12に連通するマニホールド100をヘッド本体11と共に画成するケース部材40が固定されている。ケース部材40は、平面視において上述した連通板15と略同一形状を有し、保護基板30に接合されると共に、上述した連通板15にも接合されている。具体的には、ケース部材40は、保護基板30側に流路形成基板10及び保護基板30が収容される深さの凹部41を有する。この凹部41は、保護基板30の流路形成基板10に接合された面よりも広い開口面積を有する。そして、凹部41に流路形成基板10等が収容された状態で凹部41のノズルプレート20側の開口面が連通板15によって封止されている。これにより、流路形成基板10の外周部には、ケース部材40とヘッド本体11とによって第3マニホールド部42が画成されている。そして、連通板15に設けられた第1マニホールド部17及び第2マニホールド部18と、ケース部材40とヘッド本体11とによって画成された第3マニホールド部42と、によって本実施形態のマニホールド100が構成されている。
Further, a
なお、ケース部材40の材料としては、例えば、樹脂や金属等を用いることができる。ちなみに、ケース部材40として、樹脂材料を成形することにより、低コストで量産することができる。
The
また、連通板15の第1マニホールド部17及び第2マニホールド部18が開口する面には、コンプライアンス基板45が設けられている。このコンプライアンス基板45が、第1マニホールド部17と第2マニホールド部18の液体噴射面20a側の開口を封止している。
A
すなわち、本実施形態の保護部材を構成するコンプライアンス基板45は、連通板15に直接固定されている。したがって、ノズルプレート20が取り付けられるスペーサー25の表面の位置と、保護部材であるコンプライアンス基板45が取り付けられる連通板15のノズルプレート20側の表面との位置は、第3の方向Zにおいて異なる位置となっている。
That is, the
ちなみに、流路部材において、ノズルプレート20が取り付けられる位置と、保護部材(本実施形態では、保護部材を構成するコンプライアンス基板45)が取り付けられる位置と、が第3の方向Zで同じ位置となっているとは、例えば、連通板15の同じ平面上に取り付けられることを言う。この連通板15の平面とは、もちろん当該連通板15の表面を平面状に加工した際の加工誤差による高さばらつきなども含むものである。つまり、本実施形態では、平面上に加工された連通板15の同じ表面にノズルプレート20と、保護部材とを固定するのではなく、連通板15のノズルプレート20が固定される位置にスペーサー25を設けることで、ノズルプレート20がスペーサー25の表面に取り付けられ
ることになり、ノズルプレート20と保護部材との第3の方向Zにおける取り付け位置が異なる位置となるようにしている。
Incidentally, in the flow path member, the position where the
このようなコンプライアンス基板45は、本実施形態では、封止膜46と、固定基板47と、を具備する。封止膜46は、可撓性を有する薄膜(例えば、ポリフェニレンサルファイド(PPS)やステンレス鋼(SUS)等により形成された厚さが20μm以下の薄膜)からなり、固定基板47は、ステンレス鋼(SUS)等の金属等の硬質の材料で形成される。この固定基板47のマニホールド100に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部48となっているため、マニホールド100の一方面は可撓性を有する封止膜46のみで封止された可撓部であるコンプライアンス部49となっている。
In this embodiment, such a
なお、ケース部材40には、マニホールド100に連通して各マニホールド100にインクを供給するための導入路44が設けられている。また、ケース部材40には、保護基板30の貫通孔32に連通して配線基板121が挿通される接続口43が設けられている。
The
また、ヘッド本体11の液体噴射面20a側には、本実施形態の保護板であるカバーヘッド130が設けられている。カバーヘッド130は、コンプライアンス基板45の連通板15とは反対面側に接合されており、コンプライアンス部49の流路(マニホールド100)とは反対側の空間を封止する。なお、カバーヘッド130には、ノズル開口21を露出する露出開口部131が設けられている。本実施形態では、露出開口部131は、ノズルプレート20を露出する大きさ、つまり、コンプライアンス基板45と同じ開口を有する。
A
また、カバーヘッド130は、本実施形態では、ヘッド本体11の側面(液体噴射面20aとは交差する面)を覆うように、液体噴射面20a側から端部が屈曲して設けられている。
Further, in the present embodiment, the
このような構成のインクジェット式記録ヘッドIIでは、インクを噴射する際に、インクカートリッジ2から導入路44を介してインクを取り込み、マニホールド100からノズル開口21に至るまで流路内部をインクで満たす。その後、駆動回路120からの信号に従い、圧力発生室12に対応する各圧電アクチュエーター300に電圧を印加することにより、圧電アクチュエーター300と共に振動板50をたわみ変形させる。これにより、圧力発生室12内の圧力が高まり所定のノズル開口21からインク滴が噴射される。なお、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドIIでは、接続口43からノズル開口21までを液体流路と称する。すなわち、液体流路は、接続口43、マニホールド100、供給連通路19、圧力発生室12、第1ノズル連通路16、第2ノズル連通路26及びノズル開口21で構成されている。
In the ink jet recording head II having such a configuration, when ejecting ink, the ink is taken in from the ink cartridge 2 through the
このような構成のインクジェット式記録ヘッドIIは、振動板50を有する平面方向(Y方向)に延びる液体流路(圧力発生室12)と、当該液体流路に繋がる垂直方向(Z方向)の複数の液体流路(供給連通路19、第2ノズル連通路26、第1ノズル連通路16)と、を有していることを特徴としている。インクジェット式記録ヘッドIIは、従来のインクジェット式記録ヘッドに比べて液体流路の距離が長く、液体流路の体積が大きくなっているため、ノズル近傍のインクの乾燥を低減できる。これにより、インクを吐出していないノズルでのインクの増粘を緩和することができるので、インクの吐出安定性が良好となる。
The ink jet recording head II having such a configuration has a plurality of liquid flow paths (pressure generation chambers 12) extending in the plane direction (Y direction) having the vibrating
その一方で、自己分散顔料を含有するインクを充填したインクジェット式記録ヘッドIIを低温環境下に置いておくと、液体流路中のインクが+Z方向側から徐々に凍結し始め
、液体流路内のインクが+Z方向から−Z方向へと徐々に塞がれることによってインクの逃げ道がなくなり、その結果振動板や圧電素子が破損してしまうという問題が発生することがわかった。かかる問題は、自己分散顔料を含有するインクを充填した場合に発生するが、詳細なメカニズムは明らかとなっていない。このような問題に対して、本願発明は、上記のような構造を有するインクジェット式記録ヘッドIIに自己分散顔料を含有するインクを充填した場合に、自己分散顔料を含有するインクの組成を工夫することによってインク凍結時に発生する振動板や圧電素子のクラックを回避することに成功したものである。
On the other hand, when the ink jet recording head II filled with the ink containing the self-dispersion pigment is placed in a low temperature environment, the ink in the liquid flow path starts to gradually freeze from the +Z direction side, and It was found that the ink of No. 2 was gradually blocked from the +Z direction to the −Z direction, so that there was no escape path for the ink, and as a result, the diaphragm and the piezoelectric element were damaged. Such a problem occurs when an ink containing a self-dispersion pigment is filled, but the detailed mechanism has not been clarified. To solve such a problem, the present invention devises the composition of the ink containing the self-dispersion pigment when the ink jet recording head II having the above-described structure is filled with the ink containing the self-dispersion pigment. As a result, it has succeeded in avoiding cracks in the vibration plate and the piezoelectric element that occur when the ink freezes.
この実施形態のインクジェット式記録ヘッドIIは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備するインクジェット式記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図5は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。 The ink jet recording head II of this embodiment constitutes a part of an ink jet recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge or the like, and is installed in an ink jet recording apparatus. FIG. 5 is a schematic view showing an example of the ink jet recording apparatus.
図5に示すインクジェット式記録装置Iにおいて、複数のインクジェット式記録ヘッドIIを有するインクジェット式記録ヘッドユニット1(以下、ヘッドユニット1とも言う)は、インク供給手段を構成するカートリッジ2が着脱可能に設けられ、このヘッドユニット1を搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット1は、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。 In the ink jet recording apparatus I shown in FIG. 5, an ink jet recording head unit 1 (hereinafter, also referred to as head unit 1) having a plurality of ink jet recording heads II is provided such that a cartridge 2 constituting an ink supply unit is detachably attached. The carriage 3 on which the head unit 1 is mounted is provided on a carriage shaft 5 attached to the apparatus body 4 so as to be movable in the axial direction. The recording head unit 1 is configured to eject, for example, a black ink composition and a color ink composition, respectively.
そして、駆動モーター6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、ヘッドユニット1を搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートSがプラテン8に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
Then, the driving force of the
なお、上述したインクジェット式記録装置Iでは、インクジェット式記録ヘッドII(ヘッドユニット1)がキャリッジ3に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッドIIが固定されて、紙等の記録シートSを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、いわゆるライン式記録装置にも本発明を適用することができる。 In the above-described inkjet recording apparatus I, the inkjet recording head II (head unit 1) mounted on the carriage 3 and moved in the main scanning direction is illustrated, but the invention is not particularly limited to this and, for example, an inkjet recording apparatus. The present invention can be applied to a so-called line type recording apparatus in which the recording head II is fixed and printing is performed only by moving the recording sheet S such as paper in the sub-scanning direction.
また、上述した例では、インクジェット式記録装置Iは、液体貯留手段であるインクカートリッジ2がキャリッジ3に搭載された構成であるが、特にこれに限定されず、例えば、インクタンク等の液体貯留手段を装置本体4に固定して、貯留手段とインクジェット式記録ヘッドIIとをチューブ等の供給管を介して接続してもよい。また、液体貯留手段がインクジェット式記録装置に搭載されていなくてもよい。 Further, in the above-described example, the ink jet recording apparatus I has a configuration in which the ink cartridge 2 that is a liquid storage unit is mounted on the carriage 3, but the invention is not particularly limited to this, and for example, a liquid storage unit such as an ink tank. May be fixed to the apparatus main body 4, and the storage means and the ink jet recording head II may be connected via a supply pipe such as a tube. Further, the liquid storage means does not have to be mounted on the ink jet recording apparatus.
さらに、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種のインクジェット式記録ヘッド等の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレイ、FED(電界放出ディスプレイ)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも適用することができる。 Further, the present invention is broadly applied to liquid jet heads in general, and for example, for manufacturing recording heads such as various ink jet recording heads used in image recording devices such as printers and color filters for liquid crystal displays. It can also be applied to a coloring material ejecting head used, an organic EL display, an electrode material ejecting head used for forming electrodes such as an FED (field emission display), and a bioorganic substance ejecting head used for biochip manufacturing.
1.2.水系インク組成物
本実施形態で使用される水系インク組成物は、上記のインクジェット記録装置に用いるための水系インク組成物である。この水系インク組成物は、酸化処理された顔料と、酸価が10〜90mg/KOHの自己乳化型樹脂と、を少なくとも含む。以下、本実施形態で
使用される水系インク組成物に含まれる各成分について詳細に説明する。
1.2. Aqueous Ink Composition The aqueous ink composition used in this embodiment is an aqueous ink composition for use in the inkjet recording device described above. This water-based ink composition contains at least an oxidation-treated pigment and a self-emulsifying resin having an acid value of 10 to 90 mg/KOH. Hereinafter, each component contained in the water-based ink composition used in this embodiment will be described in detail.
1.2.1.自己分散型顔料
本実施形態で使用される水系インク組成物は、酸化処理された顔料を含有する。顔料は、この酸化処理により、その表面にラクトン基やカルボキシル基が導入されたものである。この酸化処理された顔料は、ラクトン基やカルボキシル基等の親水性官能基が水側に向けて配向されるため、分散剤を配合せずとも顔料同士の静電反発力により水系インク組成物中で安定に分散されることができる。本明細書では、この酸化処理された顔料を「自己分散型顔料」とも称する。なお、本明細書における「分散」とは、自己分散型顔料が分散剤なしに水中に安定に存在している状態をいい、分散している状態のもののみならず、溶解している状態のものも含むものとする。
1.2.1. Self-Dispersion Pigment The aqueous ink composition used in this embodiment contains an oxidation-treated pigment. The pigment has a lactone group or a carboxyl group introduced on its surface by this oxidation treatment. In this oxidized pigment, hydrophilic functional groups such as lactone groups and carboxyl groups are oriented toward the water side. It can be dispersed stably. In the present specification, this oxidation-treated pigment is also referred to as "self-dispersion pigment". The term "dispersion" in the present specification refers to a state in which the self-dispersion pigment is stably present in water without a dispersant, not only in a dispersed state but also in a dissolved state. It also includes things.
自己分散型顔料が配合された水系インク組成物は、自己分散型顔料以外の顔料及び分散剤の配合された通常の水系インク組成物と比べて、分散安定性が高く、また水系インク組成物の粘度が適度なものとなるので、顔料をより多く含有させることが可能となり、特に普通紙に対して発色性に優れた文字や図形等の画像を形成することができる。さらに、自己分散型顔料が配合された水系インク組成物は、印字品質の向上に有効な水溶性有機溶剤(後述する)を配合しても流動性の低下を生じることがないので、該水溶性有機溶剤を併用することにより印字品質も高められる。 The water-based ink composition containing the self-dispersion pigment has higher dispersion stability than the ordinary water-based ink composition containing the pigment and the dispersant other than the self-dispersion pigment, and the water-based ink composition has a high dispersion stability. Since the viscosity is appropriate, it is possible to add a larger amount of pigment, and it is possible to form an image such as characters and figures having excellent coloring properties on plain paper. Furthermore, since the water-based ink composition containing the self-dispersion pigment does not cause deterioration in fluidity even when a water-soluble organic solvent (described later) effective for improving print quality is added, Printing quality is also improved by using an organic solvent together.
自己分散型顔料は表面に、カルボキシル基と、前記カルボキシル基の0.8〜1.1倍、好ましくは0.85〜1.05倍、より好ましくは0.9〜1.0倍のモル比でありかつ顔料の質量当たりのモル数で500μmol/g以上、好ましくは600μmol/g以上、より好ましくは700μmol/g以上、特に好ましくは700〜900μmol/gのラクトン基と、を有している。 On the surface of the self-dispersion pigment, the molar ratio of the carboxyl group to the carboxyl group is 0.8 to 1.1 times, preferably 0.85 to 1.05 times, and more preferably 0.9 to 1.0 times. And a lactone group of 500 μmol/g or more, preferably 600 μmol/g or more, more preferably 700 μmol/g or more, and particularly preferably 700 to 900 μmol/g in terms of the number of moles per mass of the pigment.
自己分散型顔料の表面のカルボキシル基は、同じくモル数で700μmol/g以上、好ましくは700〜900μmol/gである。 The carboxyl group on the surface of the self-dispersion pigment is also 700 μmol/g or more, and preferably 700 to 900 μmol/g in terms of the number of moles.
親水性官能基であるカルボキシル基やラクトン基を前記範囲内で有している自己分散型顔料は、親水性官能基が水側に向けて配向されているため、顔料同士間に大きな静電的な斥力が働いており、またラクトン基が比較的多いことと相俟って、凝集し難いものとなっている。さらに、自己分散型顔料は、親水性官能基を有するため水との相互作用が強く、カルボキシル基やラクトン基が適度な比で顔料表面に存するため、水に分散させ易く、沈降し難くて安定なものとなっている。 A self-dispersion pigment having a hydrophilic functional group, a carboxyl group or a lactone group, within the above range has a large electrostatic capacitance between the pigments because the hydrophilic functional group is oriented toward the water side. Repulsive force is working, and in combination with the relatively large number of lactone groups, it is difficult to aggregate. Furthermore, the self-dispersion pigment has a strong interaction with water because it has a hydrophilic functional group, and since carboxyl groups and lactone groups are present on the surface of the pigment in an appropriate ratio, it is easy to disperse in water, difficult to settle, and stable. It has become.
そのため、自己分散型顔料は、分散剤がなくても水に分散させることができる。自己分散型顔料に、水を添加したりその後濃縮したりすることで、所望の顔料濃度の分散液を調製することができる。この分散液には、必要に応じて、適切な任意の水溶性有機溶剤や防腐剤のような添加物が、加えられていてもよい。 Therefore, the self-dispersion pigment can be dispersed in water without a dispersant. A water dispersion having a desired pigment concentration can be prepared by adding water to the self-dispersion pigment and then concentrating it. If desired, any appropriate water-soluble organic solvent and additives such as preservatives may be added to this dispersion liquid.
自己分散型顔料の分散液は、温度変化による安定性に優れている。70℃で5週間経過時でも、平均粒子径変化率が15%以下であることが好ましく、10%以下であると一層好ましい。上記変化率は平均粒径が増大する変化が著しい場合、特に問題である。 The dispersion liquid of the self-dispersion pigment is excellent in stability due to temperature change. Even after 5 weeks at 70° C., the average particle size change rate is preferably 15% or less, and more preferably 10% or less. The above-mentioned rate of change is particularly problematic when the average particle size is significantly changed.
また、自己分散型顔料の分散液は、粘度変化が起こらず、安定性に優れている。70℃で5週間経過時でも、粘度変化率が10%以下であることが好ましい。上記変化率は粘度が増大する変化が著しい場合、特に問題である。 In addition, the dispersion liquid of the self-dispersion pigment does not change in viscosity and is excellent in stability. The viscosity change rate is preferably 10% or less even after 5 weeks at 70°C. The above rate of change is particularly problematic when the change in viscosity is significant.
自己分散型顔料を形成し得る顔料としては、通常のインクジェット記録用インク組成物
におけるものと同様のものが用いられ、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、フタロシアニン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、キナクリドン顔料、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、ジオキサジン顔料、アントラキノン顔料、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラック、チタン白、亜鉛華、鉛白、カーボンブラック、ベンガラ、朱、カドミウム赤、黄鉛、群青、コバルト青、コバルト紫、ジンクロメート等の有機顔料又は無機顔料が挙げられる。また、カラーインデックスに記載されていない顔料であっても水相に分散可能なら、何れも使用できる。これらのうち、特にカーボンブラックを用いることが好ましい。
As the pigment capable of forming the self-dispersion type pigment, the same pigments as those in ordinary ink compositions for ink jet recording are used, and examples thereof include azo lake, insoluble azo pigment, condensed azo pigment, chelate azo pigment, phthalocyanine pigment and perylene pigment. , Perinone pigment, quinacridone pigment, thioindigo pigment, isoindolinone pigment, quinofuraron pigment, dioxazine pigment, anthraquinone pigment, nitro pigment, nitroso pigment, aniline black, titanium white, zinc white, lead white, carbon black, red iron oxide, vermilion, cadmium Examples thereof include organic pigments or inorganic pigments such as red, yellow lead, ultramarine blue, cobalt blue, cobalt violet and zinc chromate. Further, any pigment not listed in the color index can be used as long as it can be dispersed in the aqueous phase. Of these, it is particularly preferable to use carbon black.
カーボンブラックとしては、ファーネス法で得られたカーボンブラック、チャンネル法で得られたカーボンブラック等であってもよい。ファーネス法は、約2000℃までの高温に耐え得るレンガで内張りされた特殊な燃焼炉に燃料(ガスや油)と空気とを導入し、完全燃焼させ1400℃以上の高温雰囲気を形成した上で液状の原料油を連続的に噴霧し熱分解させ、炉内後段で生成したカーボンブラックを含む高温ガスに水を噴霧し反応を停止させた後、バッグフィルターでカーボンブラックと排ガスとに分離するという原末の製造方法である。このような製造方法に従い、カーボンブラック原末の表面にも、少量のラクトン基やカルボキシル基が導入される。この現象は製造方法とともに、カーボンブラックのストラクチャーの形状や表面構造に深く関わり、またこれがカーボンブラック原末を酸化処理して得られる自己分散型顔料に対して重要な因子となる。 The carbon black may be carbon black obtained by the furnace method, carbon black obtained by the channel method, or the like. The furnace method introduces fuel (gas or oil) and air into a special combustion furnace lined with bricks that can withstand high temperatures up to about 2000°C, and completely burns it to form a high temperature atmosphere of 1400°C or higher. Liquid raw material oil is continuously sprayed and pyrolyzed, water is sprayed to the high temperature gas containing carbon black generated in the latter part of the furnace to stop the reaction, and then it is separated into carbon black and exhaust gas with a bag filter. This is a bulk powder manufacturing method. According to such a manufacturing method, a small amount of lactone group or carboxyl group is introduced also on the surface of the carbon black bulk powder. This phenomenon is deeply related to the shape and surface structure of the carbon black structure together with the manufacturing method, and this is an important factor for the self-dispersion pigment obtained by subjecting the carbon black bulk powder to an oxidation treatment.
顔料の酸化処理の方法は、例えば、空気接触による酸化法;窒素酸化物、オゾンとの反応による気相酸化法;硝酸、過マンガン酸カリウム、重クロム酸カリウム、亜塩素酸、過塩素酸、次亜ハロゲン酸塩、過酸化水素、臭素水溶液、オゾン水溶液等の酸化剤を用いる液相酸化法等であってもよい。プラズマ処理等により表面を改質してもよい。 Examples of the pigment oxidation treatment method include an oxidation method by contact with air; a gas-phase oxidation method by reaction with nitrogen oxide and ozone; nitric acid, potassium permanganate, potassium dichromate, chlorous acid, perchloric acid, A liquid phase oxidation method using an oxidizing agent such as hypohalite, hydrogen peroxide, an aqueous bromine solution, an aqueous ozone solution may be used. The surface may be modified by plasma treatment or the like.
特に好ましい酸化処理の方法は、次亜ハロゲン酸やその塩を用いて顔料を湿式酸化する方法である。次亜ハロゲン酸塩は、具体例には次亜塩素酸ナトリウムや次亜塩素酸カリウムが挙げられ、反応性の点から次亜塩素酸ナトリウムがより一層好ましい。 A particularly preferable oxidation treatment method is a method in which the pigment is wet-oxidized using hypohalous acid or a salt thereof. Specific examples of the hypohalite include sodium hypochlorite and potassium hypochlorite, and sodium hypochlorite is more preferable from the viewpoint of reactivity.
カーボンブラックを酸化処理する場合、例えばファーネス法により調製されたカーボンブラック原末を水に懸濁させた液に、次亜ハロゲン酸及び/又は次亜ハロゲン酸塩の水溶液を加え、酸化処理を行い自己分散型顔料を得て、直径0.6〜3mmのミル媒体とともに分散機で攪拌し、100〜500メッシュの金網で濾別し、濾液を限外濾過膜により脱塩する工程を少なくとも有し、これにより分散液を得る方法が好ましい。 When oxidizing carbon black, for example, an aqueous solution of hypohalous acid and/or hypohalous acid salt is added to a liquid prepared by suspending carbon black bulk powder prepared by a furnace method in water, and oxidation treatment is performed. There is at least a step of obtaining a self-dispersion pigment, stirring it with a mill medium having a diameter of 0.6 to 3 mm by a disperser, filtering it with a wire mesh of 100 to 500 mesh, and desalting the filtrate with an ultrafiltration membrane. A method of obtaining a dispersion liquid by this is preferable.
次亜ハロゲン酸やその塩好ましくは次亜塩素酸ナトリウムの水溶液を酸化剤として用い酸化処理することにより、カーボンブラック原末の表面は酸化されて、ラクトン基、カルボキシル基等が導入される。次亜ハロゲン酸やその塩の使用量は、カーボンブラック原末のBET比表面積の大きさに応じ、適宜調整される。カーボンブラック原末を、その表面積あたり0.6×10−4〜2.5×10−4mol/m2、好ましくは0.6×10−4〜1.5×10−4mol/m2の塩素量の次亜ハロゲン酸及び/又は次亜ハロゲン酸塩で酸化処理することによって安定性の良い自己分散型カーボンブラックとなる。 The surface of the raw carbon black powder is oxidized by introducing an oxidative treatment using an aqueous solution of hypohalous acid or a salt thereof, preferably sodium hypochlorite, as an oxidant to introduce a lactone group, a carboxyl group or the like. The amount of hypohalous acid or a salt thereof used is appropriately adjusted according to the size of the BET specific surface area of the carbon black bulk powder. The carbon black bulk powder has a surface area of 0.6×10 −4 to 2.5×10 −4 mol/m 2 , preferably 0.6×10 −4 to 1.5×10 −4 mol/m 2. By oxidation treatment with hypochlorous acid and/or hypohalous acid salt having the above chlorine amount, a self-dispersing carbon black having good stability can be obtained.
BET比表面積が小さくなるほど次亜ハロゲン酸やその塩である次亜ハロゲン酸類の量を少なくし、BET比表面積が大きくなるほど次亜ハロゲン酸類の量を多くするように、調整することが好ましい。BET比表面積が小さくなるほど次亜ハロゲン酸類と反応する活性点が少なくなり、比表面積が大きくなるほど次亜ハロゲン酸類と反応する活性点が多くなるからである。活性点と反応する量以上の次亜ハロゲン酸を加えても反応に支障はないが、無駄な次亜ハロゲン酸を使用することになり、余計な脱塩操作が必要になる。活性点と反応する量以下の次亜ハロゲン酸量で反応を行なうと目標とするラクトン基量、カル
ボキシル基量に到達せず、沈降率が高くなる結果、長期保存安定性が低下してしまう。
It is preferable that the smaller the BET specific surface area, the smaller the amount of hypohalous acid or its salt, ie, the hypohalous acid, and the larger the BET specific surface area, the larger the amount of hypohalous acid. This is because the smaller the BET specific surface area, the smaller the number of active points that react with hypohalous acids, and the larger the specific surface area, the larger number of active points that react with hypohalous acids. Addition of an amount of hypohalous acid that reacts with the active site does not hinder the reaction, but useless hypohalous acid is used, and an extra desalting operation is required. When the reaction is carried out with an amount of hypohalous acid that is less than the amount that reacts with active sites, the target amounts of lactone groups and carboxyl groups are not reached, and the sedimentation rate increases, resulting in a decrease in long-term storage stability.
カーボンブラック原末を水に懸濁させる際、酸化処理を適度に行うために、カーボンブラックを充分に水に混合して馴染ませることが重要である。負荷の高い分散機や高速攪拌機等を用いて分散させてもよい。予めカーボンブラックに水溶性溶剤を浸透させてもよい。また水−水溶性溶剤の混合系で分散処理をしてもよい。 When suspending the carbon black bulk powder in water, it is important to mix the carbon black sufficiently with water in order to properly perform the oxidation treatment. You may disperse|distribute using a disperser with a high load, a high speed stirrer, etc. A water-soluble solvent may be preliminarily impregnated into the carbon black. Further, the dispersion treatment may be performed with a mixed system of water and a water-soluble solvent.
カーボンブラックの酸化処理・分散または粉砕する工程において、分散機または粉砕機としてボールミル、アトライター、フーロジェットミキサー、インペラーミル、コロイダルミル、サンドミル(例えば、「スーパーミル」、「アジテーターミル」、「ダイノーミル」、「ビーズミル」の商品名の市販品)等を用いてもよい。その際、ミル媒体は、必ずしも用いなくてもよいが、用いた方が好ましい。ミル媒体は、直径0.6〜3mmのものが好ましく、具体的には、ガラスビーズ、ジルコニアビーズ、磁性ビーズ、ステンレス製ビーズ等が挙げられる。この酸化しつつ分散する工程での条件は、10〜70℃で3〜10時間、回転数=500rpm以上であることが好ましい。酸化反応は、一般に反応温度が高いほど進行し易いが、温度が高過ぎると次亜ハロゲン酸塩が分解してしまうので、40〜60℃で行なうのが好ましい。 In the process of oxidizing/dispersing or crushing carbon black, a ball mill, an attritor, a fluo jet mixer, an impeller mill, a colloidal mill, a sand mill (for example, “super mill”, “agitator mill”, “dyno mill” as a disperser or pulverizer ,” “bead mill” (commercially available products), and the like. At that time, the mill medium is not necessarily used, but it is preferably used. The mill medium preferably has a diameter of 0.6 to 3 mm, and specific examples thereof include glass beads, zirconia beads, magnetic beads, stainless beads and the like. The conditions in the step of dispersing while oxidizing are preferably 10 to 70° C. for 3 to 10 hours and the number of revolutions is 500 rpm or more. Generally, the higher the reaction temperature is, the more easily the oxidation reaction proceeds. However, if the temperature is too high, the hypohalite is decomposed. Therefore, the oxidation reaction is preferably performed at 40 to 60°C.
金網での濾過は、粗大粒子やミル媒体を取り除くために行なわれる。得られた濾液をpH調整してもよい。得られた濾液中の過剰な酸や副生した水溶性酸性基を塩基性物質で中和してもよい。このような塩基性物質としては、アルカリ金属の水酸化物、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化リチウム等;アンモニアやアンモニア水;アミン化合物が、挙げられる。アミン化合物は、例えば水溶性の揮発アミン、アルカノールアミン等が挙げられる。具体的には、炭素数1〜3のアルキル基で置換された揮発性アミン(例えばメチルアミン、トリメチルアミン、ジエチルアミン、プロピルアミン);炭素数1〜3のアルカノール基で置換されたアルカノールアミン(例えば、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、トリイソプロパノールアミン);炭素数1〜3のアルキル基または炭素数1〜3のアルカノール基で置換されたアルキルアルカノールアミンが挙げられる。 Filtration with a wire mesh is performed to remove coarse particles and mill media. The pH of the obtained filtrate may be adjusted. Excess acid or water-soluble acidic group produced as a by-product in the obtained filtrate may be neutralized with a basic substance. Examples of such basic substances include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide, potassium hydroxide and lithium hydroxide; ammonia and aqueous ammonia; amine compounds. Examples of amine compounds include water-soluble volatile amines and alkanolamines. Specifically, a volatile amine substituted with an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms (for example, methylamine, trimethylamine, diethylamine, propylamine); an alkanolamine substituted with an alkanol group having 1 to 3 carbon atoms (for example, (Ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, triisopropanolamine); and alkylalkanolamines substituted with an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or an alkanol group having 1 to 3 carbon atoms.
上記で得られた液の脱塩は、液の電導度が最大1.5mS/cmとなるまで、例えば限外濾過膜により行われる。この範囲外で脱塩を止めると、NaCl等の不純物がインキ中に多量に含まれることとなってしまう結果、インキの保存安定性を悪くしてしまう。またより安定なインキを調整するため、前記脱塩の方法は、各種の脱塩方法を組合せたものであってもよい。上記の方法で脱塩された顔料分散液を得ることができる。 The desalting of the liquid obtained above is performed, for example, by an ultrafiltration membrane until the electric conductivity of the liquid reaches a maximum of 1.5 mS/cm. If desalting is stopped outside this range, a large amount of impurities such as NaCl will be contained in the ink, resulting in poor storage stability of the ink. Further, in order to prepare a more stable ink, the desalting method may be a combination of various desalting methods. A desalted pigment dispersion can be obtained by the above method.
このような脱塩された分散液により得られた自己分散型カーボンブラックは、その電導度が0.7mS/cm以下となり、保存安定性の良い水系インク組成物を調製するために用いることができる。脱塩後、遠心分離機やフィルターを用いて、1μm以上の粗大粒子をさらに取り除いて、分散液を得てもよい。 The self-dispersion type carbon black obtained from such a desalted dispersion has an electric conductivity of 0.7 mS/cm or less and can be used for preparing an aqueous ink composition having good storage stability. .. After desalting, coarse particles of 1 μm or more may be further removed using a centrifuge or a filter to obtain a dispersion liquid.
自己分散型顔料は、インクの保存安定性やノズルの目詰まり防止等の観点から、その平均粒径が1〜300nmの範囲であることが好ましく、10〜200nmの範囲であることがより好ましい。本明細書において「平均粒径」とは、特に断らない限り、動的光散乱法を測定原理とする粒径分布測定装置によって測定された体積平均粒径(Mv)を意味する。このような粒径分布測定装置としては、例えば株式会社堀場製作所製の動的光散乱式粒径分布測定装置「LB−500」が挙げられる。 The self-dispersion pigment preferably has an average particle size of 1 to 300 nm, more preferably 10 to 200 nm, from the viewpoints of storage stability of the ink and prevention of nozzle clogging. In the present specification, the “average particle size” means the volume average particle size (Mv) measured by a particle size distribution measuring device having a dynamic light scattering method as a measuring principle, unless otherwise specified. As such a particle size distribution measuring device, for example, a dynamic light scattering particle size distribution measuring device “LB-500” manufactured by Horiba Ltd. may be mentioned.
本実施形態で用いられる水系インク組成物中における自己分散型顔料の含有量は、水系インク組成物の全質量(100質量%)に対して、好ましくは0.1〜30.0質量%の
範囲、より好ましくは0.5〜15.0質量%の範囲である。含有量が前記範囲にあると、分散安定性に優れ、水系インク組成物の粘度が適度なものとなり、特に普通紙に対して発色性に優れた文字や図形等の画像を形成することができる。
The content of the self-dispersion pigment in the water-based ink composition used in this embodiment is preferably in the range of 0.1 to 30.0 mass% with respect to the total mass (100 mass%) of the water-based ink composition. , And more preferably 0.5 to 15.0% by mass. When the content is in the above range, the dispersion stability is excellent, the viscosity of the water-based ink composition is appropriate, and it is possible to form an image such as characters and figures excellent in color development especially on plain paper. ..
1.2.2.自己乳化型樹脂
本実施形態に係る水系インク組成物は、酸価が10〜90mg/KOH、好ましくは30〜80mg/KOHの自己乳化型樹脂を含有する。なお、酸価とは、樹脂1gを中和させるのに必要なKOHのmg量である。このような自己乳化型樹脂を含有することで、水系インク組成物の凝固点は変わらないが、凝固物の性質を変化させることができる。すなわち、水系インク組成物の凍結が始まると、凝固物の結晶構造の間に自己乳化型樹脂が入り込むことで、より柔らかい凝固物が形成されるのである。これにより、凍結時における上記の吐出ヘッドのクラックを防止することができる。また、自己乳化型樹脂を含有することで、画像や文字などの記録物の耐擦性を向上させることもできる。酸価が90mg/KOHを超える自己乳化型樹脂を添加すると、界面活性作用が強くなりすぎるため、普通紙の内部に浸透することによって発色性が低下する傾向がある。加えて、膜が脆弱になるため耐擦過性が低下する。一方、酸価が10mg/KOH未満の自己乳化型樹脂を添加すると、水に対する親和性が低くなることにより形成される凝固物が硬いものとなり、凍結時の吐出ヘッドの故障が発生する場合がある。また、水に対する親和性が低いため、インクの再分散性が低下し、目詰まり引き起こす傾向がある。
1.2.2. Self-Emulsifying Resin The water-based ink composition according to the present embodiment contains a self-emulsifying resin having an acid value of 10 to 90 mg/KOH, preferably 30 to 80 mg/KOH. The acid value is the amount of mg of KOH required to neutralize 1 g of resin. By including such a self-emulsifying resin, the freezing point of the water-based ink composition does not change, but the properties of the solidified product can be changed. That is, when freezing of the water-based ink composition begins, the self-emulsifying resin enters between the crystal structures of the solidified product, so that a softer solidified product is formed. As a result, it is possible to prevent the above-mentioned cracks in the ejection head during freezing. Further, by containing the self-emulsifying resin, it is possible to improve the abrasion resistance of recorded matter such as images and characters. When a self-emulsifying resin having an acid value of more than 90 mg/KOH is added, the surface-active effect becomes too strong, so that the penetrating into the plain paper tends to reduce the color developability. In addition, since the film becomes brittle, scratch resistance decreases. On the other hand, when a self-emulsifying resin having an acid value of less than 10 mg/KOH is added, the affinity for water becomes low and the solidified product becomes hard, which may cause a failure of the ejection head during freezing. .. Further, since the affinity for water is low, the redispersibility of the ink is lowered, and clogging tends to occur.
自己乳化型樹脂を構成する高分子材料としては、疎水性基を持つモノマーと親水性基を持つモノマーとの共重合体や、疎水性基と親水性基を分子構造中に合わせ持ったモノマーからなる重合体が挙げられる。高分子材料の具体例としては、ポリビニルアルコール類、ポリビニルピロリドン類、ポリウレタン(ウレタン樹脂)、ポリアクリル酸(アクリル樹脂)、ポリエステル、アクリル酸−アクリロニトリル共重合体、アクリル酸カリウム−アクリロニトリル共重合体、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体等のアクリル共重合体;スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−α−メチルスチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−α−メチルスチレン−アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体等のスチレン−アクリル酸共重合体;スチレン−マレイン酸;スチレン−無水マレイン酸;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;酢酸ビニル−エチレン共重合体、酢酸ビニル−脂肪酸ビニルエチレン共重合体、酢酸ビニル−マレイン酸エステル共重合体、酢酸ビニル−クロトン酸共重合体、酢酸ビニル−アクリル酸共重合体等の酢酸ビニル系共重合体及びこれらの塩が挙げられる。これらの中でも、凍結時における吐出ヘッドのクラックの抑制と記録物の耐擦性の向上との両立という点では、ポリウレタン(ウレタン樹脂)が特に好ましい。 Polymer materials that compose self-emulsifying resins include copolymers of monomers with hydrophobic groups and monomers with hydrophilic groups, and monomers with hydrophobic and hydrophilic groups in the molecular structure. The following polymers are listed. Specific examples of the polymer material include polyvinyl alcohols, polyvinylpyrrolidones, polyurethane (urethane resin), polyacrylic acid (acrylic resin), polyester, acrylic acid-acrylonitrile copolymer, potassium acrylate-acrylonitrile copolymer, Acrylic copolymers such as vinyl acetate-acrylic acid ester copolymers and acrylic acid-acrylic acid alkyl ester copolymers; styrene-acrylic acid copolymers, styrene-methacrylic acid copolymers, styrene-methacrylic acid-acrylic acid Styrene-acrylic acid copolymers such as alkyl ester copolymers, styrene-α-methylstyrene-acrylic acid copolymers, styrene-α-methylstyrene-acrylic acid-acrylic acid alkyl ester copolymers; styrene-maleic acid Styrene-maleic anhydride; vinylnaphthalene-acrylic acid copolymer; vinylnaphthalene-maleic acid copolymer; vinyl acetate-ethylene copolymer, vinyl acetate-fatty acid vinylethylene copolymer, vinyl acetate-maleic acid ester Examples thereof include polymers, vinyl acetate-crotonic acid copolymers, vinyl acetate-acrylic acid copolymers and other vinyl acetate-based copolymers, and salts thereof. Among these, polyurethane (urethane resin) is particularly preferable in terms of achieving both suppression of cracks of the ejection head during freezing and improvement of abrasion resistance of recorded matter.
ウレタン樹脂としては、特に制限はなく、イソシアネート化合物と水酸基を有する化合物とを縮合反応させて得られるウレタン樹脂を使用することができる。 The urethane resin is not particularly limited, and a urethane resin obtained by subjecting an isocyanate compound and a compound having a hydroxyl group to a condensation reaction can be used.
イソシアネート化合物としては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、4,4−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネート化合物、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート等の芳香脂肪族ジイソシアネート化合物、トルイレンジイソシアネート、フェニルメタンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート化合物、これらジイソシアネートの変性物(カルボジイミド、ウレトジオン、ウレトイミン含有変性物など)等が挙げられる。 As the isocyanate compound, for example, hexamethylene diisocyanate, 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, hydrogenated xylylene diisocyanate, 1,4-cyclohexane diisocyanate, alicyclic diisocyanate compounds such as 4,4-dicyclohexylmethane diisocyanate, Xylylene diisocyanate, araliphatic diisocyanate compounds such as tetramethyl xylylene diisocyanate, toluylene diisocyanate, aromatic diisocyanate compounds such as phenylmethane diisocyanate, modified products of these diisocyanates (carbodiimide, uretdione, uretoimine-containing modified products, etc.) and the like. To be
水酸基を有する化合物としては、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド等のアルキレンオキシドやテトラヒドロフラン等の複素環式エーテルを(共)重合させて得られるジオール化合物が挙げられる。かかるジオール化合物の具体例としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリヘキサメチレンエーテルグリコール等のポリエーテルジオール、ポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペート、ポリネオペンチルアジペート、ポリ−3−メチルペンチルアジペート、ポリエチレン/ブチレンアジペート、ポリネオペンチル/ヘキシルアジペート等のポリエステルジオール、ポリカプロラクトンジオール等のポリラクトンジオール、ポリカーボネートジオールが挙げられる。これらの中では、ポリエーテル系、ポリエステル系及びポリカーボネート系のうち1種以上が好ましい。 Examples of the compound having a hydroxyl group include diol compounds obtained by (co)polymerizing alkylene oxides such as ethylene oxide and propylene oxide, and heterocyclic ethers such as tetrahydrofuran. Specific examples of such diol compounds include polyether diols such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, polytetramethylene ether glycol, polyhexamethylene ether glycol, polyethylene adipate, polybutylene adipate, polyneopentyl adipate, poly-3-methylpentyl. Examples thereof include polyester diols such as adipate, polyethylene/butylene adipate, and polyneopentyl/hexyl adipate, polylactone diols such as polycaprolactone diol, and polycarbonate diols. Among these, at least one of polyether type, polyester type and polycarbonate type is preferable.
また、上記の他、カルボン酸基、スルホン酸基などの酸性基を有するジオール化合物も使用でき、その具体例としては、ジメチロール酢酸、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロール酪酸などが挙げられる。これらの中では、ジメチロールプロピオン酸が好ましい。これらのジオール化合物は、2種以上を併用してもよい。 In addition to the above, a diol compound having an acidic group such as a carboxylic acid group or a sulfonic acid group can also be used, and specific examples thereof include dimethylol acetic acid, dimethylol propionic acid, and dimethylol butyric acid. Of these, dimethylolpropionic acid is preferred. Two or more kinds of these diol compounds may be used in combination.
ウレタン樹脂の合成に際しては、低分子量のポリヒドロキシ化合物を添加してもよい。低分子量のポリヒドロキシ化合物としては、ポリエステルジオールの原料として使用される、グリコール、アルキレンオキシド低モル付加物、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン等の3価アルコール及びそのアルキレンオキシド低モル付加物が挙げられる。また、このようにして得られたウレタンプレポリマーは、ジメチロールアルカン酸に由来する酸基を中和した後または中和しながら水延長またはジ(トリ)アミンで鎖延長することができる。鎖延長の際に使用されるポリアミンとしては、ヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミン、ヒドラジン、ピペラジン等が挙げられ、これらは2種以上を併用してもよい。 When synthesizing the urethane resin, a low molecular weight polyhydroxy compound may be added. Examples of the low molecular weight polyhydroxy compound include glycols, alkylene oxide low molar adducts, trihydric alcohols such as glycerin, trimethylolethane and trimethylolpropane, and alkylene oxide low molar adducts used as raw materials for polyester diols. Can be mentioned. Further, the urethane prepolymer thus obtained can be water-extended or chain-extended with di(tri)amine after or while neutralizing the acid group derived from dimethylolalkanoic acid. Examples of the polyamine used in the chain extension include hexamethylenediamine, isophoronediamine, hydrazine, piperazine and the like, and these may be used in combination of two or more kinds.
ウレタン樹脂としては、望ましくは、ポリエーテル系、ポリエステル系、ポリカーボネート系の水酸基を有する化合物を用いて得られるポリエーテル系ポリウレタン、ポリエステル系ポリウレタン、ポリカーボネート系ポリウレタンが挙げられる。また、上記の化合物のうちカルボキシル基、スルホン酸基などの酸性基を有するジオールを用いたり、低分子量のポリヒドロキシ化合物を添加したり、酸性基を導入したポリウレタン、中でもカルボキシル基を有するものが望ましい。さらに、後述する架橋処理により、これらカルボキシル基等の官能基を架橋させるのが、光沢向上、耐擦性向上等の点から望ましい。 As the urethane resin, polyether-based polyurethane, polyester-based polyurethane, polycarbonate-based polyurethane obtained by using a polyether-based, polyester-based, or polycarbonate-based compound having a hydroxyl group is preferable. Further, among the above compounds, a diol having an acidic group such as a carboxyl group or a sulfonic acid group is used, a low molecular weight polyhydroxy compound is added, or an acidic group-introduced polyurethane is preferable, and a carboxyl group is particularly preferable. .. Further, it is desirable to crosslink these functional groups such as a carboxyl group by a crosslinking treatment which will be described later, from the viewpoint of improving gloss and improving abrasion resistance.
ウレタン樹脂は、中和したものを使用することもできる。中和に使用する塩基としては、例えば、ブチルアミン、トリエチルアミン等のアルキルアミン、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等のアルカノールアミン、モルホリン、アンモニア、水酸化ナトリウム等の無機塩基が挙げられる。ウレタン樹脂は、重量平均分子量が2000以上20000以下であることが好ましく、3000以上10000以下であることがより好ましい。 The urethane resin may be neutralized. Examples of the base used for neutralization include alkylamines such as butylamine and triethylamine, alkanolamines such as monoethanolamine, diethanolamine and triethanolamine, and inorganic bases such as morpholine, ammonia and sodium hydroxide. The weight average molecular weight of the urethane resin is preferably 2,000 or more and 20,000 or less, more preferably 3,000 or more and 10,000 or less.
本実施形態で用いられる水系インク組成物中における自己分散型樹脂の固形分含有量は、水系インク組成物の全質量(100質量%)に対して、好ましくは1.0〜10.0質量%の範囲、より好ましくは2.0〜9.0質量%の範囲、特に好ましくは3.0〜7.0質量%の範囲である。含有量が前記範囲にあると、分散安定性に優れ、凍結時の吐出ヘッドのクラックを防止でき、特に記録された文字や図形等の画像の耐擦性を向上させることができる。 The solid content of the self-dispersion resin in the water-based ink composition used in this embodiment is preferably 1.0 to 10.0 mass% with respect to the total mass (100 mass%) of the water-based ink composition. Is more preferable, the range of 2.0-9.0 mass% is more preferable, and the range of 3.0-7.0 mass% is particularly preferable. When the content is in the above range, the dispersion stability is excellent, cracks of the ejection head at the time of freezing can be prevented, and in particular, the abrasion resistance of recorded images such as characters and figures can be improved.
1.2.3.水溶性有機溶媒
本実施形態で用いられる水系インク組成物には、水溶性有機溶媒を添加してもよい。水
溶性有機溶剤を添加することにより、インクのノズル前面での乾燥を抑制し、吐出ヘッドの目詰まりを効果的に防止することができる。水溶性有機溶剤としては、例えば1価アルコール、多価アルコール類及びその誘導体等が挙げられる。
1.2.3. Water-soluble organic solvent A water-soluble organic solvent may be added to the water-based ink composition used in the present embodiment. By adding the water-soluble organic solvent, it is possible to prevent the ink from drying on the front surface of the nozzle and effectively prevent the clogging of the ejection head. Examples of the water-soluble organic solvent include monohydric alcohols, polyhydric alcohols and their derivatives.
1価アルコールとしては、特に炭素数1〜4の1価アルコール、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、i−プロパノール、n−ブタノール等が挙げられる。 Examples of the monohydric alcohol include monohydric alcohols having 1 to 4 carbon atoms, such as methanol, ethanol, n-propanol, i-propanol and n-butanol.
多価アルコール及びその誘導体としては、炭素数2〜6の2〜5価アルコール、およびそれらと炭素数1〜4の低級アルコールとの完全または部分エーテルを用いることができる。ここで多価アルコール誘導体とは、少なくとも1個のヒドロキシル基がエーテル化されたアルコール誘導体であり、エーテル化されたヒドロキシル基を含まない多価アルコールそれ自体を意味するものではない。 As the polyhydric alcohol and its derivative, it is possible to use a C 2-6 C 2-5 alcohol, and a complete or partial ether of them and a C 1-4 lower alcohol. Here, the polyhydric alcohol derivative is an alcohol derivative in which at least one hydroxyl group is etherified, and does not mean the polyhydric alcohol itself which does not contain an etherified hydroxyl group.
これらの多価アルコールおよびそれらの低級アルキルエーテルの具体例としては、1,2−ヘキサンジオール、1,3−ヘキサンジオール、1,2−ヘプタンジオール、1,3−ヘプタンジオール、1,2−オクタンジオール、1,3−オクタンジオール、1,2−ペンタンジオール等のジオール類、モノ、ジ若しくはトリエチレングリコール−モノ若しくはジ−アルキルエーテル、モノ、ジ若しくはトリプロピレングリコール−モノ若しくはジ−アルキルエーテル、グリセリンが挙げられ、好ましくは1,2−ヘキサンジオール、トリ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ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノペンチルエーテル、ジエチレングリコール−2−エチルヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、グリセリン等が挙げられる。 Specific examples of these polyhydric alcohols and their lower alkyl ethers include 1,2-hexanediol, 1,3-hexanediol, 1,2-heptanediol, 1,3-heptanediol and 1,2-octane. Diols, 1,3-octanediol, 1,2-pentanediol and other diols, mono-, di- or tri-ethylene glycol mono- or di-alkyl ethers, mono-, di- or tri-propylene glycol mono- or di-alkyl ethers, Glycerin is mentioned, preferably 1,2-hexanediol, triethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monopropyl ether, diethylene glycol monopentyl ether, diethylene glycol-2-ethylhexyl ether, propylene glycol monobutyl ether, glycerin and the like. To be
本実施形態で用いられる水系インク組成物中における水溶性有機溶剤の含有量は、水系インク組成物の全質量(100質量%)に対して、好ましくは5.0〜30.0質量%、より好ましくは10.0〜25.0質量%である。 The content of the water-soluble organic solvent in the water-based ink composition used in this embodiment is preferably 5.0 to 30.0% by mass, based on the total mass (100% by mass) of the water-based ink composition. Preferably it is 10.0-25.0 mass %.
1.2.4.界面活性剤
本実施形態で用いられる水系インク組成物は、界面活性剤を含んでもよい。界面活性剤としては、ノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両性界面活性剤のいずれも使用することができ、さらにこれらは併用してもよい。
1.2.4. Surfactant The aqueous ink composition used in this embodiment may include a surfactant. As the surfactant, any of nonionic surfactants, anionic surfactants, cationic surfactants and amphoteric surfactants can be used, and these may be used in combination.
ノニオン系界面活性剤としては、アセチレングリコール系界面活性剤、アセチレンアルコール系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、及びポリシロキサン系界面活性剤よりなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。これらのノニオン系界面活性剤は、水系インク組成物の表面張力及び界面張力を適正に保つ能力に優れている。これにより、表面張力及びヘッドノズル面等のインクと接触するプリンター部材との界面張力を適正に保つことができるため、これをインクジェット記録方式に適用した場合、吐出安定性を高めることができる。 The nonionic surfactant is preferably at least one selected from the group consisting of acetylene glycol-based surfactants, acetylene alcohol-based surfactants, fluorine-based surfactants, and polysiloxane-based surfactants. .. These nonionic surfactants are excellent in the ability to properly maintain the surface tension and interfacial tension of the water-based ink composition. This makes it possible to appropriately maintain the surface tension and the interfacial tension with the printer member that comes into contact with the ink, such as the head nozzle surface, so that when this is applied to an inkjet recording system, ejection stability can be improved.
上記のアセチレングリコール系界面活性剤及びアセチレンアルコール系界面活性剤としては、以下に限定されないが、2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオール及び2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオールのアルキレンオキシド付加物、並びに2,4−ジメチル−5−デシン−4−オール及び2,4−ジメチル−5−デシン−4−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、2,4−ジメチル−5−ヘキシン−3−オールのアルキレンオキサイド付加物から選択される一種以上を例示できる。また、アセチレングリコール系界面活性剤及びアセチレンアルコール系界面活性剤は市販品も利用することができ、サーフィノール104、104E、104H、104A、104BC、104
DPM、104PA、104PG−50、104S、420、440、465、485、SE、SE−F、504、61、DF37、CT111、CT121、CT131、CT136、TG、GA(以上全て商品名、Air Products and Chemicals. Inc.社製)、オルフィンB、Y、P、A、STG、SPC、E1004、E1010、PD−001、PD−002W、PD−003、PD−004、EXP.4001、EXP.4036、EXP.4051、AF−103、AF−104、AK−02、SK−14、AE−3(以上全て商品名、日信化学工業株式会社製)、アセチレノールE00、E00P、E40、E100(以上全て商品名、川研ファインケミカル株式会社製)等が挙げられる。
The above-mentioned acetylene glycol-based surfactant and acetylene alcohol-based surfactant include, but are not limited to, 2,4,7,9-tetramethyl-5-decyne-4,7-diol and 2,4,7. ,9-Tetramethyl-5-decyn-4,7-diol alkylene oxide adduct, and 2,4-dimethyl-5-decyn-4-ol and 2,4-dimethyl-5-decyn-4-ol, Selected from 3,6-dimethyl-4-octyne-3,6-diol, 3,5-dimethyl-1-hexyne-3-ol, alkylene oxide adduct of 2,4-dimethyl-5-hexyne-3-ol One or more types can be illustrated. Further, commercially available acetylene glycol-based surfactants and acetylene alcohol-based surfactants can be used, and Surfynol 104, 104E, 104H, 104A, 104BC, 104 can be used.
DPM, 104PA, 104PG-50, 104S, 420, 440, 465, 485, SE, SE-F, 504, 61, DF37, CT111, CT121, CT131, CT136, TG, GA (all product names, Air Products and Chemicals. Inc.), Olfine B, Y, P, A, STG, SPC, E1004, E1010, PD-001, PD-002W, PD-003, PD-004, EXP. 4001, EXP. 4036, EXP. 4051, AF-103, AF-104, AK-02, SK-14, AE-3 (all above are trade names, manufactured by Nissin Chemical Industry Co., Ltd.), acetylenol E00, E00P, E40, E100 (all above trade names, Kawaken Fine Chemical Co., Ltd.) and the like.
フッ素系界面活性剤としては、市販されているものを用いてもよく、例えば、メガファックF−479(DIC株式会社製)、BYK−340(ビックケミー・ジャパン社製)等が挙げられる。 As the fluorine-based surfactant, a commercially available one may be used, and examples thereof include Megafac F-479 (manufactured by DIC Corporation) and BYK-340 (manufactured by Big Chemie Japan).
ポリシロキサン系界面活性剤としては、市販されているものを用いることができ、例えば、オルフィンPD−501、オルフィンPD−502、オルフィンPD−570(いずれも、日信化学工業株式会社製)、BYK−347、BYK−348(いずれも、ビックケミー株式会社製)等が挙げられる。 As the polysiloxane-based surfactant, commercially available products can be used, and examples thereof include Olfine PD-501, Olfine PD-502, Olfine PD-570 (all manufactured by Nisshin Chemical Industry Co., Ltd.), BYK. -347, BYK-348 (all manufactured by Big Chemie Co., Ltd.) and the like.
さらに、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フェニルエーテル、アルキルグルコシド、ポリオキシアルキレングリコールアルキルエーテル、ポリオキシアルキレングリコール、ポリオキシアルキレングリコールアルキルフェニルエーテル、ショ糖脂肪酸エステル、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ソルビタン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシアルキレンアセチレングリコール、ポリオキシアルキレングリコールアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミンオキサイド、脂肪酸アルカノールアミド、アルキロールアマイド、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマー等を用いてもよい。 Further, as the nonionic surfactant, for example, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkylphenyl ether, alkyl glucoside, polyoxyalkylene glycol alkyl ether, polyoxyalkylene glycol, polyoxyalkylene glycol alkylphenyl ether, sucrose. Fatty acid ester, polyoxyethylene fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, sorbitan fatty acid ester, polyoxyalkylene acetylene glycol, polyoxyalkylene glycol alkylamine, polyoxyethylene alkylamine, polyoxyethylene alkylamine oxide, fatty acid alkanolamide, You may use alkylol amide, polyoxyethylene polyoxypropylene block polymer, etc.
また、ノニオン系界面活性剤の中でも、アセチレングリコール系界面活性剤は、表面張力及び界面張力を適正に保つ能力が特に優れており、かつ、気泡性がほとんどないという特性を有する点から、より好ましく用いることができる。すなわち、気泡性が小さいため、例えば、水性インク組成物をインクジェット記録装置に適用する場合には、インク流路の段差部に気泡が固定されにくく望ましい。 Further, among the nonionic surfactants, the acetylene glycol-based surfactant is particularly excellent in the ability to appropriately maintain the surface tension and the interfacial tension, and is more preferable because it has the property of having almost no foaming property. Can be used. That is, since the air bubble property is small, for example, when the water-based ink composition is applied to an inkjet recording device, it is desirable that air bubbles are hard to be fixed to the step portion of the ink flow path.
アニオン系界面活性剤としては、例えば、高級脂肪酸塩、石けん、α−スルホ脂肪酸メチルエステル塩、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキル硫酸エステル塩、アルキルエーテル硫酸エステル塩、モノアルキルリン酸エステル塩、α−オレフィンスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸塩、アルカンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩、スルホコハク酸塩、ポリオキシアルキレングリコールアルキルエーテルリン酸エステル塩等が挙げられる。 Examples of the anionic surfactant include higher fatty acid salt, soap, α-sulfofatty acid methyl ester salt, linear alkylbenzene sulfonate, alkyl sulfate ester salt, alkyl ether sulfate ester salt, monoalkyl phosphate ester salt, α -Olefin sulfonate, alkylbenzene sulfonate, alkylnaphthalene sulfonate, naphthalene sulfonate, alkane sulfonate, polyoxyethylene alkyl ether sulfate, sulfosuccinate, polyoxyalkylene glycol alkyl ether phosphate ester salt, etc. Are listed.
カチオン性界面活性剤としては、第4級アンモニウム系としてアルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩およびアルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、アミン塩系としてN−メチルビスヒドロキエチルアミン脂肪酸エステル塩酸塩等が挙げられる。 Examples of the cationic surfactant include alkyl trimethyl ammonium salt, dialkyl dimethyl ammonium salt and alkyl dimethyl benzyl ammonium salt as the quaternary ammonium type, and N-methylbishydroxyethylamine fatty acid ester hydrochloride as the amine salt type.
両性界面活性剤としては、アミノ酸系としてアルキルアミノ脂肪酸塩、ベタイン系としてアルキルカルボキシルベタイン、アミンオキシド系としてアルキルアミンオキシドなど
が挙げられる。両性界面活性剤は、これらに限定されるものではない。
Examples of the amphoteric surfactant include an alkylamino fatty acid salt as an amino acid type, an alkylcarboxyl betaine as a betaine type, and an alkylamine oxide as an amine oxide type. The amphoteric surfactant is not limited to these.
本実施形態で用いられる水系インク組成物中における界面活性剤の含有量は、水系インク組成物の全質量(100質量%)に対して、好ましくは0.1〜2.0質量%、より好ましくは0.2〜1.0質量%である。 The content of the surfactant in the water-based ink composition used in this embodiment is preferably 0.1 to 2.0% by mass, more preferably 100% by mass with respect to the total mass (100% by mass) of the water-based ink composition. Is 0.2 to 1.0% by mass.
1.2.5.水
本実施形態で用いられる水系インク組成物は、水を含有する。水としては、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、蒸留水等の純水、又は超純水を用いることができる。本実施形態に係る水系インク組成物中における水の含有量は、水系インク組成物の全質量(100質量%)に対して、好ましくは30質量%以上、より好ましくは50質量%以上95質量%以下、特に好ましくは60質量%以上90質量%以下である。ここで、水の含有量は、水を添加した量に限られず、他の添加剤等を加える場合には添加剤中の水分も含むものである。
1.2.5. Water The water-based ink composition used in this embodiment contains water. As water, deionized water, ultrafiltered water, reverse osmosis water, distilled water, or other pure water, or ultrapure water can be used. The content of water in the water-based ink composition according to this embodiment is preferably 30 mass% or more, more preferably 50 mass% or more and 95 mass% with respect to the total mass (100 mass%) of the water-based ink composition. Hereafter, it is particularly preferably 60% by mass or more and 90% by mass or less. Here, the content of water is not limited to the amount to which water is added, and when other additives are added, the water content in the additives is also included.
なお、本明細書において「水系」インク組成物とは、インク組成物の全質量(100質量%)に対して、水を30質量%以上含有するインク組成物のことをいう。 In the present specification, the “water-based” ink composition refers to an ink composition containing 30% by mass or more of water based on the total mass (100% by mass) of the ink composition.
1.2.6.その他の成分
本実施形態で用いられる水系インク組成物は、上記の成分以外にも、pH調整剤、キレート剤、防腐剤、粘度調整剤、溶解助剤、酸化防止剤、防黴剤等を含有してもよい。
1.2.6. Other components In addition to the above components, the water-based ink composition used in the present embodiment contains a pH adjusting agent, a chelating agent, a preservative, a viscosity adjusting agent, a dissolution aid, an antioxidant, a fungicide, etc. You may.
1.2.7.含有比率
本実施形態で用いられる水系インク組成物は、前記自己分散型顔料(酸化処理された顔料)と前記自己乳化型樹脂との含有比率(自己分散型顔料/自己乳化型樹脂)が、好ましくは0.5以上6.0以下、より好ましくは0.8以上4.0以下、特に好ましくは1.0以上3.0以下である。自己分散型顔料と自己乳化型樹脂との含有比率が前記範囲内にあると、水系インク組成物の凍結によって生じる凝固物の結晶構造の間に自己乳化型樹脂が適量入り込むことによって、より柔らかい凝固物が形成される。これにより、凍結時における上記の吐出ヘッドのクラックを効果的に防止することができる。
1.2.7. Content Ratio In the water-based ink composition used in the present embodiment, the content ratio of the self-dispersion pigment (oxidation-treated pigment) and the self-emulsifying resin (self-dispersion pigment/self-emulsifying resin) is preferable. Is 0.5 or more and 6.0 or less, more preferably 0.8 or more and 4.0 or less, and particularly preferably 1.0 or more and 3.0 or less. When the content ratio of the self-dispersion pigment and the self-emulsifying resin is within the above range, the self-emulsifying resin enters an appropriate amount between the crystal structures of the solidified product generated by freezing of the aqueous ink composition, resulting in a softer solidification. An object is formed. As a result, it is possible to effectively prevent the above-mentioned cracks in the ejection head during freezing.
1.2.8.物性
本実施形態で用いられる水系インク組成物は、上記のインクジェット記録装置に用いられることから、例えば組成や配合を調節することで、粘度(25℃における粘度)を好ましくは2mPa・s以上20mPa・s以下、より好ましくは3mPa・s以上15mPa・s以下とする。これにより、水系インク組成物の吐出安定性(吐出量の安定性、液滴の飛行特性等)、吐出応答性(応答速度、高周波対応性(周波数特性)等)等を優れたものとすることができる。なお、インクジェット用インクの粘度は、振動式粘度計を用いた、JIS Z8809に準拠した測定により求めることができる。
1.2.8. Physical Properties Since the water-based ink composition used in the present embodiment is used in the above-mentioned inkjet recording device, the viscosity (viscosity at 25° C.) is preferably 2 mPa·s or more and 20 mPa·s by adjusting the composition and the composition, for example. s or less, more preferably 3 mPa·s or more and 15 mPa·s or less. Thereby, the ejection stability of the water-based ink composition (stability of ejection amount, flight characteristics of droplets, etc.), ejection response (response speed, high frequency response (frequency characteristics), etc.) should be improved. You can The viscosity of the inkjet ink can be determined by measurement according to JIS Z8809 using a vibrating viscometer.
1.3.作用効果等
上述したように、本実施形態に係るインクジェット記録装置の吐出ヘッドは、振動板を有する平面方向に延びる液体流路と、当該液体流路に繋がる垂直方向の複数の液体流路とを有している。このような吐出ヘッドを有するインクジェット記録装置を用いて、酸性処理された自己分散型顔料を含むインクをカートリッジに充填すると、インクジェット記録装置が低温環境に置かれた際に、ノズルプレート側からインクが凍結し始め、インクの液体流路がノズルプレート側から徐々に塞がれることによってインクの体積膨張緑の逃げ道がなくなり、振動板や圧電素子が破損してしまうという問題が生じていた。
1.3. As described above, the ejection head of the ink jet recording apparatus according to the present embodiment has the liquid flow path extending in the plane direction having the vibrating plate and the plurality of vertical liquid flow paths connected to the liquid flow path. Have When an ink containing an acid-treated self-dispersion pigment is filled in a cartridge using an inkjet recording apparatus having such an ejection head, the ink is ejected from the nozzle plate side when the inkjet recording apparatus is placed in a low temperature environment. There was a problem that the liquid flow path of the ink began to freeze and the ink flow path was gradually blocked from the nozzle plate side, so that there was no escape path for the volume expansion green of the ink, and the diaphragm or the piezoelectric element was damaged.
本実施形態に係るインクジェット記録装置によれば、凍結時における上記の吐出ヘッド
のクラックを防止することができる。このメカニズムは、以下のように推察される。酸性処理された自己分散型顔料を含むインクに、酸価が10〜90mg/KOHの自己乳化型樹脂を添加することによって、水系インク組成物の凝固物の性質を変化させることができる。すなわち、水系インク組成物の凍結が始まると、凝固物の結晶構造の間に自己乳化型樹脂が入り込むことで、より柔らかい凝固物が形成されるのである。これにより、凍結時における上記の吐出ヘッドのクラックを防止することができると考えられる。
According to the inkjet recording apparatus of the present embodiment, it is possible to prevent the above-mentioned cracks of the ejection head when frozen. This mechanism is speculated as follows. By adding a self-emulsifying resin having an acid value of 10 to 90 mg/KOH to the ink containing the acid-treated self-dispersion pigment, the properties of the coagulated substance of the water-based ink composition can be changed. That is, when freezing of the water-based ink composition begins, the self-emulsifying resin enters between the crystal structures of the solidified product to form a softer solidified product. It is considered that this makes it possible to prevent the above-described cracks in the ejection head during freezing.
また、本実施形態に係る水系インク組成物によれば、上記のインクジェット記録装置における凍結時の吐出ヘッドのクラックを防止することができるだけでなく、自己分散型顔料及び自己乳化型樹脂を含有することにより、保存安定性に優れ、しかも発色性、耐擦性に優れた画像を形成することができる。 Further, according to the water-based ink composition according to the present embodiment, not only it is possible to prevent cracks in the ejection head at the time of freezing in the inkjet recording apparatus, but also to contain a self-dispersion pigment and a self-emulsifying resin. This makes it possible to form an image having excellent storage stability and excellent color development and abrasion resistance.
2.実施例
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例、比較例中の「部」および「%」は、特に断らない限り質量基準である。
2. EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples, but the present invention is not limited to these examples. In addition, "part" and "%" in Examples and Comparative Examples are based on mass unless otherwise specified.
2.1.水系インク組成物の調製
2.1.1.自己分散型カーボンブラックの分散液の調製
<分散液A>
ファーネス法で調製したカーボンブラック原末500g(一次粒子径=18nm、BET比表面積=180m2/g、DBP吸油量=186mL/100g)を、イオン交換水3750gに加え、ディゾルバーで攪拌しながら、50℃まで昇温した。その後、直径0.8mmのジルコニアビーズを用いたサンドミルにより、粉砕しながらこれに、次亜塩素酸ナトリウム(有効塩素濃度=12%)の水溶液5300gを50〜60℃で3.5時間かけて滴下した。引き続きサンドミルにより30分間粉砕し続け、自己分散型カーボンブラックが含まれている反応液を得た。この反応液を400メッシュの金網で濾過し、ジルコニアビーズ及び未反応カーボンブラックと、反応液とを分別した。分別して得た反応液に、水酸化カリウム5%水溶液を加えて、pH=7.5に調整した。液の電導度が1.5mS/cmになるまで限外濾過膜により、脱塩及び精製を行なった。電気透析装置を用いて液の電導度が1.0mS/cmになるまでさらに脱塩及び精製を行った。その液を、自己分散型カーボンブラックの濃度が17重量%になるまで濃縮した。この濃縮液を、遠心分離機にかけ粗大粒子を取り除き、0.6μmフィルターで濾過した。得られた濾液にイオン交換水を加え、自己分散型カーボンブラックの濃度が15重量%になるまで希釈し、分散させて、自己分散型カーボンブラックの分散液Aを得た。
2.1. Preparation of water-based ink composition 2.1.1. Preparation of self-dispersion carbon black dispersion <dispersion A>
Carbon black bulk powder 500 g (primary particle diameter=18 nm, BET specific surface area=180 m 2 /g, DBP oil absorption=186 mL/100 g) prepared by the furnace method was added to 3750 g of ion-exchanged water and stirred with a dissolver to give 50 The temperature was raised to °C. Then, while pulverizing with a sand mill using zirconia beads having a diameter of 0.8 mm, 5300 g of an aqueous solution of sodium hypochlorite (effective chlorine concentration=12%) was added dropwise at 50-60° C. over 3.5 hours. did. Then, the mixture was continuously ground for 30 minutes by a sand mill to obtain a reaction liquid containing self-dispersion type carbon black. The reaction solution was filtered through a 400-mesh wire net to separate the reaction solution from the zirconia beads and unreacted carbon black. A 5% aqueous solution of potassium hydroxide was added to the reaction solution obtained by fractionation to adjust the pH to 7.5. Desalination and purification were performed with an ultrafiltration membrane until the electric conductivity of the liquid reached 1.5 mS/cm. Further desalting and purification were performed using an electrodialyzer until the electric conductivity of the liquid reached 1.0 mS/cm. The liquid was concentrated until the concentration of self-dispersion carbon black was 17% by weight. The concentrated liquid was centrifuged to remove coarse particles, and filtered through a 0.6 μm filter. Ion-exchanged water was added to the obtained filtrate to dilute and disperse the self-dispersion carbon black until the concentration of the self-dispersion carbon black became 15% by weight, to obtain a dispersion A of self-dispersion carbon black.
<分散液B>
ファーネス法で調製したカーボンブラック原末(一次粒子径=16nm、BET比表面積=215m2/g、DBP吸油量=210mL/100g)500gを、イオン交換水3750gに加え、ディゾルバーで攪拌しながら、50℃まで昇温した。その後、直径0.8mmのジルコニアビーズを用いたサンドミルにより、粉砕しながらこれに、次亜塩素酸ナトリウム(有効塩素濃度=12%)の水溶液7000gを50〜60℃で3.5時間かけて滴下した。引き続きサンドミルにより30分間粉砕し続け、自己分散型カーボンブラックが含まれている反応液を得た。この反応液を400メッシュの金網で濾過し、ジルコニアビーズ及び未反応カーボンブラックと、反応液とを分別した。分別して得た反応液に、水酸化ナトリウム5%水溶液を加えて、pH=7.5に調整した。液の電導度が1.5mS/cmになるまで限外濾過膜により、脱塩及び精製を行なった。電気透析装置を用いて液の電導度が1.0mS/cmになるまでさらに脱塩及び精製を行った。その液を、自己分散型カーボンブラックの濃度が17重量%になるまで濃縮した。この濃縮液を、遠心分離機にかけ粗大粒子を取り除き、0.6μmフィルターで濾過した。得られた濾液に
イオン交換水を加え、自己分散型カーボンブラックの濃度が15重量%になるまで希釈し、分散させて、自己分散型カーボンブラックの分散液Bを得た。
<Dispersion B>
500 g of carbon black bulk powder (primary particle size=16 nm, BET specific surface area=215 m 2 /g, DBP oil absorption=210 mL/100 g) prepared by the furnace method was added to 3750 g of ion-exchanged water, and while stirring with a dissolver, 50 The temperature was raised to °C. Then, while pulverizing with a sand mill using zirconia beads having a diameter of 0.8 mm, 7000 g of an aqueous solution of sodium hypochlorite (effective chlorine concentration=12%) was added dropwise at 50-60° C. over 3.5 hours. did. Then, the mixture was continuously ground for 30 minutes by a sand mill to obtain a reaction liquid containing self-dispersion type carbon black. The reaction solution was filtered through a 400-mesh wire net to separate the reaction solution from the zirconia beads and unreacted carbon black. A 5% aqueous solution of sodium hydroxide was added to the reaction solution obtained by fractionation to adjust the pH to 7.5. Desalination and purification were performed with an ultrafiltration membrane until the electric conductivity of the liquid reached 1.5 mS/cm. Further desalting and purification were performed using an electrodialyzer until the electric conductivity of the liquid reached 1.0 mS/cm. The liquid was concentrated until the concentration of self-dispersion carbon black was 17% by weight. The concentrated liquid was centrifuged to remove coarse particles, and filtered through a 0.6 μm filter. Ion-exchanged water was added to the obtained filtrate to dilute and disperse the self-dispersion carbon black until the concentration of the self-dispersion carbon black became 15% by weight, to obtain a dispersion liquid B of self-dispersion carbon black.
<分散液C>
ファーネス法で調製したカーボンブラック原末500g(一次粒子径=17nm、BET比表面積=200m2/g、DBP吸油量=185mL/100g)を、イオン交換水3750gに加え、ディゾルバーで攪拌しながら、50℃まで昇温した。その後、次亜塩素酸ナトリウム(有効塩素濃度12%)の水溶液5400gを50〜60℃で3.5時間かけて滴下した。滴下終了直後に直径3mmのガラスビーズを加え、50℃で30分間撹拌し、自己分散型カーボンブラックが含まれている反応液を得た。この反応液を400メッシュの金網で濾過し、ガラスビーズ及び未反応カーボンブラックと、反応液とを分別した。分別して得た反応液に水酸化ナトリウム5%水溶液を加えて、pH=7.5に調整した。液の電導度が1.5mS/cmになるまで限外濾過膜により脱塩及び精製を行なった。電気透析装置を用いて液の電導度が1.0mS/cmになるまで脱塩及び精製を行った。その液を、自己分散型カーボンブラックの濃度が17重量%になるまで濃縮した。この濃縮液を、遠心分離機にかけ粗大粒子を取り除き、0.6μmフィルターで濾過した。得られた濾液にイオン交換水を加え、自己分散型カーボンブラックの濃度が15重量%になるまで希釈し、分散させて、自己分散型カーボンブラックの分散液Cを得た。
<Dispersion C>
Carbon black bulk powder 500 g (primary particle size=17 nm, BET specific surface area=200 m 2 /g, DBP oil absorption=185 mL/100 g) prepared by the furnace method was added to 3750 g of ion-exchanged water, and while stirring with a dissolver, 50 The temperature was raised to °C. Then, 5400 g of an aqueous solution of sodium hypochlorite (
<分散液D>
カーボンブラック原末(一次粒子径=20nm、BET比表面積=124m2/g、DBP吸油量=165mL/100g)500gを、イオン交換水3750gに加え、ディゾルバーで攪拌しながら、50℃まで昇温した。その後、直径0.8mmのジルコニアビーズを用いたサンドミルにより、粉砕しながらこれに、次亜塩素酸ナトリウム(有効塩素濃度=12%)の水溶液2250gを50〜60℃で3.5時間かけて滴下した。引き続きサンドミルにより30分間粉砕し続け、自己分散型カーボンブラックが含まれている反応液を得た。この反応液を400メッシュの金網で濾過し、ジルコニアビーズ及び未反応カーボンブラックと、反応液とを分別した。分別して得た反応液に、水酸化ナトリウム5%水溶液を加えて、pH=7.5に調整した。液の電導度が1.5mS/cmになるまで限外濾過膜により、脱塩及び精製を行なった。その液を、自己分散型カーボンブラックの濃度が17重量%になるまで濃縮した。この濃縮液を、遠心分離機にかけ粗大粒子を取り除き、0.6μmフィルターで濾過した。得られた濾液にイオン交換水を加え、自己分散型カーボンブラックの濃度が15重量%になるまで希釈し、分散させて、自己分散型カーボンブラックの分散液Dを得た。
<Dispersion D>
500 g of carbon black bulk powder (primary particle size=20 nm, BET specific surface area=124 m 2 /g, DBP oil absorption=165 mL/100 g) was added to 3750 g of ion-exchanged water, and the temperature was raised to 50° C. while stirring with a dissolver. .. Then, while pulverizing with a sand mill using zirconia beads having a diameter of 0.8 mm, 2250 g of an aqueous solution of sodium hypochlorite (effective chlorine concentration=12%) was added dropwise at 50-60° C. over 3.5 hours. did. Then, the mixture was continuously ground for 30 minutes by a sand mill to obtain a reaction liquid containing self-dispersion type carbon black. The reaction solution was filtered through a 400-mesh wire net to separate the reaction solution from the zirconia beads and unreacted carbon black. A 5% aqueous solution of sodium hydroxide was added to the reaction solution obtained by fractionation to adjust the pH to 7.5. Desalination and purification were performed with an ultrafiltration membrane until the electric conductivity of the liquid reached 1.5 mS/cm. The liquid was concentrated until the concentration of self-dispersion carbon black was 17% by weight. The concentrated liquid was centrifuged to remove coarse particles, and filtered through a 0.6 μm filter. Ion-exchanged water was added to the obtained filtrate to dilute and disperse the self-dispersion carbon black until the concentration of the self-dispersion carbon black became 15% by weight, to obtain a dispersion D of self-dispersion carbon black.
<分散液E>
カーボンブラック原末(一次粒子径=40nm、BET比表面積=56m2/g、DBP吸油量=122mL/100g)500gを、イオン交換水3750gに加え、ディゾルバーで攪拌しながら、50℃まで昇温した。その後、直径0.8mmのジルコニアビーズを用いたサンドミルにより、粉砕しながらこれに、次亜塩素酸ナトリウム(有効塩素濃度=12%)の水溶液1700gを50〜60℃で3.5時間かけて滴下した。引き続きサンドミルにより30分間粉砕し続け、自己分散型カーボンブラックが含まれている反応液を得た。この反応液を400メッシュの金網で濾過し、ジルコニアビーズ及び未反応カーボンブラックと、反応液とを分別した。分別して得た反応液に水酸化ナトリウム5%水溶液を加えて、pH=7.5に調整した。液の電導度が1.5mS/cmになるまで限外濾過膜により、脱塩及び精製を行なった。その液を、自己分散型カーボンブラックの濃度が17重量%になるまで濃縮した。この濃縮液を、遠心分離機にかけ粗大粒子を取り除き、0.6μmフィルターで濾過した。得られた濾液にイオン交換水を加え、自己分散型カーボンブラックを濃度15重量%になるまで希釈し、分散させて、自己分散型カーボンブラックの分散液Eを得た。
<Dispersion E>
500 g of carbon black bulk powder (primary particle size=40 nm, BET specific surface area=56 m 2 /g, DBP oil absorption=122 mL/100 g) was added to 3750 g of ion-exchanged water, and the temperature was raised to 50° C. while stirring with a dissolver. .. Then, while pulverizing with a sand mill using zirconia beads having a diameter of 0.8 mm, 1700 g of an aqueous solution of sodium hypochlorite (effective chlorine concentration=12%) was added dropwise at 50-60° C. over 3.5 hours. did. Then, the mixture was continuously ground for 30 minutes by a sand mill to obtain a reaction liquid containing self-dispersion type carbon black. The reaction solution was filtered through a 400-mesh wire net to separate the reaction solution from the zirconia beads and unreacted carbon black. A 5% aqueous solution of sodium hydroxide was added to the reaction solution obtained by fractionation to adjust the pH to 7.5. Desalination and purification were performed with an ultrafiltration membrane until the electric conductivity of the liquid reached 1.5 mS/cm. The liquid was concentrated until the concentration of self-dispersion carbon black was 17% by weight. The concentrated liquid was centrifuged to remove coarse particles, and filtered through a 0.6 μm filter. Ion-exchanged water was added to the obtained filtrate, and the self-dispersion carbon black was diluted to a concentration of 15% by weight and dispersed to obtain a dispersion E of self-dispersion carbon black.
<分散液F>
カーボンブラック原末(一次粒子径=19nm、BET比表面積=145m2/g、DBP吸油量=125mL/100g)500gを、イオン交換水3750gに加え、ディゾルバーで攪拌しながら、50℃まで昇温した。その後、直径0.8mmのジルコニアビーズを用いたサンドミルにより、粉砕しながらこれに、次亜塩素酸ナトリウム(有効塩素濃度=12%)4500gの水溶液を50〜60℃で3.5時間かけて滴下した。引き続きサンドミルにより30分間粉砕し続け、自己分散型カーボンブラックが含まれている反応液を得た。この反応液を400メッシュ金網で濾過し、ジルコニアビーズ及び未反応カーボンブラックと、反応液とを分別した。分別して得た反応液に水酸化ナトリウム5%水溶液を加えpH=7.5に調整した後、限外濾過膜で電導度が1.5mS/cmになるまで脱塩及び精製を行なった。その液を、自己分散型カーボンブラックの濃度が17重量%になるまで濃縮した。この濃縮液を、遠心分離機にかけ粗大粒子を取り除き、0.6μmフィルターで濾過を行った。得られた濾液にイオン交換水を加え、自己分散型カーボンブラックの濃度が15重量%になるまで希釈し、分散させて、自己分散型カーボンブラックの分散液Fを得た。
<Dispersion liquid F>
500 g of carbon black bulk powder (primary particle size=19 nm, BET specific surface area=145 m 2 /g, DBP oil absorption=125 mL/100 g) was added to 3750 g of ion-exchanged water, and the temperature was raised to 50° C. while stirring with a dissolver. .. Then, while pulverizing with a sand mill using zirconia beads having a diameter of 0.8 mm, 4500 g of an aqueous solution of sodium hypochlorite (effective chlorine concentration=12%) was added dropwise at 50-60° C. over 3.5 hours. did. Then, the mixture was continuously ground for 30 minutes by a sand mill to obtain a reaction liquid containing self-dispersion type carbon black. This reaction liquid was filtered through a 400-mesh wire net to separate the reaction liquid from the zirconia beads and unreacted carbon black. A 5% aqueous solution of sodium hydroxide was added to the reaction solution obtained by fractionation to adjust the pH to 7.5, and then desalting and purification were performed using an ultrafiltration membrane until the electric conductivity became 1.5 mS/cm. The liquid was concentrated until the concentration of self-dispersion carbon black was 17% by weight. The concentrated liquid was centrifuged to remove coarse particles, and filtered with a 0.6 μm filter. Ion-exchanged water was added to the obtained filtrate to dilute and disperse the self-dispersion carbon black until the concentration of the self-dispersion carbon black became 15% by weight, to obtain a dispersion F of self-dispersion carbon black.
<分散液G>
カーボンブラック原末(一次粒子径=19nm、BET比表面積=153m2/g、DBP吸油量=130mL/100g)500gを、イオン交換水3750gに加え、ディゾルバーで攪拌しながら、50℃まで昇温した。その後、直径0.8mmのジルコニアビーズを用いたサンドミルにより、粉砕しながらこれに、次亜塩素酸ナトリウム(有効塩素濃度=12%)5500gの水溶液を50〜60℃で3.5時間かけて滴下した。引き続きサンドミルにより30分間粉砕し続け、自己分散型カーボンブラックが含まれている反応液を得た。この反応液を400メッシュ金網で濾過し、ジルコニアビーズ及び未反応カーボンブラックと、反応液とを分別した。分別して得た反応液に水酸化ナトリウム5%水溶液を加えpH=7.5に調整した後、限外濾過膜で電導度が1.5mS/cmになるまで脱塩及び精製を行なった。その液を、自己分散型カーボンブラックの濃度が17重量%になるまで濃縮した。この濃縮液を、遠心分離機にかけ粗大粒子を取り除き、0.6μmフィルターで濾過を行った。得られた濾液にイオン交換水を加え、自己分散型カーボンブラックの濃度が15重量%になるまで希釈し、分散させて、自己分散型カーボンブラックの分散液Gを得た。
<Dispersion G>
500 g of carbon black bulk powder (primary particle size=19 nm, BET specific surface area=153 m 2 /g, DBP oil absorption=130 mL/100 g) was added to 3750 g of ion-exchanged water, and the temperature was raised to 50° C. while stirring with a dissolver. .. Then, while pulverizing with a sand mill using zirconia beads having a diameter of 0.8 mm, 5500 g of an aqueous solution of sodium hypochlorite (effective chlorine concentration=12%) was added dropwise at 50-60° C. over 3.5 hours. did. Then, the mixture was continuously ground for 30 minutes by a sand mill to obtain a reaction liquid containing self-dispersion type carbon black. This reaction liquid was filtered through a 400-mesh wire net to separate the reaction liquid from the zirconia beads and unreacted carbon black. A 5% aqueous sodium hydroxide solution was added to the reaction solution obtained by fractionation to adjust the pH to 7.5, and then desalting and purification were carried out with an ultrafiltration membrane until the electric conductivity became 1.5 mS/cm. The liquid was concentrated until the concentration of self-dispersion carbon black was 17% by weight. The concentrated liquid was centrifuged to remove coarse particles, and filtered with a 0.6 μm filter. Ion-exchanged water was added to the obtained filtrate to dilute and disperse the self-dispersion carbon black until the concentration of the self-dispersion carbon black became 15% by weight, to obtain a dispersion liquid G of self-dispersion carbon black.
2.1.2.自己分散型カーボンブラックの物性評価
上記で得られた自己分散型カーボンブラックの分散液A〜Gについて、以下のようにして物性評価を行った。
2.1.2. Evaluation of Physical Properties of Self-Dispersion Carbon Black The physical properties of the self-dispersion carbon black dispersions A to G obtained above were evaluated as follows.
<自己分散型カーボンブラックのラクトン基及びカルボキシル基存在量の測定>
上記で得られた自己分散型カーボンブラックを60℃で15時間乾燥し、そのカーボンブラックを用い、熱分解ガスクロマト装置(ヒューレットパカード社製、装置名「HP5890A」)を使用して、358℃でラクトン基、650℃でカルボキシル基が夫々分解して生じるCO2を測定した。測定値からカーボンブラックのラクトン基及びカルボキシル基存在量を換算した。測定条件は下記の通りである。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー
・GPC:東ソー製HLC−8020
・カラム:東ソー製GMH−XL(2本直列)
・検出器:示差屈折率計(RI)
で単分散ポリスチレンを基準として、各重合体のポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)を求めた。
<Measurement of lactone group and carboxyl group abundance of self-dispersing carbon black>
The self-dispersion carbon black obtained above is dried at 60° C. for 15 hours, and the carbon black is used at 358° C. using a pyrolysis gas chromatography device (manufactured by Hewlett-Packard Co., device name “HP5890A”). CO 2 generated by decomposition of the lactone group and the carboxyl group at 650° C. was measured. From the measured values, the amounts of lactone groups and carboxyl groups present in carbon black were converted. The measurement conditions are as follows.
Gel permeation chromatography/GPC: Tosoh HLC-8020
・Column: Tosoh GMH-XL (two in series)
・Detector: differential refractometer (RI)
The polystyrene-reduced weight average molecular weight (Mw) of each polymer was determined based on monodisperse polystyrene.
<自己分散型カーボンブラックの電導度の測定方法>
上記の方法で乾燥して得られた自己分散型カーボンブラック2.5gにイオン交換水47.5gを加え超音波を5分間照射した。その後5分間撹拌し電導度を測定した。電導度はCOND METER ES-51(HORIBA製)を使用した。
<Method of measuring the electric conductivity of self-dispersion type carbon black>
47.5 g of ion-exchanged water was added to 2.5 g of the self-dispersion type carbon black obtained by drying by the above method, and ultrasonic waves were irradiated for 5 minutes. Then, the mixture was stirred for 5 minutes and the electric conductivity was measured. The conductivity used was COND METER ES-51 (made by HORIBA).
<自己分散型カーボンブラックの平均粒子径の測定>
0.065重量%の改質カーボンブラック濃度に調整した水溶液について、粒度分析計(日機装株式会社製、装置名「マイクロトラック9340−UPA」)を用い、平均粒子径を測定した。
<Measurement of average particle size of self-dispersion type carbon black>
The average particle size of the aqueous solution adjusted to a modified carbon black concentration of 0.065 wt% was measured using a particle size analyzer (manufactured by Nikkiso Co., Ltd., device name "Microtrac 9340-UPA").
その評価結果を表1に示す。 The evaluation results are shown in Table 1.
2.1.3.水系インク組成物の調製
カーボンブラック分散液に、樹脂、グリセリン、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、オルフィンE1010、及びトリエタノールアミンを表2〜表3に記載の組成となるように添加した。その後、常温で1時間混合攪拌し、さらに孔径5μmのメンブランフィルターでろ過した後、真空ポンプを用いて脱気処理して、実施例及び比較例で用いる各水系インク組成物を得た。なお、表2及び表3中の数値は水系インク組成物中の含有量(質量基準%)を表し、表2及び表3に示す各成分の略称は以下の通りである。
2.1.3. Preparation of Aqueous Ink Composition A resin, glycerin, triethylene glycol monobutyl ether, olphin E1010, and triethanolamine were added to the carbon black dispersion so as to have the compositions shown in Tables 2 and 3. Then, the mixture was stirred at room temperature for 1 hour, filtered through a membrane filter having a pore size of 5 μm, and then degassed by using a vacuum pump to obtain each water-based ink composition used in Examples and Comparative Examples. The numerical values in Tables 2 and 3 represent the content (% by mass) in the water-based ink composition, and the abbreviations of the components shown in Tables 2 and 3 are as follows.
<顔料>
・樹脂分散顔料
顔料としてのカーボンブラック10質量部に対して、分散剤としてのスチレン−アクリル酸共重合体のアンモニウム塩(重量平均分子量10000、ポリマー成分15%)10質量部及びイオン交換水80質量部を加えて十分に混合した後、この混合物をサンドミル(株式会社安川製作所製)中でガラスビーズ(直径1.7mm、混合物の1.5倍量)とともに2時間分散した。分散後、ガラスビーズを取り除き、表3に記載の樹脂分散顔料を得た。
・分散液A〜G(上記で調製された分散液)
<樹脂>
・ウレタン樹脂[酸価6]:商品名「アクリットWBR−2000U」、大成ファインケミカル株式会社製、自己乳化型樹脂
・ウレタン樹脂[酸価11.6]:商品名「サンキュア2260」、株式会社GCIクレオス製、自己乳化型樹脂
・ウレタン樹脂[酸価31.5]:商品名「サンキュア1511」、株式会社GCIクレ
オス製、自己乳化型樹脂
・ウレタン樹脂[酸価75]:下記合成例1で得られた樹脂。
・ウレタン樹脂[酸価110]:下記合成例2で得られた樹脂。
・アクリル樹脂[酸価53]:商品名「ジョンクリル611」、BASF株式会社製、自己乳化型樹脂
・ポリエステル[酸価13]:商品名「KA−5971S」、ユニチカ社製株式会社製、自己乳化型樹脂
・水溶性アクリル樹脂:商品名「HPD−96」、BASF株式会社製
・ウレタン樹脂エマルジョン:商品名「エバファノールAP−6」、日華化学株式会社製・アクリル樹脂エマルジョン:商品名「モビニール790」、ニチゴーモビニール株式会社製
<界面活性剤>
・オルフィンE1010(商品名、日信化学工業株式会社製、アセチレングリコール系界面活性剤)
<Pigment>
Resin-dispersed
-Dispersions A to G (dispersions prepared above)
<Resin>
-Urethane resin [acid value 6]: Product name "Akrit WBR-2000U", manufactured by Taisei Fine Chemicals Co., Ltd., self-emulsifying resin-Urethane resin [acid value 11.6]: Product name "SANCURE 2260", GCI Creos Co., Ltd. Made, self-emulsifying resin/urethane resin [acid value 31.5]: trade name "Sancure 1511", manufactured by GCI Creos Co., Ltd., self-emulsifying resin/urethane resin [acid value 75]: obtained in Synthesis Example 1 below. Resin.
Urethane resin [acid value 110]: Resin obtained in Synthesis Example 2 below.
-Acrylic resin [acid value 53]: trade name "John Krill 611", manufactured by BASF Corporation, self-emulsifying resin/polyester [acid value 13]: trade name "KA-5971S", manufactured by Unitika Ltd., self Emulsifying resin/water-soluble acrylic resin: Product name “HPD-96”, BASF Corporation urethane resin emulsion: Product name “Evaphanol AP-6”, Nika Chemical Co., Ltd. acrylic resin emulsion: Product name “Movinyl 790", manufactured by Nichigo Movinyl Co., Ltd. <Surfactant>
・Olfin E1010 (trade name, Nisshin Chemical Industry Co., Ltd., acetylene glycol surfactant)
(合成例1)
温度計、攪拌機、窒素導入管、冷却管を備えた4つ口フラスコに、メチルエチルケトンを592g、ジメチロールプロピオン酸を147g、イソホロンジイソシアネートを444g仕込み、窒素ガス雰囲気下70℃で2時間反応させ、反応生成物Aを得た。この反応生成物Aのイソシアナト基定量値は6.53であり、反応指数は0.977であった。
次いで、温度計、攪拌機、窒素導入管、冷却管を備えた4つ口フラスコに、上記で得られた反応生成物Aを268gとMn400のポリプロピレングリコール(OH基当量281)を45g、エチレングリコールを7.2g、ジブチル錫ジラウレートを0.001g、メチルエチルケトン320g仕込み、窒素ガス雰囲気下80℃で16時間反応させた後、メタノール5gを加えて反応を停止し、酸価75、Mw30,000のカルボキシ基含有ポリウレタンを得た。得られた樹脂溶液は、仕込量のジメチロールプロピオン酸と同モル量の水酸化ナトリウムで中和し、水を加え転相乳化し、メチルエチルケトンを減圧脱溶剤により除去した後、水を加えて質量換算固形分20%の水溶液とした。水溶液は無色透明であり、粒径は50nm未満であった。
(Synthesis example 1)
A four-necked flask equipped with a thermometer, a stirrer, a nitrogen introducing tube, and a cooling tube was charged with 592 g of methyl ethyl ketone, 147 g of dimethylolpropionic acid and 444 g of isophorone diisocyanate, and reacted at 70° C. for 2 hours under a nitrogen gas atmosphere to react. Product A was obtained. The reaction product A had an isocyanato group quantitative value of 6.53 and a reaction index of 0.977.
Then, in a four-necked flask equipped with a thermometer, a stirrer, a nitrogen introducing tube, and a cooling tube, 268 g of the reaction product A obtained above, 45 g of polypropylene glycol (OH group equivalent 281) of Mn400, and ethylene glycol were added. 7.2 g, 0.001 g of dibutyltin dilaurate and 320 g of methyl ethyl ketone were charged and reacted for 16 hours at 80° C. under a nitrogen gas atmosphere, then 5 g of methanol was added to stop the reaction, and a carboxy group having an acid value of 75 and Mw of 30,000 was added. A polyurethane containing was obtained. The obtained resin solution was neutralized with the same molar amount of sodium hydroxide as the charged amount of dimethylolpropionic acid, phase inversion emulsified by adding water, and after removing methyl ethyl ketone by desolvation under reduced pressure, water was added to the mass. An aqueous solution having a reduced solid content of 20% was used. The aqueous solution was colorless and transparent, and the particle size was less than 50 nm.
(合成例2)
温度計、攪拌機、窒素導入管、冷却管を備えた4つ口フラスコに、合成例1で得られた反応生成物Aを206.1gとMn400のポリプロピレングリコール(OH基当量281)を10g、ジブチル錫ジラウレートを0.001g、メチルエチルケトン320g仕込み、窒素ガス雰囲気下80℃で16時間反応させた後、メタノール5gを加えて反応を停止し、酸価110、Mw30,000のカルボキシ基含有ポリウレタンを得た。得られた樹脂溶液は、仕込量のジメチロールプロピオン酸と同モル量の水酸化ナトリウムで中和し、水を加え転相乳化し、メチルエチルケトンを減圧脱溶剤により除去した後、水を加えて質量換算固形分20%の水溶液とした。水溶液は無色透明であり、粒径は50nm未満であった。
(Synthesis example 2)
In a four-necked flask equipped with a thermometer, a stirrer, a nitrogen introducing tube, and a cooling tube, 206.1 g of the reaction product A obtained in Synthesis Example 1, 10 g of polypropylene glycol (OH group equivalent 281) of Mn400, and dibutyl were added. After charging 0.001 g of tin dilaurate and 320 g of methyl ethyl ketone and reacting at 80° C. for 16 hours in a nitrogen gas atmosphere, 5 g of methanol was added to stop the reaction to obtain a carboxy group-containing polyurethane having an acid value of 110 and Mw of 30,000. .. The obtained resin solution was neutralized with the same molar amount of sodium hydroxide as the charged amount of dimethylolpropionic acid, phase inversion emulsified by adding water, and after removing methyl ethyl ketone by desolvation under reduced pressure, water was added to the mass. An aqueous solution having a reduced solid content of 20% was used. The aqueous solution was colorless and transparent, and the particle size was less than 50 nm.
(アクリルディスパージョン、ポリエステルディスパージョンの作製)
非水溶性樹脂(ジョンクリル611又はKA−5971S)3.00質量部をN−メチル−2−ピロリドン7.00質量部に溶解させて樹脂の有機溶剤溶液を得た。この有機溶剤溶液をジメチルエタノールアミン0.15質量部で中和し、ニューコール3240(日本乳化剤社製)0.30質量部とイオン交換水39.55質量部を混合し乳化分散させて水性樹脂分散液を得た。
(Preparation of acrylic dispersion and polyester dispersion)
3.00 parts by mass of a water-insoluble resin (John Cryl 611 or KA-5971S) was dissolved in 7.00 parts by mass of N-methyl-2-pyrrolidone to obtain an organic solvent solution of the resin. This organic solvent solution was neutralized with 0.15 parts by mass of dimethylethanolamine, 0.30 parts by mass of Newcol 3240 (manufactured by Nippon Emulsifier Co., Ltd.) and 39.55 parts by mass of ion-exchanged water were mixed and emulsified and dispersed to obtain an aqueous resin. A dispersion was obtained.
(酸価の測定方法)
酸価の測定はJISのK0070に準拠した方法で測定した。なお本発明では、測定用
溶剤として以下に示す溶剤を用いた。上記樹脂水溶液を乾燥固化した樹脂10gを300mlの三角フラスコに秤量し、エタノール:ベンゼン=1:2の混合溶媒約50ml加えて樹脂を溶解する。次いで、フェノールフタレイン指示薬を用い、あらかじめ標定された0.1mol/Lの水酸化カリウムエタノール溶液で滴定し、滴定に用いた水酸化カリウムエタノール溶液の量から、計算式(1)に従い酸価(mgKOH/g)を求める。
A(mgKOH/g)=分子/分母 ・・・(1)
分子:0.1(mol/L)×B/1000(L)×56.11(g/mol)×10
分母:S
式中、Aは樹脂の酸価(mgKOH/g)、Bは滴定に用いた0.1mol/L水酸化カリウムエタノール溶液の量(mL)、Sは樹脂の質量(g)、56.11は、水酸化カリウムの式量である。
なお、樹脂によって、エタノール:ベンゼン=1:2の混合溶媒約50mlに溶解しないものは、エタノール50ml、あるいは、エタノール/純水=1:1の混合溶媒約50mlのどちらか溶解するほうを選択して、他は同じ操作にて滴定を行う。
(Method of measuring acid value)
The acid value was measured by a method according to JIS K0070. In the present invention, the following solvents were used as the measuring solvent. 10 g of the resin obtained by drying and solidifying the above resin aqueous solution is weighed in a 300 ml Erlenmeyer flask, and about 50 ml of a mixed solvent of ethanol:benzene=1:2 is added to dissolve the resin. Then, using a phenolphthalein indicator, it was titrated with a previously standardized 0.1 mol/L potassium hydroxide ethanol solution, and the acid value (according to the calculation formula (1) was calculated from the amount of the potassium hydroxide ethanol solution used for the titration ( mgKOH/g) is calculated.
A (mgKOH/g)=numerator/denominator (1)
Molecule: 0.1 (mol/L) x B/1000 (L) x 56.11 (g/mol) x 10
Denominator: S
In the formula, A is the acid value of the resin (mgKOH/g), B is the amount of the 0.1 mol/L potassium hydroxide ethanol solution used for titration (mL), S is the mass of the resin (g), and 56.11 is , The formula weight of potassium hydroxide.
For some resins that do not dissolve in about 50 ml of a mixed solvent of ethanol:benzene=1:2, select either 50 ml of ethanol or about 50 ml of a mixed solvent of ethanol/pure water=1:1. Then, the other steps are the same.
(酸価の定量)
試料液の1.0gを、メチルエチルケトン10gで希釈し、トルエンとメタノールの混合溶媒(トルエン:メタノール=7:3)溶液40ml中に加えて溶解した後、0.1規定水酸化カリウムのメタノール溶液でフェノールフタレインを指示薬として用いて中和滴定を行って定量した。
(Quantification of acid value)
1.0 g of the sample solution was diluted with 10 g of methyl ethyl ketone, dissolved in 40 ml of a mixed solvent of toluene and methanol (toluene:methanol=7:3), and then dissolved with 0.1N potassium hydroxide in methanol. It was quantified by performing a neutralization titration using phenolphthalein as an indicator.
2.2.インクジェット記録装置の準備
上記で説明した図1〜図4に記載されている吐出ヘッドを備えるインクジェット記録装置を準備した。表2では、このインクジェット記録装置の吐出ヘッドを「ヘッドA」と称する。
2.2. Preparation of Inkjet Recording Device An inkjet recording device including the ejection head described above with reference to FIGS. 1 to 4 was prepared. In Table 2, the ejection head of this inkjet recording apparatus is referred to as “head A”.
一方、上記のインクジェット記録装置の吐出ヘッドの図4に相当する構造が図6のような構造となっているインクジェット記録装置を準備した。表2では、このインクジェット記録装置の吐出ヘッドを「ヘッドB」と称する。図6に示すように、ヘッドBの液体流路は、振動板50を有する平面方向に延びる液体流路と、当該液体流路に繋がる垂直方向の1本の液体流路とを含む構造となっているため、上記のヘッドAと比べてノズル上流の流路体積が小さくなっている。
On the other hand, an inkjet recording apparatus was prepared in which the structure of the ejection head of the inkjet recording apparatus corresponding to FIG. In Table 2, the ejection head of this inkjet recording apparatus is referred to as "head B". As shown in FIG. 6, the liquid flow path of the head B has a structure including a liquid flow path extending in the plane direction having the vibrating
2.3.評価方法
2.3.1.間欠印字の評価
ヘッドAもしくはヘッドBのいずれかのインクジェットプリンターのヘッド内に上記で調製した水系インク組成物を充填した。写真用紙(光沢)(セイコーエプソン株式会社製)にインクを全ノズル吐出させた。その後、キャリッジを12秒間空走した後、上記写真用紙(光沢)にインクを全ノズル吐出した。空走前後のドットの着弾位置ズレにより間欠特性を評価した。評価基準は以下の通りである。
(評価基準)
1:着弾ズレが0μm以上100μm未満。
2:着弾ズレが100μm以上200μm未満。
3:着弾ズレが200μm以上300μm未満。
4:着弾ズレが300μm以上。
2.3. Evaluation method 2.3.1. Evaluation of Intermittent Printing The water-based ink composition prepared above was filled in the head of either the head A or the head B of the inkjet printer. Ink was ejected from all nozzles onto a photo paper (gloss) (manufactured by Seiko Epson Corporation). After that, the carriage was idle for 12 seconds, and then all the nozzles of ink were ejected onto the above-mentioned photographic paper (gloss). Intermittent characteristics were evaluated by the deviation of the landing positions of dots before and after free running. The evaluation criteria are as follows.
(Evaluation criteria)
1: Landing deviation is 0 μm or more and less than 100 μm.
2: The landing deviation is 100 μm or more and less than 200 μm.
3: The landing deviation is 200 μm or more and less than 300 μm.
4: The landing deviation is 300 μm or more.
2.3.2.発色性の評価
ヘッドAもしくはヘッドBのいずれかのインクジェットプリンターのヘッド内に上記で調製した水系インク組成物を充填した。充填後、フォトマット紙/顔料専用(セイコーエプソン株式会社製)上に1440×720dpi、インク重量24ngでベタ印刷を行っ
た。印刷物を乾燥後、Spectrolino(商品名、GretagMacbeth社製)により反射濃度値(OD値)を測定した。評価基準は以下の通りである。
(評価基準)
1:OD値が2.1以上。
2:OD値が2.0以上2.1未満。
3:OD値が1.9以上2.0未満。
2.3.2. Evaluation of Coloring Property The water-based ink composition prepared above was filled in the head of either the head A or the head B of the inkjet printer. After the filling, solid printing was performed on a photomat paper/pigment-only (manufactured by Seiko Epson Corporation) at 1440×720 dpi and an ink weight of 24 ng. After the printed matter was dried, the reflection density value (OD value) was measured with Spectrolino (trade name, manufactured by GretagMacbeth). The evaluation criteria are as follows.
(Evaluation criteria)
1: OD value is 2.1 or more.
2: OD value is 2.0 or more and less than 2.1.
3: OD value is 1.9 or more and less than 2.0.
2.3.3.耐擦性
ヘッドAもしくはヘッドBのいずれかのインクジェットプリンターのヘッド内に上記で調製した水系インク組成物を充填した。充填後、フォトマット紙/顔料専用(セイコーエプソン株式会社製)上に1440×720dpi、インク重量24ngでベタ印刷を行った。得られた印刷物について、印刷後1時間経過した印刷物の印刷面の上に金巾を載せ、更にその上に50gの分銅を載せた。分銅下の金巾を引き抜き、引き抜いた金巾への転写の程度を目視で観察し、以下の基準で耐擦性を評価した。
(評価基準)
1:転写が全く認められない。
2:転写が僅かに認められる。
3:転写がはっきりと認められる。
2.3.3. Abrasion resistance The water-based ink composition prepared above was filled in the head of either an inkjet printer, head A or head B. After the filling, solid printing was performed on a photomat paper/pigment-only (manufactured by Seiko Epson Corporation) at 1440×720 dpi and an ink weight of 24 ng. With respect to the obtained printed matter, a gold width was placed on the printed surface of the printed matter that had passed 1 hour after printing, and a weight of 50 g was placed thereon. The gold width under the weight was pulled out, the degree of transfer to the drawn gold width was visually observed, and the abrasion resistance was evaluated according to the following criteria.
(Evaluation criteria)
1: No transcription is observed.
2: Transfer is slightly recognized.
3: Transcription is clearly recognized.
2.3.4.ヘッド凍結安定性
ヘッドAもしくはヘッドBのいずれかのインクジェットプリンターのヘッド内に上記で調製した水系インク組成物を充填した。キャップをした状態でインクジェット記録装置全体を、−20℃に温度設定された冷凍室に静置した。5日経過後、インクジェット記録装置を冷凍室から取り出し、常温に戻した。この操作を5台のインクジェットプリンターについて行い、圧電アクチュエーターの破損の有無を顕微鏡にて観察し、圧電アクチュエーターの故障率を算出して評価した。評価基準は以下の通りである。
(評価基準)
1:故障率が0%(故障なし)。
2:故障率が20%(1台故障した)。
3:故障率が40%以上(2台以上故障した)。
2.3.4. Freezing Stability of Head The water-based ink composition prepared above was filled in the head of an inkjet printer, either head A or head B. The entire ink jet recording apparatus with the cap attached was allowed to stand in a freezer compartment whose temperature was set to -20°C. After the lapse of 5 days, the ink jet recording apparatus was taken out of the freezer and returned to room temperature. This operation was performed for five inkjet printers, and the presence or absence of breakage of the piezoelectric actuator was observed with a microscope, and the failure rate of the piezoelectric actuator was calculated and evaluated. The evaluation criteria are as follows.
(Evaluation criteria)
1: The failure rate is 0% (no failure).
2: The failure rate was 20% (1 unit failed).
3: The failure rate is 40% or more (two or more failed).
2.3.5.インクの再分散性
SUS基板に水系インク組成物を1滴垂らし、80℃で1時間乾燥させた。次いで、乾燥物の上に同じ種類の水系インク組成物を1滴垂らした。所定時間放置後、ティッシュペーパーでインクを吸い取り、乾燥物の有無を確認した。乾燥物が再溶解してなくなるのに必要な時間を評価した。評価基準は以下の通りである。
(評価基準)
1:1分未満。
2:1分以上5分未満。
3:5分以上。
2.3.5. Ink Redispersibility One drop of the water-based ink composition was dropped on the SUS substrate and dried at 80° C. for 1 hour. Then, one drop of the same type of water-based ink composition was dripped on the dried product. After leaving for a predetermined time, the ink was absorbed with a tissue paper to confirm the presence or absence of a dried product. The time required for the dried product to redissolve and disappear was evaluated. The evaluation criteria are as follows.
(Evaluation criteria)
1:1 less than a minute.
2: 1 minute or more and less than 5 minutes.
3: 5 minutes or more.
2.3.6.インクの保存安定性
上記で作製した水系インク組成物を50gスクリュー管に入れ、70℃6日間放置した。放置前後の粘度について、E型粘度計RE550L(装置名、東機産業株式会社製)を用いて粘度を測定し、放置前後の粘度の変化率に基づいてインクの保存安定性を評価した。評価基準は以下の通りである。
粘度変化率(%)=|(η2−η1)/η1|×100 ・・・・・(2)
η1:放置前のインクの粘度、η2:放置後のインクの粘度
(評価基準)
1:粘度の変化率が5%未満。
2:粘度の変化率が5%以上10%未満。
3:粘度の変化率が10%以上。
2.3.6. Storage stability of ink The water-based ink composition prepared above was placed in a screw tube of 50 g and left at 70°C for 6 days. Regarding the viscosity before and after standing, the viscosity was measured using an E-type viscometer RE550L (device name, manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd.), and the storage stability of the ink was evaluated based on the rate of change in viscosity before and after standing. The evaluation criteria are as follows.
Viscosity change rate (%)=|(η2-η1)/η1|×100 (2)
η1: Viscosity of ink before standing, η2: Viscosity of ink after standing (evaluation standard)
1: The change rate of viscosity is less than 5%.
2: The rate of change in viscosity is 5% or more and less than 10%.
3: Change rate of viscosity is 10% or more.
2.4.評価結果
各実施例及び比較例の水系インク組成物の組成、評価結果を下表2及び下表3に示す。
2.4. Evaluation Results The compositions and evaluation results of the water-based ink compositions of Examples and Comparative Examples are shown in Tables 2 and 3 below.
表2及び表3の結果から明らかなように、本発明に係る水系インク組成物によれば、上
記ヘッドAを備えるインクジェット記録装置のインクカートリッジに充填した場合でも、凍結時におけるヘッドAの故障を防止することができ、保存安定性に優れ、しかも発色性、耐擦性に優れた画像を形成できることが明らかとなった。
As is clear from the results of Tables 2 and 3, the water-based ink composition according to the present invention, even when filled in the ink cartridge of the ink jet recording apparatus including the head A, causes the failure of the head A during freezing. It was clarified that an image which can be prevented, is excellent in storage stability, and is excellent in color developability and abrasion resistance can be formed.
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, the invention includes configurations substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations having the same function, method and result, or configurations having the same object and effect). Further, the invention includes configurations in which non-essential parts of the configurations described in the embodiments are replaced. Further, the invention includes a configuration that achieves the same effects as the configurations described in the embodiments or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes configurations in which known techniques are added to the configurations described in the embodiments.
I…インクジェット式記録装置(液体噴射装置)、II…インクジェット式記録ヘッド(液体噴射ヘッド)、III…ヘッドB、1…インクジェット式記録ヘッドユニット(液体噴射ヘッドユニット)、2…カートリッジ、3…キャリッジ、4…装置本体、5…キャリッジ軸、6…駆動モーター、7…タイミングベルト、8…プラテン、10…流路形成基板、11…ヘッド本体、15…連通板、20…ノズルプレート、20a…液体噴射面、21…ノズル開口、25…スペーサー、30…保護基板、40…ケース部材、45…コンプライアンス基板、50…振動板、60…第1電極、70…圧電体層、80…第2電極、100…マニホールド、120…駆動回路、130…カバーヘッド(保護板) I... Inkjet recording apparatus (liquid ejecting apparatus), II... Inkjet recording head (liquid ejecting head), III... Head B, 1... Inkjet recording head unit (liquid ejecting head unit), 2... Cartridge, 3... Carriage 4... Device body, 5... Carriage shaft, 6... Drive motor, 7... Timing belt, 8... Platen, 10... Flow path forming substrate, 11... Head body, 15... Communication plate, 20... Nozzle plate, 20a... Liquid Jetting surface, 21... Nozzle opening, 25... Spacer, 30... Protective substrate, 40... Case member, 45... Compliance substrate, 50... Vibrating plate, 60... First electrode, 70... Piezoelectric layer, 80... Second electrode, 100... Manifold, 120... Drive circuit, 130... Cover head (protection plate)
Claims (10)
前記供給連通路に繋がる、振動板を有する平面方向に延びる液体流路と、
前記液体流路に繋がる、前記第1の基板によって形成された第1ノズル連通路と、
前記第1ノズル連通路に繋がる、第2の基板によって形成された第2ノズル連通路と、を有する吐出ヘッドを備えるインクジェット記録装置に用いるための水系インク組成物であって、
酸化処理された顔料と、酸価が10〜90mg/KOHの樹脂と、を含み、
前記酸化処理された顔料が、その表面に、カルボキシル基と、前記カルボキシル基の0.9〜1.1倍のモル比でありかつ顔料の質量当たりのモル数で500μmol/g以上のラクトン基と、を有し、
前記樹脂が、疎水性基を持つモノマーと親水性基を持つモノマーとの共重合体または疎水性基と親水性基とを分子構造中に合わせ持ったモノマーからなる重合体であり、
前記顔料がファーネス法で得られたカーボンブラックである、水系インク組成物。 A supply communication path formed by the first substrate,
A liquid flow path extending in a plane direction having a vibrating plate, which is connected to the supply communication path ,
A first nozzle communication path formed by the first substrate and connected to the liquid flow path;
A water-based ink composition for use in an ink jet recording apparatus, comprising an ejection head having a second nozzle communication path formed by a second substrate and connected to the first nozzle communication path ,
Comprising a pigment that has been oxidized, and tree fat acid value 10~90mg / KOH, and
The surface of the oxidation-treated pigment has a carboxyl group and a lactone group having a molar ratio of 0.9 to 1.1 times that of the carboxyl group and a molar number per pigment mass of 500 μmol/g or more. Has,
The resin is a copolymer of a monomer having a hydrophobic group and a monomer having a hydrophilic group or a polymer composed of a monomer having a hydrophobic group and a hydrophilic group in the molecular structure,
An aqueous ink composition, wherein the pigment is carbon black obtained by a furnace method .
前記吐出ヘッドは、第1の基板によって形成された供給連通路と、
前記供給連通路に繋がる、振動板を有する平面方向に延びる流路と、
前記流路に繋がる、前記第1の基板によって形成された第1ノズル連通路と、
前記第1ノズル連通路に繋がる、第2の基板によって形成された第2ノズル連通路と、を備え、
前記水系インク組成物は、酸化処理された顔料と、酸価が10〜90mg/KOHの樹脂と、を含み、
前記酸化処理された顔料は、その表面に、カルボキシル基と、前記カルボキシル基の0.9〜1.1倍のモル比でありかつ顔料の質量当たりのモル数で500μmol/g以上のラクトン基と、を有し、
前記樹脂が、疎水性基を持つモノマーと親水性基を持つモノマーとの共重合体または疎水性基と親水性基とを分子構造中に合わせ持ったモノマーからなる重合体であり、
前記顔料がファーネス法で得られたカーボンブラックである、インクジェット記録装置。 An inkjet recording apparatus comprising: an aqueous ink composition; and an ejection head that ejects the aqueous ink composition,
The discharge head includes a supply communication passage formed by a first substrate,
A flow path extending in a plane direction having a vibrating plate, which is connected to the supply communication path ,
A first nozzle communication path formed by the first substrate and connected to the flow path;
A second nozzle communication path formed by a second substrate and connected to the first nozzle communication path ,
The aqueous ink composition comprises a pigment which has been oxidized, and tree fat acid value 10~90mg / KOH, and
The surface of the oxidation-treated pigment has a carboxyl group and a lactone group having a molar ratio of 0.9 to 1.1 times that of the carboxyl group and a molar number per pigment mass of 500 μmol/g or more. Has,
The resin is a copolymer of a monomer having a hydrophobic group and a monomer having a hydrophilic group or a polymer composed of a monomer having a hydrophobic group and a hydrophilic group in the molecular structure,
An inkjet recording apparatus, wherein the pigment is carbon black obtained by a furnace method .
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