JP7067160B2 - 白色インク、収容容器、インクジェット印刷装置、インクジェット印刷方法、及び印刷物 - Google Patents

白色インク、収容容器、インクジェット印刷装置、インクジェット印刷方法、及び印刷物 Download PDF

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Description

本発明は、白色インク、収容容器、インクジェット印刷装置、インクジェット印刷方法、及び印刷物に関する。
インクジェット記録方式において、白色顔料として金属酸化物、硫酸バリウム、炭酸カ
ルシウムなどが用いられている。
このような白色顔料は高い隠蔽性及び堅牢性を有するが、比重が大きいことから経時にて沈降することがある。沈降速度はストークスの沈降式に従い、体積平均粒径が大きく、かつ分散溶媒の粘度が低いほど速くなる。
インクジェット記録方式に適した低い分散溶媒の粘度においては、白色顔料は高い隠蔽性を示す体積平均粒径では沈降してしまうことから、市販されているインクジェット記録装置では、沈降を防止するために装置内に循環機構を設けたり、使用者にカートリッジを振ってもらう必要がある。
このような課題を解決するため、例えば、酸化チタンより比重の小さい材料を酸化チタンで被覆したインクが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、白色色材として有機無機複合の中空粒子を含有したインクが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
本発明は、分散安定性、隠蔽性、及び耐熱性に優れる白色インクを提供することを目的とする。
前記課題を解決するための手段としての本発明の白色インクは、水及び中空粒子を含み、前記中空粒子は、樹脂中空粒子の表面を無機層で被覆してなり、かつ前記中空粒子の体積平均粒径が300nm以上800nm以下であり、前記樹脂中空粒子における樹脂層の平均厚さが25nm以上100nm以下であり、前記無機層の平均厚さが5nm以上20nm以下である。
本発明によると、分散安定性、隠蔽性、及び耐熱性に優れる白色インクを提供することができる。
図1は、本発明のインクジェット印刷装置の一例を示す斜視説明図である。 図2は、本発明のインクジェット印刷装置におけるメインタンクの一例を示す斜視説明図である。
(白色インク)
本発明の白色インクは、水及び中空粒子を含み、中空粒子は、樹脂中空粒子の表面を無機層で被覆してなり、かつ中空粒子の体積平均粒径が300nm以上800nm以下であり、樹脂中空粒子における樹脂層の平均厚さが25nm以上100nm以下であり、無機層の平均厚さが5nm以上20nm以下であり、更に必要に応じてその他の成分を含有する。
本発明の白色インクは、従来技術では、インクジェット印刷においてポリエチレンテレフタレート(PET)シートやアクリルシート等の非浸透メディアに印刷する場合、浸透による乾燥が見込めないことから乾燥の大半は蒸発乾燥によるものとなり、蒸発促進の手段として加熱する方法が採用されるため、樹脂中空粒子を含有した白色インクは加熱により樹脂中空粒子が変形し、隠蔽性が損なわれてしまうという知見に基づくものである。
この点について、白色インク用色材として用いる樹脂中空粒子において、高屈折率のスチレン樹脂を使用すると高い白色度が得られるが、スチレン樹脂はガラス転移点(Tg)が低いため、加熱により中空粒子が潰れてしまう。一方、アクリル樹脂は屈折率が低いがガラス転移点(Tg)が高いという特性を有している。
したがって、本発明においては、樹脂中空粒子(好ましくはスチレンアクリル樹脂からなる樹脂中空粒子)を無機材料で被覆した、体積平均粒径が300nm以上800nm以下である中空粒子を白色色材として用いることにより、高い白色度と耐熱性を両立させることができる。
<中空粒子>
前記中空粒子は、樹脂中空粒子の表面を無機層で被覆してなる有機無機複合中空粒子である。
前記中空粒子の体積平均粒径は、300nm以上800nm以下であり、400nm以上600nm以下が好ましい。300nm以上800nm以下の範囲において、隠蔽性及び分散安定性が良好となる。前記体積平均粒径が、300nm未満であると、隠蔽性が低下することがあり、800nmを超えると、分散安定性が悪化することがある。
前記中空粒子の体積平均粒径は、例えば、粒度分析装置(Nanotrac Wave-EX150、日機装株式会社製)を用いて測定することができる。
前記樹脂中空粒子における樹脂層の平均厚さは、25nm以上100nm以下であり、50nm以上80nm以下が好ましい。樹脂層の平均厚さが25nm以上100nm以下の範囲において、隠蔽性及び分散安定性が良好となる。前記樹脂層の平均厚さが、25nm未満であると、隠蔽性が低下することがあり、100nmを超えると、分散安定性が悪化することがある。
前記無機層の平均厚さは、5nm以上20nm以下であり、10nm以上15nm以下が好ましい。
前記脂層の平均厚さ及び前記無機層の平均厚さは、例えば、樹脂中空粒子を透過型電子顕微鏡(JEM-2100、日本電子株式会社製)にて観察し、100個の粒子を無作為に選び出し、樹脂層の厚さ及び無機層の厚さを測定し、樹脂層の平均厚さと無機層の平均厚さを算出することができる。
前記樹脂中空粒子は、スチレンアクリル樹脂からなることが、高い白色度と耐熱性を両立させる点から好ましい。
前記スチレンアクリル樹脂のアクリル比は、5%以上30%以下が好ましく、10%以上20%以下がより好ましい。前記アクリル比が5%以上30%以下であると、隠蔽性と耐熱性との両立が図れる。前記アクリル比が30%を超えると、耐熱性は向上するが、隠蔽性が低下することがあり、前記アクリル比が5%未満であると、室温での隠蔽性は高いが、加熱した場合に樹脂中空粒子が潰れてしまい隠蔽性が低下することがある。
前記スチレンアクリル樹脂のアクリル比は、例えば、フーリエ変換赤外分光光度計(FT/IR-6800、日本分光株式会社製)にて測定し、アクリル酸のカルボニル伸縮運動由来の1730cm-1の吸収とポリスチレンの芳香環のC=C伸縮振動による1600cm-1の吸収の吸光度比からアクリル比を求めることができる。
前記無機層における無機材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、シリカなどが挙げられる。これらの中でも、耐熱性と白色度の点から、酸化チタン、シリカが好ましい。
前記中空粒子の含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、白色インク全量に対して、5質量%以上20質量%以下が好ましい。
<中空粒子の製造方法>
中空粒子の製造方法は、例えば、乳化重合法により作製した中空樹脂粒子の表面を無機化合物で被覆することで製造することができる。
前記無機化合物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、チタンテトライソプロポキシド、テトラエトキシシラン、塩化亜鉛などが挙げられる。
前記乳化重合法は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ビニルモノマー、界面活性剤、重合開始剤、及び水系分散媒を窒素雰囲気下で加熱しながら撹拌することにより中空樹脂粒子エマルジョンを形成する。
ビニルモノマーとしては、例えば、非イオン性モノエチレン不飽和モノマー、二官能性ビニルモノマーなどが挙げられる。
非イオン性モノエチレン不飽和モノマーとしては、例えば、スチレン、ビニルトルエン、エチレン、ビニルアセテート、塩化ビニル、塩化ビニリデン、アクリロニトリル、(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリル酸エステルなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、スチレン、(メタ)アクリル酸エステルが好ましい。
(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、2-エチルへキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、オレイル(メタ)アクリレート、パルミチル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
二官能性ビニルモノマーとしては、例えば、ジビニルベンゼン、アリルメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、1,3-ブタン-ジオールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレートなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
なお、前記単官能性ビニルモノマーと前記二官能性ビニルモノマーとを共重合させることで、高度に架橋することによって、耐熱性、耐溶剤性、溶剤分散性などの特性を備えた中空樹脂粒子を得ることができる。
<水>
前記水としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、イオン交換水、限外ろ過水、逆浸透水、蒸留水等の純水、超純水などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記水の含有量としては、白色インク全量に対して、15質量%以上60質量%以下が好ましく、20質量%以上40質量%以下がより好ましい。前記含有量が、15質量%以上であると、高粘度になることを防止し、吐出安定性を向上できる。前記含有量が、60質量%以下であると、非浸透性記録媒体への濡れ性が好適となり、画像品質を向上できる。
本発明の白色インクは、更に必要に応じて有機溶剤、樹脂、添加剤等を含んでもよい。
<有機溶剤>
本発明に使用する有機溶剤としては特に制限されず、水溶性有機溶剤を用いることができる。例えば、多価アルコール類、多価アルコールアルキルエーテル類や多価アルコールアリールエーテル類などのエーテル類、含窒素複素環化合物、アミド類、アミン類、含硫黄化合物類が挙げられる。
水溶性有機溶剤の具体例としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、3-メチル-1,3-ブタンジオール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、1,2-ペンタンジオール、1,3-ペンタンジオール、1,4-ペンタンジオール、2,4-ペンタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,3-ヘキサンジオール、2,5-ヘキサンジオール、1,5-ヘキサンジオール、グリセリン、1,2,6-ヘキサントリオール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、エチル-1,2,4-ブタントリオール、1,2,3-ブタントリオール、2,2,4-トリメチル-1,3-ペンタンジオール、ペトリオール等の多価アルコール類、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の多価アルコールアルキルエーテル類、エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル等の多価アルコールアリールエーテル類、2-ピロリドン、N-メチル-2-ピロリドン、N-ヒドロキシエチル-2-ピロリドン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、ε-カプロラクタム、γ-ブチロラクトン等の含窒素複素環化合物、ホルムアミド、N-メチルホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド、3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド等のアミド類、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエチルアミン等のアミン類、ジメチルスルホキシド、スルホラン、チオジエタノール等の含硫黄化合物、プロピレンカーボネート、炭酸エチレン等が挙げられる。
湿潤剤として機能するだけでなく、良好な乾燥性を得られることから、沸点が250℃以下の有機溶剤を用いることが好ましい。
炭素数8以上のポリオール化合物、及びグリコールエーテル化合物も好適に使用される。炭素数8以上のポリオール化合物の具体例としては、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、2,2,4-トリメチル-1,3-ペンタンジオールなどが挙げられる。
グリコールエーテル化合物の具体例としては、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の多価アルコールアルキルエーテル類;エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル等の多価アルコールアリールエーテル類などが挙げられる。
有機溶剤のインク中における含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、インクの乾燥性及び吐出信頼性の点から、10質量%以上60質量%以下が好ましく、20質量%以上60質量%以下がより好ましい。
<樹脂>
インク中に含有する樹脂の種類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、スチレン系樹脂、ブタジエン系樹脂、スチレン-ブタジエン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アクリルスチレン系樹脂、アクリルシリコーン系樹脂などが挙げられる。
これらの樹脂からなる樹脂粒子を用いてもよい。樹脂粒子を、水を分散媒として分散した樹脂エマルションの状態で、色材や有機溶剤などの材料と混合してインクを得ることが可能である。前記樹脂粒子としては、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。また、これらは、1種を単独で用いても、2種類以上の樹脂粒子を組み合わせて用いてもよい。
樹脂粒子の体積平均粒径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、良好な定着性、高い画像硬度を得る点から、10nm以上1,000nm以下が好ましく、10nm以上200nm以下がより好ましく、10nm以上100nm以下が特に好ましい。
前記体積平均粒径は、例えば、粒度分析装置(ナノトラック Wave-UT151、マイクロトラック・ベル株式会社製)を用いて測定することができる。
樹脂の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、定着性、インクの保存安定性の点から、インク全量に対して、1質量%以上30質量%以下が好ましく、5質量%以上20質量%以下がより好ましい。
インク中の固形分の粒径については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、吐出安定性、画像濃度などの画像品質を高くする点から、最大個数換算で最大頻度が20nm以上1000nm以下が好ましく、20nm以上150nm以下がより好ましい。固形分は樹脂粒子や顔料の粒子等が含まれる。粒径は、粒度分析装置(ナノトラック Wave-UT151、マイクロトラック・ベル株式会社製)を用いて測定することができる。
<添加剤>
インクには、必要に応じて、界面活性剤、消泡剤、防腐防黴剤、防錆剤、pH調整剤等を加えてもよい。
<界面活性剤>
界面活性剤としては、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤のいずれも使用可能である。
シリコーン系界面活性剤には特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができる。中でも高pHでも分解しないものが好ましく、例えば、側鎖変性ポリジメチルシロキサン、両末端変性ポリジメチルシロキサン、片末端変性ポリジメチルシロキサン、側鎖両末端変性ポリジメチルシロキサン等が挙げられ、変性基としてポリオキシエチレン基、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン基を有するものが、水系界面活性剤として良好な性質を示すので特に好ましい。また、前記シリコーン系界面活性剤として、ポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤を用いることもでき、例えば、ポリアルキレンオキシド構造をジメチルシロキサンのSi部側鎖に導入した化合物等が挙げられる。
フッ素系界面活性剤としては、例えば、パーフルオロアルキルスルホン酸化合物、パーフルオロアルキルカルボン酸化合物、パーフルオロアルキルリン酸エステル化合物、パーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物及びパーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマー化合物が、起泡性が小さいので特に好ましい。前記パーフルオロアルキルスルホン酸化合物としては、例えば、パーフルオロアルキルスルホン酸、パーフルオロアルキルスルホン酸塩等が挙げられる。前記パーフルオロアルキルカルボン酸化合物としては、例えば、パーフルオロアルキルカルボン酸、パーフルオロアルキルカルボン酸塩等が挙げられる。前記パーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマー化合物としては、パーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマーの硫酸エステル塩、パーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマーの塩等が挙げられる。これらフッ素系界面活性剤における塩の対イオンとしては、Li、Na、K、NH、NHCHCHOH、NH(CHCHOH)、NH(CHCHOH)等が挙げられる。
両性界面活性剤としては、例えばラウリルアミノプロピオン酸塩、ラウリルジメチルベタイン、ステアリルジメチルベタイン、ラウリルジヒドロキシエチルベタインなどが挙げられる。
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フェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエステル、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ド、ポリオキシエチレンプロピレンブロックポリマー、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、アセチレンアルコールのエチレンオキサイド付加物などが挙げられる。
ア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酢酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸塩、ラウリル酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルサルフェートの塩、などが挙げられる。
これらは、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
前記シリコーン系界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、側鎖変性ポリジメチルシロキサン、両末端変性ポリジメチルシロキサン、片末端変性ポリジメチルシロキサン、側鎖両末端変性ポリジメチルシロキサンなどが挙げられ、変性基としてポリオキシエチレン基、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン基を有するポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤が水系界面活性剤として良好な性質を示すので特に好ましい。
このような界面活性剤としては、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。市販品としては、例えば、ビックケミー株式会社、信越化学工業株式会社、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社、日本エマルジョン株式会社、共栄社化学などから入手できる。
上記のポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、一般式(S-1)式で表わされる、ポリアルキレンオキシド構造をジメチルポリシロキサンのSi部側鎖に導入したものなどが挙げられる。
[一般式(S-1)]
Figure 0007067160000001
(但し、一般式(S-1)式中、m、n、a、及びbは、それぞれ独立に、整数を表わし、Rは、アルキレン基を表し、R’は、アルキル基を表す。)
上記のポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤としては、市販品を用いることができ、例えば、KF-618、KF-642、KF-643(信越化学工業株式会社)、EMALEX-SS-5602、SS-1906EX(日本エマルジョン株式会社)、FZ-2105、FZ-2118、FZ-2154、FZ-2161、FZ-2162、FZ-2163、FZ-2164(東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社)、BYK-33、BYK-387(ビックケミー株式会社)、TSF4440、TSF4452、TSF4453(東芝シリコン株式会社)などが挙げられる。
前記フッ素系界面活性剤としては、フッ素置換した炭素数が2~16の化合物が好ましく、フッ素置換した炭素数が4~16である化合物がより好ましい。
フッ素系界面活性剤としては、パーフルオロアルキルリン酸エステル化合物、パーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物、及びパーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマー化合物などが挙げられる。これらの中でも、パーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマー化合物は起泡性が少ないため好ましく、特に一般式(F-1)及び一般式(F-2)で表わされるフッ素系界面活性剤が好ましい。
[一般式(F-1)]
Figure 0007067160000002
上記一般式(F-1)で表される化合物において、水溶性を付与するためにmは0~10の整数が好ましく、nは0~40の整数が好ましい。
[一般式(F-2)]
2n+1-CHCH(OH)CH-O-(CHCHO)-Y
上記一般式(F-2)で表される化合物において、YはH、又はCmF2m+1でmは1~6の整数、又はCHCH(OH)CH-CmF2m+1でmは4~6の整数、又はCpH2p+1でpは1~19の整数である。nは1~6の整数である。aは4~14の整数である。
上記のフッ素系界面活性剤としては市販品を使用してもよい。この市販品としては、例えば、サーフロンS-111、S-112、S-113、S-121、S-131、S-132、S-141、S-145(いずれも、旭硝子株式会社製);フルラードFC-93、FC-95、FC-98、FC-129、FC-135、FC-170C、FC-430、FC-431(いずれも、住友スリーエム株式会社製);メガファックF-470、F-1405、F-474(いずれも、大日本インキ化学工業株式会社製);ゾニール(Zonyl)TBS、FSP、FSA、FSN-100、FSN、FSO-100、FSO、FS-300、UR、キャプストーンFS-30、FS-31、FS-3100、FS-34、FS-35(いずれも、Chemours社製);FT-110、FT-250、FT-251、FT-400S、FT-150、FT-400SW(いずれも、株式会社ネオス製)、ポリフォックスPF-136A,PF-156A、PF-151N、PF-154、PF-159(オムノバ社製)、ユニダインDSN-403N(ダイキン工業株式会社製)などが挙げられ、これらの中でも、良好な印字品質、特に発色性、紙に対する浸透性、濡れ性、均染性が著しく向上する点から、Chemours社製のFS-3100、FS-34、FS-300、株式会社ネオス製のFT-110、FT-250、FT-251、FT-400S、FT-150、FT-400SW、オムノバ社製のポリフォックスPF-151N及びダイキン工業株式会社製のユニダインDSN-403Nが特に好ましい。
インク中における界面活性剤の含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、濡れ性、吐出安定性に優れ、画像品質が向上する点から、0.001質量%以上5質量%以下が好ましく、0.05質量%以上5質量%以下がより好ましい。
<消泡剤>
消泡剤としては、特に制限はなく、例えば、シリコーン系消泡剤、ポリエーテル系消泡剤、脂肪酸エステル系消泡剤などが挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、破泡効果に優れる点から、シリコーン系消泡剤が好ましい。
<防腐防黴剤>
防腐防黴剤としては、特に制限はなく、例えば、1,2-ベンズイソチアゾリン-3-オンなどが挙げられる。
<防錆剤>
防錆剤としては、特に制限はなく、例えば、酸性亜硫酸塩、チオ硫酸ナトリウムなどが挙げられる。
<pH調整剤>
pH調整剤としては、pHを7以上に調整することが可能であれば、特に制限はなく、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアミンなどが挙げられる。
インクの物性としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、粘度、表面張力、pH等が以下の範囲であることが好ましい。
インクの25℃での粘度は、印字濃度や文字品位が向上し、また、良好な吐出性が得られる点から、5mPa・s以上30mPa・s以下が好ましく、5mPa・s以上25mPa・s以下がより好ましい。ここで、粘度は、例えば回転式粘度計(東機産業株式会社製、RE-80L)を使用することができる。測定条件としては、25℃で、標準コーンローター(1°34’×R24)、サンプル液量1.2mL、回転数50rpm、3分間で測定可能である。
インクの表面張力としては、記録媒体上で好適にインクがレベリングされ、インクの乾燥時間が短縮される点から、25℃で、35mN/m以下が好ましく、32mN/m以下がより好ましい。
インクのpHとしては、接液する金属部材の腐食防止の点から、7~12が好ましく、8~11がより好ましい。
前記インクは、インクジェット印刷用に好適に用いることができる。
(インクの製造方法)
前記インクの製造方法としては、例えば、前記水、前記有機溶剤、前記ポリシロキサン界面活性剤、ポリウレタン樹脂粒子、必要に応じて、前記その他の成分を撹拌し、混合することにより製造することができる。
前記撹拌し、混合する方法としては、例えば、サンドミル、ホモジナイザー、ボールミル、ペイントシェイカー、超音波分散機、通常の撹拌羽を用いた撹拌機、マグネチックスターラー、高速の分散機などを用いることができる。
(収容容器)
前記収容容器は、前記白色インク、及び前記非白色インクのいずれかを容器に収容してなる。
前記収容容器としては、前記インクを容器中に収容してなり、更に必要に応じて、適宜選択したその他の部材などを有してなる。
前記容器としては、特に制限はなく、目的に応じて、その形状、構造、大きさ、材質等を適宜選択することができ、例えば、アルミニウムラミネートフィルム、樹脂フィルム等で形成されたインク袋などを少なくとも有するものなどが挙げられる。
(前処理液)
前処理液は、凝集剤、有機溶剤、水を含有し、必要に応じて界面活性剤、消泡剤、pH調整剤、防腐防黴剤、防錆剤等を含有してもよい。
有機溶剤、界面活性剤、消泡剤、pH調整剤、防腐防黴剤、防錆剤は、インクに用いる材料と同様の材料を使用でき、その他、公知の処理液に用いられる材料を使用できる。
凝集剤の種類は特に限定されず、水溶性カチオンポリマー、酸、多価金属塩等が挙げられる。
<後処理液>
後処理液は、透明な層を形成することが可能であれば、特に限定されない。後処理液は、有機溶剤、水、樹脂、界面活性剤、消泡剤、pH調整剤、防腐防黴剤、防錆剤等、必要に応じて選択し、混合して得られる。また、後処理液は、記録媒体に形成された記録領域の全域に塗布してもよいし、インク像が形成された領域のみに塗布してもよい。
(記録媒体)
記録媒体としては特に制限はなく、普通紙、光沢紙、特殊紙、布などを用いることもできるが、非浸透性基材を用いても良好な画像形成が可能である。
前記非浸透性基材とは、水透過性、吸収性が低い表面を有する基材であり、内部に多数の空洞があっても外部に開口していない材質も含まれ、より定量的には、ブリストー(Bristow)法において接触開始から30msec1/2までの水吸収量が10mL/m以下である基材をいう。
前記非浸透性基材としては、例えば、塩化ビニル樹脂フィルム、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネートフィルムなどのプラスチックフィルムを、好適に使用することができる。
(記録装置、記録方法)
本発明のインクは、インクジェット記録方式による各種記録装置、例えば、プリンタ、ファクシミリ装置、複写装置、プリンタ/ファックス/コピア複合機、立体造形装置などに好適に使用することができる。
本発明において、記録装置、記録方法とは、記録媒体に対してインクや各種処理液等を吐出することが可能な装置、当該装置を用いて記録を行う方法である。記録媒体とは、インクや各種処理液が一時的にでも付着可能なものを意味する。
この記録装置には、インクを吐出するヘッド部分だけでなく、記録媒体の給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置と称される装置などを含むことができる。
記録装置、記録方法は、加熱工程に用いる加熱手段、乾燥工程に用いる乾燥手段を有してもよい。加熱手段、乾燥手段には、例えば、記録媒体の印字面や裏面を加熱、乾燥する手段が含まれる。加熱手段、乾燥手段としては、特に限定されないが、例えば、温風ヒーター、赤外線ヒーターを用いることができる。加熱、乾燥は、印字前、印字中、印字後などに行うことができる。
また、記録装置、記録方法は、インクによって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、幾何学模様などのパターン等を形成するもの、3次元像を造形するものも含まれる。
また、記録装置には、特に限定しない限り、吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、吐出ヘッドを移動させないライン型装置のいずれも含まれる。
更に、この記録装置には、卓上型だけでなく、A0サイズの記録媒体への印刷も可能とする広幅の記録装置や、例えばロール状に巻き取られた連続用紙を記録媒体として用いることが可能な連帳プリンタも含まれる。
記録装置の一例について図1乃至図2を参照して説明する。図1は同装置の斜視説明図である。図2はメインタンクの斜視説明図である。記録装置の一例としての画像形成装置400は、シリアル型画像形成装置である。画像形成装置400の外装401内に機構部420が設けられている。ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の各色用のメインタンク410(410k、410c、410m、410y)の各インク収容部411は、例えばアルミニウムラミネートフィルム等の包装部材により形成されている。インク収容部411は、例えば、プラスチックス製の収容容器ケース414内に収容される。これによりメインタンク410は、各色のインクカートリッジとして用いられる。
一方、装置本体のカバー401cを開いたときの開口の奥側にはカートリッジホルダ404が設けられている。カートリッジホルダ404には、メインタンク410が着脱自在に装着される。これにより、各色用の供給チューブ436を介して、メインタンク410の各インク排出口413と各色用の吐出ヘッド434とが連通し、吐出ヘッド434から記録媒体へインクを吐出可能となる。
この記録装置には、インクを吐出する部分だけでなく、前処理装置、後処理装置と称される装置などを含むことができる。
前処理装置、後処理装置の一態様として、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)などのインクの場合と同様に、前処理液や、後処理液を有する液体収容部と液体吐出ヘッドを追加し、前処理液や、後処理液をインクジェット記録方式で吐出する態様がある。
前処理装置、後処理装置の他の態様として、インクジェット記録方式以外の、例えば、ブレードコート法、ロールコート法、スプレーコート法による前処理装置、後処理装置を設ける態様がある。
なお、インクの使用方法としては、インクジェット記録方法に制限されず、広く使用することが可能である。インクジェット記録方法以外にも、例えば、ブレードコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ディップコート法、カーテンコート法、スライドコート法、ダイコート法、スプレーコート法などが挙げられる。
本発明のインクの用途は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、印刷物、塗料、コーティング材、下地用などに応用することが可能である。更に、インクとして用いて2次元の文字や画像を形成するだけでなく、3次元の立体像(立体造形物)を形成するための立体造形用材料としても用いることができる。
立体造形物を造形するための立体造形装置は、公知のものを使用することができ、特に限定されないが、例えば、インクの収容手段、供給手段、吐出手段や乾燥手段等を備えるものを使用することができる。立体造形物には、インクを重ね塗りするなどして得られる立体造形物が含まれる。また、記録媒体等の基材上にインクを付与した構造体を加工してなる成形加工品も含まれる。前記成形加工品は、例えば、シート状、フィルム状に形成された記録物や構造体に対して、加熱延伸や打ち抜き加工等の成形加工を施したものであり、例えば、自動車、OA機器、電気・電子機器、カメラ等のメーターや操作部のパネルなど、表面を加飾後に成形する用途に好適に使用される。
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
(調製例1)
-中空粒子1の調製-
アクリル酸12.0gと、スチレン228.0gと、連鎖移動剤としてのチオグリコール酸0.9gとを混合してモノマー混合物を用意した。また、これとは別に、過硫酸カリウム3.6gを水100gに溶解して重合開始剤水溶液を用意した。
次に、撹拌機、及び温度計の付いた1Lの4つ口フラスコ内に、水460gとドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム7gを入れ、85℃まで加熱撹拌した。
上記フラスコ中に前記モノマー混合物と重合開始剤水溶液を別々に7時間かけて連続的に注入し、この間の温度を90℃までに保って重合を進め、注入終了後、30分間熟成した。
次いで、95℃まで加熱して重合を完結させた後、室温まで冷却した後、水洗濾過し、スチレンアクリル樹脂中空粒子を得た。
得られたスチレンアクリル樹脂中空粒子20gをイオン交換水500g中に分散させた後、アンモニア水(和光純薬工業株式会社製、25質量%水溶液)87g、テトラエトキシシラン(和光純薬工業株式会社製、試薬特級、95質量%)32gを添加し、24時間撹拌して、シリカシェルの被覆を行った。その後、水洗濾過し、中空粒子1を作製した。
(調製例2)
-中空粒子2の調製-
調製例1において、アクリル酸72gと、スチレン168gと、連鎖移動剤としてのチオグリコール酸0.9gとを混合してモノマー混合物を用意した以外は、調製例1と同様にして、中空粒子2を作製した。
(調製例3)
-中空粒子3の調製-
調製例1において、アクリル酸24gと、スチレン216gと、連鎖移動剤としてのチオグリコール酸0.9gとを混合してモノマー混合物を用意した以外は、調製例1と同様にして、スチレンアクリル樹脂中空粒子を作製した。
得られたスチレンアクリル樹脂中空粒子20gをイソプロピルアルコール13gとチタンテトライソプロポキシド(和光純薬工業株式会社製、和光一級)1gの混合溶液に加えて撹拌し、ここにイオン交換水0.2gを徐々に加え、チタンテトライソプロポキシドを加水分解処理し、チタン被覆を行った。次いで、100℃で減圧乾燥後、水洗濾過し、中空粒子3を作製した。
(調製例4)
-中空粒子4の調製-
調製例1において、アクリル酸72gと、スチレン168gと、連鎖移動剤としてのチオグリコール酸0.9gとを混合してモノマー混合物を用意した以外は、調製例1と同様にして、スチレンアクリル樹脂中空粒子を作製した。
得られたスチレンアクリル樹脂中空粒子20gを塩化亜鉛水溶液(東京化成工業株式会社製)に加え、最初に生成した沈殿が溶解するまでアンモニア水(和光純薬工業株式会社製、25質量%水溶液)を添加した後、80℃で2時間加熱し、酸化亜鉛被覆を行った。次いで、水洗濾過し、中空粒子4を作製した。
(調製例5)
-中空粒子5の調製-
調製例1において、アクリル酸7.2gと、スチレン232.8gと、連鎖移動剤としてのチオグリコール酸0.9gとを混合してモノマー混合物を用意した以外は、調製例1と同様にして、中空粒子5を作製した。
(調製例6)
-中空粒子6の調製-
調製例1において、アクリル酸96gと、スチレン144gと、連鎖移動剤としてのチオグリコール酸0.9gとを混合してモノマー混合物を用意した以外は、調製例1と同様にして、中空粒子6を作製した。
(調製例7)
-中空粒子7の調製-
調製例1において、アクリル酸72gと、スチレン168gと、連鎖移動剤としてのチオグリコール酸0.9gとを混合してモノマー混合物を用意した以外は、調製例1と同様にして、中空粒子7を作製した。
(調製例8)
-中空粒子8の調製-
調製例1において、アクリル酸72gと、スチレン168gと、連鎖移動剤としてのチオグリコール酸0.9gとを混合してモノマー混合物を用意した以外は、調製例1と同様にして、中空粒子8を作製した。
(調製例9)
-中空粒子9の調製-
調製例1において、アクリル酸96gと、スチレン144gと、連鎖移動剤としてのチオグリコール酸0.9gとを混合してモノマー混合物を用意した以外は、調製例3と同様にして、スチレンアクリル樹脂中空粒子を作製した。
得られたスチレンアクリル樹脂中空粒子20gをイソプロピルアルコール13gとチタンテトライソプロポキシド(和光純薬工業株式会社製、和光一級)1gの混合溶液に加えて撹拌し、ここにイオン交換水0.2gを徐々に加え、チタンテトライソプロポキシドを加水分解処理し、チタン被覆を行った。次いで、100℃で減圧乾燥後、水洗濾過し、中空粒子9を作製した。
(調製例10)
-中空粒子10の調製-
調製例1において、アクリル酸72gと、スチレン168gと、連鎖移動剤としてのチオグリコール酸0.9gとを混合してモノマー混合物を用意した以外は、調製例4と同様にして、スチレンアクリル樹脂中空粒子を作製した。
得られたスチレンアクリル樹脂中空粒子5gを塩化亜鉛水溶液(東京化成工業株式会社製)に加え、最初に生成した沈殿が溶解するまでアンモニア水(和光純薬工業株式会社製、25質量%水溶液)を添加したのち、80℃で2時間加熱し、酸化亜鉛被覆を行った。次いで水洗濾過し、中空粒子10を作製した。
(調製例11)
-中空粒子11の調製-
調製例1において、アクリル酸26.4gと、スチレン213.6gと、連鎖移動剤としてのチオグリコール酸0.9gとを混合してモノマー混合物を用意した以外は、調製例1と同様にして、スチレンアクリル樹脂中空粒子を作製し、その後無機層の被覆を行わないことで中空粒子11とした。
(調製例12)
-中空粒子12の調製-
調製例1において、アクリル酸72gと、スチレン168gと、連鎖移動剤としてのチオグリコール酸0.9gとを混合してモノマー混合物を用意した以外は、調製例1と同様にしてスチレンアクリル樹脂中空粒子を作製した。
得られたスチレンアクリル樹脂中空粒子20gをイオン交換水500g中に分散させた後、アンモニア水(和光純薬工業株式会社製、25質量%水溶液)87g、テトラエトキシシラン(和光純薬工業株式会社製、試薬特級、95質量%)192gを添加し、24時間撹拌して、シリカシェルの被覆を行った。その後、水洗濾過し、中空粒子12を作製した。
次に、得られた各中空粒子について、以下のようにして、アクリル比、樹脂層の平均厚さ、及び無機層の平均厚さを測定した。結果を表1及び表2に示した。
<アクリル比測定>
各中空粒子をフーリエ変換赤外分光光度計(FT/IR-6800、日本分光株式会社製)にて測定し、アクリル酸のカルボニル伸縮運動由来の1730cm-1の吸収とポリスチレンの芳香環のC=C伸縮振動による1600cm-1の吸収の吸光度比からアクリル比(%)を求めた。
<樹脂層の厚さ及び無機層の厚さ測定>
各中空粒子を透過型電子顕微鏡(JEM-2100、日本電子株式会社製)にて観察し、100個の粒子を無作為に選び出し、樹脂層の厚さ及び無機層の厚さを測定し、樹脂層の平均厚さと無機層の平均厚さを算出した。
<中空粒子分散液の調製>
中空粒子1~12をそれぞれ30gと、レオドールTW-O120V(花王株式会社製)3gと、純水67gとをビーカーに加え、スターラーで充分に撹拌した後、水冷しながら日本精機製作所製超音波ホモジナイザーUS-300T(チップ直径26mm)にて200μAで1時間処理し分散処理を行い、中空粒子分散液1~12を得た(固形分濃度30質量%)。
得られた中空粒子分散液の体積平均粒径を、粒度分析装置(Nanotrac Wave-EX150、日機装株式会社製)を用いて測定した。結果を表1及び表2に示した。
Figure 0007067160000003
Figure 0007067160000004
(実施例1~6及び比較例1~6)
-インクの作製-
表3及び表4に示すように、各中空粒子分散液及び各成分を撹拌及び混合することにより、実施例1~6及び比較例1~6の白色インクを作製した。
次に、得られた各白色インクについて、以下のようにして、諸特性を評価した。結果を表3及び表4に示した。
<隠蔽性>
インクジェットプリンター(株式会社リコー製、RICOH Pro L4160)に各白色インクを充填したインクカートリッジを装填し、非多孔質基材の透明PETシート(LLPET1223、桜井株式会社製)に対し、インク付着量0.6g/cmで、白ベタ画像を作製した。
前記白ベタ画像を25℃及び80℃に設定したホットプレート(NINOS ND-1、アズワン株式会社製)上で乾燥させた。
白ベタ画像を形成したPETシートを黒紙上に重ね、どれだけ黒色が見えなくなるかを隠蔽性として評価した。具体的には、画像形成後のPETシートを黒紙(商品名:カラーペーパー中厚口(黒)、坪量:80g/m、株式会社長門屋商店製)上に重ねた状態でベタ部の画像濃度を分光測色濃度計(939、X-Rite社製)で測定し、下記数式1に基づいて隠蔽率を算出して、隠蔽性を評価した。なお、隠蔽率が高いほど、隠蔽性に優れており、隠蔽率が、60%未満を実用範囲外とした。
[数式1]
隠蔽率(%)=[1-(白ベタ画像の濃度/黒紙の濃度(1.35))]×100
<沈降率(分散安定性)>
内径:15mm、高さ:120mmの平底試験管(英弘精機株式会社製)に各白色インクを10g入れ、上部をシリコーンキャップで密封した。前記平底試験管をタービスキャン(溶液安定性評価装置、装置名:MA2000、英弘精機株式会社製)にセットし、前記平底試験管の波長850nmの近赤外光を水平方向から入射角0°で照射した際の45°方向への散乱光強度を測定した。前記散乱光の強度は、散乱光強度/入射光強度×100(%)で表される。前記測定は、サンプル液面から液面下20mmまで0.04mm間隔で500回行い、その平均値をMV値とした。白色色材(中空粒子)の沈降が生じると前記散乱光強度が弱くなるため、MV値は小さな値となる。
23℃の白色インクに対してMV値を、初期状態と、初期状態から100時間静置後の状態とにおいて測定し、それぞれについて得られた値をMV(初期状態)、及びMV100(100時間静置後)とし、以下の数式2により沈降率を算出し、経時変化における分散安定性を評価した。前記沈降率が低いほど、分散安定性に優れる。なお、初期状態とは、白色インクを手でよく振った直後の状態をいう。また、沈降率が0.05以下であると、分散安定性が良好である。
[数式2]
沈降率(%)=(MV-MV100)/MV
<耐熱性>
耐熱性は、乾燥温度25℃のときの隠蔽率に対する乾燥温度80℃のときの隠蔽率を元に数式3で表した。耐熱性が50%以下のものを実用範囲外とした。
[数式3]
耐熱性(%)=隠蔽率(25℃)/隠蔽率(80℃)×100
Figure 0007067160000005
Figure 0007067160000006
表3及び表4中の各成分の詳細については、以下のとおりである。
*水溶性有機溶剤:3-エチル-3-ヒドロキシメチルオキセタン(商品名:EHO、宇部興産株式会社製)
*樹脂:ポリエステル系ウレタン樹脂(三井化学株式会社製、商品名:タケラックW6110)
*界面活性剤:KF-351A(ポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤KF-351A(信越シリコーン社製)
*防腐剤:プロキセルLV(ロンザ・ジャパン社製)
本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
<1> 水及び中空粒子を含有し、
前記中空粒子は、樹脂中空粒子の表面を無機層で被覆してなり、かつ前記中空粒子の体積平均粒径が300nm以上800nm以下であり、
前記樹脂中空粒子における樹脂層の平均厚さが25nm以上100nm以下であり、
前記無機層の平均厚さが5nm以上20nm以下である
ことを特徴とする白色インクである。
<2> 前記樹脂中空粒子がスチレンアクリル樹脂からなり、前記スチレンアクリル樹脂のアクリル比が5%以上30%以下である前記<1>に記載の白色インクである。
<3> 前記無機層が、酸化チタン及びシリカの少なくともいずれかからなる前記<1>及び<2>のいずれかに記載の白色インクである。
<4> インクジェット印刷用である前記<1>から<3>のいずれかに記載の白色インクである。
<5> 前記中空粒子の含有量が、5質量%以上20質量%以下である前記<1>から<4>のいずれかに記載の白色インクである。
<6> 有機溶剤を更に含有する前記<1>から<5>のいずれかに記載の白色インクである。
<7> 樹脂粒子を更に含有する前記<1>から<6>のいずれかに記載の白色インクである。
<8> 界面活性剤を更に含有する前記<1>から<7>のいずれかに記載の白色インクである。
<9> 前記<1>から<8>のいずれかに記載の白色インクを容器内に収容したことを特徴とする収容容器である。
<10> 前記<1>から<8>のいずれかに記載の白色インクと、
前記白色インクをエネルギーの作用により液滴化して吐出する吐出手段を有することを特徴とするインクジェット印刷装置である。
<11> 被印刷物上に、前記<1>から<8>のいずれかに記載の白色インクをエネルギーの作用により液滴化して吐出する吐出工程を含むことを特徴とするインクジェット印刷方法である。
<12> 前記被印刷物が、非浸透性基材である前記<11>に記載のインクジェット印刷方法である。
<13> 被印刷物と、前記被印刷物上に、前記<1>から<8>のいずれかに記載の白色インクからなる印刷層とを有することを特徴とする印刷物である。
<14> 前記被印刷物が、非浸透性基材である前記<13>に記載の印刷物である。
前記<1>から<8>のいずれかに記載の白色インク、前記<9>に記載の収容容器、前記<10>に記載のインクジェット印刷装置、前記<11>から<12>のいずれかに記載のインクジェット印刷方法、及び前記<13>から<14>のいずれかに記載の印刷物によると、従来における諸問題を解決し、本発明の目的を達成することができる。
400 画像形成装置
401 外装
401c カバー
404 カートリッジホルダ
410、410k、410c、410m、410y メインタンク
411 インク収容部
413 インク排出口
414 収容容器ケース
420 機構部
434 吐出ヘッド
436 供給チューブ
L インク収容容器
特開2006-274214号公報 特許第4902216号公報

Claims (8)

  1. 水及び中空粒子を含有し、
    前記中空粒子は、樹脂中空粒子の表面を無機層で被覆してなり、かつ前記中空粒子の体積平均粒径が300nm以上800nm以下であり、
    前記樹脂中空粒子における樹脂層の平均厚さが25nm以上100nm以下であり、
    前記無機層の平均厚さが5nm以上20nm以下であり、
    前記樹脂中空粒子がスチレンアクリル樹脂からなり、前記スチレンアクリル樹脂のアクリル比が5%以上30%以下であることを特徴とする白色インク。
  2. 前記樹脂中空粒子がスチレンアクリル樹脂からなり、前記スチレンアクリル樹脂のアクリル比が10%以上20%以下である請求項1に記載の白色インク。
  3. 前記無機層が、酸化チタン及びシリカの少なくともいずれかからなる請求項1及び2のいずれかに記載の白色インク。
  4. インクジェット印刷用である請求項1から3のいずれかに記載の白色インク。
  5. 請求項1から4のいずれかに記載の白色インクを容器内に収容したことを特徴とする収容容器。
  6. 請求項1から4のいずれかに記載の白色インクと、
    前記白色インクをエネルギーの作用により液滴化して吐出する吐出手段を有することを特徴とするインクジェット印刷装置。
  7. 被印刷物上に、請求項1から4のいずれかに記載の白色インクをエネルギーの作用により液滴化して吐出する吐出工程を含むことを特徴とするインクジェット印刷方法。
  8. 被印刷物と、前記被印刷物上に、請求項1から4のいずれかに記載の白色インクからなる印刷層とを有することを特徴とする印刷物。
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