JP7110211B2 - 水性インクジェットインク組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、インクジェット印刷に有用な水性インクジェットインク組成物、組成物を調製する方法、インクジェットインク組成物を含有するインクジェットカートリッジ、カートリッジに組成物を充填する方法、及びインクジェットインク組成物を使用して基材に画像を印刷する方法に関する。
インクジェットプリンターは、周知である。一般的なタイプのインクジェット印刷では、電子信号に応答して印刷基材の表面に対して移動するキャリッジ上に搭載された、インクを含有する1組のプリントカートリッジが使用される。印刷基材、例えば、紙、透明フィルムポリマーシート又は織物材料上への、カートリッジのプリントヘッドの小さなノズルを通したインク配合物の微細液滴の吐出によって、画像が作成される。水性インク配合物は、しばしばインクジェット印刷において使用される。水性インクジェットインク組成物は、典型的には、水、着色剤(例えば、染料、顔料)及びバインダー樹脂を含み、水混和性有機共溶媒(湿潤剤)、及び例えば、界面活性剤のような添加剤をさらに含み得る。一旦堆積すると、印刷された画像は、蒸発及び印刷基材への吸収によって乾燥する。
インクジェット配合物は、保存の間の組成物の不安定性につながる、バインダー樹脂の分散性の低さに起因する問題を呈する可能性がある。インクジェットインクの別の問題は、例えば、インク粘度の増加をもたらす溶媒蒸発のためのプリントノズルの詰まりである。インクの他の問題としては、印刷品質の低さ、例えば、インクの滲み、並びに長い乾燥時間によるフェザリング及び汚れが挙げられる。
インクジェット印刷は、より高速の印刷に向けて進み続けており、インクジェットインクは、高度の保存安定性で配合され、プリントノズルの詰まりのない、信頼性の高い射出性の課題を満たす必要がある。インクジェットインク配合物についての別の考慮事項は、例えば、縁の鮮明さ、高い画像濃度、色滲み制御、迅速な乾燥時間及び印刷基材への強い付着を有する、品質の良い印刷画像を吐出することである。
ある実施形態において、本発明は、
A.ペンダントヒドロキシル基及び任意選択でペンダント中和カルボキシル基を有する骨格を有する水分散性ポリウレタンポリマー、
B.着色剤、
C.流体担体、並びに
D.任意選択で架橋剤
を含む、水性インクジェットインク組成物を提供する。
ある実施形態において、流体担体は、
a)水、
b)1種以上の水溶性有機共溶媒、水混和性有機共溶媒又はそれらの組合せ
を含む。
ある実施形態において、水性インクジェットインク組成物は、1種以上の添加剤、例えば、これらに限定されないが、防腐剤、界面活性剤、pH調節剤、粘度調節剤、湿潤剤、浸透剤及びさらなるポリマーのうちの1種以上の添加剤、をさらに含む。
別の実施形態において、本発明は、水性インクジェットインク組成物を調製する方法であって、水分散性ポリウレタンポリマー、着色剤及び流体担体を一緒に、任意選択で架橋剤及び任意選択で1種以上の添加剤と混合して、インクジェットインク組成物を形成することを含む、方法を提供する。
別の実施形態において、本発明は、容器及び容器に含有された、本開示によるインクジェットインク組成物を含むインクジェットインクカートリッジを提供する。
別の実施形態において、本発明は、インクジェットインクカートリッジを充填する方法であって、
本開示によるインクジェットインク組成物を、カートリッジのハウジングの開口部を通してハウジング内の内部リザーバに導入すること、
内部リザーバに組成物を充填すること、及び
ハウジングの開口部を密封すること
を含む、方法を提供する。
別の実施形態において、本発明は、印刷基材に印刷する方法であって、インクジェットプリントヘッドを使用して、本明細書に開示されるインクジェットインク組成物を印刷基材に堆積させてその上に画像を形成することを含む、方法を提供する。実施形態において、印刷基材は、中でも、プラスチック、ガラス、金属、紙、織物であり得る。
本発明の実施形態は、一般に、水性インクジェットインク組成物、インクジェットインク組成物を調製する方法、水性インクジェットインク組成物を含有するインクジェットインクカートリッジ、プリントカートリッジに水性インクジェットインク組成物を充填する方法、及びインクジェットインク組成物を使用して基材に画像を印刷する方法を含む。
実施形態において、本発明は、ペンダントヒドロキシル基及び任意選択でペンダント中和カルボキシル基を有する骨格を有する水分散性ポリウレタンポリマー、着色剤、流体担体、任意選択の添加剤、並びに任意選択で架橋剤を含む水性インクジェットインク組成物を提供する。実施形態において、架橋剤は、ヒドロキシル基と架橋することが可能である。
実施形態において、水性インクジェットインク組成物は、ペンダント中和カルボキシル基及びペンダントヒドロキシル基を有する骨格を有する水分散性ポリウレタンポリマー、着色剤、流体担体、並びに任意選択の添加剤を含む。実施形態において、組成物は、架橋剤を含む。実施形態において、架橋剤は、カルボキシル基と架橋することが可能である。
実施形態において、流体担体は、水及び1種以上の有機共溶媒を含む。実施形態において、有機溶媒は、水溶性、水混和性又はその両方の混合物であり得る。
全てのパーセントは、他に示さない限り、インクジェットインク組成物の総重量に対する重量パーセントである。
他に示さない限り、本明細書及び特許請求の範囲において使用される場合、成分の量、例えば、反応条件のような特性などを表す全ての数は、全ての場合において「約」という用語で修飾されていると理解されるべきである。
水分散性ポリウレタンポリマー
実施形態において、水分散性ポリウレタンポリマーは、ポリマーの骨格に結合したペンダントヒドロキシル基及び任意選択でペンダント中和カルボキシル基を有するポリウレタンポリマーである。
実施形態において、水分散性ポリウレタンポリマーは、ポリマーの骨格に結合したペンダント中和カルボキシル基及びペンダントヒドロキシル基を有するポリウレタンポリマーである。
本明細書で使用される場合、「ペンダント基」という用語は、ポリマー主鎖(骨格)の側基を記載する。「末端基」という用語は、ポリマー主鎖の末端に結合した基を記載する。
実施形態において、ポリウレタンポリマーは、0のカルボキシル価（carboxyl number）を有する。他の実施形態において、ポリウレタンポリマーは、少なくとも1、例えば、少なくとも5及び少なくとも10のカルボキシル価を有する。実施形態において、ポリウレタンポリマーのカルボキシル価は、500以下、例えば、400以下、300以下、200以下及び100以下である。実施形態において、ポリウレタンポリマーのヒドロキシル価は、少なくとも51、例えば、少なくとも60、少なくとも70及び少なくとも80である。実施形態において、ポリウレタンポリマーのヒドロキシル価は、1000以下、例えば、750以下、500以下、250以下、200以下、150以下及び100以下である。これには、ポリウレタンポリマーが、0～500、例えば、1～500、5～200及び10～100のカルボキシル価、並びに51～1000、例えば、51～300、80～200及び80～100のヒドロキシル価を有する実施形態が含まれる。
ポリウレタンは、当技術分野において使用される公知の方法によって製造することができる。一般に、ポリウレタンポリマーは、触媒の存在下における、イソシアネート化合物とポリオール、イオン性ポリオール又はそれらの組合せとの反応によって製造することができる。
イソシアネート化合物の例は、当技術分野において周知であり、例えば中でも、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート、メチレンジフェニルジイソシアネート(MDI)及びトルエンジイソシアネート(TDI)が挙げられるが、これらに限定されない。
好適なポリオールの例としては、ジオール、トリオール、テトラオール、ペンタオール及びペンダント又は末端ヒドロキシル基を有するオリゴマーが挙げられる。ジオールの例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブチレングリコール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール及びジプロピレングリコールが挙げられるが、これらに限定されない。トリオールの例としては、グリセロール及びトリメチロールプロパンが挙げられるが、これらに限定されない。テトラオールの例としては、テトラメチロールメタン(ペンタエリスリトール)及びジグリセロールが挙げられるが、これらに限定されない。ペンタオールの例としては、キシリトールが挙げられるが、これに限定されない。ペンダント又は末端ヒドロキシル基を有するオリゴマーの例としては、ポリエーテルポリオール、例えば、ポリプロピレングリコール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、及びポリオレフィンポリオール、例えば、ポリブタジエンポリオールが挙げられるが、これらに限定されない。
実施形態において、イオン性ポリオールは、1つ以上のカルボキシル基を有するジオール、トリオール、テトラオール若しくはペンタオール、又はヒドロキシル及びカルボキシル基を有するオリゴマーである。実施形態において、イオン性ポリオールは、ジヒドロキシルカルボン酸、例えば、2,2-ジ(ヒドロキシメチル)酢酸、ジメチロールプロピオン酸(DMPA)、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)酪酸又は2,2-ジ(ヒドロキシメチル)ペンタン酸である。「イオン性ポリマー」とは、ポリマーがイオン性官能基を含有することを意味する。
実施形態において、ペンダント基は、主鎖から伸び、主鎖に結合した、直鎖構造を有さないポリマーの側基、例えば、分枝状、超分岐状、星形及び樹枝状ポリマー基である。「分枝状ポリマー」とは、ポリマーが、主鎖から分岐した二次ポリマー鎖を有することを意味する。「超分岐状」ポリマーとは、ポリマーが、不規則な分枝状構造を有する、高度且つ密集した分枝状ポリマーであることを意味し、「デンドリマー」と称される規則的な分枝状構造を有するポリマーを含む。デンドリマー又は「樹枝状」ポリマーとは、ポリマーが、典型的には枝の伸びるコア及び多数の末端基からなる密集した分枝状構造を有する樹枝様構造に似ていることを意味する。「星形」ポリマーとは、単一の枝が外向きに放射状に広がる複数の直鎖又はアームを有する分枝状ポリマーを指す。
分枝状ポリウレタンは、例えば、ジイソシアネートを過剰量のトリオール、ペンタオール及び他の多官能性ポリオール(例えば、2よりも大きいヒドロキシル官能性を有する)、並びにジオール及び/又はイオン性ポリオールとのそれらの混合物と反応させることによって製造することができる。分枝状ポリウレタンを製造する方法は、例えば、USP4,801,553、USP4,895,894、USP5,863,980、US2010/0222448、USP4,861,826、USP5,334,690、USP6,583,215、USP6,642,303、USP6,784,243及びUS2011/0306724に記載されているように、当技術分野において公知である。
ペンダントカルボキシル及びヒドロキシル基を有する超分岐状、星形及び樹枝状ポリウレタンは、例えば、トリイソシアネートと多官能性ポリオール及びイオン性ポリオールとの段階成長重合によって製造することができる。超分岐状ポリウレタンを製造する方法は、例えば、USP6,927,271、USP7,863,375、USP8,044,140及びUS2012/0183692に記載されているように、当技術分野において公知である。
市販のポリウレタンポリマーの例としては、Hauthane(登録商標)(Hauthaway Corporationから入手可能)、Aquence(登録商標)(Henkel Corporationから入手可能)、及びAlberdingk(登録商標)(Alberdingk Boley Inc.から入手可能)が挙げられるが、これらに限定されない。
一実施形態において、水分散性ポリウレタンポリマーは、1つ以上のペンダントカルボキシル基を含み、ペンダントカルボキシル基と架橋剤との反応を通した任意選択の架橋反応を受ける。ペンダントカルボキシル基を有するポリウレタンポリマー及び架橋剤を含むインクジェットインク組成物の構成成分の混合の際の早期架橋反応の発生を防ぐ(したがって、保存期間の間及び使用前にインク組成物を安定化させる)ために、ポリウレタンポリマーのカルボキシル基を中和することができる。
カルボキシル基を中和するために、ポリウレタンポリマーを、中和剤(例えば、塩基)と反応させて、カルボン酸塩を形成することができる。中和剤は、単独で又は2種以上の組合せで使用することができる。本明細書で使用される場合、中和剤は、カルボキシル基から遊離していることが可能であり、実施形態において、所望の時点でインク組成物から除去されて、架橋反応の進行が可能になる。好適な中和剤の例としては、アンモニア及び第三級アミンが挙げられるが、これらに限定されない。
実施形態において、中和剤はアンモニアであり、中和カルボキシル基はカルボン酸アンモニウム塩の形態である。アンモニア中和剤は、カルボキシル基から遊離し、例えば、加熱あり又はなしでの組成物の大気条件への曝露時の蒸発によってインク組成物から除去されて、架橋反応を進行させることができる。
実施形態において、中和剤は第三級アミンであり、中和カルボキシル基は、第三級アミンカルボン酸塩の形態である。第三級アミンがカルボキシル基から遊離し、例えば、加熱あり又はなしでの大気条件への曝露時の組成物からの蒸発によってインク組成物から除去されて、架橋反応を進行させることができる限り、任意の第三級アミンを中和剤として使用することができる。第三級アミンの非限定例としては、中でも、トリエチルアミン(TEA)、2-ジメチルアミノエタノール(DMEA)、トリエタノールアミン(TEA-OH)、トリメチルアミン、ジメチルエチルアミン(DMEA)、ジエチルメチルアミン(DEMA)、ジメチル-イソプロピルアミン(DMIPA)、ジメチル-n-プロピルアミン(DMPA)、N-メチルピロリドン、N,N-ジイソプロピルエタノールアミン、N,N-ジイソプロピルエチルアミン、N,N-ジエチルエタノールアミン、N-トリブチルアミン、N-ブチル-N-エチル-N-メチルアミン、N-イソペンチルジメチルアミン、N,N-ジエチルメチルアミン、N-アミルジメチルアミン、N-メチルモルホリン、N,N-ジメチルシクロヘキシルアミン、N,N-ジメチルイソブチルアミン、N,N-ジメチル-2-(2-アミノエトキシエタノール)、N-メチルジエタノールアミン、N,N-ジメチルベンジルアミン、トリ-n-ブチルアミンが挙げられる。
別の実施形態において、水分散性ポリウレタンポリマーは、アルカリ金属水酸化物との反応によって中和することができ、中和カルボキシル基がアルカリ金属(例えば、ナトリウム、リチウム、カリウム)カルボン酸塩の形態である、1つ以上のペンダントカルボキシル基を含む。アルカリ金属水酸化物の例としては、水酸化リチウム、水酸化カリウム及び水酸化ナトリウムが挙げられるが、これらに限定されない。実施形態において、ポリウレタンポリマーは、ペンダントヒドロキシル基と架橋剤、例えば、イソシアネートとの反応を通した任意選択の架橋反応を受け得る。ペンダントヒドロキシル基を有するポリウレタンポリマー及びヒドロキシル基と架橋することが可能な架橋剤(例えば、イソシアネート)を含むインクジェットインク組成物の構成成分の混合の際の早期架橋反応の発生を防ぐ(したがって、保存期間の間及び使用前にインク組成物を安定化させる)ために、ブロックトイソシアネートを使用することができる。ブロックトイソシアネートの例は、当技術分野において公知であり、ε-カプロラクタムブロックトイソシアネート、メチルエチルケトキシムブロックトイソシアネート、3,5-ジメチルピラゾールブロックトイソシアネート、ジエチルマロネートブロックトイソシアネート、フェノールブロックトイソシアネート、アルコールブロックトイソシアネート、ウレトジオンブロックトイソシアネート、アセトアニリドブロックトイソシアネート及びポリマーブロックトイソシアネートが挙げられるが、これらに限定されない。架橋反応は、イソシアネート化合物(架橋剤)のブロッキング剤が、例えば、高温で除去された場合に進行することができる。
実施形態において、ポリウレタンポリマーは、少なくとも-50℃、好ましくは少なくとも0℃のガラス転移温度(Tg)を有する。実施形態において、ポリウレタンポリマーのTgは、最大120℃、好ましくは最大50℃である。実施形態において、ポリウレタンポリマーのTgは、-50℃～120℃、好ましくは0℃～50℃である。
実施形態において、ポリウレタンポリマーは、少なくとも1,000、好ましくは少なくとも2,000の数平均分子量(Mn)を有する。実施形態において、ポリウレタンポリマーのMnは、最大1,000,000、好ましくは最大50,000である。実施形態において、ポリウレタンポリマーのMnは、1,000～1,000,000、好ましくは2,000～50,000である。
実施形態において、インクジェットインク組成物中の、ペンダントヒドロキシル基及び任意選択のペンダント中和カルボキシル基を有する水分散性ポリウレタンポリマーの量(重量による)は、少なくとも0.1重量%、例えば、少なくとも0.5重量%、少なくとも1重量%、少なくとも1.5重量%、少なくとも2重量%、少なくとも2.5重量%及び少なくとも3重量%である。実施形態において、ポリウレタンポリマーの量は、最大20重量%、例えば、最大18重量%、最大16重量%、最大14重量%、最大12重量%及び最大10重量%である。これには、インクジェットインク組成物中のポリウレタンポリマーの量が、0.1～20重量%、例えば、3～10重量%である実施形態が含まれる。
本発明のインクジェットインク組成物において使用されるポリウレタンポリマーは、本明細書に記載される1つ以上の実施形態を含むことができる。
着色剤
本発明の水性インクジェットインク組成物において使用され得る好適な着色剤としては、染料及び顔料分散体が挙げられる。
インクジェットインク組成物における使用に好適な染料としては、インクジェット印刷の分野において一般に使用されるものが挙げられるが、これらに限定されない。そのような染料としては、水溶性反応性染料、直接染料、アニオン性染料、カチオン性染料、酸性染料、食用色素、金属錯体染料、フタロシアニン染料、アントラキノン染料、アントラピリドン染料、アゾ染料、ローダミン染料、溶媒染料などが挙げられるが、これらに限定されない。好適な染料の例としては、中でも、アシッドイエロー、リアクティブイエロー、フードイエロー、アシッドレッド、ダイレクトレッド、リアクティブレッド、フードレッド、アシッドブルー、ダイレクトブルー、リアクティブブルー、フードブルー、アシッドブラック、ダイレクトブラック、リアクティブブラック及びフードブラックが挙げられるが、これらに限定されない。
本発明において有用な染料の特定の例は、以下の通りである: C.I.アシッドイエロー1、3、11、17、19、23、25、29、36、38、40、42、44、49、59、61、70、72、75、76、78、79、98、99、110、111、127、131、135、142、162、164及び165、C.I.ダイレクトイエロー1、8、11、12、24、26、27、33、39、44、50、58、85、86、87、88、89、98、110、132、142及び144、C.I.リアクティブイエロー1、2、3、4、6、7、11、12、13、14、15、16、17、18、22、23、24、25、26、27、37及び42、並びにC.I.フードイエロー3及び4を含む黄色染料;C.I.アシッドレッド1、6、8、9、13、14、18、26、27、32、35、37、42、51、52、57、75、77、80、82、85、87、88、89、92、94、97、106、111、114、115、117、118、119、129、130、131、133、134、138、143、145、154、155、158、168、180、183、184、186、194、198、209、211、215、219、249、252、254、262、265、274、282、289、303、317、320、321、及び322;C.I.ダイレクトレッド1、2、4、9、11、13、17、20、23、24、28、31、33、37、39、44、46、62、63、75、79、80、81、83、84、89、95、99、113、197、201、218、220、224、225、226、227、228、229、230、及び231;C.I.リアクティブレッド1、2、3、4、5、6、7、8、11、12、13、15、16、17、19、20、21、22、23、24、28、29、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、45、46、49、50、58、59、63、及び64;C.I.フードレッド7、9及び14を含むマゼンタ染料;C.I.アシッドブルー1、7、9、15、22、23、25、27、29、40、41、43、45、54、59、60、62、72、74、78、80、82、83、90、92、93、100、102、103、104、112、113、117、120、126、127、129、130、131、138、140、142、143、151、154、158、161、166、167、168、170、171、182、183、184、187、192、199、203、204、205、229、234、236、及び249;C.I.ダイレクトブルー1、2、6、15、22、25、41、71、76、77、78、80、86、87、90、98、106、108、120、123、158、160、163、165、168、192、193、194、195、196、199、200、201、202、203、207、225、226、236、237、246、248、及び249;C.I.リアクティブブルー1、2、3、4、5、7、8、9、13、14、15、17、18、19、20、21、25、26、27、28、29、31、32、33、34、37、38、39、40、41、43、44及び46、並びにC.I.フードブルー1及び2を含むシアン染料;C.I.アシッドブラック1、2、7、24、26、29、31、48、50、51、52、58、60、62、63、64、67、72、76、77、94、107、108、109、110、112、115、118、119、121、122、131、132、139、140、155、156、157、158、159及び191、C.I.ダイレクトブラック17、19、22、32、39、51、56、62、71、74、75、77、94、105、106、107、108、112、113、117、118、132、133、146、154及び168、C.I.リアクティブブラック1、3、4、5、6、8、9、10、12、13、14、31及び18、並びにC.I.フードブラック2を含む黒色染料、JPD Magenta EK-1 Liquidとして日本化薬株式会社から販売されているCAS番号224628-70-0;Intrajet.RTM. Magenta KRPとしてCrompton and Knowles Colorsから販売されているCAS番号153204-88-7;米国特許第5,997,622号及び同第6,001,161号に開示されている金属アゾ染料。インクジェットインクにおいて使用する染料は、当技術分野において周知であり、BASF、CIBA及びSensientなどの供給元から市販されている。
顔料とは、典型的には水不溶性である着色剤粒子を指す。本明細書に開示されるインクジェットインク組成物を形成するために使用され得る好適な顔料としては、黒色、黄色、橙色、褐色、赤色、紫色、青色、緑色、蛍光、金属粉末及びポリマー結合顔料を含むがこれらに限定されない、当技術分野において公知の任意の有機又は無機顔料が挙げられ得る。顔料としてはまた、中でも、カーボンブラック、アゾ顔料、フタロシアニン顔料、アントラキノン顔料、ペリレン及びペリノン顔料、多環式顔料、ナフトール顔料、アントラピリミドン顔料、キナクリドン顔料、アンタントロン顔料、フラバントロン顔料、チオインディゴ顔料、ジオキサジン顔料、イソインドリン及びイソインドリノン顔料、キノフタロン顔料、アジン顔料、ニトロソ顔料、ニトロ顔料、トリフェニルメタンレーキ顔料、オキサジンレーキ顔料、金属錯体顔料、天然顔料、並びに無機顔料が挙げられ得るが、これらに限定されない。顔料粒子は、インクジェット印刷デバイスの吐出ノズルを通したインクの自由流動が可能であるのに十分小さくなくてはならない。
好適な有色顔料としては、例えば、黄色顔料、例えば中でも、C.I.ピグメントイエロー1、2、3、4、5、6、10、12、13、14、16、17、24、55、61、65、73、74、81、83、93、94、95、97、99、100、108、109、110、117、120、123、124、128、129、133、138、139、147、150、151、153、154、155、156、167、168、172、173、174、175、176、177、179、180、181、182、183、184、185、187、188、190、191、192、193、及び194;赤色顔料、例えば中でも、C.I.ピグメントレッド1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、21、22、23、30、31、32、37、38、39、40、48、49、50、51、52、53、55、60、64、68、81、83、87、88、89、90、95、112、114、119、122、123、136、144、146、147、148、149、150、151、163、164、166、168、169、170、161、172、175、176、202、204、206、207、210、211、212、213、214、216、220、222、237、238、239、240、242、243、245、247、248、251、252、253、254、255、256、258、261、及び264;紫色顔料、例えば中でも、C.I.ピグメントバイオレット1、2、3、5、13、19、23、25、27、29、31、32、37、39、42、44及び50;青色顔料、例えば中でも、C.I.ピグメントブルー1、2、3、9、10、14、15、16、18、19、21、22、24、25、56、60、61、62、63、64、65及び66;橙色顔料、例えば中でも、C.I.ピグメントオレンジ1、2、5、6、7、13、14、15、16、17、19、22、24、31、34、36、38、40、42、43、44、46、48、49、51、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68及び69;緑色顔料、例えば中でも、C.I.ピグメントグリーン1、2、4、7、8、10、34、36、45及び47;褐色顔料、例えば中でも、C.I.ピグメントブラウン1、2、3、5、22、23、25、26、32、38、41及び42;黒色顔料、例えば中でも、C.I.ピグメントブラック1、7、20、31及び32、並びに白色顔料、例えば、二酸化チタンを挙げることができる。市販の有色顔料としては、例えば中でも、ピグメントレッド122及びピグメントバイオレット19(Lansco Colors、Montvale、NJ又はBASF Color、Charlotte、NC又はClariant Colors、Charlotte、NC又はSun Chemical、Cincinnati、OHから入手可能)、ピグメントブルー15:1(Fanwood Chemical、Fanwood、NJから入手可能)、ピグメントブルー15:3、ピグメント15:4、ピグメントイエロー74及びピグメントイエロー97(BASF Color、Charlotte、NC又はClariant Colors、Charlotte、NC又はSun Chemical、Cincinnati、OHから入手可能)が挙げられ得る。他の好適な顔料としては、中でも、ジスパースブルー14、ジスパースブルー19、ジスパースブルー72、ジスパースブルー334、ジスパースブルー359、ジスパースブルー360、ジスパースオレンジ25、ジスパースイエロー54、ジスパースイエロー64、ジスパースレッド55、ジスパースレッド60、Macrolex Red H、ジスパースブラウン27、ソルベントブルー67、ソルベントブルー70、ソルベントレッド49、ソルベントレッド146、ソルベントレッド160、ソルベントイエロー162、ソルベントバイオレット10及びソルベントブラック29が挙げられ得るが、これらに限定されない。
好適な顔料としてはまた、天然ガス及び炭化水素、例えば、コールタールベースの芳香油、鉱油、コールタール蒸留物及びアセチレンの熱分解又は不完全燃焼に由来する炭素粒子の一般名称である、カーボンブラックを挙げることができる。現在、100種を超える個別のグレードのカーボンブラックが市場に流通しており、各々、それ自体の特有の特徴及び特性の組を有する。任意の酸性カーボンブラック、中性カーボンブラック及びアルカリ性カーボンブラックを使用することができる。これには、チャネルブラック、ガスブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック及びファーネスブラックが含まれる。より詳細には、好適なカーボンブラックとしては、チャネルブラックが挙げられる。市販のカーボンブラックの例としては、Cabot(Elftex 8、Black Pearls(登録商標)490、Black Pearls(登録商標)120、Monarch(登録商標)120、Monarch(登録商標)700、Monarch(登録商標)880、Monarch(登録商標)1000、Monarch(登録商標)1100、Monarch(登録商標)1300、Monarch(登録商標)1400、Mogul(登録商標)L、Regal(登録商標)99R、Regal(登録商標)250R、Regal(登録商標)300R、Regal(登録商標)330R、Regal(登録商標)400R、Regal(登録商標)500R、Regal(登録商標)660R、Cab-O-Jet(登録商標)200、Cab-O-Jet(登録商標)300及びCab-O-Jet(登録商標)400)、Degussa/Orion Carbon(NIPex(登録商標)150 IQ、NIPex(登録商標)150、Printex(登録商標)55、Printex(登録商標)80、Printex(登録商標)90、Printex(登録商標)A、Printex(登録商標)G、Printex(登録商標)U、Printex(登録商標)V、Printex(登録商標)140U、Printex(登録商標)140V、Purex(登録商標)LS 35、Corax(登録商標)HP 160、Thermal Black N 990、NIPex(登録商標)160 IQ、Nipex(登録商標)170 IQ、Nipex(登録商標)180 IQ、NIPex(登録商標)90、Special black 4、Special black 4A、Special black 5、Special black 6、Special black 100、Special black 250、Color black FW1、Color black FW2、Color black FW2V、Color black FW18、Color black FW200、Color black S150、Color black S160及びColor black S170)、Columbian/Birla Carbon(Raven(登録商標)780、Raven(登録商標)5000 UII、Raven(登録商標)1255、Raven(登録商標)2500 U、Raven(登録商標)3600 U、Raven(登録商標)3500、Raven(登録商標)5000、Raven(登録商標)7000、Raven(登録商標)1220及びRaven(登録商標)1225)、三菱化学株式会社(MA8、MA11、MA77、MA100、MA220、MA230、MA600、MCF88、#10B、#20B、#30、#33、#40、#44、#45、#45L、#50、#55、#95、#260、#900、#970、#1000、#2200B、#2300、#2350、#2400B、#2650、#2700、#4000B及びCF9)、オリエント化学工業株式会社(Bonjet Black CW-1、Bonjet Black CW-2及びBonjet Black CW-3)、及びSensient Technologies(Sensijet(登録商標)Black SDP100、Sensijet(登録商標)Black SDP1000及びSensijet(登録商標)Black SDP2000)から入手可能なものが挙げられるが、これらに限定されない。
一部の実施形態において、顔料は、選択された連続相において自己分散することができる。自己分散性顔料は、ポリマー組成物中で安定であるためにさらなる分散剤を必要としない顔料である。実施形態において、自己分散性顔料は、分散剤、例えば、親水性官能基を含有する分子を用いて、例えば、顔料の表面への分子の共有結合によって、官能化された顔料である。
他の実施形態において、顔料は、分散剤、例えば、水溶性ポリマー(例えば、ビニルポリマー、ウレタンポリマー)と合わせられる。実施形態において、顔料は、それに吸収されたポリマーを含む、ポリマー分散顔料である。
実施形態において、インクジェットインク組成物中の着色剤の量(重量による)は、少なくとも0.1重量%、例えば、少なくとも0.5重量%、少なくとも1重量%、少なくとも1.5重量%及び少なくとも2重量%である。実施形態において、着色剤の量は、最大10重量%、例えば、最大9重量%、最大8重量%、最大7重量%、最大6重量%及び最大5重量%である。これには、組成物中の着色剤の量が、0.1～10重量%、例えば、2～5重量%である実施形態が含まれる。
本発明のインクジェットインク組成物において使用される着色剤は、本明細書に記載される1つ以上の実施形態を含むことができる。
流体担体
インクジェットインク組成物は、実施形態において、水及び水溶性有機共溶媒、水混和性有機共溶媒又はそれらの組合せであってもよい1種以上の有機共溶媒を含む、流体担体を含む。有機共溶媒は、単独又は組合せのいずれかで添加することができる。
実施形態において、有機共溶媒は、水分の蒸発速度を低減し、インク組成物がプリントヘッドのノズル中で乾ききるか又はクラスト形成するのを防いで、ノズルの詰まりを最小にすることができる、湿潤剤である。実施形態において、有機共溶媒は、インクジェットインク組成物中の構成成分の溶解性を高め、印刷されたインク組成物の基材への浸透を促進することができる。
好適な水溶性及び水混和性有機溶媒としては、アルコール(例えば中でも、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、ポリオール、エチレングリコール、グリセリン及びPEG)、ケトン及びケトンアルコール(例えば中でも、アセトン及びジアセトンアルコール)、エーテル(例えば中でも、テトラヒドロフラン、ジオキサン及びアルキルエーテル)、多価アルコールのエーテル(例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、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エチルエーテルアセテート、ジ(エチレングリコール)モノメチルエーテル)、窒素含有溶媒(例えば中でも、2-ピロリドン及びN-メチル-2-ピロリドン)、硫黄含有溶媒(例えば中でも、2,2'-チオジエタノール、ジメチルスルホキシド、テトラメチレンスルホン及びスルホラン)、並びに糖及びその誘導体(例えば中でも、グルコース、グリセリンのオキシエチレン付加物及びジグリセリンのオキシエチレン付加物)が挙げられるが、これらに限定されない。
実施形態において、インクジェットインク組成物中の有機共溶媒の量(重量による)は、少なくとも1重量%、例えば、少なくとも5重量%及び少なくとも10重量%である。実施形態において、有機共溶媒の量(重量による)は、最大80重量%、例えば、最大70重量%、最大60重量%及び最大50重量%である。これには、組成物中の有機共溶媒の量が、1～80重量%、例えば、10～50重量%である実施形態が含まれる。
本発明のインクジェットインク組成物において使用される有機共溶媒は、本明細書に記載される1つ以上の実施形態を含むことができる。
実施形態において、インクジェットインク組成物中の水の量(重量による)は、少なくとも5重量%、少なくとも8重量%、少なくとも10重量%、少なくとも15重量%、少なくとも20重量%、少なくとも25重量%及び少なくとも30重量%である。実施形態において、水の量(重量による)は、最大95重量%、最大85重量%、最大80重量%、最大75重量%、最大70重量%、最大65重量%及び最大60重量%である。これには、組成物中の水の量が、5～95重量%、例えば、10～80重量%及び20～70重量%である実施形態が含まれる。組成物中の水の範囲は、典型的には、15～75重量%、より典型的には30～60重量%である。
架橋剤
本明細書で使用される場合、「架橋剤(crosslinking agent)」及び「クロスリンカー(crosslinker)」という用語は、互換的に使用される。
実施形態において、インクジェットインク組成物は、塩基(例えば、アンモニア、第三級アミン、金属水酸化物)の非存在下で水分散性ポリウレタンポリマーのカルボキシル基との又はヒドロキシル基との反応が可能な架橋剤を含む。
ポリウレタンポリマーのカルボキシル基との反応を受けることが可能な、好適な架橋剤としては、カルボジイミド試薬、カルボジイミド基を含有する水分散性ポリマー、オキサゾリン試薬、オキサゾリン基を含有する水分散性ポリマー、メチル化メラミン-ホルムアルデヒド樹脂、並びに炭酸ジルコニウム塩、例えば、炭酸ジルコニウムアンモニウム及び炭酸ジルコニウムカリウムが挙げられるが、これらに限定されない。市販の架橋剤の例としては、Zirmel(登録商標)(MEL Chemicalsから入手可能)、Berset(登録商標)(Bercenから入手可能)、Cymel(登録商標)(Cytecから入手可能)、WorleeMin(登録商標)(Worleeから入手可能)、Luwipal(登録商標)(BASFから入手可能)、Zoldine(登録商標)(Dow Chemicalから入手可能)、Solucote(登録商標)(DSM NeoResins製)、Carbodilite(商標)(日清紡ケミカル株式会社から入手可能)、Resimene(登録商標)及びMaprenal(登録商標)(INEOSから入手可能)、RODA Link(登録商標)(TFLUSA製)、Aerotex(登録商標)(Union Inkから入手可能)、Epocros(登録商標)(株式会社日本触媒から入手可能)、並びにPermutex(登録商標)(Stahl USA Inc.から入手可能)が挙げられるが、これらに限定されない。
ポリウレタンポリマーのヒドロキシル基との反応を受けることが可能な、好適な架橋剤としては、水分散性ブロックトイソシアネート化合物が挙げられるが、これらに限定されない。市販のブロックトイソシアネート化合物の例としては、Trixene(登録商標)(Baxenden Chemicals Ltdから入手可能)、Vestanat(登録商標)(Evonik Industries AGから入手可能)、Easaqua(登録商標)(Perstorp Holding ABから入手可能)、及びRuco(登録商標)-コート(Rudolf GmbHから入手可能)が挙げられるが、これらに限定されない。
本発明のインクジェットインク組成物は、任意選択で架橋剤を含む。実施形態において、インクジェットインク組成物中の架橋剤の量(重量による)は、0である。他の実施形態において、組成物中の架橋剤の量(重量による)は、0重量%よりも多く、例えば、少なくとも0.05重量%、少なくとも0.1重量%及び少なくとも1.0重量%である。実施形態において、架橋剤の量(重量による)は、最大8重量%、例えば、最大7重量%、最大6重量%及び最大5重量%である。これには、インクジェットインク組成物中の有機共溶媒の量が、0～8重量%、例えば、0超～8重量%、0.05～8重量%、1～7重量%、1.5～6重量%及び2～5重量%である実施形態が含まれる。
一部の実施形態において、架橋剤と水分散性ポリウレタンポリマーのカルボキシル基との間の架橋反応は、熱によって促進することができる。例えば、一部の実施形態において、インクジェットインク組成物が表面に塗布され、次いで乾燥されると、架橋剤及びカルボキシル基は架橋反応を受け得る。実施形態において、架橋反応は、塗布又は乾燥工程の後に、インクに熱を加えることによって促進され得る。
添加剤
実施形態において、インクジェットインク組成物は、任意選択で、組成物の他の構成成分と適合する1種以上の添加剤を含み得る。添加剤は、組成物中に含まれ得、中でも、安定性、耐スミア性、粘度、表面張力、コーティング浸透(coating penetration)、光学濃度、色深度、付着力、耐マーカー性及び耐クラスト性を含むがこれらに限定されない、任意の数の所望の特性を付与する。そのような使用に好適な添加剤及びそのような添加剤の使用量は、当技術分野において公知であり、従来から使用されている。
添加剤の例としては、中でも、消泡剤、防腐剤、界面活性剤、pH調節剤、粘度調節剤、湿潤剤、浸透剤及びさらなるポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。
実施形態において、消泡剤は、泡の形成を阻止するためにインクジェットインク組成物中に含まれ得る。好適な消泡剤の例としては、シリコーン系又は非シリコーン消泡剤が挙げられるが、これらに限定されない。市販の消泡剤としては、Dow Corning(登録商標)71及びDow Corning(登録商標)74(Dow Corning製)、Evonik Industries/Tega製TegoAirex(登録商標)901W、902W、904W、Tergitol(登録商標)L-61、L-62、L-64及びL-101(Dow Chemical製)が挙げられるが、これらに限定されない。組成物中に含まれる消泡剤の典型的な量(重量による)は、0.1～3重量%である。
実施形態において、防腐剤、例えば、殺生物剤及び殺菌剤は、微生物の増殖を阻害するために、インクジェットインク組成物中に含まれ得る。好適な防腐剤の例としては、中でも、安息香酸ナトリウム、ペンタクロロフェノールナトリウム、2-ピリジンチオール-1-オキシドナトリウム、ソルビン酸ナトリウム、デヒドロ酢酸ナトリウム、ベンゾイソチアゾリノン、1,2-ジベンゾチアゾリン-3-オン、1-(3-クロロアリル)-3,5,7-トリアザ-1-アゾニアアダマンタンクロリド(CTAC)、メチルイソチアゾリノン及びクロロメチルイソチアゾリノンが挙げられるが、これらに限定されない。市販の殺生物剤としては、UCARCIDE(登録商標)250(Union Carbide Companyから入手可能)、Proxel(登録商標)CRL、Proxel(登録商標)BDN、Proxel(登録商標)GXL、Proxel(登録商標)XL-2、Proxel(登録商標)TN(Arch Chemicals、Smyrna、GAから入手可能)、Dowicil(登録商標)(Dow Chemical、Midland、Mich.)、Nuosept(登録商標)(Huls America, Inc.、Piscataway、N.J.)、Omidines(登録商標)(Olin Corp.、Cheshire、Conn.)、Nopcocides(登録商標)(Henkel Corp.、Ambler、Pa.)、Troysans(登録商標)(Troy Chemical Corp.、Newark、N.J.)、及びXBINX(登録商標)(PMC Specialties Group, Inc.、Cincinnati、Ohio)が挙げられる。防腐剤は、単独で又は組合せで使用され得る。組成物中に含まれる防腐剤の典型的な量(重量による)は、0.1～1.5重量%である。
実施形態において、界面活性剤は、インクジェットインク組成物の表面張力を低減するために含まれ得る。界面活性剤は、アニオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤又はカチオン性界面活性剤であり得る。好適な界面活性剤としては、以下、並びにUSP5,116,409、USP5,861,447及びUSP6,849,111に列挙されるものを挙げることができるが、これらに限定されない。例示的な界面活性剤は、様々な商品名、例えば中でも、PLURONIC(登録商標)シリーズ(BASF Corporation、Parsippany、N.J.)、TETRONIC(登録商標)シリーズ(BASF Corporation、Parsippany、N.J.)、ARQUAD(登録商標)シリーズ(Akzo Chemical Inc.、Chicago、Ill.)、TRITON(登録商標)シリーズ(Union Carbide Corp.、Danbury、Conn.)、SURFONIC(登録商標)シリーズ(Texaco Chemical Company、Houston、Tex.)、ETHOQUAD(登録商標)シリーズ(Akzo Chemical Inc.、Chicago、Ill.)、ARMEEN(登録商標)シリーズ(Akzo Chemical Inc.、Chicago、Ill.)、ICONOL(登録商標)シリーズ(BASF Corporation、Parsippany、N.J.)、SURFYNOL(登録商標)シリーズ(Air Products and Chemicals, Inc.、Allentown、Pa.)、及びETHOMEEN(登録商標)シリーズ(Akzo Chemical Inc.、Chicago、Ill.)で市販されている。界面活性剤は、単独で又は組合せで使用することができる。組成物中に含まれる界面活性剤の典型的な量(重量による)は、0.1～10重量%である。
実施形態において、pH調節剤は、インクジェットインク組成物を所望のpHに調整又は緩衝化するために含まれ得る。好適なpH調節剤としては、中でも、水酸化アルカリ、アルカリ炭酸塩及び重炭酸塩、トリエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、鉱酸、塩酸、並びに硫酸が挙げられるが、これらに限定されない。pH調節剤は、単独で又は組合せで使用することができる。組成物中のpH調節剤の典型的な量(重量による)は、0.1～2重量%である。
実施形態において、インクジェットインク組成物は、1種以上の粘度調節剤を含み得る。好適な粘度調節剤の例としては、中でも、樹脂組成物、アルギン酸化合物、ポリビニルアルコール、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、ポリアクリル酸の塩、ポリビニルピロリドン、アラビアガム及びデンプン、疎水性エトキシル化ウレタン(HEUR)、疎水性改質アルカリ膨潤性エマルジョン(HASE)、アルカリ膨潤性エマルジョン(ASE)が挙げられるが、これらに限定されない。粘度調節剤は、単独で又は組合せで使用することができる。組成物中の粘度調節剤の典型的な量(重量による)は、0.5～10重量%である。
実施形態において、湿潤剤として機能し得る、流体担体構成成分の有機共溶媒に加えて、1種以上の湿潤剤が、水分の蒸発の速度を低減し、待機時間の間に起こり得る、インク組成物がプリントヘッドのノズル中で乾ききることを防いで、ノズルの詰まりを最小にするために、インクジェットインク組成物中に含まれ得る。湿潤剤は、高い吸湿性及び水溶性を有する物質から選択することができる。好適な湿潤剤の例としては、中でも、ポリオール(例えば、グリセロール、エチレングリコール)、アルコールエーテル(例えば、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール)、ラクタム(例えば、2-ピロリドン、尿素化合物、例えば、尿素、1,3-ジメチルイミダゾリジノン)、糖類(例えば、ソルビトール)、1,4-シクロヘキサンジメタノール、1-メチル-2-ピペリドン、N-エチルアセトアミド、3-アミノ-1,2-プロパンジオール、炭酸エチレン、ブチロラクトン及びLiponic EG-1が挙げられるが、これらに限定されない。湿潤剤の使用量に対して特に制限はない。組成物中の湿潤剤の典型的な量(重量による)は、0.5～30重量%である。
実施形態において、浸透剤は、印刷基材、例えば中でも、紙に塗布された場合に、インクジェットインク組成物の滲みを低減するために含まれ得る。好適な浸透剤の例としては、中でも、1～4個の炭素原子を有するアルキルアルコール(例えば、エタノール)、グリコールエーテル(例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル)、ジオール(例えば、1,2-アルキルジオール)、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルスルホキシド、ソルビトール及びスルホランが挙げられるが、これらに限定されない。浸透剤は、単独で又は組合せで使用され得る。組成物中の浸透剤の典型的な量(重量による)は、1～20重量%である。
実施形態において、インクジェットインク組成物は、印刷基材に塗布され、乾燥されるインク画像の耐水性、耐擦過性及び耐光性を高めるために、さらなるポリマー(水分散性ポリウレタンポリマー以外の)を含み得る。そのようなポリマーの例としては、中でも、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリエステルメラミン、スチレン/アクリル酸コポリマー、スチレン/マレイン酸コポリマー、スチレン/マレイン酸/アルキルアクリレートコポリマー、スチレン/メタクリル酸コポリマー、スチレン/メタクリル酸/アルキルアクリレートコポリマー、スチレン/マレイン酸半エステルコポリマー、ビニルナフタレン/アクリル酸コポリマー、ビニルナフタレン/マレイン酸コポリマー、及びこれらの塩が挙げられるが、これらに限定されない。そのようなさらなるポリマーは、単独で又は組合せで使用することができる。組成物中に含まれ得るそのようなさらなるポリマーの典型的な量(重量による)は、0.1～20重量%である。
実施形態において、インクジェットインク組成物は、印刷基材に塗布され、乾燥されるインク画像の耐久性を改善するために、自己架橋性ポリマーを含み得る。インク組成物において使用するためのそのような自己架橋性ポリマーの例としては、他の自己架橋性ポリマーの中でも、自己架橋性ポリウレタン分散液、アクリルポリマー、スチレン-アクリルコポリマー、スチレン-ブタジエンラテックス、スチレン-イソプレンラテックス、アクリロニトリル-ブタジエンラテックス、アルキド分散液、ビニルポリマー、シリコーン分散液、ポリアミド分散液、塩素化オレフィン分散液及びポリエステル分散液が挙げられるが、これらに限定されない。そのような自己架橋性ポリマーは、単独で又は組合せで使用することができる。組成物中に含まれ得るそのような自己架橋性ポリマーの典型的な量(重量による)は、0.1～20重量%である。
インクジェットインク組成物中に含まれ得る他の添加剤としては、中でも、酸化防止剤、紫外線吸収剤、キレート化剤、導電性調整剤、酸素吸収剤、コゲーション防止剤、カール防止剤及び芳香剤が挙げられるが、これらに限定されない。水性インクジェットインク組成物における使用のためのそのような添加剤の量は、当技術分野において公知であり、従来から使用されている。
インクジェットインク組成物の調製
本発明はまた、本明細書に開示されるインクジェットインク組成物を調製する方法を提供する。実施形態において、本発明のインクジェットインク組成物は、ペンダントヒドロキシル基及び任意選択のペンダント中和カルボキシル基を有する水分散性ポリウレタンポリマー、着色剤、流体担体、任意選択の架橋剤及び任意選択の添加剤を混合することによって、調製することができる。
実施形態において、インクジェットインク組成物は、ペンダントヒドロキシル基及び1つ以上のペンダント中和カルボキシル基を有する水分散性ポリウレタンポリマー、着色剤、流体担体、任意選択の架橋剤及び任意選択の添加剤を混合することによって、調製することができる。
実施形態において、流体担体は、1種以上の水溶性有機共溶媒、1種以上の水混和性有機共溶媒又はこれらの混合物を、水と合わせることによって調製することができ、これは、組成物の他の構成成分と合わせることができる。実施形態において、流体担体の有機共溶媒及び水は、水分散性ポリウレタンポリマー、着色剤、任意選択の架橋剤及び任意選択の添加剤と直接合わせることができる。
実施形態において、ポリウレタンポリマーは、当技術分野において使用されている公知の方法によって、イソシアネート化合物とポリオール、イオン性ポリオール又はそれらの組合せとの反応によって調製することができる。実施形態において、ポリウレタンポリマーは、当技術分野において使用されている公知の方法によって、ペンダントヒドロキシル基及び任意選択のペンダント中和カルボキシル基を有する、分枝状、超分岐状、星形又は樹枝状ポリマーとして調製することができる。
実施形態において、ポリウレタンポリマーのカルボン酸基は、ポリウレタンポリマーを有機溶媒に溶解し、中和剤(例えば、アンモニア、第三級アミン、アルカリ金属水酸化物)を添加して、カルボン酸基と反応させ、カルボン酸塩を形成することによって、中和することができる。
本発明によるインク組成物は、本明細書に記載される2つ以上の実施形態の組合せを含むことができる。
印刷方法
本発明は、本発明によるインクジェットインク組成物を基材に塗布することによって、基材に画像を印刷する方法をさらに含む。実施形態において、本明細書に開示されるインクジェットインク組成物は、インクジェット印刷装置とともに使用するために適合される。
画像を印刷する方法のある実施形態において、本明細書に開示される通りのインクジェットインク組成物の液滴は、プリントヘッドの小さなノズルから吐出され、印刷基材に堆積して、その上に画像が生成される。好適なインクジェットインク印刷装置としては、Continuous Inkjet(CIJ)、Drop-on-Demand Valve(DoD Valve)及びDrop-on-Demand Piezo-Electric(DoD Piezo)を挙げることができるが、これらに限定されない。
好適な印刷基材の例としては、中でも、普通紙、圧着紙(bonded papers)、コート紙、透明材料、織物材料、金属、セラミックス、ガラス、プラスチック、ポリマーフィルム及び無機基材、並びに木が挙げられるが、これらに限定されない。
実施形態において、インクジェットインク組成物は、以下の内の少なくとも1つを可能にする特性を有するように配合される:1)印刷基材への、高解像度及び高密度を有する均一な、滲みのない印刷画像;2)典型的には印刷装置のノズルの先端部におけるインクの乾燥のために生じる、ノズルの詰まりの阻止又は防止;3)印刷基材(紙、布、フィルムなど)上での迅速な乾燥;4)長期保存安定性;並びに5)印刷基材の品質に関わらない印刷特徴。インクジェットインク組成物はまた、輸送及び保存の間に生じ得る変動温度条件に対するインク安定性及び頑強性をもたらして、ノズルの詰まり、バンディング及び低い印刷品質を排除又は阻止することができる。
実施形態において、本明細書に開示されるインクジェットインク組成物は、特に捺染プロセスにおいて使用するために適合され得る。実施形態において、捺染に適合されたインクジェットインク組成物は、以下の特性の内の少なくとも1つを有するように配合され得る:1)綿、絹、毛、ナイロン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアクリロニトリル、ポリアクリル酸又はそのブレンドなどの織物に対する定着;並びに2)織物への塗布及び固着の容易さ。
インクジェットインクカートリッジ
本発明は、本明細書に記載される通りのインクジェットインク組成物が装填(例えば、事前装填)されるインクジェットカートリッジをさらに提供する。インクジェットインクカートリッジは、当技術分野において公知であって且つ使用されており、容易に購入することができる。
実施形態において、インクジェットカートリッジは、容器及び容器中に含有された、本明細書に記載のインクジェットインク組成物を含み得る。実施形態において、インクジェットカートリッジは、本明細書に記載のインクジェットインク組成物を含有する1つ以上のチャンバー(内部リザーバ)を有するハウジング、及びそれを通してインクジェットインク組成物を吐出するための1つ以上の小さなノズルを有するプリントヘッドを含み得る。
インクジェットインク組成物は、インク組成物の特性が長期間変化しないように、周囲温度下での密封保存中、長期間にわたって実質的に安定なままであるように配合される。例えば、インクジェットインクは、一般に、長期間にわたってインクジェットプリンタカートリッジ中に保存され、それによって、インク組成物がカートリッジから吐出されるまで、周囲雰囲気のインク組成物への接触が実質的に阻止又は防止される。
実施形態において、架橋剤を含む又は含まない、ペンダントヒドロキシル基を有しペンダントカルボキシル基を有さない水分散性ポリウレタンポリマーを含むインクジェットインク組成物である組成物は、周囲温度下、例えば、5～50℃での密封保存中、長期間にわたって安定なままである。
実施形態において、インクジェットインク組成物は、ペンダントヒドロキシル基、及び1つ以上のペンダントカルボキシル基を有する水分散性ポリウレタンポリマーを用いて配合される。1つ以上のペンダントカルボキシル基は、密封保存されている場合蒸発しないが、インク組成物が周囲雰囲気と接触した場合蒸発し、その後架橋剤及びカルボキシル基が架橋反応を受ける、中和剤、例えばアンモニア又は1種以上の第三級アミンと反応している。中和剤は、カルボキシル基と反応し、これをカルボン酸塩に中和することによって、カルボキシル基含有ポリマーと架橋剤との間の架橋反応を阻止し、したがって、保存期間の間、インクジェットインク組成物を安定化する。中和剤は、設定条件下(例えば、周囲雰囲気への曝露)でカルボキシル基から遊離して、架橋剤とカルボキシル基との間で架橋反応を生じさせることが可能である。
別の実施形態において、ペンダントヒドロキシル基及び1つ以上のペンダントカルボキシル基を有する水分散性ポリウレタンポリマーを含むインクジェットインク組成物は、1種以上のアルカリ金属水酸化物(カルボキシル基と反応し、これを中和する)、及び例えば、インクジェットカートリッジ中での密封保存の間、ヒドロキシル基含有ポリマーとイソシアネート架橋剤との間の架橋反応を阻止するブロックトイソシアネート化合物を含むように配合され得る。ブロッキング剤は、セット条件下(例えば、加熱時)でブロックトイソシアネート化合物から遊離して、イソシアネート架橋剤とヒドロキシル基との間で架橋反応を生じさせることが可能である。
実施形態において、インクジェットインク組成物は、周囲温度における密封保存中、所望の期間、組成物の平均粒径及び粘度の内の少なくとも1つが実質的に増加しないように、安定なままである。実施形態において、インクジェットインク組成物の平均粒径及び粘度の内の少なくとも1つは、周囲温度における密封保存中、所望の期間で、1%未満、5%未満、10%未満、20%未満、30%未満、40%未満、50%未満又は100%未満増加する。そのような期間は、1週間よりも長い、2週間よりも長い、3週間よりも長い、1ヶ月よりも長い、2ヶ月よりも長い、4ヶ月よりも長い、6ヶ月よりも長い、9ヶ月よりも長い、1年よりも長い、又は1.5年よりも長い場合がある。これには、インクジェットインク組成物の平均粒径及び粘度の内の少なくとも1つが、周囲温度における密封保存中、3ヶ月間で、20%未満増加する実施形態が含まれる。
実施形態において、選択条件下でのインクジェットインク組成物の安定性は、加速保存寿命試験を介して評価及び/又は決定され得る。そのような試験は、ASTM F2734に従って行うことにより、インクジェットカートリッジ中で高温に曝露された場合のインクジェットインク組成物の安定性及び性能を決定することができる。実施形態において、インクジェットインク組成物の平均粒径及び粘度の内の少なくとも1つは、60℃における密封保存中、所望の期間、例えば、24時間よりも長い、48時間よりも長い、1週間よりも長い、2週間よりも長い、3週間よりも長い、4週間よりも長い、5週間よりも長い、6週間よりも長い、7週間よりも長い、8週間よりも長い、2ヶ月よりも長い又は3ヶ月よりも長い期間で、1%未満、5%未満、10%未満、20%未満、30%未満、40%未満、50%未満又は100%未満増加する。例として、ある実施形態において、インクジェットインク組成物の平均粒径及び粘度の内の少なくとも1つは、60℃における密封保存中、1週間の期間で20%未満増加する。
インクジェットインクカートリッジの充填
本発明は、インクジェットカートリッジに本明細書に記載のインクジェットインク組成物を充填する方法をさらに提供する。
実施形態において、インクカートリッジは、そこにインクシリンジ又はチューブなどの導管を使用してカートリッジのハウジングの口又は他の開口部を通してインク組成物が導入される1つ以上のインクチャンバー(内部リザーバ)を備えて形成され得る。
実施形態において、インクジェットインクカートリッジは、カートリッジのハウジングの口又は他の開口部を通してハウジング内の内部リザーバに組成物を導入すること、内部リザーバに組成物を充填すること、ハウジングの口を密封することによって、本明細書に記載される水性インクジェットインク組成物が充填され得る。実施形態において、カートリッジは、それを通してインクが吐出される1つ以上のノズルオリフィスを規定し、インク組成物を含有する内部リザーバと外部環境(例えば、周囲雰囲気)との間を連結する他の開口部を有さないプリントヘッドを含む。
定義
逆のことが述べられるか、文脈から暗に示されるか、又は当技術分野において慣例でない限り、全ての部及びパーセントは、重量に基づき、全ての試験方法は、本開示の出願日において現行のものである。米国の特許実務のため、任意の参照特許、特許出願又は出版物の内容は、とりわけ、定義の開示(本開示において具体的に提示される任意の定義と矛盾しない程度に)及び当技術分野における一般知識に関して、それらの全体が参照により組み込まれる(又は、その均等な米国版も同様に参照により組み込まれる)。
「含むこと(comprising)」、「含むこと(including)」、「有すること(having)」及び類似の用語は、任意の追加の構成成分、ステップ又は手順の存在が具体的に開示されているかに関わらず、それらを除外することを意図しない。疑義を避けるため、「含むこと(comprising)」という用語を使用して特許請求される全ての方法は、逆のことが述べられない限り、1つ以上のさらなるステップ、機材若しくは構成部品、及び/又は材料を含み得る。対照的に、「から本質的になる」という用語は、任意の連続する列挙の範囲から、操作性に必須でないものを除き、任意の他の構成成分、ステップ又は手順を除外する。「からなる」という用語は、具体的に記述又は列挙されていない任意の構成成分、ステップ又は手順を除外する。「又は」という用語は、他に述べられない限り、列挙されたメンバーを個々に及び任意の組合せで参照する。
本明細書に示される任意の数値範囲は、下限値から上限値までの全ての値を含むことが理解される。例えば、濃度範囲が、1～50重量%として述べられる場合、値、例えば、2～40重量%、10～30重量%又は1～3重量%などが本明細書において明らかに列挙されることが意図される。これらは、具体的に意図されるものの例に過ぎず、列挙された最小値と最大値との間及びそれらを含む数値の任意の可能な組合せが本出願において明らかに述べられているとみなされる。
表I(値はグラム単位で報告する)に示す組成を有するインクジェットインクを調製した。典型的な手順では、100gのインクを、ポリエチレンボトル中、よくかき混ぜながら、表Iに示す成分を混合することによって調製した。混合物を2時間撹拌し、その後、Titan 2 HPLCフィルター、30mm 0.7ミクロンGMF膜(Sun Sri、Rockwood、TNから入手可能)を通してろ過し、密封ボトル中に保存した。
Figure 0007110211000001
インクを、密封保存容器中、選択した期間、60℃でインキュベートした。時間後、インクの粘度を23℃で測定した。表II(値はcps単位で報告する)から分かるように、インクは安定である。黒色、シアン、マゼンタ及び黄色インクを、インク供給ラインに供給し、Kyocera KJ4Bプリントヘッドを通して印刷した。全てのインクは、良好なジェッティング示す。
Figure 0007110211000002
本発明は、本明細書において具体的な実施形態を参照して記載されているが、当業者であれば、様々な修正及び変更が、以下の特許請求の範囲に示す通りの本開示の範囲から逸脱することなくなされ得ることを認識する。したがって、本明細書は、限定的な意味ではなく、例示とみなされることになり、全てのそのような修正は、本開示の範囲内に含まれることが意図される。具体的な実施形態に関して本明細書に記載される任意の利益、利点又は問題の解決法が、任意の又は全ての請求項の決定的な、必要な又は必須の特徴又は要素として解釈されることは意図されない。米国の特許実務のために、任意の参照特許、特許出願又は出版物の内容は、それらの全体が参照により組み込まれる。

本発明は例えば以下の態様を含む。
［項１]
A.ペンダントヒドロキシル基及び任意選択でペンダント中和カルボキシル基を有する骨格を有する水分散性ポリウレタンポリマー、
B.着色剤、
C.流体担体、並びに
D.任意選択で架橋剤
を含む、水性インクジェットインク組成物。
［項２］
ポリウレタンポリマーが、0～500のカルボキシル価(carboxyl number)及び51～1000のヒドロキシル価を有する、項1に記載の組成物。
［項３］
ポリウレタンポリマーが、5～200のカルボキシル価及び51～300のヒドロキシル価を有する、項1に記載の組成物。
［項４］
ポリウレタンポリマーが、10～100のカルボキシル価及び80～200のヒドロキシル価を有する、項1に記載の組成物。
［項５］
ポリウレタンポリマーが、分枝状、超分岐状、星形及び樹枝状、並びにそれらの組合せからなる群から選択される構造を有する、項1に記載の組成物。
［項６］
ポリウレタンポリマーが、少なくとも-50℃～120℃のガラス転移温度(Tg)を有する、項1に記載の組成物。
［項７］
ポリウレタンポリマーが、少なくとも0℃～50℃のガラス転移温度(Tg)を有する、項1に記載の組成物。
［項８］
ポリウレタンポリマーが、1,000～1,000,000の数平均分子量(Mn)を有する、項1に記載の組成物。
［項９］
ポリウレタンポリマーが、2,000～50,000の数平均分子量(Mn)を有する、項1に記載の組成物。
［項１０］
流体担体が、
a)水、及び
b)1種以上の水溶性有機共溶媒、水混和性有機共溶媒又はそれらの組合せ
を含む、項1に記載の組成物。
［項１１］
ポリウレタンポリマー0.1～20重量%、
着色剤0.1～10重量%、
水溶性有機溶媒1～80重量%、
架橋剤0～8重量%、及び
残量の水
を含み、重量%が、組成物の総重量に基づく、項1に記載の組成物。
［項１２］
ポリウレタンポリマー3～10重量%、
着色剤2～5重量%、
水溶性有機溶媒10～50重量%、
架橋剤0～5重量%、及び
水10～80重量%
を含み、重量%が、組成物の総重量に基づく、項1に記載の組成物。
［項１３］
水分散性ポリウレタンポリマーが、ペンダントヒドロキシル基及びペンダント中和カルボキシル基を有する骨格を有し、
中和カルボキシル基が、カルボン酸アンモニウム塩、第三級アミンカルボン酸塩及びそれらの組合せからなる群から選択される塩の形態である、
項1に記載の組成物。
［項１４］
水分散性ポリウレタンポリマーが、ペンダントヒドロキシル基及びペンダント中和カルボキシル基を有する骨格を有し、
中和カルボキシル基が、カルボン酸ナトリウム塩、カルボン酸リチウム塩、カルボン酸カリウム塩又はそれらの組合せの形態である、
項1に記載の組成物。
［項１５］
ポリウレタンポリマーが、イソシアネート化合物とポリオール、イオン性ポリオール又はそれらの組合せとの反応生成物を含む、項1に記載の組成物。
［項１６］
ポリオールが、ジオール、トリオール、テトラオール、ペンタオール及びペンダント又は末端ヒドロキシル基を有するオリゴマー、並びにそれらの組合せからなる群から選択される、項15に記載の組成物。
［項１７］
イオン性ポリオールが、ジメチロールプロピオン酸、2,2-ジ(ヒドロキシメチル)酢酸、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)酪酸、2,2-ジ(ヒドロキシメチル)ペンタン酸、1つ以上のカルボキシル基を有するジオール、トリオール、テトラオール及びペンタオール並びにヒドロキシル及びカルボキシル基を有するオリゴマー、並びにそれらの組合せからなる群から選択される、項15に記載の組成物。
［項１８］
着色剤が、染料、顔料分散体又はそれらの組合せからなる群から選択される、項1に記載の組成物。
［項１９］
水分散性ブロックトイソシアネート化合物、オキサゾリン基を含有する水分散性ポリマー、オキサゾリン試薬、カルボジイミド基を含有する水分散性ポリマー、カルボジイミド試薬、メチル化メラミン-ホルムアルデヒド樹脂及び炭酸ジルコニウム塩、並びにそれらの組合せからなる群から選択される架橋剤を含む、項1に記載の組成物。
［項２０］
組成物の平均粒径及び粘度の内の少なくとも1つが、加速保存寿命試験によって決定される場合、60℃における密封保存中、2週間の期間で20%未満増加する、項1に記載の組成物。
［項２１］
防腐剤、界面活性剤、pH調節剤、粘度調節剤、湿潤剤、浸透剤及びさらなるポリマーからなる群から選択される1種以上の添加剤をさらに含む、項1に記載の組成物。
［項２２］
酸化防止剤、紫外線吸収剤、キレート化剤、導電性調整剤、酸素吸収剤、コゲーション防止剤、カール防止剤及び芳香剤からなる群から選択される1種以上の添加剤をさらに含む、項1に記載の組成物。
［項２３］
項1に記載の組成物を調製する方法であって、
水分散性ポリウレタンポリマー、着色剤及び流体担体を一緒に混合して、インクジェットインク組成物を形成すること
を含む、方法。
［項２４］
水分散性ポリウレタンポリマー、着色剤及び流体担体を、架橋剤と混合することをさらに含む、項23に記載の方法。
［項２５］
水分散性ポリウレタンポリマー、着色剤及び流体担体を、1種以上の添加剤及び任意選択で架橋剤と混合することをさらに含む、項23に記載の方法。
［項２６］
水分散性ポリウレタンポリマーを、分枝状、超分岐状、星形又は樹枝状ポリマーとして調製することをさらに含む、項23に記載の方法。
［項２７］
ペンダントヒドロキシル基及びペンダント中和カルボキシル基を有する骨格を有する水分散性ポリウレタンポリマーを形成することをさらに含む、項23に記載の方法。
［項２８］
水分散性ポリウレタンポリマーを形成することが、ペンダントヒドロキシル基及びペンダント非中和カルボキシル基を有する骨格を有する水分散性ポリウレタンポリマーを、アンモニア、第三級アミン、アルカリ金属水酸化物及びそれらの組合せからなる群から選択される中和剤と反応させて、カルボン酸基をカルボン酸塩の形態にすることを含む、項27に記載の方法。
［項２９］
容器及び容器中に含有された、項1～22のいずれか一項に記載の組成物を含むインクジェットインクカートリッジ。
［項３０］
インクジェットインクカートリッジを充填する方法であって、
項1～22のいずれか一項に記載の組成物を、カートリッジのハウジングの開口部を通してハウジング内の内部リザーバに導入すること、
内部リザーバに組成物を充填すること、及び
ハウジングの開口部を密封すること
を含む、方法。
［項３１］
印刷基材に印刷する方法であって、インクジェットプリントヘッドを使用して、項1～22のいずれか一項に記載のインクジェットインク組成物を印刷基材に堆積させてその上に画像を形成することを含む、方法。
［項３２］
熱を加えることによって基材上で組成物を乾燥させることをさらに含む、項31に記載の方法。
［項３３］
印刷基材が、プラスチック、ガラス、金属、紙及び織物からなる群から選択される、項31に記載の方法。

Claims (22)

  1. A.ペンダントヒドロキシル基及びペンダント中和カルボキシル基を有する骨格を有する水分散性ポリウレタンポリマー、
    B.着色剤、
    C.流体担体、並びに
    D.任意選択で架橋剤
    を含む、水性インクジェットインク組成物であって、
    ポリウレタンポリマーが、10～100のカルボキシル価及び80～200のヒドロキシル価を有し、
    ポリウレタンポリマーが、少なくとも0℃～50℃のガラス転移温度(T g )を有し、
    ポリウレタンポリマーが、1,000～1,000,000の数平均分子量(Mn)を有し、
    流体担体が、
    a)水、及び
    b)1種以上の水溶性有機共溶媒、水混和性有機共溶媒又はそれらの組合せ
    を含み、
    中和カルボキシル基が、カルボン酸アンモニウム塩、第三級アミンカルボン酸塩及びそれらの組合せからなる群から選択される塩の形態であるか、又はカルボン酸ナトリウム塩、カルボン酸リチウム塩、カルボン酸カリウム塩又はそれらの組合せの形態であり、
    ポリウレタンポリマーが、イソシアネート化合物と、ポリオール、イオン性ポリオール又はそれらの組合せとの反応生成物を含み、
    組成物の平均粒径及び粘度の内の少なくとも1つが、加速保存寿命試験によって決定される場合、60℃における密封保存中、2週間の期間で20%未満増加する、
    水性インクジェットインク組成物。
  2. ポリウレタンポリマーが、分枝状、超分岐状、星形及び樹枝状、並びにそれらの組合せからなる群から選択される構造を有する、請求項1に記載の組成物。
  3. ポリウレタンポリマーが、2,000～50,000の数平均分子量(Mn)を有する、請求項1に記載の組成物。
  4. ポリウレタンポリマー0.1～20重量%、
    着色剤0.1～10重量%、
    水溶性有機溶媒1～80重量%、
    架橋剤0～8重量%、及び
    残量の水
    を含み、重量%が、組成物の総重量に基づく、請求項1に記載の組成物。
  5. ポリウレタンポリマー3～10重量%、
    着色剤2～5重量%、
    水溶性有機溶媒10～50重量%、
    架橋剤0～5重量%、及び
    水10～80重量%
    を含み、重量%が、組成物の総重量に基づく、請求項4に記載の組成物。
  6. ポリオールが、ジオール、トリオール、テトラオール、ペンタオール及びペンダント又は末端ヒドロキシル基を有するオリゴマー、並びにそれらの組合せからなる群から選択される、請求項1に記載の組成物。
  7. イオン性ポリオールが、ジメチロールプロピオン酸、2,2-ジ(ヒドロキシメチル)酢酸、2,2-ビス(ヒドロキシメチル)酪酸、2,2-ジ(ヒドロキシメチル)ペンタン酸、1つ以上のカルボキシル基を有するジオール、トリオール、テトラオール及びペンタオール並びにヒドロキシル及びカルボキシル基を有するオリゴマー、並びにそれらの組合せからなる群から選択される、請求項6に記載の組成物。
  8. 着色剤が、染料、顔料分散体又はそれらの組合せからなる群から選択される、請求項1に記載の組成物。
  9. 架橋剤が、水分散性ブロックトイソシアネート化合物、オキサゾリン基を含有する水分散性ポリマー、オキサゾリン試薬、カルボジイミド基を含有する水分散性ポリマー、カルボジイミド試薬、メチル化メラミン-ホルムアルデヒド樹脂及び炭酸ジルコニウム塩、並びにそれらの組合せからなる群から選択される、請求項1に記載の組成物。
  10. 防腐剤、界面活性剤、pH調節剤、粘度調節剤、湿潤剤、浸透剤及びさらなるポリマーからなる群から選択される1種以上の添加剤をさらに含む、請求項1に記載の組成物。
  11. 酸化防止剤、紫外線吸収剤、キレート化剤、導電性調整剤、酸素吸収剤、コゲーション防止剤、カール防止剤及び芳香剤からなる群から選択される1種以上の添加剤をさらに含む、請求項1に記載の組成物。
  12. 請求項1に記載の組成物を調製する方法であって、
    水分散性ポリウレタンポリマー、着色剤及び流体担体を一緒に混合して、インクジェットインク組成物を形成すること
    を含む、方法。
  13. 水分散性ポリウレタンポリマー、着色剤及び流体担体を、架橋剤と混合することをさらに含む、請求項12に記載の方法。
  14. 水分散性ポリウレタンポリマー、着色剤及び流体担体を、1種以上の添加剤及び架橋剤と混合することをさらに含む、請求項12に記載の方法。
  15. 水分散性ポリウレタンポリマーを、分枝状、超分岐状、星形又は樹枝状ポリマーとして調製することをさらに含む、請求項12に記載の方法。
  16. ペンダントヒドロキシル基及びペンダント中和カルボキシル基を有する骨格を有する水分散性ポリウレタンポリマーを形成することをさらに含む、請求項12に記載の方法。
  17. 水分散性ポリウレタンポリマーを形成することが、ペンダントヒドロキシル基及びペンダント非中和カルボキシル基を有する骨格を有する水分散性ポリウレタンポリマーを、アンモニア、第三級アミン、アルカリ金属水酸化物及びそれらの組合せからなる群から選択される中和剤と反応させて、カルボン酸基をカルボン酸塩の形態にすることを含む、請求項16に記載の方法。
  18. 容器及び容器中に含有された、請求項1～11のいずれか一項に記載の組成物を含むインクジェットインクカートリッジ。
  19. インクジェットインクカートリッジを充填する方法であって、
    請求項1～11のいずれか一項に記載の組成物を、カートリッジのハウジングの開口部を通してハウジング内の内部リザーバに導入すること、
    内部リザーバに組成物を充填すること、及び
    ハウジングの開口部を密封すること
    を含む、方法。
  20. 印刷基材に印刷する方法であって、インクジェットプリントヘッドを使用して、請求項1～11のいずれか一項に記載のインクジェットインク組成物を印刷基材に堆積させてその上に画像を形成することを含む、方法。
  21. 熱を加えることによって基材上で組成物を乾燥させることをさらに含む、請求項20に記載の方法。
  22. 印刷基材が、プラスチック、ガラス、金属、紙及び織物からなる群から選択される、請求項20に記載の方法。
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