JPH10502957A - 連続的なインクジェット印刷のためのインク - Google Patents

連続的なインクジェット印刷のためのインク

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JPH10502957A JP8504858A JP50485896A JPH10502957A JP H10502957 A JPH10502957 A JP H10502957A JP 8504858 A JP8504858 A JP 8504858A JP 50485896 A JP50485896 A JP 50485896A JP H10502957 A JPH10502957 A JP H10502957A
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Abstract

(57)【要約】 高い解像度を有する連続的なインクジェット印刷のために使用されるインクは、水に不溶性の着色剤を分散された形態で含む。そのようなインクに関連した既知の問題は、インクの安定化のために必要で、着色剤の粒子の悪く適合されたサイズ分布を形成する添加物から生じる。従って添加物はその平均分子量が20000より小さいことが好ましい。水素ブリッジ活性、特にヒドロキシ又はアミノ基を含む物質では、この限定はより低く、すなわち約1000でなければならない。着色剤の粒子は、200nmより大きい粒子の着色剤の全体積割合が約10%より少なく、300nmより大きい粒子の割合が約3%より少ないサイズ分布を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 連続的なインクジェット印刷のためのインク 発明の背景 本発明は、連続的なインクジェット印刷のための適切で定められた、主要な液 体成分に水を含むインクに関する。 連続的なインクジェット印刷方法と呼ばれる連続的な小滴の発生を伴うインク ジェット印刷は、専門的な見本印刷のために広い範囲にわたって使用される。こ の方法の利点は、主として、1秒間に発生し得る高い割合の小滴による、十分な 速度での高い解像度にある。100000Hzまで、すなわち1秒間に1000 00の小滴の割合が一般的である。 この方法においては、小滴の連続的な流れは、小滴が制御された方法で偏向さ れ印刷すべき表面上に衝突するようになされ、及び/または残留小滴が集容器へ 流れる場所から壁面上で偏向されることにより生ずる。インクは、所望の小滴頻 度で振動する圧電要素と機械的につながれた細かいノズルを通して圧縮される。 結果として、ノズルから出現したインク流は制御された方法で小滴に切断される 。小滴が電荷を帯びるようにノズルに電圧がかけられ、小滴が通過する電場の効 果により所望の方法で小滴の軌道に作用され得る。 この印刷方法に適したインクとして2つの特定かつ特有の要求がある。生ずる 小滴は、十分に電荷を帯びることができなければならず、それらの飛行進路と速 度はそれらの発生点から生じる予め定められた進路長にわたって十分に正確な方 法で決定されることができなければならない。 第1の要求は、一般的に、水分ベースのインクによってのみ達成される。プリ ンターは最も簡単な場合、電場をかけたりはずしたりすることのみによって制御 されるので、小滴は、電場がかけられていない時は印刷されるべき土台であるタ ーゲットに、電場がかけられている時は保持しているシールドスクリーンに向け られ、それは電場がかけられていない時の十分に正確な飛行進路と同様、電場の 最小の効果であるところの小滴の最小の電荷を保証するのに十分である。水の高 い双極子モーメントは利点を有する。 例えば印刷位置がターゲット上曲がりくねっており、各々の小滴がその形成の 瞬間すでに一定の予め定められた目的点へ指定されて以来、飛行進路上の小滴の 位置を正確に定めることができることが必要である。従って、予め定められた位 置に印刷点を形成し、あるいは形成を避けるために、各々の小滴をターゲット上 に正確に操縦し、あるいは壁又はスクリーンの方向に小滴を偏向させることが必 要である。この印刷手法の発展の間、水は一般的にこの要求を満たすことが判明 した。従って、インクは溶解した染料を含む水分ベースで発展してきた。しかし ながら、そのようなインクは、水溶性染料の選択が非常に限られているという欠 点を有し、非常に多くの出願には水に不溶性の染料又は顔料によってのみ実現さ れ得るという条件がある。そのような染料と顔料は以下の「不溶性着色剤」とし て規定されている。 高い小滴の割合が使われている高解像度(カラー)印刷にとって特に、小滴の 制御が不正確では印刷結果が際だって不十分なものとなる。表面のカラーの濃さ が、多少薄いドットスクリーンによって制御され、各々のスクリーンドットが一 つの唯一の小滴によって形成されている時、特に欠点が明らかとなる。この場合 、もし小滴の制御が完全でないと、明らかに目に見えるよごれが生じる。発明の要約 本発明の主要な目的は、高い解像度で連続的なインク・ジェット印刷に適切な 印刷インクを提供することであり、そのインクは、主要な液体成分としての水と 、顔料と水に不溶性の染料とから選ばれる少なくとも1つの分散した微粒子の着 色剤と、インクの物理的特性、特にそのレオロジーを安定化させ及び/または調 整する添加物とを含む。発明によるインクは、実質上全てのこれらの添加物が約 20000より小さい重量平均分子量を有することによって特徴づけられる。イ ンクは、水素ブリッジ(特にヒドロキシまたはアミノの水素)を形成することが できる水素原子が分子内の原子の数の約5%より多く、約1000より小さい重 量平均分子量を有する第1の添加物を含む。さらに、前記着色剤の粒子は、粒子 の総数の10%未満が200nmより大きく、前記総数の3%未満が300nm より大きいという寸法分布を持つ。 分散された不溶性の着色剤を有する連続的なインク・ジェット印刷のためのイ ンクを調製することがすでに試みられてきた。しかしながら結果は完全に不満足 であった。インクの小滴は非常に不規則な速度分布を示し、そのためそれらの軌 道の位置は偏向のため十分に正確に予測し得ない。そしてこの事実は、もし十分 に使用できなくはなくとも、少なくともよごれた印刷像を生み出す。この発見か ら、そのようなインクは連続的なインク・ジェット印刷のために原則的に適しな いという厳密な意味で、不溶性物質の分散形態での添加はインク・ジェットの小 滴への分離を妨げるということが結論づけられる。 しかしながら発明者によりなされた研究努力により、問題は主として不溶性の 分散粒子の存在に基づくものでないということが示された。それとは異なり、分 散インクのための基本成分、すなわち分散した着色顔料又は染料がすでに、分散 されるべき着色剤の添加に先んじてそのような不満足なふるまいを示す。問題は 分散印刷インクにおいて必要又は通常の異なる添加物に基づくことが結論づけら れた。さらなる調査により、通常加えられる表面活性物質(表面活性剤)、粘性 を調整するために使われるポリマー、泡止め剤は、インクの否定的なふるまいの 原因であることが示された。この知識から始まり、さらなる調査により、約10 000を超える分子量をもつポリマー添加物は、一方で、基本組成の特性を非常 に損ない、それらは約20000を超える分子量では実際上使用できないような 組成を与えることが示された。さらに、水素ブリッジを形成することができる基 、特にヒドロキシ、アミノ基はこの限界をより小さい分子量へ強く移動させる。 相当の程度水素原子を形成する水素ブリッジを含む物質は低分子存在、例えば使 用性を非常に損なわない目的で約1000の分子量までとしてのみ存在する。 特に、水素ブリッジ活性水素原子を含む分子はインクの重量で約3%以下であ り、もし高い解像度の印刷のためのインクの有用性を維持するためにそれらの分 子量が約15000より高いなら好ましくは1.5%以下である。0%まで下が る高い分子量を有するこれらの物質の低い割合は水素ブリッジ活性物質の有害な 影響を連続的に低下させる。上述の低い値への参照点として与えられた分子量の 低下はまた有利なふるまいを改良する。 一方でグリコール他方で約1000の平均分子量を有するポリマーで2つの末 端のヒドロキシ基又はカルボキシル基を有するものは受け入れられる添加物とし て証明され、水素ブリッジ活性水素原子はヒドロキシ基から排他的に生じ、「ヒ ドロキシ基のかなりの量」という表現のための一般的な規則、言い替えれば分子 内の総原子数の5%より大きい値が、上記に使用したように与えられる。全ての 原子の5%より多くが水素ブリッジを形成することができる水素原子である添加 物は、それゆえ1000を超える分子量を有してはならず、好ましくは500を 超える分子量を有してはならない。もしこの限定が水素ブリッジ活性水素原子の 低い割合の物質で観察されれば有利である。 ある中間の位置は、水素ブリッジ形成水素原子を含むのではなく例えばエーテ ル結合のような水素ブリッジに関与する位置を含む物質によってとられる。 以下の通常のインク添加物の存在は、特に欠点を証明した:ポリビニルアルコ ール、ヒドロキシルアルキルセルロース、例えばヒドロキシルプロピルセルロー ス、ポリビニルピロリドン。 他の重要なパラメーターは粒子サイズである。着色剤が粉砕されるので、最も 異なるサイズの粒子の混合物が得られる。混合物は、平均粒子サイズと、平均値 の周りの粒子サイズの分布によって特徴づけられる。一般的な規則としておおよ そ2項(binomial)の分布が得られる。以下のように、平均と分布幅は もし他に示されなければ、体積によって与えられる。 今では200nmより大きい直径を有する粒子は都合が悪く、300nmを超 える直径を有する粒子は非常に少量存在するのみにしなければならないことが分 かっている。平均粒子サイズは好ましくは100nmを超えてはならず、より小 さいほうが良い。良いインクのための一般的な指針として、61から63nmの 分布幅と関連して68から81nmの平均粒子サイズが使われなければならない 。これらの値は以下に述べられるようにして決定される。 発明は、以下の特定の典型的な具体例の説明と図面内の図とによってさらに詳 細が説明されるだろう。図面の簡単な説明 図面において、 図1は拡張割合R=d‖/d⊥の決定を示す。 図2、3は、インク小滴ジェットのストロボスコープ写真を示す。 図4から6は、着色剤粒子の粒度分布を示す。発明の詳細な説明 上述された発見により最大限に利用された基本組成の特性が図1に示される。 概略のデータを出すため、現在使用される連続的なインクジェット印刷装置が使 われた。インクジェットは、圧電振動子につながれたノズルを通して加圧される 。振動子は所望の小滴回数を起こし、ノズルに残るインクジェットを溶解させ小 滴にする振動をノズルに加える。 小滴は、ストロボスコープとビデオカメラによって観察される。ストロボスコ ープはインクジェットが照らされる小滴回数を有する光フラッシュを作り出す( コロイドと界面科学、M.Ronay,J.66/1(1978),55)。特 定のインクに依存して鋭敏な輪郭を持つ小滴が観察され、小滴は流れの方向によ り広がるようである。この広がりは幅d‖と高さd⊥(図1)間の関係Rとして 表される。測定はノズルの出口の開口からの予め決められた距離dobsにおいて なされる。この明細書においては距離dobs=8mmで行われている。 R=1の値はすべての場合において最適であり、例えば水によって達成される 。上述の測定条件(ノズルからの8mmの距離)の下では、R=1.1までのイ ンクが示す値は非常に良いもの、すなわち100000S-1を超え100000 0S-1までの小滴割合と、通常75μmより小さい、特に50μmより小さく約 20μmのノズル直径で一様なものと考えられる。ストロボスコープの写真はR =1の場合が図2に、R=1.4の場合が図3に示される。 粒子サイズの決定はPCS(フォトン相関スペクトロスコピー)の手段によっ てなされる。測定装置はMALVERN MASTERSIZER LoC(M ALVERN)だった。粒子サイズの分布はパイク−オストロースキーの方法に よって決定された。この測定装置によって、それらのサイズに依存する粒子の体 積分率が決定される。粒子サイズの得られた分布の積分はテスト試料の粒子の全 体体積を与える。従ってあるサイズの粒子の分率に関する以下のデーターは、粒 子の全体の体積に言及する。 以下の表は、粒子の平均直径dと分布幅へのRの依存性を示す。 表から、着色剤の粒子の全体体積に関する10%以下の着色剤の粒子が200 nmより大きく、3%以下が300nmより大きいという結果になる。好ましく は5%以下が200nmより大きく、1%以下が300nmより大きい。2%の 最大の割合が200nmより大きく、0.5%未満のほとんど小さな割合が30 0nmより大きく、狭い分布であることが特に好ましい。粒子の平均サイズは好 ましくは100nmより下に置かれる。さらなる改良は、もし可能なら粒子サイ ズの分布範囲を好ましくは100nmより小さく、特に70nmより小さく平行 減少すると共に、80nmより下へ、特に60から70nmの範囲又はより小さ い範囲をさらに減少させることによって可能である。 表2は連続的なジェットインクへの可能な添加物の影響を、これらの添加物に よる関係Rの変化として示したものである。示された分子量を平均することに関 し少なくとも95%が平均値の±10%の範囲にある分布が考えられる。より高 い分子量を有する分子の割合が大きな変動範囲により増加した時特に、より広い 分布はより低い重量平均分子量を有する添加物の使用を強制的に与える。 添加物のヒドロキシルプロピルセルロースとポリビニルアルコールを含むヒド ロキシル基は低い濃度ですでにRに強く影響を与える。ポリビニルピロリドンは 同様にふるまう。それは水素ブリッジを明らかに形成することができる水素原子 を含んでいないが、それは環状窒素原子とケト基により水素ブリッジに関与する ことができる。従って効果は例えばポリビニルアルコールによるものより小さい 。 効果は例えばポリエチレングリコールや非イオン界面活性剤のような好ましく はエーテル結合を含む添加物では明白でない。グリセロールとd−フルクトース の化合物はヒドロキシル基を含んでいるけれどもRに本質的な影響を与えること なく10%の量まで加えられることができる。 結果として、化合物を含むヒドロキシル基と、アミンと、同様の化合物は好ま しくは、低い分子添加物、特に単分子形態としてのみ加えられる。水素ブリッジ アクセプター(例えばエーテル結合での酸素)を含む化合物は、視感度長に、よ り小さな効果を示し、分子量を調整するために低ポリマーとして加えられる。も し水素ブリッジアクセプターの効果が弱ければ、増大する分子量を有するポリマ ーが使われ得る。 発明はさらに実施例によって説明されるだろう。これらの実施例は発明を限定 すると解釈されず、当業者は発明の範囲をそのままにしておくことなく修正と拡 張に気づくだろう。実施例1 一般的な実施例として、不溶性の着色剤を分散形態で含み、連続的なインクジ ェット方法として使われるインクは以下のように組成される。 分散された染料及び/又は顔料 4% グリコール 4% 非イオン界面活性剤 5.5% 泡止め剤 0.03% 水 残り100%まで 本発明の基本インク組成から始まり、連続的なインクジェット方法における使 用によく適し、染料又は顔料をそれぞれ10%まで有し、インクの全重量に言及 されたインクを製造することは可能である。経験により、そのようなインクは現 在のインクで到達され超えられる値である少なくとも3から6%の染料を含むべ きである。 上記例での非イオン界面活性剤として、以下の表のものが使われる。界面活性 剤、泡止め剤とグリコールのための置換物質には、分散インクにおける一般的な 知識において、本発明により改良された連続的なインクジェットインクにおける 分散顔料染料の使用に対して先入観が見られる。添加物の可能な代用物は例えば A.M.ウェルズ印刷インク:最近の発達、ノイス・データー社、1976年の出 版物の109ページにおいて見られる。 この発明のインクに存在する、実施例によって示された成分の全体ではないリ ストは以下のようである。与えられた名称は多くの場合製造者の製造名である。 着色剤:染料 ルラフィックス青590;ルラフィックス青660;ルラフィックス赤420 ;ルラフィックス黄138:BASF、Ludwigshafen,ドイツ. サブラプリント・ネイビー70017、サブラプリント・オレンジ70007 、サブラプリント・オレンジ70020、サブラプリント・オレンジ70040 、サブラプリント赤70011、サブラプリント深紅70021、サブラプリン ト黄70000、サブラプリント黄70004、サブラプリント黄70064、 サブラプリント黄70069、サブラプリント青70013、サブラプリント青 70014、サブラプリント青70032、サブラプリント青70037、サブ ラプリント青70044、サブラプリント深紅70010:ホリデイズ・ダイ& ケミカルズ、Huddersfield,英国. 着色剤:顔料 イルゲライト、クロモフィタル:Ciba-Geigy AG,バーゼル、スイス;ホス タパーム、ノボパーム、パーマネント:Hoechst AG,フランクフルト主要部 、ドイツ; 乾燥遅延剤 ジプロピレン グリコール、1,2−プロピレン グリコール. 界面活性剤 非イオン界面活性剤 HO(CH2OCH2O)x(CH(CH3)CH2O)y(CH2CH2O)zH;好ましくはx,y,zは物質の分子 量(重量平均)が約6500である値; インベンチン生産ライン、特にインベンチン−PAP、インベンチン−TAM :Dr.W.Kolb,ヘディンゲン、スイス; サーフィノール:エアー・プロダクツ・アンド・ケミカル社、アレンタウン、 ペンシルバニア、アメリカ; アトロックス・アンド・アトラス生産ライン:インペリアル・ケミカル・イン ダストリズ・PIC、ロンドン、英国. 泡止め剤 ドリュプラス T4202,TS4384,W4311,W4510:ドリュ ・インド・ディビジョン、ドリュ・ケミカル社、ブーンロン、ニュージャージー 、アメリカ; Byk 032:Byk マリンクロッド. 以下に、この発明によるインクの特に好ましい調製化と製造方法が与えられる 。 ここで又は以下に与えられた割合は、もし他に示されていなければインクの重 量をさす。実施例2 実施例3 着色剤は約200nm、好ましくは100nmより小さい粒子サイズを有する 粉末にされる。この粉砕工程のために使われるべきミルは例えばボールミルが知 られている。 この発明のインクは、インク製造手法において主として知られた方法によって も製造される。例えば使用され得る方法は以下のようである。 材料を組み合わせ、ある量の水を以下の粉砕のために必要な粘度を調節するた めに加えて混合し、 簡易ミル、特にボールミルで所望の細かさまで粉砕し、 ミキサー内に移し、調製化に従った水の量に達するまで水が加えられる。 着色剤の好ましい粒子の細かさを得る目的で、最初の粗い粉砕が細かい粉砕に 進行するために、異なるミルで数回かたまりを粉砕することが必要である。十分 に狭い粒子サイズの分布を確実にし、非常に粗い粒子の割合を減少させるため、 粉砕工程の後に粒子サイズの選択を行うことがさらに好ましい。それ自体で知ら れそれゆえ詳細を述べる必要がない方法がこの工程で使用される。 一般的に、発明による添加物が選択され、及び/又は提案されたサイズ分布の 着色剤粒子を用いることによって、着色剤又はそれらの部分を可溶性とは異なる 形態で含むインクが、連続的なインクジェット方法のため、調製されることが期 待される。 ヒドロキシ基のみならずアミノ基は特に水素ブリッジ活性とみなされるべきで ある。 発明のインクは一般的に、連続的なインクジェット印刷のために適切なすべて の基体上、特に、例えば紙の織物材料、シート、織物基体の印刷のため、及び熱 伝達パターンとデザインの製造のため使用され得る。本インクは100000s-1 より大きい、特に1000000s-1までとそれより大きい、高い、最も高い 小滴割合まで、かつ50μmより小さい、特に20μmより小さい狭いノズルの 使用によって小さい小滴直径で、それらを使用する可能性を与えるので、高い輪 郭の鋭さを有する極めて正確で精密な印刷がなされ得る。通常の観察で肉眼によ ってスクリーン又は半調色を目に見えるようにすることなく、多かれ少なかれ分 散されるがインクの小滴の規則正しい適用によってインクの色彩陰の強度を調整 することも可能である。これは、ほぼ連続的な色彩の等級と陰を有する高品質の 多彩色印刷の製造を可能にする。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AP(KE,MW,SD,SZ,UG), AM,AT,AU,BB,BG,BR,BY,CA,C H,CN,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB ,GE,HU,IS,JP,KE,KG,KP,KR, KZ,LK,LR,LT,LU,LV,MD,MG,M N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU ,SD,SE,SG,SI,SK,TJ,TM,TT, UA,UG,US,UZ,VN (72)発明者 グリュッフェル,パスカル スイス国セーアーシュ−1376 グームオン −ラ−ヴィル,ラ・トゥリエール (番地 なし)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.連続的なインクジェット印刷のためのインクであって、 主要な液体成分としての水と、 顔料と水に不溶性の染料とを有する群から選ばれた、少なくとも1つの粒 子形状で分散された着色剤と、 インクの物理特性、特にそのレオロジーを安定化及び/又は調整化するた めの添加物とを含み、 実質的にすべてのこれらの添加物が約20000より小さい重量平均分子 量を有し、 水素ブリッジを形成することができる水素原子、特にヒドロキシル基又は アミノ基の水素原子が分子の原子数の約5%より多く存在する第1の添加物が約 1000より小さい重量平均分子量を有し、 前記着色剤の粒子が、着色剤の粒子の全体積に対して、10%より少ない ものが200nmより大きく、3%より少ないものが300nmより大きいよう な寸法分布を有する 前記インク。 2.着色剤の粒子の全体積の5%以下、好ましくは2%以下が200nmより 大きく、1%以下、好ましくは0.5%以下が300nmより大きい請求項1記 載のインク。 3.前記着色剤の全体の平均粒子サイズが約100nmより小さいか等しく、 好ましくは80nmより小さい範囲にあり、特に約60から約70nmの範囲に ある請求項1又は2記載のインク。 4.前記着色剤の全体の粒子サイズの分布幅が約100nmより小さいか等し い請求項1から3のいずれかに記載のインク。 5.前記分布幅が約70nmより小さい請求項4記載のインク。 6.着色剤の全体の割合が重量で約1から10%、好ましくはインクの重量で 約3から6%である請求項1から5のいずれかに記載のインク。 7.前記第1の添加物の全体が、約15000より大きい分子量を有する分子 の重量で3%以下、約40000より大きい分子量を有する分子の重量で1%以 下でインクに供給する請求項1から6のいずれかに記載のインク。 8.前記第1の添加物が1000より小さい、好ましくは500より小さい分 子量を有する請求項7記載のインク。 9.インクがポリビニルアルコール、遊離したヒドロキシル基を有するセルロ ース誘導体、ポリビニル・ピロリドンを有しない請求項1から8のいずれかに記 載のインク。 10.インク内に少なくとも1つの泡止め剤と粘度調整添加物と着色剤の分布を 安定化させるための添加物とを含む請求項1から9のいずれかに記載のインク。 11.非イオン界面活性剤が濃度で0.5から10重量%の範囲、好ましくは1 から5重量%の範囲を含む請求項10記載のインク。 12.100kHzより大きい、特に105から106Hzの小滴割合及び/又は 50μmより小さいか等しい直径を有するインクジェットの製造のためのノズル を有し、インクが請求項1から11のいずれかに記載のものにより使用される高 い解像度で連続的なインクジェット印刷のための方法。 13.織物基体が印刷される請求項12に記載の方法。 14.多色熱伝達パターン又は直接多色印刷が製造される請求項12又は13に 記載の方法。
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