JPS6381179A - インク組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はインクジェット・プリンタに用いるインク組成
物に関し、特に、ナトリウム陽イオンを置換することに
より染料の溶解度を増大させたインク組成物に関する。

〔従来技術とその問題点〕

インクジェット・プリンタに水性のインク（ａｑｕ−ｅ
ｏｕｓ−ｂａｓｅｄ）を使用することはよく知られてい
る。

そのような組成物は比較的安価であり、＃ＷＩ製が容易
である。従来のインク組成物は水及び通常は、ジエチレ
ングリコール等のグリコールエーテル（−般にベヒクル
という）、そして、染料からなる。

典型的には水とグリコールエーテルは一般に同じ割合で
存在し、例えばＦｏｏｄ　Ｂ１ａｃｋ２等の染料は所望
の印字密度に応じて全組成物に対して最高約６％で存在
する。

この従来のインクは一般に現在市販されている染料塩（
陽イオンとアニオン染料からなる）をそのまま使用して
いる。この染料塩はベヒクルに単に溶解させ、濾過する
ことによりインクが調製さナトリウム陽イオン等の染料
塩の沈澱を促進する陽イオンを用いて、祇又は布に固体
を形成するように設けられていた。したがって、染料は
インクジェット・プリンタのオリフィス内に液体のまま
でとどまることは容易ではない。

したがって、水性インクに常につきまとう問題点はある
期間を通じてクラスト（ｃｒｕｓｔ）が生じる傾向があ
り、最終的には印字操作の際にインクの嘱 生温を噴射させるプリンタ機構のオリフィスが閉塞する
ことを導くことである。クラスト（ｃｒｕｓｔｉｎｇ）
はプリント・ヘッド内のオリフィスの周囲にインクが結
晶化することであり、オリフィスを部分的に又は完全に
封鎖し、液滴の方向を誤らせ（部分的封鎖）又は液滴の
噴射を阻止する（完全封鎖）ようになる。このクラスト
による問題は、インク溶媒（ベヒクル）からの水の蒸発
及びこの水の損失の結果として実質的に不溶性となった
染料塩の引続く沈澱によって生じる。

クラストによる問題を解決するため、従来より多くの試
みが行われてきた。吸湿剤を加え、空気中から水蒸気を
取りこむその能力によって水の蒸発速度を低下させるこ
とが行われた。このような吸湿剤の例として水溶性ポリ
マー、アルカノールアミン、アミド及び多価アルコール
等がある。

これらの吸湿剤を用いである程度の改善は実現されたが
、クラストによる問題の完全な解決はまだ達成されてい
ない。さらに、中性から弱酸性の水性インク（ｐＨ４か
ら７）中のアニオン染料（ａｎｉｏ−ｎｉｃ　ｄｙｅ）
のクラストを防止する方法が知られていないことは明ら
かである。

染料の溶解度が増大されるインクを開発する試みが従来
より続けられている。

別の方法として、インクジェットのインクのための新し
い染料を開発することが含まれる。例えば、米国特許第
４５５７７６１号にはナトリウム、カリウム、リチウム
、アンモニウム及びアミン塩陽イオン等の陽イオンとス
ルホン酸塩を含む染料が多種開示されている。

しかし、上述の通り、ナトリウム陽イオンを有する染料
はある種の欠点を有する。カリウム陽イオンと特にクラ
ストが生じることで明らかなように染料もある種の欠点
を有する。他方、アンモニウム陽イオンを有する染料は
安定ではない。したがって、米国特許第４５５７７６１
号に列挙された陽イオンは同等であると考えることがで
きない。

最後に、多くの陽イオンは、熱インクジェット（ｔｈｅ
ｒｍａｌ　１ｎｋ−ｊｅｔ）印刷に使用されるインク中
に用いられる染料として適当ではない。この場合、コゲ
−ジョン（ｋｏｇａｔｉｏｎ）として知られている問題
が起り得る。コゲ−ジョンは熱インクジェット印刷に特
有の造語であり、加熱の結果として熱インクジェット・
プリンタの抵抗体上でインクが分解する程度で説明され
る。この加熱は、サブストレートに向って噴射されるイ
ンク小滴を形成するために用いられる。

ナトリウム含有染料はクラストの問題を明示する一方で
、この染料はまた優れたコゲーシシン特性も明示してい
る。また、改善されたクラストを示すその他の陽イオン
を含有した染料もしばしばコゲ−ジョンが悪いことを明
示している。

〔発明の目的〕

したがって、本発明の目的はベヒクル中で染料の溶解度
を明らかに増大させたインク組成物を提供することであ
る。

本発明の目的はクラストの問題が最小限となるインク組
成物を提供することである。

本発明の別の目的は、インク溶媒（ベヒクル）中の染料
のコゲ−ジョンはナトリウム陽イオンを一部又は全部置
換することによって悪影響を及ぼさないインクジェット
・プリンタのための水性のインク組成物を提供すること
である。

インクジェット・プリンタのための水性のインク組成物
を提供することである。

〔発明の概要〕

本願発明に係るインク組成物はベヒクルと各染料分子に
結合した複数個のナトリウム陽イオンを含有したアニオ
ン染料から構成され、少なくとも約１７４のこのナトリ
ウム陽イオンはリチウムによって置換されている。

リチウム陽イオンを有する染料はインクジェット印刷に
普通使用されるインク内で増大した溶解度と劣化したク
ラストを示し、しかもコゲ−ジョンが起きる傾向を全く
示さない。

〔発明の実施例〕

本発明に係るインク組成物は水性のベヒクルと染料から
なる。インクｐＨは約ｐＨ４から９の範囲である弱酸性
から弱塩基性の両領域に維持することができる。

インクのベヒクルは水と、インクジェット印刷に使用さ
れるインクに通常用いられる少なくとも１種のグリコー
ル及びグリコールエーテルからなる。このようなインク
溶媒の例としてジエチレングリコール、トリエチレング
リコール及びプロピレングリコールが挙げられる。水は
５から９５％の範囲の量で存在し、少なくとも１種のグ
リコール及び／又はグリコールエーテルでバランスされ
る。

好ましくは、ベヒクルは約５０％の水とバランスされた
ジエチレングリコール等のグリコールからなる。

ベヒクルには約０．１モルの染料、好ましくはアニオン
染料が添加される。添加する染料の量は選択条件の関数
であり、ベヒクル中の染料の溶解度（これが染料濃度の
上限を限定する）及びそのインクで達成される所望の印
字密度（これが染料濃度の下限を限定する一典型的には
約０．００５Ｍ）に大きく依存する。好ましくは、イン
ク組成物中の染料の濃度は約０．０６５Ｍである。イン
クジェットのインクに通常用いられる染料であるＦｏｏ
ｄ　Ｂ１ａｃｋ２の場合、対応する重量％濃度は、約０
．５から１０％の範囲であり、約６％が最も好ましい。

本願発明が適用される適当な染料は、１分子当り少なく
とも１個の負電荷を備える官能基を有する有機分子であ
る。スルホン酸陰イオン（Ｓ（ｈ−）基は本発明の実施
することにより特に利益が得られるので、このような基
を有する一染料が好ましい。

この点で好都合な染料はＦｏｏｄ　Ｂｌａｃｋ２（ＦＢ
２）であり、これは１分子当り２個、３個及び４個のス
ルホン　　　・峻険イオン基の混合物を有する（市販さ
れているＦＢ２の場合、スルホン酸陰イオンの有効値は
１分子当り約３．２である）。

スルホン酸陰イオンの負電荷は最も一般的には正の電荷
を有するナトリウム（Ｎａ”）の存在によって中和して
いる。他のアニオン染料も以下に詳述するように、アニ
オン染料の溶解度は本発明の教示を用いることによって
酸性媒体中で増大することにより、適切に用いることが
可能である。

本願発明に係るインク組成物に使用することができる他
のアニオン染料の例としてＤｉｒｅｃｔ　Ｒｅｄ　９、
Ｄｉｒｅｃｔ　Ｒｅｄ　２２７、Ａｃ１ｄ　Ｙｅｌｌｏ
ｗ　２３、Ｄ！ｒｅｃｔ　Ｙｅｌｌｏｗ８６、Ａｃ１ｄ
　Ｂｌｕｅ　８６、Ｄｉｒｅｃｔ　Ｂｌｕｅ　１９９及
びＡｃ１ｄＢｌｕｅ　１８５等が挙げられる。

本発明に従えば、インクジェット・プリンタで使用する
のに適した、以下のものを含むインク組成物が提供され
る： （ａｌ約５から９５％の水と少なくとも１種のバランス
されたグリコールエーテルを含むベヒクル、（ｂｌイン
ク組成物中に０．１Ｍまでの量で存在し、１分子当り少
なくとも１個の負電荷の官能基を存する染料であって、
ナトリウム陽イオンを予め錯体を形成していた複数個の
陰イオン部分のうち、少なくとも一部のナトリウム陽イ
オンがリチウム陽イオンで置換された染料。

リチウム陽イオンの存在によりベヒクル中の染料はコゲ
−ジョンによる悪影響を受けることなく溶解度が増大す
る。リチウムの存在によりまた、インクジェット・プリ
ンタのオリフィスの周囲に生ずるインクのクラストが減
少する。このクラストはインクが空気にさらされるとそ
のベヒクル中の水が蒸発することによって起る。

ナトリウム陽イオンを部分的にあるいは完全にリチウム
に置換することは様々な方法で行うことができ、その例
としてイオン交換法と逆浸透圧法が挙げられる。イオン
交換反応の場合、ナトリウム陽イオンを有する染料は酸
性型のイオン交換樹脂に通される。ナトリウム陽イオン
は水素陽イオンと置換される。次いで、イオン交換され
た染料は水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）と反応せしめられ
る。リチウム陽イオン（Ｌｉ”）は水素イオンと置換し
、この水素イオン（Ｈ゛）はヒドロキシド陰イオン（Ｏ
Ｈ−）　　と反応して水を生成する。

前記の諸性質を実質的に改善するために、少なくとも１
／４のナトリウム陽イオンがリチウム陽イオンで置換さ
れることが好ましい。しかし、諸性質の最良の組合せを
得るためには実質的に全部のナトリウム陽イオンを置換
するのが最も好ましい。

ナトリウムに対するリチウムによる置換が多い程、より
良好な色密度が得られることがわかった。

リチウムの存在により染料濃度を最高０．１００Ｍにす
ることができる。この重態上ではインクの粘性が高くな
りすぎる。実用的な目的と経済性とのため、リチウムを
含む染料の最高量は約０．０６５Ｍである。この重態上
では色密度がその最高に達し、もはや増加しない。

リチウム型染料を製造するとき製造業者に利益を与える
ために約５から１０％の過剰のリチウムがインクに存在
してもよい。

本発明に従って提供されるインク組成物は、リチウムが
置換された染料を含み、インクジェット印刷、特に熱イ
ンクジェット印刷で使用されるインクに用いられる。

皇施斑 元来すべての陰イオン部分がナトリウム陽イオンと錯体
形成をしていたＦｏｏｄ　Ｂｌａｃｋ２を用いて一連の
染料を調製した。ベヒクルは、以下に示した濃度で、ジ
エチレングリコール（以下、ＤＢＧと称す）と水とから
なるものであった。表Ｉに列挙したインクにおいて、染
料濃度はミリモル濃度（ｍ旧で示した。ナトリウム陽イ
オンをリチウム（Ｌｉ）陽イオンで置換されていないも
のから完全に置換されたものの範囲における比較を行な
った。また、比較のため、アンモニウム陽イオン（ＮＨ
４”）とカリウム陽イオン（Ｋ”″）で完全に置換され
たものも示した。

表Ｉ 実施例　陽イオン　Ｎａ置換量（ｚ）　　染料濃度（ｍ
Ｍ）Ｉ　　　　Ｎａ　　　　　　　　　　　　３９２　
　　　Ｌｉ　　　　　１００　　　　　　３９３　　　
　Ｌｉ　　　　　１００　　　　　　５２４　　　　Ｌ
ｉ　　　　　１００　　　　　　６５５　　　　　　Ｎ
Ｈ，、１００３９ ６Ｋ　　　　　　　１００　　　　　　　　３９溶解度
、クラスト、コゲ−ジョン、保存性（ｓｔｏ−ｒａｇｅ
）及び色密度変化（デルタＥ）の緒特性を次の表Ｈに示
した。溶解度は２種類のベヒクル濃度：　５０１５０　
ＤＥＧ／水及び９０／１０　ＤＥＧ／水について示した
。

保存性とは保存中の化学的及び物理的性質の安定性のこ
とである。

デルタＥは色密度の尺度である。色をＣＩＥＡＢ座標で
測定すると、Ｅは弐Ｆ１１で与えられる。

Ｅ　＝　（（Ｌ２−Ｌｌ）”　＋　（ａ２−ａυ２＋　
（ｂｚ−ｂ＋）”）　””　　（１）（式中、Ｌ％ａ及
びｂはＣＩ　ＥＬＡＢ空間におけ料の場合と表わすとデ
ルタＥは式（２）のように表わせる。

デルタＥ　＝　Ｅ　’　−Ｅ　Ｏ−（２１表■ 実施例　　溶解度　　　　クラスト　　コゲ−ジョン　
　保存１生　　デルタＥＤＥＧ／水 ＩＦＦＰＧＧＦ ２ＥＥＥ、ＧＧＦ ３ＥＥＥ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｅ
４Ｅ　　　　　　Ｅ　　　　　　Ｅ　　　　　　Ｇ　　
　　　　　　　　　　　　ＥＰ ６　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｐ　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　Ｆ前記の相対的評価は次
の尺度を基本とし、各性質についての各評価の定義は次
の通りである。

Ｅ＝優 Ｇ＝良 Ｆ＝可 Ｐ＝不可 表■を参照するとわかる通り、ナトリウム陽イオンをリ
チウム陽イオンで置換した場合、５０１５０ＤＥＧ／水
及び９０／１０　ＤＥＧ／水のいずれにおいても溶鮮度
が増大している。さらに、この置換によってコゲ−ジョ
ンによる悪影響を受けない。リチウムで置換された染料
を含有したインク組成物をその他の性質、例えば、クラ
スト、保存性及び印字品質はナトリウム陽イオンを含む
インクの場合と少なくとも同等であることがわかった。

最後に、その他の陽イオン（Ｋ”及びＮＨ４”）による
置換と比較すると、ナトリウムをリチウムで置換した場
合に得られる改善がきわだっていることが明らかとなっ
た。

以上説明した通り、インクジェット・プリンタのための
インク組成物が提供された。このインクはアニオン染料
を含み、この染料は結合していたナトリウム陽イオンの
少なくとも一部分がリチウム陽イオンで置換されている
。当業者には種々の変化と変更が容易であることが明ら
かであるが、そのような変化と変更はすべて本願発明の
範囲に含まれるものと認められている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、スルホン酸イオン等のアニオン染料に
おいて、結合するナトリウム陽イオン等の陽イオンを部
分的にあるいは完全にリチウムイオンと置換することで
、通常のヘヒクルに対する染料の溶解度が向上し、オリ
フィスを閉塞させる原因となるクラストを起こさせず、
染料の熱分解によるコゲ−ジョンも生ずることなく、熱
インクジェット等のインクジェット印刷のための、安定
なインク組成物を得ることが可能である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 約５から９５％の水とバランスされたグリコール類とグ
   リコールエーテル類を含む群より少なくとも１種類の選
   ばれた成分からなるベヒクルと、前記ベヒクルの０．１
   モル以下の量で存在し、１分子当たり少なくとも１個の
   負電荷を備える官能基を有する染料から構成され、前記
   染料は、ナトリウム陽イオンと錯体形成する複数個の陰
   イオン部分を有し、前記ナトリウム陽イオンの少なくと
   も１部分がリチウム陽イオンで置換されたことを特徴と
   するインク組成物。