JP2010525104A - インクジェットインク - Google Patents

Abstract

本発明は、アニオン自己分散性顔料、アルカリ金属カチオンと特定の保湿剤の特定の混合物を含む水性インクジェットインクに関する。インクは非常に長いレイテンシーを示す。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、その内容全体を本明細書に記載したものとして、その開示内容が参考文献として援用される、米国仮特許出願第６０／６０９２５，４３９号明細書（２００７年４月２０日出願）の優先権を主張する。

本発明は、顔料着色剤を備えた水系インクジェットインクに関し、特に、アニオン自己分散性（self-dispersing）顔料と、アルカリ金属カチオンおよび特定の保湿剤の特定の混合物とを含む水性インクジェットインクに関する。インクは、非常に長いレイテンシーを示す。

インクジェット印刷は非衝撃印刷プロセスであり、インク液滴を、紙等の基材に付着して、所望の画像を形成するものである。液滴は、マイクロプロセッサにより生成される電気信号に応答して、プリントヘッドから吐出される。インクジェットプリンタは、低コストで高品質の印刷を行うものであり、他のタイプのプリンタに代わって普及してきている。

インクジェットインクには、特に、色、噴射性、デキャップ時間（レイテンシー）、乾燥時間および貯蔵寿命をはじめとした、必要な特性が数多くある。しかしながら、ある特性を改善すると、他の特性を劣化させるため、これらの特性は両立しないことがよくある。

インクのデキャップ時間とは、プリントヘッドをキャップしないまま使用しないでいても、液滴を適切に、すなわち、方向を誤ったり、色が失われたり、速度が遅くなりすぎたりせずに噴射できる時間である。デキャップは、当技術分野では「レイテンシー」と呼ばれることがあり、これら２つの用語は区別なく用いられる。

プリントヘッドの全てのノズルが常時印刷するわけではないので、印刷の欠陥を排除するために、プリンタ保守ルーチンで、使用していないノズルを定期的に、廃棄容器（液つぼ）に向かって放出させる必要がある。しかしながら、インクが無駄になり、印刷速度が遅くなるので、プリントヘッドをできる限り低い頻度で保守することが望ましい。保守の必要を減じるには、インクは長いデキャップ時間を有しているのが好ましい。

デキャップの問題の一因となるのは、プリントヘッドが小液滴を噴射して、画像解像度を増やす傾向である。より小さい液滴の容積のために表面積を広くすると、ノズル面での揮発性ビヒクル成分の蒸発が早くなって、デキャップ時間が減少する傾向がある。

染料と顔料の両方共、インクジェットインクの着色剤として用いられており、それぞれ特定の利点がある。顔料インクは、染料インクよりも水堅牢性および光堅牢性画像を与え、有利である。黒色インクに関して、カーボンブラック顔料は、染料着色剤よりも高い光学密度を与えることができる。

インクに用いるには、顔料をインクビヒクル分散液に対して安定化させなければならない。顔料の安定化は、ポリマー分散液や界面活性剤等、別個の分散剤を用いることにより行うことができる。あるいは、顔料表面を分散性付与基に化学的に変性させて、別個の分散剤なしで分散剤に安定ないわゆる「自己分散可能」または「自己分散性（self-dispersing）」顔料（以降「ＳＤＰ」）を形成することができる。

ＳＤＰは、同じ顔料充填量で、安定性が増大し、粘度が低くなる点で、従来の分散剤安定化顔料より有利なことが多い。これにより、最終インクにおける処方の自由度を広げることができる。

米国特許第６，０６９，１９０号明細書および米国特許出願公開第２００７／００４０８８０号明細書には、改善されたレイテンシーを示すＳＤＰ着色剤によるインクジェットインク処方が開示されている。

米国特許第６，３２８，８９４号明細書、同第６，４６８，３４２号明細書および同第６，８５２，１５６号明細書には、様々なアルカリ金属またはアンモニウム対イオンを備えたアニオンＳＤＰの分散液が開示されている。インクジェットインクにこれらの分散液を用いることも開示されている。

米国特許出願公開第２００４／０２３３２６３号明細書および同第２００５／００８７１０５号明細書には、Ｃａｂ−Ｏ−Ｊｅｔ（登録商標）３００自己分散性顔料およびＬｉＯＨまたはＬｉＣｌ添加剤を含む水性インクジェットインク処方が開示されている。しかしながら、この参考文献には本発明は開示されていない。

米国特許出願第２００５／００３２９３０号明細書には、リチウム対イオンを有するアニオンＳＤＰと、カリウム対イオンを有するアニオンポリマーとを含むインクジェットインクが開示されている。

米国特許出願公開第２００５／００２０７３０号明細書にもまた、リチウム対イオンを有するアニオンＳＤＰと、ポリマーとを含むが、ポリマーに関連する対イオンは特定されていない、インクジェットインクが開示されている。

現在のＳＤＰインクジェットインク組成物は、うまく噴射されているが、当該技術分野においては、尚、必要とされており、本発明の目的は、他の有利な印刷特性を保持しながら、長いデキャップ時間を有するＳＤＰインクジェットインクを提供することである。

本発明の目的によれば、水性ビヒクルと着色剤と第１および第２のカチオン種とを含むインクジェットインクが提供される。

着色剤は、アニオン分散性付与表面基を備えた自己分散性（self-dispersed）顔料を含む。第１のカチオン種は、Ｌｉ⁺からなり、インクの単位重量当たりのモル濃度Ｍ１を有する。第２のカチオン種は、Ｎａ⁺、Ｋ⁺、Ｒｂ⁺、Ｃｓ⁺からなる群から選択される構成要素または構成要素の組み合わせであり、インクの単位重量当たりのモル濃度Ｍ２を有する。Ｍ１対Ｍｔｏｔのモル比は、以下の式１：
０．０１≦Ｍ１／Ｍｔｏｔ≦０．５ （式１）
を満たし、Ｍｔｏｔは、インクの単位重量当たりの第１および第２のカチオン種の累積モル濃度（Ｍｔｏｔ＝Ｍ１＋Ｍ２）である。

水性ビヒクルは、水と第１の保湿剤とを含む。第１の保湿剤は、２−ピロリドン、ジ−（２−ヒドロキシエチル）−５，５−ジメチルヒンダトイン、スルホラン、テトラメチレンスルホキシド、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンおよびイミダゾリジノンからなる群から選択される構成要素または構成要素の組み合わせである。

本発明の一実施形態によれば、水性ビヒクルは、第１の保湿剤に加えて、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールおよびこれらの混合物からなる第２の保湿剤をさらに含む。

合計カチオン濃度、Ｍｔｏｔは、自己分散性（self-dispersed）顔料のアニオン基のインク単位重量当たりのモル濃度以上であるのが好ましい。

第１および第２のカチオン種の比を調節することによって、本明細書の教示に従って、第２のカチオン種のみを含み、第１のカチオン種を含まない同様の組成のインクに比べて、レイテンシーを大幅に向上させることができる。

本発明のこれらおよびその他特徴ならびに利点は、当業者であれば、以下の詳細な説明を読むことにより、容易に理解されるであろう。明確にするために、上述および別個の実施形態で後述する本発明の特定の特徴もまた単一の実施形態において組み合わせで提供されてもよいものと考えられる。反対に、簡潔にするために、単一の実施形態で記載された本発明の様々な特徴も、別個に、またはサブコンビネーションで提供されてもよい。さらに、特に別記しない限り、単数で参照されたものには、複数も含まれる（例えば、「１つ」は１つ、または１つ以上を参照している）。また、範囲で示された値を参照する場合には、その範囲内のそれぞれ、および各値が含まれる。

本発明のインクジェットインク、および一般にインクジェットインクは、ビヒクル、着色剤および任意のその他の成分、例えば、界面活性剤、バインダー、緩衝剤、殺生物剤等を含む。インクビヒクルは、着色剤および任意の添加剤のための液体キャリア（または媒体）である。インク着色剤とは、色を与えるインクの任意および全ての種のことを指す。インク着色剤は、単色種または最終インク色を集合的に定義する複数色種とすることができる。当該技術分野において公知の典型的な着色剤は、ビヒクルに可溶（染料）または不溶（顔料）とすることができる。

ビヒクル
「水性ビヒクル」という用語は、水と、共溶媒または保湿剤と一般的に呼ばれている１つまたは複数の有機水溶性ビヒクル成分とを含むビヒクルのことを指す。当技術分野では、共溶媒が、印刷基材上のインクの浸透および乾燥を補助できるときは、浸透剤と呼ばれることがある。

水溶性有機溶媒および保湿剤としては、アルコール、ケトン、ケト−アルコール、エーテルおよびその他、例えば、チオジグリコール、スルホラン、２−ピロリドン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンおよびカプロラクタム、グリコール、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、トリメチレングリコール、ブチレングリコールおよびヘキシレングリコール、オキシエチレンまたはオキシプロピレンの付加ポリマー、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等、トリオール、例えば、グリセロールおよび１，２，６−ヘキサントリオール、多価アルコールの低級アルキルエーテル、例えば、エチレングリコールモノメチルエーテル、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メチル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、多価アルコールの低級ジアルキルエーテル、例えば、ジエチレングリコールジメチルまたはジエチルエーテル、ウレアおよび置換ウレアが例示される。

一般に浸透剤として作用する共溶剤としては、高級アルキルグリコールエーテルおよび／または１，２−アルカンジオールが例示される。グリコールエーテルとしては、例えば、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−ｎ−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−イソ−プロピルエーテル、ジエチレングリコールモノ−イソ−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル、エチレングリコールモノ−ｔ−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−ｔ−ブチルエーテル、１−メチル−１−メトキシブタノール、プロピレングリコールモノ−ｔ−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノ−ｎ−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ−イソ−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−ｎ−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−ｎ−プロピルエーテルおよびジプロピレングリコールモノ−イソプロピルエーテルが挙げられる。１，２−アルカンジオール浸透剤としては、例えば、１，２−（Ｃ₅〜Ｃ₈）アルカンジオール、特に、１，２−ペンタンジオールおよび１，２−ヘキサンジオールが挙げられる。

水性ビヒクルは、典型的に、約６５重量％〜約９５％重量の水を含有し、残部（すなわち、約３５％〜約５％）は、有機水溶性ビヒクル成分である。インク中の水性ビヒクルの量は、典型的に、約７５重量％〜約９９．８重量％の範囲内である。

本発明において所定の水性ビヒクルは、水と第１の保湿剤とを含む。第１の保湿剤は、２−ピロリドン、ジ−（２−ヒドロキシエチル）−５，５−ジメチルヒンダトイン、スルホラン（テトラメチレンスルホンおよびテトラハイドロチオフェン−１，１−ジオキシドとしても知られている）、テトラメチレンスルホキシド（テトラヒドロチオフェンオキシドとしても知られている）、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンおよびイミダゾリジノンからなる群から選択される構成要素または構成要素の組み合わせである。最終インク中の第１の保湿剤の量は、通常、約１重量％〜約３５重量％、より典型的には、約２重量％〜約３０重量％である。好ましい実施形態において、第１の保湿剤は、約４重量％〜約２５重量％の範囲のレベルでインク中に存在する。さらにより好ましくは、第１の保湿剤レベルは、５重量％を超える。

他の実施形態において、本発明は、第１の保湿剤に加えて、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールおよびこれらの混合物からなる群から選択される構成要素または構成要素の組み合わせから選択される第２の保湿剤を含む。第２の保湿剤の量は、いずれにしても存在する場合は、通常、約１重量％〜約２５重量％、より典型的には、約２重量％〜約２０重量％である。好ましい実施形態において、第２の保湿剤は、約３重量％〜約１８重量％のレベルでインク中に存在する。

上述したビヒクル、共溶剤および保湿剤のパーセンテージは、インクの総重量に基づく重量パーセントである。

着色剤
顔料は、定義によれば、インクビヒクルに実質的に不溶であり、安定な分散液を形成するために処理されなければならない。本発明によるインクは、自己分散性顔料（「ＳＤＰ」）着色剤を含み、親水性分散性付与基でその表面が化学的に変性された顔料を指す用語であり、別の分散剤を用いずに水性ビヒクル中で安定した分散がなされる。より具体的には、本発明において、親水性分散性付与表面基はイオン性であり、さらにより具体的には、分散性付与表面基はアニオンである。

ＳＤＰは、官能基または官能基を含有する分子を、顔料表面にグラフトすることにより、物理的処理（例えば、真空プラズマ）により、または化学処理（例えば、オゾン、次亜塩素酸等による酸化）により調製してもよい。親水性官能基の単一種または複数種を、１つの顔料粒子に結合してもよい。

最も一般的には、分散性付与基のアニオン部分は、カルボキシレート（カルボキシルとも呼ばれる）またはスルホネート基であり、水性ビヒクルに分散したとき、ＳＤＰに負電荷を与える。カルボキシレートまたはスルホネート基は、一価および／または二価のカチオン対イオンに、通常、関連している。

自己分散性顔料は、例えば、米国特許第５，５７１，３１１号明細書、第同第５，６０９，６７１号明細書、第同第５，９６８，２４３号明細書、第同第５，９２８，４１９号明細書、第同第６，３２３，２５７号明細書、第同第５，５５４，７３９号明細書、第同第５，６７２，１９８号明細書、第同第５，６９８，０１６号明細書、第同第５，７１８，７４６号明細書、第同第５，７４９，９５０号明細書、第同第５，８０３，９５９号明細書、第同第５，８３７，０４５号明細書、第同第５，８４６，３０７号明細書、第同第５，８９５，５２２号明細書、第同第５，９２２，１１８号明細書、第同第６，１２３，７５９号明細書、第同第６，２２１，１４２号明細書、第同第６，２２１，１４３号明細書、第同第６，２８１，２６７号明細書、第同第６，３２９，４４６号明細書、第同第６，３３２，９１９号明細書、第同第６，３７５，３１７号明細書、第同第６，２８７，３７４号明細書、第同第６，３９８，８５８号明細書、第同第６，４０２，８２５号明細書、第同第６，４６８，３４２号明細書、第同第６，５０３，３１１号明細書、第同第６，５０６，２４５号明細書および第同第６，８５２，１５６号明細書に記載されている。

ＳＤＰの商業的供給源としては、Ｃａｂｏｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ，ＭＡ，ＵＳＡ）、Ｔｏｙｏ Ｉｎｋ ＵＳＡ ＬＬＣ（Ａｄｄｉｓｏｎ，ＩＬ，ＵＳＡ）およびＯｒｉｅｎｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ（Ｋｅｎｉｌｗｏｒｔｈ，ＮＪ，ＵＳＡ）が挙げられる。

表面処理の量（官能化度）は変えることができる。官能化度（単位表面積当たりのＳＤＰの表面に存在する親水性基の量）が顔料表面１メートル当たり約３．５μｍｏｌ（３．５μｍｏｌ／ｍ²未満）未満、より好ましくは約３．０μｍｏｌ／ｍ²未満のときに、有利な（高い）光学密度が達成できる。約１．８μｍｏｌ／ｍ²未満、さらに約１．５μｍｏｌ／ｍ²未満の官能化度も好適であり、ＳＤＰの特定の具体的なタイプに好ましい。

インクジェットインクに有用な色の特性を備えた顔料としては、（シアン）ピグメントブルー１５：３およびピグメントブルー１５：４、（マゼンタ）ピグメントレッド１２２およびピグメントレッド２０２、（イエロー）ピグメントイエロー１４、ピグメントイエロー７４、ピグメントイエロー９５、ピグメントイエロー１１０、ピグメントイエロー１１４、ピグメントイエロー１２８およびピグメントイエロー１５５、（レッド）ピグメントオレンジ５、ピグメントオレンジ３４、ピグメントオレンジ４３、ピグメントオレンジ６２、ピグメントレッド１７、ピグメントレッド４９：２、ピグメントレッド１１２、ピグメントレッド１４９、ピグメントレッド１７７、ピグメントレッド１７８、ピグメントレッド１８８、ピグメントレッド２５５およびピグメントレッド２６４、（グリーン）ピグメントグリーン１、ピグメントグリーン２、ピグメントグリーン７およびピグメントグリーン３６、（ブルー）ピグメントブルー６０、ピグメントバイオレット３、ピグメントバイオレット１９、ピグメントバイオレット２３、ピグメントバイオレット３２、ピグメントバイオレット３６およびピグメントバイオレット３８ならびに（ブラック）カーボンブラックが例示される。しかしながら、これらの顔料のうちいくつかは、ＳＤＰとして調製するには好適でないものもあり、着色剤の選択は、所定の表面処理方法との適合性により決まる。着色剤は、本明細書においては、Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｄｙｅｒｓ ａｎｄ Ｃｏｌｏｕｒｉｓｔｓ， Ｂｒａｄｆｏｒｄ， Ｙｏｒｋｓｈｉｒｅ， ＵＫにより「Ｃ．Ｉ．」表示で参照されており、Ｔｈｅ Ｃｏｌｏｒ Ｉｎｄｅｘ，Ｔｈｉｒｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，１９７１年に公開されている。

好ましい実施形態において、ＳＤＰ表面上のアニオン官能基は、第１級カルボキシル基またはカルボキシルとヒドロキシル基の組み合わせである。さらにより好ましくは、アニオン分散性付与基は、顔料表面に直接付加しており、第１級カルボキシル基またはカルボキシルとヒドロキシルの組み合わせである。

アニオン分散性付与基が顔料表面に直接付加した好ましいＳＤＰは、例えば、米国特許第６，８５２，１５６号明細書に記載の方法により製造される。この引例に記載された方法により処理されたカーボンブラックは、高表面活性水素含量を有しており、非常に安定した水中分散液を提供するために塩基で中和されている。この方法を着色顔料に適用することも可能である。

処方インクに用いるＳＤＰのレベルは、典型的に、所望の光学密度を印刷画像に付与するのに必要なレベルである。典型的に、ＳＤＰレベルは、インクの約０．０１〜約１０重量％の範囲である。

本発明で規定されるインク着色剤は、ＳＤＰを含んでいなければならないが、他の着色種をさらに含んでいてもよい。好ましい実施形態において、着色剤は、ＳＤＰのみからなる。すなわち、事実上、インク中のありとあらゆる着色種が、自己分散性顔料である。

その他の成分（添加剤）
その他の成分、添加剤を、インクジェットインクに処方してもよく、かかるその他の成分が、インクの安定性および噴射性を妨害しない程度とする。これは、所定の実験により容易に求められる。かかるその他の成分は、一般的な意味では、当技術分野で周知である。

一般的に、界面活性剤をインクに添加して、表面張力および湿潤特性を調整する。好適な界面活性剤としては、エトキシル化アセチレンジオール（例えば、Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ製Ｓｕｒｆｙｎｏｌｓ（登録商標）シリーズ）、エトキシル化第１級（例えば、Ｓｈｅｌｌ製Ｎｅｏｄｏｌ（登録商標）シリーズ）および第２級（例えば、Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ製Ｔｅｒｇｉｔｏｌ（登録商標）シリーズ）アルコール、スルホコハク酸（例えば、Ｃｙｔｅｃ製Ａｅｒｏｓｏｌ（登録商標）シリーズ）、オルガノシリコーン（例えば、Ｗｉｔｃｏ製Ｓｅｌｗｅｔ（登録商標）シリーズ）およびフルオロ界面活性剤（例えば、ＤｕＰｏｎｔ製Ｚｏｎｙｌ（登録商標）シリーズ）が挙げられる。界面活性剤は、典型的に、約５％までの量で、より典型的には、２％以下の量で用いられる。

エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、イミノ二酢酸（ＩＤＡ）、エチレンジアミン−ジ（ｏ−ヒドロキシフェニル酢酸）（ＥＤＤＨＡ）、ニトリロ三酢酸（ＮＴＡ）、ジヒドロキシエチルグリシン（ＤＨＥＧ）、トランス−１，２−シクロヘキサンジアミン四酢酸（ＣｙＤＴＡ）、ジエチレントリアミン−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ”，Ｎ”−五酢酸（ＤＴＰＡ）およびグリコールエーテルジアミン−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−四酢酸（ＧＥＤＴＡ）およびこれらの塩等の金属イオン封鎖剤（またはキレート化剤）を含めると、例えば、重金属不純物の有害な影響を排除するのに有利である。

例えば、カチオン比を調節するために、キレート化剤以外の塩を用いてもよい。殺生物剤を用いて、微生物の成長を抑えてもよい。

ポリマー（バインダーと呼ばれることもある）をインクに添加して、耐久性を改善してもよい。ポリマーは、ビヒクルにおいて可溶、または分散させることができ、イオンまたはノニオンとすることができる。アニオンポリマーは、後述する実施例で述べるとおり、特に、カチオン比の調節に有利と考えられる。

好ましいアニオンポリマーは、ポリマーに組み込まれたカルボン酸基（酸形態または「カルボキシレート」として中和されたもの）を有するカルボキシ基含有ポリマーである。ポリマーは、エーテル、ヒドロキシルおよびアミド基等の他のイオンまたはノニオン親水性基を含有していてもよい。

可溶ポリマーとしては、鎖状ホモポリマー、コポリマーまたはブロックコポリマーが挙げられ、それらは、グラフトまたは分岐ポリマー、スター、デンドリマー等を含む構造化ポリマーとすることもできる。分散ポリマーとしては、例えば、ラテックスおよびヒドロゾルが挙げられる。ポリマーは、これらに限られるものではないが、フリーラジカル、基転移、イオン、ＲＡＦＴ、縮合およびその他の種類の重合をはじめとする公知のプロセスにより作製してよい。それらは、溶液、乳化または懸濁重合プロセスにより作製される。

可溶／分散性カルボキシル基含有ポリマーとしては、アクリレート、メタクリレート、スチレン、置換スチレン、α−メチルスチレン、置換α−メチルスチレン、ビニルナフタレン、ビニルピロリドン、無水マレイン酸、ビニルエーテル、ビニルアルコール、ビニルアルキル、ビニルエステル、ビニルエステル／エチレンコポリマー、アクリルアミドおよびメタクリルアミドのコポリマーが挙げられる。カルボキシル基含有ポリマーはまた、ポリエステルまたはポリウレタンであってもよい。ポリマー添加剤の好ましい部類としては、アニオンアクリル、スチレン−アクリルまたはポリウレタンポリマーが挙げられる。

ポリマーを含有するカルボキシル基の好ましい基は、鎖状かつビヒクルに可溶である。好ましい数平均分子量（Ｍｎ）は、１，０００〜２０，０００の範囲、より好ましくは１，０００〜１０，０００、最も好ましくは２，０００〜６，０００である。特に好ましい可溶鎖状ポリマーは、（メタ）アクリル酸および／またはその誘導体のモノマーを実質的に含み、Ｍｎは約４０００〜約６０００である。

可溶ポリマーが存在するとき、そのレベルは、通常、インクの総重量に基づいて、約０．０１重量％〜約３重量％である。上限は、インク粘度またはその他物理的な制限により決まる。

カチオン
本発明によれば、インクは、第１のカチオン種（Ｌｉ⁺）および第２のカチオン種（Ｎａ⁺、Ｋ⁺、Ｒｂ⁺およびＣｓ⁺のいずれか１つまたは組み合わせ）を含有している。本明細書に規定されたとおり、第１および第２のカチオン種の相対比を調節することにより、第２のカチオン種または第１のカチオン種のみを含む同様のインクに比べて、大幅に向上したデキャップが得られる。デキャップ時間の増大は、通常、少なくとも５０または１００％であり、後述する実施例に示すとおり、デキャップの増大は、第２のカチオン種のみを含み、第１のカチオン種を含まない同じインクの１０倍となり得る。

インクの単位重量当たりの第１のカチオン種のモル濃度を「Ｍ１」と称す。インクの単位重量当たりの第２のカチオン種のモル濃度を「Ｍ２」と称す。インクの単位重量当たりの合計アルカリ金属モル濃度（Ｍｔｏｔ）は、インクの単位重量当たりの第１のカチオン種および第２のカチオン種の累積モル濃度である（すなわち、Ｍｔｏｔ＝Ｍ１＋Ｍ２）。

存在するアルカリ金属カチオンのモル含量（Ｍｔｏｔ）は、インクの単位重量当たりの自己分散性顔料のアニオン基のモル含量（Ｍ＿アニオンと称す）以上であるのが好ましい。インク中のアニオン基のモル含量は、顔料の単位重量当たりの表面処理の量およびインク中の自己分散性顔料の量（重量パーセント）の関数である。「過剰」のアルカリ金属カチオンの存在（Ｍｔｏｔ＞Ｍ＿アニオン）は、長いデキャップを得るのに有利な傾向がある。

本明細書で参照した第１および第２のカチオンは、「利用可能な」形態でなければならない。すなわち、ビヒクルに可溶または少なくとも不安定であることを意味する。

最良（最長）のデキャップを得るための第１および第２のカチオンの比の範囲（「最適比」）は極めて狭い。そして、最適比は、カチオンが存在するか、過剰のカチオンの存在およびアニオンポリマーの存在等のその他の因子によってシフトする。本明細書になされた教示により、当業者であれば、適切なカチオンレベルおよび比を容易に決めることができる。

通常、最適のＭ１／Ｍｔｏｔ比は、約０．０１〜約０．５である。第２のカチオン種が、主に、または完全にＫ⁺で、実質的にアニオンポリマーがインク中に存在しないときは、Ｍ１対Ｍｔｏｔの好ましい比は、約０．０１〜約０．１５である。第２のカチオン種が、主に、または完全にＮａ⁺で、実質的にアニオンポリマーがインク中に存在しないときは、Ｍ１対Ｍｔｏｔの好ましい比は、約０．１８〜約０．５である。インクがアニオンポリマーも含むときは、Ｍ１対Ｍｔｏｔの好ましい比は、約０．２〜約０．５である。

ナトリウムは環境に広がっており、ナトリウムカチオンは、故意に添加しなくても、インク中で検出される（例えば、１または２ｐｐｍ以上）。しかしながら、他のアルカリ金属のレベルは、故意に添加しないと典型的に皆無（例えば、約１または２ｐｐｍ未満）である。

顔料インク中に存在するカチオンは、標準的な方法、例えば、カチオン交換カラム（ＣＳ１２Ａカラム、Ｄｉｏｎｅｘ Ｃｏｒｐ．（Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ，Ｃａｌｉｆ．）製）を備えたイオンクロマトグラフィー、および、例えば、ＰＥ Ｏｐｔｉｍａ（Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ Ｌｉｆｅ ａｎｄ Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ（Ｓｈｅｌｔｏｎ，Ｃｏｎｎ．））等の市販の計器を備えた誘導結合プラズマ発光分析（ＩＣＰ／ＯＥＳ）等により測定することができる。

分析前、塩酸の添加による沈殿で、顔料をインクから除去する。沈殿した顔料は、超遠心分離により分離され、得られる透明な上澄みのカチオンを分析する。

インク特性
噴射速度、液滴の分離長さ、液滴サイズおよび流れ安定性は、インクの表面張力および粘度に大きく影響される。顔料インクジェットインクの表面張力は、典型的に、２５℃で約２０ｍＮ．ｍ^-1〜約７０ｍＮ．ｍ^-1である。粘度は、２５℃で３０ｍＰａ．ｓと高くすることができるが、典型的にはこれよりやや低い。インクは、広い範囲の吐出条件、材料構造、ノズルの形状およびサイズと適合する物理特性を有している。インクは、インクジェット装置をかなりの程度詰まらせないよう、長期間にわたって良好な貯蔵安定性を有していなければならない。さらに、インクは、接触するインクジェット印刷装置の部品を腐食してはならず、実質的に無臭かつ無毒でなければならない。

特定の粘土範囲またはプリントヘッドに限定されないが、本発明のインクは、低粘度用途に特に向いている。このように、本発明のインクの粘度（２５℃）は、約７ｍＰａ．ｓ未満、約５ｍＰａ．ｓ未満、さらに有利には約３．５ｍＰａ．ｓ未満とすることができる。サーマルインクジェットアクチュエータは、インク液滴を吐出するのに瞬間的な加熱／発泡に依存しており、液滴形成のこのメカニズムには、通常、低粘度のインクが必要である。このように、本インクは、サーマルプリントヘッドに特に有利である。

基板
基材は、一般的な電子写真感光紙等の普通紙、処理済み用紙、例えば、写真品質インクジェット紙、テキスタイル、およびポリ塩化ビニルやポリエステル等のポリマーフィルムを含む非多孔性基材をはじめとする好適な基材とすることができる。

以下の実施例は本発明を例示するものであるが、それに限定されない。

示した処方の成分を分散液に混合しながら添加し、２．５ミクロンのフィルタを通してろ過して、大き過ぎる材料を除去することにより、以下の実施例のインクを調製した。別記しない限り、水を脱イオンした。成分量は、インクの総重量の重量パーセントである。Ｓｕｒｆｙｎｏｌ（登録商標）４６５は、Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ，ＰＡ，ＵＳＡ）製である。Ｄａｎｔｏｃｏｌ（登録商標）ＤＨＥは、Ｌｏｎｚａ，Ｉｎｃ．（Ａｌｌｅｎｄａｌｅ，ＮＪ，ＵＳＡ）製ジ−（２−ヒドロキシエチル）−５，５−ジメチルヒンダトイン（ＣＡＳ Ｎｏ．２６８５０−２４−８）である。

分散液１
カーボンブラック（Ｎｉｐｐｅｘ１８０、Ｄｅｇｕｓｓａ製、表面積約２６０ｍ²／ｇ）を、米国特許第６，８５２，１５６号明細書に記載されたプロセスに従って、オゾンにより酸化して、表面に直接付加したカルボン酸基を形成した。処理中、水酸化カリウムを用いて、処理顔料を中和し、表面酸基を塩形態に変えた。中和した混合物を、限外濾過により精製して、遊離酸、塩および汚染物質を除去した。精製プロセスを行って、混合物の導電性がならされ、比較的一定のままとなるまで、顔料を脱イオン水で繰り返し洗浄した。

回収後、自己分散性カーボンブラック顔料（カリウム塩形態）の１２．８重量パーセントの分散液を、３．５ｍＰａ．ｓ（２５℃）の粘度で得た。平均粒径は約９８ｎｍであった。

分散液２
分散液２は、出発顔料がＤｅｇｕｓｓａ（表面積は１５０ｍ²／ｇ）製Ｓ１６０であり、水酸化リチウムを中和剤として用いて、リチウム塩形態でＳＤＰとした以外は、分散液１と同様であった。平均粒径は約１１０ｎｍであった。

分散液３
分散液３は、約１５重量パーセントの濃度で、水に分散させたＣａｂｏｊｅｔ（登録商標）３００（Ｃａｂｏｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製自己分散性カーボンブラック顔料）であった。これは、スペーサ基により顔料表面にグラフトされたカルボキシル基を備えたグラフトタイプのＳＤＰである。カチオン対イオンはナトリウムであった。

分散液４
分散液４は、分散液１のアンモニウム塩形態であり、分散液１にイオン交換を行って、Ｋ⁺をＮＨ₄ ⁺に換えることにより調製した。

分散液５
分散液５は、分散液１のナトリウム塩形態であり、分散液１にイオン交換を行って、Ｋ⁺をＮａ⁺に換えることにより調製した。

バインダー１（ポリマー添加剤）
バインダー１は、モノマーレベルを調節して示した比とした以外は、米国特許第５，５１９，０８５号明細書に記載された「調製４」と同様のやり方で調製された、メタクリル酸／／ベンジルメタクリレート／／エチルトリエチレングリコールメタクリレート（１３／／１５／／４）のブロックコポリマーであった。中和剤は、ポリマーのリチウム塩形態を与える水酸化リチウムであった。数平均分子量は約５，０００であり、重量平均分子量は約６，０００ｇ／モルであった。

バインダー２（ポリマー添加剤）
バインダー２は、中和剤が水酸化カリウムで、ポリマーのカリウム塩形態を与えた以外は、バインダー１と同様のブロックコポリマーであった。

光学密度
Ｃａｎｏｎ ｉ５６０プリンタで、ＨＰ ｏｆｆｉｃｅ、Ｘｅｒｏｘ４０２４およびＨａｍｍｅｒｍｉｌｌ Ｃｏｐｙ Ｐｌｕｓ普通紙にインクを印刷した。記録された光学密度（ＯＤ）値は、Ｇｒｅｙｔａｇ Ｍａｃｂｅｔｈ Ｓｐｅｃｔｒｏｌｉｎｏ分光計で測定された１００％被覆率での印刷領域であった。

カチオン分析方法
分析前に、添加した塩酸での沈殿により、顔料をインクから除去した。沈殿した顔料は、超遠心分離により分離し、得られた透明な上澄みを、ＰＥ Ｏｐｔｉｍａ計器（Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ Ｌｉｆｅ ａｎｄ Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ（Ｓｈｅｌｔｏｎ，Ｃｏｎｎ．））を用いて、誘導結合プラズマ発光分析（ＩＣＰ／ＯＥＳ）によりカチオンについて分析した。

このＩＣＰ法によってまた、約２ｐｐｍの感度で、リチウム、ナトリウム、カリウムおよびルビジウムも検出できた。セシウムは正確に検出できず、記録した濃度は処方に基づいて計算された。ＩＣＰは金属イオンについてのみ好適であるため、アンモニウム濃度もまた、処方に基づいて計算した。

カチオンレベルを、合計インク中の百万分の一（ｐｐｍ）カチオンとしての重量基準と、ＳＤＰ１グラム（ｇ−ＳＤＰ）当たりのカチオンのマイクロモル（μｍｏｌ）としてのモル基準との２つのやり方で記録する。マイクロモルは１０^-6モルである。ｇ−ＳＤＰ当たりのμｍｏｌの計算は、（１００）（カチオンｐｐｍ）／（重量％ＳＤＰ）（カチオン分子量）である。

インク中のＳＤＰの特定の重量パーセントから、ｇ−ＳＤＰ当たりのカチオンのμｍｏｌを、インクの単位（単位は請求項に指定されている）重量当たりのカチオンのモルに変換することができる。ただし、単位相殺と比は同じであるため、モル比Ｍ１／Ｍｔｏｔを計算するのに換算は必要ない。

レイテンシー試験
試験中、インクカートリッジを保守しないよう変更したＨｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ ８５０プリンタを用いて、以下の手順に従ってレイテンシー（デキャップ時間）を求めた。試験を始める直前、ノズルを準備し、ノズルチェックパターンを実施して、全ノズルが許容できる噴射をするようにした。それ以上の保守は行わなかった。

ページを横切る走査中、ペンは、約１／１６インチ間隔の空いた１４９本の垂直線のパターンを印刷する。１滴を噴射する全てのノズルにより各垂直線は形成される。従って、線は、１滴の幅と、プリントヘッドにあるノズル配列の長さに対応する約１／２インチの高さである。各走査における第１の垂直線は、所定のレイテンシー期間後、各ノズルから噴射された第１の液滴であり、第５の線は、その走査での各ノズルからの第５の液滴であり、全１４９の線についても同様であった。

走査間で時間の間隔（デキャップ時間）を長くして、このパターンを繰り返した。走査間で標準の時間の間隔は、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００および１０００秒であった。１０００秒を超えるものは試さなかった。

試験終了時に、各走査の第１、第５、第３２の垂直線の一貫性、誤った方向の液滴付着および印刷の明瞭性について調べた。これらの線は、所定のレイテンシー期間後のノズルから吐出されたインク液滴の第１、第５および第３２の液滴に相当する。デキャップ時間は、大きな欠陥なしで、特定の垂直線を印刷できる最長の時間の間隔であった。

ペンは、第１の液滴に適切に噴射するのが好ましい。しかしながら、第１の液滴が適切に吐出されないときは、第５および第３２の液滴についてのデキャップ時間は、詰まりの程度や、ノズルをいかに容易に元の状態に戻せるかに関する情報を与えることができる。

下記の表の結果には、第１の液滴デキャップ時間のみを示してあり、秒の単位で「デキャップ時間」として単純な値で示してある。

実施例１
以下の表にまとめた本実施例のインクは、リチウムとカリウムカチオンの混合物の利点を立証するものである。Ｍｔｏｔは、ＳＤＰの単位重量当たりの、インク中に存在する全アルカリ金属カチオンのモル量である（すなわち、Ｍｔｏｔ＝Ｍ１＋Ｍ２）。

インク１Ｂ〜１Ｅは、リチウム中和ＳＤＰ分散液とカリウム中和ＳＤＰ分散液を異なる比で化合してある。これらのインクにおいて「余分な」カチオンがなく効率的であった。存在するカチオンは全て、中和ＳＤＰ分散液のカルボキシル基と関連している。混合カチオンは、別個のカチオンのある対照試料よりも良い（長い）デキャップを与えることが分かる。

本実施例および他の実施例で見られるのは、ナトリウム種を故意に添加しなくても、バックグラウンドレベルで存在するナトリウムである。

インク１Ｇ〜１Ｋは、酢酸リチウムを、カリウム中和分散液に添加することにより、Ｍ１／Ｍｔｏｔ比を調節している。このように、中和ＳＤＰに対して「過剰の」カチオンがあり、最適比でのデキャップが、過剰のカチオンのないインクにおけるよりも良好であることから、過剰のカチオンは有利であるように考えられる。

インク１Ｌ〜１Ｎは、水酸化カリウムを、リチウム中和分散液に添加することにより、Ｍ１／Ｍｔｏｔ比を調節している。所望のカチオン比を得るには、大量のカリウムを添加しなければならないことから、導電性が特に高い。

本実施例におけるインクのカチオン分析を以下の表にまとめてある。

実施例２
以下の表にまとめた本実施例のインクは、ナトリウムのみからなる第２のカチオンを備えたリチウムを立証するものである。インク２ａは、ナトリウムはあるがリチウムのない対照例である。インク２Ｂは、ナトリウム中和分散液（余分のカチオンのない）と組み合わせて、リチウム中和分散液を利用することにより、Ｍ１／Ｍｔｏｔ比を調節している。インク２Ｃ〜２Ｅは、酢酸リチウムを、ナトリウム中和分散液に添加することにより、Ｍ１／Ｍｔｏｔ比を調節している。

結果によれば、混合分散液によるインク２Ｂは、ナトリウム分散液のみによる同じインク（対照例２Ａ）またはリチウム分散液のみによる同じインク（前の実施例の対照例１Ｆ）よりも良好なデキャップを有することが示されている。同様に、Ｍ１／Ｍｔｏｔ比は、塩の形態で、「過剰のカチオンを添加することにより調節することができる。前の実施例と同様に、最少レベルのアルカリ金属カチオンだけを存在させるときよりも良好なデキャップを得るには、過剰のカチオンが有利と考えられる。

本実施例におけるインクのカチオン分析を以下の表にまとめてある。インク２Ｃ、２Ｄおよび２Ｅについて括弧内に示されたカチオンレベルは、式に基づいて計算された値であった。

実施例３
以下の表にまとめた本実施例のインクは、第２のカチオンとしてのルビジウム（インク３Ｃ）またはセシウム（インク３Ｄ）の使用を立証するものである。結果によればまた、改善されたデキャップが示されている。リチウムなしで、Ｋ／Ｒｂ（対照例インク３Ａ）またはＫ／Ｃｓ（対照例インク３Ｂ）の組み合わせでは、利点のあるデキャップは得られない。インク３Ｂおよび３Ｄにおいて括弧内に示されたセシウムレベルは、式に基づいて計算された値であった。

実施例４
以下の表にまとめた本実施例のインクは、処方にアニオンポリマーを含む。インク４Ａ〜４Ｄは、カリウム中和分散液のリチウム中和アニオンポリマーバインダー添加剤との組み合わせにより、Ｍ１／Ｍｔｏｔ比を達成している。

インク４Ｅ〜４Ｈは、リチウム中和分散液のカリウム中和アニオンポリマーとの組み合わせにより、Ｍ１／Ｍｔｏｔ比を達成している。この場合、適正なＭ１／Ｍｔｏｔ比のためには十分なカリウムを添加するのに高レベルのポリマーが必要である。

ポリマーの存在によって、カチオン比Ｍ１／Ｍｔｏｔのより広い操作窓を与えることができ、非常に長いデキャップが得られる。これは、商業生産においては有利である。

本実施例におけるインクのカチオン分析を以下の表にまとめてある。

実施例５
以下の表にまとめた本実施例のインクは、異なる保湿剤およびそのレベルの使用を立証するものである。示されるとおり、処方は全て、単独のカチオン種のみで得られたであろうよりも長いデキャップ時間が得られ、カチオンの混合物による利点が得られている。比較として、分散液１（カリウム）のみを含む実施例１の対照例インク１Ａインクのデキャップは９０秒であった。分散液２（リチウム）のみを含む実施例１の対照例インク１Ｆインクのデキャップは５秒であった。

所定の第１の保湿剤の存在は、特に、約５重量％を超えると、長いデキャップを得るのに特に有利である。

実施例６
以下の表にまとめたインク６Ａ〜６Ｃは、アンモニウム塩のリチウム／カリウムカチオン混合物への添加を立証するものである。インク６ａについて得られたデキャップは、低リチウム含量について予測されたものよりもやや長く（例えば、インク１Ｇと比較して）、インク６Ｂについてのデキャップは、特定のリチウム含量について予測されたものよりもやや低いため（例えば、インク１Ｈと比較して）、Ｌｉおよびアンモニウムは、第１のカチオンと連携しているように考えられる。

括弧内に示されたアンモニウムレベルは、式に基づいて計算された値であった。

以下の表にまとめたインク６Ｄおよび６Ｅは、ナトリウムカチオン（水酸化物として）のリチウム／カリウムカチオン混合物への添加を立証するものである。インク６Ｅにおけるカチオンの組み合わせは、追加のナトリウムのない同レベルのリチウム（インク１Ｇ）では得られない非常に長いデキャップを与える。

本実施例におけるインクのカチオン分析を以下の表にまとめてある。

Claims (16)

1. 水性ビヒクルと、着色剤と、第１および第２のカチオン種とを含むインクジェットインクであって、
   ｉ）前記水性ビヒクルが、水および第１の保湿剤を含み、前記第１の保湿剤が、２−ピロリドン、ジ−（２−ヒドロキシエチル）−５，５−ジメチルヒンダトイン、スルホラン、テトラメチレンスルホキシド、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノンおよびイミダゾリジノンからなる群から選択されるいずれかの構成要素またはこれら構成要素の組み合わせであり、
   ｉｉ）前記着色剤が、アニオン分散性付与表面基を有する自己分散性顔料を含み、
   ｉｉ）前記第１のカチオン種が、Ｌｉ⁺であり、インクの単位重量当たりのモル濃度Ｍ１を有し、
   ｉｉｉ）前記第２のカチオン種が、Ｎａ⁺、Ｋ⁺、Ｒｂ⁺、Ｃｓ⁺からなる群から選択される構成要素または構成要素の組み合わせであり、インクの単位重量当たりのモル濃度Ｍ２を有し、
   ｉｖ）Ｍ１対Ｍｔｏｔのモル比が、以下の式１：
   ０．０１≦Ｍ１／Ｍｔｏｔ≦０．５ （式１）
   を満たし、式中、Ｍｔｏｔは、インクの単位重量当たりの第１および第２のカチオン種の累積モル濃度（Ｍｔｏｔ＝Ｍ１＋Ｍ２）である、インクジェットインク。
2. エチレングリコール、ジエチレングリコールおよびトリエチレングリコールからなる群のいずれかの構成要素または構成要素の組み合わせから選択される第２の保湿剤をさらに含む請求項１に記載のインク。
3. インクの単位重量当たりの自己分散性顔料の前記アニオン分散性付与表面基のモル濃度が、Ｍ＿アニオンであり、ＭｔｏｔがＭ＿アニオン以上である請求項１に記載のインクジェットインク。
4. 自己分散性顔料の前記アニオン分散性付与表面基が、主にカルボキシル基である請求項１〜３のいずれかに記載のインク。
5. 前記第２のカチオン種が、主にＫ⁺である請求項１〜４のいずれかに記載のインク。
6. Ｍ１対Ｍｔｏｔの前記モル比が、以下の式２：
   ０．０１≦Ｍ１／Ｍｔｏｔ≦０．１５ （式２）
   を満たす請求項５に記載のインク。
7. アニオン性ポリマー添加剤をさらに含む請求項１〜４のいずれかに記載のインク。
8. 前記アニオン性ポリマー添加剤が、アニオン性アクリル、スチレン−アクリルまたはポリウレタンポリマー添加剤である請求項７に記載のインク。
9. Ｍ１対Ｍｔｏｔの前記モル比が、以下の式３：
   ０．２≦Ｍ１／Ｍｔｏｔ≦０．５０ （式３）
   を満たす請求項８に記載のインク。
10. アンモニウム（ＮＨ₄ ⁺）カチオンをさらに含む請求項１〜４のいずれかに記載のインク。
11. 前記第２のカチオン種が、主にＮａ⁺であり、Ｍ１対Ｍｔｏｔの前記モル比が、以下の式４：
    ０．１８≦Ｍ１／Ｍｔｏｔ≦０．５ （式４）
    を満たす請求項１〜４のいずれかに記載のインク。
12. 前記第１の保湿剤が、インクの総重量に基づいて、約２重量％〜約３０重量％の量で存在する請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェットインク。
13. 前記第１の保湿剤が、インクの総重量に基づいて、約４重量％〜約２５重量％の量で存在する請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェットインク。
14. 前記着色剤が、アニオン分散性付与表面基を有する自己分散性顔料から本質的になる請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェットインク。
15. 前記顔料が、自己分散性カーボンブラックである請求項１〜１４のいずれかに記載のインク。
16. 前記インクのデキャップ時間が、第１のカチオン種を含まないこと以外は同様の組成のインクに比べて実質的に長く、前記デキャップ時間は、インクを充填したインクジェットプリントヘッドをキャップしないまま使用しないでいても、方向を誤ったり、色が失われたり、速度が許容できないほど減少することなく、そのインクの液滴を噴射できる時間の量と定義される、請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェットインク。