JP2011208093A - インク組成物およびその製造方法、インクセット、ならびに画像形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】インク組成物を、水不溶性重合開始剤および水溶性ポリマーを含むとともに体積平均粒子径が500nm以下である開始剤粒子と、水溶性重合性化合物と、顔料と、水と、を含んで構成する。
【選択図】なし
Description
すなわち、前記課題を解決するための具体的手段は以下の通りである。
<1> 水不溶性重合開始剤および水溶性ポリマーを含むとともに体積平均粒子径が500nm以下である開始剤粒子と、水溶性重合性化合物と、顔料と、水と、含むインク組成物。
<2> 前記水溶性ポリマーは、ノニオン性の水溶性ポリマーである前記<1>に記載のインク組成物。
<3> 前記ノニオン性の水溶性ポリマーは、ポリオキシエチレン構造およびポリオキシプロピレン構造を有するブロック共重合体である前記<2>に記載のインク組成物。
<4> 前記開始剤粒子は、前記水不溶性重合開始剤を含む有機溶剤溶液と、前記水溶性ポリマーを含む水溶液とを混合して得られる、前記<1>〜<3>のいずれか1項に記載のインク組成物。
<5> 前記顔料は、その表面の少なくとも一部が水不溶性ポリマーで被覆されている水分散性顔料である前記<1>〜<4>のいずれか1項に記載のインク組成物。
<7> 前記処理液は、酸性化合物、多価金属塩、およびカチオン性ポリマーから選ばれる少なくとも1種を含む前記<6>に記載のインクセット。
<9> 前記記録媒体上に付与されたインク組成物に活性エネルギー線を照射する重合工程をさらに有する前記<8>に記載の画像形成方法。
<10> 前記記録媒体が塗工紙である前記<8>または<9>に記載の画像形成方法。
<11> 前記インク付与工程は、前記処理液付与工程によって処理液が付与された記録媒体上に、前記インク組成物を付与する前記<8>〜<10>のいずれか1項に記載の画像形成方法。
本発明のインク組成物は、水不溶性重合開始剤および水溶性ポリマーを含むとともに体積平均粒子径が500nm以下である開始剤粒子の少なくとも1種と、水溶性重合性化合物の少なくとも1種と、顔料の少なくとも1種と、水と、含み、必要に応じてその他の成分を含んで構成される。
水不溶性の重合性開始剤が、体積平均粒子径500nm以下の開始剤粒子として含まれていることにより、吐出性に優れ、また高い硬化感度を達成することができる。
本発明のインク組成物は、水不溶性重合開始剤の少なくとも1種および水溶性ポリマーの少なくとも1種を含み、体積平均粒子径が500nm以下である開始剤粒子を少なくとも1種含有する。
前記開始剤粒子は体積平均粒子径が500nm以下である。開始剤粒子の体積平均粒子径が500nmを超えると、吐出性が低下したり、硬化感度が低下したりする。本発明においては、吐出性、硬化感度に加えて、インク安定性の観点から、10〜500nmであることが好ましく、10〜400nmであることがより好ましく、10〜300nmであることがさらに好ましい。
尚、開始剤粒子の平均粒子径及び粒径分布は、ナノトラック粒度分布測定装置UPA−EX150(日機装(株)製)を用いて、動的光散乱法により体積平均粒径を測定することにより求められるものである。
前記開始剤粒子は、水不溶性重合開始剤の少なくとも1種を含む。本発明における重合開始剤は、水不溶性であれば特に制限はなく、公知の重合開始剤を使用することができる。中でも、硬化感度の観点から、ラジカル重合開始剤であることが好ましい。
尚、本発明において「水不溶性」とは、25℃における100gの純水に対する溶解度が、3g以下であることを意味し、1g以下であることが好ましい。
開始剤の具体例としては、例えば、加藤清視著「紫外線硬化システム」(株式会社総合技術センター発行:平成元年)の第65〜148頁に記載されている重合開始剤などを挙げることができる。
更に、例えばトリフェニルスルホニウムヘキサフルオロホスフェート、ジフェニルヨードニウムヘキサフルオロアンチモネート等の、芳香族ジアゾニウム塩、芳香族ハロニウム塩、芳香族スルホニウム塩、メタロセン化合物等が挙げられる。
本発明において水不溶性重合開始剤は1種単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記開始剤粒子は水溶性ポリマーの少なくとも1種を含む。前記水溶性ポリマーとしては、前記水不溶性開始剤を水系溶媒に分散可能であって、25℃における100gの純水に対する溶解度が3g以上の高分子化合物であれば、特に制限はないが、前記溶解度が5g以上であることが好ましい。
前記水溶性ポリマーの重量平均分子量は、GPCを用いて常法により測定される。
本発明において水溶性ポリマーは1種単独でも、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明における開始剤粒子の調製方法としては、水不溶性重合開始剤と水溶性ポリマーを含む開始剤粒子の体積平均粒子径を500nm以下にすることができれば、特に制限はない。
例えば、水不溶性重合開始剤および水溶性ポリマーを含む混合物を通常用いられる乳化方法・分散方法を用いて処理することにより、開始剤粒子を調製することができる。具体的には、水不溶性重合開始剤および水溶性ポリマーを含む混合物を、二本ロール、三本ロール、ボールミル、トロンミル、ディスパー、ニーダー、コニーダー、ホモジナイザー、ブレンダー、単軸若しくは2軸の押出機等を用いて、強い剪断力を与えながら混練分散処理を行うことで調製することができる。
なお、混練、分散についての詳細は、T.C.Patton著”Paint Flow and Pigment Dispersion”(1964年、John Wiley and Sons社刊)等に記載されている。
また、必要に応じて、縦型もしくは横型のサンドグラインダー、ピンミル、スリットミル、超音波分散機等を用い、0.01〜1mmの粒径のガラス、ジルコニア等でできたビーズを用いた微分散処理を行うことにより調製することもできる。
本発明においては、吐出性と硬化感度の観点から、5000rpm以上で、1分〜60分の条件で高速攪拌により混合することが好ましく、6000rpm以上で2分〜45分の条件がより好ましく、7000rpm以上で3分〜30分の条件であることがさらに好ましい。
また高速攪拌は連続的に行っても、断続的に行ってもよいが、断続的に行うことでより効率的に開始剤粒子の乳化物・分散物を製造することができる。
また攪拌装置としては、強い剪断力を与えることができるものであることが好ましく、例えば、クレアミックス(エム・テクニック株式会社)を好適に用いることができる。
前記水不溶性重合開始剤については既述の通りであり、好ましい態様も同様である。
また、前記有機溶剤としては、水不溶性重合開始剤を溶解可能であれば、特に制限はなく、水不溶性重合開始剤に応じて適宜選択することができる。本発明においては、吐出性、硬化感度およびインク安定性の観点から、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、エーテル系溶剤が挙げられる。これらのうちアルコール系溶剤としては、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、第3級ブタノール、イソブタノール、ジアセトンアルコール等が挙げられる。ケトン系溶剤としては、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン等が挙げられる。エステル系溶剤としては、酢酸エチル、酢酸ブチル等が挙げられる。エーテル系溶剤としては、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等が挙げられる。これらの有機溶剤の中でも、アルコール系溶剤およびケトン系溶剤が好ましく、イソプロパノール、アセトンおよびメチルエチルケトンがより好ましく、特に、メチルエチルケトンが好ましい。有機溶剤は、1種単独で用いても複数併用してもよい。
前記水溶性ポリマーについては既述の通りであり、好ましい態様も同様である。
開始剤粒子の製造方法における有機溶剤の除去は、特に方法が限定されるものではなく、減圧蒸留等の公知の方法により行うことができる。
また本発明においては、インク安定性と吐出性の観点から、開始剤粒子の乳化物・分散物に含まれる有機溶剤の含有率が、3.0質量%以下であることが好ましく、1.0質量%以下であることがより好ましい。
また、前記開始剤粒子は、粒径が500nm以下の状態で存在するためインク組成物を構成した場合に、その保存安定性に優れ、また微細かつ均一に乳化・分散していることで、吐出性・硬化感度が向上すると推測される。
本発明における開始剤粒子は1種単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
本発明におけるインク組成物は、重合性基を有する水溶性の重合性化合物の少なくとも1種を含有し、活性エネルギー線が照射されることにより重合する。この重合性化合物は、前記開始剤粒子によってその重合が開始されるが、後述する顔料が処理液と接触して凝集するときにその粒子間に取り込まれて、重合硬化により画像を強化することができる。
前記多価アルコールは、エチレンオキシドの付加により内部にエチレンオキシド鎖で鎖延長されたものでもよい。
ここで、分子内にアクリルアミド構造有する重合性化合物は、下記一般式(1)で表される化合物であることが好ましい。
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、ポリ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、ポリプロピレングリコール、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、1,5−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、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、1,5−ヘキサンジオール、1,6−ヘキサンジオール、2,5-ヘキサンジオール、グリセリン、1,2,4−ブタントリオール,1,2,6−ヘキサントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、チオグリコール、トリメチロールプロパン、ジトリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ジトリメチロールエタン、ネオペンチルグリコール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、及びこれらの縮合体、低分子ポリビニルアルコール、または糖類などのポリオール類。
エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ポリエチレンイミン、ポリプロピレンジアミンなどのポリアミン類。
以下に、一般式(1)で表される化合物の具体例(重合性化合物1〜41)を示す。但し、本発明はこれらに限定されるものではない。
前記カチオン性の重合性化合物としては、例えば、N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート、N,N−ジメチルアミノエチルアクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピルメタクリレート、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリレート、N,N−ジメチルアミノアクリルアミド、N,N−ジメチルアミノメタアクリルアミド、N,N−ジメチルアミノエチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアミノエチルメタアクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピルメタアクリルアミド、及びこれらの4級化化合物などが挙げられる。
エポキシモノマー類としては、例えば、多価アルコールのグリシジルエーテル、グリシジルエステル、脂肪族環状のエポキシドなどが挙げられる。
さらに、カチオン性の重合性化合物の例として、下記構造を有するものを挙げることができる。
以下、カチオン基を有する重合性化合物の具体例(カチオン性化合物1〜11)を例示するが、本発明はこれらに限定されない。
水溶性重合性化合物のインク組成物中における含有率としては、インク組成物全質量に対して、5〜50質量%が好ましく、10〜30質量%が更に好ましく、15〜25質量%が特に好ましい。
また水溶性重合性化合物の、顔料の固形分に対する含有率としては、200〜1000質量%が好ましく、250〜1000質量%がより好ましい。重合性化合物の含有量は、200質量%以上であると画像強度がより向上して画像の耐擦過性に優れ、1000質量%以下であるとパイルハイトの点で有利である。
本発明におけるインク組成物は、顔料の少なくとも1種を含有する。顔料としては、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、有機顔料、無機顔料のいずれであってもよい。顔料は、水に殆ど不溶であるか又は難溶である顔料であることが、インク着色性の点で好ましい。
前記有機顔料としては、例えば、アゾ顔料、多環式顔料、染料キレート、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラック、などが挙げられる。これらの中でも、アゾ顔料、多環式顔料などがより好ましい。前記アゾ顔料としては、例えば、アゾレーキ、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ顔料、などが挙げられる。前記多環式顔料としては、例えば、フタロシアニン顔料、ぺリレン顔料、ぺリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサジン顔料、インジゴ顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフタロン顔料、などが挙げられる。前記染料キレートとしては、例えば、塩基性染料型キレート、酸性染料型キレート、などが挙げられる。
顔料のインク組成物中における含有量としては、色濃度、粒状性、インク安定性、吐出信頼性の観点から、インク組成物の全質量に対して、1〜25質量%となる量が好ましく、5〜20質量%となる量がより好ましい。
前記顔料は、分散剤によって水系溶媒に分散された着色粒子を構成していることが好ましい。前記分散剤としては、ポリマー分散剤でも低分子の界面活性剤型分散剤でもよい。また、ポリマー分散剤としては水溶性ポリマー分散剤でも水不溶性ポリマー分散剤の何れでもよい。
本発明において分散剤は、分散安定性とインクジェット方式に適用した場合の吐出性の観点から、水不溶性ポリマー分散剤であることが好ましい。
本発明における水不溶性ポリマー分散剤(以下、単に「分散剤」ということがある)としては、水不溶性のポリマーであって、顔料を分散可能であれば特に制限は無く、従来公知の水不溶性ポリマー分散剤を用いることができる。水不溶性ポリマー分散剤は、例えば、疎水性の構成単位と親水性の構成単位の両方を含んで構成することができる。
また前記親水性構成単位を構成するモノマーとしては、親水性基を含むモノマーであれば特に制限はない。前記親水性基としては、ノニオン性基、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基等を挙げることができる。尚、ノニオン性基としては、水酸基、(窒素原子が無置換の)アミド基、アルキレンオキシド重合体(例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等)に由来する基、糖アルコールに由来する基等が挙げられる。
本発明における親水性構成単位は、分散安定性の観点から、少なくともカルボキシル基を含むことが好ましく、ノニオン性基とカルボキシル基を共に含む形態であることもまた好ましい。
ここで「(メタ)アクリル酸」は、アクリル酸またはメタクリル酸を意味する。
前記着色粒子中の分散剤の含有量が、上記範囲であることにより、顔料が適量の分散剤で被覆され、粒径が小さく経時安定に優れた着色粒子を得やすい傾向となり好ましい。
工程(1):顔料、分散剤、および該分散剤を溶解または分散する有機溶剤と共に、塩基性物質を含み、水を主成分とする溶液を含有する混合物を分散処理する工程
工程(2):分散処理後の混合物から、前記有機溶剤の少なくとも一部を除去する工程
また、必要に応じて、縦型もしくは横型のサンドグラインダー、ピンミル、スリットミル、超音波分散機等を用い、0.01〜1mmの粒径のガラス、ジルコニア等でできたビーズを用いた微分散処理を行うことにより得ることができる。
また、顔料(または着色粒子)の粒径分布に関しては、特に制限は無く、広い粒径分布又は単分散性の粒径分布のいずれであってもよい。また、単分散性の粒径分布を持つ顔料を、2種以上混合して使用してもよい。
尚、顔料(または着色粒子)の体積平均粒径および粒径分布は、例えば、光散乱法を用いて測定することができる。
本発明において、上記顔料(または着色粒子)は1種単独で、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
本発明におけるインク組成物は水を含み、必要に応じて後述する水溶性有機溶剤の少なくとも1種を含んで構成される。
本発明における水としては、イオン交換水、蒸留水などのイオン性不純物を含まない水を用いることが好ましい。また、インク組成物における水の含有率は、目的に応じて適宜選択されるが、通常、10〜95質量%であることが好ましく、30〜90質量%であることがより好ましい。
本発明におけるインク組成物は、水溶性有機溶剤の少なくとも1種を含有していてもよい。水溶性有機溶剤を含有することで、乾燥防止、湿潤あるいは浸透促進の効果を得ることができる。乾燥防止には、噴射ノズルのインク吐出口においてインクが付着乾燥して凝集体ができ、目詰まりするのを防止する乾燥防止剤として用いられ、乾燥防止や湿潤には、水より蒸気圧の低い水溶性有機溶剤が好ましい。また、浸透促進には、紙へのインク浸透性を高める浸透促進剤として用いることができる。
以下、前記構造式(1)で表される化合物の例を示す。但し、本発明はこれに限定されるものではない。尚、例示化合物中、「POP(3)グリセリルエーテル」との記載は、グリセリンにプロピレンオキシ基が合計で3つ結合したグリセリルエーテルであることを意味し、他の記載についても同様である。
・n−C4H9O(AO)4−H(AO=EO又はPOで、比率はEO:PO=1:1)
・n−C4H9O(AO)10−H AO=EO又はPOで、比率はEO:PO=1:1)
・HO(AO)40−H(AO=EO又はPOで、比率はEO:PO=1:3)
・HO(AO)55−H(AO=EO又はPOで、比率はEO:PO=5:6)
・HO(PO)3−H
・HO(PO)7−H
・1,2−ヘキサンジオール
また水溶性有機溶剤のインク組成物中における含有率としては、1質量%以上60質量%以下が好ましく、より好ましくは5質量%以上40質量%以下である。
本発明におけるインク組成物は、必要に応じて樹脂粒子を含有することができる。前記樹脂粒子は、後述する処理液又はこれを乾燥させた紙領域と接触した際に凝集、又は分散不安定化してインクを増粘させることにより、インク組成物、すなわち画像を固定化させる機能を有することが好ましい。このような樹脂粒子は、水および有機溶剤の少なくとも1種に分散されているものが好ましい。
また樹脂粒子はラテックスの形態で用いることもできる。
また樹脂粒子の平均粒径は、10nm〜1μmの範囲が好ましく、10〜200nmの範囲がより好ましく、20〜100nmの範囲が更に好ましく、20〜50nmの範囲が特に好ましい。
樹脂粒子のガラス転移温度Tgは30℃以上であることが好ましく、40℃以上がより好ましく、50℃以上がさらに好ましい。
また、樹脂微子の粒径分布に関しては、特に制限は無く、広い粒径分布を持つもの、又は単分散の粒径分布を持つもの、いずれでもよい。また、単分散の粒径分布を持つ樹脂粒子を、2種以上混合して使用してもよい。
本発明におけるインク組成物は、必要に応じて、界面活性剤の少なくとも1種を含むことができる。界面活性剤は、表面張力調整剤として用いることができる。
表面張力調整剤として、分子内に親水部と疎水部を合わせ持つ構造を有する化合物等が有効に使用することができ、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、ベタイン系界面活性剤のいずれも使用することができる。更に、上記の分散剤(高分子分散剤)を界面活性剤としても用いてもよい。
本発明においては、インクの打滴干渉抑制の観点から、ノニオン性界面活性剤が好ましく、中でもアセチレングリコール誘導体がより好ましい。
界面活性剤のインク組成物中における界面活性剤の具体的な量としては、前記表面張力となる範囲が好ましいこと以外は特に制限はなく、1質量%以上が好ましく、より好ましくは1〜10質量%であり、更に好ましくは1〜3質量%である。
インク組成物は、上記の成分に加え、必要に応じて更にその他成分として各種の添加剤を含むことができる。
前記各種の添加剤としては、例えば、紫外線吸収剤、褪色防止剤、防黴剤、pH調整剤、防錆剤、酸化防止剤、乳化安定剤、防腐剤、消泡剤、粘度調整剤、分散安定剤、キレート剤、および固体湿潤剤等の公知の添加剤が挙げられる。
防黴剤は、インク組成物中の含有量が0.02〜1.00質量%である範囲とするのが好ましい。
本発明におけるインク組成物の表面張力(25℃)としては、20mN/m以上60mN/m以下であることが好ましい。より好ましくは、20mN以上45mN/m以下であり、更に好ましくは、25mN/m以上40mN/m以下である。
表面張力は、Automatic Surface Tensiometer CBVP-Z(協和界面科学株式会社製)を用い、インク組成物を25℃の条件下で測定される。
粘度は、VISCOMETER TV−22(TOKI SANGYO CO.LTD製)を用い、インク組成物を25℃の条件下で測定される。
本発明のインク組成物の製造方法は、水不溶性重合開始剤を含む有機溶剤溶液、および水溶性ポリマーを含む水溶液を混合して、水不溶性重合開始剤および水溶性ポリマーを含むとともに体積平均粒子径が500nm以下である開始剤粒子を得る工程と、前記開始剤粒子、水溶性重合性化合物、顔料、および水を混合してインク組成物を得る工程と、を有し、必要に応じてその他の工程を含んで構成される。
かかる製造方法で製造されるインク組成物は、吐出性と硬化感度、さらにインク安定性に優れる。
また、得られた開始剤粒子と、水溶性重合性化合物と、顔料と、水と、必要に応じて含まれるその他の成分とを混合する方法については、通常用いられる混合方法を特に制限はなく用いることができる。
さらに本発明においては、前記成分の混合後に、粗大粒子の除去工程を含むことが好ましい。粗大粒子の除去は、例えば、適宜選択されるメンブランフィルターを用いて行なうことができる。
本発明のインクセットは、前記インク組成物の少なくとも1種と、該インク組成物と接触して凝集体を形成可能な処理液の少なくとも1種とを含んで構成される。かかるインクセットを用いて画像を形成することにより、高精細で耐擦性に優れる画像を高速に形成することができる
インクセットに含まれるインク組成物の詳細ついては既述の通りであり、好ましい態様も同様である。
処理液は、既述のインク組成物中の成分を凝集させる凝集剤を少なくとも含み、必要に応じて、さらに他の成分を用いて構成することができる。インク組成物と共に処理液を用いることで、インクジェット記録を高速化でき、高速記録しても濃度、解像度の高い描画性(例えば細線や微細部分の再現性)に優れた画像が得られる。処理液が凝集剤を含むことで、良好な画像品質で耐擦性に優れた画像を形成することができる。
処理液は、インク組成物中の成分を凝集させる凝集剤の少なくとも1種を含んでなる。本発明における凝集剤は、記録媒体上においてインク組成物と接触することにより、インク組成物を凝集(固定化)可能なものであり、固定化剤として機能する。例えば、処理液を記録媒体(好ましくは、塗工紙)に付与することにより記録媒体上に凝集剤が存在している状態で、インク組成物がさらに着滴して凝集剤に接触することにより、インク組成物中の成分が凝集して、インク組成物を記録媒体上に固定化することができる。
前記インク組成物中の成分を固定化させる成分としては、酸性化合物、多価金属塩、およびカチオン性ポリマー等を挙げることができる。これらは1種単独でも、2種以上を併用することができる。
酸性化合物としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、ポリアクリル酸、酢酸、グリコール酸、マロン酸、リンゴ酸、マレイン酸、アスコルビン酸、コハク酸、グルタル酸、フマル酸、クエン酸、酒石酸、乳酸、スルホン酸、オルトリン酸、メタリン酸、ピロリドンカルボン酸、ピロンカルボン酸、ピロールカルボン酸、フランカルボン酸、ピリジンカルボン酸、クマリン酸、チオフェンカルボン酸、ニコチン酸、およびこれらの化合物の誘導体、ならびにこれらの塩等が好適に挙げられる。
酸性化合物は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
さらに酸性化合物の含有量は、前記処理液の全質量に対し、15質量%〜35質量%であることが好ましい。
0.5g/m2〜4.0g/m2であることが好ましく、0.9g/m2〜3.75g/m2であることがより好ましい
本発明における多価金属塩は、アルカリ土類金属、亜鉛族金属等の2価以上の金属を含む化合物であり、Ca2+、Cu2+、Al3+等の金属イオンの酢酸塩、酸化物等を挙げることができる。
本発明において、前記多価金属塩を含む処理液が付与された記録媒体(好ましくは、塗工紙)にインク組成物を吐出したときのインク組成物の凝集反応は、インク組成物中に分散した粒子、例えば、顔料に代表される着色剤や、樹脂粒子等の粒子の分散安定性を減じ、インク組成物全体の粘度を上昇させることで達成することができる。例えば、インク組成物中の顔料や、樹脂粒子などの粒子がカルボキシル基等の弱酸性の官能基を有するとき、当該粒子は前記弱酸性の官能基の働きにより分散安定化しているが、当該粒子の表面電荷を、多価金属塩と相互作用させることにより減じ、分散安定性を低下することができる。したがって、処理液に含まれる固定化剤としての多価金属塩は、凝集反応の観点で、価数が2価以上、すなわち多価であることが必要であり、凝集反応性の観点で、3価以上の多価金属イオンからなる多価金属塩であることが好ましい。
塩とは、上記のような多価金属イオンと、これらのイオンに結合する陰イオンとから構成される金属塩のことであるが、溶媒に可溶なものであることが好ましい。ここで、前記溶媒とは、多価金属塩とともに処理液を構成する媒質であり、例えば、水や必要に応じて含まれる有機溶剤が挙げられる。
多価金属イオンと陰イオンとは、それぞれ単独種または複数種を用いて多価金属イオンと陰イオンとの塩を形成することができる。
また、陰イオンとしては、溶解性などの観点から、NO3 −が特に好ましい。
前記多価金属塩は、1種単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
多価金属塩の含有量は、前記処理液の全質量に対し、15質量%〜35質量%であることが好ましい。
0.5g/m2〜4.0g/m2であることが好ましく、0.9g/m2〜3.75g/m2であることがより好ましい。
カチオン性ポリマーとしては、ポリ(ビニルピリジン)塩、ポリアルキルアミノエチルアクリレート、ポリアルキルアミノエチルメタクリレート、ポリ(ビニルイミダゾール)、ポリエチレンイミン、ポリビグアニド、及びポリグアニドから選ばれる少なくとも1種のカチオン性ポリマーを挙げることができる。
カチオン性ポリマーは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記カチオン性ポリマーの中でも、凝集速度の観点で有利な、ポリグアニド(好ましくは、ポリ(ヘキサメチレングアニジン)アセテート、ポリモノグアニド、ポリメリックビグアニド)、ポリエチレンイミン、ポリ(ビニルピリジン)が好ましい。
カチオン性ポリマーの記録媒体への付与量としては、インク組成物を安定化させるに足る量であれば特に制限はないが、インク組成物を固定化し易いとの観点から、0.5g/m2〜4.0g/m2であることが好ましく、0.9g/m2〜3.75g/m2であることがより好ましい。
本発明の画像形成方法は、既述のインク組成物および処理液を用いたものであり、水不溶性重合開始剤および水溶性ポリマーを含むとともに体積平均粒子径が500nm以下である開始剤粒子と、水溶性重合性化合物と、顔料と、水とを含むインク組成物を記録媒体にインクジェット法で付与して画像を形成するインク付与工程と、前記インク組成物と接触して凝集体を形成可能な処理液を記録媒体に付与する処理液付与工程とを有して構成される。また本発明の画像形成方法は、必要に応じて、更に他の工程を設けて構成することができる。
(インク付与工程)
インク付与工程は、前記インク組成物を記録媒体上にインクジェット法で付与する。本工程では、記録媒体上に選択的にインク組成物を付与でき、所望の可視画像を形成できる。なお、インク組成物の詳細及び好ましい態様などインク組成物の詳細については、インク組成物に関する説明で既述した通りである。
尚、前記インクジェット法には、フォトインクと称する濃度の低いインクを小さい体積で多数射出する方式、実質的に同じ色相で濃度の異なる複数のインクを用いて画質を改良する方式や無色透明のインクを用いる方式が含まれる。
さらに前記インクジェット法により記録を行う際に使用するインクノズル等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。
処理液付与工程は、インク組成物中の成分を凝集させる凝集剤を含む処理液を記録媒体に付与し、凝集剤をインク組成物と接触させて画像化する。この場合、インク組成物中の顔料等の分散粒子が凝集し、記録媒体上に画像が固定化される。なお、処理液は凝集剤を少なくとも含有してなり、各成分の詳細及び好ましい態様については、既述した通りである。
本発明の画像形成方法は、記録媒体上に付与されたインク組成物に活性エネルギー線を照射する重合工程を含むことが好ましい。活性エネルギー線を照射することでインク組成物に含まれる水溶性重合性化合物が重合して、顔料を含む硬化膜を形成する。これにより画像の耐擦性、耐ブロッキング性がより効果的に向上する。
活性エネルギー線の出力としては、5000mJ/cm2以下であることが好ましく、10〜4000mJ/cm2であることがより好ましく、20〜3000mJ/cm2であることがさらに好ましい。
また、発光ダイオード(LED)およびレーザーダイオード(LD)を活性放射線源として用いることが可能である。特に、紫外線源を要する場合、紫外LEDおよび紫外LDを使用することができる。例えば、日亜化学(株)は、主放出スペクトルが365nmと420nmとの間の波長を有する紫色LEDを上市している。
本発明で特に好ましい活性エネルギー線源は、UV−LEDであり、特に好ましくは、350〜420nmにピーク波長を有するUV−LEDである。
本発明においては、インク付与工程で記録媒体上に付与されたインク組成物に含まれる水の少なくとも一部を除去する乾燥工程をさらに含むことが好ましい。
前記乾燥工程は、前記重合工程の前に行われても重合工程の後に行われてもよいが、形成される画像の耐擦性、密着性の観点から、前記重合工程の前に行われることが好ましい。
加熱の方法は、特に制限されないが、ニクロム線ヒーター等の発熱体で加熱する方法、温風又は熱風を供給する方法、ハロゲンランプ、赤外線ランプなどで加熱する方法など、非接触で乾燥させる方法を好適に挙げることができる。
本発明の画像形成方法は、記録媒体に上に画像を記録するものである。記録媒体には、特に制限はないが、一般のオフセット印刷などに用いられる、いわゆる上質紙、コート紙、アート紙などのセルロースを主体とする一般印刷用紙を用いることができる。セルロースを主体とする一般印刷用紙は、水性インクを用いた一般のインクジェット法による画像記録においては比較的インクの吸収、乾燥が遅く、打滴後に色材移動が起こりやすく、画像品質が低下しやすいが、本発明の画像形成方法によると、色材移動を抑制して色濃度、色相に優れた高品位の画像の記録が可能である。
次に、本発明の画像形成方法を実施するのに好適なインクジェット記録装置の一例を、図1を参照して具体的に説明する。図1は、インクジェット記録装置全体の構成例を示す概略構成図である。
また、溶媒除去ローラー等を用いて溶媒除去を行なってもよい。他の態様として、エアナイフで余剰な溶媒を記録媒体から取り除く方式も用いられる。
紫外線照射部16は、インク乾燥ゾーン15の前後のいずれに設置されていてもよく、インク乾燥ゾーン15の前後両方に設置してもよい。
水不溶性重合開始剤としてイルガキュア907(チバ・ジャパン社製)3gに酢酸エチル40gを加え攪拌して溶解した後、水溶性ポリマーであるニューポールPE−108(三洋化成工業社製)1gを溶解した水溶液38gに加え、攪拌装置としてクレアミックス(エム・テクニック株式会社製)を用い、10000rpmで4分攪拌した後、1分間静置という攪拌操作を5サイクル行い、さらに水12gを加えた。その後25℃で窒素フローを1時間行うことで脱溶媒し、開始剤粒子1の乳化物を得た。
得られた開始剤粒子の体積平均粒子径を、ナノトラック粒度分布測定装置UPA−EX150(日機装(株)製)を用いて測定したところ200nmであった。
上記開始剤粒子1の調製において、開始剤および水溶性ポリマーの種類を表1に示したようにそれぞれ変更したこと以外は、上記と同様にして、開始剤粒子2〜16、を調製した。
尚、表1中、IRUGACURE 184、IRUGACURE 819、IRUGACURE 369、IRUGACURE 127、TPO、ITXはチバ・ジャパン社製の水不溶性重合開始剤であり、DETX−Sは日本化薬社製の水不溶性重合開始剤である。
また、ニューポールPE−107、PE−64、PE−68、PE−128は三洋化成工業社製の水溶性ポリマー(PPO−PEOブロック共重合体)であり、ユニルーブ70DP−950B、75DE−2620Rは日油社製の水溶性ポリマー(PPO−PEOブロック共重合体)であり、PVPK25は、水溶性ポリマーであるポリビニルピロリドン(重量平均分子量25000)である。
開始剤粒子C1〜C3は、開始剤粒子1、開始剤粒子5の調製において水溶性ポリマーを用いずに、攪拌速度を5000rpm、攪拌時間を5分にし、サイクル数を1もしくは2にして粒子径を制御して調製した。
攪拌機、冷却管を備えた1000mlの三口フラスコにメチルエチルケトン88gを加えて窒素雰囲気下で72℃に加熱し、ここにメチルエチルケトン50gにジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート0.85g、ベンジルメタクリレート60g、メタクリル酸10g、及びメチルメタクリレート30gを溶解した溶液を3時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに1時間反応した後、メチルエチルケトン2gにジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート0.42gを溶解した溶液を加え、78℃に昇温して4時間加熱した。得られた反応溶液は大過剰量のヘキサンに2回再沈殿し、析出した樹脂を乾燥し、ポリマー分散剤P−1を96g得た。
得られた樹脂の組成は、1H−NMRで確認し、GPCより求めた重量平均分子量(Mw)は44,600であった。さらに、JIS規格(JIS K0070:1992)に記載の方法により酸価を求めたところ、65.2mgKOH/gであった。
(樹脂被覆シアン顔料分散物Cの調製)
ピグメント・ブルー15:3(フタロシアニンブルーA220、大日精化(株)製)10部と、上記ポリマー分散剤P−1を5部と、メチルエチルケトン42部と、1mol/L NaOH水溶液5.5部と、イオン交換水87.2部とを混合し、ビーズミルにより0.1mmφジルコニアビーズを用いて2〜6時間分散した。
得られた分散物を減圧下、55℃でメチルエチルケトンを除去し、更に一部の水を除去することにより、顔料濃度が10.2質量%の樹脂被覆シアン顔料の分散物C(着色粒子)を得た。
上記樹脂被覆シアン顔料分散物の調製において、顔料として用いたフタロシアニンブルーA220の代わりに、Chromophthal Jet Magenta DMQ(ピグメント・レッド122、チバ・ジャパン社製)を用いた以外は上記と同様にして樹脂被覆マゼンタ顔料の分散物M(着色粒子)を得た。
上記樹脂被覆シアン顔料分散物の調製において、顔料として用いたフタロシアニンブルーA220の代わりに、Irgalite Yellow GS(ピグメント・イエロー74、チバ・ジャパン社製)を用いた以外は上記と同様にして樹脂被覆イエロー顔料の分散物Y(着色粒子)を得た。
上記樹脂被覆シアン顔料分散物の調製において、顔料として用いたフタロシアニンブルーA220の代わりに、顔料分散体CAB−O−JET(TM) 200(カーボンブラック、CABOT社製)を用いた以外は上記と同様にして樹脂被覆ブラック顔料の分散物K(着色粒子)を得た。
−インクセット1の調製−
以下のようにして、シアンインクC−1、マゼンタインクM−1、イエローインクY−1、およびブラックインクK−1からなるインク組成物、ならびに処理液1をそれぞれ調製し、シアンインクC−1、マゼンタインクM−1、イエローインクY−1、ブラックインクK−1、および処理液1からなるインクセット1を調製した。
上記の樹脂被覆シアン顔料の分散物(C)を用い、下記組成となるように、樹脂被覆シアン顔料分散物(C)、水溶性有機溶剤、イオン交換水、重合開始剤、重合性化合物、及び界面活性剤を混合し、その後、5μmメンブランフィルターでろ過してシアンインクC−1(インク組成物)を調製した。
・樹脂被覆シアン顔料分散物(C)(固形分濃度) ・・・ 6%
・開始剤粒子1(開始剤濃度) ・・・ 3%
(イルガキュア907;チバ・ジャパン社製、PE−108;三洋化成工業社製)
・重合性化合物 ・・・ 20%
(NKエステルA−400;新中村化学社製)
・オルフィンE1010 ・・・ 1%
(日信化学工業(株)製;界面活性剤)
・イオン交換水 ・・・ 全体で100%となるように添加。
上記シアンインクC−1の調製において、樹脂被覆シアン顔料の分散物Cの代わりに、樹脂被覆マゼンタ顔料の分散物Mを用いた以外は上記と同様にして、マゼンタインクM−1(インク組成物)を調製した。pH値は8.5であった。
上記シアンインクC−1の調製において、樹脂被覆シアン顔料の分散物Cの代わりに、樹脂被覆イエロー顔料の分散物Yを用いた以外は上記と同様にして、イエローインクY−1(インク組成物)を調製した。pH値は8.5であった。
上記シアンインクC−1の調製において、樹脂被覆シアン顔料の分散物Cの代わりに、顔料被覆ブラック顔料の分散物Kを用いた以外は上記と同様にして、ブラックインクK−1(インク組成物)を調製した。pH値は8.5であった。
以下の材料を混合して、処理液1を作製した。東亜DKK(株)製のpHメーターWM−50EGにて、処理液1のpH(25℃)を測定したところ、1.0であった。
・マロン酸(立山化成(株)製;酸性化合物) ・・・25%
・トリプロピレングリコールモノメチルエーテル ・・・5%
(水溶性有機溶剤)
・イオン交換水 ・・・70%
上記実施例1における各インク組成物の調製において、開始剤粒子、および重合性化合物を下記表2に示したようそれぞれ変更したこと以外は上記と同様にして、インクセット2〜28を調製した。
尚、以下の重合性化合物1、重合性化合物2および重合性化合物12を用いた。
上記実施例1における各インク組成物の調製において、開始剤粒子、および重合性化合物を下記表2に示したようにそれぞれ変更したこと以外は上記と同様にして、インクセットC1〜C4を調製した。
尚、NKエステルA−400は、新中村化学工業株式会社製の水溶性重合性化合物である。またモノマーAは、非水溶性重合性化合物であるトリエチレングリコールジメタクリレート(新中村化学工業株式会社製)を用いた。
以下の材料を混合して、処理液2を作製した。東亜DKK(株)製のpHメーターWM−50EGにて、pH調整後の処理液2のpH(25℃)を測定したところ、4.0であった。
・ポリエチレンイミン ・・・13%
(カチオン性ポリマー、重量平均分子量1800)
・イオン交換水 ・・・87%
以下の材料を混合して、処理液3を作製した。東亜DKK(株)製のpHメーターWM−50EGにて、処理液3のpH(25℃)を測定したところ、4.0であった。
・硝酸マグネシウム ・・・15%
・ジエチレングリコールモノエチルエーテル ・・・4%
(和光純薬工業(株)製)
・界面活性剤A(10%、下記構造) ・・・1%
・イオン交換水 ・・・80%
上記で調製したインク組成物(シアンインクC−1〜C−27、マゼンタインクM−1〜M−27、イエローインクY−1〜Y−27、ブラックインクK−1〜K−27)について以下のようにしてインク安定性を評価した。
インク組成物を25℃に温度調整した。次いで振動式粘度計(BROOKFIELD社製、DV−II+VISCOMETER)を用いて、25℃、相対湿度50%の環境下で、インク組成物を原液のまま25℃でコーンプレート(φ35mm)を用いて測定し、トルクが20〜90%の範囲で、且つ回転数が0.5〜100rpmの範囲のデータの平均値を測定値とした。調製直後の測定値をインク粘度1とした。
次いで、インク組成物の一部をガラス製サンプルビンに採取し、密栓した状態で60℃の環境下で2週間放置した後、上記と同様の方法で保存後のインク粘度2を測定した。また、同時にインク組成物の状態を目視観察した。
上記測定した保存前後でのインク粘度の変動率{100−(インク粘度2/インク粘度1)×100}を算出した。さらに保存後の目視観察結果と併せて、下記の評価基準に従ってインク保存性の評価を行った。
◎ … インク粘度の変動率が±15%未満で、かつインク組成物の変化は認められなかった。
○ … インク粘度の変動率が±15%以上±30%未満で、かつインク組成物の変化は認められなかった。
△ … インク粘度の変動率が±30%以上、±50%未満で、かつインク組成物の変化は認められなかった。
× … インク粘度の変動率が±50%以上、またはインク組成物の分離やゲル状化が観察された。
図1に示すように、記録媒体の搬送方向(図中の矢印方向)に向かって順次、水性処理液を吐出する処理液吐出用ヘッド12Sを備えた処理液付与部12と、付与された水性処理液を乾燥させる処理液乾燥ゾーン13と、各種水性インクを吐出するインク吐出部14と、吐出された水性インクを乾燥させるインク乾燥ゾーン15と、紫外線(UV)を照射可能なUV照射ランプ16Sを備えたUV照射部16とが配設されたインクジェット装置を準備した。
このとき、ライン画像は、1200dpiの1ドット幅のライン、2ドット幅のライン、4ドット幅のラインをシングルパスで主走査方向に吐出することによりライン画像を形成した。
またベタ画像は、記録媒体をA5サイズにカットしたサンプルの全面にインク組成物を吐出することによりベタ画像を形成した。なお、記録する際の諸条件は下記の通りである。
記録媒体の全面に、アニロックスローラー(線数100〜300/インチ)で塗布量が制御されたロールコーターにて付与量が、1.4g/m2となるように処理液を塗布した。
次いで、下記条件にて処理液が塗布された記録媒体について乾燥処理及び浸透処理を施した。
・風速:10m/s
・温度:記録媒体の記録面側の表面温度が60℃となるように、記録媒体の記録面の反対側(背面側)から接触型平面ヒータで加熱した。
その後、処理液が塗布された記録媒体の塗布面に、下記条件にてインク組成物をインクジェット方式で吐出し、ライン画像、ベタ画像をそれぞれ形成した。
・ヘッド:1,200dpi/20inch幅のピエゾフルラインヘッドを4色分配置
・吐出液滴量:2.0pL
・駆動周波数:30kHz
次いで、インク組成物が付与された記録媒体を下記条件で乾燥した。
・乾燥方法:送風乾燥
・風速:15m/s
・温度:記録媒体の記録面側の表面温度が60℃となるように、記録媒体の記録面の反対側(背面側)から接触型平面ヒータで加熱した。
画像乾燥後、UV照射部16において、UV光(アイグラフィックス(株)製 メタルハライドランプ 最大照射波長 365nm)を積算照射量3J/cm2になるように照射して画像を硬化した。
未印字のOKトップコート+を文鎮(重量470g、サイズ15mm×30mm×120mm)に巻きつけ(未印字のOKトップコート+と評価サンプルが接触する面積は150mm2)、上記ベタ画像が形成された評価用サンプルの印画面を3往復擦った(荷重260kg/m2に相当)。擦った後の印画面を目視により観察し、下記の評価基準にしたがって評価した。評価結果を表2に示す。
〜評価基準〜
◎ … 印画面に画像(色材)のはがれが視認できなかった。
○ … 印画面に画像(色材)のはがれがわずかに認められた。
△ … 印画面に画像(色材)のはがれが視認でき、実用上問題になるレベルであった。
× … 印画面に画像(色材)の大きなはがれが視認できた。
上記で得られたインク組成物について、以下のようにして吐出性を評価した。評価結果を表2に示す。
リコー社製GELJET GX5000プリンターヘッドを用いて、インク液滴量3.5pLで吐出周波数24kHz、ノズル配列方向×搬送方向75×1200dpiで96本のラインを10cm印字した。記録媒体としては富士フイルム製画彩写真仕上げProを用いた。印画直後、60℃で3秒間乾燥させ、さらにUVランプを用いて、露光量2.5J/cm2で露光して定着処理を実施し、印画サンプルを得た。
得られた印画サンプルの打滴開始部から5cmの部位の96本のライン間の距離を王子計測機器製ドットアナライザーDA−6000で測定し、その標準偏差を算出し、下記評価基準に従って着弾位置精度性(初期吐出性)を評価した。
〜評価基準〜
◎ … 3μm以上、4μm未満であった。
○ … 4μm以上、5μm未満であった。
△ … 5μm以上、6μm未満であった。
× … 6μm以上であった。
また、上記において処理液1の代わりに処理液2または処理液3を用いて同様に評価した場合も、優れた硬化感度を示すことが確認された。
12S・・・処理液吐出用ヘッド
13・・・処理液乾燥ゾーン
14・・・インク吐出部
15・・・インク乾燥ゾーン
16・・・紫外線照射部
16S・・・紫外線照射ランプ
30K、30C、30M、30Y・・・インク吐出用ヘッド
Claims (12)
- 水不溶性重合開始剤および水溶性ポリマーを含むとともに体積平均粒子径が500nm以下である開始剤粒子と、
水溶性重合性化合物と、顔料と、水と、を含むインク組成物。 - 前記水溶性ポリマーは、ノニオン性の水溶性ポリマーである請求項1に記載のインク組成物。
- 前記ノニオン性の水溶性ポリマーは、ポリオキシエチレン構造およびポリオキシプロピレン構造を有するブロック共重合体である請求項2に記載のインク組成物。
- 前記開始剤粒子は、前記水不溶性重合開始剤を含む有機溶剤溶液と、前記水溶性ポリマーを含む水溶液とを混合して得られる、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のインク組成物。
- 前記顔料は、その表面の少なくとも一部が水不溶性ポリマーで被覆されている水分散性顔料である請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のインク組成物。
- 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のインク組成物と、該インク組成物と接触して凝集体を形成可能な処理液と、を含むインクセット。
- 前記処理液は、酸性化合物、多価金属塩、およびカチオン性ポリマーから選ばれる少なくとも1種を含む請求項6に記載のインクセット。
- 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のインク組成物をインクジェット法により記録媒体上に付与して画像を形成するインク付与工程と、
前記インク組成物と接触して凝集体を形成可能な処理液を、記録媒体上に付与する処理液付与工程と、を有する画像形成方法。 - 前記記録媒体上に付与されたインク組成物に活性エネルギー線を照射する重合工程をさらに有する請求項8に記載の画像形成方法。
- 前記記録媒体が塗工紙である請求項8または請求項9に記載の画像形成方法。
- 前記インク付与工程は、前記処理液付与工程によって処理液が付与された記録媒体上に、前記インク組成物を付与する請求項8〜請求項10のいずれか1項に記載の画像形成方法。
- 水不溶性重合開始剤を含む有機溶剤溶液、および水溶性ポリマーを含む水溶液を混合して、水不溶性重合開始剤および水溶性ポリマーを含むとともに体積平均粒子径が500nm以下である開始剤粒子を得る工程と、
前記開始剤粒子、水溶性重合性化合物、顔料、および水を混合してインク組成物を得る工程と、
を有するインク組成物の製造方法。
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