JP3799752B2

JP3799752B2 - インクジェット記録用インク

Info

Publication number: JP3799752B2
Application number: JP17020397A
Authority: JP
Inventors: 田和英窪
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1997-06-26
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2017-06-26
Also published as: JPH1112516A

Description

【０００１】
【発明の背景】
発明の分野
本発明は、インクジェット記録に用いられるインク組成物に関する。
【０００２】
背景技術
インクジェット記録方法は、インク組成物の小滴を飛翔させ、紙等の記録媒体に付着させて印刷を行う印刷方法である。この方法は、比較的安価な装置で高解像度、高品位な画像を、高速で印刷可能であるという特徴を有する。通常インクジェット記録に使用されるインク組成物は、水を主成分とし、これに着色成分および目詰まり防止等の目的でグリセリン等の湿潤剤を含有したものが一般的である。
【０００３】
この方式に用いられるインクに求められる特性としては、保存中に物性が変化しないこと、ヘッドノズル孔を目詰まらせないこと、異なる色のインクが重なる部分でのインク同士の混ざり合いによる画像の乱れ（以下これをカラーブリードという）が無いこと、画像濃度が高いこと、画像に耐摩擦性、耐光性および耐水性があることなどが求められている。これらの方式に用いられてきたインクの色材は水溶性染料が主流であったが、画像の耐光性や耐水性の向上のため、顔料を用いたインクの利用も提案されてきている。
【０００４】
顔料を用いたインク組成物によって得られた画像は耐水性に優れるが、顔料は基本的に非水溶性であることから、顔料粒子を安定にインク組成物中に分散させておくことが必要になる。顔料の分散状態が不安定であると、析出物などを生じ、これがインクジェット記録ヘッドのノズルを詰まらせてしまうことがある。また、記録媒体上において顔料は基本的に粒子として存在することから、染料を用いたインク組成物の場合に比べ、画像の耐擦性に劣ることがあった。このような顔料を用いたインク組成物の問題点を克服するために、コロイダルシリカなどの無機酸化物コロイドをインク組成物に添加することが提案されている（例えば、特開昭５９−１９９７８０号公報）。
【０００５】
【発明の概要】
本発明者等は、今般、コロイダルシリカなどの無機酸化物コロイドが添加されたインク組成物にアルカリ金属水酸化物を添加することで、インクジェット記録用インク組成物に要求される種々の性能を高い次元で満足するインク組成物が得られるとの知見を得た。とりわけ、記録ヘッドからの吐出安定性に優れ、また耐擦性に優れた画像の実現が可能なインク組成物が得られるとの知見を得た。本発明はかかる知見に基づくものである。
【０００６】
従って、本発明は、良好なインクジェット記録用インク組成物、とりわけ、記録ヘッドからの吐出安定性に優れ、また得られた耐擦性に優れた画像の実現が可能なインク組成物の提供をその目的としている。
【０００７】
そして、本発明によるインクジェット記録用インク組成物は、顔料、無機酸化物コロイド、アルカリ金属水酸化物、および水性溶媒を少なくとも含有してなるものである。
【０００８】
【発明の具体的説明】
インク組成物
本発明において用いられるインク組成物は、着色剤、無機酸化物コロイド、アルカリ金属水酸化物、および水性溶媒を少なくとも含有してなるものである。
顔料
本発明において用いられるインク組成物に含まれる着色剤は、顔料である。顔料としては、特別な制限なしに無機顔料、有機顔料を使用することができる。無機顔料としては、酸化チタンおよび酸化鉄に加え、コンタクト法、ファーネス法、サーマル法などの公知の方法によって製造されたカーボンブラックを使用することができる。また、有機顔料としては、アゾ顔料（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を含む）、多環式顔料（例えば、フタロシアニン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、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、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフラロン顔料など）、染料キレート（例えば、塩基性染料型キレート、酸性染料型キレートなど）、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラックなどを使用できる。
【０００９】
本発明の好ましい態様によれば、これらの顔料は、分散剤で水性媒体中に分散させて得られた顔料分散液としてインクに添加されるのが好ましい。好ましい分散剤としては、顔料分散液を調製するのに慣用されている分散剤、例えば高分子分散剤、界面活性剤を使用することができる。
【００１０】
インク組成物への顔料の添加量は、０．５〜２５重量％程度が好ましく、より好ましくは２〜１５重量％程度である。
【００１１】
無機酸化物コロイド
本発明において用いられる無機酸化物コロイド（無機酸化物ゾルとも言う）は、分散媒が水または水と良好に混合する有機溶媒からなり、分散質が無機酸化物の超微粒子からなるコロイド溶液を意味する。無機酸化物としては、高分子量の無水珪酸（ＳｉＯ₂）やアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。無機酸化物の超微粒子の粒径は１〜１００ｎｍ程度が一般的であり、好ましくは１〜２０ｎｍの範囲であり、より好ましくは１〜１０ｎｍの範囲である。また、無機酸化物コロイドの分散媒は、水または水と良好な相溶性を有する有機溶媒例えばメタノール、エタノ−ル、イソプロピルアルコール、ｎ−プロパノール等との混合溶媒が一般的である。無機酸化物コロイドは、上記の無機酸化物の超微粒子を水中または、上記の有機溶媒中に分散することによって得られる。上記の無機酸化物の超微粒子を水中に分散させたものは水性ゾル、有機溶媒に分散させたものをオルガノゾルと呼ばれる。
【００１２】
本発明において用いられる無機酸化物コロイドは、インク組成物中にあって顔料の安定な分散を助け、さらに記録媒体上で画像が形成された場合には、顔料粒子を強固に記録媒体上に付着させ、その耐擦性を改善するものと考えられる。
【００１３】
このような無機酸化物コロイドとしては、市販のものを利用することも可能である。その具体例としては、高分子量の無水珪酸の超微粒子を水中に分散させたスノーテックスＳ、スノーテックスＮ、スノーテックスＣ、スノーテックスＳＳ、スノーテックスＸＳ、スノーテックス２０、スノーテックス３０、スノーテックス４０（以上日産化学製）、ＣａｔａｌｏｉｄＳＩ−３５０、ＣａｔａｌｏｉｄＳＩ−５００、ＣａｔａｌｏｉｄＳＩ−３０、ＣａｔａｌｏｉｄＳ−２０Ｌ、ＣａｔａｌｏｉｄＳ−２０Ｈ、ＣａｔａｌｏｉｄＳ−３０Ｌ、ＣａｔａｌｏｉｄＳ−３０Ｈ、ＣａｔａｌｏｉｄＳＩ−４０（以上デュポン社製）等が挙げられる。また、アルミナの超微粒子を水中に分散させたコロイドとしてアルミナゾル１００、アルミナゾル２００、アルミナゾル５２０（以上日産化学製）等が挙げられる。高分子量の無水珪酸の超微粒子を有機溶媒中に分散させたＯＳＣＡＬ−１４３２（イソプロピルアルコールゾル；触媒化成工業製）も利用が可能である。上記の市販の無機酸化物コロイド溶液のｐＨは、酸性またはアルカリ性に調整されているものが多い。これは、無機酸化物コロイドの安定分散領域が酸性側かアルカリ性側に存在するためであり、市販の無機酸化物コロイド溶液をインク中に添加する場合は無機酸化物コロイドの安定分散領域のｐＨとインクのｐＨとを考慮して添加する必要がある。
【００１４】
無機酸化物コロイドの添加量は、その種類およびその添加の効果を勘案して適宜決定されてよいが、例えばインク組成物の０．１〜１５重量％程度が好ましく、より好ましくは０．５〜５．０重量％程度の範囲である。また、複数の無機酸化物コロイドを添加してもよい。
【００１５】
アルカリ金属水酸化物
本発明において用いられるアルカリ金属水酸化物は、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、またはフランシウムの水酸化物を意味するが、特に水酸化カリウムが好ましい。
このアルカリ金属水酸化物の添加によって、インク組成物の記録ヘッドからの吐出安定性を改善でき、また得られた画像の耐水性を改善することができる。
アルカリ金属水酸化物の添加量は、その種類およびその添加の効果を勘案して適宜決定されてよいが、例えばインク組成物の０．０１〜１重量％程度が好ましく、より好ましくは０．０１〜０．２重量％程度の範囲である。また、複数のアルカリ金属水酸化物を添加してもよい。
【００１６】
水性溶媒
本発明によるインク組成物の基本溶媒である水性溶媒とは、水性有機溶媒と、水とからなる。
【００１７】
水性有機溶媒は、好ましくは低沸点有機溶剤であり、その好ましい例としては、メタノール、エタノール、ｎ−プロピルアルコール、ｉｓｏ−プロピルアルコール、ｎ−ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、ｉｓｏ−ブタノール、ｎ−ペンタノールなどがあげられる。特に一価アルコールが好ましい。低沸点有機溶剤は、インクの乾燥時間を短くする効果がある。
【００１８】
また、本発明の好ましい態様によれば、水性溶媒はさらに高沸点有機溶媒からなる湿潤剤を含んでなることが好ましい。高沸点有機溶媒剤の好ましい例としては、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、ポリプロピレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、１，２，６−ヘキサントリオール、チオグリコール、ヘキシレングリコール、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパンなどの多価アルコール類、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ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジ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ブチルエーテル、トリエチエレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテルなどの多価アルコールのアルキルエーテル類、尿素、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、トリエタノールアミンなどがあげられる。
【００１９】
これら湿潤剤の添加量は、インクの０．５〜４０重量％が好ましく、より好ましくは２〜２０重量％の範囲である。また、低沸点有機溶剤の添加量はインクの０．５〜１０重量％が好ましく、より好ましくは１．５〜６重量％の範囲である。
【００２０】
また、本発明に用いられるインク組成物は界面活性剤を含むことができる。界面活性剤の例としては、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤等の各種界面活性剤、メタノール、エタノール、ｉｓｏ−プロピルアルコール等のアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジ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ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル等の多価アルコールの低級アルキルエーテルなどがあげられる。
【００２１】
本発明に用いられるインク組成物は、その他、必要に応じて、ｐＨ調整剤、防腐剤、防かび剤等が添加されてもよい。例えば、ｐＨ調整剤としては、トリエタノールアミンがあげられる。なお、本発明によるインク組成物において必須の成分であるアルカリ金属水酸化物は塩基性であることから、ｐＨ調整剤を兼ねることができる。
【００２２】
糖
本発明の好ましい態様によれば、本発明において用いられるインク組成物は、糖を含有してなるのが好ましい。この糖の添加によって、色濃度をさらに改善し、にじみ、および印刷ムラを極めて少なくすることができる。さらに、カラー画像においてはカラーブリードをより高い次元で防止できる。糖類の具体例としては、単糖類、二糖類、オリゴ糖類（三糖類および四糖類を含む）および多糖類があげられ、好ましくはグルコース、マンノース、フルクトース、リボース、キシロース、アラビノース、ガラクトース、アルドン酸、グルシシール、ソルビット、マルトース、セロビオース、ラクトース、スクロース、トレハロース、マルトトリオース、などがあげられる。ここで、多糖類とは広義の糖を意味し、アルギン酸、α−シクロデキストリン、セルロースなど自然界に広く存在する物質を含む意味に用いることとする。
【００２３】
また、これらの糖類の誘導体としては、前記した糖類の還元糖（例えば、糖アルコール（一般式ＨＯＣＨ₂（ＣＨＯＨ）n ＣＨ₂ＯＨ（ここで、ｎ＝２〜５の整数を表す）で表される）、酸化糖（例えば、アルドン酸、ウロン酸など）、アミノ酸、チオ糖などがあげられる。特に糖アルコールが好ましく、具体例としてはマルチトール、ソルビットなどがあげられる。
【００２４】
これら糖類の含有量は、インク組成物の０．１〜４０重量％、好ましくは０．５〜３０重量％の範囲が適当である。
【００２５】
樹脂エマルジョン
また、本発明の好ましい態様によれば、本発明において用いられるインク組成物は樹脂エマルジョンを含んでなるのが好ましい。このような樹脂成分としては、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、スチレン−ブタジエン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アクリル−スチレン系樹脂、ブタジエン系樹脂、スチレン系樹脂などがあげられる。
【００２６】
また、市販の樹脂エマルジョンとしては、例えばマイクロジェルＥ−１００２、Ｅ−５００２（スチレン−アクリル系樹脂エマルジョン、日本ペイント株式会社製）、ボンコート４００１（アクリル系樹脂エマルジョン、大日本インキ化学工業株式会社製）ボンコート５４５４（スチレン−アクリル系樹脂エマルジョン、大日本インキ化学工業株式会社製）、ＳＡＥ−１０１４（スチレン−アクリル系樹脂エマルジョン、日本ゼオン株式会社製）、サイビノールＳＫ−２００（アクリル系樹脂エマルジョン、サイデン化学株式会社製）、などがあげられる。
【００２７】
本発明の好ましい態様によれば、これらの樹脂は親水性部分と疎水性部分とを併せ持つ重合体であるのが好ましい。また、これらの樹脂成分の粒子径はエマルジョンを形成する限り特に限定されないが、１５０ｎｍ程度以下が好ましく、より好ましくは５〜１００ｎｍ程度である。
【００２８】
これらの樹脂エマルジョンは、重合反応によって得られた重合物に、界面活性剤と水を加えて乳化する、あるいは、モノマーを界面活性剤存在下の水中で乳化重合することによって得ることができる。例えば、アクリル系樹脂エマルジョンまたはスチレン−アクリル系樹脂のエマルジョンは、（メタ）アクリル酸エステルまたはスチレンと（メタ）アクリル酸エステルとを界面活性剤等の乳化剤の存在下で乳化重合することによって得ることができる。樹脂成分と界面活性剤との混合の割合は、通常１０：１〜５：１程度とするのが好ましい。界面活性剤の使用量が前記範囲にあることでより良好なインクの耐水性、浸透性が得られる。界面活性剤は特に限定されないが、好ましい例としてはアニオン性界面活性剤（例えばアルキルサルフェート、アルキルアリルスルホネート、ジアルキルサクシネート、アルキルナフタレンスルホネートなど）、ＨＬＢ１０以上の非イオン性界面活性剤（例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテルなど）があげられ、これらを単独または二種以上混合して用いることができる。
【００２９】
また、分散相成分としての樹脂と水との割合は、樹脂１００重量部に対して水６０〜４００重量部、好ましくは１００〜２００の範囲が適当である。
【００３０】
本発明に使用するインク組成物は、樹脂エマルジョンを、その樹脂成分がインク組成物の０．１〜４０重量％となるよう含有するのが好ましく、より好ましくは１〜２５重量％の範囲である。
【００３１】
【実施例】
以下の実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３２】
インク組成物の調製
以下のインク組成物を調製した。
実施例
カーボンブラックＭＡ７５重量％
（三菱化学株式会社製）
スチレン−アクリル酸共重合体（分散剤）１重量％
アルマテックスＺ１１６３重量％
（エポキシ基含有アクリル樹脂エマルジョン、樹脂成分５０％、三井東圧化学株式会社製）
スノーテックスＳ２重量％
（コロイダルシリカ、ＳｉＯ₂含有量３０％、日産化学製）
スクロース０．７重量％
マルチトール６．３重量％
グリセリン１０重量％
ＫＯＨ０．１重量％
イオン交換水残量
ｐＨ＝８．８
【００３３】
カーボンブラックと分散剤とを混合し、サンドミル（安川製作所製）中で、ガラスビーズ（直径１．７ｍｍ、混合物の１．５倍量（重量））とともに２時間分散させた。その後ガラスビーズを取り除き、他の上記成分を加え、常温で２０分間撹拌した。５μｍのメンブランフィルターでろ過して、インクジェット記録用インクを得た。
【００３４】
実施例のインク組成物の製造法に準じて、以下の比較例１および２のインク組成物を調製した。
比較例１
カーボンブラックRaven１０８０５重量％
（コロンビヤ・カーボン株式会社製）
スチレン−アクリル酸共重合体（分散剤）１重量％
アルマテックスＺ１１６３重量％
（エポキシ基含有アクリル樹脂エマルジョン、樹脂成分５０％、三井東圧化学株式会社製）
スノーテックスＣ２重量％
（コロイダルシリカ、ＳｉＯ₂含有量２０％、日産化学製）
スクロース０．７重量％
マルチトール６．３重量％
グリセリン１０重量％
トリエタノールアミン０．９重量％
イオン交換水残量
ｐＨ＝８．５
【００３５】
比較例２
カーボンブラックRaven １０８０５重量％
（コロンビヤ・カーボン株式会社製）
スチレン−アクリル酸共重合体（分散剤）１重量％
マルチトール５重量％
グリセリン１０重量％
イオン交換水残量
ｐＨ＝７．８
【００３６】
印字評価試験
評価１：インク定着性
インクジェットプリンタＭＪ−７００Ｖ２Ｃ（セイコーエプソン株式会社製）を用いて、インクジェットプリンタＭＪ−７００Ｖ２Ｃ用専用光沢フィルム（セイコーエプソン株式会社製）に印字した後、印刷物を２４時間自然乾燥させた。乾燥された後印刷物の印字部分に、貼着テープ（セロハンテープ：積水テープ（積水化学製）を貼り、指で２〜３回擦った後、粘着テープを引き剥がした。粘着テープがはがされた箇所の印字物の状態を目視で観察し、以下の基準で評価した。
Ａ：インク（着色剤）の剥離が全くない
Ｂ：インク（着色剤）の剥離がわずかにある
ＮＧ：インク（着色剤）が完全に剥離する
【００３７】
評価２：吐出安定性評価
インクジェットプリンタＭＪ−７００Ｖ２Ｃを用いて、常温下、連続印字を行い、ドット抜けおよびインクの飛び散りの有無を観察した。その結果を以下の基準で評価した。
ＡＡ：７２時間経過時で、ドット抜けまたはインクの飛び散りの発生が１０回以下である。
Ａ：４８〜７２時間の内に、ドット抜けまたはインクの飛び散りが１０回発生した。
Ｂ：２４〜４８時間の内に、ドット抜けまたはインクの飛び散りが１０回発生した。
Ｃ：１〜２４時間の内に、ドット抜けまたはインクの飛び散りが１０回発生した。
ＮＧ：１時間以内に、ドット抜けまたはインクの飛び散りが１０回発生した。
【００３８】
評価結果は次の表に記載の通りであった。

Claims

顔料、無機酸化物コロイド、水酸化カリウム、および水性溶媒を少なくとも含有してなり、前記無機酸化物が、無水珪酸またはアルミナである、インクジェット記録用インク組成物。
糖をさらに含有してなる、請求項１に記載のインクジェット記録用インク組成物。
無機酸化物コロイドがコロイダルシリカである、請求項１または２に記載のインク組成物。
樹脂エマルジョンをさらに含有してなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のインク組成物。
インク組成物の液滴を吐出し、該液滴を記録媒体に付着させて印字を行うインクジェット記録方法であって、インク組成物として請求項１〜４のいずれか一項に記載のインク組成物を用いる、インクジェット記録方法。
請求項５に記載の記録方法によって記録が行われた、記録物。