JP4158303B2 - インクジェット記録用水性顔料インキ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録方式の記録装置に用いられる水性顔料インキに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録方式は、近年、記録安定性に優れ、容易にフルカラー画像記録が得られることにより、その重要性が高まっている画像記録技術の一つである。
【０００３】
インクジェット記録用インキには、主溶媒として一般的に精製水を用いる水性インキと主溶媒として有機溶媒を用いる油性インキに分類される。
【０００４】
一般的にインクジェット記録方式のインキに要求される基本的な性能は、▲１▼被印字媒体に対して充分な画像（印字）濃度が得られること、▲２▼記録画像に滲みがなく、鮮明であること（発色性が良いこと）、▲３▼被印字媒体上で乾燥が早いこと、▲４▼耐水性、耐光性が良いこと、▲５▼長期保存性に優れること、▲６▼インクジェット記録ヘッド（以下、ヘッドと略称する。）のノズルの先端での目詰まりを生じないこと、▲７▼連続印字したときや、長時間放置後の記録開始時に、記録画像の掠れ等の不都合が生じないこと（印字信頼性が高いこと）、▲８▼使用者の安全性に問題がないこと、▲９▼使用時、記録手段を構成する部材と接触しても問題を起こさないこと等が挙げられる。
【０００５】
水性インキは、油性インキに比べて全般的に耐水性に劣るが、溶媒が水のため安全性に優れており、また、耐水性や耐光性に優れたカーボンブラックが用いられるようになったことなどからインクジェット記録方式の主流となっている。
【０００６】
カーボンブラックは一般的に分散性がよくないため、インクジェット記録用水性顔料インキにカーボンブラックを用いる場合、均一分散系を得るために界面活性剤や水溶性樹脂のような高分子化合物等が分散剤として添加されている。
【０００７】
一方、カーボンの表面に水溶性基を導入することによって、分散剤を使用することなく安定に分散させることができる自己分散型カーボンブラックも開発されている（特開平５−１８６７０４号公報、特開平８−３４９８号公報）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のインックジェット記録用水性顔料インキには、以下のような問題があった。
【０００９】
イ）分散剤として界面活性剤を添加し、顔料の分散安定性を保持する方法では、インキの表面張力を低下させ、記録紙内部への浸透性を高め、乾燥性は向上するが、インキも記録紙内部へ深く浸透してしまうため発色性が著しく低下するという問題があった。さらに、界面活性剤を添加したインキは、発泡しやすく、インキ吐出安定性に乏しく、印字信頼性を著しく損ねるという問題もあった。
【００１０】
ロ）分散剤として水溶性樹脂のような高分子化合物を添加する方法では、顔料の分散性には有効であるが、インクジェット記録用インキは低粘度で、かつニュートニアン流体特性である必要があり、インク粘度が増加したり、樹脂が溶解していたりすると、駆動周波数応答が低下したり、印字停止後の再印字時、初期吐出特性に障害が発生し易く、印字信頼性を著しく阻害する等の問題があった。
【００１１】
さらに、上述した分散剤を使用する方法によっても充分に満足し得る分散性が得られず、特に、カーボンブラックを分散させたインクでは長期保存性に劣るという問題があった。
【００１２】
ハ）分散剤を使用せずに自己分散型カーボンブラックを用いる方法でも、印字停止後の再印字時等に障害が発生し易いという問題があった。
【００１３】
したがって、本発明の目的は、上記従来のインクジェット記録用インキの欠点を改善し、次の条件を満足するインクジェット記録用水性顔料を提供することにある。
【００１４】
１）被印字媒体に対して充分な画像（印字）濃度を得ることができる。
２）記録画像に滲みがなく、鮮明である（発色性が良い）。
３）連続印字したときや、長時間放置後の記録開始時に、記録画像の掠れ等の不都合が生じない（印字信頼性に優れる）。
４）耐水性、耐光性が良い。
５）長期保存性に優れる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、水溶性有機溶剤としてジエチレングリコールモノブチルエーテルとＮ−メチル−２−ピロリドンと２−ピロリドンとを併用することにより、普通紙に記録した場合でも優れた発色性を示し、モノクロ及びフルカラー記録のような多重記録でも滲みがなく、充分な乾燥性を有し、かつ、ヘッドの目詰まりが少なく、吐出安定性に優れたインクジェット記録用水性顔料インキが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１６】
すなわち、本発明のインクジェット記録用水性顔料インキは、カーボンブラック顔料分散液、水溶性有機溶剤及び水を含有するインクジェット記録用水性顔料インキにおいて、前記カーボンブラック顔料分散液として自己分散型カーボンブラック分散液を用い、前記水溶性有機溶剤としてジエチレングリコールモノブチルエーテルとＮ−メチル−２−ピロリドンと２−ピロリドンとを用い、インクジェット記録用水性顔料インキ中におけるジエチレングリコールモノブチルエーテルの含有量が１〜１０質量％、Ｎ−メチル−２−ピロリドンの含有量が５〜１５質量％、２−ピロリドンの含有量が１０〜３０質量％であることを特徴とする。
【００１７】
本発明においては、前記カーボンブラック顔料分散液の含有量が、カーボンブラック顔料固形分で１〜１０質量％であることが好ましい。
【００１８】
また、前記自己分散型カーボンブラック分散液の表面張力が６０ｍＮ／ｍ以上、粘度が２０ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明のインクジェット記録用水性顔料インキは、その表面張力が４０〜５０ｍＮ／ｍ、粘度が１．５〜１０ｍＰａ・ｓであることが特に好ましい。
【００２０】
本発明によれば、上記１）〜５）の特徴を有するインクジェット記録用水性顔料インキを得ることができる。
【００２１】
【発明の実施形態】
自己分散型カーボンブラックとは、親水基をカーボン表面に化学的に結合させてカーボンブラック表面を改質し、その分散性を高めたものである。このような親水性の官能基は水中で解離するため、分散液とした際に界面活性剤や高分子化合物を添加することなく安定した分散状態を保持でき、その分散液の表面張力はほとんど水と同等の値を示す。
【００２２】
本発明で用いられる自己分散型カーボンブラックとしては、カーボンブラック表面に、例えばスルホン基、カルボキシル基等を化学的に結合させたものが用いられる。
【００２３】
また、カーボンブラック顔料分散液は、一次分散粒子が平均粒子径０．０５〜０．２μｍ、最大粒子径１μｍ以下の粒子分布を有する超微粒子水性顔料分散液であることが好ましい。平均粒子径が０．０５μｍ未満では黒色度が低下し、０．２μｍを超えると分散安定性が低下するため好ましくない。また、最大粒子径が１μｍを超えると粒子の凝集、沈殿が生じるため好ましくない。
【００２４】
さらに、本発明で用いられる自己分散型カーボンブラック顔料分散液は、その表面張力が６０ｍＮ／ｍ以上、粘度が２０ｍＰａ・ｓ以下のものであることが特に好ましい。表面張力及び粘度が上記数値範囲の自己分散型カーボンブラック顔料分散液を用いることにより、容易にインクジェット記録用水性顔料インキの物性を後述する数値範囲内にすることができる。
【００２５】
本発明で用いられる自己分散型カーボンブラック顔料分散液は、上記物性を満たすものであればよく、例えば、市販されているものとしては、ＣＡＢ−Ｏ−ＪＥＴ２００、ＣＡＢ−Ｏ−ＪＥＴ３００（以上キャボット社製）、ＭＩＣＲＯＪＥＴ Ｃ−ＴＹＰＥ（オリエント化学工業社製）等が挙げられる。
【００２６】
本発明のインクジェット記録用水性顔料インキにおける上記カーボンブラック顔料分散液の含有比率は、カーボンブラック顔料固形分で１〜１０質量％、好ましくは４〜６質量％である。カーボンブラック顔料分散液の含有比率（カーボンブラック顔料固形分として）が１質量％未満であると充分な画像（印字）濃度を得ることができず、１０質量％を超えると粘度が高くなり、印字信頼性等に劣るため好ましくない。
【００２７】
本発明のインクジェット記録用水性顔料インキは、水を主溶媒とし、水溶性有機溶剤を補助溶媒とし、これらを混合して使用される。
【００２８】
本発明で用いられる水は、重金属類の影響を受けないようにするため、イオン交換水以上の純度を有する精製水であることが好ましい。
【００２９】
一方、本発明において水溶性有機溶剤の選択は極めて重要であり、以下に挙げるブチルグリコール類とピロリドン類を併用することが好ましい。
【００３０】
・ブチルグリコール類：ジ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イソブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル等。
・ピロリドン類：Ｎ−メチル−２−ピロリドン、２−ピロリドン等。
【００３１】
本発明において、ブチルグリコール類は、表面張力及びインク粘度の制御調整材として作用すると共に、乾燥防止効果に有効である。また、ピロリドン類は、カーボンブラック顔料粒子の分散安定性に有効であると共に、普通紙への浸透性付与及び乾燥防止効果に有効である。したがって、これらを併用することにより優れた発色性、印字信頼性、長期保存性等を得ることができる。
【００３２】
本発明においては、特にブチルグリコール類としてジエチレングリコールモノブチルエーテル、ピロリドン類としてＮ−メチル−２−ピロリドン及び２−ピロリドンを併用することが好ましい。この場合、インクジェット記録用水性顔料インキにおけるジエチレングリコールモノブチルエーテルの含有量が１〜１０質量％、Ｎ−メチル−２−ピロリドンの含有量が５〜１５質量％、２−ピロリドンの含有量が１０〜３０質量％であることが好ましい。
【００３３】
また、上記の他にさらに、以下に挙げる水溶性有機溶媒を適宜組み合わせて用いてもよい。ただし、下記水溶性有機溶媒の添加量が２％を超えると、インキの物性（粘度、表面張力、ｐＨ等）に影響が出てくるため、目的や用途により要求される品質を達成するように添加することが好ましい。
【００３４】
・アルコール類：メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール等。
・グリコール類：エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリン等。
・グリコールエーテル類：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メチルエーテル、トリ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ブチルエーテル等。
・アルカノールアミン類：エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ−メチルエタノールアミン、Ｎ−エチルジエタノールアミン等。
【００３５】
本発明において、インクジェット記録用水性顔料インキ中での水溶性有機溶剤全体の含有比率は、１０〜４５質量％であることが好ましい。
【００３６】
本発明のインクジェット記録用水性顔料インキは、上記各原料を均一分散溶解させた後、濾過することにより得ることができる。
【００３７】
本発明のインクジェット記録用水性顔料インキは、普通紙に記録した場合でも優れた発色性を示し、また、モノクロ及びフルカラー記録のような多重記録でも滲みがなく、定着性も充分である。さらに、インクジェット用記録ヘッドの目詰まりが少なく、吐出安定性にも優れている。
【００３８】
本発明においては、インクジェット記録用水性顔料インキの表面張力が４０〜５０ｍＮ／ｍ、粘度が１．５〜１０ｍＰａ・ｓであることが特に好ましく、その表面張力及び粘度が上記数値範囲内にあるときに最も優れた特性を発揮する。
【００３９】
また、本発明のインクジェット記録用水性顔料インキには、上記の他に、消泡剤、防腐剤、防カビ剤等を適宜添加してもよい。
【００４０】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明を具体的に説明する。なお、以下の実施例及び比較例において％は、質量％を示す。
【００４１】
実施例
表１に示す配合割合で各原料を混合し、室温状態で充分に均一分散溶解した液をカートリッジフィルター（ポアサイズ：１μｍ）を用いて加圧濾過し、実施例１〜５の各水性顔料インキを得た。なお、カーボンブラック分散液として、実施例１、３、４においてはＣＡＢ−Ｏ−ＪＥＴ３００（固形分１６％、表面張力７３ｍＮ／ｍ、粘度４ｍＰａ・ｓ、キャボット社製、以下同じ。）を用い、実施例２、５においてはＭＩＣＲＯＪＥＴ Ｃ−ＴＹＰＥ（固形分２０％、表面張力６９ｍＮ／ｍ、粘度３ｍＰａ・ｓ、オリエント化学工業社製、以下同じ。）を用いた。
【００４２】
比較例
表１に示す配合割合で各原料を混合し、実施例と同様にして比較例１〜５の各水性顔料インキを得た。なお、カーボンブラック分散液として、比較例１、３、４においてはＣＡＢ−Ｏ−ＪＥＴ３００を用い、比較例２、５においてはＭＩＣＲＯＪＥＴ Ｃ−ＴＹＰＥを用いた。
【００４３】
【表１】

【００４４】
試験例
上記各実施例及び比較例で得られたインキを用いて、その物性の測定及び以下の評価を行なった。その結果を表２に示す。
【００４５】
［粘度］
２５℃におけるインキの粘度をＥ型粘度計（トキメック社製）を用いて測定した。
【００４６】
［表面張力］
２５℃におけるインキの表面張力を自動表面張力計（商品名：ＣＢＶＰ−Ａ３型、協和界面科学社製）で測定した。
【００４７】
［長期保存性試験］
インキを−３０℃及び７０℃の温度環境下でそれぞれ７日間密封放置後、常温（２５℃）に戻し、そのときのインキの物性（粘度、表面張力）及び分散安定性を測定して、最初の各測定値と比較した。そして、インキの物性と分散安定性の両方に変化がなかったものを○、いずれか一方でも変化があったものは×とした。
【００４８】
なお、インキの物性（粘度、表面張力）の測定は、上記の各測定方法と同様にして行なった。また、分散安定性は、分散カーボン粒子の粒度分布を粒度分布測定器（商品名：コールターカウンターＴＡ−ＩＩ型、米国コールター社製）で測定した。
【００４９】
以下の評価においては、４色一体型プリントヘッドを搭載したピエゾ方式インクジェット記録装置、試験紙は普通紙（商品名：ゼロックス４０２４、ゼロックス社製）を用い、インキの吐出量は５０ｐｌとした。
【００５０】
［連続印字性試験］
連続吐出記録印字を行ない、３００時間以上安定吐出印字ができたものを○、３００時間未満で不吐出現象を示したものを×とした。
【００５１】
［発色性試験］
カーボンブラック顔料のインキ中の分散安定性、及びベタ印字部の光学反射濃度で評価した。
【００５２】
分散安定性は、インキを上記長期保存性試験と同様の環境下におき、同様の方法で測定して粒度分布の変化がないものを合格とした。また、光学反射濃度はマクベス反射濃度計（商品名：ＲＤ−９１８型、マクベス社製）で測定し、反射濃度１．２以上を合格とした。そして、分散安定性と反射濃度の両方を満足したものを○、いずれか一方でも満足しないものは×とした。
【００５３】
［滲み試験］
ベタ印字及び文字印字端部における滲み（フェザーリング現象を含む）を目視で官能評価した。いずれの印字端部にも滲みがないものを○、いずれか一つでも滲みがあれば×とした。
【００５４】
［乾燥性試験］
ベタ印字完了５秒経過後、印字部を濾紙で擦り、インクの濾紙への付着の有無調べた。インクの付着がなければ○、付着があれば×とした。
【００５５】
【表２】

【００５６】
表２に示されるように、ジエチレングリコールモノブチルエーテル又はピロリドン類を添加していない比較例は、実施例に比べて長期保存性、連続印字性、発色性、滲み、乾燥性等の評価項目のいずれかが劣っていることが分かる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被印字媒体に対して充分な画像（印字）濃度を得ることができ、発色性、印字信頼性、耐水性、耐光性及び長期保存性に優れたインクジェット記録用水性顔料インキを得ることができる。
【００５８】
本発明のインクジェット記録用水性顔料インキは、普通紙に記録した場合でも優れた発色性を示し、また、モノクロ及びフルカラー記録のような多重記録でも滲みがなく、定着性も充分である。さらに、インクジェット用記録ヘッドの目詰まりが少なく、吐出安定性にも優れており、ピエゾ及びサーマル方式のインクジェット記録方式全般に好適に用いられる。

Claims (4)

1. カーボンブラック顔料分散液、水溶性有機溶剤及び水を含有するインクジェット記録用水性顔料インキにおいて、前記カーボンブラック顔料分散液として自己分散型カーボンブラック分散液を用い、
   前記水溶性有機溶剤としてジエチレングリコールモノブチルエーテルとＮ−メチル−２−ピロリドンと２−ピロリドンとを用い、
   インクジェット記録用水性顔料インキ中におけるジエチレングリコールモノブチルエーテルの含有量が１〜１０質量％、Ｎ−メチル−２−ピロリドンの含有量が５〜１５質量％、２−ピロリドンの含有量が１０〜３０質量％であることを特徴とするインクジェット記録用水性顔料インキ。
2. 前記カーボンブラック顔料分散液の含有量が、カーボンブラック顔料固形分で１〜１０質量％である請求項１に記載のインクジェット記録用水性顔料インキ。
3. 前記自己分散型カーボンブラック分散液の表面張力が６０ｍＮ／ｍ以上、粘度が２０ｍＰａ・ｓ以下である請求項１又は２に記載のインクジェット記録用水性顔料インキ。
4. 表面張力が４０〜５０ｍＮ／ｍ、粘度が１．５〜１０ｍＰａ・ｓである請求項１〜３のいずれか一つに記載のインクジェット記録用水性顔料インキ。