JP7632601B2 - インクジェット記録方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、さらに、処理液やインクの静的表面張力及び動的表面張力を適切に制御しないと、処理液やインクの組み合わせによっては、抜き文字や細線の滲み、ビーディング、まだら等の画像欠陥が発生し、高画質の達成は困難であった。
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
前記インクが、顔料、樹脂微粒子、SP値が24(J/cm 3 ) 1/2 以上でかつ沸点150~250℃の範囲内の水溶性溶媒及び界面活性剤を含有し、
前記処理液が、多価金属塩、SP値が24(J/cm 3 ) 1/2 以上でかつ沸点150~250℃の範囲内の水溶性溶媒及び界面活性剤を含有し、
前記インクの前記界面活性剤が、アセチレングリコール系界面活性剤及びポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤、又は、ポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤で、
前記インク中の前記界面活性剤の含有量が、0.1~2.0質量%の範囲内であり、
前記処理液の前記界面活性剤が、ポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤で、前記処理液中の前記界面活性剤の含有量が、0.1~2.0質量%の範囲内であり、
25℃において、前記インクの静的表面張力が、前記処理液の静的表面張力よりも5mN/m以上高く、
25℃において、前記インクの表面寿命15msにおける動的表面張力が、前記処理液の表面寿命15msにおける動的表面張力よりも5mN/m以上高く、
前記インクの表面寿命15msにおける動的表面張力が、35~45mN/mの範囲内であり、かつ、
前記処理液の表面寿命15msにおける動的表面張力が、25~35mN/mの範囲内であり、
前記処理液を基材に付与した後、加熱乾燥工程を経ずに、前記処理液が濡れた状態で前記インクを前記処理液が付与された領域に付与するインクジェット記録方法。
2.前記インク中の前記水溶性溶媒の含有量が、5~40質量%の範囲内で、
前記処理液中の前記水溶性溶媒の含有量が、10~45質量%の範囲内である第1項に記載のインクジェット記録方法。
前記処理液を乾燥させて、当該処理液の乾燥率が30%のときの表面寿命15msにおける動的表面張力をBとしたときに、下記式(I)を満たす第1項から第5項までのいずれか一項に記載のインクジェット記録方法。
式(I):(B-A)≦5mN/m
本発明の効果の発現機構又は作用機構については、明確にはなっていないが、以下のように推察している。
処理液が濡れた状態のままインクを付与するWet・on・wetの記録方法では、処理液を間引く必要があるが、印字率を下げながら処理液が瞬時に濡れ広がって均一になる必要があるため、処理液の動的表面張力は低い方が良い一方で、インクの動的表面張力が低すぎると抜き文字がつぶれてしまうため、あまり低すぎない方が良いという関係があった。
そこで、本発明では、まず、基材密着性を確保しつつ画像を記録することができる構成として、インクが、顔料、樹脂微粒子、沸点150~250℃の範囲内の水溶性溶媒及び界面活性剤を含有し、さらに、インクを増粘・凝集させ高画質を達成するために、処理液が、多価金属塩、沸点150~250℃の範囲内の水溶性溶媒及び界面活性剤を含有する構成とした。
さらに、処理液及びインクの静的表面張力と動的表面張力の関係を前記範囲に規定した。すなわち、処理液の静的表面張力及び動的表面張力が、インクの静的表面張力及び動的表面張力よりもそれぞれ低くすることで、インクが処理液に適度に拡散しつつ凝集・増粘するため、抜き文字や細線の滲みを防止しつつ、ビーディングやまだら等の画像欠陥を抑制することができ、その結果、高画質の達成を図ることができる。
また、処理液及びインクの動的表面張力をそれぞれ前記範囲内とすることで、基材への高い濡れ性を確保しつつ、高い射出安定性と保存安定性を得ることができる。
この特徴は、下記各実施形態に共通又は対応する技術的特徴である。
式(I):(B-A)≦5mN/m
Wet・on・wetの記録方法において、処理液がある程度乾燥しても動的表面張力が変化しないことにより、記録時の温湿度条件に対するロバスト性を向上させることができる。
本発明のインクセットは、インクと処理液とを含むインクセットであって、前記インクが、顔料、樹脂微粒子、沸点150~250℃の範囲内の水溶性溶媒及び界面活性剤を含有し、前記処理液が、多価金属塩、沸点150~250℃の範囲内の水溶性溶媒及び界面活性剤を含有する。また、25℃において、前記インクの静的表面張力が、前記処理液の静的表面張力よりも5mN/m以上高く、25℃において、前記インクの表面寿命15msにおける動的表面張力が、前記処理液の表面寿命15msにおける動的表面張力よりも5mN/m以上高く、前記インクの表面寿命15msにおける動的表面張力が、35mN/m以上45mN/m以下であり、かつ、前記処理液の表面寿命15msにおける動的表面張力が、25mN/m以上35mN/m以下である。
本発明において「静的表面張力」とは、表面寿命の経過に伴い、液表面はインク又は処理液中の各成分が拡散して平衡状態に近づくが、この平衡状態となったときの表面張力のことをいう。
インク又は処理液の静的表面張力の測定方法は、自動表面張力計(協和界面科学株式会社製、型式「CBVP-Z」)で白金プレートを用いて測定することができる。特に断りのない限り本明細書における静的表面張力は25℃で測定した静的的表面張力である。
本発明のインクセットは、25℃において、インクの静的表面張力が、処理液の静的表面張力よりも5mN/m以上高い。好ましくは6~12mN/mの範囲内で高い。
なお、インクが複数種の場合には、静的表面張力が最も低いインクと、前記処理液の静的表面張力との差が前記範囲となればよい。
本発明において「動的表面張力」とは、液表面(気液界面)が形成された直後であって、液表面が非平衡状態にあるときの表面張力のことをいい、最大泡圧法によって25℃において測定した値である。
また、「表面寿命」とは、液表面が形成されてからの経過時間、すなわち、最大泡圧法において発生させた気泡の寿命であり、バブルライフタイムともいい、動的表面張力計のプローブ先端内で新しい界面が生成した時点から最大泡圧となるまでの時間を指す。
処理液又はインクの動的表面張力の測定方法は、動的表面張力計を用いることにより測定することができる。動的表面張力計としては、例えばバブルプレッシャー動的表面張力計(KRUSS社製、型式「BP100」)等が挙げられる。
特に断りのない限り本明細書における動的表面張力は、最大泡圧法を用いて、25℃、15msで測定した動的表面張力である。
なお、インクが複数種の場合には、動的表面張力が最も低いインクと、前記処理液の動的表面張力との差が前記範囲となればよい。
さらに、インクの表面寿命15msにおける動的表面張力が、35~45mN/mの範囲内であり、好ましくは、37~43mN/mの範囲内である。
具体的には、処理液中に含有する界面活性剤として、各種ポリエーテル変性シリコーン及び、又はアセチレングリコール系界面活性剤を用い、その含有量を0.1~2.0質量%の範囲内とすることが好ましい。また、水溶性溶媒として、SP値が24(J/cm3)1/2以上でかつ沸点が150℃~250℃の範囲の水溶性溶媒を用い、その含有量を5~40質量%の範囲内とすることが好ましい。
具体的には、インク中に含有する界面活性剤として、各種ポリエーテル変性シリコーン及び、又はアセチレングリコール系界面活性剤を用い、その含有量を0.1~2.0質量%の範囲内とすることが好ましい。水溶性溶媒として、SP値が24(J/cm3)1/2以上でかつ沸点が150℃~250℃の範囲の水溶性溶を用い、その含有量を5~40質量%の範囲内とすることが好ましい。また、顔料分散剤としては、各種低分子分散剤、ノニオン性高分子分散剤、アニオン性高分子分散剤を用いたり、樹脂被覆型の顔料分散体を適宜用いることが好ましい。さらに、樹脂微粒子の種類としては、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、スチレンアクリル樹脂、ウレタン樹脂などの樹脂微粒子を用い、その含有量を3~15質量%の範囲内とすることが好ましい。
また、本発明のインクセットは、25℃において、未乾燥状態の前記処理液の表面寿命15msにおける動的表面張力をAとし、前記処理液の乾燥率が30%のときの表面寿命15msにおける動的表面張力をBとしたときに、下記式(I)を満たすことが好ましい。
式(I):(B-A)≦5mN/m
このように式(I)を満たすことにより、Wet・on・wetの記録方法において、処理液がある程度乾燥しても動的表面張力の変化を低減できるため、記録時の温湿度条件に対するロバスト性を向上させることができる。
ここで、「動的表面張力A」とは、下記のように処理液を乾燥させる前の、すなわち未乾燥(状態)の、かつ25℃での表面寿命15msにおける処理液の動的表面張力のことであり、前記した最大泡圧法によって25℃において測定した値である。
また、「動的表面張力B」とは、処理液を乾燥させて、乾燥率が30%のときの表面寿命15msにおける処理液の動的表面張力のことである。具体的には、処理液100gを浅い容器に秤量し、25℃の減圧環境下で液の質量が70gになるまで乾燥させ、このときの処理液の動的表面張力を前記の最大泡圧法で測定し、これを30%乾燥後の動的表面張力Bとする。
このようにして測定した30%乾燥後の動的表面張力Bと前記動的表面張力Aから、差分の「(B-A)」を算出する。
本発明に係る処理液は、基材にインクジェットプリント法によって画像を記録する際に、インクを凝集又は増粘させることにより、インクの画像形成を速めたり、処理液層及びインク層の物理的性質を改善したり、画質を向上させる機能を有することができる。
本発明に係る処理液には、インクと接触したときに、凝集物を生じさせる材料、すなわち多価金属塩である凝集剤を含有することで、インクとの相互作用が大きくなり、インクのドットをより固定化することができる。
多価金属塩を構成する塩の種類は特に限定されないが、例えば、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、塩酸塩、有機酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩などの公知の塩を使用できる。特に好ましい多価金属塩の具体例としては、例えば、塩化カルシウムや塩化マグネシウム、硝酸カルシウムや硝酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、酢酸カルシウムや乳酸マグネシウム、パントテン酸カルシウムのようなカルボン酸のカルシウム塩又はマグネシウム塩などが挙げられる。
本発明に係る処理液は、前記多価金属塩に加えて、さらに凝集剤として有機酸を加えてもよい。有機酸は、pH変動によって上記インク中のアニオン性の成分を凝集させることができる。有機酸としては、多価金属塩の凝集力を弱めることがないという観点から、1価のカルボン酸が好ましい。
前記有機酸としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、イソ酪酸、安息香酸等が挙げられる。
また、有機酸を用いることで処理液の保存安定性を維持しやすく、処理液を塗布、乾燥した後にブロッキングが起きにくい。上記観点から好ましい有機酸は、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、安息香酸、などが含まれる。
本発明に係る処理液は、前記多価金属塩に加えて、さらに凝集剤として無機酸を加えても良い。無機酸は、pH変動によって上記インク中のアニオン性の成分を凝集させることができる。
また、有機酸を含有させる場合には、有機酸の含有量は、処理液の総質量100質量%に対し、0.1~10質量%の範囲内が好ましく、1~3質量%の範囲内がより好ましい。
また、無機酸を含有させる場合には、無機酸の含有量は、処理液の総質量100質量%に対し、0.1~10質量%の範囲内が好ましく、1~3質量%の範囲内がより好ましい。
本発明に係る処理液に含まれる水溶性溶媒としては、沸点150~250℃の範囲内の水溶性溶媒である。
このような水溶性溶媒としては、例えば、アルコール類、多価アルコール類、アミン類、アミド類、グリコールエーテル類、炭素数が4以上である1,2-アルカンジオール類などが挙げられる。
また、SP値24(J/cm3)1/2以上の水溶性溶媒を用いることが好ましい。
SP値が24(J/cm3)1/2以上である水溶性溶媒を使用することで、処理液の曇点が低下する。これにより、インク乾燥工程において、処理液の曇点以上に加熱することでき、特に非吸収性基材への密着性が良好な画像が得られる。
本発明に係る処理液に含まれる界面活性剤は、処理液のノズルからの出射安定性の向上や、記録媒体に着弾した液滴の広がり(ドット径の拡大)を制御することができる。
具体的には、ビックケミー社製のBYK-331、BYK-333、BYK-345、BYK-3450、BYK-3451、BYK-3455、BYK-346、BYK-347、BYK-348、BYK-349、エボニック社製のTEGOWetKL245、TEGOWet250、TEGOWet260、TEGOWet270、TEGOWet280、信越化学工業社製のKF-351A、KF-352A、KF-353、KF-354L、KF-355A、KF-615A、KF-640、KF-642、KF-643、KF-644、KF-945、KF-6011、KF-6012、KF-6015、KF-6017、KF-6020、KF-6204、X-22-4515等が挙げられる。
トリシロキサンとしては、下記一般式(1)で表される構造を有することが好ましい。
また、前記一般式(1)において、mが5から20の整数であり、nが0から6の整数であることが好ましい。
(S-1):前記一般式(1)において、R=メチル基、X=炭素数3のアルキレン基、m=9、n=0
(S-2):前記一般式(1)において、R=ブチル基、X=炭素数3のアルキレン基、m=25、n=6
(S-3):前記一般式(1)において、R=水素原子、X=炭素数3のアルキレン基、m=3、n=0
(S-4):前記一般式(1)において、R=水素原子、X=炭素数3のアルキレン基、m=33、n=0
(S-5):前記一般式(1)において、R=水素原子、X=炭素数3のアルキレン基、m=22、n=16
(S-6):前記一般式(1)において、R=水素原子、X=炭素数3のアルキレン基、m=9、n=0
(S-7):前記一般式(1)において、R=水素原子、X=炭素数3のアルキレン基、m=12、n=3
(S-8):前記一般式(1)において、R=水素原子、X=炭素数3のアルキレン基、m=1、n=0
また、ポリエーテル変性シリコーンの含有量は、処理液の総質量100質量%に対し、0.5~2質量%の範囲内で含有することが好ましく、0.5~1.5質量%の範囲内で含有することがより好ましい。
インクに含有する界面活性剤を界面活性剤S1としたとき、
(i)処理液に含有する界面活性剤は、インクに含有する界面活性剤S1とは異なる界面活性剤S2であることが好ましい。
(ii)処理液に含有する界面活性剤は、前記界面活性剤S1に加えて、前記界面活性剤S2を含有することが好ましい。
具体的に好ましい界面活性剤の組み合わせとしては、処理液中に含有する界面活性剤としては、ポリエーテル変性シリコーン等が好ましく、インクに含有する界面活性剤としては、アセチレングリコール系界面活性剤等及びポリエーテル変性シリコーン等が好ましい。
前記のようにインク中に含有しない界面活性剤(すなわち、インクの分散安定性を不安定化するような界面活性剤)を、処理液中に加えることで凝集性をより高めることが可能となる。
本発明に係る処理液には、水を含有してもよく、使用可能な水については、特に限定されるものではなく、イオン交換水、蒸留水、又は純水であり得る。
本発明に係るインクは、少なくとも、顔料、樹脂微粒子、沸点150~250℃の範囲内の水溶性溶媒及び界面活性剤を含有する。また、水を含有してもよい。
本発明に係るインクに含有される本発明に係るインクに用いられる顔料としては、アニオン性の分散顔料、例えば、表面にアニオン性基を有する自己分散性顔料や、アニオン性の高分子分散剤により分散された顔料、表面をアニオン性の樹脂で被覆されて分散された顔料を用いることが好ましい。特に、アニオン性高分子分散剤で分散された顔料を用いることが、分散性に優れ、処理液と適度に反応してピニングする点で好ましい。
本発明に係るインクは、前記顔料を分散させるための顔料分散剤を含有することが好ましい、
前記顔料分散剤は、格別限定されないがアニオン性基を有する高分子分散剤が好ましく、分子量が5000~200000の範囲内のものを好適に用いることができる。
本発明に係るインクに含有される樹脂微粒子(以下、単に「樹脂」ともいう。)は、水不溶性樹脂微粒子であることが好ましい。
また、樹脂微粒子のガラス転移温度(ガラス転移点(Tg))が40~90℃の範囲内であることが好ましい。前記ガラス転移温度は、DSC(示差走査熱量測定装置)を用いて-30~200℃の温度域で昇温速度10℃/分の条件で昇温させたときの吸熱ピークから、ガラス転移温度Tgを読み取ることによって特定することができる。
本発明で使用する水不溶性樹脂は、インクを受容でき、当該インクに対して溶解性又は親和性を示す水不溶性樹脂である。
本発明に係るインクは、特にスルホン酸基を有する水分散性ポリエステル樹脂を含有することが好ましい。これより、基材に対する高い密着性が得られる。
本発明において、「凝集性」とは、以下の手順で残量を計測した後、下記式により算出した値である。
(i)樹脂微粒子を含有する樹脂微粒子水溶液(固形分10質量%)5gと、0.3質量%の酢酸カルシウム・1水和物水溶液5gを混合する。
(ii)混合した混合液を遠心分離する。
(iii)遠心分離により分離した上澄み液2gを採取する。
(iV)採取した上澄み液2gを150℃で30分間乾燥した後の固形分の質量(残量(g))を計測する。
(V)下記式により凝集性の値を算出する。
式:凝集性=1-[固形分の質量(g)/(採取した上澄み液の質量(g)×5%)]
(ポリエステル樹脂)
水不溶性樹脂粒子としてのポリエステル骨格を有するポリエステル樹脂は、多価アルコール成分と多価カルボン酸、多価カルボン酸無水物、多価カルボン酸エステル等の多価カルボン酸成分とを用いて得ることができる。
スルホン酸基を有するジカルボン酸成分としては、例えば、2-スルホテレフタル酸、5-スルホイソフタル酸、4-スルホナフタレンイソフタル酸-2,7-ジカルボン酸および5-(4-スルホフェノキシ)イソフタル酸、またはそれらのアルカリ金属塩等を挙げられる。
スルホン酸基を有するジオールとしては、例えば、2-スルホ-1,4-ブタンジオール、2,5-ジメチル-3-スルホ-2,5-ヘキサンジオール、又はそれらのアルカリ金属塩等が挙げられる。
水不溶性樹脂粒子としてのウレタン樹脂としては、親水基を有するものを用いることができる。
DI)、4,4'-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水素添加MDI、H12MDI)などの脂環族イソシアネートが含まれる。これらは、1種類のみを単独で使用してもよく、2種類以上を併用してもよい。
水不溶性樹脂粒子としてのアクリル樹脂は、アクリル酸エステル成分、メタクリル酸エステル成分、またスチレン成分等との共重合体を用いて得ることができる。
アクリル酸エステル成分、メタクリル酸エステル成分の例には、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブル、(メタ)アクリル酸-2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸-2-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸-4-ヒドロキブチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフルフリル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸-2-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸、ジ(メタ)アクリル酸(ジ)エチレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸-1,4-ブタンジオ-ル、ジ(メタ)アクリル酸-1,6-ヘキサンジオ-ル、トリ(メタ)アクリル酸トリメチロ-ルプロパン、ジ(メタ)アクリル酸グリセリン、(メタ)アクリル酸-2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ステアリル、及びアクリルアミド等が含まれる。
インクに含有しうる複合樹脂微粒子は、アクリル樹脂が、ウレタン樹脂に乳化されてなる複合樹脂微粒子であることが好ましい。すなわち、アクリル樹脂から構成される内部層、及びウレタン樹脂から構成される表面層を有する複合樹脂微粒子であることが好ましい。
また、塩の種類の例には、特に限定されないが、ナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩などの金属塩、及びトリエタノールアミン塩などが含まれる。
い。
本発明に係るインクに含有される水溶性溶媒としては、沸点150~250℃の範囲内の水溶性溶媒である。
このような水溶性溶媒としては、例えば、アルコール類、多価アルコール類、アミン類、アミド類、グリコールエーテル類、炭素数が4以上である1,2-アルカンジオール類などが挙げられ、前記処理液で例示したものが挙げられる。
本発明に係るインクに界面活性剤を含有させることにより、インク出射安定性の向上や、記録媒体に着弾した液滴の広がり(ドット径)を制御することができる。
本発明に係るインクに含まれる水については、特に限定されるものではなく、イオン交換水、蒸留水、又は純水であり得る。
本発明のインクジェット記録方法は、前記した処理液とインクを含むインクセットを用い、画像を記録するインクジェット記録方法である。このインクセットを用いる方法であれば、例えば、1台のインクジェットプリンタを用いて、基材の表面に、前記本発明のインクセットを構成する処理液の塗布と、インクによる印刷とを連続して効率よく行うことができる。そして基材間のドット径のばらつきの少ない、画質の優れた文字や図柄等を印刷することが可能となる。
すなわち、前記処理液を基材の記録領域に付与する工程(処理液付与工程)と、前記処理液が付与された領域に、処理液が濡れた状態で前記インクをインクジェット記録方式で付与する工程(インク付与工程)と、を備える。
また、本発明のインクジェット記録方法は、前記工程のほか、インク付与工程後に基材上に付与された処理液及びインクを加熱して乾燥させて処理液層及びインク層を形成するインク加熱乾燥工程を備えることが好ましい。
本発明のインクジェット記録方法で適用可能な基材(記録媒体)としては、特に限定されるものではなく、吸収性の材料からなる吸収性基材であっても、非吸収の材料からなる非吸収性基材であってもよいが、本発明の効果発現の観点から非吸収性基材であることが好ましい。
本発明において「吸収性」とは水に対する吸収性で、「非吸収性」とは、水に対する非吸収性をいう。
前記非吸収性基材としては、公知のプラスチックのフィルムを使用することができる。
また、ガスバリアー性、防湿性、保香性などを付与するために、フィルムの片面又は両面にポリ塩化ビニリデンをコートしたものや、金属酸化物を蒸着したフィルムも好ましく用いることができる。非吸収性フィルムは、未延伸フィルムでも延伸フィルムでも好ましく用いることができる。
基材の厚さは、プラスチックのフィルムの場合は、好ましくは10~120μm、より好ましくは12~60μmの範囲内である。
外側は、ポリエステル系、アクリル系の熱硬化性塗料が使用されるのが一般的である。
<処理液付与工程>
処理液付与工程では、基材である記録媒体上に、前述の処理液を付与する。
また、処理液を塗布する工程として、インクジェット法を用いる工程であることが、インク非塗布領域に凝集剤を塗布しなくてもよくなるため、インクと未反応となる凝集剤が遊離して白濁するようなことが起こらない点で好ましい。
その場合、後述するように、用いる基材が金属基材などの場合は、搬送ベルト上に金属基材を配置し、ベルトを搬送しながら処理液層を塗布形成したり、基材を固定するフラットベッドタイプのプリンタを処理液層の形成に用いたりすることも好ましい。
インク付与工程では、基材である記録媒体上に処理液層を形成すると同時に又は直後に、前述のインクセットのインクを、インクジェット法により付与する工程である。特に、処理液付与工程後に処理液が付与された領域に、処理液の乾燥率が30%以下の状態で、インクを付与することが好ましく、また、処理液を基材に付与した後、10秒以内に処理液が付与された領域に、インクを付与することが好ましい。
なお、処理液の乾燥率とは、下記式で定義されるものである。
(処理液の乾燥率)=1 -((乾燥後の処理液の質量(g))/(乾燥前の処理液の質量(g))
処理液の乾燥率が30%以下の状態で、インクを付与することによって、インクと処理液が適度に混ざり合って、本発明の効果をより顕著に発揮することができる。
また、処理液を基材に付与した後、10秒以内にインクを付与することにより、吸収性基材への処理液の浸透や、非吸収性基材での処理液のハジキを抑制し、より高画質が達成できる。
前記処理液の乾燥率を30%以下の状態とするためには、前記したように、処理液付与後、インクを付与するまでの時間を調整したり、記録媒体の温度を適宜調整したり、等が挙げられる。
インク加熱乾燥工程では、基材である記録媒体上に付与したインク、すなわち、前記インクが付与された領域を加熱する。これにより、インク及び処理液を乾燥させることができる。
図1は、本発明に好ましい記録装置の模式図である。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。
処理液付与部10は、処理液を基材に塗布できる構成であれば特に限定されるものではないが、本発明ではインクジェットヘッド21であることが好ましい。インクジェットヘッド21以外に、例えば、ロールコーター等であってもよい。
インク付与部20は、インクを吐出可能なインクジェットヘッド21である。
また、図1では、基材上に処理液を付与した後、インクを付与する構成の装置としたが、処理液とインクを同時に付与する構成の装置としてもよいが、処理液層の乾燥率が30%以下の状態で、インクジェットヘッドからインクを吐出することが好ましい。
このようなフラットベッドタイプのプリンタとしては、特開2015-74161号公報の図1や特開2017-177578号公報の図1に記載されているプリンタを一例として挙げることができる。
本発明に係る画像記録物は、基材と、基材上に前記処理液を用いて形成された処理液層と、当該処理液層上に前記インクを用いて形成されたインク層と、を有することが好ましい。
ブリキ基材51上に熱硬化性樹脂(例えば、TW-1407シリーズ T&K TOKA製)をローラー塗布して熱硬化性樹脂層(ベースコート)52を形成し、その上に、処理液層53とインク層54によって画像を形成する。次いで、熱硬化性樹脂(例えば、AX-10シリーズ T&K TOKA製)をローラー塗布して熱硬化性樹脂層(トップコート)55を形成し、加熱硬化、乾燥して、缶詰食品用包装材料50を得ることができる。
多価金属塩として酢酸カルシウム・水和物3質量%に、ジプロピレングリコール14質量%、プロピレングリコール14質量%、グリセリン10%、ポリエーテル変性シリコーンBYK3450 1質量%、防黴剤(プロキセルGXL(S))0.1質量%及びイオン交換水(残量;全量が100質量%なる量)を撹拌しながら添加し、得られた混合液を1μmのフィルターにより濾過して処理液T1を得た。
前記処理液T1の調製において、多価金属塩、溶媒、界面活性剤の種類及び添加量、水の添加量を、下記表Iに記載のとおりに変更した以外は同様にして、各処理液T2~T6を調製した。
<溶媒>
「DPG」:ジエチレングリコール
「PG」:プロピレングリコール
「1,2-HDO」:1,2-ヘキサンジオール
「Gly」:グリセリン
「TEGOWET250」:ポリエーテル変性シリコーン TEGOWET-250(エボニック社製)
「BYK3450」:ポリエーテル変性シリコーン BYK-3450(ビックケミー社製)
「BYK348」:ポリエーテル変性シリコーン BYK-348(ビックケミー社製)
「プロキセル GXL(S)」:1,2-ベンズイソチアゾリン-3-オン
得られた各処理液について、動的表面張力、静的表面張力及び30%乾燥後の動的表面張力を以下の方法で測定した。
前記で調製した処理液T1~T6について、最大泡圧法を用いた動的表面張力計(BP-100:KRUSS社製)を用いて表面寿命10ms~1000msの動的表面張力を測定した。測定温度は25℃に調整した。表面寿命15ms、100ms、1000msにおける動的表面張力(単位はmN/m)を下記表Iに示す。なお、ここでの表面寿命15msにおける動的表面張力を後述する「動的表面張力A」とした。
前記で調製したインク処理液T1~T6について、ウィルヘルミ法を用いた静的表面張力計(CBVP-Z:協和界面科学社製)を用いて、25℃における静的表面張力を測定した。測定値(単位はmN/m)を下記表Iに示す。
前記で調製したインク処理液T1~T6についてそれぞれ100gを浅い容器に秤量し、25℃の減圧環境下で液の質量が70gになるまで乾燥させた。その後、各処理液の動的表面張力を前記の方法で測定し、これを30%乾燥後の動的表面張力Bとした。また、30%乾燥後の動的表面張力Bと、前記で測定した処理液の表面寿命15msにおける動的表面張力Aとの差「(B-A)」を算出した。結果を下記表Iに示す。
<射出安定性>
前記で調製した処理液T1~T6をコニカミノルタ製の独立駆動型インクジェットヘッド(360npi、吐出量14pL、1024ノズル)に充填し、ストロボ同期型の液滴観測装置で30分間連続吐出試験を実施した。その後、以下の基準にしたがって射出安定性を評価した。
(基準)
○:評価した256ノズル中、256ノズル全てのノズルが正常に吐出されている。
△:評価した256ノズル中、異常吐出ノズルが1ノズル以上5ノズル未満観測される。
×:評価した256ノズル中、異常吐出ノズルが5ノズル以上観測される。
前記で調製した処理液T1~T6について、60℃サーモで2週間保存した後に、以下の基準にしたがって目視で評価した。
(基準)
○:60℃、2週間保存後の処理液に白濁、分離などの異変が目視で観察されない。
×:60℃、2週間保存後の処理液が僅かに白濁もしくは分離している。
×:60℃、2週間保存後の処理液が明らかに白濁もしくは分離している。
下記表IIに記載の市販品である樹脂微粒子分散液P1~P5における各樹脂微粒子について、凝集性及びガラス転移温度(Tg)を測定し、測定結果を下記表IIに示した。
凝集性は、以下の方法で測定した。
まず、樹脂微粒子が5質量%で、かつ、酢酸カルシウム・1水和物が0.15質量%の、混合液を調製するため、酢酸カルシウム・1水和物を0.30質量%となるようにイオン交換水で溶解した酢酸カルシウム水溶液と、表IIに示す各樹脂微粒子分散液P1~P5を用いて、固形分が10質量%となるようにイオン交換水で調製した樹脂微粒子分散液の希釈液をそれぞれ準備した。
次に、前記酢酸カルシウム水溶液5gを、前記樹脂微粒子分散液の希釈液5gに撹拌しながら添加し、固形分が5質量%で酢酸カルシウム・1水和物が0.15質量%の各混合液10gをそれぞれ調製した。
そして、各混合液10gを、日立工機社製の遠心分離機CF16RXを使用して遠心加速度200G、遠心時間10分で遠心分離し、分離後の溶液から上澄み液約2gをそれぞれ採取した。
次に、各上澄み液を150℃で30分間加熱することで水を除去し、加熱後に残った固形物の質量を測定した。得られた固形分の質量を以下の計算式に代入し凝集性をそれぞれ算出した。
式:凝集性=1-(固形分の質量(g)/(採取した上澄み液の質量(g)×5%))
樹脂粒子のガラス転移温度(Tg)は、DSC(示差走査熱量測定装置)を用いて-30~200℃の温度域で昇温速度10℃/分の条件で昇温させたときの吸熱ピークから、ガラス転移温度Tgを読み取ることによって特定した。
<マゼンタ顔料分散液D1の調製>
マゼンタ顔料(ピグメント・レッド122とピグメント・バイオレット19の混晶)20質量%に、アニオン性高分子分散剤(ジメチルアミノエタノール中和されたカルボキシ基を有するアクリル系分散剤(BASF社製「ジョンクリル819」、酸価75mgKOH/g、固形分20質量%)を8質量%と、プロピレングリコール20質量%と、防黴剤プロキセルGXL(S)0.1質量%と、イオン交換水(残部;全量が100質量%となる量)を加えた混合液をプレミックスした。
その後、0.3mmのジルコニアビーズを体積率で50%充填したビーズミルを用いて分散し、顔料の含有量が20質量%の顔料分散液D1を調製した。
この顔料分散液に含まれる顔料粒子の平均粒径は140nmであった。なお、平均粒径の測定はマルバルーン社製「ゼータサイザーナノ S-90」により行った。
マゼンタ顔料分散液D1の調製において、顔料分散剤をアクリル系分散剤「ジョンクリル819」からノニオン性高分子分散剤(BYK社製「BYK190」)に変更した以外は同様にして、マゼンタ顔料分散液D2を調整した。この顔料分散液に含まれる顔料粒子の平均粒径は130nmであった。
マゼンタ顔料分散液D1 20質量%(固形分として4質量%)に、前記市販品の樹脂微粒子分散液P1(添加量は、インク中において樹脂微粒子(固形分)が5質量%となるように調整)、プロピレングリコール21質量%、グリセリン5質量%、界面活性剤KF351A(信越シリコーン社)0.2質量%、界面活性剤E1010(日信化学工業社)1質量%、防黴剤プロキセルGXL(S)0.1質量%及びイオン交換水(残部;全量が100質量%なる量)を撹拌しながら添加し、得られた混合液を1μmのフィルターにより濾過してマゼンタインクM1を得た。濾過前後で実質的な組成変化はなかった。
マゼンタインクM1の調製において、樹脂微粒子分散液、水溶性溶媒及び界面活性剤の種類及び配合量等を下記表IIIに記載のとおりに変更した以外は同様にして、M1~M15を調製した。
<シアン顔料分散液D3の調製>
シアン顔料(ピグメント・ブルー15:3)20質量%に、顔料分散剤(ジメチルアミノエタノール中和されたカルボキシ基を有するアクリル系分散剤(BASF社製「ジョンクリル819」、酸価75mgKOH/g、固形分20質量%)を6質量%と、プロピレングリコール20質量%と、防黴剤プロキセルGXL(S)0.1質量%と、イオン交換水(残部;全量が100質量%となる量)を加えた混合液をプレミックスした。
その後、0.3mmのジルコニアビーズを体積率で50%充填したビーズミルを用いて分散し、顔料の含有量が20質量%のシアン顔料分散液D1を調製した。この顔料分散液に含まれる顔料粒子の平均粒径は120nmであった。
シアン顔料分散液D3 20質量%(固形分として4質量%)に、前記市販品の樹脂微粒子分散液P1(添加量は、インク中において樹脂微粒子(固形分)が5質量%となるように調整)、プロピレングリコール21質量%、グリセリン5質量%、界面活性剤KF351A(信越シリコーン社)0.2質量%、界面活性剤E1010(日信化学工業社)1質量%、防黴剤0.1質量%及びイオン交換水(残部;全量が100質量%なる量)を撹拌しながら添加し、得られた混合液を1μmのフィルターにより濾過してシアンインクC1を得た。濾過前後で実質的な組成変化はなかった。
インクC1の調製において、水溶性溶媒及び界面活性剤の種類と配合量、防黴剤の配合量等を下記表IIIに記載のとおりに変更した以外は同様にして、シアンインクC2及びC3を調製した。
<溶媒>
「EG」:エチレングリコール
「PG」:プロピレングリコール
「1,2-PDO」:1,2-ペンタンジオール
「1,2-HDO」:1,2-ヘキサンジオール
「2Me-1,3-PDO」:2-メチル-1,3-プロパンジオール
Gly:グリセリン
「DEGBE」:ジエチレングリコールモノブチルエーテル
「E1010」:アセチレングリコール系界面活性剤 オルフィンE1010(日信化学工業製)
「KF-351A」:シリコーン変性界面活性剤 KF-351A(信越シリコーン社製)
「TEGOWET KL245」:ポリエーテル変性シリコーン TEGOWET-KL245(エボニック社製)
「TEGOWET 250」:ポリエーテル変性シリコーン TEGOWET-250(エボニック社製)
「TEGOWET 260」:ポリエーテル変性シリコーン TEGOWET-260(エボニック社製)
「BYK3450」:ポリエーテル変性シリコーン BYK-3450(ビックケミー社製)
「BYK3455」:ポリエーテル変性シリコーン BYK-3455(ビックケミー社製)
「BYK348」:ポリエーテル変性シリコーン BYK-348(ビックケミー社製)
「BYK349」:ポリエーテル変性シリコーン BYK-349(ビックケミー社製)
「プロキセル GXL(S)」:1,2-ベンズイソチアゾリン-3-オン
得られた各インクについて、動的表面張力を以下の方法で測定した。
<動的表面張力>
前記で調製したインクM1~M15及びC1~C3について、最大泡圧法を用いた動的表面張力計(BP-100:KRUSS社製)を用いて表面寿命10ms~1000msの動的表面張力を測定した。測定温度は25℃に調整した。表面寿命15ms、100ms、1000msにおける動的表面張力(単位はmN/m)を表IVに示す。
前記で調製したインクM1~M15及びC1~C3について、ウィルヘルミ法を用いた静的表面張力計(CBVP-Z:協和界面科学社製)を用いて、25℃における静的表面張力を測定した。測定値(単位はmN/m)を表IVに示す。
<射出安定性>
前記で調製したインクM1~M15及びC1~C3をコニカミノルタ製の独立駆動型インクジェットヘッド(360npi、吐出量6pL、1024ノズル)に充填し、ストロボ同期型の液滴観測装置で30分間連続吐出試験を実施した。その後、以下の基準にしたがって射出安定性を評価した。
(基準)
○:評価した256ノズル中、256ノズル全てのノズルが正常に吐出されている。
△:評価した256ノズル中、異常吐出ノズルが1ノズル以上5ノズル未満観測される。
×:評価した256ノズル中、異常吐出ノズルが5ノズル以上観測される。
前記で調製したインクM1~M15及びC1~C3について、60℃サーモで2週間保存した後に、粒子径測定器(ゼータサイザー Nano S-90)により平均粒子径を測定した。その後、以下の基準にしたがってインク保存性を評価した。
(基準)
○:60℃、2週間保存後の平均粒子径と60℃2週間保存前の平均粒子径の差が10nm未満である。
△:60℃、2週間保存後の平均粒子径と60℃2週間保存前の平均粒子径の差が10nm以上30nm未満である。
×:60℃、2週間保存後の平均粒子径と60℃2週間保存前の平均粒子径の差が30nm以上である。
前記で調製した処理液及びインクを、下記表V~表Xの組み合わせとしたインクセットを用いて、以下の方法で印字試験を実施した。
記録媒体Mとして、PETフィルム(FE2001、厚さ50μm、フタムラ化学社製)を用意した。
コニカミノルタ製の独立駆動型インクジェットヘッド(360npi、吐出量6pLもしくは14pL、1024ノズル)2個を搭載したスキャン型プリンタ(図4参照。)を準備し、先に記録されるヘッドH1に各処理液を充填し、後に記録されるヘッドH2に各インクを充填した。その後、解像度720×720dpiの画像を走査方向X及び搬送方向Yに各々2分割した4つの画像(180×180dpi)とし、一つの印刷領域を4回印刷する4パスモードで、必ず処理液が先に記録される向きに片方向で印刷を実施した。
キャリッジCの搬送速度は300mm/secに設定し、処理液とインクの記録間に乾燥工程を設けない構成とした。印字は25℃50%RHの環境下で試験した。
処理液の記録は、液量6pL、最大印字率33%に設定し、インクの画像領域に合わせて像様に付与した。またインクの記録は液量14pL、最大印字率100%に設定した。なお、上記の設定において、ベタ部の処理液の付量は1.7g/m2、ベタ部のインク付量は11.9g/m2となり、ベタ部のインク付与量と処理液付与量の比(インク付量/処理液の付量)は7.0倍となる。
上記印字試験1の中で、処理液が付与されてからインクが付与されるまでの時間を測定したところ、0.2秒と算出された。上記25℃50%RHの環境において、処理液が付与されてから0.2秒後の処理液の乾燥率を測定したところ、乾燥率は1%以下であった。なお、処理液の乾燥率は、処理液の質量変化量を測定することで算出した。
上記印字試験1において、インクを付与した後に、PETフィルムを90℃に設定した乾燥機に投入し、5分間加熱乾燥して画像記録物を得た。
<抜き文字の潰れ>
前記に記載の方法で、5ポイント及び7ポイントのMS明朝体で、漢字「口、四、日、回、因、困、固、国、目、図、國」の抜き文字を印字し、印字した文字画像を目視観察し、以下の基準にしたがって文字品質の評価を行った。
(基準)
○:5ポイントの抜き文字全てが、細部まで明瞭に記録されている。
△:5ポイントの抜き文字は一部しか判読できないが、7ポイントの抜き文字全てが判読可能である。
×:7ポイントの抜き文字の中にも判読できないものがある。
前記に記載の方法で、3画素幅の細線を記録し、以下の基準で細線のにじみを目視評価した。
(基準)
○:細線が細く直線状に印字されている。
△:細線の所々が膨らみ、少し歪んで印字されている。
×:線が大きく滲み、太く歪んでいる。
前記に記載の方法で、5cm×5cmのベタ画像を記録し、以下の基準でベタ部のまだらを目視評価した。
(基準)
○:15cm離れた位置から観測して、画像に濃度ムラが認められない。
△:15cm離れた位置から観測すると、画像の一部において濃度ムラが認められるが、30cm離した位置からは、濃度ムラが認められない。
×:30cm離した位置から観測して、画像に濃度ムラが認められる。
前記に記載の方法で、5cm×5cmのベタ画像を記録し、爪で印字面をこすり、以下の基準で密着性を評価した。
(基準)
○:爪でこすっても印字面は変化なく、とれない。
△:爪でこすると傷がつき、印字面が一部剥がれる。
×:爪でこすると印字面が剥がれ落ちる。
コニカミノルタ社製ピエゾ型インクジェットヘッド(360dpi、吐出量6pL)の独立駆動ヘッド2つをノズルが互い違いになるように配置し、720dpi×720dpiのヘッドモジュールを作成し、図1に例示するシングルパス型のプリンタに、搬送方向にノズル列が直交するように設置した。
なお、処理液付与後からインク付与までの時間は、記録媒体が処理液付与部を通過した後に所定の時間待機させた後、インク付与部へと移動することで調整した。
処理液の乾燥率は、処理液が付与されてからインクが付与されるまでの時間に揮発した溶媒量を、前記PETフィルムに付与された処理液の質量変化率を測定することで算出した。処理液の付量及びインクの付量は、液滴サイズと印字率を変えることでそれぞれ調整した。評価結果を表XIに示す。
なお、表XIにおいて「≦1」は、「1%以下」を表す。
10 処理液付与部
11 インクジェットヘッド
12 処理液液滴
20 インク付与部
21 インクジェットヘッド
22 インク液滴
23 第2乾燥部
30 送り出しローラー
40 巻取りローラー
C 処理液層
F 基材
P 画像記録物
R インク層
50 缶詰食品用包装材料
51 ブリキ基材
52 熱硬化性樹脂層(ベースコート)
53 処理液層
54 インク層
55 熱硬化性樹脂層(トップコート)
C キャリッジ
H1 ヘッド
H2 ヘッド
X 走査方向
Y 搬送方向
M 記録媒体(基材)
Claims (10)
- インクと処理液とを含むインクセットを用い、画像を記録するインクジェット記録方法であって、
前記インクが、顔料、樹脂微粒子、SP値が24(J/cm 3 ) 1/2 以上でかつ沸点150~250℃の範囲内の水溶性溶媒及び界面活性剤を含有し、
前記処理液が、多価金属塩、SP値が24(J/cm 3 ) 1/2 以上でかつ沸点150~250℃の範囲内の水溶性溶媒及び界面活性剤を含有し、
前記インクの前記界面活性剤が、アセチレングリコール系界面活性剤及びポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤、又は、ポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤で、
前記インク中の前記界面活性剤の含有量が、0.1~2.0質量%の範囲内であり、
前記処理液の前記界面活性剤が、ポリエーテル変性シリコーン系界面活性剤で、前記処理液中の前記界面活性剤の含有量が、0.1~2.0質量%の範囲内であり、
25℃において、前記インクの静的表面張力が、前記処理液の静的表面張力よりも5mN/m以上高く、
25℃において、前記インクの表面寿命15msにおける動的表面張力が、前記処理液の表面寿命15msにおける動的表面張力よりも5mN/m以上高く、
前記インクの表面寿命15msにおける動的表面張力が、35~45mN/mの範囲内であり、かつ、
前記処理液の表面寿命15msにおける動的表面張力が、25~35mN/mの範囲内であり、
前記処理液を基材に付与した後、加熱乾燥工程を経ずに、前記処理液が濡れた状態で前記インクを前記処理液が付与された領域に付与するインクジェット記録方法。 - 前記インク中の前記水溶性溶媒の含有量が、5~40質量%の範囲内で、
前記処理液中の前記水溶性溶媒の含有量が、10~45質量%の範囲内である請求項1に記載のインクジェット記録方法。 - 前記顔料が、アニオン性高分子分散剤で分散されている請求項1又は請求項2に記載のインクジェット記録方法。
- 前記インクが0.15質量%の酢酸カルシウム・1水和物水溶液との凝集性が0.2以下である前記樹脂微粒子を、3~15質量%の範囲内で含有する請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記樹脂微粒子が、スルホン酸基を有する水分散性ポリエステル樹脂を含有する請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載のインクジェット記録方法。
- 25℃において、未乾燥状態の前記処理液の表面寿命15msにおける動的表面張力をAとし、
前記処理液を乾燥させて、当該処理液の乾燥率が30%のときの表面寿命15msにおける動的表面張力をBとしたときに、下記式(I)を満たす請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載のインクジェット記録方法。
式(I):(B-A)≦5mN/m - 前記インク中に含有しない界面活性剤を、前記処理液中に含有する請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記処理液が付与された領域に、前記処理液の乾燥率が30%以下の状態で、前記インクを付与する請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記処理液を前記基材に付与した後、10秒以内に前記処理液が付与された領域に、前記インクを付与する請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載のインクジェット記録方法。
- 単位面積当たりにおいて、前記インクの付量が、前記処理液の付量の2~25倍の範囲内である請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載のインクジェット記録方法。
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