JPH05331391A - 水性記録用インク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】着色剤である顔料の分散安定性及び保存安定性
に優れた水性記録インクを提供すること。 【構成】少なくとも水と顔料を含むインクにおいて、イ
ンク中に含まれるナトリウム及びカリウムの量が５００
ｐｐｍ以下であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体インクを用いて記
録を行うインクジェットプリンタに供する水性記録イン
クに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のインクジェット記録用インクは水
及び有機溶剤、ワックス等に着色剤として染料を溶解さ
せたものが主なものであったが、その記録物は染料の特
性上、耐光性、耐水性に乏しいものであった。それを解
決するために、着色剤としてカーボンブラック、アニリ
ンブラック等の顔料を用いたインクが考案され、特開昭
６１−２８３８７５号公報、特開昭６４−６０７４号公
報、特開平１−３１８８１号公報等に示されている。

【０００３】インクジェット用記録インクには、微細な
吐出ノズルを粗大粒子等によって目詰まりさせないこ
と、製造中また保存中にインク物性の変化及び固形分の
析出がないこと等の課題がある。特に顔料を着色剤とす
るインクは、水性媒体中に顔料微粒子が分散されている
分散系であるため、インク中に含まれる粗大粒子は微小
なごみ等の他に、分散している顔料粒子が保存過程中に
凝集してできる顔料大粒子があり、完全な溶液である染
料インクと比較すると粗大粒子が生成しやすい。このた
め製造工程中に濾過や遠心分離を行うことによって、ノ
ズルの目詰まりや固形分析出の原因となるインク中の粗
大粒子を除去する方法が、特開昭６４−４８８７５号や
特開平２−２５５８７５号に記載されている。また、小
さな粒子が分散系内で比較的安定であることを利用し
て、インク中の顔料粒子の粒径を一定以下に制限するこ
とにより吐出安定性、保存安定性を向上させる方法が特
開平１−２０４９７９号に記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような方
法で調製したインク中には、濾過等で除去可能な粗大粒
子の他に水溶性の不純物が溶解しており、これらの不純
物は上記の方法では除去できない。不純物の存在によっ
て分散系の安定性は低下し、顔料粒子は時間の経過につ
れて凝集を起こしやすく、粗大粒子の生成が早く起こり
やすいという問題を有していた。

【０００５】また、インクに熱エネルギーを付与してイ
ンクを蒸発させ、その際に生じる圧力でインク滴を飛翔
させる記録方法においては、加熱によってインク中の不
純物が固形化して析出し、ノズルに堆積して目詰まりを
生じる。このためインク中の不純物を除去して目詰まり
を防止することが必要である。

【０００６】本発明はこのような問題点を解決するもの
であり、その目的とするところは、顔料の分散安定性及
び保存安定性に優れた水性記録インクを提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
用水性記録インクは、少なくとも水と顔料を含むインク
において、インク中に含まれるナトリウム、およびカリ
ウムの量がそれぞれ５００ｐｐｍ以下であることを特徴
とする。

【０００８】インク中の顔料粒子の凝集を防止するに
は、単にインク調製時に粗大粒子を除去して顔料粒子の
粒径を小さくするだけでなく、保存過程における顔料粒
子の凝集現象を抑制するためにインク中の水溶性不純物
を除去しなくてはならない。

【０００９】分散系に悪影響をもたらす不純物の特定と
その除去方法を検討した結果、特にナトリウム、及びカ
リウムが一定以上含まれていると顔料粒子の分散安定性
が劣化することがわかった。これらの物質は水中ではイ
オンとして存在するが、顔料粒子も水中で電荷を帯びて
いるため、イオンが粒子表面に吸着して表面電荷を中和
し、顔料粒子同士の静電気反発力を弱めて粒子の凝集が
起こる。このため、これらの物質を一定濃度以下に低減
することによって粗大粒子の生成を抑制できる。

【００１０】（発明の具体的説明）本発明の水性記録イ
ンクの製造方法は、少なくとも水と顔料を含むインクを
金属製フィルターを用いて加圧濾過することによって、
水性記録インクを製造する。

【００１１】使用する顔料は特に限定されたものではな
く、主溶媒である水との親和性が良いものであれば使用
でき、例えば、モノクロ用としては、ファーネスブラッ
ク、ランプブラック、アセチレンブラック、チャンネル
ブラック等のカーボンブラック類、または、銅、鉄等の
金属単体、オルトニトロアニリンブラック等が使用でき
る。更にカラー用としては、ファーストイエロー１０
Ｇ、ジスアゾエローＡＡＭＸ、ジスアゾエローＡＡＯ
Ｔ、ジスアゾエローＡＡＯＡ、黄色酸化鉄、ジスアゾエ
ローＨＲ、オルトニトロアニリンオレンジ、ジニトロア
ニリンオレンジ、バルカンオレンジ、トルイジンレッ
ド、塩素化パラレッド、ブリリアントファーストスカー
レット、ナフトールレッド２３、ピラゾロンレッド、バ
リウムレッド２Ｂ、カルシウムレッド２Ｂ、ストロンチ
ウムレッド２Ｂ、マンガンレッド２Ｂ、バリウムリソー
ムレッド、ピグメントスカーレッド３Ｂレーキ、レーキ
ボルドー１０Ｂ、アンソシン３Ｂレーキ、アンソシン５
Ｂレーキ、ローダミン６Ｇレーキ、エオシンレーキ、べ
んがら、ファフトールレッドＦＧＲ、ローダミンＢレー
キ、メチルバイオレッドレーキ、ジオキサジンバイオレ
ッド、ベーシックブルー５Ｂレーキ、ベーシックブルー
６Ｇレーキ、ファストスカイブルー、アルカリブルーＲ
トナー、ピーコックブルーレーキ、紺青、群青、レフレ
ックスブルー２Ｇ、レフレックスブルーＲ、ブリリアン
トグリーンレーキ、ダイアモンドグリーンチオフラビン
レーキ、フタロシアニングリーンＧ、グリーンゴール
ド、フタロシアニングリーンＹ、酸化鉄粉、さびこ、亜
鉛華、酸化チタン、炭酸カルシウム、クレー、硫酸バリ
ウム、アルミナホワイト、アルミニウム粉、ブロンズ
粉、昼光けい光顔料、パール顔料、ナフトールカーミン
ＦＢ、ナフトールレッドＭ、パーマネントカーミンＦ
Ｂ、ファストエロＧ、ジスアゾエローＡＡＡ、ジスアゾ
オレンジＰＭＰ、レーキレッドＣ、ブリリアントカーミ
ン６Ｂ、フタロシアニンブルー、キナクリドンレッド、
ジオキサンバイオレッド、ビクトリアピュアブルー、ア
ルカリブルーＧトナー等、その他顔料表面を樹脂等で処
理したグラフトカーボン等の加工顔料等が使用できる。
その添加量は、１〜３０重量％が好ましいが、さらには
３〜１２重量％が好ましい。粒径は２５μｍ以下の顔料
を用いるが、さらには１μｍ以下の粒子からなる顔料を
用いることが好ましい。

【００１２】顔料の分散方法としては、、従来から用い
られている顔料微細分散法、例えばボールミル、サンド
ミル、アトライター、ロールミル、アジテータ、ヘンシ
ェルミキサ、コロイドミル、超音波ホモジナイザー、パ
ールミル、湿式ジェットミル、ペイントシェーカー等各
種を用いることができる。ただしビーズ等のメディアを
使用する分散方法の場合、メディアからの不純物の混入
が考えられるので、メディアの洗浄や、有害不純物を析
出しないメディアを使用するなどの対策を行うことが必
要である。

【００１３】顔料の分散をより良好に行うために、分散
剤を添加することが好ましい。分散剤として、通常アニ
オン系、ノニオン系界面活性剤、または高分子分散剤等
を使用したものでも、ソープフリーでも構わない。例え
ば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸等、及びこ
れらの塩、アクリル酸エステル類、スチレンまたはその
誘導体、ビニルエーテル類、ビニルエステル類等のエチ
レン性不飽和単量体等を単独、また２種類以上を混合及
び重合させて用いることが出来る。

【００１４】インクを紙上に定着させるために水溶性樹
脂を添加することが好ましい。水溶性樹脂としては、例
えばゼラチン、カゼイン等のタンパク質、アラビアゴム
等の天然ゴム、サボニン等のグルコキシド、メチルセル
ロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチ
ルセルロース等のセルロース誘導体、リグニンスルホン
酸塩、セラック等の天然高分子、ポリアクリル酸塩、ス
チレン−アクリル酸共重合物塩、ビニルナフタレン−ア
クリル酸共重合物塩、スチレン−マレイン酸共重合物
塩、ビニルナフタレン−マレイン酸共重合物塩、β−ナ
フタレンスルホン酸ホリマリン縮合物のナトリウム塩、
ポリリン酸等の陰イオン性高分子、ポリビニルアルコー
ル、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール等
の非イオン性高分子等のうち１種または２種類以上を混
合して用いることができる。

【００１５】また、水または水と水溶性有機溶剤を前記
インクに添加することができる。水はイオンその他の不
純物を除いた超純水を用いることが好ましい。水溶性有
機溶剤としては、アルコール類、グリコール類が挙げら
れる。例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、
ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール等の
アルコール類、モノ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、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エーテル、グ
リセリン、ポリエチレングリコール等のグリコール類が
挙げられるが、これらに限定されるものではない。ま
た、水を主成分とした媒体中に水不溶性ポリマーを分散
させた分散液、例えばアクリル酸エステル系、メタクリ
ル酸エステル系、スチレン系、スチレン−アクリル共重
合体、オレフィン系及びアミノ基、アミド基、カルボキ
シル基、水酸基等の親水性官能基を有するモノマー等の
単独重合または共重合樹脂エマルジョン、マイクロエマ
ルジョン、内部３次元架橋した有機微粒子、パラフィン
ワックス、ポリエチレンワックス、カルナバワックス等
の天然・合成ワックスエマルジョン、ラテックス、コロ
イド溶液、懸濁液等を前記インクに添加することができ
る。

【００１６】その他、必要に応じて防カビ剤、防錆剤、
消泡剤、粘度調整剤、浸透剤、ｐＨ調整剤、ノズル乾燥
防止剤として尿素、チオ尿素、エチレン尿素等を添加す
ることができる。

【００１７】また、顔料分散後の粗大粒子、ゴミ、混裁
物を除去するために、フィルターを用いて加圧または減
圧濾過処理を一回以上の工程で行うか、あるいは遠心分
離機を用いて遠心分離処理を単独、もしくは濾過処理と
組み合わせて行うのが好ましい。

【００１８】

【実施例】以下実施例に基づき本発明をさらに詳しく説
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。

【００１９】（実施例１） 成 分 組成比 カーボンブラック（ＭＡ−１００） ５ 分散剤（ポリアクリル酸カリウム塩） ０．０５ ポリビニルピロリドン ５（溶解度１５％以上） グリセリン ５ エタノール ５ 超純水 ７９．９５ ここで用いたＭＡ−１００は三菱化成工業製カーボンブ
ラック、また水溶性樹脂として用いているポリビニルピ
ロリドンは、東京化成製のグレード名Ｋ−３０（平均分
子量約４０，０００）である。

【００２０】インクの製造は以下の手順で行ったがこれ
に限定されるものではない。まずカーボンブラックを洗
浄するため、超純水中で攪拌し濾過する。これを３−５
回行う。次に洗浄したカーボンブラックと分散剤を超純
水中にてペイントシェイカーを用いて３０分以上攪拌混
合し、粒径が約１μｍ以下になったことを顕微鏡観察に
より確認し、そこへポリビニルピロリドンを添加し更に
３０分混合攪拌し完全に溶解させる。その分散液にグリ
セリンとエタノールを添加して５分攪拌し、孔径５μ
ｍ、フィルター直径４７ｍｍのステンレス製メッシュフ
ィルターにて加圧圧力１Ｋｇ／ｃｍ2で加圧濾過してゴ
ミ及び粗大粒子を除去し、平均粒径０．１５μｍ、ｐＨ
６の水性記録用インクを得た。また孔径の大きいフィル
ターで前濾過を行うのは、粗大粒子の捕集効率を高くす
るために好ましい。

【００２１】なお、インクを収容する容器内壁からの不
純物混入を防ぐため、容器内に超純水を満たして超音波
洗浄を行った。

【００２２】こうして得られたインク組成物について、
光散乱方式粒度分布計（ＥＬＳ−８００大塚電子登録商
標）により重量平均粒径とξ電位を、Ｂ形粘度計（東洋
計器登録商標）１号ロータを用いて２０℃における粘度
を、ＨＬＶ−ＳＴ形表面張力計（協和界面科学登録商
標）を用いて２５℃における表面張力を測定した。ま
た、２０℃におけるインク中のナトリウムおよびカリウ
ムイオン濃度は、偏光ゼーマン原子吸光分光光度計Ｚ−
７０００（日立製作所製）を用いて測定した。

【００２３】また吐出ノズル径５０μｍ、圧電素子駆動
電圧１２０Ｖ、駆動周波数２ｋＨｚ、解像度３６０ドッ
ト／インチの試作９ノズルインクジェット評価機を用い
て、１２時間常温での連続印字中のドット抜けの有無を
調査する連続吐出安定性評価を行った。

【００２４】さらにガラス製サンプル瓶密閉中における
環境温度７０℃、湿度８５％３０日間でのカーボンブラ
ック粒子の粒径変化を４００倍透過顕微鏡で観察する保
存安定性評価を行った。

【００２５】ドット抜けについては、評価結果を次のよ
うに分類した。

【００２６】 １２時間以内にドット抜け１０回以内発生・◎ ６時間以内にドット抜け１０回以内発生・・○ １時間以内にドット抜け１０回以上発生・・× さらに保存安定性に関しては、評価結果を下記のように
分類した。

【００２７】 ３０日で粒径に変化無し・・・・・・・・・◎ ３０日で若干粒径変化が観察された・・・・△ ３０日で明らかに粒径が大きくなった・・・× 以下の実施例は上記とほぼ同様な手順にて行った。

【００２８】（実施例２）実施例１のカーボンブラック
をフタロシアニンブルー（ＢＡＳＦ製）に替えた以外
は、実施例１と同様に作製した。

【００２９】（実施例３）実施例１のカーボンブラック
をパリオゲンレッド（ＢＡＳＦ製）に替えた以外は、実
施例１と同様に作製した。

【００３０】（実施例４）実施例１の分散剤をポリアク
リル酸ナトリウム塩に替えた以外は、実施例１と同様に
作製した。

【００３１】（比較例１）実施例１の組成中の超純水に
替えて、通常の水道水を用い、インク容器の洗浄を行わ
なかった以外は、実施例１と同様に作製した。

【００３２】（比較例２）実施例１の組成に加えて表面
張力調整剤としてソルビン酸カリウムを０．０５添加
し、その分超純水を減少させた。

【００３３】（比較例３）実施例１の組成に加えて防腐
剤としてアジ化ナトリウムを０．０５添加し、その分超
純水を減少させた。

【００３４】以上の実施例、比較例の評価結果を表１に
示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】実施例１−４の組成で作製したものは、イ
ンク中に含まれるリチウム、ナトリウム、およびカリウ
ムの量がいずれも５００ｐｐｍ以下であり、顔料粒子の
表面電位であるξ電位の絶対値が高い。そのため粒子同
士の静電反発力が大きく、顔料粒子の分散安定性に優れ
ており、インクの吐出安定性や保存安定性が良好である
ことがわかる。

【００３７】それに対して、リチウム、ナトリウムおよ
びカリウムを５００ｐｐｍ以上含むインクは、５００ｐ
ｐｍ以下のインクと比較するとξ電位が小さく、保存過
程において顔料粒子の凝集が早く発生し、その結果イン
クの吐出安定性や保存安定性が悪化する。したがって、
インク添加剤としてアルカリ金属塩を用いる場合は、濃
度に注意する必要がある。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、少
なくとも水と顔料を含むインクにおいて、インク中に含
まれるリチウム、ナトリウム、およびカリウムの量をそ
れぞれ５００ｐｐｍ以下とすることにより、これらの物
質のイオンが粒子表面に吸着して表面電荷を中和するこ
とを抑え、顔料粒子同士の静電気反発力を弱めて粒子の
凝集が起こることを防止できるため、顔料の分散安定性
及び保存安定性に優れた水性記録インクを得ることがで
きる。

【００３９】また、インクに熱エネルギーを付与してイ
ンクを蒸発させ、その際に生じる圧力でインク滴を飛翔
させるインクジェット記録方法の場合、インク加熱によ
ってインクに含まれる不純物が固形化して析出し、ノズ
ル部分に堆積して目詰まりを引き起こすため、インク中
の不純物量が厳しく制限されている（特開平１−２０４
９８０、珪素・マグネシウム・カルシウムが５ｐｐｍ以
下）。しかし本発明の実施例のように、圧電素子の発す
る圧力をインク滴の飛翔に利用する記録方法の場合は、
インクの加熱に伴う析出物が生じない。したがって、熱
エネルギーによるインクジェット記録に適さないインク
も、本発明の実施例に準じた記録方法では使用可能にな
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも水と顔料を含むインクにおい
   て、インク中に含まれるナトリウムの量が５００ｐｐｍ
   以下であることを特徴とする水性記録用インク。
2. 【請求項２】 少なくとも水と顔料を含むインクにおい
   て、インク中に含まれるカリウムの量が５００ｐｐｍ以
   下であることを特徴とする水性記録用インク。