JP3837019B2 - インクジェットプリンターインク - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェットプリンターインクに関し、特に着色剤を希釈剤に分散させた分散液からなるインクジェットプリンターインクに関する。
【0002】
【従来の技術とその課題】
インクジェット印刷では、液体インクが圧力下且つしばしば加熱下に印刷ヘッドの極めて小さいノズルに押し込まれる。連続プリンターと称するプリンターの場合には、連続的につくられる個々のインク滴が信号に応答して電荷を受ける帯電域を通って印刷すべき基材に向けられる。次いでインク滴は電界を通り、電価の強さ及び電界に応じた量だけ偏向される。基材上に印刷を形成することを要しないインク滴はバイパスガターに向けられる。これらのプリンターで使用するインクは伝導性であることを要する。
【0003】
「ドロップオンデマンド(DOD)プリンターとして知られているプリンターの場合には印刷プロセス中に必要なときだけインク滴がプリントヘッドのノズルから射出される。ドロップオンデマンドプリンターは圧力インパルス作動で射出される静電気的に加速されたインクジェット又はインク滴シーケンスを用いうる。DODプリンターの後者の種類のものでは、たとえばノズルを供給する流路中のインクに作用する圧電アクチュエータを用いたり又は熱パルスに応答して蒸気泡を発生させることによって誘発される圧力パルスを利用して各々のインク滴を独立にノズルから射出させる。
【0004】
最近のインクジェットプリンター、特にDODプリンターに用いるに適する分散液形のインクでは多くの基本的な要件に適合する必要がある。インクの保存中又はプリンターのヘッド部にある間に相分離や沈降が起こらないよう安定である必要がある;プリントヘッドから発射するに要するエネルギーが適切であるように十分に低粘度である必要がある;均一サイズの単一液滴の形でプリントヘッドから一貫して発射されうる必要があり、さらに基材上で速かに乾燥して受け入れうる色密度と明瞭な標準的輪郭をもつ印刷点を生ずる必要がある。これらの要件に適合するためにインクは粘度、表面張力及び蒸発速度が所定の制限内にある必要がある。またインクはインクジェットノズルの表面を湿潤化しないことも重要である。これはノズルの度重なる洗浄を必要とし長い印刷操作の害となる。この特性の尺度はインクの減少メニスカス速度(RMV)である。
【0005】
粘度、表面張力、蒸発速度及びRMVの特性はいずれもインク組成物に用いられる希釈剤及び分散剤の一方又は両方の関数である。
【0006】
分散インクは希釈剤が水性のものと基本的に非水性のものの2つのグループに分けられる傾向にある。水性インクは基本的に無臭だがいくつかの欠点をもっている。特にほとんどの非水性インクに比しそれらの乾燥速度が遅くまた印刷が耐水性ではない傾向がある。非水性インクは一般に速かに乾燥し且つ耐水性の印刷をもたらす。しかし現在までに開発された非水性インク組成物からの印刷は使用者によっては不快な臭気を伴う傾向があった。それ故、インクジェットプリンターインクの要求特性、特に必要な粘度、表面張力、蒸発速度、非湿潤特性及び安定性を維持した上無臭又は実質上無臭の非水性インク組成物が望まれている。維持すべき特性としては特に、CP 4/40測定系でBohlin CSレオメータを用いて25℃で測定した粘度が35mPa.s以下、より好ましくは12mPa.s以下であり、表面張力が25℃で22〜36mN.m、より好ましくは24〜32mN.mであり、沸点が200℃以上であり、WO97/15633に記載される方法で測定したRMVが少なくとも1.0mm.秒−1、より好ましくは少なくとも10mm.秒−1であり、且つ70℃で6週間エージングした後のインクの粘度変化が50%以下、好ましくは20%以下、より好ましくは10%以下であり、上記のエージングしたインクを含有するガラスビンにヘラを挿入し、ガラスビンの底に沿ってこすり次いで調べるために引く抜いたヘラ上に残ったインク粒子の観察に上記のエージングしたインクの相分離を示す明瞭な結果が認められないような安定性をもつことを挙げることができる。
【0007】
1983年発行のPugh等の「Colloids and Surface」、Vol.7、183〜207頁には、種々の濃度のポリイソブテンコハク酸イミドを用いドデカン中のファーネスブラックの分散性を試験し、カーボンブラック基準でコハク酸イミド3.5〜4%の濃度にて6ヶ月以上の凝集沈降時間を達成したことが報告されている。
【0008】
WO91/15425には、少なくとも1の長鎖アルキレン又はアルキル基と少なくとも1のアミノ基をもつ少なくとも1の化合物からなる処理剤で処理したカーボンブラックとこの処理したカーボンブラックを含有するインク組成物が開示されている。この処理したカーボンブラックは0.25〜20%、好ましくは0.5〜8%の処理剤を含有し、かなりの芳香族含量(8.7%以上)をもつ油にこれらのカーボンブラックを分散させてインクとしている。
どの刊行物もインクジェットインクに関するものではない。
【0009】
WO95/01404には、少なくとも109 オームcmの電気抵抗をもつ液体と不溶性マーキング粒子と粒子供給剤からなるインクジェットインクが開示されている。このインクはWO93/11866に記載されているタイプのインクジェットプリンター用に設計されている。このプリンターはインクが連続的にその上を流れる三角形の板を有している。インクに電荷を付与して顔料粒子を帯電させて印刷媒体上に顔料粒子を静電気的に射出し、溶媒の大部分は板上に残る。このプリンターにはノズルプレートがなく、インクが上記の板上を連続的に流れるので、通常のインクジェット印刷に要求されるよりもインクの分散剤要求特性は厳しくない。コハク酸イミドは粒子帯電剤として知られている多くの種類の化合物の1つだがコハク酸イミドが粒子用の分散剤として作用しうることを開示したものはない。
【0010】
本発明は希釈剤に粒状着色剤と着色剤用分散剤を含有する分散液からなり、該希釈剤の50容量%以上が白油からなり、少なくとも1の分散剤が少なくとも36の炭素原子をもつアルキル基又は少なくとも1の不飽和炭素−炭素結合をもつアルケニル基とα,β−ジカルボン酸イミド(N−置換イミドを含む)をもつ少なくとも1の化合物からなり、且つ該少なくとも1の分散剤が着色剤の少なくとも20重量%の量で存在し、そして該着色剤がThe Colour Index に顔染料として挙げられている非カーボンブラック着色剤であることを特徴とする25℃で12mPas以下の粘度をもつインクジェットプリンターインクである。
【0011】
本発明で用いるに適する白油の芳香族含量は5重量%以下である。好ましい白油は芳香族成分を全く又は実質上含有しない。即ち芳香族含量1%以下の白油が好ましい。工業級の白油を用いることができ、医薬及び食品級の白油が好ましい。希釈剤は白油が容量で希釈剤の主要成分を形成し且つ希釈剤が単一相で残る限りは白油に加えて少なくとも1の他の液体成分を含有しうる。それ故、水を存在させる場合も水は希釈剤の他の成分と混和するかそれに溶解しうる量に限られる。白油との組合せで用いうる他の成分の例としては、色、臭気及び/又は安定性を損なわない他の有機液体がある。これらの有機液体を含有させることは本質的なことではないが、場合によっては安定性を高めるために少なくとも1の極性有機溶媒を含有させることが好ましい。これらの好ましい例として液体脂肪酸エステルがある。用いる脂肪酸エステルの量は、その特性、たとえば揮発性によって異なり、また組成物中での他の成分の選択によっても異なるが、通常20容量%以下であれば受け入れうることが判明した。ある組成物ではより多量でも有用である。
【0012】
用いうる着色剤の好ましい例としてはカーボンブラック及びThe Colour Indexに顔染料として挙げられている着色剤がある。
【0013】
用いうる好ましい顔料の例は次のCI分類をもつ範囲内のものである:
【0014】
好ましい顔料の具体例としてはイルガライトブルーGLVO、モナストラルブルーFGX、イルガライトブルーGLSM、イルガライトブルーGLNF、ヘリオゲンブルーL7101F、ルテチアシアニンENJ、ヘリオゲンブルーL6700F、モナストラルグリーンGNX−C、モナステラルGBX、モナステランGLX、モナステラル6Y、イルガジンDPPオレンジRA、ノバパームオレンジH5G70、ノブパームオレンジHL、モノライトオレンジ2R、ノバパームレッドHFG、ホスタパームオレンジHGL、パリオゲンオレンジL2640、シコファストオレンジ2953、イルガジンオレンジ3GL、クロモプタルオレンジGP、ホスタパームオレンジGR、PVカーミンHF4C、ノバパームレッドF3RK70、モノライトレッドBR、イルガジンDPPルビンTR、イルガジンDPPスカーレットBK、RT−390−Dスカーレット、RT−280Dレッド、フォースブライトレッドJSM、ノバパームレッドHF4B、ノバパームレッドHF3S、ノバパームRD HF2B、ビナモンレッド3BFW、クロモプタルレッドG、ビナモンスカーレット3Y、パリオゲンレッドL3585、ノバパームレッドBL、パリオゲンレッド3880HD、ホスタパームレッドP2GL、ホスタパームレッドP3GL、ホスタパームレッドE5B02、シコファストレッドL3550、サンファストマゼンタ22、マゼンタRT−243−D、マゼンタRT355−D、レッドB RT−195−D、シンクアシアマゼンタRT−358−D、モノライトバイオレットR、ミクロゾルバイオレットR、クロモプザルバイオレットB、オラセットピンクRF、ファナルピンクD4830、イルガライトイエロー2GP、イルガライトイエローWGP、PVファストイエローHG、PVファストイエローHR3、ホスタパームイエローH6G、PVファストイエロー、パリオトールイエローD1155、パリオトールイエローD0960、ノバパームイエロー4G及びイルガジンイエロー3Rがある。
【0015】
着色剤の混合物も用いうる。そのなかには染料どうしの混合物、顔料どうしの混合物、1以上の染料と1以上の顔料の混合物も含まれる。
【0016】
本発明の1の好ましい態様では、着色剤はヘキサクロモ系で最も広範囲の色彩と色調をもたらすように選ばれる。
【0017】
用いる着色剤の量は用いる着色剤の種類及びそのインクからの印刷に必要な色の強さに依存するが通常はインク組成物の2〜20重量%、好ましくは4〜15重量%である。
【0018】
従来本質的に非水性の希釈剤に着色剤を分散させた系の安定化に用いられている分散剤系はそれらを含有するインクが望ましくない臭気をもつ傾向があるので本発明のインクに用いるには適していない傾向がある。しかし、本発明によれば、少なくとも36の炭素原子をもつアルキル基又は少なくとも1の不飽和炭素−炭素結合をもつアルケニル基とα,β−ジカルボン酸イミド基をもつ少なくとも1の化合物とを分散剤として用いることによって、この問題を解決できることを見出した。少なくとも36の炭素原子をもつ少なくとも1の不飽和炭素−炭素結合をもつアルケニル基は、たとえばポリイソブテン、ポリブタジエン又はエチレン/プロピレンコポリマー等のオレフィン又はオレフィン混合物のポリマー又はオリゴマーからなっていてよい。好ましい鎖長はポリオレフィンの性質に依存するポリイソブテンの場合好ましい分子量は700〜5000の範囲である。エチレン/プロピレンコポリマーの場合はより大きい分子量が好ましい。
【0019】
α,β−ジカルボン酸部分とは遊離のα,β−ジカルボン酸及び、その誘導体、たとえばモノ又はジエステル、モノ又はジアミド、無水物又はイミドをいう。1の好ましい態様では、この部分(即ち基)は、たとえばジカルボン酸無水物又はイミド、たとえばコハク酸無水物、コハク酸イミドのように、環状である。この部分は長鎖脂肪族基に直接結合していてもまた中間の原子又は基を介して結合していてもよい。これらの部分をもつ化合物は、たとえばα,β−エチレン性不飽和ジカルボン酸又はその誘導体、たとえば無水マレイン酸、を所望の鎖長をもつオレフィンのホモ又はコポリマーにグラフトすることによってつくることができる。
【0020】
1の好ましい態様では、この化合物は、ポリアルケニルコハク酸イミド等の長鎖アルキル又はアルケニルイミドから選ばれる。これらの化合物はたとえばα,β−エチレン性不飽和ジカルボン酸無水物、典型的には無水マレイン酸、をポリオレフィン、たとえばポリイソブチレン又はエチレン/プロピレンコポリマーにグラフトし、生成物をモノ又はポリアミンと反応させてN−置換コハク酸イミドを生成させることによって得ることができる。少なくとも1のアミノ窒素含有化合物が特に好ましいことが判明した。好ましい化合物の具体例としては、Chevlonから商品名OLOA、たとえばOLOA 1200、として市販されているもの、Shellから商品名SPA、たとえばSPA 220TP、SPA 230TP及びSPA 285として市販されているもの、Lubrizolからコード番号2153及び2155として市販されているもの、及びExxonから商標名Paranox、たとえばParanox 105、として市販されているものがある。
【0021】
アミノ基をもつ化合物は臭気をもちまた一般に多くの人にとって望ましくないとされる臭気を示す傾向があることが知られていながら、分散剤としてこれらの化合物を用いた本発明のインクは意外にも実質上無臭であることが判った。
【0022】
別の好ましい態様におけるα,β−ジカルボン酸部分はたとえばコハク酸エステル等のエステルである。好ましいエステルはエチレングリコール及びプロピレングリコール等の2価のアルコールやペンタエリスリトール等の3価以上のアルコールを包含する多価アルコールである。好ましいエステルの具体例はShellから市販されているSPA 210である。
【0023】
更に別の好ましい態様におけるα,β−ジカルボン酸部分は、たとえばポリイソブテン、無水コハク酸におけるような酸無水物である。これらの化合物は、たとえば無水マレイン酸等のα,β−エチレン性不飽和ジカルボン酸無水物を、たとえばポリイソブチレン、ポリブタジエン又はエチレン/プロピレンコポリマー等のポリオレフィンにグラフトすることによって得ることができる。グラフト生成物はポリオレフィン主鎖に結合した1又は2以上の酸無水物基を有しうる。好ましい化合物の具体例としてはRevertex Chemicalsから市販されているLithene N4−5000−3がある。
【0024】
長鎖脂肪族基と少なくとも1のα,β−ジカルボン酸部分とをもつ1以上の化合物が分散剤として用いられる。1の好ましい態様では、多くの黒及びシアン顔料の場合のように、着色剤が塩基性反応性基をもつ化合物を含むことが好ましく、また分散剤が少なくとも1のイミド基と少なくとも1の酸無水物基をもつことがインク組成物の安定性を高めることから好ましい。
【0025】
本発明のさらに別の好ましい態様では、少なくとも1の上記分散剤化合物、好ましくはα,β−ジカルボン酸部分がイミドであるものであって、ホウ素を含有するものがホウ素がインクの安定性とRMVの1又は両方を改良することから、好ましい。これらの好ましい具体例はExxonから市販されているParanox 106及びRaranox 1273がある。ホウ素含有物質の使用は、着色剤が、多くの黒及びシアン顔料にみられるように、塩基性反応性基をもつ場合特に有効である。
【0026】
上記した分散剤のなかでも用いる着色剤との組合せによってその効果に差が出ることが判った。希釈剤の組成の変更も、安定性等のインクの1以上の性質に影響する。それ故分散剤の性状及び/又は濃度の調節が必要となりうる。
【0027】
必要な分散剤の量は用いる分散剤と着色剤に依存する。しかし前記したPugh等の文献からの予測と異なり、着色剤重量基準で20%以下の分散剤では本発明の組成物を安定化するのは困難ないし不可能である。好ましくは着色剤の重量基準で20〜150%、より好ましくは40〜100%用いられる。
【0028】
本発明のインク組成物の安定性は多くの場合着色剤の性能に依存しまた安定性もこれらの多くの場合さらなる分散剤及び/又は相乗剤の添加によって増加する。前記のテストで70℃で少なくとも12週間後に粘度上昇が50%以下で且つ明瞭な相分離が認められない程度に組成物が安定であることが好ましい。
【0029】
希釈剤、分散剤及び着色剤に加えて、インクジェットインク分散組成物に通常加えられる他の成分、たとえば分散相乗剤、粘度変性剤、も本発明の組成物に含有させうる。これら分散相乗剤の具体例としてはZeneca Coloursから商標名Solsperseとして市販されているものがある。粘度変性剤の具体例としてはAmocoから市販されているポリイソブチレンのIndopol L−100及びCrodaから市販されているオレイルアルコールのNovol等の長鎖アルキルアルコールがある。
【0030】
【実施例】
本発明の実施例を示すが本発明はこれらに限定されるものではない。特に断りのない限り部は重量基準で示す。これらの例に記載したインクは次のようにしてつくった。分散剤、顔料及び少量の希釈剤から初期分散液をつくり、これにさらなる希釈剤を加えて所望の顔料濃度に調節する。次の例に記載したインク組成物はいずれも25℃の粘度が35mPa.s以下、沸点が200℃以上、RMVが1.0mm.秒-1以上であり、EP−A0277703及びEP−A−0278590に記載されているタイプの128流路をもつドロップオンデマンド圧電インクジェットプリントヘッドから容易に射出でき紙表面を変性する必要なしに無地の紙に良好な色密度の明確な印刷をもたらした。これらのインクからの印刷には認知しうる臭気はなかった。
【0032】
例1−3:
次の組成の3つのインクをつくった:
【0033】
【表1】
【0034】
エスチゾル312は英国バーネットのHaltermann社から市販されている飽和ココナッツ脂肪酸エステル混合物である。
3つのインク組成物はいずれも70℃で少なくとも6週間後も安定であった。
【0036】
例4:
次の組成をもつインクをつくった(重量部で示す):
イルガライトブルーGLVO 5
ソルスパース5000 0.5
OLOA 1200 2.9
リゼンN4−5000−3.5MA 0.8
リトール 90.8
ソルスパース5000はZeneca Coloursから市販されている置換アンモニウムフタロシアニンタイプの分散相乗剤である。
このインクは70℃で6週間後も粘度の大きな変化はなかった。リゼンの量を2倍の1.6部にした時にはリゼンを0.8部用いたときの改良をしのぐ大きな改良は認められなかった。
【0039】
例5−22:
本発明のインクジェットプリンターインクのさらなる例として次の組成物をつくった。
略号は次のとおりである:
分散剤:
A = OLOA 1200
B = リゼンN45000−3.5MA
C = ルブリゾール2153
D = ルブリゾール2155
E = SAP 210
F = SAP 285
G = パラノックス106
H = パラノックス1273
J = パラノックス105
分散相乗剤:
K = ソルスパース5000
L = ソルスパース22000
M = OLOA 219
【0040】
【表2】
【0041】
【表3】
【0042】
【表4】
【0043】
【表5】
【0044】
【表6】
【0045】
【表7】
【0046】
パラノックス106はExxonから市販されているホウ素化したポリイソブチレンコハク酸イミドである。
パラノックス105及びパラノックス1273はExxonから市販されているポリイソブチレンコハク酸イミド分散剤である。
ルブリゾール2153及びルブリゾール2155はLubrizolから市販されているポリイソブチレンコハク酸イミド分散剤である。
【0047】
SAP 210はShellから市販されている多価アルコールの長鎖脂肪族−置換コハク酸エステルである。
SAP 285はShellから市販されている塩素化ポリイソブチレンビスコハク酸イミド分散剤である。
ソルスパース5000及びソルスパース22000はZeneca Coloursから市販されている分散相乗剤である。
【0048】
ウラバーFNSはオランダのDSMから市販されているアルキル置換ノボラックである。
ノボルはCrodaから市販されているオレイルアルコールである。
インドポールL−100はAmocoから市販されているポリイソブチレン粘度変性剤である。
【0049】
例23:
次の組成をもつ本発明のインクをつくった:
フォースブライトレッドJSM 5部
パラノックス106 1.25部
リトール 93.75部
パラノックス106の濃度を0.74部にへらしまたリトールの濃度を94.26部に増やして実験を繰返したところ安定な分散液をうることはできなかった。
Claims (14)
- 希釈剤に粒状着色剤と着色剤用分散剤を含有する分散液からなり、該希釈剤の50容量%以上が白油からなり、少なくとも1の分散剤が少なくとも36の炭素原子をもつアルキル基又は少なくとも1の不飽和炭素−炭素結合をもつアルケニル基とα,β−ジカルボン酸イミド基をもつ少なくとも1の化合物からなり、且つ該少なくとも1の分散剤が着色剤の少なくとも20重量%の量で存在し、そして該着色剤がThe Colour Index に顔染料として挙げられている非カーボンブラック着色剤であることを特徴とする25℃で12mPas以下の粘度をもつインクジェットプリンターインク。
- 該化合物がα,β−エチレン性不飽和ジカルボン酸イミドをオレフィンポリマー又はコポリマーにグラフトする工程をもつ方法でつくられる請求項1記載のインクジェットプリンターインク。
- 該オレフィンポリマーがポリブタジエン、ポリイソブテン又はエチレン/プロピレンコポリマーである請求項2記載のインクジェットプリンターインク。
- 該α,β−ジカルボン酸部分が環状である請求項1〜3のいずれか1項記載のインクジェットプリンターインク。
- 該化合物がポリアルケニルコハク酸イミドである請求項1〜4のいずれか1項記載のインクジェットプリンターインク。
- 該化合物がポリイソブチレン−無水マレイン酸グラフト物をアミンと反応されて得られるN−置換コハク酸イミドである請求項5記載のインクジェットプリンターインク。
- 該N−置換コハク酸イミドが少なくとも1のアミノ窒素原子をもつ請求項6記載のインクジェットプリンターインク。
- 該化合物がホウ素を含有する請求項5〜7のいずれか1項記載のインクジェットプリンターインク。
- 該化合物を着色剤の50重量%以下の量で存在する少なくとも1の酸無水物と組合せて使用する請求項1〜8のいずれか1項記載のインクジェットプリンターインク。
- 着色剤が塩基性の反応基をもつ請求項1〜9のいずれか1項記載のインクジェットプリンターインク。
- 着色剤が黒顔料及びシアン顔料から選ばれる請求項10項記載のインクジェットプリンターインク。
- 分散剤が着色剤の20〜150重量%の量で存在する請求項1〜11のいずれか1項記載のインクジェットプリンターインク。
- 希釈剤が少なくとも1の極性有機化合物をもつ請求項1〜12のいずれか1項記載のインクジェットプリンターインク。
- 希釈剤が脂肪酸エステル及び長鎖アルコールから選ばれる少なくとも1の化合物である請求項13記載のインクジェットプリンターインク。
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