JP5515427B2 - インクジェット記録用インク、インクカートリッジ、インクジェット記録装置 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、分散剤としてジイソブチレン・マレイン酸共重合体を含むインクが開示されており、特許文献2には、保湿剤としてトリメチルグリシンを含むインクが開示されているが、いずれも高い画像濃度と分散安定性の両立は十分ではない。更に、ジイソブチレン・マレイン酸共重合体とトリメチルグリシンの両方を含むインクは知られていない。
1) カーボンブラック、分散剤、水、水溶性有機溶媒及びトリメチルグリシンを含有し、分散剤がジイソブチレン・マレイン酸共重合体を含み、該共重合体を合成する際のジイソブチレンとマレイン酸のモノマー比(重量比)が、モノマー全体を10として、マレイン酸が5よりも多く8以下の範囲にあることを特徴とするインクジェット記録用インク。
2) 1)に記載のインクジェット記録用インクを容器中に収容したことを特徴とするインクカートリッジ。
3) 2)に記載のインクカートリッジを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
本発明で用いるカーボンブラックは特に限定されないが、平均一次粒子径が10.0〜30.0nm、BET表面積が100〜400m2/gのものが好ましい。更に好ましくは平均一次粒子径が15.0〜20.0nm、BET表面積が150〜300m2/gのものである。
このようなカーボンブラックは、平均一次粒子径が小さくハイストラクチャーであるため分散時の衝撃に弱く、後述するビーズミルのビーズ径が0.05mmを超えると、ビーズ同士の衝突エネルギーが強くなってストラクチャーの破壊が発生し、その結果、得られたカーボンブラック分散液の安定性が損なわれる。
カーボンブラック顔料分散液中の顔料濃度は、顔料分散液全量に対して5〜50重量%が好ましい。5重量%以上であれば生産性に影響を与えることはなく、50重量%以下であれば、顔料分散液の粘度が高くなりすぎてカーボンブラックの分散が困難になることはない。
また、前記分散機処理の前工程において、ホモジナイザー等で粗大粒子を前処理して細粒化すれば、粒度分布を一層シャープにすることが出来、画像濃度、吐出安定性等の改善に繋がる。
ジイソブチレン・マレイン酸共重合体は公知の方法で得られる。後述する実施例において具体例を示すが、これに限られるわけではない。
ジイソブチレン・マレイン酸共重合体は、親水性のマレイン酸モノマーからなる部と、疎水性のジイソブチレンモノマーからなる部で構成され、インク中では疎水性部がカーボンブラックに吸着され、親水性部の溶解性によって、カーボンブラックをインク中に安定に分散させていると考えられる。
従って、疎水性部と親水性部の重量比は、共重合体全体を10として、親水性部が5よりも多く、8以下とする。好ましくは5.5から7.5である。親水性部の比が5よりも多ければ、分散安定性が低下したり、顔料の沈降等が発生するようなことはない。また、8以下であれば、疎水性部が少なくなりすぎて、顔料吸着力が低下したり、インクの保存安定性が悪くなったり、経時での吐出安定性に影響を及ぼすようなこともない。
上記のような比率の共重合体を得るには、該共重合体を合成する際のジイソブチレンとマレイン酸のモノマー比(重量比)を、モノマー全体を10として、マレイン酸が5よりも多く、8以下の範囲にすればよい。
インク中のカーボンブラック濃度は、インク全量に対して1〜20重量%が好ましい。1重量%以上であれば、画像濃度が低くなって印字の鮮明さに欠けるようなことはなく、20重量%以下であれば、インクの粘度が高くなりすぎたり、ノズルの目詰まりが発生するようなこともない。
トリメチルグリシンを用いると、インクの保水性と湿潤性を確保することができ、その結果、インクを長期間保存しても顔料の凝集や粘度上昇がなく、優れた保存安定性を実現できる。また、インクジェット記録装置のノズル先端等で開放状態に放置されても、乾燥物の流動性を長時間維持可能なインクを実現できる。更に、印字中又は印字中断後の再起動時にノズルの目詰まりが発生することもなく、高い吐出安定性が得られるし、画像ムラによる画像濃度低下も防止できる。
トリメチルグリシンの含有量は、インク中の全固形分に対し、15〜50重量%程度とすることが好ましく、より好ましくは20〜40重量%程度とする。15重量%以上であれば、上記機能を発揮させることができ、50重量%以下であれば、画像の滲み等が発生したり、紙への浸透性が増して画像濃度が低下するようなことはない。
また、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール(EHD)を含むと、インクの浸透性を上げるとともに、顔料を表面に留めることで滲みをなくし、画像濃度が高くかつ裏抜けが少ない印字画像を得ることが可能となるので好ましい。
EHDの含有量は0.1〜10.0重量%が好ましく、より好ましくは0.5〜5.0重量%である。0.1〜10.0重量%の範囲であれば十分な効果が得られる。
水溶性有機溶剤の含有量は、インク全量に対して50重量%以下、好ましくは5〜40重量%、更に好ましくは10〜35重量%である。
例えば、水溶性有機溶媒として、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール等のアルコール、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、プロピレングリコール、グリセリン等の多価アルコール、N−メチルピロリドン、2−ピロリドン等のピロリドン誘導体、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン等が挙げられる。
また、ノニオン、アニオン、カチオン、両性の各種の界面活性剤、樹脂、防腐防黴剤、防錆剤、水溶性紫外線吸収剤、水溶性赤外線吸収剤、pH調整剤等が挙げられる。
印字する方法としては連続噴射型又はオンデマンド型が挙げられる。オンデマンド型としてはピエゾ方式、サーマル方式、静電方式等が挙げられる。
インクジェットプリンタ1は、各色のインクを吐出する4個のインクジェットヘッド11と、4個のインクジェットヘッド11を搭載したキャリッジ12と、図示しない駆動系によりキャリッジ12が主走査方向(図の左右方向)に移動するのをガイドするガイドロッド13と、印刷用紙Pを副走査方向(図の上下方向)に搬送する用紙搬送機構14とを備えている。用紙搬送機構14は、図示しない駆動系により回転する搬送ローラ15、テンションローラ16、及びこれらの間に掛け渡された搬送ベルト17を有している。
各インクジェットヘッド11は、圧電素子からなる圧電アクチュエータを備えている。もちろん、インクを吐出するための他のアクチュエータ、例えば、サーマルアクチュエータ、形状記憶合金アクチュエータ又は静電アクチュエータを備えたものでもよい。
更に、インクジェットプリンタ1は、各色のインクを収容した4個のインクカートリッジ18と、キャリッジ12に搭載され、各インクジェットヘッド11に連なる4個のサブタンク19と、各インクカートリッジ18と各サブタンク19とを連通するインク供給チューブ(図示省略)とを備えており、各インクカートリッジ18に収容された各色のインクが、各サブタンク19を介して各インクジェットヘッド11に供給されるようになっている。つまり、インク供給チューブ、サブタンク19及びインクジェットヘッド11のヘッド内流路により、インクジェットプリンタ1の液体流路が構成されている。なお、インク供給チューブには、インクカートリッジ18内のインクをサブタンク19へ供給するための供給ポンプ(図示省略)が付設されている。
実施例及び比較例で用いる無水マレイン酸・ジイソブチレン共重合体を次のようにして合成し、その塩水溶液を得た。
窒素雰囲気中で、モノマーとして無水マレイン酸50重量部とジイソブチレン50重量部、溶剤としてブチルグリコールアセテート100重量部、界面活性剤としてポリオキシエチレンモノオレエート(非イオン系)0.5重量部を加えた混合物に、t−ブチルペルオキシベンゾエート10重量部をブチルグリコールアセテート10重量部に溶解したラジカル重合開始剤溶液を、撹拌しながら3時間かけて反応器に導入し、反応混合物の温度を145℃に保った。
次いで、反応混合物を同じ温度で1時間撹拌し、同量のラジカル重合開始剤溶液を約30分かけて熱反応混合物中に導入し、更に145℃で2時間撹拌しながら反応を続けた。
得られた無水マレイン酸・ジイソブチレン共重合体溶液を100℃まで冷却し、水150重量部を添加した後、重合反応液を90〜100℃に昇温させ、0.5時間リフラックス下に加水分解を行った。
次いで、反応液を40〜50℃に冷却した後、静置分離し、無水マレイン酸・ジイソブチレン共重合体の加水分解物を水溶液として回収した。
次いで、回収した水溶液に水を加え、脱溶媒するため、大気圧下、温度100℃で水蒸気蒸留を行い、無水マレイン酸・ジイソブチレン共重合体の加水分解物を50重量%含有する淡黄色の水溶液を得た。
次いで、得られた共重合体105重量部に、25重量%水酸化ナトリウム水溶液68重量部及び水329重量部を加えた後、80℃で1時間反応させて、ジイソブチレン・マレイン酸共重合体のナトリウム塩の25重量%水溶液Xを得た。
また、上記水酸化ナトリウム水溶液に代えてアンモニア水を加えた点以外は、同様にしてジイソブチレン−マレイン酸共重合体のアンモニウム塩25重量%水溶液Yを得た。
下記処方の混合物をプレミックスした後、ビーズミル分散機(寿工業社製:UAM−015)により、0.03mmジルコニアビーズ(密度6.03×10−6g/m2)を用いて、周速10m/s、液温30℃で15分間分散した後、遠心分離機(久保田商事社製:Model−3600)で粗大粒子を遠心分離し、平均粒子径124.4nm、標準偏差45.3nmの顔料分散液(A)を得た。
〔処方〕
・カーボンブラック:NIPEX150−IQ 200部
(degussa社製:ガスブラック)
・前記ジイソブチレン・マレイン酸共重合体のナトリウム塩水溶液X 50部
(分子量2000、モノマー比:ジイソブチレン/マレイン酸=5/5、
固形分25重量%)
・蒸留水 750部
顔料分散液(A)のカーボンブラックを、順次、NIPEX160−IQ(degussa社製:ガスブラック)、Printex95(degussa社製:ファーネスブラック)に変えた点以外は同様にして顔料分散液(B)(C)を得た。
顔料分散液(A)で用いたジイソブチレン・マレイン酸共重合体のナトリウム塩のモノマー比を、順次、2/8、4/6に変えた分散剤を用いた点以外は同様にして顔料分散液(D)(E)を得た。
顔料分散液(A)で用いたジイソブチレン・マレイン酸共重合体のナトリウム塩のモノマー比を、順次、1/9、6/4に変えた分散剤を用いた点以外は同様にして顔料分散液(F)(G)を得た。
顔料分散液(D)(E)で用いたジイソブチレン・マレイン酸共重合体のナトリウム塩水溶液Xを、前記ジイソブチレン・マレイン酸共重合体のアンモニウム塩水溶液Yに変えた点以外は同様にして顔料分散液(H)(I)を得た。
顔料分散液(A)で用いたジイソブチレン・マレイン酸共重合体のナトリウム塩水溶液Xを順次、ジラウロイルグルタミン酸リシンNa(旭化成ケミカルズ社製:ペリセアL−30)、アニオン系界面活性剤(竹本油脂社製:パイオニンA−45−PN)、ポリビニルピロリドン(重量平均分子量25000)、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステル(第一工業製薬社製:プライサーフA219B)、アニオン系界面活性剤(第一工業製薬社製:ハイテノール18E)に変えた点以外は同様にして顔料分散液(J)〜(N)を得た。
上記顔料分散液(A)〜(I)を用いて、下記インク処方によりインク(a)〜(i)を調製し、30分間攪拌した後、孔径0.8μmのメンブランフィルターでろ過し、次いで真空脱気して、表1に示す実施例1〜9のインクを得た。
<インク処方>
・顔料分散液(A)〜(I)のいずれか(顔料濃度20重量%) 30.0部
・トリメチルグリシン 15.0部
・ジエチレングリコール 15.0部
・2−エチル−1,3−ヘキサンジオール 3.0部
・2−ピロリドン 3.0部
・ポリオキシエチレン(3)アルキル(C13)エーテル酢酸ナトリウム 0.45部
・蒸留水 33.55部
また、上記インク(a)のトリメチルグリシンをグリセリンに変え、顔料分散液(J)〜(N)を用いた点以外は、実施例1と同様にして表1に示す比較例1〜5のインク(j)〜(n)を得た。
比較例1の顔料分散液(J)を順次、顔料分散液(A)(G)に変えた点以外は同様にして、表1に示す比較例6、7のインク(p)(q)を得た。
画像サンプルのベタ画像についてXrite濃度計938で測定した。評価基準は次のとおりである。
◎:極めて良好(1.3を超える)
○:良好(1.2を超え、1.3以下)
△:普通(1.1を超え、1.2以下)
×:不良(1.1以下)
印字した文字部のシャープ性を目視で判定した。評価基準は次のとおりである。
◎:極めて良好
○:良好
△:普通
×:不良
印刷物を印刷した後、プリンタヘッドにキャップした状態でプリンタを40℃の環境下で1ヶ月放置した。放置後に、プリンタの吐出状態が初期の吐出状態に回復するか否かをクリーニング動作回数によって、下記の評価基準で評価した。
○:1回の動作により回復した。
△:2回〜3回の動作により回復した。
×:3回以上の動作によっても回復がみられなかった。
各インクをポリエチレン容器に入れて密封し、70℃で3週間保存した後の粒径、表面張力、粘度を測定し、初期物性との変化率により、下記の基準で評価した。
◎:粒径、表面張力、粘度の全ての項目で変化率が5%未満
○:粒径、表面張力、粘度の全ての項目で変化率が5%以上10%未満
△:粒径、表面張力、粘度の全ての項目で変化率が10%以上30%未満
×:粒径、表面張力、粘度の少なくとも一つの項目で変化率が30%以上
これに対し、ジイソブチレン・マレイン酸共重合体以外の分散剤を用いた比較例1〜5では全ての評価項目が不合格となり、トリメチルグリシン以外の水溶性有機溶媒を用いた比較例6、7では幾つかの項目で明らかに実施例よりも劣る結果となった。
11 インクジェットヘッド
12 インクジェットヘッド11を搭載したキャリッジ
13 ガイドロッド
14 用紙搬送機構
15 搬送ローラ
16 テンションローラ
17 搬送ベルト
18 インクカートリッジ
19 サブタンク
P 印刷用紙
Claims (3)
- カーボンブラック、分散剤、水、水溶性有機溶媒、及びトリメチルグリシンを含有し、分散剤がジイソブチレン・マレイン酸共重合体を含み、該共重合体を合成する際のジイソブチレンとマレイン酸のモノマー比(重量比)が、モノマー全体を10として、マレイン酸が5よりも多く、8以下の範囲にあることを特徴とするインクジェット記録用インク。
- 請求項1に記載のインクジェット記録用インクを容器中に収容したことを特徴とするインクカートリッジ。
- 請求項2に記載のインクカートリッジを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
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