JP2000355669A - 改善されたインクジェット性能のための界面活性剤 - Google Patents

改善されたインクジェット性能のための界面活性剤

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JP2000355669A
JP2000355669A JP2000132320A JP2000132320A JP2000355669A JP 2000355669 A JP2000355669 A JP 2000355669A JP 2000132320 A JP2000132320 A JP 2000132320A JP 2000132320 A JP2000132320 A JP 2000132320A JP 2000355669 A JP2000355669 A JP 2000355669A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェットインクによる画像品質属性、
特に彩度（即ち、色飽和度）を改善するのに役立つ界面
活性剤を提供する。 【解決手段】 本発明の界面活性剤で調合されたインク
ジェットインクは、改善された彩度、ブリード抑制、縁
部明瞭度、表面保持率等、１つより多くの望ましい特性
を示し、従って、改善された画像品質が提供される。さ
らに具体的には、本発明は、球形以外の幾何学的形状(g
eometry)である、比較的大型の凝集体構造（ミセル）を
形成し、このためラメラ(lamellae)形成界面活性剤と称
される界面活性剤に関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、インクに
関し、より詳細には、改善された画像品質のためのイン
クジェットインク組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】インク
ジェット印刷システムの使用は、近年、劇的に増大し
た。この増大は、目に見えるコストの低減と相まって、
印刷解像度及び全体的な印刷品質の十分な改善によるも
のと考えられ得る。今日のインクジェットプリンタは、
多くの産業、商業、事業、及び居住の各用途に許容され
得る印刷品質を、わずか数年前に入手可能であった比較
製品より、完全に一桁低い費用で提供する。それら近年
の成功にも関わらず、インクジェット画像の印刷品質の
改善に向けて集約的な研究及び開発努力が継続されてい
る。従って、インクジェットインクの性能をさらに改善
するという目標が残っている。
【０００３】
【課題を解決するための手段】一般に、界面活性剤は、
疎水性（水とうまく結合しない、油様）及び親水性（水
とうまく結合する、水様）として分類できる２つの異な
る領域を含む分子である。界面活性剤は、一般に、後述
する化学式Ｉで説明され、この式において、Ｒ 1は、疎
水基であり；Ｌは、メチレン、エーテル、エステル又は
アミド結合などの分子の単に部分であり得る結合基であ
り；及び、Ｒ2は、エチレングリコールの反復単位など
の親水基である。インクに界面活性剤を使用することに
より、ブリード抑制(bleed control)（即ち、ブリード
の軽減）などの特質を改善し得ることが知られている。
しかし、彩度(chroma)即ち、色飽和度を改善する界面活
性剤は、これまで知られていない。本発明は、いくつか
の画像品質属性、特に彩度（即ち、色飽和度）を改善す
るのに役立つ界面活性剤、及びそれを使って調合され
た、改善された彩度、ブリード抑制、縁部明瞭度(edge-
acuity)、及び表面保持率などの好ましい諸性質を示
し、それにより、画像品質を改善するインクジェットイ
ンクに関するものである。
【０００４】何らかの特定の理論を持ち出すまでもな
く、インク膜が乾燥する間に媒体表面上に二重膜(bilay
ers)又はベシクル(vesicles)などの大きい凝集体(aggre
gate)構造を迅速に形成する界面活性剤は、本発明の実
施に際して有用であることが期待される。これらの構造
（例えば、ラメラ(lamellae)又はベシクル）は、インク
中に必ずしも存在しないが、溶媒の乾燥中のある時点で
形成され、従って、観察された、向上した印刷属性がも
たらされる。界面活性剤の挙動及び期待される臨界充填
(critical packing)パラメータ値に関する一般的な説明
を以下に記述する。
【０００５】着色剤は、染料ベースのものでも又は顔料
ベースのものでもよい。本明細書に用いられる時、用
語”顔料”は、水性ビヒクルに不溶性である着色剤を指
し、且つ、分散染料を包含し、同様に分散剤の支援で分
散されるか又は自己分散性である顔料も含む。
【０００６】全ての成分の純度は、通常の販売を目的と
するインクジェットインク組成物の実施に採用されてい
るものである。重量パーセントは、別途指定しない限
り、全インク組成物の百分率を示す。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明は、ラメラ相(lamella pha
se)を形成でき、米国デラウェア州所在のヒューレット
・パッカード・カンパニー製ＤＥＳＫＪＥＴ（登録商
標）プリンタなどの市販のインクジェットプリンタ、及
びその他の市販されている家庭用あるいは事務用インク
ジェットプリンタで使用するためのインクジェットイン
クに使用した場合、媒体のある範囲にわたって、増大さ
れた彩度、より強い縁部明瞭度、強化されたブリード軽
減、及び表面保持率を示す界面活性剤、を用いて調合さ
れたインクジェットインクに関する。
【０００８】一般に、界面活性剤は、疎水性（水とうま
くうまく結合しない、油様）及び親水性（水とうまく結
合する、水様）として分類できる２つの異なった領域を
含む分子である。インクへの界面活性剤の使用が、ブリ
ード軽減などのいくつかの属性を改善し得ることは、こ
の技術分野に精通した者には周知である。しかし、彩度
(chroma)、即ち、色飽和度を改善する界面活性剤は、こ
れまでに知られていない。本発明は、いくつかの画像属
性、特に、彩度（即ち、色飽和度）の改善に役立つ界面
活性剤、及び、改善された彩度、ブリード抑制、縁部明
瞭度(edge-acuity)、及び表面保持率(surface retentio
n)などの望ましいの諸性質の１つ以上を示し、インクを
作製するために、この界面活性剤を用いて調合されたイ
ンクジェットインクに関する。それにより、画像品質を
改善する。より詳細には、本発明は、球形以外の幾何形
状(geometry)である、比較的大きい凝集構造（ミセル）
を形成し、以後ラメラ(lamellae)形成界面活性剤と呼ば
れる界面活性剤に関する。特に、溶媒乾燥中のある時点
でラメラ又はベシクル（二重膜）構造を形成する界面活
性剤が、これらの印刷属性を示すものと予想され、かつ
注目される。さらに、本発明の界面活性剤は、インクそ
れ自体において、ラメラ又はベシクルの形で存在する必
要はない。本発明の界面活性剤は、約１／３〜1.0、よ
り好ましくは、約0.5〜約1.0、最も好ましくは、約0.8
〜約1.0の範囲の臨界充填パラメータ（CPP：数式Ｉを参
照）を有する。界面活性剤の挙動と臨界充填パラメータ
の関係に関する説明は、米国ニューヨーク州1088、VCH
Publishers Inc.、Drew Myresによる"Surfactant Scien
ce Technology"、ISBN 0-89573-339-0などの文献におい
て入手可能である。ベシクルを形成するいくつかの界面
活性剤は類似の挙動を示すが、本発明は、ベシクルがイ
ンク中に存在することを必ずしも要求しない。
【０００９】本発明の界面活性剤は、印刷媒体上で溶媒
が失われると（例えば、乾燥消失）、大きい構造（例え
ば、ラメラ相）を形成することができ、その構造の形状
は、数式１により決定される。
【００１０】
【数１】 ＶH／Ｌca0 ＝ １／３〜１ （数式１）
【００１１】式中、ＶH／Ｌcaoは、臨界充填パラメータ
(CPP)であり；ＶHは、ミセル核中で疎水基により占めら
れた容積であり；Ｌcは、ミセル核中の疎水基（尾部）
の長さであり；及びa0は、ミセル−溶液界面における親
水基（頭部）により占められた断面積である。
【００１２】本発明の界面活性剤は、大きくてかさばっ
た(bulky)、疎水基、及び、小さくて、密に充填された
(close-packed)親水基を有し、又、その状態図内のある
濃度において、水性媒体中でラメラ(lamellae)又は円筒
状のミセルを形成する傾向があり、その濃度はインク中
のその濃度と同一でなくてもよい。
【００１３】大きい構造（例えば、ラメラ相）を形成す
ることができる界面活性剤の例としては、これらに限定
するものではないが、Ｒ1の疎水基（化学式Ｉを参照）
が、８〜50の炭素単位(C8〜C50)のいくつかの基を有す
る基又はバックボーン(backbone)である界面活性剤、例
えば、コレステロール、スチグマステロール、及びそれ
らの誘導体などのステロイドが包含される。本発明の範
囲内にあると予想される、その他の界面活性剤は、Ｒ1
が、同一分子中で、８〜50個のメチレン又はメチンの疎
水性の鎖の、２つ又はより多くの組であり、且つ、親水
基としても作用し得る、グリセロール、グルコース、ソ
ルビタン、スクロース、マンノース骨格などのポリヒド
ロキシバックボーン（骨格）を有するものが含まれる。
コハク酸塩などの極性基と結合したビタミンＥなどのそ
の他の疎水基も、類似の諸性質を示す。より具体的な例
としては、以下の化学式が含まれる。
【００１４】
【化１】 Ｒ1−Ｌ−Ｒ2 （化学式Ｉ）
【００１５】式中、Ｒ1は、C８〜C50の疎水基である
か；又はステロール骨格(sekeleton)；又はソイステロ
ール；又はフコステロール；又はベーターシトステロー
ル；又はカンペステロール；又はスチグマステロール；
コレステロール；又はビタミンＥ；又はスクロースジス
テラート；又はグリセリルC８〜C50エステル、エーテ
ル、アミド；又はソルビチルC８〜C50エステル、エーテ
ル、アミド；又はグルコースC８〜C50エステル、アミ
ド、エーテルであり；Ｌは、エーテル；エステル；又は
アミドであり；及びＲ2は、カルボン酸塩；硫酸塩；又
はリン酸塩である。
【００１６】さらに具体的には、本発明の界面活性剤
は、Generol、コレステロール、及びビタミンＥ及び、
極性基がカルボキシレート、コハク酸塩、又はPEG３−1
000誘導体（PEGはポリエチレングリコールを意味し、数
値はその平均重合度を示す。）であるものから成る群よ
り選択される。
【００１７】本発明による界面活性剤の具体例として
は、これらに限定するものではないが、下記が含まれ
る。
【００１８】
【化２】
【００１９】化学式IIは、Ｒ2がＨのときコレステロー
ルであり、Ｒ2がトリエチレングリコールのときTriolin
である。
【００２０】
【化３】
【００２１】化学式IIIは、Ｒ2がCOOHのときコール酸
（胆汁酸）である。
【００２２】
【化４】
【００２３】化学式IVは、Ｒ2がPEG25のときGenerol 12
2E25である。
【００２４】
【化５】
【００２５】化学式Ｖは、Ｒ2がポリエチレングリコー
ルであり、ｎ＝３から1000である。
【００２６】
【化６】
【００２７】化学式IVは、ビタミンＥコハク酸塩であ
る。
【００２８】水性ビヒクル 水性のキャリア媒体は、水又は水と少なくとも１つの水
溶性有機溶媒との混合物である。適した混合物の選択
は、所望の表面張力及び粘性、選択された着色剤、イン
ク乾燥時間、及びインクがその上に印刷される基板の種
類など、特定用途の要件に依存する。選択し得る代表的
な水溶性有機溶媒は、米国特許第5,085,698号に開示さ
れている。ジエチレングリコールなどの、水と多価アル
コールとの混合物は、水性キャリア媒体として好まし
い。
【００２９】水と少なくとも１つの水溶性溶媒との混合
物の場合、水性キャリア媒体は、通常、約30％〜約95％
の水を含有する。好ましい組成とは、水性キャリア媒体
の全重量に対して、約60％〜約95％の水である。
【００３０】インク中の水性キャリア媒体の量は、有機
顔料が選択される場合、インクの全重量に対して、約70
％〜約99.8％、好ましくは、約94％〜約99.8％の範囲に
あり、無機顔料が選択される場合には、インクの全重量
に対して、約25％〜約99.8％、好ましくは、約70％〜約
99.8％であり、そして染料が着色剤として選択される場
合には、約80％〜約99.8％の範囲にある。
【００３１】着色剤 着色剤は、顔料又は染料、もしくはCabot、Orient等か
ら入手可能な表面改質(surface modified)着色剤（場合
に応じてビヒクル中に不溶性又は可溶性）であってもよ
く、又、インク中の他の任意成分と不相容性でなけれ
ば、いずれの着色剤でもよい。本発明のインクは、イン
クの全重量に対して、重量で約0.05％〜約20％の着色剤
を含み、好ましくは、約0.1％〜約８％、より好ましく
は、約0.5％〜約５％の着色剤を含む。
【００３２】その他の成分 本発明の実施において、固定化剤(immobilizing agent
s)、緩衝剤、殺生物剤(biocides)、及びその他の界面活
性剤をインク中に任意に使用することができる
【００３３】いくつかの例において、印刷システムは、
インクに加えて反応流体をさらに包含してよい（即ち、
流体は少なくとも１つの着色剤を含有し、そのインクは
１つ又はより多くの領域（例えば、可視、IR、UV）中で
吸収する）。ここで用いる時、反応流体(reactant flui
d)は、実質的に無色の流体である（即ち、反応流体は、
全く着色剤を含まないか、もしくは可視光で吸収しない
がIR又はUVの何れか又は両方で吸収し得る着色剤を含ん
でよい）。反応流体は、インク中に、ある成分（分子又
は錯体、又は分子又は錯体中の官能基）との反応性を有
するある成分（分子又は錯体、又は分子又は錯体中の官
能基）を含み、それゆえ、例えば、反応流体とインク
が、印刷媒体上の同じ所定領域上、又は印刷媒体上の互
いに隣接した異なる所定領域上に、少なくとも部分的に
印刷された場合、増大された耐久性（例えば、耐水堅牢
性、耐汚れ堅牢性(smearfastness)）あるいはブリード
軽減、改善されたカラー振動(color vibrancy)、改善さ
れた縁部明瞭度(edge acuity)、あるいは低減された乾
燥時間等の如き、インクで作り出された印刷領域の増強
された画像の完全な状態を提供することができる。固定
化剤は、反応流体に又はインクに用いることのできる前
述の反応性成分の一例である。反応流体は、少なくとも
１つのインク、好ましくは、本発明に従って調合された
インクと反応性である。さらに加えて、反応流体は、本
発明の界面活性剤を含有し得る。
【００３４】反応流体を使用する場合、所望の画像属性
を付与するのに用いる反応流体の量は（反応流体が本発
明の界面活性剤をさらに含んでいるかいないかに関係な
く）、画像形成に使用されるインク量の約0.1〜約４倍
の範囲であってよい。反応流体は、インクの適用前か又
は後の何れか、又は両方に適用し得る。
【００３５】流体（インクと反応流体の何れか又は両
方）中に任意に使用され得る固定化剤の例には、無機塩
（好ましくは、Mg(NO3)2、Ca(NO3)2、CaCl2、MgCl2、Al
Cl3、及び／又はAl(NO3)3などの塩化物及び／又は硝酸
塩である二価又は三価の塩）などの沈殿剤；コハク酸、
クエン酸、及びモルホリノエタンスルホン酸などの有機
酸；及びPEI（ポリエチレンイミン）などの高分子系カ
チオン試薬がある。
【００３６】緩衝剤を用いてpHを調整することができ
る。それらは、有機ベースの生物学的緩衝剤、又はリン
酸ナトリウムなどの無機緩衝剤であってよい。使用され
る緩衝剤は、好ましくは、約４から約９までの範囲のpH
を与えるものである。好ましく採用される有機緩衝剤の
例には、Aldrich Chemical(Milwaukee, Wisconsin)など
の会社から入手可能なTrizma Base、４-モルホリノエタ
ンスルホン酸(MES)、及び４-モルホリノプロパンスルホ
ン酸(MOPS)がある。
【００３７】インクジェットインクに通常使用される、
例えば、Hals America (Piscataway, N.J.)から市販
の、NUOSEPT 95；Zeneca (Wilmington, Del.)から市販
の、PROXEL GXL；及びUnion Carbide Company (Bound B
rook, N.J.)からUCARCIDE 250の商品名で販売されてい
るグルタルアルデヒドのような殺生物剤はどれも、本発
明の実施に使用し得る。
【００３８】
【実施例】インクを調合し、本発明の実施において達成
された諸利益、即ち、彩度(chroma)に対する効果、を評
価するために、その調合インクの種々の品質を測定し
た。
【００３９】２つのグループのインクを使用した。その
２つのグループは、上述したような同一の一般的成分、
例えば、少なくとも１つの着色剤、水性ビヒクル、及び
任意成分を含有しており、本発明の界面活性剤の有無に
ついてだけが異なっていた。第１のグループ（対照(con
trol)）には本発明の界面活性剤を含めず、一方、第２
のグループには本発明の界面活性剤を含有させた。
【００４０】必要な場合、調合インクの印刷サンプル
は、Hewlett-Packard DeskJet（登録商標）を使って準
備した。使用した印刷媒体には、Mead製のGilbert Bond
紙などの非コート紙が包含された。
【００４１】各インクについての彩度(C)を、所望のイ
ンクビヒクル中に約１〜約５重量％の着色剤を溶解して
測定した。各インクについての最大ラムダ(lambda maxi
mum)における望ましい吸光度は、１：10,000希釈で約0.
01〜0.20であった。各インクのカラーブロックを最大密
度で普通紙上に印刷した。Ｌ*、ａ*、及びｂ*値は、米
国バージニア州RestonのHunter Associates Laboratori
esから市販されているHunter Ultrascanなどの市販の比
色計を使って測定した。その後、下記数式２により彩度
を計算した。データを以下の表Ｉに示す。
【００４２】
【数２】 Ｃ* ＝ （ａ*2＋ ｂ*2)1/2 （数式２）
【００４３】
【表１】
【００４４】表Ｉのデータから分かるように、本発明に
従って調合されたインクは、改善された彩度を示した。
【００４５】以下に本発明及びその好ましい実施の態様
を要約して示す。 １． 少なくとも１つの大きい構造を形成する界面活性
剤を含むインクジェット流体組成物。 ２． 前記大きい構造が、約１／３から約１の範囲にあ
る臨界充填パラメータを有する、上記１に記載の流体組
成物。 ３． 前記臨界充填パラメータが、約0.5から約1.0の範
囲にある、上記２に記載の液体組成物。 ４． 前記臨界充填パラメータが、約0.8から約1.0の範
囲にある、上記３に記載の液体組成物。 ５． 前記界面活性剤が、式、Ｒ1−Ｌ−Ｒ2 （式中、Ｒ1は、Ｃ８〜Ｃ50含有の１より多い基を有す
る一つの基又はバックボーン(backbone)を含む疎水性の
部分(moiety)であるか；又は同一分子中の約８から約50
個のメチレン又はメチン単位の少なくとも２つの疎水性
の鎖の１組で且つポリヒドロキシ骨格を有するものであ
り；Ｌは、結合基であり；そしてＲ2は、親水性の部分
(moiety)である。）を有する、上記１に記載の液体組成
物。 ６． Ｒ1が、ステロール骨格(skeleton)；ソイステロ
ール；フコステロール；ベータシトステロール；カンペ
ステロール；スチグマステロール；コレステロール；ビ
タミンＥ；スクロースジステラート；グリセリルＣ８〜
Ｃ50エステル、エーテル、及びアミド；ソルビチルＣ８
〜Ｃ50エステル、エーテル、及びアミド；グルコースＣ
８〜Ｃ50のエステル、アミド、及びエーテルから成る群
より選択される、上記５に記載の液体組成物。 ７． Ｌが、エーテル、エステル、又はアミドである、
上記５に記載の液体組成物。 ８．Ｒ2が、カルボン酸塩；硫酸塩；又はリン酸塩であ
る、上記５に記載の液体組成物。 ９． 前記界面活性剤が、Generol、コレステロール、
及びビタミンＥからなる群より選択され、且つ、それら
の親水基がカルボン酸塩、コハク酸塩、又はPEG３-1000
誘導体である、上記５に記載の液体組成物。 １０． 前記液体組成物がインクである、上記１から９
のいずれかに記載の液体組成物。 １１． 前記液体組成物が、固定化剤をさらに含有する
反応流体である、上記１から９のいずれかに記載の液体
組成物。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つの大きい構造を形成する
    界面活性剤を含むインクジェット流体組成物。
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