JPH09503816A - 水性インク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 エマルジョンインクの製造法を提供する。本方法は、インク前駆物質を混合し、インク前駆物質をホモジナイザー中で処理してエマルジョンインクを形成させる。インク前駆物質は、顔料、水、被膜形成重合体、油、および好ましくはpHに依存する増粘剤および塩基を含む。

Description

【発明の詳細な説明】 水性インク 本発明は、ペン用のインク組成物、特にボールペンインク、に関する。 ボールペンには水性インクが使用されるのが有利であると以前から認識されて いるが、流動性の問題、例えばボール周囲の漏れ、を回避するために、これらの インクの粘度は注意深く調整する必要がある。粘度を調整するために、これらの インクは天然ガム、例えばキサンタンガム、で増粘されている。しかし、ガムを 含むインクは、例えばペン中のインク供給が減少した時に小さな固まりが形成さ れたり、インクの流れが悪くなる、などの好ましくない性能特性を示すことが多 い。非常に小さなボールを使用することにより、小さな固まりの形成を防止する 試みがなされているが、小さなボールを使用するペンは、使用中に「引っ掻く様 な感じ」がする傾向がある。 また、水性インクには、滑らかさや良好な書き味がなく、ペンのキャップを外 したままにしておくと、ボール先端が乾燥する傾向がある。 本発明は、良好な永続性を有し、キャップを外しておける時間が長く、筆記強 度が高く、滑らかな筆記特性を有し、インクの流れが一様で、貯蔵寿命が長い水 性インクを特徴とする。 本発明は、一態様において、上記の有利な特性を有するインクの製造法を特徴 とする。 一態様において、この方法は、インク前駆物質を混合すること、およびインク 前駆物質をホモジナイザー中で処理し、エマルジョンインクを形成させることを 含む。インク前駆物質は、被膜形成重合体、顔料、水、および油を含む。好まし い前駆物質は、pHに依存する増粘剤、塩基および乳化剤をさらに含む。安定なマ イクロエマルジョンを形成させる際にホモジナイザーが有効なので、有利なこと に、一般的に少量の乳化剤しか必要としない。pHに依存する増粘剤および塩基を 含む実施態様では、被膜形成重合体は省略することもできるが、これは、インク で書いたものの永久性が低下する傾向があるので、一般的に好ましくない。 ホモジナイザーは液体ジェット相互作用室を含み、その中で、液体混合物の複 数のシートの先端縁部が圧力下にさらされ、液体の低圧乱流区域に衝突するが好 ましい。好ましい装置は、圧力下で液体のシートを噴出するための細長いオリフ ィスを有する複数のノズルを含み、ノズルは、共通の液体ジェット相互作用前面 に沿ってシートを衝突させる様に配置されている。この型の適当なホモジナイザ ーは、ここに参考として含める米国特許第４，９０８，１５４号および第４，５ ３３，２５４号各明細書に記載されている。 もう一つの態様において、本方法は、油と水を混合し、この混合物をホモジナ イザー中で処理して水中油マイクロエマルジョンを形成させ、この水中油マイク ロエマルジョンを、被膜形成重合体、顔料および水を含んでなるインクに加える 。より好ましい実施態様では、インクはさらにpHに依存する増粘剤および塩基を 含み、マイクロエマルジョンを形成させる前に、油および水の混合物に乳化剤を 加える。 もう一つの態様において、本発明は、顔料、水、pHに依存する増粘剤および塩 基を含むインク組成物を特徴とする。好ましくは、この組成物は被膜形成重合体 をさらに含む。好ましい組成物は、インクの流動制御性、永久性および耐水性が 優れている。 さらに別の態様において、本発明は、被膜形成重合体、顔料、水、および油を 含むインク組成物を特徴とする。この組成物は、筆記の滑らかさが特に良好で、 キャップを外しておける時間が長く、永久性および耐水性が良好である。 好ましい実施態様では、このインク組成物は、被膜形成重合体、水、および顔 料に加えて、油およびpHに依存する増粘剤および塩基の両方の組合せの両方を含 む。好ましい組成物では、油は乾性油および半乾性油から選択され、重合体はア クリル系重合体である。これらの組成物は特性のバランスが良い。 ここで使用する用語「pHに依存する増粘剤」とは、組成物に加えた時に、組成 物が約７を超える、好ましくは約８〜１０の、pHを有する場合にのみ、組成物を 増粘する物質である。これらの増粘剤は、この分野では「会合性増粘剤(associa tive thickner)」とも呼ばれている。理論にこだわる必要はないが、これらの増 粘剤は、塩基と接触した時に増粘剤自体が膨潤するので、インクの粘度を増加さ せると考えられる。 ここで使用する用語「乳化剤」は、組成物の、エマルジョンを形成する能力を 強化する添加剤を意味する。この用語は、界面活性剤および他の従来型の乳化剤 を包含するものとする。 ここで使用する用語「マイクロエマルジョン(microemulsion)」とは、エマル ジョン、すなわち第一の液体の微小滴が第二の液体中に浮遊し、浮遊している小 滴が非常に小さな、一般的に約１ミクロン未満の均一な粒子径を有する、顕微鏡 的に不均質な混合物を意味する。ここで使用する動詞「微小乳化する(microemul sify)」は、溶液を処理してマイクマルジョンを形成することを意味し、「ホモ ジナイザー」とはマイクロエマルジョンを形成させることができるすべての装置 を意味する。 ここで使用する用語「乾性油」とは、酸化により架橋し、乾燥被膜を形成する 油を意味する。用語「半乾性油」とは、酸化により徐々に増粘する油を意味する 。 本発明の他の特徴および利点は、好ましい実施態様の説明および請求項から明 らかである。 好ましいインクは、被膜形成性アクリル重合体、潤滑油、より好ましくは乾性 油または半乾性油、pHに依存する増粘剤、塩基、顔料、乳化剤、および水を含む 。 エマルジョンインクは、これらの成分を予備混合し、ホモジナイザーで処理して マイクロエマルジョンを形成させることにより製造する。 アクリル重合体は、好ましくはエマルジョンの形態で与えられる。しかし、所 望により、水溶性のアクリル樹脂も使用することができる。アクリル重合体の一 部は、顔料を分散させる媒体としてアクリル重合体を含有する顔料分散液中の顔 料を含むことができる。好ましいアクリル重合体は、熱可塑性アクリル樹脂、例 えばポリメタクリル酸メチルの様なポリメタクリル酸エステルおよび他のアクリ ル酸メチルを含む。好ましいアクリルエマルジョンは、Rhom and Haas Co.，（ 米国ペンシルバニア州フィラデルフィア）から入手可能なRHOPLEX ^R AC-261エマ ルジョンである。RHOPLEX AC-261は、全アクリル共重合体の組合せ、アクリル酸 ブチル／メタクリル酸メチル混合物であり、酸含有量が低く、分子量約１，００ ０，０００、ガラス転移温度１５〜２０を有する。好ましい組成物は、約５〜３ ０重量％、より好ましくは１０〜２０重量％、のアクリル重合体を含有する。ア クリルが多過ぎると、有効量の顔料で粘度が不当に高くなり、少な過ぎると、乾 燥した時にインクの耐水性が悪くなることがある。 適当な乾性油および半乾性油には、植物油、例えばあまに油（乾性）、サフラ ワー油（乾性）、綿実油（半乾性）、およびコーン油（半乾性）があるが、あま に油が好ましい。乾性または半乾性油の代わりに、他の潤滑油、例えばシリコー ン、も使用できる。しかし、これらの他の油は、インクの乾燥時間を増加させる 傾向がある。好ましくは、組成物は約１０〜２５重量％、より好ましくは約１５ 重量％、の油を含む。油は、潤滑性および良好なキャップを外した時の特性の両 方をインクに与える。油が多すぎると、インクの乾燥が遅くなり過ぎ、少な過ぎ ると、望ましい潤滑性およびキャップを外した時の特性が得られない。油は、微 小乳化の前にインク組成物に加えることができる、あるいは、組成物全体を微小 乳化させることに加えて、またはその代わりに、組成物に加える前に、油および 水の一部を別に微小乳化させる。油および水を別に微小乳化させる場合、一般的 に、マイクロエマルジョン中の油対水の比率は約１：５〜２：５であるのが好ま しい。 pHに依存する増粘剤は、好ましくは酸安定化させたアクリル樹脂である。適当 なpHに依存する増粘剤は、Union Carbide からPOLYPHOBEの商品名で市販されて いる製品、およびAlco Companyから市販のALCOガム増粘剤である。アクリル系ラ テックス増粘剤のPOLYPHOBE 9823が好ましい。好ましくは、組成物は約１〜５重 量％、より好ましくは約２重量％、の増粘剤を含む。増粘剤の量がそれより多い と、好ましくない高粘度を引き起こし、それより少ないと、十分な流動性調整が できないことがある。インク組成物が被膜形成重合体を含まない実施態様では、 十分な粘度を得るために、増粘剤を好ましい範囲の上限で使用するのが一般的に 好ましい。 pHに依存する増粘剤が組成物を効果的に増粘させるには、組成物が比較的高い 、例えば少なくとも７の、好ましくは８〜１０の、pHを有する必要がある。組成 物のpHは、別の成分として塩基、例えばアンモニウムまたは２−アミノ−２−メ チル-１−プロパノール（ＡＭＰ）、を組成物に加えることにより上昇させるこ とができる。あるいは、塩基を含む顔料分散液の形態で顔料を、および／または ここに記載する好ましい顔料分散液および重合体エマルジョンの様に、塩基含有 重合体エマルジョンの形態で重合体を使用することができる。組成物のpHを好ま しい水準に引き上げるために、組成物は、別の成分として加えられた、または他 の成分中に含まれる、十分な量の塩基を含むのが好ましい。 十分な色の強度を与えるために十分な顔料を含むべきであるが、粘度が過度に 高くなる程多くすべきではない。インクは、好ましくは約２〜１０重量％、より 好ましくは約４〜８重量％、の顔料を含む。本発明で使用できる顔料には、水分 散性の顔料が含まれ、正確な計量および均一な混合を行なうために、水性分散液 の形態で顔料を使用するのが好ましい。適当な分散液には、Hoechst Celaneseか ら商品名FLEXONYLまたはHOSTAFINE で市販の製品、KVK U.S.A．Inc．から商品名 PREDISOLで市販の製品、Heucotech Ltd.から商品名HEUCOSPERSEで市販の製品、N ippon Keiko Kagaku，Ltd．から商品名LUMIKOL で市販の製品、およびMikuni Co lor Works，Inc.から商品名TITICACAで市販の製品がある。好ましい顔料分散液 は、HEUCOSPERSE III 分散液である。加える顔料分散液の総量は、その分散液の 固体含有量によって異なり、上記の顔料の有効量を与える様に選択する。沈降を 防止するために、顔料は比較的小さな粒子径、好ましくは０．５ミクロン未満、 を有するのが好ましい。粒子径が小さいことは、ペン先の詰まりも防止する。 乳化剤は、水中油マイクロエマルジョンの安定化に役立つ。適当な乳化剤には 、最も一般的な乳化剤、特に植物油の乳化に適した乳化剤、がある。好ましくは 、乳化剤はエトキシル化脂肪酸であり、より好ましくはエトキシル化オレイン酸 である。好ましくは、組成物は、約０．５〜２重量％の乳化剤を含有する。 好ましくは、Haake CV-100 Rotovisco粘度計で、２５℃、３００ sec^-1で測定 したインクの粘度が約２０cps〜６０cpsになる様に、十分な水をインクに含ませ る。粘度が低過ぎると、組成物はボールペン中で過度のインク流動性を示すこと がある。粘度が高過ぎると、インクは筆記中に性能上の問題、例えば固まり形成 、砕け、および不十分なインク流動性、を示すことがある。 組成物は他の通常の成分、例えば殺菌剤や界面活性剤、を含むことができる。 油を含む好ましい組成物の好ましい製造手順では、分散液の形態の顔料および エマルジョンの形態のアクリル樹脂を用意し、これらの、および組成物の他の成 分を予備混合し、得られた混合物を、液体ジェット相互作用室を含むホモジナイ ザー、例えばMicrofluidics，（米国マサチューセッツ州ニュートン）から商品 名MICROFLUIDIZER Model M-110Y で市販されているもの、に８０００ psiで通す 。マイクロエマルジョンを形成させることができるのであれば、他の型のホモジ ナ イザーも使用できる。好ましくはマイクロエマルジョンを、それが液体ジェット 相互作用室を通過した後、例えば冷却コイルを通して大体室温に冷却する。最適 な安定性を有するマイクロエマルジョンを得るには、ホモジナイザーを複数回通 すのが望ましい場合がある。 別の実施態様では、上記と同じ微小乳化手順を使用し、油および水（および、 好ましくは、乳化剤）だけを微小乳化させる。次いで、得られた水中油マイクロ エマルジョンを組成物の他の成分と、通常の混合技術を使用して混合する。 本発明の、油を含まない組成物は、微小乳化する必要はなく、代わりに、通常 の技術を使用して混合することができる。 pHに依存する増粘剤および塩基を含有する（油を含む、または含まない）組成 物では、塩基および／または塩基性pHを有するすべての成分にさらす前に、pHに 依存する増粘剤だけを水（または水および酸性〜中性ｐＨのすべての成分）と予 備混合するのが好ましい。前もって水で希釈せずに、塩基性pHを有する溶液に直 接加えた場合、pHに依存する増粘剤は凝集する、または固まる傾向がある。例 表１に示す組成を有するインク組成物を製造した。この組成物は、下記の手順 を使用して製造した。最初に、あまに油４０部、水５８部、およびTRYDET 2676 界面活性剤（乳化剤）２部をMICROFLUIDIZER Model M-110Y ホモジナイザーに約 ８０００ psiで３回通すことにより、水中油マイクロエマルジョンを製造した。 １回通す毎に、放出流を、ホモジナイザーの、氷浴中に浸漬したコイル中を通す ことにより冷却した。次いで、POLYPHOBE 増粘剤を水の一部と予備混合し、この 混合物を、水中油マイクロエマルジョン３７．５部、および組成物の残りの成分 と、実験室用磁気攪拌機を使用して混合した。得られたインク組成物をボールペ ン中に入れ、紙基材上に筆記した。この筆記は均一性および色の強度が優れてい た。このペン自体は、筆記の滑らかさが優れていることが観察された。 他の実施態様は請求項の範囲に記載されている。例えば、これらのインクは他 の種類のペン、例えば毛管供給式回転ボールペン、にも使用できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，Ｎ Ｌ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 下記の工程を含んでなることを特徴とする、インク組成物の製造法。 被膜形成重合体、顔料、水、および油を混合してインク前駆物質を形成させる 工程、および インク前駆物質をホモジナイザー中で処理してマイクロエマルジョンを形成さ せる工程。 ２． 下記の工程を含んでなることを特徴とする、インク組成物の製造法。 pHに依存する増粘剤、塩基、顔料、水、および油を混合してインク前駆物質を 形成させる工程、および インク前駆物質をホモジナイザー中で処理してマイクロエマルジョンを形成さ せる工程。 ３． 下記の工程を含んでなることを特徴とする、エマルジョンインクの製造 法。 油および水を混合して混合物を形成させる工程、 混合物をホモジナイザー中で処理して水中油エマルジョンを形成させる工程、 および 水中油エマルジョンを被膜形成樹脂、顔料および水と混合して、インク組成物 を形成させる工程。 ４． 下記の工程を含んでなることを特徴とする、エマルジョンインクの製造 法。 油および水を混合して混合物を形成させる工程、 混合物をホモジナイザー中で処理して水中油エマルジョンを形成させる工程、 および 水中油エマルジョンをpHに依存する増粘剤、塩基、顔料および水と混合して、 インク組成物を形成させる工程。 ５． pHに依存する増粘剤および塩基をインク組成物に加える工程をさらに含 んでなる、請求項１または３に記載の方法。 ６． 前記被膜形成重合体がアクリル樹脂である、請求項１または３に記載の 方法。 ７． 前記油が乾性油または半乾性油である、請求項１〜４のいずれか１項に 記載の方法。 ８． 前記油が植物油である、請求項７に記載の方法。 ９． 前記植物油があまに油である、請求項８に記載の方法。 １０． 前記pHに依存する増粘剤が酸安定化されたアクリル樹脂である、請求 項２または４に記載の方法。 １１． 前記ホモジナイザー中で処理する前に、乳化剤を加える工程をさらに 含んでなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。 １２． 前記インク前駆物質が、５〜３０重量％の被膜形成重合体、２〜１０ 重量％の前記顔料、１〜５重量％のpHに依存する増粘剤および１０〜２５％の前 記油を含んでなる、請求項１に記載の方法。 １３． 被膜形成重合体、乾性油または半乾性油、顔料、および水を含んでな ることを特徴とする水性ペンインク。 １４． 顔料、pHに依存する増粘剤、塩基、および水を含んでなることを特徴 とする水性ペンインク。 １５． 乾性油または半乾性油をさらに含んでなる、請求項１４に記載のイン ク。 １６． 被膜形成重合体をさらに含んでなる、請求項１４または１５に記載の インク。 １７． 前記重合体がアクリル樹脂である、請求項１６に記載のインク。 １８． 前記油が植物油である、請求項１３または１５に記載のインク。 １９． 前記油を前記インクに加える前に、前記水の一部および前記油をホモ ジナイザー中で処理してマイクロエマルジョンを形成させる、請求項１３または １５に記載のインク。 ２０． 前記成分を混合してインク前駆物質を形成させ、前記インク前駆物質 をホモジナイザー中で処理することにより、前記インクを形成させる、請求項１ ３または１５に記載のインク。 ２１． 油、顔料、被膜形成重合体、および水を含んでなるインクを含むイン ク貯蔵部を限定する外側本体、および 前記インクを基材に配送するための、前記貯蔵部と流体連絡している先端 を具備してなることを特徴とするペン。 ２２． 顔料、pHに依存する増粘剤、塩基、および水を含んでなるインクを含 むインク貯蔵部を限定する外側本体、および 前記インクを基材に配送するための、前記貯蔵部と流体連絡している先端 を具備してなることを特徴とするペン。 ２３． 前記先端に配置されたソケットおよび前記ソケット中に取り付けられ たボールをさらに具備してなる、請求項２１または２２に記載のペン。 ２４． 乾性油または半乾性油をさらに含んでなる、請求項２２に記載のペン 。 ２５． 被膜形成重合体をさらに含んでなる、請求項２２または２４に記載の ペン。 ２６． 前記油が植物油である、請求項２１または２４に記載のペン。 ２７． 前記油を前記インクに加える前に、前記水の一部および前記油をホモ ジナイザー中で処理してマイクロエマルジョンを形成させる、請求項２１または ２４に記載のペン。 ２８． 前記成分を混合してインク前駆物質を形成させ、前記インク前駆物質 をホモジナイザー中で処理することにより、前記インクを形成させる、請求項２ １または２４に記載のペン。