JPH09504813A - インク組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 水、着色剤、非催奇形性でかつ非発癌性てある保湿剤及び固体浸透剤を含有する、多孔質基材へのドロップ−オン−デマンド式インクジェット印刷に好適なインク組成物であって、該インク組成物の揮発性有機化合物含量が３００ｇ／ｌ未満であることを特徴とする、前記インク組成物。

Description

【発明の詳細な説明】 インク組成物技術分野 本発明は、多孔質基材に使用するインクジェット印刷用組成物に関するもので あり、特に、非催奇形性でかつ非発癌性であって、揮発性有機化合物のレベルを 低下させた、ドロップ−オン−デマンド式インクジェット印刷用のインクジェッ ト組成物に関する。背景技術 インクジェット印刷は、印刷装置と印字される基材とを接触させることなく印 刷を行う周知の技術である。インクジェット印刷システムには、一般に２つのタ イプ、即ち、コンティニュアス・ストリーム式及びドロップ−オン−デマンド式 がある。コンティニュアス・ストリーム式インクジェットシステムでは、インク は圧力下で１個以上のオリフィス又はノズルを通って連続流として放出される。 流れは擾乱され、それによりオリフィスから一定の距離において液滴に分断され る。この分断点において、液滴はデジタルデータ信号に従って帯電される。次い で、該液滴は、各液滴の軌道を調整する電場を通過する。液滴は、再循環用の溝 に向けられるか、あるいは基材上の特定の位置に向けられて所望の文字マトリク スを形成する。 ドロップ−オン−デマンド式システムでは、液滴は、デジタルデータ信号に従 って、圧力下でバルブから直接基材上のある位置に吐出される。基材に噴出され るべき場合でない限り、液滴は形成又は吐出されない。ドロップ−オン−デマン ド式システムは、インク回収、帯電及び偏向を必要としないので、コンティニュ アス・ストリーム式システムよりも単純である。 一般に、ドロップ−オン−デマンドインク組成物は、非接触印刷操作に有用な 特定の厳格な要求を満たす必要がある。この要求は、粘度、溶解性、成分の互換 性及び多孔質基材への浸透性に関するものである。更に、インクは速やかに浸透 し、かつ耐汚れ性である必要があり、印字ヘッドを詰まらせることなく通過可能 である必要があり、かつ最少の労力で即座に装置部品を清浄化することを可能と するものでなければならない。 更に、紙及び波形段ボール等のような多孔質基材への印刷に有用なインク組成 物であるためには、基材を適切に濡らし、基材表面に浸透する必要がある。この ような用途に現在使用されているインクは、染料、キャリア、保湿剤、及び他の 成分を従来含有する。保湿剤は一般にグリコール類、ポリグリコール類、又はグ リコールエーテル類である。 浸透剤及び保湿剤は揮発性の有機化合物であり、このことがインクジェット配 合者にとって毒性及び引火性の点で問題となる。しかし、揮発性有機化合物の使 用は更に他の理由、即ち、環境汚染をもたらすという理由で望ましくない。イン クが基材に付着した後、該揮発性有機化合物は蒸発し、大気中に有機化合物を放 出する。このような揮発性有機化合物は大気の環境に悪影響を及ぼし、アメリカ 合衆国政府及び州政府の規制の対象となっている。 揮発性有機化合物は、ＶＯＣとしても知られ、特定の試験条件（ＥＰＡ法２４ 又はＡＳＴＭ法Ｄ−３９６０）の下で塗料又はコーティングフィルムから蒸発す る炭素の任意の化合物と定義される。コーティング１ｌ当たりの、特定の組成物 中に存在する揮発性有機化合物の量（単位ｇ）は、次式を用いて決定することが できる。 ＶＯＣ〔ｇ／ｌ〕＝（Ｗ_s−Ｗ_w−Ｗ_es）／（Ｖ_m−Ｖ_w−Ｖ_es） （式中、Ｗ_sは揮発性化合物の重量（単位ｇ）であり、 Ｗ_wは水の重量（単位ｇ）であり、 Ｗ_esは除外化合物の重量（単位ｇ）であり、 Ｖ_mは材料の体積（単位ｌ）であり、 Ｖ_wは水の体積（単位ｌ）であり、更に Ｖ_esは除外化合物の体積（単位ｌ）である。） 上式において、除外化合物とは、取締り機関により使用が具体的に認可されて いる揮発性有機化合物を意味する。トリクロロエタンは除外化合物の一例である 。 揮発性有機化合物の最大許容レベルは、コーティング用途の相違により異なる 。例えば、カリフォルニアでは、多孔質プリント用途に関する揮発性有機化合物 の 最大許容レベルは、３００ｇ／ｌである。 非多孔質プリント用途に関するインク組成物中のＶＯＣ含量の問題は、既に開 示されている。例えば、本件出願と同一の発明者による共に係属する米国特許出 願第07/958,267号明細書は、樹脂水溶液及び有機顔料を含むインク組成物であっ て、ＶＯＣが５００ｇ／ｌ未満、好ましくは３４０ｇ／ｌ未満のものを開示して いる。しかしながら、多孔質基材へのドロップ−オン−デマンド式印刷に関して は、ＶＯＣ規制を満足するその種の組成物は見いだされていない。 更に、前記のように、多孔質基材へのインクジェット印刷用の従来のインクは 、保湿剤として作用することによりノズルの目詰まり、又はバルブの目詰まり、 あるいはプリントヘッドでのチップドライを防止し、基材へのインクの浸透を促 進するグリコールエーテル類を一般に含有している。このような化合物は、揮発 性有機化合物であることに加えて、催奇形性であり、発癌性の可能性があること が見いだされている。 揮発性有機化合物の含有レベルが低く、非催奇形性でかつ非発癌性であって、 良好な浸透及び乾燥特性を有する、多孔質基材に印刷するための水性ドロップ− オン−デマンドインク組成物の必要性が存在することは、上記から直接明らかで ある。従って、得られる組成物は環境に優しいものとなる。更に、該インクは人 間の健康に悪影響を及ぼすことはない。発明の開示 本発明は、着色剤、キャリア、保湿剤及び浸透剤を含有する、多孔質基材への ドロップ−オン−デマンド式インクジェット印刷に好適なインク組成物であって 、該キャリア、保湿剤及び浸透剤が、各々水、非催奇形性でかつ非発癌性である 保湿剤及び固体浸透剤であって、該インク組成物の揮発性有機化合物含量が３０ ０ｇ／ｌ未満であることを特徴とする、前記インク組成物を提供する。該水キャ リアは好ましくは脱イオン水である。従って、該インク組成物の揮発性有機化合 物レベルは低く、非催奇形性でかつ非発癌性である。脱イオン水、着色剤、非催 奇形性でかつ非発癌性である保湿剤及び固体浸透剤を使用することにより、有機 溶剤の使用に固有の有毒性、引火性及び廃棄の問題が回避される。更に重要な点 は、 本発明のインク組成物が、揮発性有機化合物の許容レベルに関する現在の米国政 府の基準を満足するものであることにある。 本発明によるインク組成物は、更に固体殺菌剤及び／又は脱泡剤、及び／又は ｐＨ調整剤を含んでいてよい。 上記のように、本発明のインク組成物は、水、着色剤、非催奇形性でかつ非発 癌性である保湿剤、固体浸透剤、及びドロップ−オン−デマンド式インクジェッ トプリンタ中での好ましいインク操作を達成するよう慎重にバランスをとった比 率で存在するその他の任意成分を含む。 一般に、本発明のインク組成物は、インクジェット印刷システム中での使用に 関し、次の特性を示す： − ２５℃における粘度が約1.6〜約7.0センチポアズであり、かつ − 比重が1.03〜1.05である。 多孔性基材に印刷した場合、該インクは、良好な浸透を伴って、吸収により約 １〜約３秒以内に乾燥する。従って、本発明のインク組成物は、紙、波形段ボー ル及びその他の多孔性グラフィック用紙製品等の多孔性基材へのグラフィック用 途に使用し得る。 前記のように、本発明のインク組成物の揮発性有機化合物レベルは低い。揮発 性有機化合物の含有レベルを低くするため、該インク組成物はその揮発性有機化 合物レベル（ＶＯＣ）が３００ｇ／ｌ未満となるように配合する必要がある。発明を実施するための最良の形態 本発明のインク組成物の成分は、次の通りである： キャリア 本発明のインク組成物のキャリアとしては、水を使用する。純度の点から、脱 イオン水が好ましい。該水はインク組成物に対し約７０重量％〜約８５重量％の 量で存在する必要があり、約８５重量％〜約９０重量％であるのが好ましい。 着色剤 有用な着色剤には、アシッドブラック２、アシッドレッド１４、アシッドイエ ロー２３、及びアシッドブルー１５等が含まれる。ダイレクトブルー２７９、又 は以下のダイレクトブラック染料等の直接染料も使用可能である：Ｆastusolブ ラック１８(BASF)、ブラックＳＰリキッド(Miles)、ブラックＨＦリキッド(Mile s)、及びキーストーン社からキーアミンブラックとして入手可能なダイレクトブ ラック１７０。レッド１８７及びブルー４９等の反応性染料は、耐水性及び繊維 用途に使用可能である。 該着色剤はインク組成物に対し約５重量％〜約２０重量％の量で存在する必要 があり、約３重量％〜約６重量％であるのが好ましい。 保湿剤 上記のように、保湿剤はインクジェットチップの乾燥、及びノズル／バルブの 目詰まりを防止する。該保湿剤は非催奇形性でなければならない。本発明のイン ク組成物において有用な保湿剤にはグリセロール、及び、いずれもユニオン・カ ーバイド社から入手可能なカーボワックス２０0、カーボワックス３００、カー ボワックス４００、カーボワックス６００、カーボワックス３３５０等のポリエ チレングリコール類が含まれる。水に完全に溶解し、引火点が高く、凝固点が非 常に低くかつ無臭であることから、グリセロールが好ましい。グリセロールは無 色でもある。 該保湿剤は粘度調整剤としても作用する。分子量の相違するポリエチレングリ コールの溶液粘度は異なる。この特性を利用することにより、インク粘度を要求 通りにすることが可能である。 該保湿剤はインク組成物に対し約２重量％〜約４重量％の量で存在する必要が あり、約４重量％〜約８重量％であるのが好ましい。 固体浸透剤 固体浸透剤はインクの表面張力を低下させ、それによりインクは一層容易に多 孔質基材に浸透することが可能となる。該浸透剤は固体なので、インク組成物の 揮発性有機化合物の含有量に寄与することはない。有用な固体浸透剤には、ロー ヌ−プーラン社から入手可能なNekal BX 78、及びエア・プロダクツ・アンド・ ケミカルズ社から入手可能なスルフォニル１０４が含まれる。該固体浸透剤はイ ンク組成物に対し約２重量％〜約６重量％の量で存在する必要があり、約４重量 ％〜約８重量％であるのが好ましい。 任意成分 インクジェット印刷用途に望ましい特性を付与するために、本発明のインク組 成物には他の成分も含まれていてよい。このような成分には、インク製造及び印 刷性能を改良する脱泡剤が含まれる。好適な脱泡剤には、アセチレンジオール類 （エア・プロダクツ・アンド・ケミカルズ社からスルフォニル１０４として市販 されている）、石油ブレンド（いずれもヘンケル社製のNapco NDW、Dehydran C 、及びFoamaster NS）、シリコーンベースの発泡剤（ダウ・コーニング社からダ ウ・コーニング１５０として市販されているもの、及びいずれもユニオン・カー バイド社から入手可能なSilwet 1-77、Silwet 720、Silwet 722、及びSilwet 70 02）及びいずれもウルトラ・アディティブス社から入手可能なXRM-358E、Dee Fo PI-29、Dee Fo 2020E/50が含まれる。該脱泡剤は、使用する場合には、インク 組成物に対し約0.05重量％〜約0.10重量％の量で存在する必要があり、約0.03重 量％〜約0.06重量％であるのが好ましい。 殺菌剤を添加することも望ましい。水ベースのインクは、インク製造装置及び プリンタを不調にさせるバクテリアの攻撃を受けやすい。好適な殺菌剤には、ア ルドリッチ・ケミカルズ社からメチルパラベンとして入手可能なパラオキシ安息 香酸メチル、及びGivudan社からGiv-Gard DXNとして入手可能なメタージオキサ ンが含まれる。該殺菌剤は、これを使用する場合には、インク組成物に対し約0. 10重量％〜約0.20重量％の量で存在する必要がある。 保管及び使用の期間を通じて、インク組成物の成分の可溶性を維持することを 確実とするために、ｐＨ調整剤も添加してよい。ｐＨ調整剤を使用することはま た、インクジェットプリンタの金属化合物の凝集を回避する点でも望ましい。こ の目的から、インクのｐＨを約7.0〜10.5、好ましくは約7.5〜10の範囲のレベル に維持するのが望ましい。ｐＨは組成物中に使用される成分に依存する。水酸化 ナトリウム及び水酸化カリウム等の無機塩基を使用することも可能ではあるが、 それらが印刷文字中に存在することにより、乾燥後の耐水性が劣化することとな る。蒸発により除去することが可能な有機塩基を使用するのが好ましい。即座に 蒸発して、経時的に耐水性の向上を加速するｐＨ調整剤を使用するのが最も好ま しい。従って、有機アミンを使用することも可能であるが、ｐＨ調整剤と して所望の範囲で水酸化アンモニウムを使用するのが好ましい。インク組成物の 保管の間の長期間の安定性のため、モルホリンを使用することも可能である。ト リエタノールアミンも使用可能である。 一般に、ｐＨ調整剤はインク組成物に対し約0.10重量％〜約0.50重量％の量で 存在する。最適な量は、インク組成物の具体的な成分に非常に依存するものと考 えられる。 本発明のインク組成物は、従来の手法により製造することが可能である。１つ の方法は次の通りである：水を混合槽に加える。次いで保湿剤を添加して、水と 混合する。混合が完了した後、固体浸透剤を添加して、組成物に完全に混合する 。最後に、着色剤を添加し、組成物を完全に混合し、次いで濾過する。 以下の実施例は、本発明のインクジェット組成物を説明するためのものである 。実施例 材料 パーセント アシッドイエロー＃２３ 0.70 アシッドレッド＃１４ 0.40 グリセロール 4.00 メチルパラベン 0.20 ＸＲＭ ３５８８Ｅ 脱泡剤 0.05 Ｎｅｋａｌ ＢＸ ７８ 2.20 ＳＰ ブラック ＨＦ 染料 15.00 脱イオン水 77.25 トリエタノールアミン 0.20 100.00 該インクジェット組成物のＶＯＣ含有量は２９２ｇ／ｌであった。

───────────────────────────────────────────────────── 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)，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｚ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＴ，ＬＵ， ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．着色剤、キャリア、保湿剤及び浸透剤を含有する、多孔質基材へのドロップ −オン−デマンド式インクジェット印刷に好適なインク組成物であって、該キャ リア、保湿剤及び浸透剤が、各々水、非催奇形性でかつ非発癌性である保湿剤及 び固体浸透剤であって、該インク組成物の揮発性有機化合物含量が３００ｇ／ｌ 未満であることを特徴とする、前記インク組成物。 ２．前記組成物が更に固体殺菌剤及び脱泡剤を含む、請求項１記載のインク組成 物。 ３．前記水が脱イオン水であって、該水が前記インク組成物に対し約７０重量％ 〜約８５重量％の量で存在する、請求項１又は請求項２に記載のインク組成物。 ４．前記着色剤が前記インク組成物に対し約５重量％〜約２０重量％の量で存在 する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のインク組成物。 ５．前記着色剤が酸性染料である、請求項４記載のインク組成物。 ６．前記非催奇形性でかつ非発癌性である保湿剤が、前記インク組成物に対し約 ２重量％〜約８重量％の量で存在する、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記 載のインク組成物。 ７．前記保湿剤が前記インク組成物に対し約４重量％〜約８重量％の量で存在す る、請求項６記載のインク組成物。 ８．前記非催奇形性でかつ非発癌性である保湿剤が、グリセロール又はポリエチ レングリコールのいずれかである、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の インク組成物。 ９．前記固体浸透剤が前記インク組成物に対し約２重量％〜約８重量％の量で存 在する、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のインク組成物。 10．前記固体浸透剤が前記インク組成物に対し約４重量％〜約８重量％の量で存 在する、請求項９記載のインク組成物。 11．前記脱泡剤が前記インク組成物に対し約0.05重量％〜約1.10重量％の量で存 在する、請求項２〜請求項１０のいずれか１項に記載のインク組成物。 12．前記脱泡剤が、アセチレンジオール類、又は石油ブレンド、あるいはシリコ ーンベースの発泡剤である、請求項１１記載のインク組成物。 13．前記固体殺菌剤が、パラオキシ安息香酸メチル又はメタ−ジオキサンである 、請求項２〜請求項１２のいずれか１項に記載のインク組成物。 14．前記固体殺菌剤が前記インク組成物に対し約0.10重量％〜約0.20重量％の量 で存在する、請求項１３記載のインク組成物。 15．前記組成物が更にｐＨ調整剤を含む、請求項１〜請求項１４のいずれか１項 に記載のインク組成物。 16．前記インク組成物のｐＨが7.0〜10.5の範囲のレベルに維持される、請求項 １５記載のインク組成物。 17．前記ｐＨ調整剤が前記インク組成物に対し約0.10重量％〜約0.50重量％の量 で存在する、請求項１５又は請求項１６に記載のインク組成物。 18．前記ｐＨ調整剤が、水酸化アンモニウム、モルホリン、又はトリエタノール アミンである、請求項１５〜請求項１７のいずれか１項に記載のインク組成物。 19．多孔質基材へのドロップ−オン−デマンド式インクジェット印刷に好適なイ ンク組成物であって、該インク組成物が非催奇形性でかつ非発癌性であり、該イ ンク組成物の揮発性有機化合物含量が３００ｇ／ｌ未満であることを特徴とする 、前記インク組成物。 20．着色剤、キャリア、保湿剤及び浸透剤を含有する、多孔質基材へのドロップ −オン−デマンド式インクジェット印刷に好適なインク組成物であって、該キャ リア及び浸透剤が各々水及び固体浸透剤であり、該保湿剤がグリコールエーテル ではなく、該インク組成物の揮発性有機化合物含量が３００ｇ／ｌ未満であるこ とを特徴とする、前記インク組成物。 21．前記組成物の25℃における粘度が約1.6〜約7.0センチポアズであり、比重が 1.03〜1.05である、請求項１〜請求項２０のいずれか１項に記載のインク組成物 。