JPH09511780A - インクジェット組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 非極性成分を含有する希釈剤、顔料及び該希釈剤中の該顔料の分散を安定化させる分散剤からなり、０より大きいが７．０ＭＰａ^1/2以下の極性溶解度パラメター及び１０±１ｍＮ．ｍ^-1の表面エネルギーをもつ表面上で測定して少なくとも１００μｍ．ｓｅｃ^-1の脱湿潤化速度をもつ、インクジェット印刷用の、安定な且つプリントヘッドを掃除するために印刷を中断する必要なしに長期間の間無けい紙上に良品質の印刷を生ずる分散インク。

Description

【発明の詳細な説明】 インクジェット組成物 本発明はインクジェットプリンターに使用するインク組成物、詳しくは希釈剤 、顔料、及び希釈剤に含まれる顔料の分散を安定化する分散剤からなるインク組 成物（以下分散インクと記載する）に関するものである。 分散インクについての問題点はインクジェットプリントヘッドから無けい紙に 印刷されるときに、安定且つ明瞭な印刷を与え、実質的にフェザーリングのない 、そして満足できる濃度をもつ組成物を得ることにある。インクジェットプリン ターに使用するそのような分散インクを用いる連続印刷が直面するさらなる問題 点は、射出される液滴の少量の残りかすがこの液滴から離れ、ノズルを直ちに囲 みノブルプレートの領域のノズル部分の表面に集まる傾向があることである。一 般に、プレートの表面エネルギーが充分に低ければ、インクはノズルの中へ後退 し、次の液滴の一部分として射出される。しかし、液滴の射出の回数が増加する につれて次の液滴の射出前にインクが後退する機会が少なくなり、残留インクが 溜まる傾向があり、その大きさが、残留インク、又は埃又は他の汚染物質がこの 湿ったノズルプレートにひきつけられ液滴射出を妨げそしてプリンターの信頼で きる操作を妨げるレベルに達するまで、増加する残留インクがノズルプレート上 に生ずる傾向がある。その結果、印刷が中断されなければならず、そしてこの問 題はプリントヘッドを掃除することにより、例えば、拭き取ることにより、ある いはさらに深刻な場合にはヘッドを交換することにより解決される。この問題は ノズルプレートの単位面積当たりのノズルの数を増加させることによってノズル 間の相互の間隔が減少される傾向によりさらに悪化する。 この問題はノズルプレート表面の表面エネルギーを減少させることにより、例 えばその表面に対して適切な物質を選択すること又は表面処理を施すことにより ある程度まで解決できるけれども、インクが基剤とする希釈剤が、例えば炭化水 素希釈剤に基づくインクの場合における如く、実質的に非極性である場合には充 分な解決策とはなり得ない。インクを形成する際に低い極性希釈剤の使用は、印 刷システム（例えばプリンターボディー、カートリッジ、媒体）の物質適合性の 問題を減少させるか又は避けるので有利である。 従って本発明の課題は、インクジェットプリントヘッドから印刷されるときに 許容し得る光学密度の明瞭な印刷を与え、そしてプリントヘッドを掃除し又は交 換するための中断なしに印刷作業の長さを長くすることを可能にする、炭化水素 のような非極性溶媒系の安定した分散インクを提供することである。 ＥＡ−Ａ−０４５４８７２は着色成分が０．０１ミクロン以上の粒子サイズを もち、分散媒質が２５℃で５０ダイン／ｃｍ以下の表面張力を持つ液体からなる 分散インクを記載する。このインクでは分散媒質はインク組成物がイメージ記録 材料に付着するときに着色成分から直ちに分離する。極性溶媒をもつインク及び 非極性溶媒をもつインクの例が示されている。極性及び非極性溶媒の混合物の例 示はない。このインクは明瞭な輪郭をもつ円形の点を生ずるとされており、紙の 繊維に浸透しない。しかしこのインクの非浸潤特性は議論されていない、そして 最良のインクでさえも７０℃の三ヶ月の保存で沈澱した。 本発明は重量で希釈剤の主成分として非極性液体を含有する希釈剤、顔料、及 び希釈剤中の顔料を安定化する分散剤からなる安定なインクジェットインク組成 物を提供することによりこの課題が解決し得ることを明らかにした。この組成物 はゼロより大きく７ＭＰａ^1/2以下の極性溶解度パラメーター及び１０±１ｍＮ ．ｍ^-1の表面エネルギーをもつ表面で少なくとも１００μｍ．ｓｅｃ^-1の脱湿潤 化速度（ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ ｖｅｌｏｃｉｔｙ）をもつ。この要求される溶解 度パラメーターは希釈剤中に少量の極性液体を含むことにより又は極性液体の混 合物を含むことにより達成される。 室温で印刷されるインクの場合、分散系の粘度はＣＰ４／４０測定システムを 備えるボーリン シー・ビー（Ｂｏｈｌｉｎ Ｃ．Ｂ．）レオメーターを用いて ３０℃で測定したときに、好ましくは６０ｍＰａｓより低く、より好ましくは３ ０ｍＰａｓ以下である。しかし、室温以上の温度で印刷されるインクの場合には これより高い粘度が可能てある。 本願明細書で極性溶解度パラメーターについての記載はＰａｔｔｏｎ Ｔ．Ｃ ．著「Ｐａｉｎｔ Ｆｌｏｗ ＆ Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ」２ 版、 Ｗｉｋｌｅｙ Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ、１９７９に詳しく記載されているＨ ａｎｓｏｎ、Ｃ．Ｍ．及びＳｋａａｒｕｐ，Ｋ．によるＪｏｕｒｎａｌ Ｐａｉ ｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，３９，５１号，５１１−５１４頁（１９６７）Ｈ ａｎｓｏｎ，Ｃ．Ｍ．及びＳｋａａｒｕｐ，Ｋ．に記載の方法にしたがって得ら れる値に関するものである。 臨界表面張力としても知られている表面エネルギーは、表面［の接触角のコサ インが一連の液体について測定される、Ａｄａｍｓｏｎ ＡＷ ３版 Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ １９７６による「Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉ ｓｔｒｙ ｏｆ ｕｒｆａｃｅ」の３５１ｆｆ頁に記載されているジスマン（Ｚ ｉｓｍａｎ）の方法を使用して測定される。データを液体類の表面張力に対して プロットし、そして臨界表面張力は、外挿曲線が単一（ユニティー）の接触角の コサインについての値を与える表面張力として定義される。測定で使用される液 体は１−オクタノール、エタン−１，２−ジオール、ｎ−オクタン及びｎ−ヘキ サンが適切であるが、ほかの液体も使用できる。Ｋｒｕｓｓ Ｋ１２ Ｐｒｏｃ ｅｓｓ Ｔｅｎｓｉｏｎｍｅｔｅｒが、１０±１ｍＮ．ｍ^-1の所望の表面エネル ギーを与えるように選択したコーティング剤で両側を被覆した矩形のポリマーウ エハーを選択した液体に浸漬し、同ウエハーに対する下向きの力を測定するため に使用される。接触角のコサインＣはＣ＝Ｆ／［２η（ｗ＋ｔ）］で与えられ、 ここでｗ及びｔは被覆されたポリイミド矩形の幅及び厚さであり、η及びＦはそ れぞれポリイミドの重力及び浮力についての補正後の表面張力及び落下力である 。 本発明の目的のための脱湿潤化速度の測定用の適切な表面はメチルトリエトキ ンシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン及び１Ｈ、１Ｈ、２Ｈ、２Ｈ −ペルフルオロオクチルトリエトキシシランを含む１工程のフルオロシランコー チング組成物から調製し得る。次の記載はこのような表面を得るための例示であ る。３０部のエタノール、０．９部の氷酢酸、２．０部のヘキサノール及び５部 の塩酸（０．０１ｍｏｌ／ｄｍ³）を一緒に混合し、次いで５部のメチルトリエ トキシシラン、０．５部の３−アミノプロピルトリエトキシシラン及び０．５部 の１Ｈ、１Ｈ、２Ｈ、２Ｈ−ペルフルオロオクチルトリエトキシシランを前記混 合物に加える。 このように形成した溶液を次いで二日間熟成し、シリコン化合物を加水分解す る。ＵｐｉｌｅＸ−Ｒポリイミドのシートをほぼ１ｍｏｌ／ｄｍ³のＮａＯＨで 洗い、水ですすぎ、クリーンルーム用タオルでふいて乾かし、次いでこの熟成し た溶液を計量棒を用いてこのシートの表面に注ぎほぼ４ミクロンの厚さの湿潤膜 を形成する。この被覆シートを５分間放置し、次いで９５℃のオーブン中で湿気 雰囲気中に３時間置く。得られたフルオロシランの塗膜の厚さは０．６ミクロン の水準である。 Ｕｐｉｌｅｘ−Ｒは日本の宇部興産から入手し得る。Ｕｐｉｌｅｘは本願で指 定した一以上の地域で登録商標された商品名である。 脱湿潤化速度の検討及びその測定のために、Ｒｅｄｏｎ他によるＰｈｙｓｉｃ ａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ、６６巻、６号、１９９１年２月１１日、 ７１５−７１８頁の文献を引用する。一般に、脱湿潤化速度が高くなればなるほ ど、プリントヘッドを掃除し又は交換するために印刷作業を中断する回数が少な くなる。インクの脱湿潤化速度は、１０±１ｍＮ．ｍ^-1の表面エネルギーを持つ 表面上で測定したとき、好ましくは少なくとも３００μｍ／ｓｅｃ、より好まし くは少なくとも５００μｍ／ｓｅｃ、さらに好ましくは少なくとも１０００μｍ ／ｓｅｃである。 上記の如く、本発明は重量での希釈剤の主要割合が例えば炭化水素系希釈剤の 如き非極性であるインクに関するものである。特に希釈剤の好ましい例は、炭化 水素成分が単独で又は混合されて使用されてもよく、そして例えば天然又は合成 炭化水素混合物からの蒸留物を含んでいてもよい本質的に脂肪族炭化水素から選 ばれるものである。本発明のインクで有用な炭化水素系溶媒の例には、脱芳香族 化石油蒸留物例えばＥｘｘｓｏｌ Ｄ１００、Ｗｘｘｓｏｌ Ｄ１２０及びＥｘ ｘｓｏｌ Ｄ１４０（これらは全てエクソン社から入手し得る）、典型的なパラ フィン例えばＮｏｒｐａｒ １３及びＮｏｒｐａｒ １５（この両者はエクソン 社から入手し得る）、イソパラフィン例えばＩｓｏｐａｒ Ｍ及びＩｓｏｐａｒ Ｖ（この両者はエクソン社から入手し得る）、及びホワイトオイル例えばエク ソン製品であるＳｏｍｅｎｔｏｒ ３２がある。単独のパラフィン系炭化水素が 所望によりまた使用し得る。 本発明によれば、希釈剤は７．０ＭＰａ^1/2を越えない極性溶解度パラメータ ーを達成するために、極性液体又は極性液体の混合物を少ない割合で含有する。 このことは、脱湿潤化速度の所望の最小値を得るために必要な、希釈剤とほとん どの分散剤との相溶性のレベルを達成することを可能にする。極性溶解度パラメ ーターは好ましくは５以下、より好ましくは２又は２．５ＭＰａ^1/2である。使 用してもよい極性有機液体の例にはエステル、エーテル、ケトン、アルコール及 びこれらの混合物があるが、これらの極性液体又は混合物の性質及び濃度は炭化 水素の生成混合物が単一の相であるようになるべきである。 本発明の一つの態様では、希釈剤は脂肪族炭化水素（又は脂肪族炭化水素の混 合物）と、単一成分又は混合成分であってもよい極性有機液体の少量好ましくは 全混合物の重量を基準にして５〜４０％との混合物からなる。 好ましい極性成分はアルコール、グリコール、ポリグリコール、グリコール及 びポリグリコールのエルテル、及びこれらの混合物である。特に好ましいものは グリコール、ポリグリコール及びこれらのエステル、例えばジプロピレングリコ ール、好ましくは４０００以下の分子量を持つポリプロピレングリコール、及び エチレングリコールのモノ−及びジ−エステル、ジ−及びトリ−エチレングリコ ール、及びエトキシ化アルキルフェノールである。 好ましくは、希釈剤の沸点は少なくとも１００℃、より好ましくは少なくとも ２００℃である。沸点についての参照は混合物が沸騰を始める温度に対するもの である。 通常希釈剤は実質的に水を含まない。すなわち水の含有量は５重量％以下であ るべきである。いずれにしても、存在する水の量はもし存在するならば第二の液 体相の形成を生ずるようなものであるべきではない。 本発明によれば、顔料、分散剤及び非極性液体の所定の選択について、インク の脱湿潤化速度が組成物の表面張力又は粘度に有意な変化を与えることなく組成 物を調製することによって変化をなし得ることを明らかにした。従って、顔料、 分散剤及び非極性液体の特定の組合せに基づくインクの所望の脱湿潤化速度が試 験及び実験によって容易に達成できる。 好ましくは、分散剤は希釈剤中の溶液であり、分散剤は希釈剤中に溶解される か又は希釈剤及び分散剤が真の溶液と区別できないように十分に溶媒化される。 分散剤は選択された希釈剤中で選択された顔料の分散を安定化することができ るものであるべきである。ここで安定化とはインクが６５℃、好ましくは７０℃ で３ヵ月の間に沈澱又は凝固しないことを意味する。高分子分散剤はこれらの分 散能力にかんがみ好ましいものである。適切な分散剤の例にはポリアミン及び脂 肪酸の縮合重合体がある。これらは「ＳＯＬＳＰＥＲＳＥ」としてゼネカ（Ｚｅ ｎｅｃａ）社により市販されている。使用することができる他の分散剤の例には 商品名「ＥＦＫＡ」及び「ＤＩＳＢＥＲＢＹＫ」で市販されているものがある。 分散剤の混合物が所望により使用できる。「ＳＯＬＳＰＥＲＳＥ」、「ＥＦＫＡ 」及び「ＤＩＳＢＥＲＢＹＫ」は本願の一以上の指定国で登録商標として登録さ れている。 任意の適切な顔料が使用できる。この例はＷＯ９２／１１２０９に示されてい る。顔料の適明な濃度はその性質に依存するが、一般にインクの２〜２０重量％ 、より好ましくは４〜１５重量％の範囲にある。顔料の粒子サイズは１×１０^-2 〜１ミクロンの範囲が好ましい。 インクの脱湿潤化速度は希釈剤及び分散剤の作用であり、そしてこの希釈剤及 び分散剤の相溶性に特に影響さけるけれども、それは希釈剤中の顔料濃度に関連 した分散剤の濃度にまた影響される。希釈剤、分散剤及び顔料の所定の組合せに より、分散剤の適切な量を実験により容易に決定し得る。一般に分散剤が零から 増加するとき、この混合物の粘度は最小にまで減少し、次いで再び増加を始める 。顔料の重量部に対して０．１〜１部、より一般的には０．１〜０．７部の範囲 になりやすい分散剤の理論的に最適な量は、分散剤の量が顔料の最も効果的な分 散を提供するので、混合物に対する最小の粘度を与える濃度である。通常、分散 剤の適切な量はその最適な量の１００〜２００％、より好ましくは１１０〜１５ ０％の範囲にあることが明らかにされる。より多い量が使用されるが、インクの 脱湿潤化速度は１００μｍ／ｓｅｃ^-1の最小値以上に維持される。 予期されなかったことに、Ｒｅｄｏｎ他の研究から単純な液体について予期さ れる如く、インクの脱湿潤化速度が表面張力、粘度及び接触角によって簡単に決 定されないことが知られているにもかかわらず、希釈剤の低い極性溶解度パラメ ーターの故に、たとえ表面張力が３０ｍＮ．ｍ^-1以下であっても、印刷の急速な 乾燥時間と関連して満足な印刷作業、そして広範囲のプラスチック及び重合物質 との相溶性が得られることが明らかにされた。 インクの液滴を射出するために必要なエネルギーはとりわけ粘度の作用であり 、この目的のために及び他の目的のために、インクの粘度は上記記載の如く測定 したときに６０ｍＰａｓ以下、好ましくは１５Ｐａｓ以下であることが好ましい 。この粘度は希釈剤の粘度及び分散剤の性質及び濃度によって十分に決定される が、顔料の性質及び濃度もまた因子である。 本発明を下記の実施例で説明する。 実施例１ 次の組成物のインクを調製した。ここですべて部は重量部である。 希釈剤が０．４ｍＰａ^0.5の極性溶解度パラメーターをもったインクは、上記 記載のフルオロシラン表面を用いて測定した４００〜５００μｍ．ｓｅｃ^-1の脱 湿潤化速度、Ｆｉｓｈｅｒ Ｍｏｄｅｌ ２０ 表面張力計を用いて測定した２ ５．９ｍＮ．ｍ^-1の見掛け表面張力及び１１．２ｍＰａ．ｓの粘度をもつことが 明らかにされた。インクは、Ｘｅｒｏｘ ３Ｒ９１７２０のような良質の無けい 紙又はＨｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ ＬＸ Ｊｅｔ Ｓｅｒｉｅｓの被覆紙 上に、３００ｄｐｉのマルチノズル液滴要求プリンター操作から、相当な時間の 間マルチライン及び高速度で、プリントヘッドを掃除又は交換するための印刷の 中断の必要なしに、印刷したとき、満足し得る優れた品質及び濃度（１．１〜１ ．４の範囲の濃度）の明瞭な信頼のできる印刷を与えた。 比較例として、混合炭化水素によって提供される、同一の表面張力、極めて小 さい粘度（１１．６ｍＰａｓ）そして０（ゼロ）の極性溶解度パラメーターをも つインクを提供するためにインクの希釈剤を変更したとき、このインクは１００ μｍ．ｓｅｃ^-1の脱湿潤化速度をもつことが明らかにされ、ノズルもれを起こし 、そして信頼のもてる印刷を短期間の間でさえも達成できなかった。 両者のインクは保存については安定であった。 （１） ＥＸＸＳＯＬ Ｄ１４０はエクソン社から提供される脂肪族炭化水素 の混合物であり、２８０〜３１７℃の沸点範囲及び０．０の極性安定度パラメー ターをもつ。 （２） ＳＹＮＰＲＯＬはＩＣＩ社から提供されるＣ₁₃〜Ｃ₁₅脂肪族アルコー ルの混合物であり、１．４の極性安定度をもつ。 （３） ＳＯＬＳＰＥＲＳＥはゼネカ カラー リミテッド社によって市販さ れているポリエステルアミン超分散剤であり、希釈剤として脂肪族留出物中に４ ０重量％の活性成分を含有する。 （４） ＳＯＬＳＰＥＲＳＥ ５０００はゼネカ リミテッド社によって市販 されている置換アンモニウムフタロシアニンである。 （５） Ｒｅｇａｌ Ｂｌａｃｋ ２５０Ｒはキャボット コーポレーション によって提供されるカーボンブラックである。 実施例２ ２ 次の組成をもつインクジェットインクを調製した。 ＣＯＡＳＯＬはグルタル酸、アジピン酸及びコハク酸のジイソブチルエステル の混合物であり、２７４〜２８９℃の沸点範囲をもつ。ケモキシ（Ｃｈｅｍｏｘ ｙ）インターナショナル ＰＬＣ．によって市販されている。 １０ｍＰａｓの粘度及び２ＭＰａ^1/2より小さい極性溶解度パラメーターをも ったこのインクは９０℃で１２週間後に沈殿及び凝固の兆候を何も示さなかった 。上記記載のフルオロシラン表面を用いて測定したその脱湿潤化速度はほぼ５ｍ ｍ．ｓｅｃ^-1であった。インクは、Ｘｅｒｏｘ ３Ｒ９１７２０のような無けい 紙上に、マルチライン及び高速度で操作する２００ｄｐｉのマルチノズル液滴オ ンデマンドプリンターで印刷したとき、満足し得る濃度の良質の明瞭な印刷を与 えた。信頼できる印刷を長期間の間プリントヘッドを掃除又は交換するために印 刷を中断する必要なしに達成した。 実施例３〜２４ 一連の実施例においては、実施例２のインクを、Ｃｏａｓｏｌ及び２．５部の Ｎｏｖｏｌを下記の表に揚げる溶媒と入れ換え、そしてインクの全成分の総計が １００重量部になるように、Ｅｘｘｓｏｌ Ｄ１４０で調製することにより変更 した。 得られたインクの脱湿潤化速度を測定し、その結果を下記の表に記載する。全 てのインクは実施例２のインクとほぼ等しい粘度及び表面張力をもち、このイン クから得ることができる印刷品質は類似した。中断なしに達成できる印刷作業は 、高脱湿潤化速度の結果として全ての場合において実施例１のインクによって得 られる作業よりも長いことが期待される。 全てのインクは２ＭＰａ^1/2以下の極性溶解度パラメーターをもった。 （６） ＳＵＲＦＡＣ Ｎ０１２０は１モルに対してほぼ１２モルの酸化エチ レンを含有するエトキシ化ノニルフェノールである。 （７） ＳＵＲＦＡＣ Ｎ０４０は１モルに対してほぼ４モルの酸化エチレン を含有するエトキシ化ノニルフェノールである。 ＥＸＸＯＬ、ＳＹＮＰＲＯＬ、ＳＯＬＳＰＥＲＳＥ、ＣＯＡＳＯＬ及びＳＵＲ ＦＡＣは本願の一以上の指定国で登録商標として登録されている商品名である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 タタム， ジョン フィリップ イギリス国ケンブリッジシャー シービー ７ ５アールワイ アイルハム ミル ス トリート ５ (72)発明者 ウッズ， ジル イギリス国ケンブリッジシャー ピーイー 15 ９エイチエス マーチ キングフィシ ャー クロス 11

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．重量で希釈剤の主成分としての非極性成分、顔料、及び該希釈剤中の該顔料 の分散を安定化させる分散剤からなり、０より大きいが７ＭＰａ^1/2以下の極性 溶解度パラメター、及び１０±１ｍＮ．ｍ^-1の表面エネルギーをもつ表面で少な くとも１００μｍ．ｓｅｃ^-1の脱湿潤化速度をもつ安定なインクジェットインク 組成物。 ２．３０ｍＮ．ｍ^-1より小さい表面張力をもつ請求項１記載の組成物。 ３．希釈剤の非極性成分が脂肪族炭化水素又は脂肪族炭化水素の混合物からなる 請求項１又は２記載の組成物。 ４．希釈剤がアルコール、エーテル、エステル、ケトン及びこれらの混合物から 選ばれる極性有機液体を含む請求項３記載の組成物。 ５．極性有幾液体が脂肪族アルコール、グリコール、ポリグリコール、グリコー ル及びポリグリコールのエーテル、アルコキシル化アルキルフェノール、及びこ れらの混合物から選ばれる請求項４記載の組成物。 ６．希釈剤の沸点が少なくとも２００℃である請求項１〜５のいずれか１項記載 の組成物。 ７．分散剤が希釈剤中の溶液である請求項１〜６のいずれか１項記載の組成物。 ８．組成物が０．３ｍｍ．ｓｅｃ^-1の脱湿潤化速度をもつ請求項１〜７のいずれ か１項記載の組成物。