JPH10507487A - インクジェットプリンターのインク組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 希釈剤が、多量の脂肪族炭化水素、及びオレイルアルコール単独又はそれと少なくとも１種の他の極性液体例えばエーテル或いはエステルとの組合せを含む少量の極性成分を含む単一相の液体である、非水性希釈剤中に分散した顔料を含む種類のインクジェットプリンターのインク。

Description

【発明の詳細な説明】 インクジェットプリンターのインク組成物 技術分野 本発明は、インクジェットプリンターに使用されるインク組成物に関し、そし て特に非水性希釈剤中の顔料の分散物を含む該組成物に関する。 背景技術 インクの滴が印刷用ヘッド中の非常に小さいノズルを加圧下押しだされる種類 のインクジェットプリンターは、オフィス及び一般的な工業上の使用の両者にお いて関心が増大している。「連続」プリンターとして知られているプリンターの 一つの種類では、連続的に生成されるインクの小滴は、個々の小滴が、信号に応 じて電荷を受けそして印刷されるべき基体に導かれる電荷領域を通過する。小滴 は電場を通過し、電荷及び電場の強度に依存する量によってそれらは偏向させら れる。基体上に印刷を形成することを要求されない小滴は、バイパスの溝に向か わされる。これらのプリンターに使用されるインクは、伝導性である必要がある 。「ドロップ・オン・デマンド」（ＤＯＤ）プリンターとして知られている他の 種類のプリンターでは、インクの小滴は、印刷工程中要求されるときのみプリン トヘッドのノズルから噴出される。ドロップ・オン・デマンドプリンターは、電 気的に加速されたインクジェット又は圧力インパルス衝撃作用によって噴射され る小滴の連続物を使用できる。ＤＯＤプリンターの後者の種類では、インクのそ れぞれの滴は、例えば、ノズルに供給されるチャンネル中のインクに作用するピ エゾ電気作動器の使用により、又は熱パルスに応じた気泡の発生により、誘発さ れる圧力パルスによってノズルから個々に噴射される。この種類のプリンターに 使用されるインクは、電気的に伝導性である必要はなく、好ましくは非イオン性 であり、そして例えば少なくとも１０⁶オームｃｍの抵抗性を有するような非常 に 低い伝導度のものである。 これらのプリンターの開発と平行して、これらに使用されるのに好適な特別な インクの開発がなされてきている。 これらのインクは、多数の基準を満たすことを要求される。例えば、それらは 、劣化することなく、特に正常な気候条件下で顔料粒子の顕著な沈降又は固化な しに、貯蔵できなくてはならない。それらは、また正常なプリンター操作温度（ 通常１０−４０℃）で、適度の圧力を使用してプリントヘッドのノズルから噴出 できるほど十分な液状でなければならない。それらは、例えば希釈剤の蒸発、相 の分離、固化又は空気或いは水分による有害な作用によって、正常な操作中のプ リントヘッドにおける休止期間中劣化してはならず、そしてそれらは、次に異常 な操作を導くことになるであろうプリントヘッドの大量出液を導く程度まで、ノ ズルオリフィスを囲むプリントヘッドのゾーンを湿らせてはならない。プリント ヘッドの湿潤が許容できない程度まで生じないことを確実にするために、インク が、１０±１ｍＮ．ｍ^-1の表面エネルギーを有する表面上で測定されるとき、少 なくとも１００μｍ．秒^-1の脱湿潤（ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ）速度を有することが 望ましいことが分かった。表面エネルギーは、１９７６年のＡｄａｍｓｏｎ Ａ Ｗ ３ｒｄ編「Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｅ ｓ」Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓの３５１ｆｆページに記述されたＺｉ ｓｍａｎの方法を使用して、純粋の液体の静的接触角からの臨界表面張力として 測定される。これらの表面の例は、１９９４年８月３０日に出願された英国特許 出願第９４１７４４５．５号に記述されている。脱湿潤速度及びその測定の議論 については、Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ、６６巻、Ｎｏ ．６、１９９１年２月１１日、７１５−７１８ページにおいてＲｅｄｏｎらによ る論文を引用する。好ましくは、インクの脱湿潤速度は、上記で規定されたよう に測定するとき、少なくとも２００、さらに好ましくは少なくとも３００そして さらに好ましくは少なくとも１０００μｍ．秒^-1である。 重要であることが分かったインクの他の性質は、好ましくは２５℃で約２２− ３６ｍＮ．ｍ^-1、そしてさらに好ましくは２４−３２ｍＮ．ｍ^-1の範囲になけれ ばならないその表面張力である。 インクは、また良好な鮮明度の印刷を提供しなければならず、そしてコートさ れた紙は高価なため、インクジェットプリンターのインクは、普通紙、即ちコー トされていない紙上に良好なカラーの密度の十分に鮮明な印刷をもたらすことが 可能でなければならない。 良好な印刷の鮮明さの品質は、特に、（ａ）インク組成物からの濃淡なく着色 したドットの急速な形成、（ｂ）紙の表面上のインク着色剤の濃度、（ｃ）イン クの小滴から紙基体の表面上に形成されるカラーのドットの広がりのコントロー ル、（ｄ）異なるカラーの一つのドットから隣のドットへの一色のインクの制限 された滲み並びに小滴から形成される濃淡のないドットの領域のカラー及びカラ ー密度の均一性を要求する。好ましくは、また印刷は、水又は光の作用の結果と して劣化してはならない。 上記の基準の多くは、インクにおける矛盾する性質を左右する。例えば、粘度 の低下は流動性を増大させるが、それは、インクが乾燥する前の紙の表面上のイ ンクの小滴の拡がりの危険を増大させる。同様に、ノズル中のインクの乾燥の危 険は、希釈剤の揮発性を低下させることによって減少されるが、反対のことが、 基体上のインクの小滴の急速な乾燥を助けるために要求されるだろう。それ故、 これらの性質を最適にすることは、妥協の産物である。その上、これらの性質の 最適化を得るための試みでインクの組成を変化させることは、しばしば、他の望 ましい性質に悪影響を与えることが分かっている。 それ故、特により小さいノズル及びより高度な解像度の像の形成に向かう傾向 が継続しているが、それとともに、改良されたインクを求める研究が常に要求さ れている。 発明の開示 本発明者は、上記の基準を満たすか又はそれらに非常に近づいており、そして 長時間しかもノズルの直径が５０μｍ又はそれより以下例えば２０μｍ又はそれ 以下であるプリントヘッドに使用して優れた品質の印刷を常に生成できるインク を開発した。 本発明によれば、非水性希釈剤中に分散した顔料を含むインクジェットプリン ターのインクにおいて、希釈剤が、脂肪族炭化水素及び極性成分を含む単一相の 液体であり、脂肪族炭化水素が、希釈剤の主な重量を形成し、そして極性成分が 、オレイルアルコール単独又はそれと少なくとも１種の他の極性液体との組合せ であるインクが提供される。 インクの脂肪族炭化水素成分は、希釈剤の５０重量％より多量、そして好まし くはインク組成物の５０重量％より多量を構成し、そして単一の成分又は混合物 からなり、さらに例えば商品名ＥＸＸＳＯＬで販売されているような天然又は合 成の炭化水素混合物の分別からの留出物であろう。一般に、それは少なくとも１ ００℃そして好ましくは少なくとも２００℃の沸点を有するであろう。それが混 合物である場合、沸点は、混合物が沸騰しはじめる温度を意味するものと理解す べきである。 希釈剤は、本質的に主として炭化水素でなければならないが、少量のオレイル アルコールを含む極性成分の存在は、必須である。アルコールは、単独で、又は １種以上の他の極性液体、例えばエステル、エーテル、アミド又は他のアルコー ルとともに使用できる。エーテルが好ましく、そしてその例は、エチレン及びプ ロピレングリコール及びポリグリコールのモノアルキルエーテル、例えばエチレ ングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル 及びトリプロピレングリコールモノメチルエーテルを含む。前記の他の極性液体 の性質及び品質は、希釈剤の沸点が少なくとも１００℃好ましくは少なくとも２ ００℃であるようなものでなければならないことを理解するだろう。一方、イン クは、全て同様な操作温度で流体のままでなければならず、そのため、その凝固 点又は固体が先ず形成しはじめる温度が１０℃以下好ましくは７℃以下であるこ とが望ましい。 希釈剤に存在するオレイルアルコール又はオレイルアルコールと他の極性液体 との混合物の量は、さもなければオリフィスを囲むゾーンの湿潤化に関する問題 が生ずるかもしれなないために、０．１ＭＰａ^1/2以上の極性溶解度パラメータ ーを有する希釈剤をもたらすようなものでなければならない。一方、このパラメ ーターは、さもなければ印刷系中で他の材料と互いに存在できることが導入でき ないかもしれないため、好ましくは、５ＭＰａ^1/2以下でなければならない。好 ましくは、このパラメーターは、０．２−２ＭＰａ^1/2の範囲にあるだろう。極 性溶解度パラメーターに関して本明細書においては、Ｐａｔｔｏｎ、Ｔ.Ｃ.「Ｐ ａｉｎｔ Ｆｌｏｗ ＆ Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ」第二版、Ｗ ｉｌｅｙ Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ、１９７９年によりさらに詳述された、Ｈ ａｎｓｅｎ、Ｃ．Ｍ．及びＳｋａａｒｕｐ、Ｋ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐａｉ ｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、３９ Ｎｏ．５１、ｐｐ．５１１−５１４（１９ ６７）の方法に従って得られる値を引用する。また、使用される極性液体の全量 が、炭化水素との得られる混合物が単一の相であるようなものであることも重要 である。 従って、インクに含まれるオレイルアルコールの量は、それが単独の極性液体 成分であるかどうか、又はそれが他の極性液体との混合物で使用されるかどうか 、そしてもしそうならば、これらの液体の濃度及び極性度に依存するだろう。一 般に、それが単独の極性成分である場合、希釈剤の全重量の５−４０％、さらに 好ましくは１０−４０％で使用され、そしてそれが他の極性液体と使用される場 合、５−３０重量％の範囲の量で使用されるだろう。極性液体の全量は、一般に 、５−４５重量％、好ましくは１０−４０重量％の範囲であろう。 前述のように、希釈剤は、非水性でなければならず、即ち、それは、５重量％ 以下の水を含むものでなければならない。何時でも、存在する水の量は、存在す るとしても、第二の液体の相の形成を生じさせるようなものであってはならない 。 任意の好適な顔料は、それが選択された希釈剤中の安定な分散物を形成するな らば、使用することができる。好ましい顔料は、Ｔｈｅ Ｃｏｌｏｕｒ Ｉｎｄ ｅｘ中で顔料染料として特徴づけられたものの中に見いだされる。好ましくは、 顔料は、一次サブストラクチブ（ｓｕｂｓｔｒａｃｔｉｖｅ）色相のものであろ う。顔料は、耐光性であり、そして加温の繰り返しでも熱的に安定でなければな らない。顔料は、水含有物質との接触でのよごれを防ぐために一度基体に適用さ れるならば水不溶性でなければならない。カーボンブラックも使用できる。 顔料の粒子サイズは、好適には、１．５μｍ以下そして好ましくは１．０μｍ 以下、さらに好ましくは０．５μｍ以下、なお好ましくは０．３μｍ以下である 。 顔料の比重は、これが放置による沈澱の可能性を減少させるため、選択された 溶媒のそれに近いことが、また好ましい。 顔料の適切な濃度は、その性質に依存するだろうが、一般に、インクの２−２ ０重量％、さらに通常４−１５％の範囲にあるだろう。 一般に、希釈剤中に顔料の粒子を有効に分散させそして分散物を安定化するた めに分散剤を含む必要があるだろう。好ましくは、分散剤は、希釈剤中の溶液で あり、即ち、それは、希釈剤に溶解されるか、又は希釈剤及び分散剤の混合物が 真の溶液から区別できないほど高度に溶媒和されているだろう。 分散剤は、選択された溶媒中の必要な濃度中の選択された顔料の分散物を安定 化し、そして貯蔵中しかもプリントヘッドで遭遇する操作条件下で分散を維持す ることができなければならない。ポリマー状分散剤が、それらの能率のために一 般に好ましい。好適な分散剤の例は、ポリエステルアミン分散剤、例えば商品名 ＳＯＬＳＰＥＲＳＥでＺｅｎｅｃａ Ｃｏｌｏｕｒｓにより販売されているもの 、そして特に英国特許Ａ第２００１０８３号に記載されたもの、即ちそれぞれの ポリ（低級アルキレン）イミン鎖に結合した少なくとも２本のポリエステル鎖が 存在する、遊離のカルボン酸基を有するポリエステルとポリ（低級アルキレン） イミンとの反応生成物を含むものである。使用できる他の分散剤の例は、商品名 ＥＦＫＡ及びＤＩＳＰＥＲＢＹＫで市販されているものである。分散剤の混合物 は、もし望まれるならば、使用できる。 希釈剤、分散剤及び顔料の所定の組合せについて、分散剤の適切な量は、実験 により容易に決定できる。一般に、分散剤の濃度が零から上昇するにつれ、混合 物の粘度は最小に低下し次に再び増大し始めることが分かっている。分散剤の理 論的に最適な量は、それが顔料の最も有効な分散をもたらすために、混合物につ いて最低の粘度を与えるものである。一般に、分散剤の好適な量は、その最適量 の１００−２００％、さらに好ましくは１１０−１５０％の範囲にあることがわ かるだろう。より多い量も使用できるが、しかし、一般に、分散剤の量は、使用 される顔料の量の約１０−１００重量％であろう。 インクの小滴を噴出するのに要求されるエネルギーは、特に、粘度の関数であ り、そしてこの理由及び他の理由から、インクの粘度が６０ｍＰａ．ｓ以下であ るのが好ましい。粘度は、希釈剤の粘度並びに分散剤の性質及び濃度により主と して決定されるが、顔料の性質及び濃度もファクターである。粘度の最も好まし い範囲は、Ｂｏｈｌｉｎ ＣＳ Ｖｉｓｃｏｍｅｔｅｒを使用して３０℃で測定 されて６−３０ｍＰａ．ｓである。本発明は、全ての部は重量による以下の実施 例により説明される。 実施例 実施例 １ インクは、２８０−３１７℃の沸点範囲を有しそしてＥＸＸＯＮによりＥＸＸ ＳＯＬ Ｄ１４０として市販されている脂肪族炭化水素の混合物６５．０５部、 ＮＯＶＯＬとしてＣｒｏｄａにより市販されているオレイルアルコール２０部、 脂肪族炭化水素中のポリエステルアミンハイパー分散剤４０％溶液（ＳＯＬＳＰ ＥＲＳＥ １３９４０）３．７５部、置換アンモニウムフタロシアニンスルホネ ート（ＳＯＬＳＰＥＲＳＥ ５０００）０．２部及びＲＥＧＡＬ Ｂｌａｃｋ１ １部から製造された。ＳＯＬＳＰＥＲＳＥ １３９４０及びＳＯＬＳＰＥＲＳＥ ５０００は、ともにＺｅｎｅｃａ Ｃｏｌｏｕｒｓにより市販されている。ＳＯ ＬＳＰＥＲＳＥは、Ｚｅｎｅｃａ Ｌｉｍｉｔｅｄが所有する商標である。 インクの性質は、以下の通りであった。 インクは、貯蔵して安定であり、封鎖又は不調なしにかなりな期間連続して印 刷に使用でき、そして優れた鮮明度の印刷を与えた。 実施例 ２−５ 一連の実験では、実施例１のインク中のＮＯＶＯＬの濃度の変化による安定性 に対する効果（ＮＯＶＯＬ及びＥＸＸＳＯＬ Ｄ１４０の全量は変化しないまま ）を調べた。 安定性は、インクの濁り度の波長の依存関係を測定することにより評価された 。濁り度のスペクトルの広い範囲にわたって、濁り度τはτ＝ｋ／λ^expにより 波長λに関連する。ｅｘｐの価は、以下の方法により得られる。インクは、イン ク希釈剤に等しい液体ブレンド中で１：５０００に希釈され、そして光学密度（ ＯＤ）は、４００−９００ｎｍの間Ｃａｒｙ Ｉ ＵＶ−Ｖｉｓｉｂｌｅ分光光 度計で１ｃｍの路長のキュベットを使用して測定され、ｅｘｐはｌｏｇ₁₀（λ） に対するｌｏｇ₁₀（ＯＤ）の線状回帰からの勾配として得られる。安定性を評価 するために、インクのサンプルは、６５℃及び室温で貯蔵され、そして濁り度の 測定は、１２週間周期的に行われた。インクは、もしｅｘｐの価の減少が１２週 間で１５％以下であるならば、安定と考えることができる。結果は、以下の通り である。 実施例 ６ 実施例１のインクを、ＥＸＸＳＯＬ Ｄ１４０及びＮＯＶＯＬの量をそれぞれ ５７．３０部及び１７．７５部に減少させ、そして１０部のトリプロピレングリ コールモノメチルエーテルを含むことにより変性した。得られる組成物は、実施 例１のそれに似た沸点及び凝固点、１．０７ＭＰａ^0.5の極性溶解度パラメータ ー、９ｍＰａ．ｓの粘度、２４．９ｍＮ，ｍ^-1の表面張力及び１．６ｍｍ秒^-1の 脱湿潤速度を有した。その性能は、実施例１のインクのそれに似ていた。 実施例 ７ インクは、以下の組成で製造された。 ＲＥＧＡＬ Ｂｌａｃｋ ２５０Ｒ １１％ ＳＯＬＳＰＥＲＳＥ １３９４０ ３．７５％ ＳＯＬＳＰＥＲＳＥ ５０００ ０．２％ ＣＯＡＳＯＬ ２０％ ＮＯＶＯＬ １７．５％ ＥＸＸＳＯＬ Ｄ１４０ ４７．５５％ ＣＯＡＳＯＬは、琥珀酸、グルタール酸及びアジピン酸のジブチルエステルの 混合物である。インクは、１０ｍＰａ．ｓの粘度、１．１ＭＰａ^0.5の極性溶解 度パラメーター、及び実施例６のインクに非常に似た性質を有した。 以下は、ブラック以外の顔料を使用して本発明に従うインクの実施例である。 実施例 ８ ＰＡＬＩＯＴＯＬ Ｙｅｌｌｏｗ Ｄ１１１５ ５％ ＳＯＬＳＰＥＲＳＥ １３９４０ ３．７５％ ＮＯＶＯＬ ２４％ ＥＸＸＳＯＬ Ｄ１４０ ６７．２５％ 実施例 ９ ＭＯＮＡＳＴＲＡＬ Ｂｌｕｅ ＦＧＸ ５％ ＳＯＬＳＰＥＲＳＥ １３９４０ ５％ ＳＯＬＳＰＥＲＳＥ ５０００ ０．５％ ＮＯＶＯＬ １５％ ＥＸＸＳＯＬ Ｄ１４０ ７４．５％ 実施例 １０ ＨＯＳＴＡＰＥＲＭ Ｒｅｄ Ｅ５Ｂ０２ ９％ ＳＯＬＳＰＥＲＳＥ １３９４０ ８％ ＮＯＶＯＬ ９％ ＥＸＸＳＯＬ Ｄ１４０ ７４％ 実施例８−９のインクは、１０±０．５ｍＰａ．ｓの粘度、及び１．２−２． ７ｍｍ．秒^-1の範囲の脱湿潤速度を有した。それらは、貯蔵して全て安定であり 、封鎖又は不調なしにかなりな期間連続して印刷するのに使用でき、そして優れ た鮮明度の印刷を与えた。

───────────────────────────────────────────────────── 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)，ＣＡ，ＣＮ，ＪＰ，ＫＲ，Ｓ Ｇ，ＵＳ (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．非水性希釈剤中に分散した顔料を含むインクジェットプリンターのインクに おいて、希釈剤が、脂肪族炭化水素及び極性成分を含む単一相の液体であり、脂 肪族炭化水素が、重量で希釈剤の主な量を形成し、そして極性成分が、オレイル アルコール単独又はそれと少なくとも１種の他の極性液体との組合せであること を特徴とするインク。 ２．分散剤を含むことを特徴とする請求項１のインクジェットプリンターのイン ク。 ３．分散剤がポリエステルアミンであることを特徴とする請求項２のインクジェ ットプリンターのインク。 ４．分散剤が、それぞれのポリ（低級アルキレン）イミン鎖に結合した少なくと も２本のポリエステル鎖が存在する、遊離のカルボン酸基を有するポリエステル とポリ（低級アルキレン）イミンとの反応生成物であることを特徴とする請求項 ２のインクジェットプリンターのインク。 ５．希釈剤の極性成分が、オレイルアルコール、並びにエステル及びエーテルの 少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１−４の何れか一つの項のインク ジェットプリンターのインク。 ６．極性成分が、インクの５−４０重量％を形成することを特徴とする請求項１ −５の何れか一つの項のインクジェットプリンターのインク。 ７．極性成分が、インクの１０−４０重量％を形成することを特徴とする請求項 １−６の何れか一つの項のインクジェットプリンターのインク。 ８．顔料が、インクの４−１５重量％の量で存在することを特徴とする請求項１ −７の何れか一つの項のインクジェットプリンターのインク。 ９．分散剤が、インクの最低粘度を与える量の１１０−１５０％の量で存在する ことを特徴とする請求項１−８の何れか一つの項のインクジェットプリンターの インク。 １０．少なくとも２００℃の沸点を有することを特徴とする請求項１−９の何れ か一つの項のインクジェットプリンターのインク。 １１．７℃以下の凝固点を有することを特徴とする請求項１−１０の何れか一つ の項のインクジェットプリンターのインク。 １２．０．２−２ＭＰａ^1/2の範囲の極性溶解度パラメーターを有することを特 徴とする請求項１−１１の何れか一つの項のインクジェットプリンターのインク 。 １３．１０±１ｍＮ．ｍ^-1の表面エネルギーを有する表面上で測定されるとき、 少なくとも２００μｍ．秒^-1の脱湿潤速度を有することを特徴とする請求項１− １２の何れか一つの項のインクジェットプリンターのインク。 １４．ＣＰ４／４０測定系によりＢｏｈｌｉｎ ＣＳレオメーターを使用して３ ０℃で測定される、６−３０ｍＰａ．ｓの範囲の粘度を有することを特徴とする 請求項１−１３の何れか一つの項のインクジェットプリンターのインク。 １５．２５℃で２４−３２ｍＮ．ｍ^-1の範囲の表面張力を有することを特徴とす る請求項１−１４の何れか一つの項のインクジェットプリンターのインク。