JPH1058671A

JPH1058671A - インク組成物

Info

Publication number: JPH1058671A
Application number: JP9175583A
Authority: JP
Inventors: An-Chung Robert Lim; アン・チャン・ロバート・リム; Howard S Tom; ハワード・エス・トム
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1996-07-08
Filing date: 1997-07-01
Publication date: 1998-03-03
Also published as: EP0818516A2; EP0818516B1; DE69732588T2; EP0818516A3; DE69732588D1; US6323258B1

Abstract

(57)【要約】【課題】水不溶の染料を用いても、印刷後の汚れや色あ
せを改善する。【解決手段】本発明の水溶性のインク組成物は、水不溶
染料をカップリング／分散剤で均一に分散させ。この試
薬は染料分子を会合させ、水性キャリヤ媒体に溶解させ
る特性を有する。試薬は印刷後蒸発するので、耐堅牢性
を向上させ、色あせや汚れを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、インクに関し、
特に、水不溶性の染料からなる水性インクに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】よく知られた多くの理由から、ある特徴
の染料は、インクジェット・インクでは顔料より優れて
いる。顔料粒子は、染料粒子よりほぼ百万倍大きい。顔
料ベースのインクは、基本的には、伝達媒体中に懸濁さ
れた微細の粉砕された粒子である。単なる物理的懸濁と
比べて、かなり小さい染料粒子は、適切な条件下では、
媒体に溶解することがある。その分子特性のため、より
広い範囲にわたる色、より正確な又はより再現性のある
色及びより強度の大きい色が染料によって作り出される
ということはよく知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、水溶性染料
は、プリンティング後において汚れたり(smear)、色あ
せることがある。汚れと色あせは、ほとんどの用途にお
いて、極めて望まれない特性であり、日常のプリンタ使
用において染料インクの有用性に関して厳しい制限を加
えるものである。必要とされるものは、水性ベースのイ
ンクベヒクルに溶解した水不溶性染料である。染料ベー
スのインクは、高い再現性と長い保存寿命をもった耐堅
牢性(water-fast)の、汚れない、そして、高い可飽和色
の範囲を大幅に拡大することが可能である。このような
インク組成物は、インクジェット・プリンティングでは
有用であり、広範囲にわたる色濃度を可能にし、汚れ特
性のない、また、色あせ特性がないために、記録保管の
目的に適するものとなるであろう。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本願明細書に教示される
発明は、水不溶性染料、カップリング（結合）／分散剤
及び水性ベヒクルからなる均一なインクベヒクル系を提
供するものである。本発明は、さらに、第１部位の分子
又はその領域が水不溶性染料と結合し(coupling)、第２
部位又はその領域が水と結合するカップリング分散剤も
提供する。

【０００５】インクは、染料を溶媒に溶解させ、そし
て、カップリング／分散剤を添加することによって調整
される。染料は、カップリング／分散剤と相互作用す
る。染料が分散剤と相互作用した後、その染料溶液に水
を加える。その後、カップリング／分散剤が水と相互作
用する。このように、カップリング／分散剤が、１つの
官能基又は反応性部位又は領域として、染料、また、他
のものおよび水と組み合わさることで、水不溶性染料を
水に溶解させる結果を与える。本願明細書に教示した発
明により且つそれに従って与えられるインクは、多くの
種類のプリンタの使用に向いており、乾燥するとほとん
どのセルロースベース用紙に付着される。用紙のような
媒体上で一度乾燥すると、そのインクは、例え再び濡れ
ても、不鮮明にならない。なぜなら、カップリング／分
散剤はインクが乾燥する時に蒸発し、そしてその乾燥し
たインクは、カップリング／分散剤がないので、水に対
して不溶性となるからである。

【０００６】

【発明の実施の形態】本願明細書に教示した発明は、水
不溶性染料、カップリング／分散剤及び水から成る均一
なインクベヒクル系を提供するものである。本発明は、
さらに、少なくとも２つの官能基又は反応性部位又は領
域に関して試薬と結合し、前述の１つの基、部位又は領
域が水溶性に関与し、他が染料と会合する水不溶性染料
も提供する。不溶性染料は、水に溶けないことが知られ
ている多様な染料の何れかであってよい。特定の例を以
下に記す。水性ベヒクルは、大部分が水からなり、典型
的には脱イオン化水である。イソプロピルアルコール等
の他の成分を水性ベヒクルに含めてもよい。これらは、
所望のインク特性に依存し、また、所与のインクが調製
されるプリンタのタイプやインク系の設計者に一般的に
考えられる全ての因子にも依存するものである。水性ベ
ヒクルはまた一般に固体染料粉末の可溶化により混合さ
れるか、もしくはインク系の設計事項を含むその他の因
子に順応できるよう加えられる溶媒（例えば、ジエチレ
ングリコール）も含む。典型的には、水性ベヒクルは、
インクの全重量当たり、10〜95パーセントの範囲で、好
ましくは、約50〜90パーセントの範囲で、インク組成の
大部分の量を占める。カップリング／分散剤は、水に溶
解するという特性に加えて、染料会合の可能性も示す化
合物の群から選択される。多くの化合物がこれらの可能
性と特性を示すものとして同定できるが、ここに挙げた
特定の実施例は、２つの基本的タイプからなる。

【０００７】本発明の一実施例では、好ましい長さが4
〜6個の炭素の、１つの鎖で数ダース未満の炭素をもつ
短い骨格から成るカップリング／分散剤が含まれる。こ
れらを満足する化合物には、カルボキシル酸とホスホン
酸がある。これらの酸の一方の末端は、不溶性染料分子
に対するファン・デル・ワールス引力を形成するものと
思われる。他方の末端、COOH、は、周囲の水性媒体（そ
の大部分は、上述のように水）と容易に溶解する。用語
「末端」は、本願明細書では、反応性又は官能性の基、
部位、又は領域が終端をなすか又はそうでなければとも
かく空間的に弁別されるという概念を記述するのに使
う。本発明によって教示された化合物を限定するよう厳
密に解釈されるものではない。むしろ、発明は、二重の
機能：染料との結合と水での分散という両方の機能のた
めにカップリング分散剤を使用する。ここに記述した諸
実施例は、分子レベルでの会合、即ち、結合／分散性分
子当たり１染料分子、を形成するものと考えられ、そし
てこの同質性がインク性能を助長するのである。

【０００８】本発明によって与えられる第二の望ましい
カップリング／分散剤は、一般に15-25 モノマー単位の
範囲にある比較的大きい分子、代表的にはアクリル樹脂
である。ここに示す好ましい実施例では、Joncryl 682
で市販されている短アクリル樹脂の用法を教示する。Jo
ncrylは、SC Johnson Polymer社から市販されている低
分子量(1700)のアクリル樹脂である。

【０００９】本願明細書に教示した本発明は、改良型イ
ンク組成物を調製する方法を提供するものである。本願
発明によるインク組成物の調製方法には、染料を選択し
溶媒を選択し、その染料をその溶媒に溶かす処理が含ま
れる。予め選択したカップリング／分散剤を溶媒に溶か
した染料の溶液に添加する。カップリング／分散剤の事
前選択は、少なくとも２つの官能基を既に有している分
子の群から行う（ここでは、用語「官能基」は、会合過
程に関与する任意の同定可能な部位、領域又は機能構造
を意味する）。第一の官能基は、芳香環由来のパイ
（π）電子との、染料の会合特性、又は官能基の染料分
子との会合を助長する他の静電力に関して事前に選択す
る。

【００１０】第二の官能基は、イオン又は水素結合の容
易な形成から典型的に生ずる水での可溶性に関して事前
に選択されるもので、カルボン酸、ホスホン酸又はその
他の酸性基の範囲から選択してよい。

【００１１】可溶化染料は、付加されると、カップリン
グ／分散剤と、最も詳細には、カップリング／分散剤の
いわゆる第一官能基と、相互作用する。染料がカップリ
ング／分散剤と相互作用し終わった後、染料／カップリ
ング分散剤溶液に水性媒体を付加する。その時、カップ
リング／分散剤は、第二の官能基を通して水性媒体中の
分子と相互作用する。

【００１２】カップリング／分散剤と、１つの官能基に
ついては染料との、そして他の官能基については水と
の、この会合によって、水不溶性染料が水に溶解するこ
とになる。

【００１３】好ましい実施例では、選択したカップリン
グ／分散剤は、Joncryl 61LVとして市販されているアク
リル樹脂溶液（大部分はJoncryl 678、低分子量のアク
リル樹脂から構成）、又はJoncryl 682（薄片の形で供
給される低分子量のスチレン化アクリル樹脂）の溶液で
あった。これらのポリマーは、約15〜20 モノマー単位
を有すると推定される。そのポリマーは染料分子の周り
を十分包めるほど長くないので、それはファンデルワー
ルス力によって染料と会合すると解される。ポリマーの
他の末端は、酸のような水溶性イオン基を有している。
好ましい実施例では、ポリマー対染料（この場合、染料
の分子量は約800）の比がおおよそ１対１のインク溶液
を用い、ヒューレット・パッカード・カンパニーが製
造、販売しているHP DeskJet（DeskJetは登録商標であ
る）を使ってプリントした。

【００１４】実験例本実施例のインクは、Orasol Pink（水不溶性）1.3%と
水性ベヒクルに適した添加物50%と水33%とJoncryl 61LV
6.7%及びイソプロピルアルコール9%より調製した。イ
ンクは7.5 cpsという粘性を有し、Deskjetペンを使って
プリントした。Joncrylポリマーのモノマー（官能基）
と類似の構造を有する様々なカップリング／分散剤を使
用した。酸（COOH末端基）は染料とよく会合し、水での
良好な可溶性を示した。

【００１５】染料：Orasol Pink 1.5 溶媒：ジエチレングリコール 6 カップリング／分散剤：4-フェニル酪酸 5又は6-フェ
ニルヘキソン酸5又は4ブロモフェニル酢酸 (boromophen
yl boronic acid)5又は4ブロモフェニルホウ素酸5又は4
アミノベンジルホスホン酸5 水性媒体：水 87.5 異なった色には次のものがある。

【００１６】実験例１マゼンタ（深紅色）：orosol pink 1.3、ジエチレング
リコール 5.2、Joncryl 682 5.0、水 88.5。表面張力 4
0(Dyne/cm)。粘度(cps) 2.1。

【００１７】実施例２イエロー（黄色）：iosol yellow 2、ジエチレングリコ
ール8、Joncryl 682 10、水 80.0。表面張力 36(Dyne/c
m)。粘度(cps) 2.8。

【００１８】実施例3 シアン（青緑色）：orosol blue 4.0、Joncryl 682 1
0、ジエチレングリコール16、水70。表面張力 37(Dyne/
cm)。粘度(cps) 5.1。

【００１９】プリントサンプルは、上記のプリンタを使
って作った。インクの水堅牢性は、ペーパークロマトグ
ラフィーで測定したが、水による移動はほとんどあるい
は全く見られなかった。ここに教示した発明によるイン
クは、水より紙繊維（セルロース）に対して高い親和性
を示す。カップリング／分散剤の骨格の末端極性基は、
乾燥するとセルロースの水酸基に結合する。セルロース
と末端極性基間の結合強度によって、再度濡れる際の汚
れが防がれるのである。

【００２０】本願発明の代替の実施例において、本発明
に係るインクは、水不溶性染料に限定されるものではな
い。カップリング／分散剤は、イソプロピルアルコール
(IPA)等の非水性溶媒と組み合わされる場合の染料につ
いて予め選択してもよい。さらに、紙繊維（セルロー
ス）よりむしろ、溶媒結合性に代わる、アルミニウム缶
又はその類のような金属性表面を含むサブストレートの
親和性が広く変化してもよい。

【００２１】以上、本発明の実施例について詳述した
が、以下、本発明の各実施態様毎に列挙する。（実施態様１）不溶性染料とカップリング／分散剤と水
性ベヒクルから成るインク組成物。（実施態様２）前記染料を溶解させる溶媒をさらに含む
ことを特徴とする前項(1)記載のインク組成物。（実施態様３）前記カップリング／分散剤は第１と第２
の官能基を含み、前記第１官能基は前記の不溶性染料と
相互作用性があり、前記第２官能基は前記水性ベヒクル
と相互作用性があることを特徴とする前項(2)記載のイ
ンク組成物。（実施態様４）前記カップリング／分散剤は約15〜20モ
ノマーに等価の長さに満たない骨格炭素鎖を含む単純分
子群から成る群から選択されることを特徴とする前項
(3)記載のインク組成物。（実施態様５）単純分子が骨格炭素鎖に4から6の炭素を
有する前項(4)記載のインク組成物。（実施態様６）前記カップリング／分散剤は5モノマー
単位を越える骨格炭素鎖を有するポリマーの分子群から
成る群から選択されることを特徴とする前項(3)記載の
インク組成物。（実施態様７）前記カップリング／分散剤の前記第１官
能基が、芳香環構造、アミノ基、ヒドロキシ基、ニトロ
基及び不溶性染料分子と誘引反応が可能な他の基から成
る群から選択されることを特徴とする前項(3)記載のイ
ンク組成物。（実施態様８）1〜15重量％の不溶性染料と、1〜20重量
％の染料溶媒と、1〜30重量％のカップリング／分散剤
と、水性ベヒクルを含むインク組成物。（実施態様９）約1〜30重量％の不溶性染料と溶媒の組
合せと、10以下の鎖状炭素の炭素骨格とCOOH末端基又は
H-OH結合が容易にできる任意の類似末端基とを有する単
純分子群から成る群又は5モノマー単位を上回るポリマ
ー鎖からものであってH-OH結合が容易にできる任意の類
似末端基を有する群の何れかから選択される約1〜30重
量％のカップリング／分散剤と、水とカラー合成の性能
を満足する程度に向上させる添加物とを含む水性ベヒク
ルを含む水堅牢性のインク組成物。（実施態様１０）不溶性染料を選択するステップと、溶
媒を選択するステップと、前記染料を前記溶媒に溶かし
て溶解染料を生成するステップと、第１官能基が前記染
料に対して誘引性があり、第２官能基が親水性である、
１以上の官能基を備えるカップリング／分散剤を選択す
るステップと、前記カップリング／分散剤の第１官能基
と前記溶解染料分子群との間で引き合う力を形成するの
に十分な条件下で、前記溶解染料を前記カップリング／
分散剤と混合させるステップと、水性ベヒクルを選択す
るステップと、前記カップリング／分散剤の前記第２官
能基と前記水性媒体との間で引き合う作用を十分にする
条件下で前記混合ステップの生成物を前記水性ベヒクル
に組み合わせるステップを含むインク組成物の調製方
法。（実施態様１１）約10炭素の炭素骨格を含むカップリン
グ／分散剤を選択するステップを含む前項(10)記載の方
法。（実施態様１２）5モノマー単位を上回る炭素骨格を含
んでいるポリマーであるカップリング／分散剤を選択す
るステップと、前記カップリング／分散剤を溶解染料と
の混合に先立ち溶媒に溶解するステップを含む前項(10)
記載の方法。

【００２２】

【発明の効果】以上、説明したように、本願発明では、
良好な透明度を有するインクを提供するものである。該
インクは、顔料の粉砕(grinding)を必要とせず且つ粒径
分布の複雑さもないので、製造が容易である。インクベ
ヒクル系は自在性があり、広範囲のインク−サブストレ
ートの最終製品はもとより、様々な染料ベースのイン
ク、種々のカップリング／分散剤成分に順応する。生ず
るインク−サブストレートの結合は、不鮮明にならず且
つ水（又は溶媒）で色あせない。該インクは、「インク
ジェット用」インクにおいて顔料を分散させるという諸
問題を排除し、適切な結合特性より、インクベヒクルに
左右されるか又は敏感な系よりはるかに耐久性が高い。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】不溶性染料とカップリング／分散剤と水性
ベヒクルから成るインク組成物。