JPS6366270A - インク組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はインクジェット・プリンタに用いるインク組成
物に関し、特に、ナトリウム陽イオンを置換することに
より染料の溶解度を増大さセたインク組成物に関する。

〔従来技術とその問題点〕

インクジェット・プリンタに水性のインク（ａｑｕ−ｅ
ｏｕｓ−ｂａｓｅｄ）を使用することはよく知られてい
る。

そのような組成物は比較的安価であり、調製が容易であ
る。従来のインク組成物は水及び通常は、ジエチレング
リコール等のグリコールエーテル（一般にベヒクルとい
う）、そして、染料からなる。

典型的には水とグリコールエーテルは一般に同じ割合で
存在し、例えばＦｏｏｄ　ＢＩａｃｋ２等の染料は所望
の印字密度に応じて全組成物に対して最高約６％で存在
する。

この従来のインクは一般に現在市販されている染料塩（
陽イオンとアニオン染料からなる）をそのまま使用して
いる。この染料塩はベヒクルに単に溶解させ、濾過する
ことによりインクが調製さナトリウム陽イオン等の染料
塩の沈澱を促進する陽イオンを用いて、紙又は布に固体
を形成するように設けられていた。したがって、染料は
インクジェット・プリンタのオリフィス内に液体のまま
でとどまることは容易ではない。

したがって、水性インクに常につきまとう問題点はある
期間を通じてクラスト（ｃｒｕｓｔ）が生じる傾向があ
り、最終的には印字操作の際にインクのヲ艮 小滴を噴射させるプリンタ機構のオリフィスが閉塞する
ことを導くことである。クラスト（ｃｒｕｓｔｉｎｇ）
はプリント・ヘッド内のオリフィスの周囲にインクが結
晶化することであり、オリフィスを部分的に又は完全に
封鎖し、液滴の方向を誤らせ（部分的封鎖）又は液滴の
噴射を阻止する（完全封鎖）ようになる。このクラスト
による問題は、インク溶媒（ベヒクル）からの水の蒸発
及びこの水の損失の結果として実質的に不溶性となった
染料塩の引続く沈澱によって生じる。

クラストによる問題を解決するため、従来より多くの試
みが行われてきた。吸湿剤を加え、空気中から水蒸気を
取りこむその能力によって水の蒸発速度を低下させるこ
とが行われた。このような吸湿剤の例として水溶性ポリ
マー、アルカノールアミン、アミド及び多価アルコール
等がある。

これらの吸湿剤を用いである程度の改善は実現されたが
、クラストによる問題の完全な解決はまだ達成されてい
ない。さらに、中性から弱酸性の水性インク（ｐ旧から
７）中のアニオン染＄１（ａｎｉ。

ｎｉｃ　ｄｙｅ）のクラストを防止する方法が知られて
いないことは明らかである。

染料の溶解度が増大されるインクを開発する試みが従来
より続番」られている。

別の方法として、インクジエソＬのインクのための新し
い染料を開発することが含まれイ、。例えば、米国特許
第４５５７７６１号にはり・Ｉ・リウム、カリウム、リ
チウム、アンモニウム及びアミン塩陽イオン等の陽イオ
ンとスルポン酸塩を含む染料が多種開示されている。

しかし、上述の通り、ナトリウム陽・イオンを有する染
料はある種の欠点を有する。カリウＪ、陽イオンと特に
クラストが生じることで明らかなように染料もある種の
欠点を有する。他方、アンモニー３＝ ラム陽イオンを有する染料は安定ではない。したがって
、米国特許第４５５７７６１号に列挙された陽イオンは
同等であると考えることができない。

最後に、多くの陽イオンは、熱インクジェット（ｔｈｅ
ｒｍａｌ　１ｎｋ−ｊｅｔ）印刷に使用されるインク中
に用いられる染料として適当ではない。この場合、コゲ
−ジョン（ｋｏｇａｔｉｏｎ）として知られている問題
が起り得る。コゲ−ジョンは熱インクジェット印刷に特
有の造語であり、加熱の結果として熱インクジェット・
プリンタの抵抗体上でインクが分解する程度で説明され
る。この加熱は、ザブストレートに向って噴射されるイ
ンク小滴を形成するために用いられる。

ナトリウム含有染料はクラストの問題を明示する一方で
、この染料はまた優れたコゲ−ジョン特性も明示してい
る。また、改善されたクラストを示すその他の陽イオン
を含有した染料もしばしばコゲ−ジョンが悪いことを明
示している。

〔発明の目的〕

したがって、本発明の目的はベヒクル中で染料の溶解度
を明らかに増大さ−けたインク組成物を提供することで
ある。

本発明の目的はクラストの問題が最小限となるインク組
成物を提供することである。

本発明の別の目的は、インク溶媒（ベヒクル）中の染料
のコゲ−ジョンはナトリウＪ１陽イオンを一部又は全部
置換することによって悪影響を及ぼさないインクジェッ
ト・プリンタのための水性のインク組成物を提供するこ
とである。

インクジェット・プリンタのための水性のインク組成物
を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明に係るインク組成物はベヒクルと各染料分子に結
合した複数個のすトリウム陽イオンを含有したアニオン
染料から構成され、少なくとも約１／４のこのすトリウ
ム陽イオンばテトラメチルアンモニウム（以下ＴＭＡと
称す）陽イオンによって置換されている。

ＴＭＡ陽イオンを有する染料はインクジェット印刷にＷ
ｉｆｆｌ使用されるインク内で増大した溶解度と劣化し
たクラストを示し、しかもコゲ−ジョンが起きる傾向を
全く示さない。

〔発明の実施例〕

本発明に係るインク組成物は水性のベヒクルと染料から
なる。インクｐＨは約ｐＨ４から９の範囲テある弱酸性
から弱塩基性の両頭域に維持することができる。

インクのベヒクルは水と、インクジェット印刷に使用さ
れるインクに通常用いられる少なくとも１種のグリコー
ル及びグリコールエーテルからなる。このようなインク
溶媒の例としてジエチレングリコール、トリエチレング
リコール及びプロピレングリコールが挙げられる。水ば
５から９５％の範囲の品で存在し、少なくとも１種のグ
リコール及び／又はグリコールエーテルでバランスされ
る。

好ましくは、ベヒクルは約５０％の水とバランスされた
ジエチレングリコール等のグリコールからなる。

ベヒクルには約０．１モルの染料、好ましくはアニオン
染料が添加される。添加する染料の量は選択条件の関数
であり、ベヒクル中の染料の溶解度（これが染料濃度の
上限を限定する）及びそのインクで達成される所望の印
字密度（ごれが染料濃度の下限を限定する一典型的には
約０．００５Ｍ）に大きく依存する。好ましくは、イン
ク組成物中の染料の濃度は約０．０６５Ｍである。イン
クジェットのインクに通常用いられる染料であるＦｏｏ
ｄ　ｌ１ｌａｃｋ２の場合、対応する重量％濃度は、約
０．５から１０％の範囲であり、約６％が最も好ましい
。

本願発明が適用される適当な染料は、１分子当り少なく
とも１個の負電荷を備える官能基を有する有機分子であ
る。スルホン酸陰イオン＜ｓｏ：＋−））Ｊは本発明の
実施することにより特に利益が得られるので、このよう
な基を有する染料が好ましい。

この点で好都合な染料はＦｏｏｄ　Ｂｌａｃｋ２（Ｉ’
１１２）であり、これは１分子当り２個、３個及び４個
のスルポン酸陰イオン基の混合物を有する（市販されζ
いるＦＢ２の場合、スルホン酸陰イオンの有効値はＩ分
子当り約３．２である）。

スルホン酸陰イオンの負電荷は最も一般的には正の電荷
を有するナトリウム（Ｎａ“）の存在によって中和して
いる。他のアニオン染料も以下に詳述するように、アニ
オン染料の溶解度は本発明の教示を用いることによって
酸性媒体中で増大することにより、適切に用いることが
可能である。

本願発明に係るインク組成物に使用することができる他
のアニオン染料の例としてＤｉｒｅｃｔ　Ｒｅｄ　９、
Ｄｉｒｅｃｔ　Ｒｅｄ　２２７、Ａｃ１ｄ　Ｙｅｌｌｏ
ｗ　２３、Ｄｉｒｅｃｔ　Ｙｅｌｌｏｗ８６、八ｃｉｄ
　Ｂｌｕｅ　８６、旧ｒｅｃｔ　Ｂｌｕｅ　１９９及び
八ｃｉｄＢｌｕｅ　１Ｂ５等が挙げられる。

本発明に従えば、インクジェット・プリンタで使用する
のに適した以下のものを含むインク組成物が提供される
： （ａｌ約５から９５％の水と少なくとも１種のバランス
されたグリコールエーテルを含むベヒクル、ｆｂｌイン
ク組成物中にＯ，ＩＭまでの量で存在し、１分子当り少
なくとも１個の負電荷の官能基を有する染料であって、
ナトリウム陽イオンと予め錯体＝８− を形成していた複数個の陰イオン部分のうら、少なくと
も一部のナトリウム陽イオンがテＩ・ラメチルアンモニ
ウム陽イオンで置換された染料。

テトラメチルアンモニうム（ＴＭＡ）ＩＩイオンの存在
によりベヒクル中の染料はコゲ−ジョンによる悪影響を
受けることなく溶解度が増大する。

ＴＭＡの存在によりまた、インクジェット・プリンタの
オリフィスの周囲に生ずるインクのクラストが減少する
。このクラストはインクが空気にさらされるとそのベヒ
クル中の水が蒸発することによって起る。

ナトリウム陽イオンを部分的にあるいは完全に置換する
ことは様々な方法で行うことができ、その例としてイオ
ン交換法と逆浸透圧法が挙げられる。イオン交換反応の
場合、ナトリウム陽イオンを有する染料は酸性型のイオ
ン交換樹脂に通される。ナトリウム陽イオン（Ｎａ’）
は水素陽イオンと（Ｈ”）置換される。次いで、イオン
交換された染料は水酸化テトラメチルアンモニウム（Ｔ
ＭＡ”　０１円と反応せしめられる。ＴＭＡ陽イオン（
ＴＭΔ゛）は水素イオン（１１”）と置換し、この水素
陽イオン（Ｈ＋）はヒドロキシド陰イオン（０ト）と反
応して水を生成する。

ここに記述される利益を得るために、少なくとも１／４
のナトリウム陽イオンがＴＭＡ陽イオンで置換されるこ
とが好ましい。しかし、諸性質の最良の組合せを得るた
めには、少なくとも１／２のナトリウム陽イオンを置換
するのが最も好ましい。

ナトリウムに対するＴＭＡによる置換が多い程、より良
好な色密度が得られることがわかった。さらに、低温度
スタートアップ（プリンタがある期間作動していなかっ
たとき、最初のインクの液適のインディケーションの能
力）も改善される。

Ｔ　Ｍ　Ａの存在により染料濃度を最高０．１００Ｍに
することができる。この世態上ではインクの粘性が高く
なりすぎる。実用的な目的と経済性とのため、ＴＭＡを
含む染料の最高量は約０．０６５Ｍである。この世態上
では色密度がその最高に達し、もはや増加しない。

なお、ＴＭＡ型染料を製造するとき少量の過剰のＴＭＡ
　（約５から１０％）がインクに存在してもよい。

本発明に従って提供されるインクｔＪ１成物は、′１゛
ＭＡが置換された染料を含み、インクシェツト印刷、特
に熱インクジェット印刷で使用されるインクに用いられ
る。

実施± 元来すべての陰イオン部分かり用〜リウム陽イオンと錯
体形成をしていたＦｏｏｄ　１１１ａｃｋ２を用いて−
・連の染料を調製した。ベヒクルは、以下に示した濃度
で、ジエチレングリコール（以下、ＤＩＥＧと称す）と
水とからなるものであった。表１に列挙したインクにお
いて、染料濃度はミリモル濃度（ｍ旧で示した。ナトリ
ウム陽イオンをテ１〜ラメチルアンモニウム（ＴＭＡ）
陽イオンで置換されていないものから完全に置換された
ものの範囲における比較を行なった。また、比較のため
、アンモニウム陽イオン（ＮＨｔ”）とカリウム陽イオ
ン（Ｋ゛）で完全に置換されたものも示した。

表Ｉ 実施例　陽イオン　Ｎａ置換量（χ）　染料濃度（ｍＭ
）Ｉ　　　　Ｎａ　　　　　　　　　　　　３９２　　
　　　　　　ＴＭＡ　　　　　　　　　　５０　　　　
　　　　　　　　３９３　　　　　　　　ＴＭＡ　　　
　　　　　　１００　　　　　　　　　　　　　３９４
　　　　　　　　ＴＭＡ　　　　　　　　１００　　　
　　　　　　　　　５２７　　　　Ｋ　　　　　１００
　　　　　　３９溶解度、クラスト、室温（ＲＴ）及び
低温（ＬＴ）スタートアンプ、コゲ−ジョン、保存性（
ｓ　ｔｏｒａｇｅ）及び色密度変化（デルタＥ）の緒特
性を次の表■に示した。溶解度は２種類のベヒクル濃度
：　５０１５０ＤＥＧ／水及び９０／１００ＥＧ／水に
ついて示した。

スタートアップは、比較的低温度で、室温（ＲＴ）及び
１０℃（ＬＴ）の温度で、ある時間、ペンを放置し、液
滴噴射の品質の低下を生じさせる程の水分損失があるか
どうかを決定することによって測定された。

保存性とは保存中の化学的及び物理的性質の安定性のこ
とである。

デルタＥは色密度の尺度である。色をＣＴＥＡＢ座標で
測定すると、Ｅは式（１）で与えられる。

Ｅ−（（＋、２−Ｌｌ）２＋　（ａ２−ａｎ）２＋　（
ｂｚ−ｂ＋）２］　””　　（Ｉｔ（式中、Ｌ、ａ及び
ｂはＣＴ　Ｅ　Ｌ　Ａ　Ｂ空間における参照座標であり
、１はレファレンスを、２ば試料を示す）ＥＯは最低濃
度基準の場合、Ｅｏは試小さ 料の場合と表わすとデルタＥは式（２）のように表わせ
る。

デルタＥ　＝　Ｅ　’　−Ｅ　Ｑ　　　−（２１表■ 実施例　溶解度　クラスト　スタートアップ　コケー九
ン　イ呆存性　リルタ１！ＤＩＥＧ／水 ５０１５０　９０／１．ＯＲＴ　　ＬＴＩＦＦＰＧＦＧ
　　　　　　　　ＧＦ ２　　　　　　　　　　　　　　　Ｇ　　　　　　　　
　　　　Ｇ　　　　　　　　Ｇ＋’３ＥＥＥ［！ＩＥＧ
　　　　　　　　ＧＦ４ＥＥＧＢＧＧ　　　　　　　　
　　　　　Ｇ５８ＥＧＧＧ　　　　　　　　　　　　　
　Ｅ６Ｐ ７　　　　　　　　　　　　Ｐ　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　Ｆ前記の相対的評価は次の尺度を基本
とし、各性質についての各評価の定義は次の通りである
。

Ｅ−優 Ｇ−良 Ｆ−可 Ｐ−不可 表■を参照するとわかる通り、ナトリウム陽イオンをテ
トラメチルアンモニウム陽イオンで置換した場合、５０
１５０　ＤＥＧ／水及び９０／１０　ＤＥＧ／水のいず
れにおいても溶解度が増大している。さらに、この置換
によってコゲ−ジョンによる悪影響を受けない。テトラ
アンモニウムで置換された染料を含有したインク組成物
をその他の性質、例えば、クラスト、スタートアップ、
保存性及び印字品質はナトリウム陽イオンを含むインク
の場合と少なくとも同等であることがわかった。最後に
、その他の陽イオン（Ｋ”及びＮｌ！、”）による置換
と比較すると、ナトリウムをテトラメチルアンモニウム
で置換した場合に得られる改善がきゎだっていることが
明らかとなった。

以上説明した通り、インクジェット・プリンタのための
インク組成物が提供された。ごのインクはアニオン染料
を含み、この染料は結合していたナトリウム陽イオンの
少なくとも一部分がテトラメチルアンモニウム陽イオン
で置換されている。

当業者には種々の変化と変更が容易であることは明らか
であるが、そのような変化と変更はすべて本願発明の範
囲に含まれるものと認められている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、スルホン酸イオン等のアニオン染料に
おいて、結合するすＩ−リウム陽イオン等の陽イオンを
部分的にあるいは完全にテトラアンモニウム（ＴＭＡ）
ＩＩイオンと置換することで、通常のベヒクルに対する
染料の溶解度が向−１ニし、オリフィスを閉塞させる原
因となるクラストを起こさせず、染料の熱分解によるコ
ゲ−ジョンも生することなく、室温・低温において良好
なスタートアップを可能にする、熱インクジェット等の
インクジェット印刷のための、安定なインク組成物を得
ることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 約５から９５％の水とバランスされたグリコール類とグ
   リコールエーテル類を含む群より少なくとも１種類の選
   ばれた成分からなるベヒクルと、前記ベヒクルの０．１
   モル以下の量で存在し、１分子あたり少なくとも１個の
   負電荷を備える官能基を有する染料から構成され、前記
   染料は、ナトリウム陽イオンと錯体形成する複数個の陰
   イオン部分を有し、前記ナトリウム陽イオンの少なくと
   も一部分がテトラメチルアンモニウム陽イオンで置換さ
   れたことを特徴とするインク組成物。