JP3880736B2 - インクジェット記録紙用充填剤及びこれを用いた記録用紙 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録紙の記録層に用いる新規な充填剤及びこれを用いた記録用紙に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
インクジェット記録方式によるプリントは、騒音が少なく、高速記録が可能で、しかも多色化が容易であるなどの利点があり、各種プリンター、ファクシミリ等への応用がなされている。この用途に用いる記録紙としては、通常の上質紙やコート紙では性能の点で使用が困難であり、紙面上に付着されたインクの吸収速度が速いこと、紙面上に付着されたインクの拡がりやにじみが少ないことなどの特性が要求される。
【0003】
すなわちかかる特性を有する記録紙は、▲1▼:インクドットの真円性が保たれる、▲2▼:インクドットの拡がりが防止される、▲3▼:印字濃度が高められる、等々の特性が要求され、これらの特性を満足することにより、印字濃度の高い鮮明な印字画像が得られることになる。
【0004】
ところで、従来よりこれらの特性を紙基質の表面に与える方法として、吸液性を有する無機固体物質とバインダーと水を混合した塗工液を基紙上に塗工し、乾燥してコート層を形成する方法が知られている。前述の吸液性を有する無機固体物質としては、シリカが最も代表的なものとして知られており、各種の物性を有する非晶質シリカが多用されている。
【0005】
この非晶質シリカは一般に、乾式製造法により得られる乾式シリカ(無水ケイ酸)と、湿式製造法によって得られる湿式シリカ(含水ケイ酸)に分類され、更に湿式シリカに属するシリカには、製造法により沈降法シリカとゲル法シリカに分類される。
【0006】
これらは、製造条件を調整することによって、シリカの物性である比表面積、多孔構造、表面状態等を様々にコントロールし、使用目的にあった使い方がされている。例えば特公平5−71394号公報では、平均粒径が2.5〜3.5μm、窒素法による細孔測定で60〜130Åの範囲内の細孔が全細孔の20%以上であり、吸油量が250ml/100g以上の無定型シリカをインクジェット記録用紙用填料に用いることが提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、粒径が比較的小さく、吸油量が大きく良好な吸液性を示す填料は、インクをコート面に滴下した場合に、インクが速やかにコート層中に吸収され、インクドットの滲み、ボケ等を防止できる点で有効であるが、反面、十分な印字濃度が得難いという欠点がある。
【0008】
また、インクジェット記録紙を製造する場合、上記填料とバインダーと水を混合して得られる塗工液の粘度は重要な因子である。すなわち、塗工液の粘度が高いと塗工作業が困難となるばかりか、塗工ムラやヒビ割れの原因となり、この事態を避けるために例えば塗工液中の填料の濃度を下げるようにすると、バインダーや水の比率が高くなるために塗工液の乾燥コストの増大、生産性の低下といった問題を招く結果となる。更に、填料濃度が低い条件下で塗工したコート層では、十分なインクジェット記録用紙としての性能を発揮できないという問題を招く欠点がある。
【0009】
本発明者は、以上の問題を解決するために鋭意研究を重ねて本発明をなすに至ったものであり、その目的は、インクジェット記録用紙の記録層(コート層)に用いられる新規な充填剤を提供し、またこの記録層をコートした記録用紙を提供するところにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、特定の平均粒径、電気伝導度、比表面積、及び吸油量を有する非晶質シリカを填料として用いることにより、良好な塗工作業性を有し、且つ印字濃度が高く鮮明な画像を形成することができることを見出して本発明をなすに至ったものである。
【0011】
すなわち本願の請求項1のインクジェット記録紙用充填剤の発明は、平均粒径が15以上30μm未満、電気伝導度が400μS/cm以下、BET比表面積が260m2 /g以上で700m2 /g未満、且つ吸油量が100ml/100g以上で400ml/100g未満の非晶質シリカからなることを特徴とする。また、本願の請求項2のインクジェット記録用紙の発明は、上記充填剤と、水及びバインダーを混合した塗工液をインクジェット記録面に塗工し、乾燥して形成したコート層を有することを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下本発明を更に詳細に説明する。
【0013】
本発明において、非晶質シリカは平均粒径が15μm以上で30μm未満であることが必要であり、好ましくは16μm以上で28μm未満であることが良い。平均粒径が上記範囲より小さくなった場合、塗工液を調整する際に、水若しくはバインダー水溶液に填料を分散する時に塗工液の粘度が上昇して、塗工液の填料濃度を十分に上げることが難しくなり、よりよい印字濃度が得られない。反対に上記範囲より平均粒径が大きくなると、得られるコート層の表面平滑性が低下してしまうので好ましくない。
【0014】
電気伝導度は、400μS/cm以下であることが必要で、好ましくは200μS/cm以下とすることがよい。塗工液の粘度は上述のように非晶質シリカの平均粒径に大きく左右されるが、同一粒径の場合には、理由は明らかではないが電気伝導度によって塗工液粘度の影響が重要となる。この電気伝導度はシリカ中に含まれる水溶性の不純物の総量を表わし、この水溶性不純物の量によりシリカ粒子間の相互作用が変化するために塗工液粘度に影響を与えるものと推定される。
【0015】
BET比表面積は、260m2 /g以上で700m2 /g未満であることが必要であり、好ましくは400m2 /g以上で600m2 /g未満であることがよい。上記の範囲を外れたBET比表面積を有するシリカを用いると、理由は明らかでないが、印字濃度の極端な低下がみられ鮮明な印字画像が提供できない。
【0016】
吸油量は、100ml/100g以上で400ml/100g未満であることが必要であり、好ましくは130ml/100g以上で300ml/100gであることがよい。吸油量が上記範囲より小さいと、インクの吸収性が劣るために滲みの原因となり、反対に吸油量が上記範囲より大きいと塗工液を塗工する場合の粘度が高くなりすぎて良好な塗工作業性が得られなくなる。
【0017】
以上のような本発明の非晶質シリカは、特に限定されるものではないが、代表的には以下の方法により製造することができる。例えば特開平7−187645号公報に記載されているように、SiO2 10〜29wt%、モル比2.95〜3.4のケイ酸ナトリウムと、硫酸35〜45wt%とを混合ノズルを用いてpH0.5〜2.0、温度50℃以下の条件で混合することでシリカヒドロゾルを得、そのゲル化によりシリカヒドロゲルを調整する方法を挙げることができる。また別に、同時滴下法によっても上記非晶質シリカを調整することができる。以上のようにして得られたシリカヒドロゲルを1〜30mmに粗砕し、副生塩を除去して製品の電気伝導度をコントロールするために水洗する。また必要に応じて、水酸化ナトリウムやアンモニアの水溶液を水洗液に添加して、比表面積をコントロールする水熱処理を行うこともできる。水熱処理を行う場合には、目標比表面積に応じて処理温度を30〜95℃、pH7.0〜11.0の範囲で適時選択することができる。
【0018】
以上の粗砕、水洗、更に必要に応じて行う水熱処理して調整したシリカヒドロゲルは、細孔分布をコントロールするため乾燥し、また平均粒径をコントロールするために粉砕し、更に必要に応じて分級して、最終的に目的とする非晶質シリカを製造することができ、この非晶質シリカを用いて調製した塗工液を公知の方法で基紙上に塗工することで所要の特性を有するコート層を備えたインクジェット記録用紙とすることができる。
【0019】
塗工液の調製に際して用いられるバインダーとしては、ポリビニルアルコール、澱粉類、水溶性セルロース誘導体、水溶性蛋白類等の水溶性バインダーが一般と同様に使用される。塗工液の填料の濃度は限定されるものではないが、例えば5〜30%の範囲とするのが適当である場合が多く、本発明の非晶質シリカを用いる場合には上記範囲のうちの高い濃度で好ましく実施することができる。
【0020】
上記の塗工液を一般的には基紙上に固形分重量5〜20g/m2 の割合で塗工し、乾燥後カレンダリングを行ってインクジェット記録用紙とできる。
【0021】
【実施例】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて更に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。以下に実施例において行った性能試験の内容を記す。
【0022】
(1)電気伝導度測定
蒸留水50mlに試料4gを懸濁し、2〜3分煮沸した後濾過し、放冷後、100mlに調整し、市販の電気伝導度計(型式:DS−15(株)堀場製作所製)で測定した。
【0023】
(2)平均粒径測定
当該技術分野において一般的なコールターカウンター法により測定した。
【0024】
装置は、コールターカウンターTA−II(Coulter Electronics Ins.製)を使用し、粒子の最大粒径が51μm以内(平均粒径で約4〜13μm)のものは70μmのアパーチャーチューブを用い、粒子の最大粒径が64μm以内(平均粒径で約13〜18μm)のものは100μmのアパーチャーチューブを用い、、粒子の最大粒径が161μm以内(平均粒径で約18〜50μm)のものは200μmのアパーチャーチューブを用いた(アパーチャーチューブの大きさにより最適測定範囲、及び測定限界がある)。
【0025】
なお、試料の分散は40秒間の超音波分散を行い、分散液には上記装置に付属のIsoton−II液を使用した。
【0026】
(3)BET比表面積測定
カンターソーブ(米国Quantachrome社製)を用いて1点法により測定した。
【0027】
(4)吸油量測定
JIS K5101(顔料試験法)による吸油量測定法に準じて測定を行った。
【0028】
(5)紙への塗工方法
ポリビニルアルコール((株)クラレ社製PVC117)の5%水溶液100部にシリカを15部加え、ディスパーで十分攪拌し塗工液とした。この塗工液を坪量66g/m2 のPPC用紙に塗工量が10g/m2 となるようにバーコーターを用いて塗工し、風乾した。風乾後線圧20kg/cmでカレンダリングを行い、塗工紙(インクジェット記録用紙)を得た。
【0029】
(6)塗工液の粘度
上記塗工液を、B型粘度計(型式BL(株)東京計器社製)を用いて粘度を測定した。
【0030】
(7)インクジェット記録方法と印字濃度評価
エプソン社製のMJ−800Cプリンターを用いてブラック、マゼンタ、シアン、イエローの各単色べた塗り(4cm×4cm)を行い、各単色画像について印字濃度の評価を以下により行った。
【0031】
印字濃度の評価は、測色計(スガ試験機(株)社製カラーメーター、型式:MSC−CH)を用い、色の表示方法の一つで、色相と明度(印字濃度)を同時に表わすことができるL* a* b* ダイヤグラム(CIE 1976L* a* b* Diagram)で表わした。各単色の印字濃度の評価は以下の通りである。
【0032】
(a)ブラックのL* により、
とした。
【0033】
(b)マゼンタのL* により、
とした。
【0034】
(c)シアンのL* により、
とした。
【0035】
(d)イエローのL* により、
とした。
【0036】
(e)印字濃度の総合評価
(a)〜(d)の印字評価のうち、○以上のみで公正されているもの…◎
(a)〜(d)の印字評価のうち、2つ以上の○と△のみで構成されているもの…○
(a)〜(d)の印字評価のうち、○,△,×あるいは、1つ以下の○と△のみで構成されているもの…△
(a)〜(d)の印字評価のうち、△と×のみで構成されているもの…×
なお、各単色の印字濃度の◎,○,△,×の評価は、市販のPPC用紙で同様に印字したL* を×の基準とし、市販のインクジェットプリンタ専用紙で印字したL* を△の基準として決定した。
【0037】
実施例1
SiO2 濃度25wt%、SiO2 /Na2 Oモル比3.3のケイ酸ソーダ水溶液と40wt%の硫酸水溶液とを混合ノズルを用いて反応させ、シリカヒドロゾルを得た。
【0038】
このシリカヒドロゾルを放置してシリカヒドロゲルを得た後、そのシリカヒドロゲルを約10mmに粗砕した後、90℃、pH8.0の条件で10時間水熱処理した後、洗浄した。次に洗浄したシリカヒドロゲルを乾燥し、シリカキセロゲルを得た。
【0039】
このシリカキセロゲルを過熱蒸気を用いたジェットミルにより平均粒子径21μmになるように粉砕を行って非晶質シリカを得た。
【0040】
この時の非晶質シリカの物性、およびこれを填料として調製した塗工液を塗工してコート層を形成したインクジェット記録用紙の画像特性を測定した結果を下記表1に示した。また細孔分布を測定した結果を図1に示した。細孔分布測定はASAP−2400(島津製作所(株)社製)により行った。
【0041】
実施例2
実施例1で得られたシリカキセロゲルを、平均粒径17μmになるように粉砕を行って非晶質シリカを得た。
【0042】
この時の非晶質シリカの物性、およびこれを填料として調製した塗工液を塗工してコート層を形成したインクジェット記録用紙の画像特性を測定した結果を下記表1に示した。
【0043】
実施例3
実施例1で得られたシリカキセロゲルを粉砕条件だけ変えて、平均粒径26μmになるように粉砕を行って非晶質シリカを得た。
【0044】
この時の非晶質シリカの物性、およびこれを填料として調製した塗工液を塗工してコート層を形成したインクジェット記録用紙の画像特性を測定した結果を下記表1に示した。
【0045】
実施例4
実施例1において、水熱処理後の洗浄時に、製品の電気伝導度が100μS/cm程度になるように水洗を行った以外は、実施例1と同様の操作でシリカキセロゲルを得た。得られたシリカキセロゲルを実施例1と同様に、平均粒径21μmになるように粉砕を行って非晶質シリカを得た。
【0046】
この時の非晶質シリカの物性、およびこれを填料として調製した塗工液を塗工してコート層を形成したインクジェット記録用紙の画像特性を測定した結果を下記表1に示した。
【0047】
実施例5
実施例1において、水熱処理を7時間にした以外は、実施例1と同様の操作でシリカキセロゲルを得た。得られたシリカキセロゲルを実施例1と同様に、平均粒径21μmになるように粉砕を行って非晶質シリカを得た。
【0048】
この時の非晶質シリカの物性、およびこれを填料として調製した塗工液を塗工してコート層を形成したインクジェット記録用紙の画像特性を測定した結果を下記表1に示した。
【0049】
比較例1
実施例1で得られたシリカキセロゲルを粉砕条件だけ変えて、平均粒径10μmになるように粉砕を行って非晶質シリカを得た。
【0050】
この時の非晶質シリカの物性、およびこれを填料として調製した塗工液を塗工してコート層を形成したインクジェット記録用紙の画像特性を測定した結果を下記表1に示した。
【0051】
比較例2
実施例1で得られたシリカキセロゲルを粉砕条件だけ変えて、平均粒径32μmになるように粉砕を行って非晶質シリカを得た。
【0052】
この時の非晶質シリカの物性、およびこれを填料として調製した塗工液を塗工してコート層を形成したインクジェット記録用紙の画像特性を測定した結果を下記表1に示した。
【0053】
比較例3
実施例1において、水熱処理後の洗浄時に、製品の電気伝導度が400μS/cm程度になるように水洗を行った以外は、実施例1と同様の操作でシリカキセロゲルを得た。得られたシリカキセロゲルを実施例1と同様に、平均粒径21μmになるように粉砕を行って非晶質シリカを得た。
【0054】
この時の非晶質シリカの物性、およびこれを填料として調製した塗工液を塗工してコート層を形成したインクジェット記録用紙の画像特性を測定した結果を下記表1に示した。
【0055】
比較例4
実施例1において、水熱処理を18時間にした以外は、実施例1と同様の操作でシリカキセロゲルを得た。得られたシリカキセロゲルを実施例1と同様に、平均粒径21μmになるように粉砕を行って非晶質シリカを得た。
【0056】
この時の非晶質シリカの物性、およびこれを填料として調製した塗工液を塗工してコート層を形成したインクジェット記録用紙の画像特性を測定した結果を下記表1に示した。
【0057】
比較例5
実施例1において、水熱処理を3時間にした以外は、実施例1と同様の操作でシリカキセロゲルを得た。得られたシリカキセロゲルを実施例1と同様に、平均粒径21μmになるように粉砕を行って非晶質シリカを得た。
【0058】
【表1】
【0059】
【発明の効果】
以上の説明より分かるように、本発明によれば、インクジェット記録用紙のコート層を形成するための填料である非晶質シリカが、バインダーと混合して塗工液を調製する際に、粘度の上昇が少なく、塗工作業性に優れているという効果が奏される。
【0060】
また、上記の塗工作業性に優れていながら、印字濃度が高く鮮明な画像を形成することができるという効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で製造した非晶質シリカの細孔分布を測定した結果を示した図。
Claims (2)
- 平均粒径が15以上30μm未満、電気伝導度が400μS/cm以下、BET比表面積が260m2 /g以上で700m2 /g未満、且つ吸油量が100ml/100g以上で400ml/100g未満の非晶質シリカからなることを特徴とするインクジェット記録紙用充填剤。
- 請求項1の充填剤と、水及びバインダーを混合した塗工液をインクジェット記録面に塗工し、乾燥して形成したコート層を有することを特徴とするインクジェット記録用紙。
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