JP3901110B2 - インクジェット記録用水性インク - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録装置に使用するインクジェット記録用水性インクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録方式は、例えば、静電吸引方式、圧電素子等を用いてインクに機械的振動又は変位を与える方式、インクを加熱させることにより気泡を発生させ、その時の圧力を利用する方式等のインク吐出方式により、インク小滴を形成し、それらの一部又は全部を紙等の被記録材に付着させて記録を行うものである。
インクジェット記録方法は、現像・定着等のプロセスがなく、カラー化が容易であることから、近年、飛躍的に普及している。最近では、インクジェットプリンタによる印刷の高精細化及び高速化が急速に進み、更には普通紙に印字可能なカラープリンタ等が主流となってきている。
【０００３】
このような状況下で、インクジェット記録方法に用いられるインクジェット記録用水性インクには、例えば、インクジェットプリンタのヘッド先端部やインク流路内で目詰まりを起こさず安定した噴射が可能であること、鮮明な画像及び色調であること、画像形成後に退色や変色が発生しないこと等の高い性能が要求される。
【０００４】
一般的なフルカラーインクジェットプリンタは、紙への着色性や毒性の観点からその多くが酸性染料を含有する水性インクを使用している。しかしながら、色によっては鮮やかさという点において不充分な場合があり、マーカーペンで描かれたような鮮やかな画像を得たいという要望がある。特にマゼンタ色については、人の肌の色等に大きな影響を及ぼすため、このような要望が大きい。
このような要望を満足するためには、実際にマーカーペンに使用されているような鮮やかな発色を有する塩基性染料を使用するのが好ましい。しかし、塩基性染料は、一般に水への溶解性が低く、記録紙に印刷した場合、充分に高い画像濃度が得られないことがある。この点を改良し、色鮮やかさを保ちつつ、濃度を向上させる手段として、塩基性染料と酸性染料とを混在させるといった方法が検討された。
【０００５】
しかしながら、塩基性染料と酸性染料とを混在させた場合、水性インク中に析出物が発生するという新たな問題が発生した。このような析出物が発生する要因としては、塩基性染料は正電荷を有しており、酸性染料は負電荷を有しているため、塩基性染料と酸性染料とが混在した場合に、これらの間で電気的な引き合いが起こることによるものと考えられていた。
なお、析出の程度は、染料の種類、染料濃度、溶剤の種類と濃度等によって異なるが、このような析出物の発生は、ヘッド吐出部での目詰まりの大きな原因となり、インクジェット印刷にとって大きな障害となっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、塩基性染料と酸性染料の両方を含有するインクジェット記録用水性インクにおいても、ヘッド吐出部において析出による目詰まりが発生することなく、安定した噴射が可能で、高信頼性、高精度の記録が可能となるインクジェット記録用水性インクを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、水と、塩基性染料と、双極子モーメントが１５デバイ以下の酸性染料とを含有するインクジェット記録用水性インクである。
以下に本発明を詳述する。
【０００８】
本発明のインクジェット記録用水性インクは、塩基性染料と酸性染料とを含有する。
【０００９】
上記塩基性染料としては、特に限定されず、例えば、ベーシックレッド１、２、９、１２、１３、３７、３８、３９、９２、Ｃ．Ｉ．ベーシックバイオレット１、３、７、１０、１１：１、１４、Ｃ．Ｉ．ベーシックイエロー１、２、１１、１３、１４、１９、２１、２５、３２、３３、３６、５１、Ｃ．Ｉ．ベーシックオレンジ２、１５、２１、２２、Ｃ．Ｉ．ベーシックブルー１、３、５、７、９、１９、２４、２５、２６、２８、２９、４５、５４、６５、Ｃ．Ｉ．ベーシックグリーン１、４、Ｃ．Ｉ．ベーシックブラウン１、１２等を挙げることができる。
また、それぞれ単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００１０】
上記塩基性染料の本発明のインクジェット記録用水性インクにおける含有量は、インク全量に対して０．０２〜２重量％が好ましい。０．０２重量％未満では鮮やかさに欠けることがあり、２重量％を超えると溶解性の観点から染料が析出することがある。より好ましくは０．０５〜１重量％である。
【００１１】
上記酸性染料は、双極子モーメントが１５デバイ以下である。
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、塩基性染料と酸性染料とを混在させる際に、酸性染料の双極子モーメントを１５デバイ以下とすることにより、ヘッド吐出部において析出による目詰まりが発生することなく、安定した噴射が可能で高信頼性、高画品質が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
また、上記酸性染料は、双極子モーメントが１０デバイ以下であることが好ましい。
【００１２】
このように析出物の発生が防止される要因としては、以下のように考えられる。塩基性染料は、分子の広い範囲に渡って正電荷が共鳴構造を取り、極性が低い構造となっている。一方、水は非常に極性が高く、極性の低い塩基性染料は水との親和性が低いため、水に溶解しにくく、疎水性が高い。
これに対して酸性染料は、スルホン酸塩やカルボン酸塩といった水中で完全解離する極性解離基を多く有しており、親水性は高い。しかし、極性解離基が分子内で局在化している場合には、極性解離基が多く存在し、親水性の高い部分と、逆に疎水性が高い部分とが存在する。このような場合に、塩基性染料と酸性染料とを混在させると、酸性染料の疎水性の高い部分と、同じように疎水性の高い塩基性染料とが相互作用することにより、水への溶解性が著しく低下し、析出物が発生するものと考えられる。
これに対して、本発明のインクジェット記録用水性インクでは、分子内の極性解離基が局在化していない、即ち分子の双極子モーメントが小さい酸性染料を用いることにより、極性解離基が酸性染料の周囲に均一に分布し、酸性染料の周囲に水分子が均一に配位するため、塩基性染料が酸性染料と結合しようとしても、これらの水分子が立体障害となって結合できず、析出物の発生が防止されるものと考えられる。
【００１３】
なお、双極子モーメントとは、分子内の電荷の偏りを表す値であり、数値が大きいほど電荷の偏りが大きく、極性が大きいこととなる。双極子モーメントは分子軌道計算により求めることができ、例えば、富士通株式会社製の分子軌道計算ソフト“ＷｉｎＭＯＰＡＣ３”を用い、電位関数ＡＭ１を使用して双極子モーメントを算出することができる。
【００１４】
上記酸性染料は、分子の広い範囲にわたる共鳴構造がないものが好ましい。
このような構造を有する場合は、分子内に極性の低い部分が存在することとなるおそれがあり、析出物を発生させることとなる場合があるからである。
【００１５】
双極子モーメントが１５デバイ以下の酸性染料としては、例えば、Ｃ．Ｉ．アシッドイエロー１７，２３、Ｃ．Ｉ．アシッドレッド１３、１４、１８、２７、８０、８７、９２、Ｃ．Ｉ．アシッドバイオレット４９、Ｃ．Ｉ．アシッドブルー４５，７４、Ｃ．Ｉ．アシッドブラック２６等を挙げることができる。これらの酸性染料は、単独で用いてもよく、色調調整等の目的で２種以上を併用してもよい。
なお、表１にこれらの酸性染料の双極子モーメントの値を示した。
【００１６】
【表１】

【００１７】
上記酸性染料の含有量は、インク全量に対して０．５〜１０重量％であることが好ましい。０．５重量％未満では、目的とする画像濃度が得られない場合があり、１０重量％を超えると、インク中の水分蒸発後の粘度が高くなりすぎたり析出物を発生させる場合があるからである。より好ましくは１〜５重量％である。
【００１８】
上記水は、一般の水であってもよいが、脱イオン水（純水）を使用することが好ましい。
上記水の配合量は、通常時のインク粘度を正常に保つため、インクの全量に対して４０重量％以上であることが好ましい。
【００１９】
本発明インクジェット記録用水性インクでは、インクジェット記録用水性インクに一般的に使用されている水溶性有機溶剤を添加することが好ましい。
上記水溶性有機溶剤としては、例えば、湿潤剤や浸透剤と呼ばれている物質を使用することができる。
【００２０】
上記湿潤剤は、主としてインクジェットヘッドの先端部において、インク中の水分蒸発による析出発生、インクの乾固を防止する目的で添加される。
上記湿潤剤としては、例えば、ポリアルキレングリコール類；エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、１，２，６−ヘキサントリオール、チオジグリコール、１，３−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、ヘキシレングリコール等のアルキレングリコール類；グリセリン；２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等のピロリドン類等を挙げることができる。これらの湿潤剤は、単独で用いられてもよく、併用してもよい。
【００２１】
上記湿潤剤の含有量は、インク全量に対して５〜５０重量％が好ましい。５重量％未満では、湿潤作用が不充分となり、析出、乾固等の問題が生じることがある。５０重量％を超えると、インクが必要以上に増粘し、吐出不能となったり、記録紙上での乾燥が極端に遅くなる等の問題を生じることがある。より好ましくは１０〜４０重量％である。
【００２２】
上記浸透剤は、記録紙へのインクの浸透速度を速めることにより、紙面上での速乾性を向上させ、浸透に伴うフェザリングを防止する目的で添加される。上記浸透剤としては、低臭気性で蒸気圧の低い多価アルコールモノアルキルエーテルを使用することが好ましい。
上記多価アルコールモノアルキルエーテルとしては特に限定されないが、例えば、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノブチルエーテル等を挙げることができる。
【００２３】
上記浸透剤の含有量は、インク全量に対して０．２〜２０重量％が好ましい。０．２重量％未満では、インクの記録紙への浸透速度が遅く、乾燥時間、滲みに問題を生じることがある。また、２０重量％を越えると、インクの記録紙への浸透が激しくなり、記録紙の裏までインクが達してしまったり、滲みにも問題を生じることがある。より好ましくは０．５〜１０重量％である。
また、インクの記録紙への浸透、乾燥性を制御する目的で、エタノール、イソプロピルアルコール等の１価アルコールを使用することも可能である。
【００２４】
本発明のインクジェット記録用水性インクの基本構成は以上の通りであるが、その他従来公知の樹脂バインダー、界面活性剤、粘度調整剤、表面張力調整剤、ｐＨ調整剤、染料溶解剤、防腐防カビ剤等を必要に応じて添加することができる。なお、本発明のインクジェット記録用水性インクを、熱エネルギーの作用によってインクを吐出させるタイプのインクジェット方式に適用する場合には、熱的な物性値（例えば比熱、熱膨張係数、熱伝導率等）が調整されていてもよい。
【００２５】
本発明のインクジェット記録用インクは、従来技術の問題点が充分に解決されており、塩基性染料と酸性染料とを混在させる場合であっても、析出によるヘッド吐出部での目詰まりが発生することなく安定した噴射が可能で、高信頼性、高精度の記録が可能となるインクジェット記録用水性インクセットを提供することができる。
【００２６】
【実施例】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
本発明に従ったインク組成を実施例として以下に示す。なお、本実施例では、マゼンタインクについて説明しているが、他色インクでも同様の効果がある。
【００２７】
（実施例１〜４）
塩基性染料として、Ｃ．Ｉ．ベーシックイエロー４０又はＣ．Ｉ．ベーシックレッド１、酸性染料として、双極子モーメントが９．９デバイのＣ．Ｉ．アシッドレッド１４又は双極子モーメントが８．０デバイのＣ．Ｉ．アシッドレッド２７を用い、表２に示した組成のインク材料を混合攪拌後、０．２μｍのメンブランフィルターで濾過を行い、マゼンタインクを調製した。
【００２８】
【表２】

【００２９】
（実施例５〜８）
塩基性染料として、Ｃ．Ｉ．ベーシックバイオレット１０又はＣ．Ｉ．ベーシックバイオレット１１：１、酸性染料として、双極子モーメントが１２．２デバイのＣ．Ｉ．アシッドレッド１８又は双極子モーメントが１０．０デバイのＣ．Ｉ．アシッドレッド８７を用い、表３に示した組成のインク材料を混合攪拌後、０．２μｍのメンブランフィルターで濾過を行い、マゼンタインクを調製した。
【００３０】
【表３】

【００３１】
（比較例１〜４）
塩基性染料として、Ｃ．Ｉ．ベーシックイエロー４０又はＣ．Ｉ．ベーシックレッド１、酸性染料として、双極子モーメントが１５．２デバイのＣ．Ｉ．アシッドレッド１８６又は双極子モーメントが１９．０デバイのＣ．Ｉ．アシッドレッド５２を用い、表４に示した組成のインク材料を混合攪拌後、０．２μｍのメンブランフィルターで濾過を行い、マゼンタインクを調製した。
【００３２】
【表４】

【００３３】
（比較例５〜８）
塩基性染料として、Ｃ．Ｉ．ベーシックバイオレット１０又はＣ．Ｉ．ベーシックバイオレット１１：１、酸性染料として、双極子モーメントが２２．２デバイのＣ．Ｉ．アシッドレッド１又は双極子モーメントが３１．２デバイのＣ．Ｉ．アシッドレッド４２を用い、表５に示した組成のインク材料を混合攪拌後、０．２μｍのメンブランフィルターで濾過を行い、マゼンタインクを調製した。
【００３４】
【表５】

【００３５】
（評価）
実施例１〜８及び比較例１〜８で作製したマゼンタインクについて、析出物の有無の評価及び吐出評価を以下の方法により行った。結果を表６に示した。
【００３６】
（１）析出の有無
実施例１〜８及び比較例１〜８で作製したマゼンタインク５ｇをアズワン社製Ｎｏ．２のガラスビンに入れ、温度６０℃、湿度４０％の恒温恒湿槽内で３日間放置した後、目視及び顕微鏡観察にて析出の有無を確認した。
評価基準は以下の通りである。
○：目視及び顕微鏡観察においても析出は認められなかった。
△：目視では析出は認められなかったが、顕微鏡では析出が認められた。
×：目視において析出が認められた。
【００３７】
（２）吐出評価
ピエゾ素子振動による圧力を与えて液滴を発生させ記録を行うインクジェットプリンタ（ＭＦＣ７４００Ｊ：ブラザー工業製）にてノーマルモード印刷を行い、不吐出がないことを確認した。なお、不吐出が認められた場合には、不吐出が認められなくなるまでメンテナンス（パージ等）を行った。
室温にて上記インクジェットプリンタを３週間放置した後、３回のパージを行って、記録を行い、不吐出の有無を確認した。
評価基準は以下の通りである。
◎：不吐出率が０％であった。
○：不吐出率が１％未満であった。
×：不吐出率が１％以上であった。
なお、（１）析出の有無の評価において、×の評価となったマゼンタインクについては、（２）吐出評価の試験を行わなかった。
【００３８】
【表６】

【００３９】
表６から明らかなように、実施例１〜８で作製したマゼンタインクでは、３日間放置した後も析出が認められず、不吐出も確認できなかった。
一方、比較例１で作製したマゼンタインクでは、目視では、析出が確認できなかったが、吐出評価では、不吐出率が１％以上であった。
また、比較例２〜８で作製したマゼンタインクでは、目視において、析出の発生が確認できた。
【００４０】
以上のことより、塩基性染料と酸性染料とを混在させる場合であっても、双極子モーメントが１５デバイ以下の酸性染料を用いることにより、染料が析出を起こすことなく、鮮やかな色調が得られ高信頼性の記録が可能なマゼンタインクが得られることが確認できた。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は、上述の構成よりなるので、塩基性染料と酸性染料とを混在させる場合であっても、析出によるヘッド吐出部での目詰まりが発生することなく安定した噴射が可能で、高信頼性、高精度の記録が可能となるインクジェット記録用水性インクセットを提供することができる。

Claims (5)

1. 水と、塩基性染料と、双極子モーメントが１５デバイ以下の酸性染料とを含有することを特徴とするインクジェット記録用水性インク。
2. 前記酸性染料が、Ｃ．Ｉ．アシッドイエロー１７及び２３、Ｃ．Ｉ．アシッドレッド１３，１４，１８，２７，８０，８７及び９２、Ｃ．Ｉ．アシッドバイオレット４９、Ｃ．Ｉ．アシッドブルー４５及び７４、Ｃ．Ｉ．アシッドブラック２６からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録用水性インク。
3. 前記酸性染料の含有量が、前記インクジェット記録用水性インク全量に対して０．５〜１０重量％であることを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット記録用水性インク。
4. 前記塩基性染料が、Ｃ．Ｉ．ベーシックレッド１，２，９，１２，１３，３７，３８，３９及び９２、Ｃ．Ｉ．ベーシックバイオレット１，３，７，１０，１１：１及び１４、Ｃ．Ｉ．ベーシックイエロー１，２，１１，１３，１４，１９，２１，２５，３２，３３，３６及び５１、Ｃ．Ｉ．ベーシックオレンジ２，１５，２１及び２２、Ｃ．Ｉ．ベーシックブルー１，３，５，７，９，１９，２４，２５，２６，２８，２９，４５，５４及び６５、Ｃ．Ｉ．ベーシックグリーン１及び４、Ｃ．Ｉ．ベーシックブラウン１及び１２からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のインクジェット記録用水性インク。
5. 前記塩基性染料の含有量が、前記インクジェット記録用水性インク全量に対して０．０２〜２重量％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のインクジェット記録用水性インク。