JP4985910B2 - インクジェット記録用水性インク - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録用水性インクに関する。

インクジェット記録方法は、高電圧印加による静電吸引方式、圧電素子を用いてインクに機械的振動又は変位を与えるドロップオンデマンド方式、インクを加熱することにより発泡させ、このときに生じる圧力を利用するサーマル方式等の種々のインク吐出方式によりインクの小滴を発生させ、これを飛翔させて紙等の被記録材に付着させて記録を行うものであり、騒音の発生が少なく、高速印字、多色印字を可能とする。

従来、このようなインクジェット記録方法に使用するインクとしては、水を主溶剤とした水性インクが広く用いられている。

ところで、インクジェット記録装置において、インクタンクやインクジェットヘッドを含むインク流路系にはゴム部材が使用されており、このゴム部材としては、インクジェットヘッドのノズルを覆うキャップ、インクジェットヘッドのノズル面を清浄するワイパー、部品の接合部分にかませるシールパッキン、インクタンクがインクジェットヘッドと別個に設けられている場合にインクタンクからインクジェットヘッドへインクを供給するチューブ等が挙げられる。

しかしながら、ゴム部材にインクジェット記録用水性インクが接すると、ゴム部材に含まれている添加物がインクに溶出し、不溶物となって析出し、インクジェットヘッドのノズルを閉塞する等の問題を引き起こす。

一方、インク中で析出物が生じることを防止するために、インク中にキレート剤を含有させること（特許文献１）、ポリアミノカルボン酸類等のキレート剤を含有させたメンテナンス液を使用すること（特許文献２）、エチレンジアミンテトラ酢酸等のキレート剤を含有する洗浄液でインクジェットヘッドを洗浄すること（特許文献３）等が提案されている。

特開昭５８−７１１７０号公報 特開平１−１４８５５７号公報 特開平９−３９２６０号公報

しかしながら、従来のキレート剤を含有させたインク、メンテナンス液あるいは洗浄液を用いても、インクがゴム部材と接触することによる析出物の発生を充分に防止することは、依然として困難であった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、インクジェット記録装置のインク流路系において、インクがゴム部材と接触してもインクに析出物が生じないようにすることを目的とする。

本発明者らは、上述の目的を達成するためには、インク組成にクラウンエーテルを含有させることが有効であることを見出し、本発明を完成させた。

即ち、本発明は、インクジェットヘッドのインク流路系にゴム部材が使用されている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であって、
水、水溶性有機溶媒、着色剤及びクラウンエーテル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を提供する。

本発明のインクジェット記録用水性インクは、クラウンエーテルを含有しているので、インクジェット記録装置のインク流路系においてゴム部材と接触し、ゴム部材から添加物がインク中に溶出しても、その溶出物を安定的に溶解状態に維持することができる。
したがって、インクジェットヘッドのノズルの閉塞等の問題が生じず、インクの吐出安定性が向上する。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明のインクジェット記録用水性インクは、水、水溶性有機溶媒、着色剤及びクラウンエーテルを含有する。ここで、クラウンエーテルは、インクジェット記録装置のインク流路系において、インクがゴム部材に接触することに由来する析出物が生じないようにするために、本発明において特徴的に配合されている成分である。

クラウンエーテルは、エチレンオキサイド（-ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ-）の繰り返し部分を有する環状のエーテルで、環の大きさや修飾基が異なる種々のものが知られているが、本発明においては、インクがゴム部材に接触することによりそのインク中に溶出するおそれのある成分（例えば、加硫剤又は加硫促進剤に由来する亜鉛イオン，鉄イオン，銅イオン，ナトリウムイオン等、滑剤に由来するカルシウムイオン，亜鉛イオン，マグネシウムイオン及び鉛イオン等）を確実に捕捉し、それらの析出を防止する点から、次のグループ１〜４のクラウンエーテルを使用することが好ましい。なお、クラウンエーテルについては、Ｃ．Ｊ．Ｐｅｄｅｒｓｅｎ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，ｖｏｌ．８６（２４９５），７０１７〜７０３６（１９６７）；Ｇ．Ｗ．Ｇｏｋｅｌ，Ｓ．Ｈ．Ｋｏｒｚｅｎｉｏｗｓｋｉ，“Ｍａｃｒｏｃｙｃｌｉｃ ｐｏｌｙｅｔｈｒ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ”，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ．（１９８２）；小田、庄野、田伏編“クラウンエーテルの化学”化学同人（１９７８）；田伏等“ホスト−ゲスト”共立出版（１９７９）；佐々木、古賀“有機合成化学”Ｖｏｌ４５（６）,５７１〜５８２（１９８７）等に詳細な記載がある。

以上の例では、クラウン環を構成するヘテロ原子がいずれも酸素原子であるが、本発明で使用するクラウンエーテルとしては、クラウン環を構成するヘテロ原子に窒素原子、硫黄原子、セレン原子等が含まれていてもよい。これらのクラウンエーテルは、単独で使用してもよく、複数種を併用してもよい。

クラウンエーテルの中でも、溶解性の点から、エチレンオキサイド（-ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ-）の繰り返し部分が多い方が好ましく、さらに置換基を有する場合は親水性の置換基であることが好ましい。好ましい例としては、１８−クラウン−６、２４−クラウン−８及び４’−カルボキシベンゾ−１８−クラウン等が挙げられる。

インク中のクラウンエーテルの含有量は、少なすぎると充分な添加効果がなく、多すぎるとクラウンエーテルが水性インクを構成する他の成分と相溶しにくくなるため、０．１〜１０重量％とすることが好ましく、０．１〜５重量％とすることがより好ましい。

一方、本発明のインクを構成する水としては、脱イオン水又は純水を使用することが好ましい。インク中の水の好ましい含有量は、当該インクに必要とされる特性に応じて適宜決定されるが、通常、１０〜９５重量％である。

また、本発明のインクを構成する水溶性有機溶剤としては、記録紙等の被記録材へのインクの浸透速度を適度に高め、乾燥性を向上させる浸透剤、ノズルにおけるインクの乾燥を防止し、インクの液安定を向上させる湿潤剤を使用することが好ましい。

浸透剤としては、界面活性能を有する多価アルコールアルキルエーテルを使用することが好ましい。多価アルコールアルキルエーテルは、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等の一般的な界面活性剤と異なり、水との混合液が低起泡性でありながら、表面張力が低く、インクジェットヘッドのインク流路内の壁面をよく濡らすため、インク流路へのインクの導入性を改善する。

多価アルコールアルキルエーテルの具体例としては、例えば、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリコールブチルエーテル、ジエチレングリコールイソブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、ジプロピレングリコールプロピルエーテル、ジプロピレングリコールイソプロピルエーテル、ジプロピレングリコールブチルエーテル、トリエチレングリコールメチルエーテル、トリエチレングリコールブチルエーテル、トリエチレングリコールプロピルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールブチルエーテル等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上混合して用いてもよい。

これらの多価アルコールアルキルエーテルの中でも、２０℃での蒸気圧が０．０１ｍｍＨｇ未満のもの（例えば、トリエチレングリコールメチルエーテル、トリエチレングリコールブチルエーテル、トリプロピレングリコールブチルエーテル等）は、揮発性が低く、多価アルコールアルキルエーテル特有の臭気がほとんどないため、好適に使用することができる。

インク中の多価アルコールアルキルエーテルの含有量は、通常０．１〜３０重量％が好ましく、０．１〜１０重量％がより好ましく、０．５〜７重量％がさらに好ましい。インク中の多価アルコールアルキルエーテルの含有量が０．１重量％未満であると、インクジェットヘッド内のインク流路壁面で充分な濡れ性が得られないために、インク導入性が充分に良好とは言えなくなる。また、３０重量％を超えると、インクの粘度が高くなり、パージ装置によるインクの導入が困難となる場合がある。

湿潤剤としては、ポリエチレングリコール等のポリアルキレングリコール；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、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、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；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が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種類以上混合して用いてもよい。

インク中の湿潤剤の含有量は０〜３０重量％が好ましい。さらに、インク流路へのインク導入性が良好となるように、湿潤剤と前記浸透剤との合計量をインク全量に対して３０重量％以下とし、インクの粘度上昇を抑制することが好ましい。

本発明のインクを構成する着色剤としては、直接染料、酸性染料、塩基性染料及び反応性染料等に代表される水溶性染料や、種々の無機顔料及び有機顔料を使用することができる。さらに、顔料を表面処理した自己分散型顔料も使用することができる。

本発明のインクには、必要に応じて、一般に使用されている界面活性剤、分散剤、粘度調整剤、表面張力調整剤、ｐＨ調整剤及び防腐防カビ剤等を含有させてもよい。特に、界面活性剤としては、インクの気泡性を抑制し、インクの濡れ性を適度に向上させ、インクの導入性を改善する点から、次式のポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩系界面活性剤を含有させることが好ましい。

（式中、Ｒ＝炭素数１２〜１５の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基、Ｍ＝Ｎａ又はトリエタノールアミン、ｎ＝２〜４）、この市販品としては、ライオン（株）製サンノール（登録商標）ＮＬ−１４３０，ＬＭＴ−１４３０及びＤＭ−１４７０；花王（株）製エマール（登録商標）２０Ｃ，２０ＣＭ及び２０Ｔ；三洋化成工業（株）製サンデット（登録商標）ＥＮ，ＥＴ及びＥＮＤ等を挙げることができる。

本発明のインクは、上述した各成分を常法により混合撹拌して得ることができる。

また、本発明のインクは、公知のインクジェット記録装置で使用することができ、そのインク吐出方式に制限はない。サーマル方式、ピエゾ方式、その他任意のインク吐出方式のインクジェット記録装置で使用することができる。

ただし、本発明のインクは、ゴム部材と接触することにより、そのゴム部材に由来する成分が溶出してきても、溶液状態を安定に維持することを特徴とするものであるから、インク流路系内の少なくとも一部にゴム部材が使用されているインクジェット記録装置において使用する意義が高い。

インクジェット記録装置において、インク流路系内の一部で使用されるゴム部材としては、インクジェットヘッドのノズルを覆うキャップ、インクジェットヘッドのノズル端面を清浄するワイパー、インクタンクがインクジェットヘッドと別個に設けられている場合にはインクタンクからインクジェットヘッドへインクを供給するチューブ、特願２００４−２０７２０８号明細書に開示されたようなバッファタンクとヘッドユニットとの間に挟持される弾性部材であるシールパッキン等がある。これらゴム部材のベースポリマーとしては、一般に、エチレンプロピレンジエンゴムポリマー（ＥＰＤＭ）、イソブチレンイソプレンゴムポリマー（ＩＩＲ）、イソプレンゴムポリマー（ＩＲ）、ブタジエンゴムポリマー（ＢＲ）、シリコーンゴムポリマー（Ｑ）、クロロプレンゴムポリマー（ＣＲ）等が使用されているが、本発明のインクは、ゴム部材が次式のエチレンプロピレンジエンゴムポリマー（ＥＰＤＭ）からなる場合に、ゴム部材と接したときの溶液状態の安定性が著しく良好である。したがって、本発明のインクは、インク流路のゴム部材が、エチレンプロピレンジエンゴムポリマーから形成されているインクジェット記録装置において、特に、好ましく使用することができる。

（式中、Ｘは、エチリデンノルボルネン、ジシクロペンタジエン、１，４−ヘキサジエン等の非共役ジエン化合物を表す。）

なお、エチレンプロピレンジエンゴムポリマー（ＥＰＤＭ）としては、市販品を使用することができ、例えば、ＪＳＲ（株）製ＥＰ３３１、住友化学（株）製エスプレン（登録商標）５０５等を挙げることができる。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明に限定されるものではない。

実施例１〜６、比較例１〜２
（１）インクの調製
表１に示す組成の実施例１〜６及び比較例１〜２のインクを、各成分を充分に混合攪拌した後、０．８μｍのメンブランフィルタで濾過することにより得た。

（２）評価
（２−１）インク導入性評価
インクをブラザー工業（株）製インクジェットプリンター搭載デジタル複合機ＭＦＣ−５２００Ｊ用のインクカートリッジに充填し、同複合機に装着後、インク流路系内に生じた気泡を取り除くメンテナンス作業を行い、メンテナンス作業の終了直後の初期吐出における吐出不良ノズルの全ノズルに対する割合を確認し、以下の基準で評価した。この結果を表１に示す。

インク導入性評価基準：
◎…初期吐出におけるインク吐出ノズルの割合が９５％以上
○…初期吐出におけるインク吐出ノズルの割合が９０％以上９５％未満
×…初期吐出におけるインク吐出ノズルの割合が９０％未満

（２−２）ゴム析出評価
表２のゴム組成に従って各材料を順次、ゴムミキサー内に投入して混練し、排出した。これを２軸押し出し機によりシート状に押し出した後、加硫成形（１６５℃、７分）を行い、ゴムシート１（ブチルゴム（ＩＩＲ））及びゴムシート２（エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ））を得た。

得られたゴムシート１及び２を、それぞれ縦５０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚さ２ｍｍの寸法に加工した。このゴムシート１枚を密閉容器内で１０ｍＬのインクに浸漬し、６０℃の恒温槽に２週間放置した。その後、浸漬したゴムシートを取り出し、ゴムシートを取り出した後のインクを電鋳フィルター（孔径１３μｍ、有効ろ過面積８ｃｍ^２）でろ過し、ろ過に要する時間を計測した。また、対照として、ゴムシートを加えないインクのみを同条件（６０℃、２週間）で放置し、同一規格の電鋳フィルターでろ過し、ろ過に要する時間（基準時間）を求めた。ゴムシートを浸漬したインクのろ過に要した時間の基準時間に対する百分率を求め、以下の基準で評価した。この結果を表１に示す。

ゴム析出評価基準
◎…基準時間の１３０％未満のろ過時間を要する
○…基準時間の１３０％以上２００％未満のろ過時間を要する
△…基準時間の２００％以上４００％未満のろ過時間を要する
×…基準時間の４００％以上のろ過時間を要する

なお、ろ過後の電鋳フィルターを顕微鏡観察したところ、上述のろ過時間の基準時間に対する割合が大きいほど、析出物の量が多かった。

表１に示すように、クラウンエーテルを含んだ実施例１〜６のインクは、ゴムシート１（ＩＩＲ）及びゴムシート２（ＥＰＤＭ）のいずれに対してもゴムの析出評価が良好であり、特に、ゴムシート２に対する析出評価が良好であった。

これに対し、クラウンエーテルを含まない比較例１〜２のインクは、ゴム析出評価が劣っており、特に、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩系界面活性剤も含有しない比較例２のインクにおいては、インク導入性評価も劣っていた。

本発明は、インク流路にゴム部材を有するインクジェット記録装置で使用するインクとして有用である。

Claims (8)

1. インクジェットヘッドのインク流路系に、加硫剤、加硫促進剤及び滑剤の少なくとも一つが含まれるゴム部材が使用されている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であって、
   水、水溶性有機溶媒、着色剤、及び
   次の構造式
   

   

   

   
   

   

   
   
   

   

   からなる群より選択されるクラウンエーテルを含有する
   ことを特徴とするインクジェット記録用水性インク。
2. 次の構造式
   

   

   からなる群より選択されるクラウンエーテルを含有する
   請求項１記載のインクジェット記録用水性インク。
3. 水溶性有機溶媒として、少なくとも１種の多価アルコールアルキルエーテルを含有する請求項１記載のインクジェット記録用水性インク。
4. 水溶性有機溶剤として多価アルコールアルキルエーテルを、インクジェット記録用水性インク全重量に対して０．１〜１０重量％含有する請求項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. 水溶性有機溶剤として多価アルコールアルキルエーテルを、インクジェット記録用水性インク全重量に対して０．５〜７重量％含有する請求項４記載のインクジェット記録用水性インク。
6. さらに次式
   

   

   （式中、Ｒ＝炭素数１２〜１５のアルキル基、Ｍ＝Ｎａ又はトリエタノールアミン、ｎ＝２〜４）のポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩系界面活性剤を含有する請求項１〜５のいずれかに記載のインクジェット記録用水性インク。
7. インクジェットヘッドのインク流路系に使用されているゴム部材がエチレンプロピレンジエンゴムポリマーからなる請求項１〜６のいずれかに記載のインクジェット記録用水性インク。
8. インクジェットヘッドのインク流路系に、加硫剤、加硫促進剤及び滑剤の少なくとも一つが含まれるゴム部材が使用されているインクジェット記録装置であって、
   請求項１〜７のいずれかに記載のインクジェット記録用水性インクがインクジェットヘッドのインク流路系に充填されているインクジェット記録装置。