JPH11501353A - インクジェットプリンター分散インク - Google Patents

インクジェットプリンター分散インク

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JPH11501353A JP9516393A JP51639397A JPH11501353A JP H11501353 A JPH11501353 A JP H11501353A JP 9516393 A JP9516393 A JP 9516393A JP 51639397 A JP51639397 A JP 51639397A JP H11501353 A JPH11501353 A JP H11501353A
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Abstract

(57)【要約】 塩基性基又は酸性基をもつ分散剤及び不安定化させない量の該基用の中和剤を含有するインクジェットプリンタ分散インクを提供する。このインクは改良された非湿潤特性をもち、インクジェットプリントヘッドのノズル板の洗浄又は置きかえが必要となる前に達成しうる連続印刷の期間を延長することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 インクジェットプリンター分散インク 本発明はインクジェットプリンター分散インクに関する。 インクジェット印刷では、プリントヘッド中の極めて小さいノズルを通して、 圧力下、しばしば加温下に流体インクを押し出す。「連続」プリンターとして知 られる種類のプリンターでは、連続的に生ずるインク液滴が信号に応答して個々 の液滴が電荷を受け且つ印刷される基材に向けられた帯電領域(チャージングエ リア)を通過する。次いで液滴は電荷の強さと電界の強さに応じて液滴を偏向さ せる電界を通過する。基材上に印刷を形成するに必要でない液滴はバイパス溝( ガター)に向けられる。これらのプリンターに用いるインクは伝導性であること を要する。 ドロップ・オン・デマンド(DOD)として知られる別の種類のプリンターで は、印刷プロセスで必要なときだけインク液滴がプリントヘッドのノズルから放 出される。ドロップ・オン・デマンドプリンターは静電気的に加速されたインク ジェット又は加圧インパルスアクチュエータによって射出される液滴シーケンス を用いることができる。後者のDODプリンターでは、たとえばノズルを供給す るチャンネル中のインクに作動する圧電アクチュエータを使用したり熱パルスに 応答して蒸気のあわを生成させることによって誘導した圧力パルスによってイン クの各液滴がノズルから独立に射出される。 これらの種類のインクジェットプリンターに用いるインクには2種あり、その 1つは通常染料である着色剤を溶剤に溶解した溶剤インクであり、他の1つは着 色剤即ち顔料を希釈剤に分散させた分散インクである。本発明は後者の種類のイ ンクに関する。 インクジェットプリンターでの連続印刷で起こる特有の問題は射出される液滴 の小量の端部(テイル)が液滴から分離しノズルに近接するノズル板の領域のそ の部分の表面上に集まる傾向があるということである。一般に、ノズル板の表面 エネルギーが十分に低いとこの液滴はノズル内に単純にもどり、以後の液滴の一 部として射出される。しかし液滴射出の頻度が増加するとインクが次の液滴の射 出前にもどる機会が減少し、インクのプールがノズル板の表面上に形成しはじめ 、 そのサイズはそれ又はそのようにして湿潤したノズル板に付着した空気中のゴミ 等の不純物が液滴射出を妨げるようなレベルに達するまでになりプリンターの操 作の信頼性を損なうことになる。この問題はまたノズル板の単位面積当りのノズ ル数が増加しそれに伴いノズル間隔が小さくなることによってより大きくなる。 またノズル板表面にインクが残存すると、1つの色が別の色で汚染される惧れが あるため異なる色のインクを用いる際の欠点となる。その結果ノズル板表面をふ き取り等によって時々きれいにすることが必要となる。これは印刷操作の中断を 意味しまたノズル表面の繰り返しのふき取りは表面を損傷する惧れもあり望まし くない。 プリントヘッドのノズル板の表面の関連個所を、たとえばフルオロカーボン又 はフルオロシラン等のいわゆる非湿潤用塗膜の付与によってその表面エネルギー を減少させるという改良処理によりこの問題を実質的に減少させまたノズル板の 洗浄又は置きかえを必要とする前の実用操作期間を増加させることができる。し かし、さらに信頼性を増加させ修理等の時間を減少させることが工業的に依然要 求されており、本発明者等はプリントヘッドノズル板の特性だけでなくインクの 特性にも着目して検討した。 印刷の品質及び効率の点で特に好ましいインクは分散インクである。そのなか でも特に好ましいのは分散相の安定性の改良のためにイオン性分散剤、より好ま しくは高分子分散剤を用いたものである。ここで用いる用語としての「イオン性 分散剤」とは酸性基又は塩基性基をもつ分子からなる分散剤をいい、高分子分散 剤とは、たとえばポリマー又はオリゴマー構造中を酸性基又は塩基性基をもつ繰 り返し単位の形で、多数の酸基又は塩基基をもつ、たとえばオリゴマー又はポリ マー等の、しばしば不正確に知られたサイズ又は構造をもつ、大きな分子からな る分散剤をいう。 イオン性分散剤に基づく分散インクを用いるインクジェットプリンターはかな りの期間すぐれた印刷信頼性をもちうるが、それらの効率、及び特にインクジェ ットプリントヘッドのノズル板のふき取り等の洗浄又は置きかえ前に達成できる 連続印刷期間の延長が依然望まれている。 本発明に従い、本発明者等は分散剤の酸性基又は塩基性基のそれぞれを中和で きる少なくとも1の基を有する化合物(以後中和剤と称する)の不安定化させな い量をインクに含有させることによりこれらの改良がもたらされることを見出し た。またドロップ・オン・デマンドプリンターのインクジェットプリントヘッド にこのインクを用いると、空気のとり込みなしにより大きなインク供給陰圧に耐 えることができ、またたとえば往復時のプリントヘッドの加速又は減速によるよ り大きな短期の陽圧変動が流れ出しなしに許容できるようになる。 分散インク中の分散剤の濃度がゼロから増加するにつれ、インクの粘度が最小 に達するまで減少しそして再び増加しはじめること及びインクの全体特性の観点 から分散剤の最適量はほぼ最小粘度をもたらす量又はそれよりわずかに過剰、た とえばその量の100〜200%、より一般的にはその量の100〜150%、 であることが以前の検討で判明した。これは通常、顔料の1部当り、重量で約0 .1〜1部、より一般的には約0.1〜0.7部に相当する。この理論にとらわ れることは望ましいが、この分散剤濃度において、分散剤によってもたらされる 酸性基又は塩基性基は希釈剤中の顔料の分散を安定化するに要する量より過剰で あり、またこの過剰量が表面を湿潤するインクの能力を増大するものと思われる 。いずれにせよ分散剤の酸性基又は塩基性基を中和することができる基を含有す る化合物がノズル板の表面上の液滴によって残されたインクデポジットがノズル 内にもどる速度を増加し、それに伴いノズル板の表面上にプールをつくる惧れを 減少することが判明した。この特性は表面上のインクの脱湿潤又は後退メニスカ ス速度(RMV)を測定することによって直接的に確認できる。 脱湿潤速度とその測定はレドン等のPhysical Review Let ters,Vol.66,No.6,1991年2月11日715〜718頁に 記載されている。 以下では本発明を非水性インクを対象に説明するが、これは通常水性及び非水 性の両方のインクに適用できるものである。しかし希釈剤が非水性又は実質上非 水性(即ち水含量が2重量%以下)であり、低い極性溶解度パラメータ、たとえ ば7.0MPa1/2以下、をもつインクに特別の注意を払った。 極性溶解度パラメータはC.M.Hansen及びK.SkaarupのJo urnal of Paint Technology.39 No.51,5 11〜514頁(1967)の方法に従って得られる値であり、より詳しくはT .C.Pattonの「Paint Flow & Pigment Disp ersion」2編、Wiley Interscience,1979に記載 されている。低い極性溶解度パラメータ、たとえば7.0MPa1/2以下の極性 溶解度パラメータをもつ非水性希釈剤の具体例としては非極性有機溶剤及びそれ と極性溶剤との混合物、たとえば極性溶剤を少重量、好ましくは5〜40重量% 含有する混合物がある。極性溶剤の例としてはアルコール、商品名コアゾル(C oasol)等の混合物を包含するエステル、ケトン及び特に好ましくはエーテ ル、特にグリコール及びポリグリコールのモノ−及びジ−アルキルエーテル、例 えばモノ−、ジ−及びトリ−プロピレングリコールのモノメチルエーテル及びエ チレングリコール、ジエチレングリコール及びトリエチレングリコールのモノ− n−ブチルエーテルがある。好適な非極性溶剤の例としては少なくとも6の炭素 原子をもつ脂肪族及び芳香族炭化水素及び精留塔流出物及び副生物を包含するそ れらの混合物がある。 低い極性溶解度パラメータをもつ希釈剤が好ましいが、たとえば本質的に極性 構成物からなるような他の希釈剤も用いうる。単一相であるべき希釈剤は好まし くは次の性質をもつ: 沸点;少なくとも100℃、好ましくは少なくとも200℃ 粘度:Bohlin CS Rheometerを用いCP4/40測定系に て30℃で測定して、30mPas以下、好ましくは15mPas以下、より好 ましくは12mPas以下 凝固点:10℃以下、好ましくは7℃以下 極性溶解度パラメータ:7.0MPa1/2以下、より好ましくは0.1又は0 .2〜2MPa1/2 希釈剤の具体例としてはエクソル(Exxsol)、ソルベッソ(Solve sso)、エクソン(Exxon)ナフサ、アイソパー(Isopar)、ペガ ゾル(Pegasol)及びシエルゾル(Shellsol)の商品名で市販さ れている脂肪族炭化水素溶剤、これらの溶剤とアルコール、特に長鎖アルコール との混合物、たとえば5〜35wt%のアルコール含有物、及びこれらの溶剤とア ルコール、特に長鎖アルコール及びエーテルの混合物、たとえば90〜45重量 %の炭化水素含有等がある。ここで長鎖アルコールとは少なくとも10、たとえ ば10〜30の炭素原子をもつアルコールを意味する。 通常、希釈剤はインクの60〜98.5重量%、好ましくは75〜90重量% を形成する。 本発明は酸性基又は塩基性をもつ分散剤を含有し、選ばれた希釈剤中の選ばれ た顔料の分散を安定化できるいかなるインクにも適用できるが、特に巨大分子ポ リイオン性分散剤を含有するインクに好ましく適用される。分散剤は希釈剤中に 溶解するか又は希釈剤と分散剤の混合物を真の溶液から実質上区別できないよう 高度に溶媒和することが好ましい。 有機溶剤、たとえば7MPa1/2以下の極性溶解度パラメータをもつような、 非水性希釈剤中で用いるに適する分散剤の例としてはソルスパース(SOLSP ERSE)の商品名でZeneca Coloursから市販されているような ポリエステルアミン分散剤やEFKAの商品名で市販されている分散剤がある。 分散剤の混合物も用いうる。 選ばれた希釈剤中での安定な分散を形成する限り適宜の顔料を用いうる。具体 例としてはフタロシアニン、キナクリドン、リトール・ルビン(LiH10l R ubine 4Bトナー,イソインドリノン及びロダミン(Rhodamine )Gレーキ(トリフェニルメタン輸液体)がある。好ましい顔料はカラーインデ ックスで顔染料として特徴づけられるもののなかにみられる。好ましい顔料は減 法混色の原色に相当するものである。また顔料は耐光性で、繰り返し加熱しても 熱安定性をもつものであることが好ましい。カーボンブラックも用いうる。顔料 の好適濃度はその特性によって異なるが、通常インクの2〜20重量%、好まし くは4〜15重量%である。 中和剤の活性基の特性は分散剤が酸性基又は塩基性基のいずれをもつかによっ て異なる。インクと相溶性があり、好ましくは希釈剤に可溶である適宜の酸を中 和剤として用いうる。例としてはルイス酸、無機酸、有機酸及びフェノール類が ある。またこの中和剤は低分子でもポリマーでもよい。具体例としては酢酸、ク エン酸、酒石酸、トルイル酸及びβ−ナフトール酸等の有機カルボン酸、2−ナ フタレンスルホン酸及びp−トルエンスルホン酸等の有機スルホン酸、レゾルシ ノール及び2−ナフトール等の単純フェノール、ノニルフェノール等のアルキル フェノール、リン酸及びホスフィン酸等のリン系酸のアルキル部分エステル、及 びフェノール性基をもつポリマー状化合物、たとえば式 ここでRはブチル、オクチル等のアルキル基である、をもつ繰り返し単位をも っようなノボラック類、たとえばウラバー(Uravar)FN5等がある。 分散剤が酸性基をもつ場合の中和剤としてはアミンが好ましい。 与えられたインク用に最適の中和剤とその量は、その性質と当量重量によって 異なるが、たとえば生成インクのRMVで得た値に対する濃度をプロットする等 の単純な実験で決めることができる。一般に少量の中和剤でも改良をもたらし、 量が増すとRMVが最大まで増加し、その後さらに用いる中和剤の量が増すとR MVが減少する。しかし、用いた化合物の性質によって異なるが、遂にはインク が不安定化する量に達する。即ち、沈降及び/又は粘度の増加が25℃で28日 間放置すると検知される量に達する。この量は通常RMVの最大値をもたらす量 の約半分であり、それ故中和剤の好ましい量は通常最大のRMV値をもたらす量 の約25〜100%、より好ましくは50〜95%である。 本発明の分散インクは、(a)着色剤、塩基性基又は酸性基をもつ分散剤及び 希釈剤からなる安定な分散体をつくり、次いで(b)非−脱安定化量の中和剤を 加えることからなる方法によって製造できる。 次に本発明を実施例によって説明する。そこにおいて特に断らない限り部は重 量部を意味する。 例1(比較例) 次の組成をもつインクジェットインクをつくった。 希釈剤:エクソル(Exxsol)D140 57.3部 ノボル(Novol) 17.75部 ドワノル(Dowanol)TPM 10部 顔料 :リーガル・ブラック(Regal Back)250R 11.0部 分散剤:ソルスパース(Solsperse)13940 3.75部 ソルスパース 5000 0.2 部 エクソルD140は280〜317℃の沸点範囲をもつExxon製の脂肪族 炭化水素混合物である。 ノボルはCroda製の実質上純粋なオレフィンオレイルアルコールである。 ドワノルTPMはDow製のトリプロピレングリコールモノメチルエーテルであ る。リーガル・ブラック25ORはCabot Corp.製のカーボンブラッ クである。 ソルスパース13940はZeneca Colours製のポリエステルア ミン超分散剤であり40重量%の活性成分を含有する。ソルスパース5000は Zeneca Colours製の置換アンモニウムフタロシアニンである。 エクソル、ノボル、ドワイル、リーガル・ブラック及びソルスパースはすべて 商標である。 得られたインク組成物は約10mPasの粘度をもつ安定なインクであり、多 重線及び高速で操作する多重ノズルドロップ−オン−デマンドプリンターを用い て印刷すると平坦紙上に優れた光学密度をもつ鮮明度の高い印刷をもたらした。 ここで「安定」とは65℃、好ましくは70℃で3ケ月経過後もインクが沈澱も 凝縮もしなかったことをいう。 インクの後退メニスカス速度(RMV)は次のように測定した。インクに浸漬 した軟質フォームパッドを測定した速度で非湿潤性フルオロシラン表面上を掃引 した。インクがフォームパッドに追従しなくなり且つ上記の非湿潤性塗膜上に端 部(テイル)を残しはじめる速度をRMVとする。この試験に用いた非湿潤フル オロシラン表面は、30部のエタノール、0.9部の氷酢酸、2.0部のヘキサ ノール及び5部の塩酸(0.01モル/dm3)を混合し、次いで5部のメチル トリエトキシシラン、0.5部の3−アミノプロピルトリエトキシシラン及び0 .5部の1H,1H,2H,2Hパーフルオロオクチルトリエトキシシランをこ の混合物に加えてつくった。メチルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルト リエトキシシラン及び1H,1H,2H,2H−パーフルオロオクチルトリエト キシシランからなる1工程フルオロシランコーティング組成物から誘導した。こ のようにしてつくった溶液を2日間熟成してケイ素化合物を加水分解した。ユピ レックス(Upilex)−Rポリイミドのシートを約1モル/dm3のNaO Hで洗浄し、十分に水洗し、きれいな部屋ふきでふいた後、上記の熟成した溶液 を計量バーをつかって上記シートの表面に塗布して厚さ約4ミクロンの湿潤塗膜 をつくった。この湿潤塗膜を5分間放置した後湿潤雰囲気のオーブン中に95℃ で3時間置いた。得られたフルオロシラン塗膜の厚さは0.6ミクロンのオーダ ーであった。 (ユピレックス−Rは日本の宇部興産製であり、ユピレックスは商標である。 )RMVの策定値は約1.6mm/秒であった。 例2〜29 例1と同様の組成ではあるがエクソルD140のある部分を分散剤用の中和剤 の等重量で置きかえて多くのインクジェットインク組成物をつくった。用いた中 和剤の特性及び例1に記載したと同様に測定して得られたインク組成物のRMV を表1に示す。 これらのインクは例1のインクと類似の性質をもち、同様の品質の印刷をもた らしたが、高いRMV値をもちまたきれいな/ノズル板を維持しつつ長い(中断 されない)印刷時間をもたらした。またインクをドロップ・オン・デマンドプリ ンタのインクジェットプリンタヘッドに用いると、空気のとり込みなしにより大 きなインク供給陰圧に耐えることができ、またたとえば往復時のプリントヘッド の加速又は減速によるより大きな短期の陽圧変動が流れ出しなしに許容できるよ うになる。 例30〜38 下記成分を重量で含む一連のインクジェット組成物をつくった。 希釈剤 :エクソル D140 表2に示す種々の量 ノボル 20部 顔 料 :リーガル・ブラック250R 11部 分散剤 :ソルスパース13940 3.75部 ソルスパース5000 0.2部 中和剤 :表2に示す種々のもの 例39〜46 下記成分を重量で含む一連のインクジェット組成物をつくった。 希釈剤 :エクソル D140 表3に示す種々の量 ノボル 20部 顔 料 :リーガル・ブラック250R 11部 分散剤 :ソルスパース13940 3.75部 ソルスパース5000 0.2部 中和剤 :表3に示す種々のもの ウラバー(Uravar)FN5はオランダのDSM製のアルキル置換ノボラ ックである。 例47〜51 例47で次の組成をもつインクジェットインクをつくった。 希釈剤 :ドワノール TPM 89部 顔 料 :リーガル・ブラック250R 6.6部 分散剤 :EFKA 47 4.1部 中和剤 :ウラバー FN5 0.3部 EFKA 47はEFKA Chemicals製のポリアミン分散剤であり 、EFKAは商標である。 得られたインクは安定で、ドロップ−オン−デマンドプリンタを用いて平坦紙 上に印刷すると優れた光学密度の鮮明度の高い印刷を与えた。また例1記載の方 法で測定したRMVは13.6mm/秒であった。 例48〜51では、例47のインク組成物を表4に示すように希釈剤と中和剤 濃度をかえて変性した。得られたインクのRMV値を示す。 例 52 次の組成をもつインクジェットインクをつくった。 モナストラル・ブルー FGX(ピグメント・ブルー15.4) 5% ソルスパース 13940 5% ソルスパース 5000 0.5% ノボル 9% ウラバー FN5 1.2% エクソル D140 79.3% 例 53 次の組成をもつインクジェットインクをつくった。 ファナル・ピンク D4830 5% ソルスパース 13940 5% ノボル 22% ウラバー FN5 1.25% エクソル D140 68.75% 例 54 次の組成をもつインクジェットインクをつくった。 パリオトル・イエロー D140 5% ソルスパース 13940 3.75% ノボル 18% ウラバー FN5 1.5% エクソル D140 71.75% 例 55 次の組成をもつインクジェットインクをつくった。 パリオトル・イエロー D140 5% ソルスパース 13940 3.75% ウラバー FN5 1% コアゾル 90.25% コアゾル(Coasol)はChemoxy International Ltd.製のエステル類の 液状混合物である。 例 56 次の組成をもつインクジェットインクをつくった。 ヘリオゲン・ブルー TD7105 5% ソルスパース 5000 0.5% ソルスパース 13940 3.75% ノボル 10% ウラバー FN5 1% エクソル D140 79.75% 例 57 次の組成をもつインクジェットインクをつくった。 モナストラル・ブルー FGX(ピグメント・ブルー15.4) 5% ソルスパース 13940 5% ソルスパース 5000 0.5% ドワノル TPM 10% ノボル 15% ウラバー FN5 5% エクソル D140 59.5% 例52〜57のインクジェットインクのRMVを例1におけると同様に測定し た。結果は次のとおりである。 例30〜50及び52〜57のインクはすべて、中和剤を対応する量の希釈剤 で置きかえた以外は同じ組成のインクに比しRMV値が高く、また例2〜29の インクについて報告した改良された特性を示した。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.塩基性基又は酸性基を含有する分散剤及び不安定化させない量の該基用の中 和剤を含有することを特徴とするインクジェットプリンタ分散インク。 2.希釈剤が非水性又は実質上非水性である請求項1記載のインク。 3.分散剤が、インクの他の成分の性質及び量をかえずに最小の粘度をもつイン クを与える量の100〜200%の量で存在する請求項1又は2記載のインク。 4.中和剤が、インクの他の成分の性質及び量をかえずに最大の後退メニスカス 粘度をもつインクを与える量の25〜100%の量で存在する請求項1,2又は 3記載のインク。 5.分散剤がポリアミンであり、中和剤がルイス酸、無機酸、有機酸及びフェノ ール類から選ばれる請求項1〜4のいずれか1項記載のインク。 6.中和剤がリン系酸のアルキル部分エステル、フェノール類及びフェノール性 基をもつポリマー状化合物から選ばれる請求項5記載のインク。 7.分散剤、顔料及び希釈剤を含有し且つ希釈剤が7MPa1/2以下の極性溶解 度パラメータをもつ請求項1〜6のいずれか1項記載のインク。 8.希釈剤が非極性有機溶剤及び少重量の極性有機溶剤の混合物からなる請求項 7記載のインク。 9.分散剤、顔料及び希釈剤を含有し且つ希釈剤が少なくとも200℃の沸点、 15mPas以下の粘度及び7℃以下の凝固点をもつ請求項1〜8のいずれか1 項記載のインク。 10.(a)着色剤、塩基性基又は酸性基をもつ分散剤及び希釈剤からなる安定な 分散液をつくり、ついで(b)不安定化させない量の該基用の中和剤を加えるこ とを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項記載のインクジェットプリンタ分散 インクの製造方法。
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