JP5285345B2 - インクジェット用水性インク - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット用水性インクに関する。

インクジェット印刷は、流動性の高い液体インクを微細なノズルから噴出し、用紙等の記録媒体に付着させて印刷を行う。このインクジェット印刷は、比較的安価な装置で、高解像度、高品位の画像を、高速かつ低騒音で印刷可能という特徴を有し最近急速に普及している。インクジェット印刷には、主に、加熱によってインクを噴射するサーマル方式、振動を加えてインクを噴射するピエゾ方式、静電方式等がある。

インクジェット用のインクとしては、安価に高画質の印刷物が得られることから、水性タイプのインクが普及している。水性インクは、水分を含有することにより乾燥性を高めたインクであり、油性インクに比べ普通紙に両面印字しても裏抜け（記録媒体裏面にインクが浸透すること）がしにくく、文字再現性がよいとの特徴がある。この水性インクの色材には、大きく染料と顔料の２種類あるが、耐光性及び耐水性が良好であることから顔料インクが急速に普及しつつある。

水性インクを用いて普通紙等の用紙に印字する場合の問題点として、カール（凸カール）やコックリング（波打ち）現象が挙げられる。これは、水性インク中の水分によって、用紙の繊維間の水素結合が切断され、用紙が膨潤してしまうために生じる現象である。用紙が印字直後に変形すると、排紙の際に用紙が不揃えになったり、変形が大きい場合には機器内で紙詰まりが発生したりすることがある。このような問題は、印刷速度が高速であるラインヘッド方式のインクジェットプリンタにおいて、より顕著である。また、印字後しばらくしてから、用紙中に浸透した水分が徐々に蒸発することで、用紙が変形することもあり、用紙の取り扱いや保管方法に問題が生じることがある。

また、サテライトとして知られる印字不良があり、ノズルから噴出されるインクの主滴から小滴が分離し、これが用紙上に小さなチリのように印字されてしまう。機器内で用紙の搬送等によって空気の乱流が発生すると、この小滴が乱流によって漂って用紙上に風紋のように印字されることがある。この現象は風紋として知られる。

また、水性インクでは、開放放置性能の問題がある。水性インクは、大気に開放して放置している際にインク中に含まれる水分が蒸発することで、インク中の顔料等の固形物が凝集しやすくなり、ノズル付近で固化することがある。このようにノズルが固形物にふさがれてしまうと、印字不良が発生することがある。

特許文献１には、特定の表面張力、粘度、及び蒸気圧を備えた溶媒を含み、記録ヘッドにおける出射性、デキャップ適性が改良され、裏抜け耐性、文字品質、カール特性に優れたインクジェット用水性インクが開示される。
特開２００５−２２０２９６号公報

しかしながら、従来、用紙変形を防止したうえで、良好な印字画質及びインク開放放置性能を得ることは難しいという問題がある。特許文献１では、特に色材として顔料を用いたインクの場合、インク開放放置性能に劣り、プリンターヘッドにインクを導入して放置した場合にノズルが詰まりやすいという問題がある。また、特許文献１では、低極性の水溶性溶剤が多量に含有されることで、サテライトや風紋等の印字不良が発生しやすいという問題がある。

したがって、本発明の目的としては、インクジェット用水性インクにおいて、用紙変形を防止し、さらに、印字画質及びインク開放放置性能を良好にすることである。

本発明の第１の構成としては、平均重合度が４以上のポリグリセリンを１５質量％以上４０質量％以下含有し、１，３−プロパンジオール及びジエチレングリコールモノエチルエーテルのうち少なくとも１種を５質量％以上２０質量％以下含有し、及び水を４０質量％以上６０質量％以下含有する、インクジェット用水性インクである。

本発明の第２の構成としては、インクジェット用水性インクを用いて印刷された印刷物である。

本発明によれば、用紙変形を防止するうえに、印字画質及びインク開放放置性能を良好に保つことができる。

以下、本発明に係る実施の形態について説明するが、本実施の形態における例示が本発明を限定することはない。

本発明のインクジェット用水性インクは、平均重合度が４以上のポリグリセリンを１５質量％以上４０質量％以下含有し、１，３−プロパンジオール（１，３−ＰＤＯ）及びジエチレングリコールモノエチルエーテル（ＤＥＧＥＥ）のうち少なくとも１種（以下、１，３−ＰＤＯ等と略すことがある）を５質量％以上２０質量％以下含有し、及び水を４０質量％以上６０質量％以下含有する。

本発明では、インクジェット用水性インクに含有される溶剤として、数ある有機溶剤、さらにはそれらの組み合わせを検討した結果、平均重合度が４以上のポリグリセリンと、１，３−プロパンジオール及びジエチレングリコールモノエチルエーテルのうち少なくとも１種とを組み合わせることで、用紙変形を防止するうえに、印字画質及びインク開放放置性能を良好とすることができることを見いだした。

本発明のインクジェット用水性インクによれば、印字直後から印字後長期に渡り用紙変形を防止することができる。印字直後の用紙変形を効果的に防止することができるため、機器内での紙詰まりの発生を低減することができるうえに、排紙の際に用紙を正しく揃えて排出し重ねることができる。また、印字後長期に渡り用紙変形を防止することができるため、用紙の取り扱い、保管及び維持を簡便にすることができる。

特に、本発明のインクジェット用水性インクは、印字直後の用紙変形量が少ないため、高速なラインヘッド方式のインクジェット印刷に好適に適用することができる。すなわち、ラインヘッド方式では、印字速度及び用紙搬送速度が速く、機器内、特にインクジェットのヘッド部での紙詰まりや、このような搬送不良に至らなくとも排紙揃えがより問題になるが、本発明によれば、これを解消することができる。例えば、本発明のインクジェット用水性インクは、１分間に１２０枚といった高速印刷にも対応することができ、高速なラインヘッド方式のインクジェットプリンタに好ましく使用することができる。

また、本発明のインクジェット用水性インクによれば、ポリグリセリンと１，３−ＰＯＤ等とを組み合わせて使用するため、エーテル系溶剤等の極性の低い水溶性溶剤の含有量を低減することができ、サテライトや風紋等の印字不良の少ない良好な印字画質を得ることができる。

また、本発明のインクジェット用水性インクによれば、インク中の水分の蒸発を防ぎ、インク開放放置性能を良好に保てるため、インクの固化によって固形物がノズル部に付着することを防止することができる。そのため、インクがノズルから適正に射出され、印字不良を防止する。

また、本発明のインクジェット用水性インクは、インク開放放置性能が良好であるため、インクジェットのヘッド部のメンテナンスも適正に実行することができる。例えば、ノズル部が配置されるノズル面をワイプブレードと呼ばれる部材で拭き取る構成においては、ワイプブレードに固形物が付着すると、次にノズル面を拭き取るときにワイプブレードに付着した固形物でノズル部をふさぐことがある。本発明では、インクの固化を防ぐため、ワイプブレードに付着する固形物を低減させて、ノズル部に固形物が付着することを防止することができる。

本発明のインクジェット用水性インクには、平均重合度が４以上のポリグリセリンが１５質量％以上４０質量％以下含有される。

ポリグリセリンの平均重合度は４以上が好ましく、より好適には６以上である。この範囲で、用紙変形を防止するうえ、印字画質及びインク開放放置性能を良好にすることができる。特に、平均重合度が４以上のポリグリセリンが含有されると、印字直後の用紙変形を効果的に防止することができる。ここで、平均重合度は水酸基価により求めることができる。

ポリグリセリンの平均重合度が高くなるとインク全体の粘度が高くなる傾向があるが、その他の成分、例えば１，３−ＰＯＤ等や水等の低粘度の成分の割合で調整するとよい。

上記ポリグリセリンは、インク全量に対し１５質量％以上、より好適には２０質量％以上、さらに好適には２５質量％以上で含有されることが好ましい。また、上記ポリグリセリンは、インク全量に対し４０質量％以下、より好適には３０質量％以下で含有されることが好ましい。この範囲で、用紙変形を防止するうえ、印字画質及びインク開放放置性能を良好にすることができ、また、その他の含有成分の作用を効果的に得ることができる。

特に、上記ポリグリセリンの含有量が１５質量％以上であることで、用紙変形、特に印字直後の用紙変形を良好に防止することができる。また、上記ポリグリセリンの含有量が４０質量％以下であることで、インク全体の保湿性及び粘性を適正に維持することができる。

本発明のインクジェット用水性インクには、１，３−プロパンジオール及びジエチレングリコールモノエチルエーテルのうち少なくとも１種が５質量％以上２０質量％以下含有される。

本発明では、上記ポリグリセリンと、１，３−プロパンジオール及びジエチレングリコールモノエチルエーテルのうち少なくとも１種との組み合わせが用紙変形、印字画質及びインク開放放置性能に対して有効であることを見出した。

１，３−プロパンジオールとジエチレングリコールモノエチルエーテルは、それぞれ単独の成分として使用してもよいし、各成分を組み合わせて使用してもよい。このときの組み合わせの割合は特に限定されない。

上記１，３−ＰＤＯ等は、インク全量に対し５質量％以上で含有されることが好ましい。また、上記１，３−ＰＤＯ等は、インク全量に対し２０質量％以下、より好適には１０質量％以下で含有されることが好ましい。この範囲で、用紙変形を防止するうえ、印字画質及びインク開放放置性能を良好にすることができ、また、その他の成分、特に上記ポリグリセリンの作用を効果的に得ることができる。

特に、１，３−ＰＯＤ等の含有量が５質量％以上であることで、上記ポリグリセリンの低粘度化に有効に作用し、インク開放放置性能を良好にすることができる。また、１，３−ＰＯＤ等の含有量が２０質量％以下であることで、インク全量に対する低極性の水溶性溶剤の割合を低減することができ、サテライトや風紋等の印字不良を防止することができる。

本発明のインクジェット用水性インクには、水が４０質量％以上６０質量％以下含有される。

水としては、特に限定されないが、イオン交換水、蒸留水等の純水、又は超純水等、不純物の含有が少ない水が好ましい。

上記水は、インク全量に対し４０質量％以上、より好適には４５質量％以上、さらに好適には５０質量％以上で含有されることが好ましい。また、上記水は、インク全量に対し６０質量％以下、より好適には５５質量％以下で含有されることが好ましい。この範囲で、用紙に印字されたインク中の水分の蒸発性がよく乾きやすいという水性インクの特性を維持し、さらに、その他の成分、特に上記ポリグリセリン及び上記１，３−ＰＤＯ等の作用を効果的に得ることができる。特に、水の含有量が６０質量％以下であることで、インクが用紙に印字されたときに乾きやすく、用紙変形を抑え、用紙の高速搬送に適する。さらに、水の含有量が５５質量％以下であることで、印字率の高い画像が印字された用紙でも、良好に用紙を高速に搬送することができる。

また、インクが開放放置される際には、水が６０質量％を超えて過剰に含有されると、インク全体の水分量が増大し、保湿性及び粘性が低下し、インク全体に対する水分の蒸発量が増加する。このようなインクが開放放置されると、インク中の水分が蒸発しやすく、水分が蒸発したインクでは、水分量が少ないため顔料等の固形分が凝集し、固化しやすくなる。そのためにも、水分量は、上記の適正な範囲に調整することが望ましい。

本発明のインクジェット用水性インクに用いることができる顔料としては、例えば、アゾ系、フタロシアニン系、染料系、縮合多環系、ニトロ系、ニトロソ系等の有機顔料（ブリリアントカーミン６Ｂ、レーキレッドＣ、ウォッチングレッド、ジスアゾイエロー、ハンザイエロー、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、アルカリブルー、アニリンブラック等）、コバルト、鉄、クロム、銅、亜鉛、鉛、チタン、バナジウム、マンガン、ニッケル等の金属類、金属酸化物及び硫化物、ならびに黄土、群青、紺青等の無機顔料、ファーネスカーボンブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック等のカーボンブラック類を用いることができる。これらの顔料は、いずれか１種が単独で用いられるほか、２種以上が組み合わされて使用されてもよい。

さらに、本発明のインクジェット用水性インクに用いる顔料としては、自己分散性顔料であることが好ましい。

自己分散性顔料は、化学的又は物理的処理により顔料の表面に親水性官能基が導入されたものが好ましい。自己分散性顔料に導入させる親水性官能基としては、イオン性を有するものが好ましく、顔料表面をアニオン性又はカチオン性に帯電させることにより、静電反発力によって顔料粒子を水中に安定に分散させることができる。また、本発明では、インク開放放置性能が良好で、水分の蒸発を防止するため、イオン性の顔料を安定して保管することができる。アニオン性官能基としては、スルホン酸基、カルボキシル基、カルボニル基、ヒドロキシル基、ホスホン酸基等が好ましい。カチオン性官能基としては、第４級アンモニウム基、第４級ホスホニウム基等が好ましい。

これらの親水性官能基は、顔料表面に直接結合させてもよいし、他の原子団を介して結合させてもよい。他の原子団としては、アルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基等が挙げられるが、これらに限定されることはない。顔料表面の処理方法としては、ジアゾ化処理、スルホン化処理、次亜塩素酸処理、フミン酸処理、真空プラズマ処理等が挙げられる。

本発明のインクジェット用水性インクに含まれる顔料の含有量（固形分）としては、インク全量に対し３質量％以上、より好適には４質量％以上、さらに好適には５質量％以上が好ましく、また、１５質量％以下、より好適には１２質量％以下、さらに好適には１０質量％以下が好ましい。顔料の含有量が３質量％以上であることで、色材として着色及び発色を良好に維持することができ、適正な画像濃度を得ることができる。また、顔料の含有量が１５質量％以下であることで、顔料粒子の凝集を抑えインクの粘性を適正に調整することができ、良好なインク開放放置性能を得ることができる。

本発明のインクジェット用水性インクの粘度は、インクジェットのヘッドのノズル径や噴出環境等によってその適性範囲は異なるが、一般に、２３℃において１ｍＰａ・ｓ〜３０ｍＰａ・ｓであることが好ましく、より好適には５ｍＰａ・ｓ〜１５ｍＰａ・ｓ、さらに好適には約１０ｍＰａ・ｓ程度であること好ましい。ここでの粘度は、２３℃において０．１Ｐａ／ｓの速度で剪断応力を０Ｐａから増加させたときの１０Ｐａにおける値を表す。

本発明のインクジェット用水性インクには、必要に応じて、本発明の目的を阻害しない範囲内で、当該分野において通常用いられている各種添加剤等のその他の成分を含ませることができる。

具体的には、本発明のインクには、顔料分散剤、消泡剤、表面張力低下剤等として、界面活性剤を含有させることができる。界面活性剤としては、例えば、脂肪酸塩類、高級アルコールのエステル塩類、アルキルベンゼンスルホン酸塩類、スルホコハク酸エステル塩類、高級アルコールのリン酸エステル塩類等のアニオン界面活性剤、脂肪族アミン塩類、４級アンモニュウム塩類等のカチオン界面活性剤、アミノ酸型、ベタイン型等の両性界面活性剤、高級アルコールのエチレンオキサイド付加物、アルキルフェノールのエチレンオキサイド付加物、多価アルコール脂肪酸エステルのエチレンオキサイド付加物、アセチレングリコール及びそのエチレンオキサイド付加物等の非イオン界面活性剤、又は高分子系、シリコーン系、フッ素系の界面活性剤等が挙げられ、これらを２種以上併用してもよい。

また、本発明のインクには、粘度を調整するために電解質を配合することができる。電解質としては、例えば、硫酸ナトリウム、リン酸水素カリウム、クエン酸ナトリウム、酒石酸カリウム、ホウ酸ナトリウム等が挙げられ、これらを２種以上併用してもよい。

また、本発明のインクには、ｐＨを調整するためにｐＨ調整剤を添加することもできる。ｐＨ調整剤としては、例えば、硫酸、硝酸、酢酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、トリエタノールアミン等が挙げられ、これらを２種以上併用してもよい。また、これをインクの増粘助剤として用いることもできる。

また、本発明のインクには、インク成分の酸化を防止し、インクの保存安定性を向上させるために、酸化防止剤を配合することができる。酸化防止剤としては、例えば、Ｌ−アスコルビン酸、Ｌ−アスコルビン酸ナトリウム、イソアスコルビン酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、亜二チオン酸ナトリウム、ピロ亜硫酸ナトリウム等が挙げられ、これらを２種以上併用してもよい。

また、本発明のインクには、腐敗を防止して保存安定性を向上させるために、防腐剤を配合することができる。防腐剤としては、例えば、５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン、２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン、２−ｎ−オクチル−４−イソチアゾリン−３−オン、１，２−ベンゾイソチアゾリン−３−オン等のイソチアゾロン系防腐剤；ヘキサヒドロ−１，３，５−トリス（２−ヒドロキシエチル）−ｓ−トリアジン等のトリアジン系防腐剤；２−ピリジンチオールナトリウム−１−オキシド、８−オキシキノリン等のピリジン・キノリン系防腐剤；ジメチルジチオカルバミン酸ナトリウム等のジチオカルバメート系防腐剤；２，２−ジブロモ−３−ニトリロプロピオンアミド、２−ブロモ−２−ニトロ−１，３−プロパンジオール、２，２−ジブロモ−２−ニトロエタノール、１，２−ジブロモ−２，４−ジシアノブタン等の有機臭素系防腐剤；ｐ−ヒドロキシ安息香酸メチル、ｐ−ヒドロキシ安息香酸エチル、ソルビン酸カリウム、デヒドロ酢酸ナトリウム、サリチル酸等が挙げられる。

次に、本発明の印刷物は、上記したインクジェット用水性インクを用いて印刷された印刷物である。印刷を行うインクジェットプリンタは、サーマル方式、ピエゾ方式、静電方式等いずれの方式のものであってもよく、デジタル信号に基づいてインクジェットのノズルから本発明のインクジェット用水性インクを噴出させ、噴出されたインク液滴を用紙等の記録媒体に付着させるようにする。このようにして得られる印刷物は、用紙変形が少なく、印字画質が良好である。

以下、本発明を実施例により詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例及び比較例）
表１に示す成分を配合して、実施例１及び２、比較例１〜８を調製した。製法は、顔料と水の混合液（１）に、（１）以外の原材料の混合液（２）を徐々に加えて撹拌し、０．８μｍメンブレインフィルタでろ過し作製した。使用した成分は以下のとおりである。

顔料「ＣＡＢ−Ｏ−ＪＥＴ３００」（自己分散性顔料水分散液、固形分１５質量％、キャボット社製）
グリセリン（阪本薬品工業株式会社製）
ジグリセリン（阪本薬品工業株式会社製）
ＰＧ♯７５０（ポリグリセリン、平均重合度７、阪本薬品工業株式会社製）
１，３−プロパンジオール（デュポン株式会社製）
１，５−ペンタンジオール（和光純薬工業株式会社製）
１，３−ジメチルイミダゾリジノン（和光純薬工業株式会社製）
ＤＥＧＥＥ（ジエチレングリコールモノエチルエーテル、和光純薬工業株式会社製）
ＴｅｔＥＧＢＥ（テトラエチレングリコールブチルエーテル、協和発酵ケミカル株式会社製）
ＴｒｉＥＧＢＥ（トリエチレングリコールブチルエーテル、和光純薬工業株式会社製）
界面活性剤「サーフィノール４６５」（アセチレングリコールエチレンオキサイド、エア・プロダクツ・アンド・ケミカルズ社製）
ｐＨ調整剤（トリエタノールアミン、和光純薬工業株式会社製）
（各特性評価）
次に、各実施例及び比較例について、用紙変形、印字画質及びインク開放放置性能を評価した。評価結果を表１に示す。

（１）印字直後の用紙変形
印字直後の用紙変形の評価は、ラインヘッド方式のライン型インクジェットプリンタ「オルフィスＨＣ５５００」（理想科学工業株式会社製）を用いて行なった。用紙は理想用紙薄口（Ａ４サイズ、理想科学工業株式会社製）を用い、印刷速度１２０枚/分で片面全面にベタ画像を印刷し、２０枚印字後の排紙揃えで評価した。なお、オルフィスＨＣ５５００は、水性インクにも対応できるようにインク経路を一部改変した。○は紙詰まりがなく排紙揃えも良好であることを示し、×は紙詰まりはないが排紙が乱れたことを示す。

（２）放置後の用紙変形
放置後の用紙変形の評価として、上記「（１）印字直後の用紙変形」の評価で印刷した印字物を２０枚重ね、２３℃５０％ＲＨ環境で２週間放置し、印字物の状態を観察した。○はほぼ変形がなかったことを示し、×は大きく変形があったことを示す。

（３）印字画質
印字画質の評価は、上記したオルフィスＨＣ５５００のインクジェットヘッドを、吐出治具（任意のインクジェットヘッドが装着可能であり、駆動条件等を任意に設定可能なもの）に装着して行なった。１ドットあたりの吐出量を３０ｐＬとして、主走査３００ｄｐｉ×副走査１５０ｄｐｉのベタ画像を印刷し、印字物の風紋を目視で観察した。○は風紋が観察されなかったことを示し、×は風紋が観察されたことを示す。

（４）インク開放放置性能
インク開放放置性能の評価は、２０ｍｌのガラス瓶にインクを１０ｍｌ充填し、４５℃３０％ＲＨの環境に４日間開放状態で放置し、流動性を目視で評価した。○は流動性ありを示し、×は流動性なしを示す。

表１に示すように、実施例１及び２は、本発明のポリグリセリン及び１，３−プロパンジオールをともに含有するものであり、比較例１〜８に比べると、用紙変形、印字画質及びインク開放放置性能がよかった。すなわち、実施例１及び２のインクは、用紙変形が防止されるため、高速なラインヘッド方式に対応することができるうえに、風紋等の印字不良を防止し印字画質が良好であることがわかった。また、インク開放放置性能が良好のため、インクの経時的な劣化が防止されることがわかり、インクジェットのノズル口でのインクの詰まりや、インクジェットのノズル面の汚れを防止することができる。

これに対し、比較例１及び７は、ポリグリセリンではなくグリセリンが含有されるものであり、用紙変形、特に印字直後の用紙変形が良好ではなかった。また、比較例２〜６は、ポリグリセリンが含有されないで、エーテル系の溶剤が含有されるものであり、用紙変形は良好であるが、印字画質及びインク開放放置性能が良好ではなかった。また、比較例８は、ポリグリセリンが含有されるが、１，３−ＰＯＤ等が含有されないものであり、インク開放放置性能が良好ではなかった。

Claims (3)

1. 平均重合度が４以上のポリグリセリンを１５質量％以上４０質量％以下含有し、１，３−プロパンジオール及びジエチレングリコールモノエチルエーテルのうち少なくとも１種を５質量％以上２０質量％以下含有し、及び水を４０質量％以上６０質量％以下含有する、インクジェット用水性インク。
2. 自己分散性顔料を３質量％以上１５質量％以下さらに含有する、請求項１に記載のインクジェット用水性インク。
3. ラインヘッド方式のインクジェット印刷に使用されるものである、請求項１又は２に記載のインクジェット用水性インク。