WO2011048730A1 - 油性インクジェットインク - Google Patents

Abstract

【課題】油性インクジェットインクを、固形物の堆積を抑制することが可能なものとする。 【解決手段】少なくとも顔料、分散剤、有機溶剤からなる油性インクジェットインクにおいて、インクのカルシウム含有量を８ｐｐｍ以下であって、マグネシウム含有量を３ｐｐｍ以下とする。

Description

油性インクジェットインク

本発明は、油性インクジェットインク、詳細には固形物の堆積を抑制可能な油性インクジェットインクに関するものである。

インクジェット記録方式は、流動性の高いインクジェットインクを微細なヘッドノズルからインク粒子として噴射し、上記ノズルに対向して置かれた被印刷体に画像を記録するものであり、低騒音で高速印字が可能であることから、近年急速に普及している。このようなインクジェット記録方式に用いられるインクとして、非水溶性溶剤に顔料を微分散させたいわゆる油性インクジェットインクが種々提案されている。

例えば、本発明者らは特許文献１において、顔料をエステル溶剤、高級アルコール溶剤、炭化水素溶剤等の非極性溶剤に分散させたインクを提案している。このインクは機上安定性に優れるとともに、ＰＰＣ複写機やレーザープリンターで印刷された印刷面と重ね合わせた場合でも貼り付かない印字面を得ることができるという利点を有するものである。

しかし、一般に、油性インクジェットインクを長期間使用すると、インクジェットヘッドのノズル近傍に固形物が堆積し、正常なインク吐出が妨げられ、画像不良を発生することがあった。従来、このインクの目詰まりの原因は、ノズル内におけるインクの濃縮によるインクの増粘や顔料凝集の発生、あるいは、分散時に粗大粒子が多く発生したり、分散した顔料自体の安定性が悪いために経時変化を起こして凝集物が発生するもの等であると考えられていた（例えば、特許文献２）。

このような目詰まりは、インク滴の飛行曲がり、飛び散り等の吐出欠陥を誘発するため、望ましくない。このため、従来は、上記の原因に即して、溶剤や樹脂等の選択により粘度上昇を抑えたり、顔料の平均粒子径を制御することによって凝集粒子を分離除去したり、あるいは顔料に特定の分散剤を吸着させて顔料凝集を抑制したりする等の手段が検討されてきた。

特開２００７－１２６５６４号公報 特開２００４－２６６６号公報

しかし、発明者らが鋭意検討を重ねた結果、ノズル近傍の凝集した固形物の主な原因は、油性インクであるにもかかわらず実は水溶性の金属塩によるものであり、インク原材料（顔料、樹脂、溶剤その他の添加剤）に微量に含まれる水に溶解している成分が水分の蒸発によって、インクと接する部材、すなわちノズル近傍に固形物として堆積していくことが原因であることがわかった。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、インクジェットヘッドのノズル近傍に固形物が堆積することを抑制することが可能な油性インクジェットインクを提供することを目的とするものである。

本発明の油性インクジェットインクは、少なくとも顔料、分散剤、有機溶剤からなる油性インクジェットインクにおいて、該インク中のカルシウム含有量が８ｐｐｍ以下であって、マグネシウム含有量が３ｐｐｍ以下であることを特徴とするものである。
前記顔料は銅フタロシアニンであることが好ましい。

上述のように、従来の油性インクにおいては、ノズルの目詰まりを解決するために、インク調整段階でインクの増粘を抑制できる処方としたり、顔料の凝集を抑制するために分散手法を工夫したり、あるいは特別な顔料分散剤を使用したりといった、ノズル近傍の凝集固形物の本質に照らしたアプローチではなかったために、インク調整後の経時変化によって新たな凝集が起こり、顔料の凝集が抑制されているはずのインクであるにもかかわらず、ノズルからの吐出安定性が十分満足ができるレベルに至らない場合があった。

しかし、本発明の油性インクジェットインクは、インク中のカルシウム含有量が８ｐｐｍ以下であって、マグネシウム含有量が３ｐｐｍ以下であり、金属塩の原因となるカルシウム含有量およびマグネシウム含有量が低減されているので、インクジェットヘッドのノズル近傍に固形物が堆積することを抑制することが可能である。また、カルシウム含有量およびマグネシウム含有量が低減された油性インクジェットインクは、経時変化によってカルシウム含有量およびマグネシウム含有量が増加するといったものではないため、長期に亘って効果的にノズル近傍の固形物の堆積抑制することが可能である。

以下、本発明の油性インクジェットインクを詳細に説明する。本発明の油性インクジェットインク（以下、単にインクという）は、インク中のカルシウム含有量が８ｐｐｍ以下であって、マグネシウム含有量が３ｐｐｍ以下であることを特徴とし、より好ましくはインク中のカルシウム含有量が７ｐｐｍ以下であって、マグネシウム含有量が１．４ｐｐｍ以下であることが好ましい。カルシウムおよびマグネシウム（以下、これらをまとめて多価金属ともいう）は、インクを構成する成分のうち特に顔料に多く含まれる。これは顔料の合成・製造工程において工業用水を使用していることが多いため、工業用水に多く含まれる多価金属が顔料中に残存するためである。また、インクを構成する他の成分である一般的な高分子分散剤や有機溶剤にもほぼ全て多価金属は検出される。従って、特別に金属低減処理をしない場合のインクのカルシウム含有量は通常８ｐｐｍよりも多く、マグネシウム含有量は通常３ｐｐｍよりも多くなる。

インク中の多価金属の含有量を低減させる方法は種々あるが、例えば、顔料などのインク原材料をイオン交換水で洗浄する方法や、インクから多価金属を除去することが可能な物質に調整後のインクを接触させる方法等が好適に挙げられる。前者の方法としては、顔料をイオン交換水で洗浄することがあげられる。詳細には、インクの処方にもよるが、顔料のカルシウム含有量を１５０ｐｐｍ以下、より好ましくは１００ｐｐｍ以下、マグネシウムの含有量を５０ｐｐｍ以下、より好ましくは３０ｐｐｍ以下とすることによって、本発明のインクを調整することができる。また、顔料の分散性を向上させるために、分散助剤として顔料誘導体（シナジスト）を使用することがあるが、このシナジストをイオン交換水で洗浄することも効果的であり、シナジストのカルシウム含有量を１００ｐｐｍ以下、より好ましくは７０ｐｐｍ以下、マグネシウムの含有量を３０ｐｐｍ以下より好ましくは２０ｐｐｍ以下とすることにより、本発明のインクを調整することができる。

また、後者の方法としては、調整後のインクをイオン交換樹脂と接触させる方法が挙げられる。イオン交換樹脂としては従来公知の陽イオン、もしくは両イオンイオン交換樹脂の中から適宜選択して用いることができる。例えば、オルガノ株式会社製のアンバーライトＩＲ１２０ＢＮａ、ＩＲ１２４Ｎａ、２００ＣＴＮａ、２５２Ｎａ、アンバージェット１０２０Ｈ、１０２４Ｈ、東亞合成株式会社製のＩＸＥ－１００、３００、５００、５３０、５５０、６３３、６１０７、６１３６等が挙げられる。この中でも、処理効率やハンドリングの観点からは、粉末形態であるＩＸＥ－６１０７、６１３６がより好ましい。調整後のインクをイオン交換樹脂と接触させるこの方法は、原材料の多価金属低減処理を個別に実施する必要がないため、個別の実施に比べて工程数を軽減することが可能である上、顔料等の原材料のロットによる多価金属含有量にバラツキがある場合にも、安定して多価金属の含有量が低減したインクを得ることが可能となる。

上記の顔料や顔料誘導体等のインク原材料のカルシウムおよびマグネシウムの含有量や、調整後のインクのカルシウムおよびマグネシウムの含有量は、顔料や顔料誘導体等のインク原材料あるいは調整後のインクを、灰化したのち硝酸に溶解させ、この溶液をＩＣＰ発光分析により測定することにより求めることができる。

なお、インク中の多価金属の含有量を間接的に測定することも可能であり、水性インク中の多価金属の濃度を評価する方法として用いられている遠心分離法やイオンクロマトグラフィー法、キャピラリー電気泳動法を利用することができる。中でも、測定精度が高い点、サンプル消費量が少ない点からキャピラリー電気泳動法が好ましいが、この方法は電離度が非常に小さい油性インクにはそのまま適用して測定することはできない。検討した結果、油性インクに水を混合して水のみを抽出し、抽出した水（インク水抽出液）をキャピラリー電気泳動法で測定することにより多価金属含有量を簡便に測定できることがわかった。

この測定方法はインク中の全ての多価金属が抽出液に移行するものではないため、インクの多価金属含有量よりも低く定量されるが、一般に、ＩＣＰ発光分析では油性インクを灰化させ、この灰分を硝酸に溶解させたのち測定を行うため、測定サンプルの調製に時間がかかる。一方で、キャピラリー電気泳動法は油性インクに水を混合して水のみを抽出すれば測定サンプルを容易に調整できるため、製造ラインで検査するには非常に簡便であるという利点がある。

本発明で使用される有機溶剤は特に限定されず、例えば、炭化水素溶剤、エステル溶剤、アルコール溶剤、高級脂肪酸溶剤等の非水溶性有機溶剤を使用することができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。２種以上を混合して使用する場合には、混合液は単一の連続する相を形成する必要がある。

炭化水素溶剤としては、脂肪族炭化水素溶剤、脂環式炭化水素系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤等が挙げられる。脂肪族炭化水素溶剤及び脂環式炭化水素系溶剤としては、新日本石油社製「テクリーンＮ－１６、テクリーンＮ－２０、テクリーンＮ－２２、０号ソルベントＬ、０号ソルベントＭ、０号ソルベントＨ、ＡＦ－４、ＡＦ－５、ＡＦ－６、ＡＦ－７」（いずれも商品名）、新日本石油化学社製「日石アイソゾール、ナフテゾール」（いずれも商品名）、エクソンモービル社製「ＩｓｏｐａｒＧ、ＩｓｏｐａｒＨ、ＩｓｏｐａｒＬ、ＩｓｏｐａｒＭ、ＥｘｘｏｌＤ４０、ＥｘｘｏｌＤ８０、ＥｘｘｏｌＤ１００、ＥｘｘｏｌＤ１４０、ＥｘｘｏｌＤ１４０」（いずれも商品名）等が挙げられる。

エステル溶剤としては、ラウリル酸メチル、ラウリル酸イソプロピル、ミリスチン酸イソプロピル、パルミチン酸イソプロピル、パルミチン酸イソオクチル、パルミチン酸イソステアリル、オレイン酸メチル、オレイン酸エチル、オレイン酸イソプロピル、オレイン酸ブチル、リノール酸メチル、リノール酸イソブチル、リノール酸エチル、イソステアリン酸イソプロピル、大豆油メチル、大豆油イソブチル、トール油メチル、トール油イソブチル、アジピン酸ジイソプロピル、セバシン酸ジイソプロピル、セバシン酸ジエチル、モノカプリン酸プロピレングリコール、トリ２エチルヘキサン酸トリメチロールプロパン、トリ２エチルヘキサン酸グリセリル等が挙げられる。

アルコール溶剤としては、イソミリスチルアルコール、イソパルミチルアルコール、イソステアリルアルコール、オレイルアルコール等が挙げられる。
高級脂肪酸溶剤としては、イソノナン酸、イソミリスチン酸、イソパルミチン酸、オレイン酸、イソステアリン酸等が挙げられる。
本発明で使用される有機溶剤の添加量は、インク全量の６０質量％以上、より好ましくは、７０～９８質量％であることが望ましい。

なお、本発明の油性インクジェットインクは、上記非水溶性有機溶剤以外に、これと相溶して単一の連続する液相を形成可能な範囲で水溶性有機溶剤を添加することもできる。この水溶性有機溶剤としては特に限定されず、低級アルコール等の従来公知のものを使用できる。この場合においても調整後のインクをイオン交換樹脂と接触させることにより、本発明の油性インクジェットインクが得られ、インクジェットヘッドのノズル近傍に固形物が堆積することを抑制することが可能である。

本発明で使用される顔料としては特に限定されず、従来公知の無機顔料および有機顔料を使用することができる。例えば、無機顔料としては、酸化チタン、ベンガラ、コバルトブルー、群青、紺青、カーボンブラック、炭酸カルシウム、カオリン、クレー、硫酸バリウム、タルク、シリカ等が挙げられる。有機顔料としては、不溶性アゾ顔料、アゾレーキ顔料、縮合アゾ顔料、縮合多環顔料、銅フタロシアニン顔料等が挙げられる。これらの顔料は、単独で用いてもよいし、適宜組み合わせて使用することも可能である。顔料の添加量は、インク全量に対して０．５～２０質量％が好ましい。

顔料分散剤としては、使用する着色剤を溶剤中に安定に分散させるものであれば特に制限されることなく使用することができる。例えば、日本ルーブリゾール社製「ソルスパース５０００（銅フタロシアニン誘導体）、１１２００、１３９４０（ポリエステルアミン系）、１７０００、１８０００（脂肪族アミン系）、２２０００、２４０００、２８０００」（いずれも商品名）；Ｅｆｋａ
ＣＨＥＭＩＣＡＬＳ社製「エフカ４００、４０１、４０２、４０３、４５０、４５１、４５３（変性ポリアクリレート）、４６、４７、４８、４９、４０１０、４０５０、４０５５（変性ポリウレタン）」（いずれも商品名）；花王社製「デモールＰ、ＥＰ」、「ポイズ５２０、５２１、５３０」、「ホモゲノールＬ－１８（ポリカルボン酸型高分子界面活性剤）」（いずれも商品名）；楠本化成社製「ディスパロンＫＳ－８６０、ＫＳ－８７３Ｎ４（高分子ポリエステルのアミン塩）」（いずれも商品名）；第一工業製薬社製「ディスコール２０２、２０６、ＯＡ－２０２、ＯＡ－６００（多鎖型高分子非イオン系）」（いずれも商品名）等が挙げられる。
以下に本発明の油性インクジェットインクの実施例を示す。

（銅フタロシアニン（洗浄品）およびジスアゾイエロー（洗浄品）の準備）
銅フタロシアニン（Ｃｙａｍｉｎｅ　Ｂｕｌｅ　ＫＲＧ：山陽色素）およびジスアゾイエロー（ｓｅｉｋａｆａｓｔ　Ｙｅｌｌｏｗ　２２００：大日精化）を、それぞれイオン交換水に１０質量％になるよう混合し、１時間攪拌・分散させたのち、この分散液をろ過した。これを３回繰り返したのち、乾燥させて銅フタロシアニン（ＫＲＧ）およびジスアゾイエローの洗浄品を得た。

（銅フタロシアニン誘導体（洗浄品）の準備）
銅フタロシアニン誘導体（ソルスパース５０００：日本ルーブリゾール）をイオン交換水に１０質量％になるよう混合し、１時間攪拌・分散させたのち、この分散液をろ過した。これを３回繰り返したのち、乾燥させて銅フタロシアニン誘導体（ソルスパース５０００）の洗浄品を得た。

（顔料、分散剤中のＣａ濃度及びＭｇ濃度の測定）
上記で準備した銅フタロシアニン（洗浄処理前と洗浄処理後）、ジスアゾイエロー（洗浄処理前と洗浄処理後）、洗浄処理前の銅フタロシアニン（Ｃｙａｍｉｎｅ　Ｂｕｌｅ　４９４０：大日精化）及び、銅フタロシアニン誘導体（洗浄処理前と洗浄処理後）を、それぞれバーナーで加熱炭化した後、電気炉で加熱灰化した。灰化物を硝酸で加熱分解し、希硝酸で溶解して定容とした。この溶液について、ＩＣＰ発光分光分析法でカルシウム濃度およびマグネシウム濃度を測定した。測定結果を表１に示す。

上記表１から明らかなように、イオン交換水により洗浄したものはカルシウムおよびマグネシウムともに含有量が低減化されていることがわかる。これらを用いて以下のようにインキの調整を行った。

（インキの調製）
実施例１～６および比較例１～３については、下記表１に示す配合（表１に示す数値は質量部である）で原材料をプレミックスした後、ビーズミルにて約１０分間分散させてインクを調製した。また、実施例５は、表１に示す配合でプレミックスした後、ビーズミルにて約１０分間分散させた後、このインク１０ｋｇを、無機イオン交換樹脂（東亞合成株式会社製　ＩＸＥ－６１０７）を充填したカラムで１２時間循環させて調整した。調整後のインクについて以下の項目をそれぞれ測定、評価した。

（インク中のＣａ濃度及びＭｇ濃度の測定－ＩＣＰ発光分光分析法）
調製後の上記各インクを、それぞれバーナーで加熱炭化した後、電気炉で加熱灰化した。灰化物を硝酸で加熱分解し、希硝酸で溶解して定容とした。この溶液について、ＩＣＰ発光分光分析法でカルシウム濃度およびマグネシウム濃度を測定した。

（吐出不良発生率）
調製後の上記各インクを、インクジェットプリンタ「オルフィスＸ９０５０」（商品名：理想科学工業社製）に導入し、約１０時間／週の頻度でベタ画像を６ヶ月間印刷した。６ヶ月後のベタ画像を確認し、ドットの着弾位置のズレが発生したノズルの個数を計測し、全ノズル（１００）に対するズレが生じたノズル数を計測し、次のように評価した。インクの処方とともに結果を表２に示す。
◎：５％未満
○：５％以上２０％未満
△：２０％以上５０％未満
×：５０％以上

表２に示すように、本発明のインクは、インクのカルシウム含有量が８ｐｐｍ以下であって、マグネシウム含有量が３ｐｐｍ以下と、多価金属含有量が低減されているので、ノズルの吐出不良発生が低かった。なお、実施例１～５、比較例１および２では顔料の一例として銅フタロシアニンにおいて多価金属含有量が低減されたものとされていないものとを、実施例６および比較例３ではジスアゾイエローにおいて多価金属含有量が低減されたものとされていないものとを示しているが、他の顔料や分散剤等においても合成・製造工程において工業用水を使用しており、工業用水に多く含まれる多価金属が顔料等中に残存する。このことから、他の顔料等を使用する場合においても、多価金属含有量を低減すれば、同様の結果を得ることができると推測される。

Claims (2)

1. 　少なくとも顔料、分散剤、有機溶剤からなる油性インクジェットインクにおいて、該インク中のカルシウム含有量が８ｐｐｍ以下であって、マグネシウム含有量が３ｐｐｍ以下であることを特徴とする油性インクジェットインク。
2. 　前記顔料が銅フタロシアニンであることを特徴とする請求項１記載の油性インクジェットインク。