(57)【要約】【課題】カーボンブラックを顔料とし、分散安定性が良好で画像濃度が高い顔料インク、該インクを収容したインクカートリッジ、該カートリッジを搭載したインクジェット記録装置、該記録装置を用いて印字する画像形成方法及び画像形成物の提供。【解決手段】少なくともカーボンブラック、分散剤、ウレタン樹脂エマルジョン、及び水を含むインクであって、該インク中の硫酸イオン濃度が２０〜２００ｐｐｍ、硝酸イオン濃度が０．４〜４ｐｐｍの範囲にあることを特徴とする顔料インク。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともカーボンブラック、分散剤、ウレタン樹脂エマルジョン、及び水を含むインクであって、該インク中の硫酸イオン濃度が２０〜２００ｐｐｍ、硝酸イオン濃度が０．４〜４ｐｐｍの範囲にあることを特徴とする顔料インク。
【請求項２】
請求項１に記載の顔料インクを収容したことを特徴とするインクカートリッジ。
【請求項３】
請求項２に記載のインクカートリッジを搭載したことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項４】
請求項３に記載のインクジェット記録装置を用いて印字することを特徴とする画像形成方法。
【請求項５】
請求項４に記載の画像形成方法により印字されたことを特徴とする画像形成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顔料インク、このインクを収容したインクカートリッジ、該カートリッジを搭載したインクジェット記録装置、該記録装置を用いた画像形成方法及び画像形成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンター用顔料インクにとって、粘度変化や多量の凝集異物の発生は致命的である。これらは、ヘッドにおける特性の変化や吐出ノズルの目詰まりを起こすため、適正な印字が不可能となってしまうからである。
ノズルの目詰まりや色域を改善するには顔料の平均粒子径を小さくする必要があるが、現在多く用いられている界面活性剤を用いたインクのいずれにおいても顔料の平均粒子径が大きく、吐出安定性や液安定性に劣る。
特に顔料がカーボンブラックの場合、分散剤としての界面活性剤は、カーボンブラック表面に結合する量よりも多く添加しないと分散効果が得られない。その結果、ノズルのインクが乾燥したときに過剰の分散剤が固形物となり目詰まりの原因となる。更に分散剤の添加に伴いインクの粘度が上昇し、インクの吐出安定性を阻害するという問題も生ずる。
このような問題点を改善するため、カーボンブラック水性分散液を得た後に、硫酸イオン、ハロゲンイオン及び硝酸イオンをイオン交換樹脂で除去し、アルカリを添加してｐＨを中性にすることが提案されている（特許文献１）。しかし、この従来のカーボンブラック水性分散液では、硫酸イオンの含有量を２５ｐｐｍ以下とする必要があり、このように硫酸イオン含有量が少なすぎると、分散安定性は良好であるものの、画像濃度向上に難がある。なお、顔料分散体を４０．０部含む本発明の実施例に当てはめると、上記カーボンブラック水性分散液を用いたインク中の硫酸イオン濃度は、２５×０．４＝１０ｐｐｍ以下となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、カーボンブラックを顔料とし、分散安定性が良好で画像濃度が高い顔料インク、該インクを収容したインクカートリッジ、該カートリッジを搭載したインクジェット記録装置、該記録装置を用いて印字する画像形成方法及び画像形成物の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題は、次の１）〜５）の発明によって解決される。
１）  少なくともカーボンブラック、分散剤、ウレタン樹脂エマルジョン、及び水を含むインクであって、該インク中の硫酸イオン濃度が２０〜２００ｐｐｍ、硝酸イオン濃度が０．４〜４ｐｐｍの範囲にあることを特徴とする顔料インク。
２）  １）に記載の顔料インクを収容したことを特徴とするインクカートリッジ。
３）  ２）に記載のインクカートリッジを搭載したことを特徴とするインクジェット記録装置。
４）  ３）に記載のインクジェット記録装置を用いて印字することを特徴とする画像形成方法。
５）  ４）に記載の画像形成方法により印字されたことを特徴とする画像形成物。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、カーボンブラックを顔料とし、分散安定性が良好で、画像濃度が高い顔料インク、該インクを収容したインクカートリッジ、該カートリッジを搭載したインクジェット記録装置、該記録装置を用いて印字する画像形成方法及び画像形成物を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】カーボンブラック粒子同士がフリーのイオンを介して凝集した状態のイメージ図。
【図２】カーボンブラック粒子が理想的に分散している状態のイメージ図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、上記本発明について詳しく説明する。
本発明の顔料インクは、カーボンブラックを顔料とし、更に分散剤、ウレタン樹脂及び水を含むものであり、硫酸イオン濃度及び硝酸イオン濃度が一定の範囲内にあるものである。すなわち、本発明の顔料インクは、ウレタン樹脂エマルジョンを添加することで、顔料粒子同士が凝集せずに、顔料粒子の周りに該樹脂エマルジョンが保護コロイドとして存在し、従来、界面活性剤型分散体では無かった立体障害の反発力が存在し、分散安定性が向上したものである。そして、ウレタン樹脂エマルジョンが保護コロイドを形成するのに、硫酸イオン濃度や硝酸イオン濃度が密接に関係している。具体的には、インク中の硫酸イオン濃度が２０〜２００ｐｐｍ、好ましくは２０〜１００ｐｐｍ、硝酸イオン濃度が０．４〜４ｐｐｍ、好ましくは０．４〜２ｐｐｍの範囲にある。
【０００８】
硫酸イオン濃度が２００ｐｐｍよりも多いと分散安定性を損ない、２０ｐｐｍよりも小さいと画像濃度が低下する。また硝酸イオン濃度が４ｐｐｍよりも多いと分散安定性を損ない、０．４ｐｐｍよりも小さいと画像濃度が低下する。イオン量が多いとカーボンブラックとの橋掛け状態となり、カーボンブラックが凝集しやすくなって分散安定性を損ねるし、イオン量が少ないと紙との反応が弱まって画像濃度が低下すると考えられる。ここで橋掛け状態とは、イオンが過剰にある場合に、フリーのイオンを介してカーボンブラック粒子同士が手を結んでしまう状態をいう（図１参照）。なお、図２は、カーボンブラック粒子が理想的に分散している状態のイメージ図である。
カーボンブラックや分散剤が残存イオンを多く含んでいる場合には、脱塩、中和処理を行うことになるが、簡便なのは陰イオン交換樹脂を用いる方法である。例えば、顔料分散体と陰イオン交換樹脂を混合攪拌した後、遠心分離処理及び濾過を行えばよい。イオン量を少なくするには攪拌時間を増やしたり遠心分離処理を強くしたりし、逆にイオン量を多くするには攪拌時間を減らしたり遠心分離処理を弱くしたりすればよい。このような処理により、顔料分散体中の不要な陰イオンを除去できる。
【０００９】
カーボンブラックとしては、ＤＢＰ吸油量が３００〜７５０ｇ／１００ｇのものが好ましく、３５０〜７００ｇ／１００ｇのものがより好ましい。カーボンブラックは高ストラクチャー顔料原末を用いた方が高ＯＤ値の印刷物を得ることができるので、上記範囲が好ましい。
また、カーボンブラックの揮発分は０．５〜１２．０％の範囲が好ましく、より好ましくは１．０〜１０．０％の範囲である。このようなカーボンブラックを用いてインクジェット用記録インクを調製し、印字物を作成すると、染料インクを用いた場合に比べて同等以上の高い印字濃度が得られる。揮発分が０．５％以上であるとインクジェット記録物の印字濃度が高くなる理由は定かでないが、このようなカーボンブラックでは表面酸性基が多く存在するため、顔料粒子自体のインク溶媒への親和性が上がり、そのために微分散が可能になり、その結果、印字濃度が上がると推測される。一方、揮発分が１２．０％を越えるカーボンブラックを用いてインクを作成し、インクジェット記録装置で吐出させると印字不良発生率が高くなり易い。これは、揮発分があまり多いと、ヘッド上での堆積物の原因となるためであると考えられる。
【００１０】
なお、上記カーボンブラックの揮発分とは、以下の測定方法によって得られる値を意味する。即ち、カーボンブラックの乾燥試料を白金るつぼ又はそれと同形、同容量の落とし蓋付き磁器るつぼに、蓋下２ｍｍを超えない程度まで打振して詰め、その質量を量る。
これに蓋をして電気炉に入れ、９５０±２５℃で正確に７分間加熱した後、取り出し、デジケーター中で室温になるまで放冷して加熱後の質量を量り、次の式によって揮発分を算出する。
〔数１〕
Ｖ＝〔（ＷＤ−ＷＲ）／ＷＤ〕×１００
上記式中、
Ｖ：揮発分（％）、ＷＤ：乾燥試料の質量（ｇ）、ＷＲ：加熱後の試料の質量（ｇ）
【００１１】
また、カーボンブラックのＢＥＴ法による比表面積は１００〜４００ｍ２／ｇ、平均一次粒子径は１０．０〜３０．０ｎｍの範囲が好ましい。より好ましくはＢＥＴ比表面積が１５０〜３００ｍ２／ｇ、平均一次粒子径が１５．０〜２５．０ｎｍである。
平均一次粒子径は電子顕微鏡写真を用いて粒子を撮影し、撮影画像の粒子の径と数から算出する。また、ＢＥＴ比表面積は、窒素吸着によるＢＥＴ法によって測定する。ＢＥＴ比表面積が１００ｍ２／ｇ未満の場合や、平均一次粒子径が３０．０ｎｍを超える場合には、分散剤が少なくても分散可能であるが、低ストラクチャーのため、画像濃度が低い傾向になる。逆に比表面積が４００ｍ２／ｇを超える場合や、平均一次粒子径が１０．０ｎｍ未満の場合には、高ストラクチャーのため、画像濃度は出やすいが、分散剤が多く必要となる。
【００１２】
カーボンブラックの表面の化学的特性についてはｐＨで表すのが一般的である。カーボンブラックの表面には、カルボキシル基、フェノール基、キノン基などの酸素含有官能基が存在する。酸素含有量の高いカーボンブラックほどｐＨ値が低く、揮発分含有量が多くなる。ｐＨは２０質量％のカーボンブラックの水溶性懸濁液又は泥状物を調整し、ＪＩＳ  Ｚ８８２０の方法で測定することができる。印字濃度の点からはｐＨが低い方が比較的良好な傾向がある。
特に本発明で用いるカーボンブラックは、分散安定性、画像濃度の面からガスブラック及びチャンネルブラックでの製法のものを使用することが好ましい。
【００１３】
本発明で用いる顔料分散体における分散剤としては、各種界面活性剤が挙げられ、カーボンブラック種別に応じて適宜選択できる。
例えばアニオン系界面活性剤としては、アルキルスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸ナトリウムホルマリン縮合物、アルカン又はオレフィンスルホン酸塩、アルキル硫酸エステル、ポリオキシエチレンアルキル又はアルキルアリールエーテル硫酸エステル塩、アルキルリン酸塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩、エーテルカルボキシレート、アルキルスルホコハク酸塩、α−スルホ脂肪酸エステル、及び脂肪酸塩よりなる群から選ばれる界面活性剤や、高級脂肪酸とアミノ酸の縮合物、ナフテン酸塩等が挙げられる。
これらの中でも、カーボンブラックとの分散性の相性、界面活性剤の起泡性の面から、ナフタレンスルホン酸ナトリウムホルマリン縮合物等の芳香族スルホン酸塩が好ましい。
【００１４】
芳香族スルホン酸塩は芳香族化合物にスルホン酸を導入し、塩基性化合物で中和したものであり、ベンゼンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、アルキルナフタレンスルホン酸等をブチルアミン、トリエチルアミン等のアルキルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン等のアルカノールアミン、モルホリン、アンモニア水、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム、アミノメチルプロパンジオール、アミノエチルプロパンジオール、コリン等で中和したものを挙げることができる。また塩基性化合物としてトリスヒドロキシルメチルアミノメタン、グッドバファー等の緩衝剤を用いてもよい。また芳香族スルホン酸塩をホルマリン等で縮合させた物質も使用できる。ナフタレンスルホン酸ナトリウムホルマリン縮合物は、ナフタレンスルホン酸ナトリウムとホルムアルデヒドとの縮合物であり、上記縮合物の繰り返しからなるものであれば特に限定されないが、ナフタレンスルホン酸の２量体、３量体、４量体の合計含有率がナフタレンスルホン酸ナトリウムホルマリン縮合物全体に対して２０質量％以上であると分散性が良く、８０質量％以下であると粘度が高くなりすぎず分散しやすくなるため、好ましい。
【００１５】
ノニオン系界面活性剤としては、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンミリスチルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン−α−ナフチルエーテル、ポリオキシエチレン−β−ナフチルエーテル、ポリオキシエチレンモノスチリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンジスチリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルナフチルエーテル、ポリオキシエチレンモノスチリルナフチルエーテル、ポリオキシエチレンジスチリルナフチルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロック共重合体等が挙げられる。
これらの中でも、カーボンブラックとの分散性の相性、界面活性剤の起泡性、一方の分散剤に対しての補助的な効果の面から、ポリオキシエチレンモノスチリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンジスチリルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンポリスチリルフェニルエーテルが好ましい。
【００１６】
分散剤として高分子界面活性剤も用いることができ、例えば、スチレン−アクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−マレイン酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−メタクリル酸−アクリル酸アルキルエステル共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−マレイン酸ハーフエステル共重合体、ビニルナフタレン−アクリル酸共重合体、ポリアクリル酸、ポリカルボン酸、ビニルナフタレン−マレイン酸共重合体等が挙げられる。これらの中でも、カーボンブラックとの分散性の相性、インク材料との耐溶剤性の面から、ポリアクリル酸、ポリカルボン酸、スチレン−アクリル酸共重合体が好ましい。
【００１７】
本発明で用いる顔料分散体は、分散剤が質量基準でカーボンブラック１に対し０．０１〜２の割合で含まれることが好ましく、より好ましくは、０．０５〜０．５である。分散剤の割合が０．０１未満では分散剤の効果が達成されにくいことのほか、顔料分散体及びインクの保存安定性が劣り、その結果、ノズルの目詰まりが発生しやすい傾向があり、２より大きいと顔料分散体及びインクの粘度が高すぎてインクジェット方式での印字が困難になる傾向がある。
本発明で用いる顔料分散体中のカーボンブラックの平均粒子径（Ｄ５０）は、１００〜２００ｎｍが好ましく、より好ましくは１００〜１５０ｎｍである。カーボンブラックの平均粒子径（Ｄ５０）が１００ｎｍより小さいと、普通紙内部への顔料の浸透が光学濃度の向上を阻害して高光学濃度の印刷物が得られず、２００ｎｍを超えると吐出性が劣る。
上記平均粒子径（Ｄ５０）は常法により測定でき、例えば日機装社製の粒度分析計ＵＰＡ１５０を用いて測定することができる。平均粒子径（Ｄ５０）は、分散機を用いて顔料を分散する際、分散機回転部周速、分散時間、分散液流量、分散液温度によって制御することが可能である。
【００１８】
次に、顔料分散体で使用するウレタン樹脂について説明する。ここでいうウレタン樹脂とは、主鎖がウレタン結合の連なるポリウレタン骨格を主体として構成される高分子化合物を指す。本発明ではウレタン樹脂の中でも特に、水分散性のウレタン樹脂を用いる。
このような水分散性のウレタン樹脂は、ポリウレタン骨格の主鎖中に、水に安定に分散させるために必要な親水成分を導入したり、あるいは外部乳化剤で分散することにより得られるポリウレタンの水分散体が一般的であるが、主鎖中に親水成分を導入した自己分散タイプ（自己乳化型）のものがより好ましい。
ウレタン樹脂としては、ジイソシアネート化合物と、ポリエーテルジオール類、ポリエステルジオール類、ポリカーボネートジオール類などのジオール化合物と、カルボン酸基、スルホン酸基などの酸基含有ジオールとを反応して得られる水分散性の各種のウレタン樹脂（エステル系ウレタン樹脂、エーテル系ウレタン樹脂、カーボネート系ウレタン樹脂など）が好適である。これらの中でも、特にアニオン性自己乳化型エーテル系ウレタン樹脂が好ましい。
【００１９】
上記ジイソシアネート化合物としては、ヘキサメチレンジイソシアネート、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート化合物、イソホロンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート、１，４−シクロヘキサンジイソシアネート、４，４′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネート化合物、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシレンジイソシアネート等の芳香脂肪族ジイソシアネート化合物、トルイレンジイソシアネート、フェニルメタンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート化合物、これらジイソシアネートの変性物（カルボジイミド、ウレトジオン、ウレトイミン含有変成物など）等が挙げられる。
上記ジオール化合物としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリヘキサメチレンエーテルグリコール等のポリエーテルジオール、ポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペート、ポリネオペンチルアジペート、ポリ−３−メチルペンチルアジペート、ポリエチレン／ブチレンアジペート、ポリネオペンチル／ヘキシルアジペート等のポリエステルジオール、ポリカプロラクトンジオール等のポリラクトンジオール、ポリカーボネートジオールが挙げられる。
インクの保存安定性の観点からはポリエーテル系、ポリエステル系、ポリカーボネート系のジオール化合物が好ましく、より好ましくはポリエーテル系又はポリカーボネート系であり、特に好ましいのはポリエーテル系である。ポリエーテル系、ポリカーボネート系は水中で加水分解による変質を起こしにくいため、保存安定性が良好になる。
【００２０】
上記の酸基含有ジオールとしては、ジメチロール酢酸、ジメチロールブタン酸、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロール酪酸などが挙げられる。特にジメチロールブタン酸が好ましい。
ウレタン系樹脂の合成方法は、プレポリマー法、溶液法、ホットメルト法など色々あるが、特に限定されるものではない。
プレポリマー法によって合成する際に、低分子量のポリヒドロキシ化合物を使用してもよく、その例としては、前記ポリエステルジオールの原料として挙げたグリコール及びアルキレンオキシド低モル付加物、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン等の３価アルコール、そのアルキレンオキシド低モル付加物などが挙げられる。
ウレタン樹脂は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属塩、アンモニア、ジメチルアミン、（モノ、ジ、トリ）エタノールアミン等の有機アミン塩などの形で使用できる。これらの塩は合成により得られたウレタン樹脂を中和することにより得ることができる。
中和に用いる塩基としては、所望の塩のカウンターイオン等に応じて適宜選択することができ、例えば、ブチルアミン、トリエチルアミン等のアルキルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン、モルホリン、アンモニア、水酸化ナトリウム等の無機塩基が挙げられる。
【００２１】
本発明の顔料インクは湿潤剤を含むことが好ましく、特に沸点が１８０℃以上の湿潤剤が好ましい。湿潤剤が含まれていると、インクの保水と湿潤性を確保することができ、その結果、インクを長期間保存しても顔料の凝集や粘度の上昇がなく、優れた保存安定性を実現できる。また、インクジェットプリンターのノズル先端等で開放状態に放置されても、乾燥物の流動性を長時間維持するインクジェット記録用インクが実現できる。更に印字中又は印字中断後の再起動時にノズルの目詰まりが発生することもなく、高い吐出安定性が得られる。
【００２２】
湿潤剤の具体例としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、１，３−ブチルグリコール、３−メチル−１，３−ブチルグリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、１，５−ぺンタンジオール、１，６−へキナンジオール、グリセリン、１，２，６−へキサントリオール、２−エチル−１，３−ヘキサンジオール、エチル−１，２，４−ブタントリオール、１，２，３−ブタントリオール、ぺトリオール等の多価アルコール類；エチレングリコールモノエチルエーテル、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メチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の多価アルコールアルキルエーテル類；エチレングリコールモノフェニルエーテル、エチレングリコールモノべンジルエーテル等の多価アルコールアリールエーテル類；２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ−ヒドロキシエチル−２−ピロリドン、１，３−ジメチルイミダゾリジノン、ε−カプロラクタム、γ−ブチロラクトン等の含窒素複素環化合物；ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド類；モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン等のアミン類；ジメチルスルホキシド、スルホラン、チオジエタノール等の含硫黄化合物類；プロピレンカーボネート、炭酸エチレン等である。これらの湿潤剤は単独で又は２種類以上混合して用いることができる。
これらの中でも、１，３−ブチルグリコール、３−メチル−１，３−ブチルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール及び／又はグリセリンを含むと、インクの乾燥による目詰まり、即ち水分蒸発による噴射特性不良の防止、及び本発明の形成画像の彩度を向上する上で優れた効果が得られる。
【００２３】
本発明の顔料インクに添加する界面活性剤しては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレングリコールエステル、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンデシルエーテル、アセチレン系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤やフッ素系界面活性剤等のノニオン系界面活性剤等が挙げられる。これらはインク特性に影響を及ぼさない範囲内で併用してもよい。
具体的には、ＢＴシリーズ（日光ケミカルズ）、ノニポールシリーズ（三洋化成）、Ｄ−，Ｐ−シリーズ（竹本油脂）、サーフィノールシリーズ（エアープロダクツ）、オルフィンシリーズ（日信化学）、ＥＭＡＬＥＸ  ＤＡＰＥシリーズ（日本エマルジョン）、シリコーン系界面活性剤（東レダウコーニング等）、フッ素系界面活性剤（ネオス，住友３Ｍ，Ｄｕｐｏｎｔ，ダイキン）等として入手できる。これらの中でも特に、フッ素系界面活性剤をインクに含有させることにより、顔料微粒子の安定性を阻害することなく、インクの紙への濡れ性を向上させることができ、発色性が高く、にじみの少ない画像が得られる。
【００２４】
前記フッ素系界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばパーフルオロアルキルスルホン酸塩、パーフルオロアルキルカルボン酸塩、パーフルオロアルキルリン酸エステル、パーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物、パーフルオロアルキルベタイン、パーフルオロアルキルアミンオキサイド化合物などが挙げられる。これらの中でも、下記一般式（１）、及び（２）で表される化合物が信頼性の観点からも特に好ましい。
【化１】
2010168480.tif 000002
式中、ｍは０〜１０の整数、ｎは０〜４０の整数を表す。
【化２】
2010168480.tif 000003
式中、Ｒｆはフッ素含有基（ＣＦ３、ＣＦ２ＣＦ３など）を表し、ｍは６〜２５の整数、ｎは１〜４の整数、ｐは１〜４の整数を表す。
【００２５】
前記フッ素系界面活性剤の市販品としては、例えばＳ−１４４、Ｓ−１４５（旭硝子社製）；ＦＣ−１７０Ｃ、ＦＣ−４３０、フロラード−ＦＣ４４３０（住友スリーエム社製）；ＦＳＯ、ＦＳＯ−１００、ＦＳＮ、ＦＳＮ−１００、ＦＳ−３００（Ｄｕｐｏｎｔ社製）；ＦＴ−２５０、２５１（ネオス社製）などが挙げられる。これらの中でも、Ｄｕｐｏｎｔ社製のＦＳＯ、ＦＳＯ−１００、ＦＳＮ、ＦＳＮ−１００、ＦＳ−３００が良好な印字品質、保存性を提供できるので好ましい。これらの界面活性剤は、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
前記フッ素系界面活性剤のインク中への添加量としては、０．１〜１０質量％が好ましく、０．１〜５質量％がより好ましい。添加量が０．１質量％未満では、浸透性の向上に顕著な効果がなく、１０質量％を超えると、高温下で保存した時に粘度上昇、凝集等が起こり、信頼性が悪化することがある。
【００２６】
本発明の顔料インクに添加することができる他の成分としては、特に制限はなく、必要に応じて適宜選択することができ、例えば、消泡剤、ｐＨ調整剤、防腐防黴剤、防錆剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、酸素吸収剤、光安定化剤などが挙げられる。
前記消泡剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばシリコーン系消泡剤、ポリエーテル系消泡剤、脂肪酸エステル系消泡剤などが挙げられる。これらは１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、破泡効果に優れる点でシリコーン系消泡剤が好ましい。
前記防腐防黴剤としては、例えば、１，２−ベンズイソチアゾリン−３−オン、デヒドロ酢酸ナトリウム、ソルビン酸ナトリウム、２−ピリジンチオール−１−オキサイドナトリウム、安息香酸ナトリウム、ペンタクロロフェノールナトリウム、などが挙げられる。
前記ｐＨ調整剤としては、調合されるインクに悪影響を及ぼさずにｐＨを７以上に調整できるものであれば特に制限はなく、目的に応じて任意の物質を使用することができる。その例としては、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアミン；水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属元素の水酸化物；水酸化アンモニウム、第４級アンモニウム水酸化物、第４級ホスホニウム水酸化物、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属の炭酸塩、などが挙げられる。
前記防錆剤としては、例えば、酸性亜硫酸塩、チオ硫酸ナトリウム、チオジグリコール酸アンモン、ジイソプロピルアンモニウムニトライト、四硝酸ペンタエリスリトール、ジシクロヘキシルアンモニウムニトライト、などが挙げられる。
前記酸化防止剤としては、例えば、フェノール系酸化防止剤（ヒンダードフェノール系酸化防止剤を含む）、アミン系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、などが挙げられる。
【００２７】
本発明の顔料インクの物性としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、粘度、表面張力、ｐＨが以下の範囲であることが好ましい。
粘度は、２５℃で、５〜２０ｍＰａ・ｓが好ましく、６〜１５ｍＰａ・ｓがより好ましい。粘度が２０ｍＰａ・ｓを超えると、吐出安定性の確保が困難になることがある。
表面張力は、２５℃で、２０〜４０ｍＮ／ｍが好ましい。表面張力が、２０ｍＮ／ｍ未満であると、記録媒体上での滲みが顕著になり、安定した噴射が得られないことがあり、４０ｍＮ／ｍを超えると、記録媒体へのインク浸透が十分に起らず、乾燥時間の長時間化を招くことがある。
ｐＨは、７〜１０が好ましい。
本発明の顔料インクは、作成後に、金属フィルター、メンブレンフィルター等を用いた減圧・加圧濾過や遠心分離機による遠心濾過を行い、粗大粒子、異物（ほこり・ごみ）等を除去することが好ましい。
【００２８】
本発明の顔料インクは容器に収容してインクカートリッジとして用いることができる。また、該インクカートリッジを搭載したインクジェット記録装置を用いて、インクを記録信号に応じてオリフィスから吐出させ、記録媒体に画像形成を行い、画像形成物を得ることができる。
これらインクカートリッジの形成、インクジェット記録装置の形成、画像形成方法は、例えば特開２０００−１９８９５８号公報に記載されたもの等、当技術分野における公知技術を適宜採用することができる。
なお、本発明の顔料インクを用いて印字する手段としては、連続噴射型あるいはオンデマンド型の記録ヘッドを有するインクジェット方式のプリンター（インクジェットプリンター）による印刷方式が挙げられる。また、オンデマンド型としては、例えば、ピエゾ方式、サーマルインクジェット方式、静電方式等が例示される。
【００２９】
本発明の顔料インクは、シリコーン樹脂などからなる撥インク層を有するノズル板に対しても離型性が良好である。これは、インクと撥インク層との間で緩衝効果があるためと考えられる。その結果、撥インク層を有するノズル板への固着を防止でき、吐出安定性を向上させることができる。
また、本発明の顔料インクは、紙などのインクに対して吸収性を有する記録媒体、インクに対して実質的に非吸収性の記録媒体のいずれにも適用可能である。
記録媒体の具体例としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリサルフォン、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル等を基材とするプラスチックシート、黄銅、鉄、アルミニウム、ＳＵＳ、銅等の金属表面又は非金属の基材に蒸着等の手法により金属コーティング処理をした記録媒体、紙を基材として撥水処理などがなされた記録媒体、無機質の材料を高温で焼成した、いわゆるセラミックス材料からなる記録媒体などが挙げられる。
このうち、紙が経済性の点と画像の自然さの点で最も好ましい。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例に基づき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により限定されるものではない。なお、実施例中の部数は重量部である。
【００３１】
実施例１〜１７、比較例１〜７
＜顔料分散体の基本作成方法＞
カーボンブラック顔料２００部、分散剤２００部、蒸留水６００部をプレミックスして混合スラリーを得た。次いで、ディスクタイプのメディアミル（寿工業社製：ＵＡＭ型）により、０．０１５ｍｍジルコニアビーズ、充填率７０％を用いて、周速６ｍ／ｓ、液温１０℃で特定の平均粒子径まで循環分散し顔料分散体を得た。
次いで、この顔料分散体１００ｇをビーカーに入れ、陰イオン交換樹脂（オルガノ社製：ＩＲＡ６７）２０ｇを入れて、スターラーにより３時間攪拌した。
次いで、遠心分離機（久保田商事社製：Ｍｏｄｅｌ−７７００）で粗大粒子を分離し、更に、０．８μの径を有するフィルターを用いて濾過した。
上記操作により、硫酸イオン及び硝酸イオンを特定の濃度になるまで除去して、実施例及び比較例で用いる各顔料分散体を得た。後述する表５に各顔料分散体の硫酸イオン濃度、硝酸イオン濃度を示す。
【００３２】
表１に各顔料分散体のデータを示す。カーボンブラック（ガスブラック製法）の種類を表２に、分散剤の種類を表３に、樹脂エマルジョンの種類を表４に示す。分散剤比率は、分散剤重量÷カーボンブラック重量である。
【表１】
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【表２】
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【表３】
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【表４】
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【００３３】
上記の方法で得られた顔料分散体を用いて下記インク処方により顔料インクを調製し、３０分間攪拌した後、孔径０．８μｍのメンブランフィルターでろ過し、真空脱気して、実施例及び比較例の各顔料インクを得た。これらのインク中の硫酸イオン濃度、硝酸イオン濃度を表５に示す。
〔インク処方〕
・顔料分散体（顔料濃度２０重量％の場合、全固形分８重量％）          ４０．０部
・グリセリン                                                          ７．５部
・ジエチレングリコール                                              １５．０部
・２−エチル−１，３−ヘキサンジオール                                ３．０部
・２−ピロリドン                                                      ３．０部
・ポリオキシエチレン（３）アルキル（Ｃ１３）エーテル酢酸ナトリウム    ０．５部
・樹脂エマルジョン（表１、表４参照）                                  ２．０部
・蒸留水                                                            ２９．０部
【００３４】
【表５】
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【００３５】
次に、リコー社製インクジェットプリンター：ＩＰＳｉＯ  ＧＸ  ５０００用インクパックに充填してインクカートリッジを作成した。
次いで、このインクカートリッジを搭載した前記プリンターを用いて、ゼロックス社製ＰＰＣ用紙：ＸＥＲＯＸ４２００に印字した。
印字画像をＸｒｉｔｅ濃度計で測定するとともに、吐出安定性、インク保存性についても下記試験法により評価した。測定結果を表６に示す。
【００３６】
〔吐出安定性〕
プリンタを恒温恒湿槽に入れ、槽内の環境を温度３２℃、湿度３０％ＲＨに設定し、以下の印刷パターンチャートを２０枚連続で印字した後、２０分間印字を実施しない休止状態にし、これを５０回繰り返し、累計で１，０００枚印写した後、ノズルプレートを顕微鏡で観察して、固着の有無を判断した。
−印刷パターンチャート−
印刷パターンは、紙面全面積中、各色印字面積が５％であるチャートにおいて、各インクを１００％ｄｕｔｙで印字した。印字条件は、記録密度は３００ｄｐｉ、ワンパス印字とした。評価基準は次のとおりである。
○：ノズル近傍に固着なし
×：ノズル近傍に固着あり
【００３７】
〔画像評価〕
画像サンプルのベタ画像の画像濃度をＸｒｉｔｅ濃度計で測定し評価した。評価基準は次のとおりである。
○：１．３０以上
△：１．２０以上１．３０未満
×：１．２０未満
【００３８】
〔インク保存性〕
各インクをポリエチレン容器に入れて密封し、７０℃で３週間保存した後の粒子径、表面張力、粘度を測定し、初期物性との変化率により下記の基準で評価した。
○：１０％以内
△：３０％以内
×：３０％を超える
【００３９】
【表６】
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【００４０】
表５、表６から分かるように、インク中の硫酸イオン濃度、硝酸イオン濃度が本発明で規定する範囲内にある実施例では、吐出安定性、画像評価、インク保存性ともに問題のないインクが得られる。これに対し、インク中の硫酸イオン濃度、硝酸イオン濃度が本発明で規定する範囲を外れる比較例４〜７では、吐出安定性が「×」である上に、硫酸又は硝酸イオン濃度が低い比較例４，６では画像評価が「×」であり、硫酸又は硝酸イオン濃度が高い比較例５，７ではインク保存性が「×」である。なお、分散剤を含まない比較例１はすべての評価項目が「×」である。また、比較例２はウレタン樹脂以外の樹脂エマルジョンを用いた場合であるが、吐出安定性、画像評価、インク保存性がともに「△」であって、実施例に比べて総合的に物性が劣ることが明らかである。更に、比較例３は樹脂エマルジョンを含まない場合であるが、特にインク保存性が悪い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４１】
【特許文献１】特開２０００−１７１８５号公報
【図１】
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【図２】
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