(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクビヒクル、及び
前記ビヒクル中に分散された白色顔料
を含み、
前記顔料が粒径２００ｎｍ未満の粒子からなり、当該粒子が、少なくとも５重量％の、１００ｎｍより大きい平均粒径を有する第１の粒子と、少なくとも２５重量％の、１００ｎｍ未満の平均粒径を有する第２の粒子とを含む、インクジェットインク。
【請求項２】
前記粒子が、少なくとも１０重量％の、１００ｎｍより大きい平均粒径を有する第１の粒子と、少なくとも５０重量％の、５０ｎｍ未満の平均粒径を有する第２の粒子とを含む、請求項１に記載のインクジェットインク。
【請求項３】
前記白色顔料が、酸化チタン、酸化亜鉛、チタン酸の塩及びエステル、並びにそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１に記載のインクジェットインク。
【請求項４】
前記粒子が、２つのピークで特徴付けられる粒径分布を有する、請求項１に記載のインクジェットインク。
【請求項５】
前記白色顔料の粒径分布が、１つのピークを５０ｎｍ以下に有する、請求項１に記載のインクジェットインク。
【請求項６】
前記白色顔料の粒径分布が、１つのピークを５０ｎｍ以下に、第２のピークを５０ｎｍより上に有する、請求項１に記載のインクジェットインク。
【請求項７】
前記白色顔料の粒径分布が、１つのピークを５０ｎｍ以下に、第２のピークを１００ｎｍより上に有する、請求項１に記載のインクジェットインク。
【請求項８】
平均粒径１００ｎｍ未満の前記第２の粒子以外に安定剤をさらに含む、請求項１に記載のインクジェットインク。
【請求項９】
印刷媒体上に白色画像をインクジェット印刷する方法であって、
請求項１から８のいずれか１項に記載のインクジェットインクの、マーク付けするのに十分な量を印刷媒体に塗布するステップを包む、方法。
【請求項１０】
インクジェットプリンタにおいて、請求項１から８のいずれか１項に記載のインクを含む白色インクを含む第１のインクジェットペンを具備している、インクジェットプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット用インクに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット印刷は、比較的安価であり、多くの種々の用途に用いられている。インクジェット印刷では、インクの液滴が、マイクロプロセッサにより生成された電気信号に応じてプリントヘッドから噴出され、紙又は高分子基板のようなプリント媒体上に堆積されて、所望の画像が形成される。
【０００３】
印刷媒体が白色の記録表面を有する場合、容易に識別できる文字、記号及び画像を様々な色で印刷することが可能である。しかし、白色以外の記録表面を有するプリント媒体上に又は透明若しくは半透明の記録媒体上へ印刷することが望まれる場合、白色インクで印刷することが望まれるだろう。単なる例として、白色インクは、プリント回路基板上に載せる部品の位置を表示するために、インクジェット印刷と併せて用いることができる。
【０００４】
白色インク調合物は、典型的に、溶媒に分散された粒子白色顔料を含む。一般的な白色顔料の１つには、二酸化チタン、ＴｉＯ２があり、これは、酸化チタン（ＩＶ）又はチタニアとしても知られている。顔料として用いられる場合には、「チタンホワイト」、「ピグメントホワイト６」又は「ＣＩ  ７７８９１」と称されることもある。二酸化チタンは、その明るさ若しくは白色度（brightness）及び非常に高い屈折率のために、白色顔料として広く用いられている。その他の白色顔料は、酸化亜鉛、及びチタン酸の塩又はエステルを含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記化合物をベースとする白色インクは、十分でない性質を有する傾向がある。最適の光学的効果をもたらすためには、白色顔料は、平均粒径が少なくとも約１μｍ、時にはそれ以上の粒子として提供される。しかし、この化合物は比較的高密度であるので、この大きさの粒子は沈殿したり凝固したりしやすい。このことは、インクが長期にわたり静止状態となり且つプリントヘッドが均一なスムーズに流れるインクを必要とするインクジェットの用途には特に不利である。インクがプリントヘッドにおいて適切に機能しない場合には、画質が落ちてしまう。
【０００６】
同様に、典型的に粒子として提供されるその他の顔料も、類似の不都合な沈殿及び凝固特質を有し得る。よって、他の用途での使用には十分安定である顔料が、インクジェットの用途での安定性が十分でない場合がある。
【０００７】
表記法と命名法
以下の記述及び特許請求の範囲の記載を通じて、特定のシステム構成要素に言及するために特定の用語を用いる。当業者によって理解されるように、コンピュータ会社は１つの構成要素を種々の名称で呼ぶことがある。この文書は、機能ではなく名称が異なる要素を区別するつもりはない。以下の議論及び特許請求の範囲の記載において、「含む」及び「備えている」という用語は、無制限に（オープンエンド式に）用いられ、よって、「備えている、しかし…に限定されない」を意味すると解釈されるべきである。
【０００８】
値のプロットに関連してここで用いられる「ピーク」という用語は、プロットの１次導関数がその点でゼロであり且つプロットの２次導関数が負である点を指す。
【０００９】
「粒径（particle size）」は、ここで用いられる限り、ほぼ球形の顔料粒子の概略直径を指すか、又は非球形粒子の概略の最長の特徴的寸法を指す。「平均粒径」は、複数の顔料粒子の概略の平均直径又は最長の特徴的寸法の平均を指す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、粒子顔料を含む水性インク組成物について、その製造方法及び使用方法と共に説明する。いくつかの実施形態で、インクは水性の白色インクであってよい。このインクは、貯蔵中及び使用中の両方における安定性を増進させるために、粒径の特定の組合せを利用する。その結果、このインク調合物は、表面に塗布した際、隠蔽性（hiding）、カバレッジ（coverage）及び鮮明度（clarity）の改善をもたらす。
【００１１】
いくつかの実施形態によれば、安定なインク組成物は、キャリア中に分散された粒子顔料を含む。このキャリアは水であってよい。このインクは、湿潤剤、安定剤、界面レオロジー調整剤、共溶媒及び／又は殺生物剤も含んでいてよい。さらに、このインクは、水溶性ポリマー若しくはコポリマー及び／又はｐＨ調整剤を含んでいてよい。
【００１２】
顔料
約５０ｎｍより大きい顔料粒子を含むインクは、分散液で存在する場合には、通例の安定剤の存在下においてさえ沈殿又は凝固する傾向がある。そのようなインクの安定性は、極微細粒子、つまり約５０ｎｍ未満の平均粒径を有する粒子をわずかに含有させることによって高められ、これにより、分散液中で大きな粒子が維持されることを助成し、場合によっては、それによって安定剤の必要量を排除又は低減することができる、ということが見出されている。より詳細には、特定の実施形態において、少なくとも約５％の粒子が約１００ｎｍを上回る平均粒径を有し、且つ少なくとも約２５％の粒子が約５０ｎｍ未満の平均粒径を有する。いくかの実施形態において、１０％の粒子が１００ｎｍより大きい平均粒径を有し、且つ少なくとも５０％の粒子が５０ｎｍ未満の平均粒径を有していてよい。
【００１３】
特定の実施形態で、粒子は、２つのピークで特徴付けられる粒径分布を有する。例えば、粒径分布は、約５０ｎｍ以下に１つのピークを有し、且つ約５０ｎｍより上に第２のピークを有していてよい。いくつかの実施形態で、粒子サイズ分布は、約５０ｎｍ以下で１つのピークを有し、且つ約１００ｎｍより上に第２のピークを有していてよい。
【００１４】
顔料は、任意の適切な顔料物質であってよい。特定の実施形態で、顔料は、酸化チタン、酸化亜鉛、チタン酸の塩及びエステル並びにこれらの組合せからなる群から選択される。さらに、顔料は他の着色剤を含み、それらは、チタン酸塩及びニオブ酸塩、層状複水酸化物（layered double hydroxides）、例えばＭｇ−Ａｌ−ＣＯ３−ＬＤＨ、Ｌｉ−Ａｌ−Ｃｌ−ＬＤＨ及びＺｎ−Ａｌ−ＣＯ３−ＬＤＨ、無機リン酸塩、ホスホン酸塩、並びにこれらの組合せを含み得るが、これらに限定されることはない。
【００１５】
二酸化チタン顔料
二酸化チタン（ＴｉＯ２）顔料を新規のインク組成物に採用する場合、いくつかの実施形態では、ルチル型又はアナターゼ型の結晶形で用いる。インク組成物中に存在する二酸化チタンの全量は、特定の例示的な調合で、全インク組成物の、サブ５０ｎｍ粒子（粒径５０ｎｍ未満の粒子）約５〜２５重量％を含む約３重量％〜約６重量％である。
【００１６】
いくつかの実施形態において、インク中の顔料は、実質的に純粋な二酸化チタンを含むか、又は酸化亜鉛のような他の金属酸化物を含んでいてよい。付加的な顔料が存在する場合には、特定の実施形態で、そのような顔料は、約５〜５０ｎｍ、詳細には約１０ｎｍの平均粒径で、約５重量％〜約１５重量％の量で含まれる。
【００１７】
液体キャリア
インク組成物の顔料は、いくつかの実施形態で、水又は水と水混和性共溶媒との混合物を含むキャリア又はビヒクル中に分散している。別の実施形態において、キャリアは、１つ以上のグリコールエーテル又はそれらの水性混合物を含む。
【００１８】
任意の添加物
いくつかの実施形態で、インクは任意に湿潤剤を含む。湿潤剤は、液体キャリアよりも高い沸点を有していてよく、貯蔵中に乾燥を防ぎ、沈殿を遅らせるために加えることができる。適当な湿潤剤の例は、多価アルコール類、例えばエチレングリコール、ジ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、トリエチレングリコール、１，５−ペンタンジオール及び１，２，６−ヘキサントリオール、グリコールエーテル類、例えばジプロピレングリコールモノメチルエーテル及びプロピレングリコールノルマルプロピルエーテル等を含み、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、グリセリン、ポリエチレングリコール及びジプロピレングリコールを含む。例示的な調合物では、インク調合物で使用される湿潤剤は、プロピレングリコールである。
【００１９】
いくつかの実施形態で、インクは、レオロジー調整剤も含んでいてよい。適当なレオロジー調整剤は、任意の既知レオロジー調整剤、例えばElementis Specialties Inc.から市販されているBentone（登録商標）ＥＷ及びRheolate-2001（登録商標）、アクリルポリマー類、誘導セルロース系物質、アルギン酸塩、有機粘土であってよい。
【００２０】
インクジェットインクは、例えば、顔料安定剤又は分散剤、例えば高分子分散剤を含んでいてよい。高分子分散剤に加えて又はその代わりに、１つ以上の界面活性剤化合物を分散剤として用いることができる。これらは、陰イオン、陽イオン、非イオン又は両性界面活性剤であってよい。非ポリマー分散剤並びにいくつかのポリマー分散剤の詳細な列記は、1990 McCutcheon’s Functional Materials, North American Edition, Manufacturing Confectioner Publishing Co.,Glen Rock, N.J. 07452, 110〜129頁の分散剤の節に挙げられている。さらに、適当な高分子分散剤は、参照によりここに援用される米国特許第５，９４６，０１２号明細書に列挙されている。代替的に又はそれに加えて、一部又は全ての顔料粒子、特に比較的大きな顔料粒子は、それらを自己分散性にする表面改質剤を含んでいてよい。このような顔料は、非限定的に、次亜塩素酸のアルカリ塩類、オゾン、シラン化剤（silating agents）及び芳香族系スルホン酸付加物のジアゾニウム塩での処理を含む様々な方法で表面改質することができる。
【００２１】
いくつかの実施形態で、インクは、安定性をさらに向上させる界面活性剤も含む。適当な界面活性剤は、非限定的に、陰イオン性及び／又は非イオン性乳化剤、例えば、アルキル、アリール若しくはアルキルアリール硫酸塩、スルホン酸塩若しくはリン酸塩のアルカリ金属若しくはアンモニウム塩、アルキルスルホン酸、スルホコハク酸塩、脂肪酸、エチレン性不飽和界面活性剤モノマー、並びにエトキシ化アルコール若しくはフェノールを含む。さらに、適当な界面活性剤、本発明の実施において適切に採用される界面活性剤は、陰イオン性および非イオン性界面活性剤を含む。陰イオン性界面活性剤の例は、スルホン酸塩界面活性剤類、例えばスルホコハク酸塩（CYTECから入手可能な、Aerosol OT、A196；AY及びGP）及びスルホン酸塩（CYTECから入手可能な、Aerosol DPOS-45、OS、WITCOから入手可能なWitconate C-50H、DOWから入手可能なDowfax 8390）、フルオロ界面活性剤（３Ｍから入手可能なFluorad FC99C）を含む。非イオン性界面活性剤の例は、フルオロ界面活性剤（３Ｍから入手可能なFluorad FC170C）、アルコキシレート界面活性剤（Union Carbideから入手可能なTergitolシリーズ、15S-5、15S-7及び15S-9）、Sulfylnolシリーズ、オルガノシリコーン界面活性剤（WITCOから入手可能なSilwet L-77及びL-76-9）を含む。インク中の界面活性剤の量は、通常、０．１重量％〜６重量％である。
【００２２】
その他の成分
前記のものに加えて、インクは、いくつかの実施形態で、任意に、１つ以上の他の成分を含み、それらは、インクジェットインクの所望の性質に応じて、非限定的に、ポリマー、腐食抑制剤、ｐＨ調整剤、及び殺生物剤（抗菌剤、抗真菌剤等）、バインダー、金属イオン封鎖剤、緩衝剤、光安定剤、カール防止剤（anti-curl agents）、増粘剤、光学的な増白剤（optical brightener）、ナノ粒子安定剤、及び／又はその他の添加物を含む。
【００２３】
インクが特定の粒径分布を採用し、それにより、スラリー状態にある時及びそのスラリーが続いてインク調合物中で使用される時の両方において、長期間にわたり顔料を安定化させ、非凝塊状態に保つことが促進される。その結果、インク調合物は安定であり、印刷面に塗布された場合に有利な諸特性を有する。特に、新しいインク組成物は、十分に安定であり、インクジェットインクでの使用によく適していることが見出されている。
【００２４】
特定の実施形態において、インクジェット用として白色顔料を含んでいるインク調合物は、既知のインクの不都合な性質の多くを有していないる。特定の実施形態では、インクジェットに適合性のある調合物中で十分安定となることができる白色顔料が採用され、それにより、得られるインクは、ある期間にわたって貯蔵されるか又は使用されなかった後でさえ、効果的に噴射することができる。
【実施例】
【００２５】
新規なインク組成物を調合する際に使用される分散液（分散組成物）の例を以下に説明する。これらの実施例は単なる例示であり、特許請求の範囲を制限する意図は何らない。
【表１】
0005491188.tif 000002
【００２６】
上述の顔料分散液を使用して調合されたインクの実施例は次の通りである。
【００２７】
実施例Ｉ
成分                                    重量％      範囲
ＴｉＯ２−Ａ（＜１００ｎｍ）            ２．５   ０．５〜１２
ＴｉＯ２−Ｂ（＞１００ｎｍ）            ０．５       ０〜１０
ポリ（エチレン酸化物）                    １    ０．１〜６
イソプロピルアルコール                    ４    １．０〜８
トリエチレングリコールモノメチルエーテル  ５    ２．０〜１２
水                                      ８７      ３０〜９０
【００２８】
実施例ＩＩ
成分                                    重量％      範囲
ＴｉＯ２−Ａ（＜１００ｎｍ）            ２．５   ０．５〜１２
ＴｉＯ２−Ｂ（＞１００ｎｍ）            ０．５       ０〜１０
ポリ（ビニルピロリドン）                  １    ０．１〜６
イソプロピルアルコール                    ４    １．０〜８
トリエチレングリコールモノメチルエーテル  ５    ２．０〜１２
水                                      ８７      ３０〜９０
【００２９】
実施例ＩＩＩ
成分                                    重量％      範囲
ＴｉＯ２−Ａ（＜１００ｎｍ）            ２．５   ０．５〜１２
ＴｉＯ２−Ｂ（＞１００ｎｍ）            ０．５       ０〜１０
ポリ（エチレングリコール）                １    ０．１〜６
イソプロピルアルコール                    ４    １．０〜８
トリエチレングリコールモノメチルエーテル  ５    ２．０〜１２
水                                      ８７      ３０〜９０
【００３０】
実施例ＩＶ
成分                                    重量％      範囲
ＴｉＯ２−Ａ（＜１００ｎｍ）            ２．５   ０．５〜１２
ＴｉＯ２−Ｂ（＞１００ｎｍ）            ０．５       ０〜１０
ポリアクリル酸、ナトリウム塩              １    ０．１〜６
イソプロピルアルコール                    ４    １．０〜８
トリエチレングリコールモノメチルエーテル  ５    ２．０〜１２
水                                      ８７      ３０〜９０
【００３１】
実施例Ｉ〜ＩＶの調合物を、ローラ上で一晩均一化し、０．２ミクロンフィルターを通してろ過した。得られたインクの性質を評価し、選択されたＴＩＪペンに充填し、印刷した。使用されたプラットフォームは、HP DJ 970cxi及びDJ 5550であった。インクを、ＨＰインクジェット用透明媒体及びその他の市販の着色媒体上に印刷した。印刷されたテキスト及びグラフィック（文字列及び図形）は良好な印刷品質を有していた。インクは十分に流動し、良好な安定性、不透明性及び／又は白色度を示した。分散液Ａ、Ｃ及びＤは、３ヶ月後にごくわずかな沈殿を示した。
【００３２】
インクセット
インクは、１つ以上の他のインク類と共に、インクセットに使用することができる。インクセットの非白色インクは、他の顔料着色剤、例えば、非限定的にシアンインク、マゼンタインク及びイエローインクを含む当分野で知られているものを含んでいてよい。インクセットにおけるその他のインクは、水性であっても非水性であってもよい。２つのシステム間の選択は、インクシステムを印刷基板に適合させるための具体的な要求によって決定される。例えば、印刷を紙又は繊維製品（織物、編物等）の基板に行う場合には、いくつかの実施形態で、水性のシステムが選択される。しかし、プラスチック基板が選択される他の実施形態では、代わりに非水性ビヒクルが選択される。インクセットにおける他の水性インクの選択は、所望の最終用途並びに選択されたインク組成物との適合性に基づいて、容易に行うことができる。
【００３３】
上記の議論は、本発明の原理及び様々な実施形態の例示であることが意図されている。上記開示が十分に理解されれば、多数の変形及び変更は当業者に明らかとなろう。例えば、顔料、キャリア並びにその他の添加物及び成分はそれぞれ、開示された粒径分布がインクジェットインクとして使用するためのインクの安定性を保証するよう維持されるのであれば、ここで指定したものから変更することができる。以下の特許請求の範囲は、そのような変形及び変更全てを包含すると解釈されたい。