(57)【要約】  本開示は、インクジェット印刷用のインクを提供する。このインクは、水性媒体、分散された顔料着色剤、分散されたポリウレタンポリマー、および分散されたオレフィンイオンコポリマーを含有する。このインクは、改善された短期耐久性を示す。【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性媒体、分散された顔料着色剤、分散されたポリウレタンポリマー、および分散されたオレフィンイオンコポリマーを含んでなる、インクジェットインク。
【請求項２】
前記分散されたポリウレタンポリマーが、５〜５０ｍｇ  ＫＯＨ／ｇポリマー固体の酸価を有する、請求項１に記載のインク。
【請求項３】
前記分散されたポリウレタンポリマーが、１５〜３５ｍｇ  ＫＯＨ／ｇポリマー固体の酸価を有する、請求項１に記載のインク。
【請求項４】
前記分散されたオレフィンイオンコポリマーが、７５〜２３０ｍｇ  ＫＯＨ／ｇポリマー固体の酸価を有する、請求項２に記載のインク。
【請求項５】
前記分散されたオレフィンイオンコポリマーが、１１０〜２００ｍｇ  ＫＯＨ／ｇポリマー固体の酸価を有する、請求項４に記載のインク。
【請求項６】
前記分散されたポリウレタンポリマーと前記分散されたオレフィンイオンコポリマーとの重量比が、０．２：１．０〜１．０：０．２である、請求項５に記載のインク。
【請求項７】
前記分散されたポリウレタンポリマーと前記分散されたオレフィンイオンコポリマーとの重量比が、０．５：１．０〜１．０：０．５である、請求項６に記載のインク。
【請求項８】
非プロトン性非極性溶媒をさらに含んでなる、請求項２に記載のインク。
【請求項９】
前記非プロトン性非極性溶媒が、セバシン酸ジベンジル、アジピン酸ジイソブチル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、メチルイソブチルケトンテトラエチレングリコールジメチルエーテルプロピレングリコール、メチルアミルケトン、ジアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、エチレングリコールｎ−ブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールｎ−ブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールジメチルエーテルおよびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項８に記載のインク。
【請求項１０】
前記非プロトン性非極性溶媒が、ジプロピレングリコールジメチルエーテルである、請求項９に記載のインク。
【請求項１１】
分散されたオレフィンイオンコポリマーが、エチレン／アクリル酸、エチレン／メタクリル酸、プロピレン／アクリル酸、プロピレン／メタクリル酸、コポリマー、それぞれのターポリマーおよびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項２に記載のインク。
【請求項１２】
前記分散されたオレフィンイオンコポリマーが、エチレン／アクリル酸コポリマーである、請求項１１に記載のインク。
【請求項１３】
前記インクがオフセットメディアに印刷される、請求項２に記載のインク。
【請求項１４】
前記分散された顔料が、自己分散性顔料である、請求項１に記載のインク。
【請求項１５】
前記分散されたポリウレタンポリマーと前記分散されたオレフィンイオンコポリマーとの重量比が、０．２：１．０〜１．０：０．２である、請求項１４に記載のインク。
【請求項１６】
非プロトン性非極性溶媒をさらに含んでなる、請求項１５に記載のインク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条の下、２０１３年１２月３０日出願の米国仮特許出願第６１／９２１７１４号からの優先権を主張する。
【０００２】
本開示は、水性インクジェットインク、特に、水性媒体、分散された顔料着色剤、分散されたポリウレタンポリマー、および分散されたオレフィンイオンコポリマーを含んでなる水性インクジェットインクに関する。
【背景技術】
【０００３】
インクジェット印刷は、インクの液滴が紙などの基板上に堆積して、所望の像が形成されるノンインパクト方式の印刷プロセスである。インクジェット印刷機には、フルカラー印刷用に、典型的に、シアン、マゼンタおよびイエローインクを含んでなるインクセットが備えられる（ＣＭＹ）。インクセットは、一般に、ブラックインクも含んでなる（ＣＭＹＫ）。
【０００４】
インクジェット印刷の間、例えば、メディアの両面が印刷される両面印刷の場合、最近の印刷物が、印刷機の紙送り機構と接触することがしばしば必要となる。この場合、最初の印刷された側面は、完全に乾燥していなくてもよく、その結果、印刷表面がダメージを受ける可能性があり、そしてインクが紙送り機構、次いで、その後の印刷物上に移る可能性がある。この問題は、高速でかなりの紙送りが関与する湿潤プレスを使用する場合、特に深刻である。しばしば、プレスは、メディアを移動するために、加熱されたローラーを使用するが、これは、ローラーに乾燥インクが付着するという問題を有する傾向がある。低速乾燥インクが、コーティングされたオフセットメディアなどの非吸収性メディア上へ印刷される場合、厳しい問題に直面し得る。
【０００５】
米国特許出願公開第２００８０２６９３７４号明細書は、耐久性を改善するために基板に適用される場合の顔料−ラテックス分離を防ぐための顔料表面における不動態化層の形成を開示する。日本特許第１１００１５６３号公報、日本特許第０８２３９６０５号公報および日本特許第０８２３１９０９号公報は、エチレン／アクリル酸コポリマーを含有するインク組成物を開示する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
良好な短期印刷耐久性を提供するインクジェットインク調製物に関する要求は、今もなお存在する。本開示は、改善された耐久性を有する分散されたポリウレタンおよび分散されたオレフィンイオン性コポリマーを含有するインク組成物を提供することによって、この要求を満たすものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態は、水性媒体、分散された顔料着色剤、分散されたポリウレタンポリマーおよび分散されたオレフィンイオンコポリマーを含んでなるインクを提供する。
【０００８】
別の実施形態は、分散されたポリウレタンポリマーが５〜５０ｍｇ  ＫＯＨ／ｇポリマー固体の酸価を有することを提供する。
【０００９】
別の実施形態は、分散されたポリウレタンポリマーが１５〜３５ｍｇ  ＫＯＨ／ｇポリマー固体の酸価を有することを提供する。
【００１０】
別の実施形態は、分散されたオレフィンイオンコポリマーが７５〜２３０ｍｇ  ＫＯＨ／ｇポリマー固体の酸価を有することを提供する。
【００１１】
別の実施形態は、分散されたオレフィンイオン性コポリマーが１１０〜２００ｍｇ  ＫＯＨ／ｇポリマー固体の酸価を有することを提供する。
【００１２】
別の実施形態は、前記分散されたポリウレタンポリマーおよび前記分散されたオレフィンイオン性コポリマーの重量比が０．２：１．０〜１．０：０．２であることを提供する。
【００１３】
別の実施形態は、前記分散されたポリウレタンポリマーおよび前記分散されたオレフィンイオン性コポリマーの重量比が０．５：１．０〜１．０：０．５であることを提供する。
【００１４】
別の実施形態は、分散されたポリウレタンポリマーがアルカリ金属塩によって中和されることを提供する。
【００１５】
別の実施形態は、アルカリ金属がナトリウムまたはカリウムであることを提供する。
【００１６】
別の実施形態は、それに非プロトン性非極性溶媒をさらに含んでなるインクを提供する。
【００１７】
別の実施形態は、非プロトン性非極性溶媒が、セバシン酸ジベンジル、アジピン酸ジイソブチル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、メチルイソブチルケトンテトラエチレングリコールジメチルエーテルプロピレングリコール、メチルアミルケトン、ジアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、エチレングリコールｎ−ブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールｎ−ブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールジメチルエーテルおよびそれらの混合物からなる群から選択されることを提供する。
【００１８】
別の実施形態は、非プロトン性非極性溶媒がジプロピレングリコールジメチルエーテルであることを提供する。
【００１９】
別の実施形態は、分散されたオレフィンイオン性コポリマーが、エチレン／アクリル酸、エチレン／メタクリル酸、プロピレン／アクリル酸、プロピレン／メタクリル酸、コポリマー、それぞれのターポリマーおよびそれらの混合物からなる群から選択されることを提供する。
【００２０】
別の実施形態は、分散されたオレフィンイオンコポリマーがエチレン／アクリル酸コポリマーであることを提供する。
【００２１】
さらに別の実施形態は、インクがオフセットメディア上に印刷されることを提供する。
【００２２】
本実施形態のこれらおよび他の特徴および利点は、以下の詳細説明を読むことによって、当業者によってより容易に理解されるであろう。明確にするため、上記および下記の個別の実施形態として記載される開示された実施形態の特定の特徴は、単一の実施形態において組合せで提供されてもよい。逆に、単一の実施形態の文脈で記載される開示された実施形態の様々な特徴も、別々に、またはいずれかの部分的組合せで提供されてもよい。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
他に明示されないか、または定義されない限り、本明細書に使用される全ての技術的および科学的な用語は、本開示が関する技術の当業者によって、一般に理解される意味を有する。
【００２４】
他に明示されない限り、全てのパーセント、部分、比率などは重量による。
【００２５】
量、濃度または他の値もしくはパラメーターが、範囲、好ましい範囲、または上位の好ましい値および下位の好ましい値のリストとして与えられる場合、これは、範囲が別々に開示されるかどうかにかかわらず、いずれかの上位の範囲限界または好ましい値と、いずれかの下位の範囲限界または好ましい値とのいずれかの対から形成される特に全ての範囲を開示するように理解される。数値範囲が本明細書に列挙される場合、特記されない限り、この範囲は、それらの終点および範囲内の全ての整数および分数を含むように意図される。
【００２６】
「約」という用語が、範囲の値または終点を記載する際に使用される場合、この開示は、参照される特定の値または終点を含むように理解されなければならない。
【００２７】
本明細書で使用される場合、「ＳＤＰ」という用語は、「自己分散可能」または「自己分散性」顔料を意味する。
【００２８】
本明細書で使用される場合、「分散体」という用語は、１相が、バルク物質を通して分布される微細分割された粒子（しばしば、コロイド径範囲）から構成され、その粒子は分散相または内部相であり、かつバルク物質は連続相または外部相である２相系を意味する。
【００２９】
本明細書で使用される場合、「分散剤」という用語は、しばしばコロイド径の極めて微細な固体粒子の均一かつ最大の分離を促進するために懸濁媒体に添加された表面活性剤を意味する。顔料に関して、分散剤は、最も多くはポリマー分散剤であり、そして分散剤および顔料は通常、分散装置を使用して組み合わせられる。
【００３０】
本明細書で使用される場合、「ＯＤ」という用語は、光学密度を意味する。
【００３１】
本明細書で使用される場合、「官能化度」という用語は、さらに本明細書に記載される方法に従って測定される単位表面積あたりのＳＤＰの表面上に存在する親水基の量を指す。
【００３２】
本明細書で使用される場合、「水性媒体」という用語は、水、あるいは水と、少なくとも１種の水溶性、または部分的に水溶性（すなわち、メチルエチルケトン）の有機溶媒（補助溶媒）との混合物を指す。
【００３３】
本明細書で使用される場合、「実質的に」という用語は、かなりの程度、ほとんど全てであることを意味する。
【００３４】
本明細書で使用される場合、「ダイン／ｃｍ」という用語は、表面張力単位のダイン／センチメートルを意味する。
【００３５】
本明細書で使用される場合、「ｃＰ」という用語は、粘度単位のセンチポアズを意味する。
【００３６】
本明細書で使用される場合、「ｍＰａ．ｓ」という用語は、粘度単位のミリパスカル秒を意味する。
【００３７】
本明細書で使用される場合、「ｍＮ．ｍ-1」用語は、表面張力単位のミリニュートン／メートルを意味する。
【００３８】
本明細書で使用される場合、「ｍＳ．ｃｍ-1」という用語は、導電率単位のミリジーメンス／センチメートルを意味する。
【００３９】
本明細書で使用される場合、「ＥＤＴＡ」という用語は、エチレンジアミン四酢酸を意味する。
【００４０】
本明細書で使用される場合、「ＩＤＡ」という用語は、イミノジ酢酸を意味する。
【００４１】
本明細書で使用される場合、「ＥＤＤＨＡ」という用語は、エチレンジアミン−ジ（ｏ−ヒドロキシフェニル酢酸）を意味する。
【００４２】
本明細書で使用される場合、「ＤＨＥＧ」という用語は、ジヒドロキシエチルグリシンを意味する。
【００４３】
本明細書で使用される場合、「ＤＴＰＡ」という用語は、ジエチレントリアミン−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’’，Ｎ’’−ペンタ酢酸を意味する。
【００４４】
本明細書で使用される場合、「ＧＥＤＴＡ」という用語は、グリコールエーテルジアミン−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ酢酸を意味する。
【００４５】
本明細書で使用される場合、Ｓｕｒｆｙｎｏｌ（登録商標）４６５は、Ａｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ，ＰＡ，Ｕ．Ｓ．Ａ．）からの界面活性剤である。
【００４６】
本明細書で使用される場合、「ＲＭＳＤ」という用語は、二乗平均平方根を指す。
【００４７】
本明細書で使用される場合、「ジェット能力」という用語は、印刷の間の詰まりまたは撓みのない良好な噴射特性を意味する。
【００４８】
本明細書で使用される場合、「持続長」という用語は、長鎖ポリマーの剛性を定量化する基本的機械的特性である。
【００４９】
特記されない限り、上記の化学製品は、Ａｌｄｒｉｃｈ（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ，Ｕ．Ｓ．Ａ．）または実験室化学製品の他の同様の供給元から得られた。
【００５０】
明白に明示された場合を除き、本明細書の材料、方法および実施例は単なる実例であり、限定することは意図されない。
【００５１】
水性媒体
適切な水性媒体混合物の選択は、所望の表面張力および粘度、選択された着色剤、インクの乾燥時間、およびインクが印刷される基板の種類などの特定の用途の必要条件次第である。本開示において利用されてもよい水溶性有機溶媒の代表例は、米国特許第５，０８５，６９８号明細書に開示されるものである。
【００５２】
水と水溶性溶媒との混合物が使用される場合、水性媒体は、典型的に約３０％〜約９５％の水を含有し、残りの釣合い（すなわち、約７０％〜約５％）は水溶性溶媒である。本開示の組成物は、水性媒体の全重量に基づき、約６０％〜約９５％の水を含有してもよい。
【００５３】
インク中の水性媒体の量は、インクの全重量に基づき、典型的に約７０％〜約９９．８％、特に約８０％〜約９９．８％の範囲にある。
【００５４】
水性媒体は、グリコールエーテルまたは１，２−アルカンジオールなどの界面活性剤または浸透剤を含むことによって、急速浸透（急速乾燥）となるように製造されることができる。適切な界面活性剤としては、エトキシル化アセチレンジオール（例えば、Ａｉｒ  ＰｒｏｄｕｃｔｓからのＳｕｒｆｙｎｏｌｓシリーズ）、エトキシル化第１級（例えば、ＳｈｅｌｌからＮｅｏｄｏｌシリーズ）および第２級（例えば、Ｕｎｉｏｎ  ＣａｒｂｉｄｅからのＴｅｒｇｉｔｏｌシリーズ）アルコール、スルホサクシネート（例えば、ＣｙｔｅｃからのＡｅｒｏｓｏｌシリーズ）、オルガノシリコーン（例えば、ＷｉｔｃｏからのＳｉｌｗｅｔシリーズ）およびフルオロ界面活性剤（例えば、ＤｕＰｏｎｔからのＺｏｎｙｌシリーズ）が含まれる。
【００５５】
添加されるグリコールエーテルまたは１，２−アルカンジオールの量は、適切に決定されなければならないが、典型的に、インクの全重量に基づき、約１％〜約１５重量％、より典型的に約２％〜約１０重量％の範囲である。界面活性剤は、インクの全重量に基づき、典型的に約０．０１％〜約５％、特に約０．２％〜約２％の量で使用されてもよい。
【００５６】
顔料
本明細書で使用される場合、「顔料」という用語は、分散剤によって分散されて、かつ分散剤の存在下の分散条件で処理される必要がある不溶性着色剤を意味する。着色剤も、分散された染料を含む。分散プロセスによって、安定性のある分散された顔料がもたらされる。
【００５７】
選択された顔料は、乾燥型または湿潤型で使用されてもよい。例えば、顔料は、通常、水性媒体中で製造され、そして得られた顔料は、水湿潤プレスケーキとして得られる。プレスケーキ型では、顔料は、それが乾燥型の範囲まで凝集体を形成しない。したがって、水湿潤プレスケーキ型の顔料は、プレミックスプロセスにおいて脱凝集体化するために、乾燥型顔料ほどの混合エネルギーを必要としない。代表的な商業的な乾燥顔料は、米国特許第５０８５６９８号明細書に記載される。
【００５８】
インクジェットインクにおいて有用な色特性を有する顔料のいくつかの例としては、ピグメントブルー１５：３およびピグメントブルー１５：４からのシアン顔料；ピグメントレッド１２２およびピグメントレッド２０２からのマゼンタ顔料；ピグメントイエロー１４、ピグメントイエロー９５、ピグメントイエロー１１０、ピグメントイエロー１１４、ピグメントイエロー１２８およびピグメントイエロー１５５からのイエロー顔料；ピグメントオレンジ５、ピグメントオレンジ３４、ピグメントオレンジ４３、ピグメントオレンジ６２、ピグメントレッド１７、ピグメントレッド４９：２、ピグメントレッド１１２、ピグメントレッド１４９、ピグメントレッド１７７、ピグメントレッド１７８、ピグメントレッド１８８、ピグメントレッド２５５およびピグメントレッド２６４からのレッド顔料；ピグメントグリーン１、ピグメントグリーン２、ピグメントグリーン７およびピグメントグリーン３６からのグリーン顔料；ピグメントブルー６０、ピグメントバイオレット３、ピグメントバイオレット１９、ピグメントバイオレット２３、ピグメントバイオレット３２、ピグメントバイオレット３６およびピグメントバイオレット３８からのブルー顔料；ＴｉＯ２およびＺｎＯなどのホワイト顔料；ならびにブラック顔料カーボンブラックが含まれる。本明細書に使用される顔料名称および略語は、Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｄｙｅｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｌｏｕｒｉｓｔｓ，Ｂｒａｄｆｏｒｄ，Ｙｏｒｋｓｈｉｒｅ，ＵＫによって確立され、かつＴｈｅ  Ｃｏｌｏｒ  Ｉｎｄｅｘ，Ｔｈｉｒｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，１９７１で出版された顔料の「Ｃ．Ｉ．」名称である。
【００５９】
本開示の顔料は、自己分散性（または自己分散可能な）顔料であることもできる。自己分散性顔料（または「ＳＤＰ」）という用語は、別々の分散剤を用いずに水性媒体中で顔料を安定に分散させる親水性の分散性を与える基によって、その表面が化学的に変性された顔料粒子を指す。「安定に分散させる」とは、顔料が微細に分割され、均一に分布し、かつ粒子成長および凝集に耐性があることを意味する。
【００６０】
ＳＤＰは、物理的処理（例えば、真空プラズマ）によって、または化学的処理（例えば、オゾン、次亜塩素酸などによる酸化）によって、官能基、または官能基を含有する分子を顔料の表面上にグラフト化させることによって調製されてもよい。１つの顔料粒子に、単一の種類または複数の種類の親水性官能基を結合させてもよい。親水基は、水性媒体中に分散した時にマイナスの電荷を有するＳＤＰを提供するカルボキシレートまたはスルホネート基である。カルボキシレートまたはスルホネート基は、通常、一価および／または二価カチオン対イオンと関連する。ＳＤＰの製造法は周知であり、例えば、米国特許第５５５４７３９号明細書および米国特許第６８５２１５６号明細書において見出される。
【００６１】
ＳＤＰは、カーボンブラックをベースとするものなどのブラックであってもよく、または着色顔料であってもよい。インクジェットインクで有用な色特性を有する顔料の例には、ピグメントブルー１５：３およびピグメントブルー１５：４（シアン用）；ピグメントレッド１２２およびピグメントレッド２０２（マゼンタ用）；ピグメントイエロー１４、ピグメントイエロー７４、ピグメントイエロー９５、ピグメントイエロー１１０、ピグメントイエロー１１４、ピグメントイエロー１２８およびピグメントイエロー１５５（イエロー用）；ピグメントオレンジ５、ピグメントオレンジ３４、ピグメントオレンジ４３、ピグメントオレンジ６２、ピグメントレッド１７、ピグメントレッド４９：２、ピグメントレッド１１２、ピグメントレッド１４９、ピグメントレッド１７７、ピグメントレッド１７８、ピグメントレッド１８８、ピグメントレッド２５５およびピグメントレッド２６４（レッド用）；ピグメントグリーン１、ピグメントグリーン２、ピグメントグリーン７およびピグメントグリーン３６２６４（グリーン用）；ピグメントブルー６０、ピグメントバイオレット３、ピグメントバイオレット１９、ピグメントバイオレット２３、ピグメントバイオレット３２、ピグメントバイオレット３６およびピグメントバイオレット３８（ブルー用）；ならびにカーボンブラックが含まれる。しかしながら、これらの顔料のいくつかは、ＳＤＰとしての調製のために適切であり得ない。着色剤は、それらの「Ｃ．Ｉ．」によって本明細書に参照される。
【００６２】
本開示のＳＤＰは、アニオン基の密度が、顔料表面１平方メートルあたり約３．５モル（３．５モル／ｍ2）未満、より具体的には約３．０モル／ｍ2未満である官能化度を有し得る。約１．８モル／ｍ2未満、より具体的には約１．５モル／ｍ2未満の官能化度も適切であり、そしてＳＤＰの特定の種類に関して好しくなり得る。
【００６３】
分散後の有用な粒径の範囲は、典型的に、約０．００５マイクロメートル〜約１５マイクロメートルである。典型例として、顔料粒径は、約０．００５マイクロメートル〜約５マイクロメートル、そして具体的には、約０．００５マイクロメートル〜約１マイクロメートルの範囲であるべきである。動的光散乱によって測定される平均粒径は、約５００ｎｍ未満、典型的に約３００ｎｍ未満である。
【００６４】
インクに存在する顔料の量は、インクの全重量に基づき、典型的に約０．１重量％〜約２５重量％の範囲であり、より典型的に約０．５重量％〜約１０重量％の範囲である。無機顔料は一般に有機顔料より高密度を有するため、無機顔料が選択される場合、このインクは、有機顔料を利用する相当するインクよりも高い重量パーセントの顔料を含有する傾向がある。
【００６５】
ポリマー分散剤
非自己分散性顔料用ポリマー分散剤は、ランダムポリマーまたは構造化ポリマーであってよい。典型例として、ポリマー分散剤は、疎水性および親水性モノマーのコポリマーである。「ランダムポリマー」は、各モノマーの分子がポリマー骨格鎖中にランダムに配置されるポリマーを意味する。適切なランダムポリマー分散剤の参照のために、米国特許第４，５９７，７９４号明細書を参照のこと。「ランダムポリマー」にはポリウレタンも含まれる。「構造化ポリマー」は、ブロック、分枝、グラフトまたは星型構造を有するポリマーを意味する。構造化ポリマーの例には、米国特許第５，０８５，６９８号明細書に開示されるものなどのＡＢまたはＢＡＢブロックコポリマー；欧州特許第０５５６６４９号明細書に開示されるものなどのＡＢＣブロックコポリマー；ならびに米国特許第５，２３１，１３１号明細書に開示されるものなどのグラフトポリマーが含まれる。使用可能な他のポリマー分散剤は、例えば、米国特許第６，１１７，９２１号明細書、米国特許第６，２６２，１５２号明細書、米国特許第６，３０６，９９４号明細書および米国特許第６，４３３，１１７号明細書に記載される。
【００６６】
分散されたポリウレタンポリマー
本開示の分散されたポリウレタンポリマーとしては、限定されないが、米国特許出願公開第２００５／０１８２１５４号明細書に開示されるポリウレタン分散系が含まれる。
【００６７】
分散されたオレフィンイオンコポリマー
本開示の分散されたオレフィンイオンコポリマーとしては、限定されないが、エチレン／アクリル酸、エチレン／メタクリル酸、プロピレン／アクリル酸、プロピレン／メタクリル酸、ならびにそれぞれのターポリマーおよびそれらの混合物が含まれる。
【００６８】
分散されたポリウレタンポリマーおよび分散されたオレフィンイオンコポリマーは、これらの添加剤を含まない同一インクと比較して短期印刷耐久性を改善するために有効な量でインクに含まれる。典型例として、これらの添加剤は、インクの全重量に基づき、少なくとも約０．２重量％の濃度でインク中に存在する。上位のレベルは限定されないが、他のインク成分との適合性などの考慮すべき問題によって指示される。一実施形態において、添加剤はインクの全重量に基づき、０．１％〜５％の範囲で存在する。別の実施形態において、ブリード制御剤は、インクの全重量に基づき、０．２％〜４％の範囲で存在する。ブリード制御剤の適切な濃度は、通常の実験を通して当業者によって容易に決定されることができる。
【００６９】
分散されたポリウレタンポリマーと分散されたオレフィンイオンコポリマーとの重量比は、典型的に０．２：１．０〜１．０：０．２、より典型的に０．５：１．０〜１．０：０．５である。
【００７０】
他の添加剤
他の成分、添加剤は、そのような他の成分がインクジェットインクの安定性およびジェット性に干渉しない範囲で、インクジェットインク中に配合されてもよい。これは、当業者によって通常の実験によって容易に決定され得る。
【００７１】
界面活性剤は、一般に表面張力および湿潤特性を調節するためにインクに添加される。適切な界面活性剤として、上記の媒体の項目で開示されるものが含まれる。界面活性剤は、インクの全重量に基づき、典型的に約５％まで、そしてより典型的に２重量％までの量で使用される。
【００７２】
エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、イミノ二酢酸（ＩＤＡ）、エチレンジアミン−ジ（ｏ−ヒドロキシフェニル酢酸）（ＥＤＤＨＡ）、ニトリロ三酢酸（ＮＴＡ）、ジヒドロキシエチルグリシン（ＤＨＥＧ）、トランス−１，２−シクロヘキサンジアミン四酢酸（ＣｙＤＴＡ）、ジエチレントリアミン−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’’，Ｎ’’−五酢酸（ＤＴＰＡ）、およびグリコールエーテルジアミン−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−四酢酸（ＧＥＤＴＡ）、ならびにそれらの塩などの封鎖剤（またはキレート剤）の含有は、例えば、重金属不純物の悪影響を排除するために有利となり得る。
【００７３】
ポリマーは、耐久性または他の特性を改善するために、インクに添加されてもよい。ポリマーは、媒体中で可溶性であることができるか、または分散された形態であることができ、かつイオン性であることも非イオン性であることも可能である。可溶性ポリマーは、直鎖ホモポリマーおよびコポリマーまたはブロックポリマーを含む。それらは、グラフトまたは分枝ポリマー、星型およびデンドリマーを含む構造化ポリマーであることもできる。分散されたポリマーは、例えば、ラテックスおよびヒドロゾルを含んでもよい。ポリマーは、限定されないが、フリーラジカル、基移動、イオン、縮合および他の種類の重合を含む、いずれかの既知のプロセスによって製造されてもよい。それらは、溶液、エマルジョンまたは懸濁重合プロセスによって製造されてもよい。ポリマー添加剤の典型的な種類には、アニオン性アクリル、スチレン−アクリルおよびポリウレタンポリマーが含まれる。
【００７４】
ポリマーが存在する場合、その濃度は、インクの全重量に基づき、典型的に約０．０１重量％〜約３重量％である。上限は、インク粘度または他の物理的限界によって指示される。
【００７５】
インクセット
「インクセット」という用語は、噴射用にインクジェット印刷機が備える全ての個々のインクまたは他の流体を指す。インクセットは、典型的に、少なくとも３つの異なる色のインクを含んでなる。例えば、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）インクは、ＣＭＹインクセットを形成する。より典型的に、インクセットは、例えば、ＣＭＹインクセットにブラック（Ｋ）インクを添加して、ＣＭＹＫインクセットを形成することによって、少なくとも４つの異なる色のインクを含む。インクセットのマゼンタ、イエローおよびシアンインクは、典型的に水性インクであり、そして着色剤として染料、顔料または組合せを含有してもよい。そのような他のインクは、一般的な意味で当業者に周知である。
【００７６】
典型的なＣＭＹＫインクに加えて、インクセットは、オレンジインク、グリーンインク、レッドインクおよび／またはブルーインクなどの異なる着色インク、ならびに全強度および軽強度インク、例えば、ライトシアンおよびライトマゼンタの組合せを含む、１つまたはそれ以上の「ガマット拡大」インクをさらに含んでもよい。そのような他のインクは、一般的な意味で当業者に既知である。
【００７７】
典型的なインクセットは、マゼンタ、イエロー、シアン、ならびに水性媒体および自己分散性カーボンブラック顔料を含んでなる本開示によるブラックインクを含んでなる。特に、マゼンタ、イエローおよびシアンインクのそれぞれにおける着色剤は、染料である。
【００７８】
インク特性
噴射速度、液滴の分離長さ、液滴径および流れ安定性は、インクの表面張力および粘度に非常に影響を受ける。着色インクジェット式インクは、典型的に、２５℃で約２０ダイン／ｃｍ〜約７０ダイン／ｃｍの範囲の表面張力を有する。粘度は２５℃で３０ｃＰと程度の高さであることができるが、典型的にいくらか低い。インクは、広範囲の噴射条件、すなわち、ピエゾ素子の駆動周波数、またはドロップオンデマンドデバイスもしくは連続デバイスのサーマルヘッド、ならびにノズルの形状および径のための放出条件に適合性のある物理的特性を有する。インクは、インクジェット装置において有意な範囲まで詰まりを生じないように、長期間、優れた貯蔵安定性を有さなければならない。さらにまた、インクは、それが接触するインクジェット式印刷装置の部分を腐食してはならず、そして本質的に無臭でなければならず、かつ非中毒性でなければならない。
【００７９】
いずれかの特定の粘度範囲またはプリントヘッドにも制限されないが、本発明のインクセットは、サーマルプリントヘッドによって必要とされるものなどの低粘度用途に特に適切である。したがって、２５℃における本発明のインクの粘度は、約７ｃＰ未満、典型的に約５ｃＰ未満、より典型的に約３．５ｃＰ未満であることができる。サーマルインクジェットアクチュエータは、インク液滴を噴射するために瞬間加熱／気泡形成に依存し、液滴形成のこの機構は一般に低粘度インクを必要とする。
【００８０】
基板
本実施形態は、一般的な電子写真コピー紙および写真紙、光沢紙およびインクジェット印刷機で使用される同様の紙などの普通紙上に印刷するために特に有利である。
【００８１】
本開示のインクおよびインクセットの別の特に有利な使用は、商業的なコーティングされたオフセットメディアのインクジェット式印刷である。商業的なオフセット紙は、典型的に無孔の平滑な表面を含有する。平滑な無孔表面は、コーティングによって形成され、流体が浸透するためにより多くの時間を必要とする。多くの例において、オフセットコーティングは、インクジェットインク、例えば、ポリビニルアルコールなどの水溶性ポリマー用に特に設計される紙コーティングよりも、例えばスチレン−ブタジエンベースのより疎水性であるポリマーを含有する。したがって、オフセットコーティングは、典型的に疎水性であり、かつ低い貫入特性を有し、平滑／無孔であるため、オフセットコーティングは水ベースのインクと相互作用しない傾向ある。オフセットメディアをコーティングするために使用されるポリマーの例としては、ラテックス結合剤、ポリスチレン、ポリオレフィン（ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブタジエン）、ポリエステル（ＰＥＴ）、ポリアクリレート、ポリメタクリレートおよび／またはポリ（無水マレイン酸）が含まれる。
【実施例】
【００８２】
示された成分を一緒に撹拌し、得られた混合物を濾過することによって、インクを調製した。以下の実施例で使用される水は、特記されない限り、脱イオン水であった。
【００８３】
試験方法
加熱されたローラーバー耐久性
印刷プロセス間の紙送り装置によるダメージに対するインクの耐性を試験するために、以下の試験を実行する。インクの１ｍｌ（チェック）液滴を、試験されるメディア上に配置し、次いで、＃１５バーを使用してドローダウンし、厚さ約４０ミクロンのインクフィルムを製造する。このフィルムは、８０秒間、外気中で乾燥されて、次いで、１２０℃まで加熱されたステンレス鋼バーに対して拭き取られる。ドローダウンされたインクフィルムを、ダメージに関して視覚的に評価し、以下のスケールによって評価する。
【００８４】
【表１】
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【００８５】
加熱されたローラーバーは、印刷からバーへのいずれのインク移動に関しても評価し、そして以下のスケールによって評価する。
【００８６】
【表２】
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【００８７】
乾燥時間
試験されるインクを、上記のとおり選択されたメディア上でドローダウンし、次いで、湿潤フィルムは、１０秒の間隔で、一片のコピー用紙によって拭き取られる。乾燥時間とは、インクがメディア上で汚れない時間である。
【００８８】
分散されたポリウレタンポリマー
乾燥し、アルカリおよび酸を含まず、滴下漏斗、凝縮器、撹拌器および窒素ガスラインを備えたフラスコに、６９９．２ｇのＤｅｓｍｏｐｈｅｎｅ  Ｃ  ２００、２８０．０ｇのアセトンおよび０．０６ｇのＤＢＴＬを添加した。含有物を４０℃まで加熱し、十分混合した。次いで、１８９．１４ｇのＩＰＤＩを、４０℃で６０分間かけて、滴下漏斗を通してフラスコに添加し、いずれの残留ＩＰＤＩも、１５．５ｇのアセトンを用いて、滴下漏斗からフラスコ中に洗い落とした。
【００８９】
フラスコ温度を５０℃まで増加させ、３０分間保持した。次いで、４４．５７ｇのＤＭＰＡ、それに続いて、２５．２ｇのＴＥＡを、滴下漏斗を通してフラスコに添加し、次いで、これを１５．５ｇのアセトンで洗い落した。次いで、ＮＣＯの％が１．１４％以下となるまで、フラスコ温度を５０℃まで再び増加させた。
【００９０】
５０℃の温度で、滴下漏斗を通して、１４９８．０ｇの脱イオン（ＤＩ）水を１０分間かけて添加し、続いて、９７．５ｇのＥＤＡ（水中６．２５％の溶液として）および２９．７ｇのＴＥＴＡ（水中６．２５％の溶液として）の混合物を５分間かけて添加し、次いで、これを８０．０ｇの水を用いて洗い落した。混合物を５０℃で１時間保持し、次いで、室温まで冷却した。
【００９１】
アセトン（約３１０．０ｇ）を真空下で除去し、重量で約３５．０％固体を有するポリウレタンの最終分散質が得られた。
【００９２】
エチレン／メタクリル酸コポリマー
エチレン／メタクリル酸コポリマー（ＳＥＰ  １７０２−１で表わされるＤｕＰｏｎｔ材料）は、１２４ｍｇ  ＫＯＨ／ｇの酸価および３００のメルトインデックスを有するメタクリル酸を１９重量％含有した。水性分散体を、水中で水酸化ナトリウムによって中和し、撹拌することによって形成した。分散体粒径は８７ｎｍであった。
【００９３】
エチレン／アクリル酸コポリマー
エチレン／アクリル酸コポリマー分散体は、Ｍｉｃｈｅｍ  Ｐｒｉｍｅ  ５９３１（Ｍｉｃｈｅｌｍａｎ  Ｉｎｃ．，Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ，Ｏｈｉｏ）であった。これは２０重量％のアクリル酸を含有し、１６０ｍｇ  ＫＯＨ／ｇの酸価を有する。これは、６０ｎｍの平均粒径を有する、アンモニアで中和された水性分散体である。
【００９４】
ポリウレタン分散剤１（ＢＭＥＡ末端ＩＰＤＩ／Ｔｅｒａｔｈａｎｅ６５０）
乾燥し、アルカリおよび酸を含まず、滴下漏斗、凝縮器および撹拌器を備えたフラスコに、窒素雰囲気下で、Ｔｅｒａｔｈａｎｅ（登録商標）６５０（３００ｇ）、ＤＭＰＡ（１８０ｇ）、スルホラン（８７７ｇ）およびＤＢＴＬ（０．１２ｇ）を添加した。得られた混合物を６０℃まで加熱し、完全に混合した。この混合物に、フラスコ上に備え付けられた滴下漏斗を通して、ＩＤＰＩ（４３７ｇ）を添加し、続いて、滴下漏斗中の残留ＩＰＤＩを、スルホラン（５ｇ）を用いてフラスコ中に洗い落とした。反応混合物のための温度を８５℃まで増加させて、イソシアネート含有量が１．２％以下に達するまで、８５℃に保持した。次いで、温度を６０℃まで冷却し、６０℃に維持しながら、ＢＭＥＡ（４６ｇ）を５分間かけて滴下漏斗を通して添加し、続いて、滴下漏斗中の残留ＢＭＥＡを、スルホラン（５ｇ）を用いてフラスコ中に洗い落とした。温度を６０℃で１時間保持した後、滴下漏斗を通して、ＫＯＨ水（１１７ｇ、４５重量％の水溶液）を１０分間かけて添加し、続いて、脱イオン水（１２５０ｇ）を添加した。混合物を１時間６０℃に保持し、そして室温まで冷却し、３０％固体を有するポリウレタン分散剤を得た。
【００９５】
架橋されたマゼンタ顔料分散体１およびブラック顔料分散体１の調製
マゼンタ（ピグメントレッド１２２）およびカーボンブラック顔料を用いて、架橋された顔料分散体を調製した。
【００９６】
ポリウレタン分散剤１を用いて着色分散体を調製するために、以下の手順が使用された。Ｂｕｈｌｅｒ  ＰＭＬを使用して、典型的に２０〜３０％の顔料装填でプレミックスを調製し、そして目標とされた分散剤濃度は、１．５〜３．０の顔料／分散剤（Ｐ／Ｄ）比で選択された。２．５のＰ／Ｄは、顔料において４０％の分散剤濃度に相当する。任意に、プレミックス段階における顔料湿潤および分散剤の溶解を促進し、そしてミル加工段階の間の粉砕を容易にするため、補助溶媒を、全分散体調製物の１０％で添加した。他の同様の補助溶媒が適切であるが、トリエチレングリコールモノブチルエーテル（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから供給されるＴＥＢ）が補助溶媒の選択肢であった。本発明のポリウレタン分散剤は、水中へのポリマーの溶解および顔料の湿潤を促進するため、顔料分散体調製の前にＫＯＨまたはアミンのいずれかによって中和された。プレミックス段階の間、顔料濃度を典型的に２７％に保持し、その後、ミル加工段階の間、最適なメディアミル粉砕条件のために脱イオン水を添加することによって、約２４％まで低下した。典型的に４時間であったミル加工段階の完了後、残りの脱イオン水を添加し、そして完全に混合した。
【００９７】
補助溶媒で処理された全ての着色分散体は、補助溶媒を除去し、そして存在し得る他の不純物を濾去するために、限外ろ過プロセスを使用して精製された。完了後、分散体の顔料濃度は約１０〜１５％まで低下した。
【００９８】
架橋ステップにおいて、架橋化合物、Ｄｅｎａｃｏｌ  ３２１を着色分散体と混合し、そして６〜８時間、効率的に撹拌しながら、６０℃〜８０℃で加熱した。Ｄｅｎａｃｏｌ  ３２１を顔料の３重量％で添加した。架橋反応が完了した後、必要であれば、ｐＨを少なくとも約８．０まで調節した。
【００９９】
自己分散されたブラック顔料分散体
国際公開第０１／９４４７６号パンフレットに記載のプロセスに従って、カーボンブラック（ＤｅｇｕｓｓａからのＳ−１６０、表面積１５０ｍ2／ｇ）をオゾンで酸化し、そしてＬｉＯＨで中和した。回収後、水中の自己分散カーボンブラック顔料の１６．６重量パーセント分散体が、３．５ｃｐｓ（２５℃）の粘度で得られた。中央粒径は１１０ｎｍであり、かつ酸価（官能化度）は３．３モル／ｍ2であった。測定された官能化度は、＜３．０モル／ｍ2の目標レベルをわずかに上回った。
【０１００】
このＳＤＰ（および国際公開第０１／９４４７６号パンフレットに従うプロセスによって製造されるこれらの実施例における他）の官能化度（酸価）は、処理された顔料をｐＨ７まで中和するために必要とされる塩基の当量モルによって決定した。表面親水基が実質的に全て酸性であるため、酸価は官能化度にも等しい。
【０１０１】
塩基の当量モルは、滴定によって、またはアルカリ金属水酸化物などの無機塩基の場合、原子吸光（ＡＡ）もしくは誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）分析によって決定することができる。１グラムのＳＤＰあたりの塩基のモルが得られ、顔料の表面積によって割り、そして適切に単位を調節することによって、モル／ｍ2に変換される。精度のため、中和された試料は、測定に干渉し得る遊離酸または塩などの汚染物質を含んではならない。
【０１０２】
実施例１
以下のインクを調製し、次いで、２つのオフセットコーティングメディアにおいて試験した。結果を以下の表中に要約する。
【０１０３】
【表３】
2017508030.tif 000004
【０１０４】
ＵＰＭ  Ｆｉｎｅｓｓｅ  Ｇｌｏｓｓメディアにおける結果
結合剤の組合せを有する本発明のインクは、１つのみの結合剤または他を有する比較インクよりも、有意に良好なドローダウン耐久性を有する。インク移動および乾燥時間は、比較インクと同等であるか、または比較インクよりわずかに良好である。
【０１０５】
【表４】
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【０１０６】
ＯＫ  Ｔｏｐｃｏａｔメディアにおける結果
結合剤の組合せを有する本発明のインクは、１つのみの結合剤または他を有する比較インクよりも、有意に良好なドローダウン耐久性を有する。乾燥時間は、比較インクと同等であるか、または比較インクよりわずかに良好である。このメディアにおいて、加熱されたローラーバーへのインク移動の改善はなかった。
【０１０７】
実施例２
自己分散されたブラック顔料分散体１を使用して以下のインクを製造し、同様の方法で試験した。
【０１０８】
【表５】
2017508030.tif 000006
【０１０９】
ＯＫ  Ｔｏｐｃｏａｔ紙における試験結果
【０１１０】
【表６】
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【０１１１】
本発明のインクは、耐久性、少ないインク移動およびより迅速な乾燥の最良のバランスを示した。
【０１１２】
実施例３
ブラック顔料分散体を使用して以下のインクを製造し、同様の方法で試験した。
【０１１３】
【表７】
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【０１１４】
ＵＰＭ  Ｆｉｎｅｓｓｅ  Ｇｌｏｓｓ紙における試験結果
【０１１５】
【表８】
2017508030.tif 000009
【０１１６】
本発明のインクは、比較インクよりも良好な耐久性、少ないインク移動および迅速な乾燥を示す。
【国際調査報告】
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