噴墨用水性墨的製作方法

2023-05-02 06:25:51 1

專利名稱：：噴墨用水性墨的製作方法
技術領域：
：本發明涉及噴墨用水性墨。
背景技術：
：噴墨記錄體系是從微細噴嘴噴射流動性高的液體墨、並使其附著在紙等記錄介質上而進行印刷的印刷體系。該體系具有可以以比較廉價的裝置高速且低噪音地印刷高解析度、高品質的圖像的特徵，最近迅速得到普及。從可廉價地得到高品質印刷物的觀點出發，墨為水性型的墨得到普及。水性墨是通過含有水分而提高幹燥性的墨，與油性墨相比具有如下特徵即使在普通紙的兩面印刷也難以透印(墨滲透到記錄介質裡面的情況)，文字重現性好。該水性墨的色料大致可分為染料和顏料2種類，但由於顏料墨具有良好的耐光性以及耐水性，因而迅速得到普及。作為使用水性墨印刷到普通紙上時的問題，可列舉出巻曲(凸巻曲)現象、起皺(起伏)現象。此為由於水性墨向記錄介質即紙張纖維的滲透，纖維間的氫鍵被切斷、紙張膨脹而產生的現象。專利文獻l(日本特開2005-220296號7>報)/>開了一種噴墨用水性墨，其具有如下特徵包含具備特定表面張力、粘度以及蒸汽壓的溶劑，可改善記錄頭的噴射性、脫蓋兒適應性(decappingproperties),具有4尤異的而十透印'l"生、文本質量、巻曲性能。專利文獻2(日本特開平10-130550號公報)公開了一種噴墨用水性墨，其為適合於彩色印刷的墨，包含水、染料、多元醇的低級烷基醚、非離子性亞乙醯基甘醇(acetyleneglycol)以及甘油或特定的多元醇類，防巻曲能力優異。
發明內容可是，根據本發明人等的研究，在專利文獻l的技術中，特別是在使用顏料作為色料的墨情況下，貯藏穩定性低劣，在列印噴墨頭中導入墨並放置的情況下，噴嘴易堵塞，在噴墨頭放置性能上存在問題。專利文獻2的技術是一種染料墨，其是基於如下技術思想的物質在記錄介質中滲透溶劑成分，將此溶劑成分保持在記錄介質中並抑制墨中的水分蒸發以防止巻曲。可是，長期放置印刷物時，水分會蒸發，在紙的纖維間再次產生氫鍵、紙張收縮，存在變為凹巻曲(向與紙張膨脹時的相反一側的巻曲)的狀態的問題。因而，本發明的課題是提供一種噴墨用的水性顏料墨，其可抑制巻曲，且具有優異的貯藏穩定性以及噴墨頭放置性能。本發明涉及噴墨用水性墨，該噴墨用水性墨包含顏料、水溶性有機溶劑A、水溶性有機溶劑B以及水，其中，前述水溶性有機溶劑A包含雙甘油以及聚甘油中的至少1種，並且，前述水溶性有機溶劑B包含通式(1):RO-(CH2CH20)n-H所示的聚乙二醇單烷基醚，式(1)中，R為碳數46的烷基，n為46的整數。另一本發明涉及一種印刷物，其使用上述本發明的噴墨用水性墨印刷而獲得。具體實施例方式本發明為噴墨用水性墨(以下僅稱為"墨"。)，其特徵在於，其包含顏料、水溶性有機溶劑A、水溶性有機溶劑B以及水，前述水溶性有機溶劑A包含雙甘油以及聚甘油中的至少l種，並且，前述水溶性有機溶劑B包含通式(1):RO-(CH2CH20)n-H所示的聚乙二醇單烷基醚，式(l)中，R為碳數46的烷基，n為46的整數。即，本發明可提供一種噴墨用水性顏料墨，其特徵在於，該噴墨用水性顏料墨作為有機溶劑包含雙甘油以及聚甘油中的至少l種和特定的聚乙二醇單垸基醚，其中，通過為該構成，該噴墨用水性顏料墨可抑制巻曲、紙張搬送性良好，且貯藏穩定性以及噴墨頭放置性能優異。本發明的技術方案的特徵在於，將高極性的水溶性有機溶劑A、低極性的水溶性有機溶劑B組合使用。發明人等發現從改善貯藏穩定性以及噴墨頭放置性能的觀點出發，有必要使用高極性溶劑，從促進印刷物的乾燥、防止巻曲的觀點出發，作為高極性溶劑使用所保持的水分量(吸溼性)少的溶劑是有效的。再者發現通過組合低極性溶劑，在印刷時的紙張表面墨系的溶解平衡被破壞，低極性溶劑與水迅速分離，因此水分留在紙張表面而易乾燥，可得到防止巻曲的效果。從這樣的觀點出發，水溶性有機溶劑A優選為甘油聚合物或多元醇，水溶性有機溶劑B優選為多元醇的低級(碳數36)烷基醚系溶劑。再者，從噴墨頭放置性能、連續噴出性能以及貯藏穩定性的觀點出發，水溶性有機溶劑A以及B優選為沸點都在200°C以上的高沸點溶劑。兩溶劑的沸點更優選為250。C以上。從溶劑的溶解度的觀點出發，極性可用a值表示。在本發明中，水溶性有機溶劑A為a值在65以上的溶劑，優選為a值在70以上的溶劑。水溶性有機溶劑B為a值不足65的溶劑，優選為a值在55以下的溶劑。a值是指用tana(=無機性值/有機性值)表示的值。在此，"無機性值"以及"有機性值，，是在由藤田穆提出的"有機概念圖"中使用的特性，其將有機化合物分成以下2因子，並分別將其數值化。其中2因子為起因於其碳領域的共價鍵鏈的"有機性"(共價鍵性)；以及，由存在於取代基(官能基)的靜電性影響帶來的"無機性，，(離子結合性)。即，"無機性值"以及"有機性值"是由各個有機化合物的結構等求得的，兩者的比即a值為定量地表示化合物的"無機性"和"有機性"的平衡的值。有關於"有機概念圖，，的事項在藤田穆著的"系統的有機定性分析(混合物編)"風間書房(1974年)等中有詳細敘述。本發明的墨中，作為水溶性有機溶劑A,包含雙甘油以及聚甘油中的至少l種。本發明人等發現關於水溶性有機溶劑A所保持的水分量(吸溼性)，具體來說，優選相對溼度為50%時平ff水分量為15%以下，相對溼度為80%時平4軒水分量為35%以下。作為具有這樣特性的溶劑，選擇雙甘油以及聚甘油。從抑制巻曲效果的觀點出發，聚甘油更優選為分子量300以上的物質。作為可與雙甘油以及聚甘油組合^f吏用的水溶性有機溶劑A,可列舉出乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、三丙二醇、甘油、1，2,4-丁三醇、1，2，6-己三醇、1,2，5-戊三醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1，4-丁二醇、1，3-丙二醇、單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺等，可將這些多種類組合使用。將這些組合使用時，水溶性有機溶劑A中的雙甘油和/或聚甘油的比例優選為75質量％以上，更優選為90質量％以上。作為水溶性有機溶劑B，有必要至少包含RO-(CH2CH20)n-H所示的聚乙二醇單烷基醚，式(l)中，R為碳數46的烷基，n為46的整數。重複數n在3以下時，噴出性能降低，n在7以上時，墨乾燥後的紙張形變量可能會增加，烷基R的碳數在3以下時，剛印刷後以及墨乾燥後的紙張形變量增加，R的碳數在7以上時，由墨的粘度增加而導致噴出性能及貯藏穩定性可能會降低。烷基R可以為支鏈，但優選為直鏈。具體來說，可列舉出四乙二醇單丁醚、四乙二醇單戊醚、四乙二醇單己醚、五乙二醇單丁醚、五乙二醇單戊醚、五乙二醇單己醚、六乙二醇單丁醚、六乙二醇單戊醚、六乙二醇單己醚。其中，優選包含上述式(1)的R為丁基、n為4的四乙二醇單丁醚。作為可與上述聚乙二醇單烷基醚組合使用的水溶性有機溶劑B,可列舉出例如乙二醇單烷基醚類(例如乙二醇單曱醚、乙二醇單乙醚、乙二醇單丁醚等)；二乙二醇單烷基醚類(例如二乙二醇單甲醚、二乙二醇單乙醚、二乙二醇單丁醚等)；三乙二醇單烷基醚類(例如三乙二醇單曱醚、三乙二醇單乙醚、三乙二醇單丁醚等)；丙二醇單烷基醚類(例如丙二醇單曱醚、丙二醇單乙醚、丙二醇單丁醚等)；二丙二醇單烷基醚類(例如二丙二醇單曱醚、二丙二醇單乙醚、二丙二醇單丁醚等)；三丙二醇單烷基醚類(例如三丙二醇單曱醚、三丙二醇單乙醚、三丙二醇單丁醚等)；還可將這些2種以上組合使用。其中，優選將二乙二醇單丁醚、三乙二醇單丁醚、二丙二醇單曱醚等組合使用。將這些溶劑組合使用時，水溶性有機溶劑B中的上述式(1)的聚乙二醇單烷基醚的比例優選為50質量％以上。再者，水溶性有機溶劑B中的四乙二醇單丁醚的比例也優選為50質量％以上。從墨的貯藏穩定性、噴墨頭放置性能、墨噴出性等觀點出發，墨中水溶性有機溶劑八的含量優選為225質量％，進一步優選為320質量％。無論該含量過多還是過少，都難以避免墨粘度增加、或難以使墨粘度優化。通常，大量地(在墨中達到15質量％左右)包含低極性溶劑(水溶性有機溶劑B)的墨的貯藏穩定性有極端降低的傾向，但通過少量地包含該高極性溶劑(水溶性有機溶劑A)，可使顏料分散性穩定化，提高墨的貯藏穩定性。從抑制巻曲、防止墨粘度增加的觀點出發，墨中水溶性有機溶劑B的含量優選為1545質量％,進一步優選為20~40質量％。墨中水的含量優選為3080質量％,更優選為4070質量％,最優選為4560質量％。作為水，優選使用離子交換水、蒸餾水等純水、或超純水。作為顏料，例如可使用偶氮系、酞菁系、染料系、縮合多環系、硝基系、亞硝基系等的有機顏料(亮洋紅6B、色澱紅C、沃丘格紅、雙偶氮黃、漢撒黃、酞菁藍、酞菁綠、鹼性藍、苯胺黑等)；鈷、鐵、鉻、銅、鋅、鉛、鈦、釩、錳、鎳等的金屬類、金屬氧化物及硫化物以及赭黃、群青、絳藍等無機顏料、爐法炭黑、燈黑、乙炔黑、槽法炭黑等炭黑類。這些顏料可單獨使用任一種，此外，也可2種以上組合使用。再者，優選使用自分散性顏料，該自分散性顏料可通過物理或化學處理在顏料表面導入親水性官能基團。作為導入到自分散性顏料的親水性官能基團，優選為具有離子性的物質，通過使顏料表面帶電為陰離子性或陽離子性，從而可通過靜電排斥力將顏料顆粒穩定地分散在水中。作為陰離子性官能基，優選為磺酸基、羧基、羰基、羥基、磷酸基等。作為陽離子性官能基，優選為季銨基、季鱗基等。這些親水性官能基團可直接與顏料表面結合，也可通過其他的原子團結合。作為其他的原子團，可列舉出亞烷基、亞苯基、亞萘基等，但並不限定於這些。作為顏料表面的處理方法，可列舉出重氮化處理、磺化處理、次氯酸處理、腐植酸處理、真空等離子處理等。墨中所包含的顏料(固體成分)的配合量優選為0.125質量％左右、更優選為120質量％、最優選為515質量％。墨的粘度的適應性範圍根據噴墨頭的噴嘴直徑、噴出環境等而不同，通常在23。C下優選為130mPa's左右、更優選為515mPa.s,約10mPa.s左右則適於用於噴墨記錄裝置用途。在此，粘度表示在23。C下、以0.1Pa/s的速度將剪切應力從OPa增加到10Pa時的值。在不阻礙本發明目的的範圍內，可根據需要在墨中包含該領域中常用的各種添加劑。具體來說，可在墨中含有陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、兩性表面活性劑、非離子表面活性劑、或高分子系、矽酮系、氟系的表面活性劑作為顏料分散劑、消泡劑、表面張力降低劑等。為了調整墨的粘度，可在墨中配合電解質。作為電解質，例如可列舉出闢u酸鈉、；粦酸氬鉀、4寧碎蒙酸鈉、酒石酸鉀、硼酸鈉，可將2種以上組合使用。為了調節墨的PH，也可添加公知的PH調節劑，硫酸、硝酸、醋酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨、三乙醇胺等可作為PH調節劑使用，或可作為墨的增粘助劑使用。通過配合抗氧化劑，可防止墨成分的氧化、提高墨的保存穩定性。作為抗氧化劑，可使用例如L-抗壞血酸、L-抗壞血酸鈉、異抗壞血酸鈉、亞硫酸鉀、亞-克酸鈉、碌u代好u酸鈉、連二亞碌u酸鈉、焦亞碌^酸鈉。通過配合防腐劑，可防止墨的腐壞、提高保存穩定性。作為防腐劑，例如可使用5-氯-2-曱基-4-異噻唑啉-3-酮、2-曱基-4-異噻唑啉-3-酮、2-正辛基-4-異噻唑啉-3-酮、1,2-苯並異噻唑啉-3-酮等異噻唑啉系防腐劑；六氫-l，3，5-三(2-羥乙基)-均三嗪等三。秦系防腐劑；2-吡啶硫醇鈉-l-氧化物、8-羥基喹啉等吡啶-喹啉系防腐劑；二曱基二硫代氨基甲酸鈉等二硫代氨基曱酸酯系防腐劑；2,2-二溴-3-氰基丙醯胺、2-溴-2-硝基-l，3-丙二醇、2，2-二溴-2-硝基乙醇、1，2-二溴-2,4-二氰基丁烷等有機溴系防腐劑；對羥基苯甲酸甲酯、對羥基苯曱酸乙酯、山梨酸鉀、脫氫醋酸鈉、水楊酸。從可進一步提高連續噴出性能的觀點出發，在上述任意成分中，優選墨包含特定種類的表面活性劑。作為表面活性劑的種類，具體來說，優選己酸、辛酸、癸酸、月桂酸等碳數為612的脂肪酸的脂肪酸酯，優選選自聚甘油脂肪酸酯、聚乙二醇脂肪酸酯以及聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯所組成的組中的l種以上的脂肪酸酯。脂肪酸的碳數比6小的情況下，有可能因添加而得不到期待的充分的表面活性作用。另一方面，脂肪酸的碳數比12大的情況下，反而可能會降低連續噴出性能，且難以溶解於墨中、墨的穩定性降低。這些脂肪酸酯可以為單酯，也可以為2以上的脂肪酸酯化的聚酯。聚甘油脂肪酸酯中的甘油的聚合度優選為610左右。聚乙二醇脂肪酸酯中的乙二醇(或氧化乙烯)的聚合度(EO)優選為625左右。聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的乙二醇(或氧化乙烯)的聚合度(EO)優選為625左右。更詳細地，可列舉出單月桂酸六甘油酯、單月桂酸十甘油酯、單月桂酸聚乙二醇酯、單月桂酸聚氧乙烯失水山梨醇酯、單辛酸六甘油酯、單辛酸十甘油酯、單辛酸聚乙二醇酯、單辛酸聚氧乙烯失水山梨醇酯等。包含上述脂肪酸酯時的墨中含量優選為0.1~2質量％，更優選為0.31.5質量％。即使所包含的上述脂肪酸酯超過2質量％,不但效果得不到增加，相反會降低連續噴出性能。接著，本發明的印刷物是使用上述的本發明的墨並通過噴墨記錄法印刷而獲得的。噴墨印表機可以為壓電方式、靜電方式、熱方式等任一方式，基於數位化信號而從噴墨頭噴出本發明的墨，使被噴出的墨液滴吸附在記錄介質上。根據本發明，可有效防止巻曲等紙張形變，因此具有良好的紙張搬送性，因而，也可適應於1分鐘120張的高速印刷。再者，通過提高墨的貯藏穩定性(噴墨頭放置性能)以及連續噴出性能，本發明的墨可優選使用於線噴墨頭(linehead)方式的噴墨印表機。實施例以下，通過實施例更詳細說明本發明，但本發明並不限定於這些。以下，將"質量％"僅記為"％"、將"質量份，，僅記為"份"。用表1表3所示的組成調製墨。所使用的成分如下述。顏料"CAB-O-JET300"(碳黑，CabotCorporation)雙甘油(阪本藥品工業抹式會社)聚甘油"#750"(羥基值870910,阪本藥品工業林式會社)甘油(和光純藥工業抹式會社)聚乙二醇"#200"(和光純藥工業抹式會社)四乙二醇單丁酸(KyowaHakkoChemicalCo.,Ltd.)三乙二醇單丁醚(和光純藥工業抹式會社)二乙二醇單丁醚(和光純藥工業抹式會社)三丙二醇單丁醚(DowChemicalCompany)表面活性劑"Surfino1465"(亞乙醯基甘醇環氧乙烷，AirProductsandChemicalsInc.)TEA(pH調節劑、三乙醇胺、和光純藥工業抹式會社)單月桂酸六甘油西旨"NIKKOLHexaglyn1-L"(NikkoChemicalsCo.，Ltd.)單月桂酸十甘油酉旨"NIKKOLDecaglyn1-L"(NikkoChemicalsCo.,Ltd.)單辛酸十甘油酯"SY-GlysterMCA-750"(阪本藥品工業抹式會社)單月桂酸聚乙二醇酯"NIKKOLMYL-10"(EO=10NikkoChemicalsCo.,Ltd.)單月桂酸聚氧乙烯失水山梨醇酯"RHEODOLTW-L106"(EO=6KaoCorporation)單肉豆蔻酸六甘油酯"NIKKOLHexaglyn1-M"(NikkoChemicalsCo.,Ltd.)單肉豆蔻酸十甘油酯"NIKKOLDecaglyn1-M"(NikkoChemicalsCo.,Ltd.)單油酸十甘油酉旨"NIKKOLDecaglyn1-0"(NikkoChemicalsCo.,Ltd.)單油酸聚乙二醇酯"NIKKOLMYO-10"(EO=10NikkoChemicalsCo.，Ltd.)單油酸聚氧乙烯失水山梨醇酯"RHEODOLTW-O120"(EO=20KaoCorporation)聚氧乙烯月桂基醚硫酸酯鹽"EMAL20C"(KaoCorporation)月桂基甜菜鹼(C12H25-N+(CH3)2CH2COCT)"AMPHITOL20BS"(KaoCorporation)(1)剛印刷後的紙張形變使用線型噴墨印表機"ORPHISHC5500"(理想科學工業抹式會社製造)，評價剛印刷後的紙張形變的有無。改變ORPHISHC5500的一部分墨路徑以使其可應對水性墨。紙張使用理想輕質紙張(A4型號，理想科學工業抹式會社製造)，每l點的噴出量為30pL,並且單面整面地形成滿圖像。評價基準如下述。A:剛印刷後可通紙、排紙也良好B:剛印刷後可通紙、但排紙不齊C:剛印刷後發生紙堵塞、不能通紙(2)放置後的紙張形變和上述(l)同樣地形成滿圖像後，在23。O50。/。RH環境下放置一周，依照以下的基準進行評價。A:印刷物厚度方向的形變量在5mm以下，即使重疊印刷物，體積也不大。B:印刷物厚度方向的形變量在5mm以下，-f旦重疊印刷物時，體積很大。C:印刷物厚度方向的形變量在5mm以上，重疊印刷物時，體積很大。(3)噴墨頭的放置性能如上述，在一部分改變墨路徑的ORPHISHC5500的墨路徑內導入墨，在45。O30。/。RH環境下放置一周後，恢復操作進行噴出試驗，依照以下的基準進行評價。A:驅動電壓適當，沒有噴嘴遺漏，可以從第l點開始噴出。B:驅動電壓適當，但產生若干個噴嘴遺漏。C:沒有可正常噴出的驅動電壓範圍，產生多個噴嘴遺漏。(4)連續噴出性能將ORPHISHC5500的噴墨頭安裝到連續噴出用夾具(可安裝任意的噴墨頭、可任意地設定驅動條件)上。每l點的噴出量為42pL,連續10分鐘、從總計318個的全部噴嘴中進行墨的噴出。檢查10分鐘後在318個噴嘴中存在多少個不噴出的噴嘴，從而依照以下的基準進行評價。進行3次實驗。A:3次實驗，不噴出的噴嘴都為0個或1個。B:3次實驗，不噴出的噴嘴都在5個以下。C:3次實驗，不噴出的噴嘴都在20個以下。D:僅l次實^r，不噴出的噴嘴就超過20個。(5)貯藏穩定性在70。C的環境下將各墨在密閉容器內放置1周，測定墨的粘度變化，其測定結果按以下的方式進行評價。粘度變化率=[(一周後的粘度值x100)/(粘度的初始值)]-100(%)粘度變化率不足5%的記為A,粘度變化率在5%以上的記為C。以上的結果一併如表所示。tableseeoriginaldocumentpage15tableseeoriginaldocumentpage16表3tableseeoriginaldocumentpage17如上述實施例的墨所示，根據本發明可提供一種貯藏穩定性、噴出性良好的墨，使用該墨可進行抑制紙張形變的高速印刷。再者，實施例的墨可防止點沖擊位置的偏離，並且，可使墨滴排列均勻化，所以還可優選用於線噴墨頭方式的噴墨印表機。在實施例1~8的墨中，連續噴出試驗中產生多個不噴出噴嘴，但實際應用上沒有問題。在配合了特定的表面活性劑的實施例79的墨中，可得到更加優異的連續噴出性能。其中，在實施例1015中，在所有3次實驗中，不噴出噴嘴都為O個。再者，如參考例18所示可知，表面活性劑的種類不同時，通過配合表面活性劑，不但不會提高連續噴出性能，而且還有降低的情況。另一方面，在比較例3以及4中，連續噴出試驗產生多個不噴出噴嘴，所得到的印刷物中，有阻礙實際使用的粗的白條紋。注意，除了以上已經提到的那些之外，可以對上述實施方案進行許多改進和變化而不脫離本發明的新穎性和有利特點。因此，所有這些改進和變化意欲包括在所附的權利要求書內。權利要求1.一種噴墨用水性墨，該噴墨用水性墨包含顏料、水溶性有機溶劑A、水溶性有機溶劑B以及水，其中，前述水溶性有機溶劑A包含雙甘油以及聚甘油中的至少1種，並且，前述水溶性有機溶劑B包含通式(1)RO-(CH2CH2O)n-H所示的聚乙二醇單烷基醚，式(1)中，R為碳數4～6的烷基，n為4～6的整數。2.根據權利要求l所述的噴墨用水性墨，前述聚乙二醇單烷基醚包括四乙二醇單丁醚。3.根據權利要求l所述的噴墨用水性墨，前述水溶性有機溶劑A在墨中的含量為225質量％。4.根據權利要求l所述的噴墨用水性墨，前述水溶性有機溶劑B在墨中的含量為15~45質量％。5.根據權利要求2所述的噴墨用水性墨，前述水溶性有機溶劑B中的四乙二醇單丁醚的比例為50質量％以上。6.根據權利要求l所述的噴墨用水性墨，前述顏料為自分散型顏料。7.根據權利要求l所述的噴墨用水性墨，還包含l種以上脂肪酸酯，其為碳數為612的脂肪酸的脂肪酸酯、並選自聚甘油脂肪酸酯、聚乙二醇脂肪酸酯以及聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯所組成的組中。8.根據權利要求7所述的噴墨用水性墨，前述脂肪酸酯在墨中的含量為0.12質量％。9.一種印刷物，其使用權利要求l所述的噴墨用水性墨印刷而獲得。全文摘要本發明提供一種噴墨用水性墨，該噴墨用水性墨包含顏料、水溶性有機溶劑A、水溶性有機溶劑B以及水，前述水溶性有機溶劑A包含雙甘油以及聚甘油中的至少1種，並且，前述水溶性有機溶劑B包含通式(1)RO-(CH2CH2O)n-H所示的聚乙二醇單烷基醚，式(1)中，R為碳數4～6的烷基，n為4～6的整數。文檔編號B41J2/01GK101353495SQ2008101345公開日2009年1月28日申請日期2008年7月25日優先權日2007年7月27日發明者中尾彩彌子,齋藤貴史,林曉子,渡邊祥史,石丸慶明申請人:理想科學工業株式會社