ポリマーの結合した無機酸化物粒子を含む多孔質インクジェット印刷基材
本発明は、バインダー高分子中に粒子を懸濁させる前にシリル化高分子カップリング剤で無機酸化物粒子を前処理することによって、ひび割れ耐性及び紙シートのようなインクジェット印刷基材への粒子の付着性を高め得るという発見に関連する。前述の前処理はまた、許容し得る性能を達成するのに必要なバインダーの量を減らし、生産速度及び画質の改善につながるものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対する相互参照
本願は、２００４年１０月２９日付けの米国仮特許出願第６０／６２３，５２０号に対して、３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に準じて優先権が与えられる。
【０００２】
本発明は、概して、インクジェット印刷の分野に関し、より詳細には、インクジェット記録用基材をコーティングする方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
多孔質インクジェット記録媒体は、多くの場合、インク吸収性を高めるために無機酸化物粒子でコーティングされる。そのような粒子はまた、媒体上に印刷された画質を改善し、色域、光沢、コアレッセンス、及びブロンジングのような諸特性を改善する。
【０００４】
無機ミネラル酸化物粒子は、様々な既知の高分子バインダー（最も一般的なものはポリビニルアルコール（ＰＶＡ））を用いて、インクジェット基材に、またお互いに、結合され得る。多くのＰＶＡは、水溶性であり、無機酸化物粒子並びに天然（例えば、セルロース）及び人工の（例えば、押出しポリエチレン写真紙）基材に良好に結合する。典型的に、無機酸化物粒子は、ＰＶＡと水の混合物に懸濁され、その懸濁液がインクジェット印刷基材（例えば、紙）に適用され、次いで、乾燥され、カットされて、インクジェット印刷シートが完成する。そのようなシートは、通常、多孔質インクジェット受容体と呼ばれ、その表面に適用されるインクは、ほとんど瞬間的に乾燥すると思われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
無機酸化物でコーティングされたインクジェット印刷シートは、幾つかの顕著な欠点を呈する。シートからのコーティングの剥離（例えば、シートを擦ったり又は曲げたときの）及びコーティング内のひび割れは、シートの初期品質不良及び／又はそこに印刷された画像の経時劣化につながる。この問題を最小限とするために、製造時、コーティングをゆっくり乾燥させることもし得るが、製造コストを高騰させる。この問題はバインダー含量を増やすことで改善し得るが、コアレッセンス及びインク吸収性のような印刷品質は、余分のバンダーを含めることによって悪化し得る。これらの欠点を呈しないインクジェット印刷基材が必要とされている。
【０００６】
これまでに提案されたこれらの欠点を軽減する１つの方法（例えば、米国特許出願公報第２００２／００８１４１９号及び米国特許出願公報第２００４／００１４８５７号）は、シラノールで修飾されたポリマーを利用して、無機酸化物粒子を交差状に結合させ、それらを基材に結合させることである。このアプローチの欠点としては、シラノール変性ポリマーの高コスト、時期尚早な架橋、及びシラノール変性ポリマーの存在におけるコーティング液のゲル化が挙げられる。本発明は、従来技術における諸々の欠点を克服するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、インクジェット記録媒体をコーティングするための液体を製造する方法に関する。当該方法は、無機酸化物粒子、溶媒、及びシリル化ポリマー結合剤を、その剤と粒子の相当数の結合が起こるのに十分な時間にわたって組み合わせることを包含する。その後、剤と混和性であるところの高分子バインダーを粒子と組み合わせて液体を形成する。適切なカップリング剤としては、シリル化ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）及びシリル化タンパク質が挙げられる。適切な粒子としては、アルミナ、ベーマイト、擬ベーマイト、これらの水和物、ヒュームドシリカ、コロイドシリカ、カオリン、及びこれらの組合せのような、酸化アルミニウム及び酸化ケイ素の粒子が挙げられる。
【０００８】
剤と粒子の結合は、結合させる際に、その混合物の温度を調節することにより制御することができる。反応中にその混合物のｐＨを調節することによっても、結合を改善することができる。
【０００９】
本発明はまた、本書記載の方法によって製造された液体によりコーティングされたインクジェット記録媒体にも関する。当該媒体は、シリル化ポリマーと結合した無機酸化物粒子と、その粒子を基材に結合させるための高分子バインダーとを含んで成る組成物でコーティングされた基材を具備する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、改善されたインクジェット記録媒体並びにその製造方法に関する。当該媒体は、溶媒の存在下、無機酸化物粒子をシリル化高分子カップリング剤と反応させることによって製造される。相当数の粒子がグラフトされるのに十分な時間にわたって、粒子と剤を反応させたら、その混合物を基材に結合させるのに適する量の高分子バインダーを付加する。それによって、基材は、インクジェット印刷インクを受容するのに適することとなる。
【００１１】
定義
本書で用いるとき、以下の各用語は、この節における用語と関連する意味を有する。
【００１２】
「シラニル部分」は、シラノール官能基（−ＲＳｉ（ＯＨ）ＸＹ、ここで、Ｘ及びＹの各々は、個々独立して、水素、ヒドロキシ、アルコキシ、アルキル、アルキルアリール、アリールオキシ、又はアリール基である）、又はカップリング剤と無機酸化物粒子とを組み合わせる溶媒中においてシラノール基を形成し得るケイ素含有官能基を意味する。
【００１３】
「ポリマー」は、繰り返しサブユニット又は複数の互換性サブユニット（例えば、タンパク質中のアミノ酸サブユニット又はポリヌクレオチド中の核酸サブユニット）間の共有結合によって形成又は特色付けられる分子である。
【００１４】
「シリル化」ポリマーは、ポリマー鎖当り、少なくとも１つのシラニル部分、好ましくは２つ以上の当該部分を有するポリマーである。
【００１５】
詳細な説明
本発明は、バインダー高分子中に粒子を懸濁させる前にシリル化ポリマーカップリング剤で無機酸化物粒子を前処理することによって、ひび割れ耐性及び紙シート等のインクジェット印刷基材への粒子の付着性を高め得るという発見に関連している。前述の処理はまた、許容し得る性能を達成するのに必要なバインダーの量の低減、製造速度及び画質における改善につながるものである。
【００１６】
インクジェット記録媒体又は基材をコーティングするのに向く液体は、無機酸化物粒子、溶媒、及びシリル化高分子カップリング剤を結合させることによって製造される。カップリング剤のシラノール基は、剤と粒子との間の共有結合を形成することができ、それによって、剤を粒子に結合及び／又は当該粒子を相互に結合させる（剤がポリマー鎖当り２つ以上のシラニル部分を有する場合）。結合反応をかなりの程度まで起こし得るのに十分な時間、この混合物を反応させたら、高分子バインダーを付加して液体を得ることができる。このコーティング液は、保存したり、又はインクジェット印刷が実施されることになる基材に直ぐに適用することができる。剤が粒子に結合しているため、コーティング液は、結合粒子を特定の基材に付着させるのに十分なバインダーを含みさえすればよい。コーティング液はまた、カップリング剤とバインダーを共有結合させる架橋剤も含むことができる。
【００１７】
無機酸化物粒子
無機酸化物粒子は、実質的に、インクジェットインクを受容するのに適しており、且つカップリング剤のシラノール官能基と反応して共有結合を形成し得る化学成分を有する任意の粒子とし得る。シリカ−及びアルミナ−ベースの粒子は、インクジェット基材のコーティングに通常用いられ、本書記載の方法に使用するのに適している。
【００１８】
有用な無機酸化物粒子としては、アルミナ、ベーマイト、擬ベーマイト、シリカ、カオリン、これらの水和物、及びこれらの混合物又は組合せのような、アルミニウム及びケイ素の酸化物が挙げられる。当該粒子は、様々な等級及びサイズのものを利用でき、所望の用途に向く適切な粒子の選択は、当業者の知識の範囲内である。写真画像を記録するべく意図されたインクジェットシートに関しては、望ましい無機酸化物粒子としては、ヒュームドシリカ（例えば、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ（商標、Ｃａｂｏｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）Ｍ−５ブランドの合成アモルファスシリカエーロゲル）、コロイドシリカ（例えば、ＳＮＯＷＴＥＸ（商標、Ｎｉｓｓａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｍｅｒｉｃａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）ＭＰ−１０４０ブランドのコロイドシリカ）、及びベーマイト（例えば、ＤＩＳＰＥＲＡＬ（商標、Ｓａｓｏｌ Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｇｅｒｍａｎｙ）ＨＰ−１４ブランドの高分散ベーマイト）が挙げられる。
【００１９】
インクジェット印刷基材の表面に適用される無機酸化物の量は、広範に変更し得るが、典型的には、約２０グラム／平方メートルを下回ることはない。基材の特性、要求される又は望まれる印刷表面の品質、又はこれらのある種の組合せに依存して、それより多いか又は少ないの量も使用することができる。例えば、１５〜５０グラム／平方メートルにて適用し得るが、より一般的には２０〜４０グラム／メートルである。
【００２０】
用いる無機酸化物粒子のサイズは重要ではない。インクジェット印刷又は用紙コーティングの分野において有用な実質的に任意の粒子サイズを、本書記載の方法に採用し得る。例を挙げれば、５０〜３００ナノメートルの範囲のサイズをもつ粒子が適切である。一般に、粒子サイズを減ずることでコーティング面の滑らかさ及び印刷の画質が改善される。しかしながら、約５０ナノメートルをはるかに下回るサイズを有する粒子は、コーティング液の粘度を高める場合がある。
【００２１】
金属酸化物のブルナウアー−エメット−テラー（ＢＥＴ）面積は、１００〜５００平方メートル／グラムとし得、好ましくは約１５０〜３００平方メートル／グラムである。用い得る例示的な半金属酸化物又は金属酸化物の微粒子としては、それぞれ、Ｃａｂｏｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）から入手でき且つ商標を付されたＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ ＬＭ−１５０、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ Ｍ−５、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ ＭＳ−７５Ｄ、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ Ｈ−５、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ ＭＳ−５、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ ＰＧ００２、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ ＰＧ０２２；それぞれ、Ｄｅｇｕｓｓａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｐａｒｓｉｐｐａｎｙ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ）から入手でき且つ商標を付されたＡＥＲＯＳＩＬ １６０、ＡＥＲＯＳＩＬ ２００、ＡＥＲＯＳＩＬ ３００、及びＡＥＲＯＳＩＬ ４００が挙げられる。
【００２２】
カップリング剤
シリル化高分子カップリング剤は、好ましくは高分子バインダーの存在下で、無機酸化物粒子と結合される。粒子と結合されるカップリング剤の量は、カップリング剤の少なくとも幾らかを実質的に全ての無機粒子と結合させるのに十分でなければならない。使用されるべき剤の量は、その剤の特性に依存し、より詳細には、その剤上又は内部のシラニル部分の密度に左右される。
【００２３】
当該剤の化学的特性は、各剤分子が少なくとも１つのシラニル部分を含まなければならないことを除けば、重要でない。カップリング剤は、複数の粒子への単一のカップリング剤ポリマー鎖の結合を可能にするために多数のシラニル部分を含み得る。好ましい剤は、ポリビニルピロリドンのシリル化形態のような、シリル化ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドンとＰＶＡのコポリマー、ＰＶＡとポリエチレンオキシドのコポリマー、ゼラチン（例えば、ＣＲＯＤＡＳＯＮＥ Ｃ（商標）Ｃｒｏｄａ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ）及びその他のタンパク質、ポリアクリルアミド、ポリ（ヒドロキシエチル）アクリレート及びメタクリレート、カチオン性ＰＶＡ、及びアセトアセチル化ＰＶＡが挙げられる。
【００２４】
ＰＶＡは、アセテート成分の多くがヒドロキシ成分で置換されたポリ酢酸ビニルのポリマーである。ヒドロキシ成分で置換されたアセテート成分の割合（多くの場合、パーセントで表示される）は、加水分解率と呼ばれる。本書記載の方法に有用なシリル化ＰＶＡは、（シラニル成分をヒドロキシ基と考えて計算された）比較的高い（例えば、＞８０％、好ましくは＞８８％、９５％、又は９９％）加水分解率を有するべきである。それにもかかわらず、当該剤の加水分解率は重要でない。同様に、シリル化ＰＶＡの分子量も重要ではない。適切なシリル化ＰＶＡは、１，０００〜５００，０００の範囲の、好ましくは５，０００〜５０，０００の範囲の分子量を有する。適切なシリル化ＰＶＡとしては、ＫＵＲＡＲＡＹＰＯＶＡＬ（商標，Ｋｕｒａｒａｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）グレードＲ−１１３０、Ｒ−２１０５、Ｒ−２１３０、及びＲ−３１０９として販売されているものが挙げられる。
【００２５】
カップリング剤はバインダーとしても利用できるとはいえ、それがこの役割を果たさないことが望ましい。例えば、適切なインクジェット基材コーティング液は、無機酸化物粒子をシリル化ＰＶＡ（バインダー、少なくとも上記の一定の分子量値、として作用し得る）で結合し、且つ主バインダーとして非シリル化ＰＶＡを用いることによって製造することができる。シリル化カップリング剤のコスト及び製造の容易さは、通常のインクジェットコーティングバインダーのコストより高くなりがちであり、また、シリル化カップリング剤は、多くの場合、それ自体が架橋結合してゲル化粒子を生ずるため、本書記載の方法では、比較的多量の従来型バインダーで補足することによって、バインダーとしても機能するところの比較的少量の剤の使用を可能にする。
【００２６】
溶媒
無機酸化物粒子及びシリル化高分子カップリング剤と組み合わされる溶媒の機能は、単に、粒子と剤との間の接触を助長することである。この点において、剤が溶媒に可溶性（非常に、少々、又は全然）であるかどうかは重要でない。当該剤は、好ましくは、溶媒に可溶性である。何故なら、これによって、溶解した剤と溶媒中に懸濁した粒子との間の接触が改善され得るからである。当該粒子は、実質的に、溶媒に不溶性であるべきであり、その結果、それらのインクジェットインク受容品質は、溶媒との接触によって悪化されない。
【００２７】
当該溶媒の化学的特性は、それが剤と粒子との間の共有結合反応を可能とし（且つ好ましくは促進し）なければならないことを除けば、重要ではない。水性溶媒及び含水溶媒が適しており、非水性溶媒は、必ずしも共有結合を妨げないであろう。適切な溶媒の選択は、当業者の知識の範囲内である。
【００２８】
当該溶媒は、剤が結合した粒子をインクジェット基材のコーティングに混合し、そして乾燥させる際に残留溶媒が容易に除去されるようにするために、比較的揮発性でなければならない。それでも、粒子と剤は、粒子をコーティング中へ取り込む以前に他の液体と置換し得る（あるいは除去し得る）ところの比較的非揮発性の溶媒中で結合させ且つ反応させることができる。水は、特にシリル化ＰＶＡのような水溶性剤が用いられる場合に、望ましい溶媒である。
【００２９】
粒子、カップリング剤、及び溶媒の組み合わせ
無機酸化物粒子、シリル化高分子カップリング剤、及び溶媒を組み合わせる順序及び割合は重要でない。ある種の剤（例えば、シリル化ＰＶＡ）は、溶液中でお互いに架橋結合し得る。剤を付加する以前に溶媒中への粒子の懸濁を可能にするには、前述の剤を最後に付加すべきである。組み合わせた成分は混合するべきであるが、これは必ずしも必要ではない。混合処理は、粒子と剤との間の接触を増大させ、そして撹拌、振とう、渦巻き、転がし、乱流等をはじめとする、既知の任意の混合手段によって達成することができる。組み合わせた成分を混合する強さ加減は重要ではなく、粒子をインクジェット基材のコーティングに適さなくする程まで粒子を物理的に損傷もしくは劣化させることなく粒子−剤の接触を増大させるように選択し得る。例を挙げれば、粒子、剤、及び溶媒は、撹拌タンク中で組み合わせ得る。
【００３０】
粒子、剤、及び溶媒を組み合わせたら、粒子と剤が反応し始めて、剤分子と各粒子間に共有結合が生じる。この反応が進行する速度は、当業者が利用可能な情報を用いて経験的に観測したり、推定したり、計算することができる。達成される結合度（即ち、粒子と共有結合状態になる剤のシラニル部分の割合）は、剤分子が粒子と結合する率、剤分子が互いに（即ち、それ自体と）結合する率、及び反応が進行される時間に依存する。
【００３１】
水性溶媒とシリル化ＰＶＡの剤を用いる場合、その溶媒のｐＨは、好ましくは、最初は中性又は高めである（シリル化ＰＶＡの自身との結合を制限又は防止し得るように）。溶媒のｐＨが経時的に低下する場合、結合反応の速度（即ち、粒子及びそれ自身とのシリル化ＰＶＡの反応）は高くなる。比較的高い初期ｐＨを用い且つ経時的にそれを低下させることで、シリル化カップリング剤を粒子と混合させることができ且つ剤の早期ゲル化を避けることができる。初期のカップリング速度は遅く、ｐＨが低下すると反応速度が加速する。同様の効果は、ＰＶＡ以外のシリル化剤を使用する水性溶媒でも起こると考えられる。
【００３２】
時間が経つにつれ、結合反応の速度は低くなる方向に向かい（即ち、シラニル部分が他の部分と共有結合するので）、結合度は高まるであろう。当該反応は、所望の結合度が達成されるまで、予め設定された時間が経過するまで、その混合物の物性が予定値に達するまで、又はそのような性質が実質的に変化するのが終わるまで、継続させ得る。例をあげれば、シリカ又はアルミナ粒子を水性溶媒中でシリル化ＰＶＡと組み合わせる場合、その混合物の不透明度は、結合度が上がるにつれて変化し得る。その不透明度が選択した値に達するまで反応を進行させることができる。あるいは、不透明度の変化速度が選択した値を下回るまで反応を進行させることができる。結合度を検出する他の方法（例えば、分光学的方法）も利用し得る。
【００３３】
結合反応の速度が速すぎると、反応速度を遅くするように混合物のｐＨを高めることができる。あるいは、反応の抑制剤（例えば、Ｃ１−Ｃ６アルコールのような短鎖アルコール、例えば、エタノール又はメタノール）を混合物に付加して速度を遅くすることができる。
【００３４】
組み合わせられる粒子、剤、及び溶媒の比率は、結合度がインクジェット基材のコーティングに影響するという点以外は、重要ではない。粒子に対する剤の比率は、各々の化学的特性及びコーティングの所望の性質に依存する。シリル化ＰＶＡを用いる場合、粒子の約５ｗｔ％以下のシリル化ＰＶＡの量を、典型的に採用し、また、粒子の２ｗｔ％又は１ｗｔ％以下の量も採用し得る。
【００３５】
混合物の温度もまた、結合反応の速度に影響し得る。混合物の温度を高めることで反応速度が高まり、そして所望の架橋度を達成するのに要する処理時間が短縮され得る。例を挙げれば、シリカ粒子、シリル化ＰＶＡ、及び水を５０℃に加熱する場合、反応速度が高くなる。目の子勘定として、反応速度は、１０℃の温度上昇ごとにほぼ２倍になると予想される。例を挙げれば、反応温度の適切な範囲は、３０〜９５℃、より好ましくは５０〜８０℃である。
【００３６】
バインダー
無機酸化物粒子とシリル化高分子カップリング剤とを結合させた後、インクジェット印刷基材をコーティングするための液体を形成するべく高分子バインダーを混合物に付加する。当該バインダーは、カップリング剤とは異なるポリマーであるべきである。バインダー間の差異は、単に、シラニル部分の欠如であり得、その結果、バインダーは、当該剤と同じ種類の非シリル化ポリマーになる。例を挙げれば、当該剤が一定の分子量及び加水分解率を有するシリル化ＰＶＡである場合、そのバインダーは、実質的に同じ（又は異なった）分子量及び実質的に同じ（又は異なった）加水分解率を有するが、シラニル部分をもたないか又は（異なった）シラニル部分を有するＰＶＡとし得る。
【００３７】
当該バインダーの化学的特性は重要ではない。実質的に、インクジェット印刷用のコーティングに使用される高分子バインダーはどれも、単独で又は組合せて用いることができる。適切なバインダーの例としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡとポリ（エチレンオキシド）のコポリマー又はＰＶＡとポリビニルアミンのコポリマー、カチオン性ＰＶＡ、アセトアセチル化ＰＶＡ、及びシリル変性ＰＶＡのような水溶性ＰＶＡのコポリマーを含むＰＶＡ）；ポリ酢酸ビニル；ポリビニルピロリドン（ポリビニルピロリドンとポリ酢酸ビニルのコポリマーを含む）；変性デンプン（酸化及びエーテル化デンプンを含む）；水溶性のセルロース誘導体（カルボキシメチルセルロース及びヒドロキシエチルセルロースを含む）；ポリアクリルアミド（ポリアクリルアミドの誘導体及びコポリマーを含む）；カゼイン；ゼラチン；大豆タンパク質；共役ジエンコポリマーラテックス（無水マレイン酸樹脂とスチレン−ブタジエンのコポリマーを含む）；アクリル系ポリマーラテックス（アクリル酸及びメタクリル酸のポリマー及びコポリマーを含む）；ビニルポリマーラテックス（エチレン−酢酸ビニルのコポリマーを含む）；官能基−修飾ラテックス（カルボキシ、アミノ、アミド、スルホ基のような官能基を含んでいるモノマーで上記のポリマーを修飾することによって得られたものを含む）；熱硬化性樹脂の水性バインダー（メラミン樹脂及び尿素樹脂を含む）；合成樹脂バインダー（ポリメチルメタクリレート、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、アミド樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニルのコポリマー、ポリビニルブチラール、及びアルキル樹脂を含む）が挙げられる。先のリストは余す所無く網羅したものではない。
【００３８】
バインダーの好ましい種類はＰＶＡである。バインダーとして用いられる場合、ＰＶＡは、８０％〜９９％の、好ましくは約８８％を下回らないか又は９５％を上回らない、加水分解度を有するべきである。そのようなＰＶＡの分子量は重要ではなく、約１，０００〜５００，０００、好ましくは５，０００〜５００，０００とし得る。
【００３９】
結合された粒子を基材に結合するのに必要な量を越える量のバインダーの使用は重要でない。（無機酸化物粒子の重量に関して）０．０１ｗｔ％〜４０ｗｔ％の量が適切である。５ｗｔ％〜２５ｗｔ％の量が好ましい場合がある。
【００４０】
１つ又は複数の追加成分（例えば、可塑剤、充填剤、安定剤（ヒンダードアミン安定化剤のような）、消泡剤、分散剤、殺生物剤、光学的光沢剤、粘度修正剤、水平化剤、ＵＶ吸収剤、抗オゾン剤等）を、バインダー及び結合粒子に組み合わせることができる。こうして作られたコーティング液は、任意の既知の方法でインクジェット印刷用基材に適用することができる。適切なコーティング方法の例としては、マイラーロッドコーティング、スロットコーティング、カスケードコーティング、カーテンコーティング、及びブレードコーティング等が挙げられる。マイラーロッドコーティングは、手伸ばし（ｈａｎｄ ｄｒａｗｄｏｗｎ）コーティングに最も適している。インクジェット記録用材料を支持するところの基材は、紙、プラスチック、コーティング紙、布地、アート紙、又はインクジェット印刷技術に使用されるその他の既知の基材とし得る。一実施形態では、写真ベースを基材として用いることができる。写真ベースは、典型的に、ポリエチレン層のような、２つの高分子層で挟持された１層の紙から成る３層積層物である。
【００４１】
幾つかの従来技術のインクジェットコーティングは、ひび割れを防ぎ且つ無機酸化物粒子を保持するためにのみバインダーを利用する。そのようなコーティングに較べ、本書にするコーティングは、粒子と本書記載のカップリング剤（例えば、シリル化ＰＶＡ）との間の改善された結合に多分に起因して、粒子間及び粒子と基材間のより強い付着性を呈する。それ故、本書記載のコーティングは、従来技術のコーティングと同じ性能特性を達成するのに比較的少ないバインダーで足りるのである。本書記載のコーティングは従来技術のコーティングより少量のバインダーで足りる故、適用されたインクの比較的速い乾燥とインク滴のコアレッセンス低減が達成されることになる。
【００４２】
本書記載のコーティング液は、インクジェット印刷用基材をコーティングするのに適している。当該コーティングはまた、液体の局所化吸収が望まれるその他の用途にも適していることは、当業者には明らかであろう。前述の用途の例としては、乾燥、湿度調整、及び液体検出装置及び適用液体を受容する表面の下塗り（例えば、印刷に先立つ壁面の下塗り）が挙げられる。その他の適切な用途は当業者に明らかであろう。
【００４３】
実施例
これより、以下の実施例を参照して本発明を説明する。これらの実施例は説明目的で提示するものであり、本発明はこれらの実施例に限定されず、むしろ、ここに提示した教示の結果明白であるところの全ての変更形態を包含するものである。
【実施例１】
【００４４】
ＫＵＲＡＲＡＹ（商標）Ｒ−１１３０を用いたＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ（商標）Ｍ−５のグラフト
高せん断装置（Ｒｏｓｓ Ｍｉｘｅｒ）を用いて、ヒュームドシリカＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ（商標）Ｍ−５を脱イオン水中に分散させて分散物（２０．５ｗｔ％固体）を形成した。得られた分散物１００グラムをビーカー中で撹拌した。１モルの水酸化ナトリウムを用いて、そのｐＨを６．０に調節した。素早くかき混ぜながら６グラムのＫＵＲＡＲＡＹ（商標）Ｒ−１１３０（水中１０ｗｔ％）をシリカ分散物に徐々に付加した。その混合物をさらに３０分間撹拌し、その後、１モルの塩酸を用いて、ｐＨを３．０に調節した。次いで、結合反応を完了させるべく、その混合物を６０℃の槽中で３時間加熱した。
【実施例２】
【００４５】
ＰＶＡ結合シリカを含んでいるインクジェット記録用材料の調合
実施例１で得たＰＶＡ結合シリカ（固形物１９．３ｗｔ％）の６０グラムを、０．２３３グラムのグリセロール（水中５０％容積）、０．２３６グラムのＯｌｉｎ １０Ｇ（５％溶液）、８．２７グラムのＭｏｗｉｏｌ ２６−８８（固形物１４ｗｔ％）、及び６．６８グラムの脱イオン水と混合した。得られた混合物の固形物の割合は１７％であった。次いで、その混合物を４０℃のウォーターバス内に置いたビーカー中で３０分間撹拌した。結果として生ずるブルックフィールド（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ）粘度は、約１５０センチポアズであった。その混合物を＃９０マイラーロッドを利用して写真ベース紙上にコーティングし、３３グラム／平方メートルのコーティング重量を持つインクジェット記録用材料を得た。サンプル乾燥後、マクロ又はミクロのひび割れは何ら見られず、且つインクジェット記録用材料は高レベルの光沢を呈した。
【実施例３】
【００４６】
インクジェット記録用材料の調合
非結合ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ（商標）Ｍ−５分散物（固形物２０．５ｗｔ％）の６０グラムを、０．２４７グラムのグリセロール、０．２４７グラムのＯｌｉｎ １０Ｇ（５％溶液）、１１．４８グラムのＭｏｗｉｏｌ ２６−８８（固形物１４ｗｔ％）、及び１０．２８グラムの脱イオン水と混合した。得られた混合物の固形物の割合は１７％であった。次いで、その混合物を４０℃のウォーターバス中に置いたビーカー中で３０分間撹拌した。ブルックフィールド粘度は、約１５０センチポアズであった。その混合物を＃９０マイラーロッドを使って写真ベース紙上にコーティングし、３３グラム／平方メートルのコーティング重量を持つインクジェット記録用材料を得た。実施例２記載のＰＶＡ結合材料と比べて、乾燥されたコーティングは、ひどいひび割れを示し且つ写真ベース支持体から剥離した。
【実施例４】
【００４７】
シリル化ＰＶＡを唯一のバインダーとして使用
非結合ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ（商標）Ｍ−５分散物（固形物２０．５ｗｔ％）の６０グラムを、０．２４７グラムのグリセロール、０．２４７グラムのＯｌｉｎ １０Ｇ（５％溶液）、１６．０７グラムのＫＵＲＡＲＡＹ（商標）Ｒ−１１３０（固形物１０ｗｔ％）、及び６．０グラムの脱イオン水と混合した。得られた混合物の固形物割合は１７％であった。次いで、その混合物を４０℃のウォーターバス中に置いたビーカー中で３０分間撹拌した。混合物は完全にゲル化しそのためプリンタ基材をコーティングするのに使うことができなかった。
【００４８】
通常のＰＶＡもシリル化ＰＶＡも単独では未修飾無機酸化物粒子のバインダーとして満足に使用できないことが実施例３及び４から明らかとなった。通常のＰＶＡは、十分な量を用いないとひび割れを生ずることになる。加えて、付加されるバインダーが多すぎると、インク吸収速度を低下させ且つコアレッセンスを阻害する。また、シリル化ＰＶＡは、それがそれ自体と早まって結合するため、それ自体ではバインダーとして使用できないことも明らかである。好ましい組合せは、シリル化ＰＶＡで無機酸化物表面を結合させ、且つバインダーとして通常の非シリル化ＰＶＡを用いるべきである。
【００４９】
本書で引用した全ての特許、特許出願、及び文献の開示内容は、参照することで本書に取り入れることとする。
【００５０】
特定の実施形態を参照して本発明を説明してきたが、当業者であれば、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本発明の他の実施形態及び変更形態を案出できることは明らかである。添付の特許請求の範囲は、そうした実施形態及び等価の変更形態全てを包含する。
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対する相互参照
本願は、２００４年１０月２９日付けの米国仮特許出願第６０／６２３，５２０号に対して、３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に準じて優先権が与えられる。
【０００２】
本発明は、概して、インクジェット印刷の分野に関し、より詳細には、インクジェット記録用基材をコーティングする方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
多孔質インクジェット記録媒体は、多くの場合、インク吸収性を高めるために無機酸化物粒子でコーティングされる。そのような粒子はまた、媒体上に印刷された画質を改善し、色域、光沢、コアレッセンス、及びブロンジングのような諸特性を改善する。
【０００４】
無機ミネラル酸化物粒子は、様々な既知の高分子バインダー（最も一般的なものはポリビニルアルコール（ＰＶＡ））を用いて、インクジェット基材に、またお互いに、結合され得る。多くのＰＶＡは、水溶性であり、無機酸化物粒子並びに天然（例えば、セルロース）及び人工の（例えば、押出しポリエチレン写真紙）基材に良好に結合する。典型的に、無機酸化物粒子は、ＰＶＡと水の混合物に懸濁され、その懸濁液がインクジェット印刷基材（例えば、紙）に適用され、次いで、乾燥され、カットされて、インクジェット印刷シートが完成する。そのようなシートは、通常、多孔質インクジェット受容体と呼ばれ、その表面に適用されるインクは、ほとんど瞬間的に乾燥すると思われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
無機酸化物でコーティングされたインクジェット印刷シートは、幾つかの顕著な欠点を呈する。シートからのコーティングの剥離（例えば、シートを擦ったり又は曲げたときの）及びコーティング内のひび割れは、シートの初期品質不良及び／又はそこに印刷された画像の経時劣化につながる。この問題を最小限とするために、製造時、コーティングをゆっくり乾燥させることもし得るが、製造コストを高騰させる。この問題はバインダー含量を増やすことで改善し得るが、コアレッセンス及びインク吸収性のような印刷品質は、余分のバンダーを含めることによって悪化し得る。これらの欠点を呈しないインクジェット印刷基材が必要とされている。
【０００６】
これまでに提案されたこれらの欠点を軽減する１つの方法（例えば、米国特許出願公報第２００２／００８１４１９号及び米国特許出願公報第２００４／００１４８５７号）は、シラノールで修飾されたポリマーを利用して、無機酸化物粒子を交差状に結合させ、それらを基材に結合させることである。このアプローチの欠点としては、シラノール変性ポリマーの高コスト、時期尚早な架橋、及びシラノール変性ポリマーの存在におけるコーティング液のゲル化が挙げられる。本発明は、従来技術における諸々の欠点を克服するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、インクジェット記録媒体をコーティングするための液体を製造する方法に関する。当該方法は、無機酸化物粒子、溶媒、及びシリル化ポリマー結合剤を、その剤と粒子の相当数の結合が起こるのに十分な時間にわたって組み合わせることを包含する。その後、剤と混和性であるところの高分子バインダーを粒子と組み合わせて液体を形成する。適切なカップリング剤としては、シリル化ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）及びシリル化タンパク質が挙げられる。適切な粒子としては、アルミナ、ベーマイト、擬ベーマイト、これらの水和物、ヒュームドシリカ、コロイドシリカ、カオリン、及びこれらの組合せのような、酸化アルミニウム及び酸化ケイ素の粒子が挙げられる。
【０００８】
剤と粒子の結合は、結合させる際に、その混合物の温度を調節することにより制御することができる。反応中にその混合物のｐＨを調節することによっても、結合を改善することができる。
【０００９】
本発明はまた、本書記載の方法によって製造された液体によりコーティングされたインクジェット記録媒体にも関する。当該媒体は、シリル化ポリマーと結合した無機酸化物粒子と、その粒子を基材に結合させるための高分子バインダーとを含んで成る組成物でコーティングされた基材を具備する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、改善されたインクジェット記録媒体並びにその製造方法に関する。当該媒体は、溶媒の存在下、無機酸化物粒子をシリル化高分子カップリング剤と反応させることによって製造される。相当数の粒子がグラフトされるのに十分な時間にわたって、粒子と剤を反応させたら、その混合物を基材に結合させるのに適する量の高分子バインダーを付加する。それによって、基材は、インクジェット印刷インクを受容するのに適することとなる。
【００１１】
定義
本書で用いるとき、以下の各用語は、この節における用語と関連する意味を有する。
【００１２】
「シラニル部分」は、シラノール官能基（−ＲＳｉ（ＯＨ）ＸＹ、ここで、Ｘ及びＹの各々は、個々独立して、水素、ヒドロキシ、アルコキシ、アルキル、アルキルアリール、アリールオキシ、又はアリール基である）、又はカップリング剤と無機酸化物粒子とを組み合わせる溶媒中においてシラノール基を形成し得るケイ素含有官能基を意味する。
【００１３】
「ポリマー」は、繰り返しサブユニット又は複数の互換性サブユニット（例えば、タンパク質中のアミノ酸サブユニット又はポリヌクレオチド中の核酸サブユニット）間の共有結合によって形成又は特色付けられる分子である。
【００１４】
「シリル化」ポリマーは、ポリマー鎖当り、少なくとも１つのシラニル部分、好ましくは２つ以上の当該部分を有するポリマーである。
【００１５】
詳細な説明
本発明は、バインダー高分子中に粒子を懸濁させる前にシリル化ポリマーカップリング剤で無機酸化物粒子を前処理することによって、ひび割れ耐性及び紙シート等のインクジェット印刷基材への粒子の付着性を高め得るという発見に関連している。前述の処理はまた、許容し得る性能を達成するのに必要なバインダーの量の低減、製造速度及び画質における改善につながるものである。
【００１６】
インクジェット記録媒体又は基材をコーティングするのに向く液体は、無機酸化物粒子、溶媒、及びシリル化高分子カップリング剤を結合させることによって製造される。カップリング剤のシラノール基は、剤と粒子との間の共有結合を形成することができ、それによって、剤を粒子に結合及び／又は当該粒子を相互に結合させる（剤がポリマー鎖当り２つ以上のシラニル部分を有する場合）。結合反応をかなりの程度まで起こし得るのに十分な時間、この混合物を反応させたら、高分子バインダーを付加して液体を得ることができる。このコーティング液は、保存したり、又はインクジェット印刷が実施されることになる基材に直ぐに適用することができる。剤が粒子に結合しているため、コーティング液は、結合粒子を特定の基材に付着させるのに十分なバインダーを含みさえすればよい。コーティング液はまた、カップリング剤とバインダーを共有結合させる架橋剤も含むことができる。
【００１７】
無機酸化物粒子
無機酸化物粒子は、実質的に、インクジェットインクを受容するのに適しており、且つカップリング剤のシラノール官能基と反応して共有結合を形成し得る化学成分を有する任意の粒子とし得る。シリカ−及びアルミナ−ベースの粒子は、インクジェット基材のコーティングに通常用いられ、本書記載の方法に使用するのに適している。
【００１８】
有用な無機酸化物粒子としては、アルミナ、ベーマイト、擬ベーマイト、シリカ、カオリン、これらの水和物、及びこれらの混合物又は組合せのような、アルミニウム及びケイ素の酸化物が挙げられる。当該粒子は、様々な等級及びサイズのものを利用でき、所望の用途に向く適切な粒子の選択は、当業者の知識の範囲内である。写真画像を記録するべく意図されたインクジェットシートに関しては、望ましい無機酸化物粒子としては、ヒュームドシリカ（例えば、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ（商標、Ｃａｂｏｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）Ｍ−５ブランドの合成アモルファスシリカエーロゲル）、コロイドシリカ（例えば、ＳＮＯＷＴＥＸ（商標、Ｎｉｓｓａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｍｅｒｉｃａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）ＭＰ−１０４０ブランドのコロイドシリカ）、及びベーマイト（例えば、ＤＩＳＰＥＲＡＬ（商標、Ｓａｓｏｌ Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｇｅｒｍａｎｙ）ＨＰ−１４ブランドの高分散ベーマイト）が挙げられる。
【００１９】
インクジェット印刷基材の表面に適用される無機酸化物の量は、広範に変更し得るが、典型的には、約２０グラム／平方メートルを下回ることはない。基材の特性、要求される又は望まれる印刷表面の品質、又はこれらのある種の組合せに依存して、それより多いか又は少ないの量も使用することができる。例えば、１５〜５０グラム／平方メートルにて適用し得るが、より一般的には２０〜４０グラム／メートルである。
【００２０】
用いる無機酸化物粒子のサイズは重要ではない。インクジェット印刷又は用紙コーティングの分野において有用な実質的に任意の粒子サイズを、本書記載の方法に採用し得る。例を挙げれば、５０〜３００ナノメートルの範囲のサイズをもつ粒子が適切である。一般に、粒子サイズを減ずることでコーティング面の滑らかさ及び印刷の画質が改善される。しかしながら、約５０ナノメートルをはるかに下回るサイズを有する粒子は、コーティング液の粘度を高める場合がある。
【００２１】
金属酸化物のブルナウアー−エメット−テラー（ＢＥＴ）面積は、１００〜５００平方メートル／グラムとし得、好ましくは約１５０〜３００平方メートル／グラムである。用い得る例示的な半金属酸化物又は金属酸化物の微粒子としては、それぞれ、Ｃａｂｏｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）から入手でき且つ商標を付されたＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ ＬＭ−１５０、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ Ｍ−５、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ ＭＳ−７５Ｄ、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ Ｈ−５、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ ＭＳ−５、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ ＰＧ００２、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ ＰＧ０２２；それぞれ、Ｄｅｇｕｓｓａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｐａｒｓｉｐｐａｎｙ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ）から入手でき且つ商標を付されたＡＥＲＯＳＩＬ １６０、ＡＥＲＯＳＩＬ ２００、ＡＥＲＯＳＩＬ ３００、及びＡＥＲＯＳＩＬ ４００が挙げられる。
【００２２】
カップリング剤
シリル化高分子カップリング剤は、好ましくは高分子バインダーの存在下で、無機酸化物粒子と結合される。粒子と結合されるカップリング剤の量は、カップリング剤の少なくとも幾らかを実質的に全ての無機粒子と結合させるのに十分でなければならない。使用されるべき剤の量は、その剤の特性に依存し、より詳細には、その剤上又は内部のシラニル部分の密度に左右される。
【００２３】
当該剤の化学的特性は、各剤分子が少なくとも１つのシラニル部分を含まなければならないことを除けば、重要でない。カップリング剤は、複数の粒子への単一のカップリング剤ポリマー鎖の結合を可能にするために多数のシラニル部分を含み得る。好ましい剤は、ポリビニルピロリドンのシリル化形態のような、シリル化ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドンとＰＶＡのコポリマー、ＰＶＡとポリエチレンオキシドのコポリマー、ゼラチン（例えば、ＣＲＯＤＡＳＯＮＥ Ｃ（商標）Ｃｒｏｄａ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ）及びその他のタンパク質、ポリアクリルアミド、ポリ（ヒドロキシエチル）アクリレート及びメタクリレート、カチオン性ＰＶＡ、及びアセトアセチル化ＰＶＡが挙げられる。
【００２４】
ＰＶＡは、アセテート成分の多くがヒドロキシ成分で置換されたポリ酢酸ビニルのポリマーである。ヒドロキシ成分で置換されたアセテート成分の割合（多くの場合、パーセントで表示される）は、加水分解率と呼ばれる。本書記載の方法に有用なシリル化ＰＶＡは、（シラニル成分をヒドロキシ基と考えて計算された）比較的高い（例えば、＞８０％、好ましくは＞８８％、９５％、又は９９％）加水分解率を有するべきである。それにもかかわらず、当該剤の加水分解率は重要でない。同様に、シリル化ＰＶＡの分子量も重要ではない。適切なシリル化ＰＶＡは、１，０００〜５００，０００の範囲の、好ましくは５，０００〜５０，０００の範囲の分子量を有する。適切なシリル化ＰＶＡとしては、ＫＵＲＡＲＡＹＰＯＶＡＬ（商標，Ｋｕｒａｒａｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．）グレードＲ−１１３０、Ｒ−２１０５、Ｒ−２１３０、及びＲ−３１０９として販売されているものが挙げられる。
【００２５】
カップリング剤はバインダーとしても利用できるとはいえ、それがこの役割を果たさないことが望ましい。例えば、適切なインクジェット基材コーティング液は、無機酸化物粒子をシリル化ＰＶＡ（バインダー、少なくとも上記の一定の分子量値、として作用し得る）で結合し、且つ主バインダーとして非シリル化ＰＶＡを用いることによって製造することができる。シリル化カップリング剤のコスト及び製造の容易さは、通常のインクジェットコーティングバインダーのコストより高くなりがちであり、また、シリル化カップリング剤は、多くの場合、それ自体が架橋結合してゲル化粒子を生ずるため、本書記載の方法では、比較的多量の従来型バインダーで補足することによって、バインダーとしても機能するところの比較的少量の剤の使用を可能にする。
【００２６】
溶媒
無機酸化物粒子及びシリル化高分子カップリング剤と組み合わされる溶媒の機能は、単に、粒子と剤との間の接触を助長することである。この点において、剤が溶媒に可溶性（非常に、少々、又は全然）であるかどうかは重要でない。当該剤は、好ましくは、溶媒に可溶性である。何故なら、これによって、溶解した剤と溶媒中に懸濁した粒子との間の接触が改善され得るからである。当該粒子は、実質的に、溶媒に不溶性であるべきであり、その結果、それらのインクジェットインク受容品質は、溶媒との接触によって悪化されない。
【００２７】
当該溶媒の化学的特性は、それが剤と粒子との間の共有結合反応を可能とし（且つ好ましくは促進し）なければならないことを除けば、重要ではない。水性溶媒及び含水溶媒が適しており、非水性溶媒は、必ずしも共有結合を妨げないであろう。適切な溶媒の選択は、当業者の知識の範囲内である。
【００２８】
当該溶媒は、剤が結合した粒子をインクジェット基材のコーティングに混合し、そして乾燥させる際に残留溶媒が容易に除去されるようにするために、比較的揮発性でなければならない。それでも、粒子と剤は、粒子をコーティング中へ取り込む以前に他の液体と置換し得る（あるいは除去し得る）ところの比較的非揮発性の溶媒中で結合させ且つ反応させることができる。水は、特にシリル化ＰＶＡのような水溶性剤が用いられる場合に、望ましい溶媒である。
【００２９】
粒子、カップリング剤、及び溶媒の組み合わせ
無機酸化物粒子、シリル化高分子カップリング剤、及び溶媒を組み合わせる順序及び割合は重要でない。ある種の剤（例えば、シリル化ＰＶＡ）は、溶液中でお互いに架橋結合し得る。剤を付加する以前に溶媒中への粒子の懸濁を可能にするには、前述の剤を最後に付加すべきである。組み合わせた成分は混合するべきであるが、これは必ずしも必要ではない。混合処理は、粒子と剤との間の接触を増大させ、そして撹拌、振とう、渦巻き、転がし、乱流等をはじめとする、既知の任意の混合手段によって達成することができる。組み合わせた成分を混合する強さ加減は重要ではなく、粒子をインクジェット基材のコーティングに適さなくする程まで粒子を物理的に損傷もしくは劣化させることなく粒子−剤の接触を増大させるように選択し得る。例を挙げれば、粒子、剤、及び溶媒は、撹拌タンク中で組み合わせ得る。
【００３０】
粒子、剤、及び溶媒を組み合わせたら、粒子と剤が反応し始めて、剤分子と各粒子間に共有結合が生じる。この反応が進行する速度は、当業者が利用可能な情報を用いて経験的に観測したり、推定したり、計算することができる。達成される結合度（即ち、粒子と共有結合状態になる剤のシラニル部分の割合）は、剤分子が粒子と結合する率、剤分子が互いに（即ち、それ自体と）結合する率、及び反応が進行される時間に依存する。
【００３１】
水性溶媒とシリル化ＰＶＡの剤を用いる場合、その溶媒のｐＨは、好ましくは、最初は中性又は高めである（シリル化ＰＶＡの自身との結合を制限又は防止し得るように）。溶媒のｐＨが経時的に低下する場合、結合反応の速度（即ち、粒子及びそれ自身とのシリル化ＰＶＡの反応）は高くなる。比較的高い初期ｐＨを用い且つ経時的にそれを低下させることで、シリル化カップリング剤を粒子と混合させることができ且つ剤の早期ゲル化を避けることができる。初期のカップリング速度は遅く、ｐＨが低下すると反応速度が加速する。同様の効果は、ＰＶＡ以外のシリル化剤を使用する水性溶媒でも起こると考えられる。
【００３２】
時間が経つにつれ、結合反応の速度は低くなる方向に向かい（即ち、シラニル部分が他の部分と共有結合するので）、結合度は高まるであろう。当該反応は、所望の結合度が達成されるまで、予め設定された時間が経過するまで、その混合物の物性が予定値に達するまで、又はそのような性質が実質的に変化するのが終わるまで、継続させ得る。例をあげれば、シリカ又はアルミナ粒子を水性溶媒中でシリル化ＰＶＡと組み合わせる場合、その混合物の不透明度は、結合度が上がるにつれて変化し得る。その不透明度が選択した値に達するまで反応を進行させることができる。あるいは、不透明度の変化速度が選択した値を下回るまで反応を進行させることができる。結合度を検出する他の方法（例えば、分光学的方法）も利用し得る。
【００３３】
結合反応の速度が速すぎると、反応速度を遅くするように混合物のｐＨを高めることができる。あるいは、反応の抑制剤（例えば、Ｃ１−Ｃ６アルコールのような短鎖アルコール、例えば、エタノール又はメタノール）を混合物に付加して速度を遅くすることができる。
【００３４】
組み合わせられる粒子、剤、及び溶媒の比率は、結合度がインクジェット基材のコーティングに影響するという点以外は、重要ではない。粒子に対する剤の比率は、各々の化学的特性及びコーティングの所望の性質に依存する。シリル化ＰＶＡを用いる場合、粒子の約５ｗｔ％以下のシリル化ＰＶＡの量を、典型的に採用し、また、粒子の２ｗｔ％又は１ｗｔ％以下の量も採用し得る。
【００３５】
混合物の温度もまた、結合反応の速度に影響し得る。混合物の温度を高めることで反応速度が高まり、そして所望の架橋度を達成するのに要する処理時間が短縮され得る。例を挙げれば、シリカ粒子、シリル化ＰＶＡ、及び水を５０℃に加熱する場合、反応速度が高くなる。目の子勘定として、反応速度は、１０℃の温度上昇ごとにほぼ２倍になると予想される。例を挙げれば、反応温度の適切な範囲は、３０〜９５℃、より好ましくは５０〜８０℃である。
【００３６】
バインダー
無機酸化物粒子とシリル化高分子カップリング剤とを結合させた後、インクジェット印刷基材をコーティングするための液体を形成するべく高分子バインダーを混合物に付加する。当該バインダーは、カップリング剤とは異なるポリマーであるべきである。バインダー間の差異は、単に、シラニル部分の欠如であり得、その結果、バインダーは、当該剤と同じ種類の非シリル化ポリマーになる。例を挙げれば、当該剤が一定の分子量及び加水分解率を有するシリル化ＰＶＡである場合、そのバインダーは、実質的に同じ（又は異なった）分子量及び実質的に同じ（又は異なった）加水分解率を有するが、シラニル部分をもたないか又は（異なった）シラニル部分を有するＰＶＡとし得る。
【００３７】
当該バインダーの化学的特性は重要ではない。実質的に、インクジェット印刷用のコーティングに使用される高分子バインダーはどれも、単独で又は組合せて用いることができる。適切なバインダーの例としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡとポリ（エチレンオキシド）のコポリマー又はＰＶＡとポリビニルアミンのコポリマー、カチオン性ＰＶＡ、アセトアセチル化ＰＶＡ、及びシリル変性ＰＶＡのような水溶性ＰＶＡのコポリマーを含むＰＶＡ）；ポリ酢酸ビニル；ポリビニルピロリドン（ポリビニルピロリドンとポリ酢酸ビニルのコポリマーを含む）；変性デンプン（酸化及びエーテル化デンプンを含む）；水溶性のセルロース誘導体（カルボキシメチルセルロース及びヒドロキシエチルセルロースを含む）；ポリアクリルアミド（ポリアクリルアミドの誘導体及びコポリマーを含む）；カゼイン；ゼラチン；大豆タンパク質；共役ジエンコポリマーラテックス（無水マレイン酸樹脂とスチレン−ブタジエンのコポリマーを含む）；アクリル系ポリマーラテックス（アクリル酸及びメタクリル酸のポリマー及びコポリマーを含む）；ビニルポリマーラテックス（エチレン−酢酸ビニルのコポリマーを含む）；官能基−修飾ラテックス（カルボキシ、アミノ、アミド、スルホ基のような官能基を含んでいるモノマーで上記のポリマーを修飾することによって得られたものを含む）；熱硬化性樹脂の水性バインダー（メラミン樹脂及び尿素樹脂を含む）；合成樹脂バインダー（ポリメチルメタクリレート、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、アミド樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニルのコポリマー、ポリビニルブチラール、及びアルキル樹脂を含む）が挙げられる。先のリストは余す所無く網羅したものではない。
【００３８】
バインダーの好ましい種類はＰＶＡである。バインダーとして用いられる場合、ＰＶＡは、８０％〜９９％の、好ましくは約８８％を下回らないか又は９５％を上回らない、加水分解度を有するべきである。そのようなＰＶＡの分子量は重要ではなく、約１，０００〜５００，０００、好ましくは５，０００〜５００，０００とし得る。
【００３９】
結合された粒子を基材に結合するのに必要な量を越える量のバインダーの使用は重要でない。（無機酸化物粒子の重量に関して）０．０１ｗｔ％〜４０ｗｔ％の量が適切である。５ｗｔ％〜２５ｗｔ％の量が好ましい場合がある。
【００４０】
１つ又は複数の追加成分（例えば、可塑剤、充填剤、安定剤（ヒンダードアミン安定化剤のような）、消泡剤、分散剤、殺生物剤、光学的光沢剤、粘度修正剤、水平化剤、ＵＶ吸収剤、抗オゾン剤等）を、バインダー及び結合粒子に組み合わせることができる。こうして作られたコーティング液は、任意の既知の方法でインクジェット印刷用基材に適用することができる。適切なコーティング方法の例としては、マイラーロッドコーティング、スロットコーティング、カスケードコーティング、カーテンコーティング、及びブレードコーティング等が挙げられる。マイラーロッドコーティングは、手伸ばし（ｈａｎｄ ｄｒａｗｄｏｗｎ）コーティングに最も適している。インクジェット記録用材料を支持するところの基材は、紙、プラスチック、コーティング紙、布地、アート紙、又はインクジェット印刷技術に使用されるその他の既知の基材とし得る。一実施形態では、写真ベースを基材として用いることができる。写真ベースは、典型的に、ポリエチレン層のような、２つの高分子層で挟持された１層の紙から成る３層積層物である。
【００４１】
幾つかの従来技術のインクジェットコーティングは、ひび割れを防ぎ且つ無機酸化物粒子を保持するためにのみバインダーを利用する。そのようなコーティングに較べ、本書にするコーティングは、粒子と本書記載のカップリング剤（例えば、シリル化ＰＶＡ）との間の改善された結合に多分に起因して、粒子間及び粒子と基材間のより強い付着性を呈する。それ故、本書記載のコーティングは、従来技術のコーティングと同じ性能特性を達成するのに比較的少ないバインダーで足りるのである。本書記載のコーティングは従来技術のコーティングより少量のバインダーで足りる故、適用されたインクの比較的速い乾燥とインク滴のコアレッセンス低減が達成されることになる。
【００４２】
本書記載のコーティング液は、インクジェット印刷用基材をコーティングするのに適している。当該コーティングはまた、液体の局所化吸収が望まれるその他の用途にも適していることは、当業者には明らかであろう。前述の用途の例としては、乾燥、湿度調整、及び液体検出装置及び適用液体を受容する表面の下塗り（例えば、印刷に先立つ壁面の下塗り）が挙げられる。その他の適切な用途は当業者に明らかであろう。
【００４３】
実施例
これより、以下の実施例を参照して本発明を説明する。これらの実施例は説明目的で提示するものであり、本発明はこれらの実施例に限定されず、むしろ、ここに提示した教示の結果明白であるところの全ての変更形態を包含するものである。
【実施例１】
【００４４】
ＫＵＲＡＲＡＹ（商標）Ｒ−１１３０を用いたＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ（商標）Ｍ−５のグラフト
高せん断装置（Ｒｏｓｓ Ｍｉｘｅｒ）を用いて、ヒュームドシリカＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ（商標）Ｍ−５を脱イオン水中に分散させて分散物（２０．５ｗｔ％固体）を形成した。得られた分散物１００グラムをビーカー中で撹拌した。１モルの水酸化ナトリウムを用いて、そのｐＨを６．０に調節した。素早くかき混ぜながら６グラムのＫＵＲＡＲＡＹ（商標）Ｒ−１１３０（水中１０ｗｔ％）をシリカ分散物に徐々に付加した。その混合物をさらに３０分間撹拌し、その後、１モルの塩酸を用いて、ｐＨを３．０に調節した。次いで、結合反応を完了させるべく、その混合物を６０℃の槽中で３時間加熱した。
【実施例２】
【００４５】
ＰＶＡ結合シリカを含んでいるインクジェット記録用材料の調合
実施例１で得たＰＶＡ結合シリカ（固形物１９．３ｗｔ％）の６０グラムを、０．２３３グラムのグリセロール（水中５０％容積）、０．２３６グラムのＯｌｉｎ １０Ｇ（５％溶液）、８．２７グラムのＭｏｗｉｏｌ ２６−８８（固形物１４ｗｔ％）、及び６．６８グラムの脱イオン水と混合した。得られた混合物の固形物の割合は１７％であった。次いで、その混合物を４０℃のウォーターバス内に置いたビーカー中で３０分間撹拌した。結果として生ずるブルックフィールド（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ）粘度は、約１５０センチポアズであった。その混合物を＃９０マイラーロッドを利用して写真ベース紙上にコーティングし、３３グラム／平方メートルのコーティング重量を持つインクジェット記録用材料を得た。サンプル乾燥後、マクロ又はミクロのひび割れは何ら見られず、且つインクジェット記録用材料は高レベルの光沢を呈した。
【実施例３】
【００４６】
インクジェット記録用材料の調合
非結合ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ（商標）Ｍ−５分散物（固形物２０．５ｗｔ％）の６０グラムを、０．２４７グラムのグリセロール、０．２４７グラムのＯｌｉｎ １０Ｇ（５％溶液）、１１．４８グラムのＭｏｗｉｏｌ ２６−８８（固形物１４ｗｔ％）、及び１０．２８グラムの脱イオン水と混合した。得られた混合物の固形物の割合は１７％であった。次いで、その混合物を４０℃のウォーターバス中に置いたビーカー中で３０分間撹拌した。ブルックフィールド粘度は、約１５０センチポアズであった。その混合物を＃９０マイラーロッドを使って写真ベース紙上にコーティングし、３３グラム／平方メートルのコーティング重量を持つインクジェット記録用材料を得た。実施例２記載のＰＶＡ結合材料と比べて、乾燥されたコーティングは、ひどいひび割れを示し且つ写真ベース支持体から剥離した。
【実施例４】
【００４７】
シリル化ＰＶＡを唯一のバインダーとして使用
非結合ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ（商標）Ｍ−５分散物（固形物２０．５ｗｔ％）の６０グラムを、０．２４７グラムのグリセロール、０．２４７グラムのＯｌｉｎ １０Ｇ（５％溶液）、１６．０７グラムのＫＵＲＡＲＡＹ（商標）Ｒ−１１３０（固形物１０ｗｔ％）、及び６．０グラムの脱イオン水と混合した。得られた混合物の固形物割合は１７％であった。次いで、その混合物を４０℃のウォーターバス中に置いたビーカー中で３０分間撹拌した。混合物は完全にゲル化しそのためプリンタ基材をコーティングするのに使うことができなかった。
【００４８】
通常のＰＶＡもシリル化ＰＶＡも単独では未修飾無機酸化物粒子のバインダーとして満足に使用できないことが実施例３及び４から明らかとなった。通常のＰＶＡは、十分な量を用いないとひび割れを生ずることになる。加えて、付加されるバインダーが多すぎると、インク吸収速度を低下させ且つコアレッセンスを阻害する。また、シリル化ＰＶＡは、それがそれ自体と早まって結合するため、それ自体ではバインダーとして使用できないことも明らかである。好ましい組合せは、シリル化ＰＶＡで無機酸化物表面を結合させ、且つバインダーとして通常の非シリル化ＰＶＡを用いるべきである。
【００４９】
本書で引用した全ての特許、特許出願、及び文献の開示内容は、参照することで本書に取り入れることとする。
【００５０】
特定の実施形態を参照して本発明を説明してきたが、当業者であれば、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本発明の他の実施形態及び変更形態を案出できることは明らかである。添付の特許請求の範囲は、そうした実施形態及び等価の変更形態全てを包含する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェット記録媒体をコーティングするための液体を製造する方法であって、
無機酸化物粒子、溶媒、及びシリル化高分子カップリング剤を、前記剤と前記粒子の相当数の結合を可能にするのに十分な時間にわたって組み合わせること、
その後、前記剤と混和性の高分子バインダーを前記粒子と組み合わせて、前記液体を形成すること、
を包含する、方法。
【請求項２】
前記剤が、シリル化ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記剤が、シラノール変性ＰＶＡである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記シリル化ＰＶＡの分子量が、約１，０００〜５００，０００である、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記シリル化ＰＶＡの分子量が、約５，０００〜５０，０００である、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記剤が、シリル化タンパク質である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記粒子が、アルミニウム及びケイ素のうち１つの酸化物から成る粒子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記粒子が、アルミナ、ベーマイト、擬ベーマイト、これらの水和物、及びこれらの組合せから成る群から選択された粒子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記粒子が、シリカ粒子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記シリカ粒子が、ヒュームドシリカ、コロイドシリカ、カオリン、及びこれらの混合物の粒子から成る群から選択される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記剤の重量が、前記粒子の重量の２ｗｔ％以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記剤の重量が、前記粒子の重量の１ｗｔ％以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記剤が、前記溶媒に可溶性である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記溶媒が、水を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記の組み合わせられる剤、溶媒、及び粒子が、前記時間にわたって加熱される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記の組み合わせられる剤、溶媒、及び粒子のｐＨが、前記時間にわたって低下する、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記の組み合わせられる剤、溶媒、及び粒子のｐＨが、最初は７以上である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記剤がシリル化ＰＶＡであり、且つ前記バインダーがＰＶＡである、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記の組み合わせられる剤、溶媒、及び粒子が、経時的に実質的に低下しない値にまでその粘度を低下させるのに十分な時間にわたって混合される、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
ｉ）シリル化ポリマーと結合した無機酸化物粒子、及びｉｉ）前記粒子を基材に結合させる高分子バインダーを含んで成る組成物によってコーティングされた基材を備える、インクジェット記録媒体。
【請求項１】
インクジェット記録媒体をコーティングするための液体を製造する方法であって、
無機酸化物粒子、溶媒、及びシリル化高分子カップリング剤を、前記剤と前記粒子の相当数の結合を可能にするのに十分な時間にわたって組み合わせること、
その後、前記剤と混和性の高分子バインダーを前記粒子と組み合わせて、前記液体を形成すること、
を包含する、方法。
【請求項２】
前記剤が、シリル化ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記剤が、シラノール変性ＰＶＡである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記シリル化ＰＶＡの分子量が、約１，０００〜５００，０００である、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記シリル化ＰＶＡの分子量が、約５，０００〜５０，０００である、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記剤が、シリル化タンパク質である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記粒子が、アルミニウム及びケイ素のうち１つの酸化物から成る粒子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記粒子が、アルミナ、ベーマイト、擬ベーマイト、これらの水和物、及びこれらの組合せから成る群から選択された粒子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記粒子が、シリカ粒子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記シリカ粒子が、ヒュームドシリカ、コロイドシリカ、カオリン、及びこれらの混合物の粒子から成る群から選択される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記剤の重量が、前記粒子の重量の２ｗｔ％以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記剤の重量が、前記粒子の重量の１ｗｔ％以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記剤が、前記溶媒に可溶性である、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記溶媒が、水を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記の組み合わせられる剤、溶媒、及び粒子が、前記時間にわたって加熱される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記の組み合わせられる剤、溶媒、及び粒子のｐＨが、前記時間にわたって低下する、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記の組み合わせられる剤、溶媒、及び粒子のｐＨが、最初は７以上である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記剤がシリル化ＰＶＡであり、且つ前記バインダーがＰＶＡである、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記の組み合わせられる剤、溶媒、及び粒子が、経時的に実質的に低下しない値にまでその粘度を低下させるのに十分な時間にわたって混合される、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
ｉ）シリル化ポリマーと結合した無機酸化物粒子、及びｉｉ）前記粒子を基材に結合させる高分子バインダーを含んで成る組成物によってコーティングされた基材を備える、インクジェット記録媒体。
【公表番号】特表２００８−５２０７５５（Ｐ２００８−５２０７５５Ａ）
【公表日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５３９０６２（Ｐ２００７−５３９０６２）
【出願日】平成１７年１０月２５日（２００５．１０．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０３８５２４
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０４９９８１
【国際公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【出願人】（５０３００３８５４）ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． (1,145)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月２５日（２００５．１０．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０３８５２４
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０４９９８１
【国際公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【出願人】（５０３００３８５４）ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． (1,145)
【Ｆターム（参考）】
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