JP2020128481A - 放射線硬化型インクジェット組成物及び記録方法 - Google Patents
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Abstract
Description
CH2=CR1−COOR2−O−CH=CH−R3 ・・・ (1)
(式中、R1は水素原子又はメチル基であり、R2は炭素数2〜20の2価の有機残基であり、R3は水素原子又は炭素数1〜11の1価の有機残基である。)
タクリロイルのうち少なくともいずれかを意味し、「(メタ)アクリレート」は、アクリ
レート及びそれに対応するメタクリレートのうち少なくともいずれかを意味し、「(メタ
)アクリル」はアクリル及びそれに対応するメタクリルのうち少なくともいずれかを意味
する。
本実施形態に係る放射線硬化型インクジェット組成物(以下、単に「組成物」ともいう。)は、単官能モノマーと、多官能モノマーとを含む重合性化合物を含有し、単官能モノマーの含有量が、重合性化合物の総量に対して、87質量%以上であり、単官能モノマーが、多環炭化水素基を有する単官能アクリレートを含み、各重合性化合物の含有質量比を重みとする、各重合性化合物のホモポリマーのガラス転移温度の加重平均が、42℃以上である。
重合性化合物は、重合性官能基を1つもつ単官能モノマーと、重合性官能基を複数持つ多官能モノマーとを含み、必要に応じて重合性官能基を1又は複数もつオリゴマーを含んでもよい。各重合性化合物は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
TgAll=ΣTgN×XN・・・(2)
本実施形態の単官能モノマーは、多環炭化水素基を有する単官能アクリレートを含み、必要に応じてその他の単官能モノマーを含んでもよい。なお、その他の単官能モノマーとしては、特に限定されないが、従来公知の、重合性官能基、特に炭素間の不飽和二重結合を有する重合性官能基を有する単官能モノマーが使用可能である。
多環炭化水素基を有する単官能アクリレートとしては、構造中に複数の環状炭化水素を有するものであれば特に制限されないが、例えば、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート等の不飽和の多環炭化水素基を有するアクリレート;ジシクロペンタニルアクリレート、イソボルニルアクリレート等の飽和の多環炭化水素基を有するアクリレートが挙げられる。このなかでも、不飽和の多環炭化水素基を有するアクリレートが好ましく、少なくともジシクロペンテニルアクリレートを含むことがより好ましい。このような多環炭化水素基を有する単官能アクリレートを用いることにより、塗膜の耐擦過性と塗膜の柔軟性及び密着性がより向上する傾向にある。また、不飽和の多環炭化水素基を有するアクリレートを用いる場合には、より密着性が良好となる傾向があり好ましい。
その他の単官能モノマーの一つとして窒素含有単官能モノマーが挙げられる。窒素含有単官能モノマーとしては、特に制限されないが、例えば、N−ビニルカプロラクタム、N−ビニルフォルムアミド、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルアセトアミド及びN−ビニルピロリドン等の窒素含有単官能ビニルモノマー;アクリロイルモルフォリン等の窒素含有単官能アクリレートモノマー;(メタ)アクリルアミド、N−ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)アクリルアミド、ジメチルアミノエチルアクリレートベンジルクロライド4級塩等の(メタ)アクリルアミド等の窒素含有単官能アクリルアミドモノマーが挙げられる。
その他の単官能モノマーの一つとして芳香族基含有単官能モノマーが挙げられる。なお、本実施形態において、芳香族基含有単官能モノマーは、多環炭化水素基を有する化合物でないものとする。
CH2=CR4−COO−Ar ・・・(4)
(上記式(3)及び(4)中、R4は水素原子又はメチル基である。上記式(3)中、芳香環骨格を表すArは、少なくともアリール基を1個有し、当該アリール基を構成する炭素原子がR5で表される基に結合している1価の有機残基であり、またR5は炭素数1〜4の2価の有機残基である。上記式(4)中、芳香環骨格を表すArは、少なくともアリール基を1個有し、当該アリール基を構成する炭素原子が当該式中の−COO−に結合している1価の有機残基である。)
その他の単官能モノマーの一つとして飽和脂肪族基含有単官能モノマーが挙げられる。なお、本実施形態において、飽和脂肪族基含有単官能モノマーは、多環炭化水素基を有する化合物でないものとする。
その他の単官能モノマーとしては、上記の他に、例えば、(メタ)アクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸及びマレイン酸等の不飽和カルボン酸;該不飽和カルボン酸の塩;不飽和カルボン酸のエステル、ウレタン、アミド及び無水物;アクリロニトリル、スチレン、種々の不飽和ポリエステル、不飽和ポリエーテル、不飽和ポリアミド、不飽和ウレタンを用いてもよい。
本実施形態の多官能モノマーとしては、例えば、ビニルエーテル基含有(メタ)アクリレート、2官能(メタ)アクリレート、3官能以上の多官能(メタ)アクリレートが挙げられる。なお、多官能モノマーは、上記に限定されるものではない。
ビニルエーテル基含有(メタ)アクリレートとしては、特に制限されないが、例えば、下記式(1)で表される化合物が挙げられる。このようなビニルエーテル基含有(メタ)アクリレートを含むことにより、組成物の粘度が低下し、吐出安定性がより向上する傾向にある。また、組成物の硬化性がより向上するとともに、硬化性の向上に伴って記録速度をより高速化することが可能となる。
CH2=CR1−COOR2−O−CH=CH−R3 ・・・ (1)
(式中、R1は水素原子又はメチル基であり、R2は炭素数2〜20の2価の有機残基であり、R3は水素原子又は炭素数1〜11の1価の有機残基である。)
2官能(メタ)アクリレートとしては、特に制限されないが、例えば、ジプロピレングリコールジアクリレート(DPGDA)、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジメタアクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ジメチロール−トリシクロデカンジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのEO(エチレンオキサイド)付加物ジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAのPO(プロピレンオキサイド)付加物ジ(メタ)アクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、及びポリテトラメチレングリコールジ(メタ)アクリレートが挙げられる。
3官能以上の多官能(メタ)アクリレートとしては、特に制限されないが、例えば、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラ(メタ)アクリレート、グリセリンプロポキシトリ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールエトキシテトラ(メタ)アクリレート、及びカプロラクタム変性ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートが挙げられる。
本実施形態のオリゴマーは、重合性化合物を構成成分とした、ダイマー、トリマーなど多量体であって、1又は複数の重合性官能基を有する化合物をいう。なお、ここでいう、重合性化合物は、上記した単官能モノマー及び多官能モノマーに限られない。本実施形態では、分子量が1000以上のものをオリゴマーとし、分子量が1000未満のものをモノマーと定義する。
本実施形態に係る放射線硬化型インクジェット組成物は、放射線を照射することにより、活性種を生じる重合開始剤を含有することが好ましい。重合開始剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本実施形態に係る放射線硬化型インクジェット組成物は、必要に応じて、色材、分散剤、重合禁止剤、スリップ剤、光増感剤、重合禁止剤等の添加剤をさらに含んでもよい。
本実施形態に係る放射線硬化型インクジェット組成物は、色材をさらに含んでもよい。本実施形態に係る放射線硬化型インクジェット組成物が色材を含むことにより、着色された放射線硬化型インクジェット組成物として使用することができる。色材は、顔料及び染料のうち少なくとも一方を用いることができる。
色材として顔料を用いることにより、放射線硬化型インクジェット組成物の耐光性を向上させることができる。顔料としては、無機顔料及び有機顔料のいずれも使用することができる。顔料は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
挙げられる。
色材として染料を用いることができる。染料としては、特に限定されることなく、酸性染料、直接染料、反応性染料、及び塩基性染料が使用可能である。染料は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
放射線硬化型インクジェット組成物が顔料を含む場合、顔料分散性をより良好なものとするため、分散剤をさらに含んでもよい。分散剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本実施形態に係る放射線硬化型インクジェット組成物は、重合禁止剤をさらに含んでもよい。重合禁止剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本実施形態に係る放射線硬化型インクジェット組成物は、スリップ剤をさらに含んでもよい。スリップ剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本実施形態に係る放射線硬化型インクジェット組成物は、光増感剤をさらに含んでもよい。光増感剤としては、アミン化合物(脂肪族アミン、芳香族基を含むアミン、ピペリジン、エポキシ樹脂とアミンの反応生成物、トリエタノールアミントリアクリレートなど)、尿素化合物(アリルチオ尿素、o−トリルチオ尿素など)、イオウ化合物(ナトリウムジエチルジチオフォスフェート、芳香族スルフィン酸の可溶性塩など)、ニトリル系化合物(N,N−ジエチル−p−アミノベンゾニトリルなど)、リン化合物(トリ−n−ブチルフォスフィン、ナトリウムジエチルジチオフォスファイドなど)、窒素化合物(ミヒラーケトン、N−ニトリソヒドロキシルアミン誘導体、オキサゾリジン化合物、テトラヒドロ−1,3−オキサジン化合物、ホルムアルデヒドまたはアセトアルデヒドとジアミンの縮合物など)、塩素化合物(四塩化炭素、ヘキサクロロエタンなど)等が挙げられる。
本実施形態に係る放射線硬化型インクジェット組成物の20℃における粘度は、好ましくは25mPa・s以下であり、より好ましくは5mPa・s〜25mPa・sである。組成物の20℃における粘度が上記範囲内であることにより、ノズルから組成物が適量吐出され、組成物の飛行曲がりや飛散を一層低減することができるため、インクジェット記録装置に好適に使用することができる。なお、粘度の測定は、粘弾性試験機MCR−300(Pysica社製)を用いて、20℃の環境下で、Shear Rateを10〜1000に上げていき、Shear Rate200時の粘度を読み取ることにより測定することができる。
放射線硬化型インクジェット組成物の製造(調製)は、組成物に含有する各成分を混合し、成分が充分均一に混合するよう撹拌することにより行う。本実施形態において、放射線硬化型インクジェット組成物の調製は、調製の過程において、重合開始剤とモノマーの少なくとも一部とを混合した混合物に対して、超音波処理と加温処理の少なくとも何れかを施す工程を有することが好ましい。これにより、調製後の組成物の溶存酸素量を低減することができ、吐出安定性や保存安定性に優れた放射線硬化型インクジェット組成物とすることができる。上記混合物は、少なくとも上記の成分を含むものであればよく、放射線硬化型インクジェット組成物に含む他の成分を更に含むものでも良いし、放射線硬化型インクジェット組成物に含む全ての成分を含むものでもよい。混合物に含むモノマーは、放射線硬化型インクジェット組成物に含むモノマーの少なくとも一部であればよい。
本実施形態に係るインクジェット記録方法は、記放射線硬化型インクジェット組成物を、インクジェットヘッドから吐出して記録媒体に付着させる吐出工程と、記録媒体に付着した放射線硬化型インクジェット組成物に対して、放射線を照射する照射工程と、を有する。これにより、記録媒体上の放射線硬化型インクジェット組成物が塗布された箇所に塗膜を形成することができる。以下、各工程に詳細について記載する。
吐出工程では、組成物をインクジェットヘッドから吐出して記録媒体に付着させる。より具体的には、圧力発生手段を駆動させて、インクジェットヘッドの圧力発生室内に充填された組成物をノズルから吐出させる。このような吐出方法をインクジェット法ともいう。
照射工程では、記録媒体に付着した放射線硬化型インクジェット組成物に対して、放射線を照射する。放射線が照射されると、モノマーの重合反応が開始することで組成物が硬化し、塗膜が形成される。このとき、重合開始剤が存在すると、ラジカル、酸、及び塩基などの活性種(開始種)を発生し、モノマーの重合反応が、その開始種の機能によって促進される。また、光増感剤が存在すると、放射線を吸収して励起状態となり、重合開始剤と接触することによって重合開始剤の分解を促進し、より硬化反応を達成させることができる。
本実施形態の記録物は、記録媒体上に上記放射線硬化型インクジェット組成物が付着し、硬化したものである。上記組成物が良好な柔軟性と密着性を有することにより、切り出しや折り曲げ等の後加工を施した際に塗膜のひび割れや欠けを抑制することができる。そのため、本実施形態の記録物は、サイン用途などに好適に用いることができる。
まず、色材、分散剤、各モノマーの一部を秤量して顔料分散用のタンクに入れ、タンクに直径1mmのセラミック製ビーズミルを入れて攪拌することにより、色材をモノマー中に分散させた顔料分散液を得た。次いで、表1に記載の組成となるように、ステンレス製容器である混合物用タンクに、残りのモノマー、重合開始剤及び重合禁止剤を入れ、混合攪拌して完全に溶解させた後、上記で得られた顔料分散液を投入して、さらに常温で1時間混合撹拌し、さらに5μmのメンブランフィルターでろ過することにより各例の放射線硬化型インクジェット組成物を得た。なお、表中の各例に示す各成分の数値は特段記載のない限り質量%を表す。
・PEA(商品名「ビスコート#192、大阪有機化学工業株式会社製、フェノキシエチルアクリレート」)
・NVC(ISPジャパン株式会社製、N−ビニルカプロラクタム)
・ACMO(KJケミカルズ株式会社製、アクリロイルモルフォリン)
・IBXA(大阪有機化学工業株式会社製、イソボルニルアクリレート)
・DCPA(日立化成社製、ジシクロペンテニルアクリレート)
・TBCHA(商品名「SR217」、サートマー株式会社製、tertブチルシクロヘキサノールアクリレート)
<多官能モノマー>
・VEEA(株式会社日本触媒製、アクリル酸2−(2−ビニロキシエトキシ)エチル)
・DPGDA(商品名「SR508」、サートマー株式会社製、ジプロピレングリコールジアクリレート)
<オリゴマー>
・CN991(サートマー株式会社製、2官能ウレタンアクリレートオリゴマー)
<重合開始剤>
・Irg.819(商品名「IRGACURE 819」BASF社製、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルフォスフィンオキサイド)
・TPO(商品名「IRGACURE TPO」、BASF社製、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド)
<重合禁止剤>
・MEHQ(商品名「p−メトキシフェノール」、関東化学株式会社製、ヒドロキノンモノメチルエーテル)
<スリップ剤>
・BYK−UV3500(BYK Additives&Instruments社製、アクリロイル基を有するポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン)
<色材(顔料)>
・カーボンブラック(商品名「MA−100」、三菱化学株式会社製)
<分散剤>
・Solsperse36000(Lubrizol社製、高分子分散剤)。
2.1.硬化性
綿棒加重タック性評価を行った。具体的にはPVCメディアにバーコーターでインク組成物の塗布厚が10μmになるようにインク組成物を塗布し、所定の照射強度で0.04sec/cmの速度で、紫外線を照射した。その際、光源としては、395nmにピーク波長を有するLEDを用いた。そして、塗膜表面を綿棒で擦り、綿棒が着色しない照射強度を基準に硬化性を評価した。評価基準は以下のとおりである。
A:照射強度が0.5W/cm2未満
B:照射強度が0.5W/cm2以上1.1W/cm2未満
C:照射強度が1.1W/cm2以上2.5W/cm2未満
D:照射強度が2.5W/cm2以上
インク組成物をサンプル瓶に入れ、室温25℃で1週間放置し、放置前後の組成物の状態を目視にて確認し、保存安定性を評価した。評価基準を以下に示す。
(評価基準)
A:沈降は認められない。
B:沈降が認められた。
バーコーターで、各放射線硬化型インクジェット組成物を塩ビフィルム(JT5829R、MACtac社製)上に、厚さ10μmになるよう塗布した。次いで、メタルハライドランプ(アイグラフィックス社製)を用いて、400mJ/cm2のエネルギーで硬化させて塗膜を形成した。上記塗膜を形成した塩ビフィルムの剥離紙を剥がし、幅1cm、長さ8cmの短冊状に切り出して試験片を作製した。各試験片について、引張試験機(TENSILON、ORIENTEC社製)を用いて柔軟性としての伸び率を測定した。伸び率は、5mm/minで引っ張った時、クラックが発生した時点での数値とした。その数値は{(クラック時の長さ−延伸前の長さ)/延伸前の長さ×100}より算出した。
評価基準を以下に示す。
(評価基準)
A:300%以上
B:250%以上300%未満
C:200%以上250%未満
D:200%未満
記録媒体としてポリプロピレンボード(Corplast社製)及びポリエチレンテレフタレートフィルム(東レ社製)をそれぞれ用いたこと以外は、上記柔軟性の評価と同様にして、それぞれのフィルム上に硬化後の塗膜を作製した。得られた塗膜に対して、JIS K5600−5−6に準じてクロスカット試験の評価を行った。
(評価基準)
A:ポリプロピレンフィルム及びポリエチレンテレフタレートフィルムともに、格子に硬化膜の剥離は認められなかった。
B:ポリプロピレンフィルム又はポリエチレンテレフタレートフィルムの一方において、格子の50%未満に硬化膜の剥離が認められた。
C:ポリプロピレンフィルム及びポリエチレンテレフタレートフィルムともに、格子の50%未満に硬化膜の剥離が認められた。
D:ポリプロピレンフィルム又はポリエチレンテレフタレートフィルムの一方において、格子の50%以上に硬化膜の剥離が認められた。
E:ポリプロピレンフィルム及びポリエチレンテレフタレートフィルムともに、格子の50%以上に硬化膜の剥離が認められた。
上記柔軟性の評価において作製した、硬化後の塗膜に対して、JIS R3255に準じてマイクロスクラッチ試験の評価を行った。測定には超薄膜スクラッチ試験機(CSR−5000、ナノテック社製)を用いて耐擦過性としての耐荷重を測定した。耐荷重は荷重をかけながらマイクロスクラッチを行い、触針がメディア面に達した時の荷重とした。耐荷重が大きい程、耐擦性に優れる。測定は触針スタイラス径:15μm、振幅:100μm、スクラッチ速度:10μm/secで行った。評価基準は下記のとおりである。
(評価基準)
A:30mN/cm2以上
B:25mN/cm2以上30mN/cm2未満
C:20mN/cm2以上25mN/cm2未満
D:20mN/cm2未満
表1に、各例で用いた放射線硬化型インクジェット組成物の組成、並びに評価結果を示した。表1から、単官能モノマーを重合性化合物の総量に対して、87質量%以上含み、単官能モノマーが、多環炭化水素基を有する単官能アクリレートを含み、各重合性化合物の含有質量比を重みとする、各重合性化合物のホモポリマーのガラス転移温度の加重平均が、42℃以上である実施例1から実施例13の放射線硬化型インクジェット組成物は、柔軟性と、密着性と、耐擦過性とがいずれもC以上となり、良好であった。
Claims (9)
- 単官能モノマーと、多官能モノマーとを含む重合性化合物を含有し、
前記単官能モノマーの含有量が、前記重合性化合物の総量に対して、87質量%以上であり、
前記単官能モノマーが、多環炭化水素基を有する単官能アクリレートを含み、
前記各重合性化合物の含有質量比を重みとする、前記各重合性化合物のホモポリマーのガラス転移温度の加重平均が、42℃以上である、
放射線硬化型インクジェット組成物。 - 前記多環炭化水素基を有する単官能アクリレートが、不飽和の多環炭化水素基を有する単官能アクリレートを含む、
請求項1に記載の放射線硬化型インクジェット組成物。 - 前記多官能モノマーの含有量が、前記重合性化合物の総量に対して、1〜10質量%である、
請求項1又は2に記載の放射線硬化型インクジェット組成物。 - 前記多官能モノマーが、下記式(1)で表されるビニルエーテル基含有(メタ)アクリレートを含む、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の放射線硬化型インクジェット組成物。
CH2=CR1−COOR2−O−CH=CH−R3 ・・・ (1)
(式中、R1は水素原子又はメチル基であり、R2は炭素数2〜20の2価の有機残基であり、R3は水素原子又は炭素数1〜11の1価の有機残基である。) - 前記単官能モノマーの含有量が、前記重合性化合物の総量に対して、90質量%以上である、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の放射線硬化型インクジェット組成物。 - 前記単官能モノマーの含有量が、前記放射線硬化型インクジェット組成物の総量に対して、78質量%以上である、
請求項1〜5のいずれか一項に記載の放射線硬化型インクジェット組成物。 - 顔料を含有する、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の放射線硬化型インクジェット組成物。 - 前記単官能モノマーが、窒素含有単官能モノマーを含み、
該窒素含有単官能モノマーの含有量が、前記放射線硬化型インクジェット組成物の総量に対して、1〜12質量%である、
請求項1〜7のいずれか一項に記載の放射線硬化型インクジェット組成物。 - 請求項1〜8のいずれか一項に記載の放射線硬化型インクジェット組成物を、インクジェットヘッドから吐出して記録媒体に付着させる吐出工程と、
前記記録媒体に付着した前記放射線硬化型インクジェット組成物に対して、放射線を照射する照射工程と、を有する、
記録方法。
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