JP5441381B2 - 光硬化性インク組成物、及びインクジェット記録方法 - Google Patents
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Description
一方、インクジェット方式は、安価な装置で、且つ、必要とされる画像部のみにインクを吐出し被記録媒体上に直接画像形成を行うため、インクを効率よく使用でき、ランニングコストが安い。更に、インクジェット方式は、騒音が少なく、画像記録方式として優れている。
即ち、本発明の目的は、活性放射線の照射に対する感度が高く、硬化性に優れた画像を形成することができ、硬化後の画像が被記録媒体との高い接着性を有し、且つ保存安定性が良好でありインクジェット装置に用いた際における吐出安定性に優れたインクジェット記録用に適する光硬化性インク組成物、及び該インク組成物を用いたインクジェット記録方法を提供することにある。
本発明の光硬化性インク組成物(以下、単に「インク組成物」ともいう)は、(A)N−ビニルピペリドンと、(B)N−ビニルピペリドンと異なる重合性化合物と、(C)光重合開始剤と、を含有し、(A)N−ビニルピペリドンの含有量がインク組成物全量に対し、0.1質量%以上50質量%以下であることを特徴としている。以下、本発明の光硬化性組成物に必須の成分について順次説明する。
本発明の光硬化性インク組成物は、(A)N−ビニルピペリドンを含有することを特徴とする。本発明に用いる(A)N−ビニルピペリドン(CAS No.4370−23−4)は、3B Scientific Corporation(米国)やSinoChemexper Company(中国)等の化成品メーカーより入手可能である。また、Journal of the American Chemical Sociaty 74巻2012〜2015頁(1952年)、特開平8−59584号公報、特開平8−231483号公報等に記載されている公知の合成方法により合成することができる。
本発明の光硬化性インク組成物は、N−ビニルピペリドンの含有量が上記の範囲にあることで、硬化速度、硬化後の硬化膜と被記録媒体との接着性、及び保存安定性により優れたものとなり、さらには、インクジェット適性についてもより優れたものとなる。
本発明の光硬化性インク組成物は、前記(A)N−ビニルピペリドンに加えて、(B)N−ビニルピペリドンとは構造が異なる重合性化合物(以下、適宜、「他の重合性化合物」と称する。)を含有する。
以下、本発明に適用しうる他の重合性化合物について更に説明する。
他の重合性化合物として用いうるラジカル重合性化合物は、ラジカル重合可能なエチレン性不飽和結合を有する化合物であり、分子中にラジカル重合可能なエチレン性不飽和結合を少なくとも1つ有する化合物であればどのようなものでもよく、モノマー、オリゴマー、ポリマー等の化学形態を持つものが含まれる。ラジカル重合性化合物は1種のみ用いてもよく、また目的とする特性を向上するために任意の比率で2種以上を併用してもよい。好ましくは2種以上併用して用いることが、反応性、物性などの性能を制御する上で好ましい。
ビニルエーテル化合物としては、Rapi−Cure DVE−3、Rapi−Cure DVE−2(いずれも、ISP Europe製)、等の市販品を用いることもできる。
また、本発明の光硬化性インク組成物は、重合性化合物の総含有量が上記範囲において、インク組成物の硬化性と、該インク組成物をインクジェット記録用インクとして用いた場合の吐出安定性とが良好となる。
本発明の光硬化性インク組成物は、(C)光重合開始剤を含有することを要する。
本発明の光硬化性インク組成物に使用する光重合開始剤は、外部エネルギーを吸収して重合開始種を生成する化合物である。光重合開始剤としては公知の化合物が使用できる。
本発明の光硬化性インク組成物は、(D)着色剤を含有してもよい。特に、本発明の光硬化性インク組成物には、種々の着色剤が好ましく用いられ、これにより着色画像を形成することができる。
本発明に使用できる顔料としては、特に限定されるわけではないが、例えば、カラーインデックスに記載される下記の番号の有機又は無機顔料が使用できる。
青又はシアン顔料としては、例えば、Pigment Blue 1,15,15:1,15:2,15:3,15:4,15:6,16,17−1,22,27,28,29,36,60、等が挙げられる。
緑顔料としては、例えば、Pigment Green 7,26,36,50、等が挙げられる。
黄顔料としては、例えば、Pigment Yellow 1,3,12,13,14,17,34,35,37,55,74,81,83,93,94,95,97,108,109,110,120,137,138,139,153,154,155,157,166,167,168,180,185,193、等が挙げられる。
黒顔料としては、例えば、Pigment Black 7,28,26、等が挙げられる。
白色顔料としては、例えば、Pigment White 6,18,21、等が挙げられる。
これらの顔料は、目的に応じて適宜選択して使用できる。
以下に、本発明で使用することのできる油溶性染料について説明する。
本発明で使用することのできる油溶性染料とは、水に実質的に不溶な染料を意味する。具体的には、25℃での水への溶解度(水100gに溶解できる染料の質量)が1g以下であり、好ましくは0.5g以下、より好ましくは0.1g以下であるものを指す。従って、油溶性染料とは、所謂水に不溶性の顔料や油溶性色素を意味し、これらの中でも油溶性色素が好ましい。
これらの中で特に好ましいものは、Nubian Black PC−0850、Oil Black HBB 、Oil Yellow 129、Oil Yellow 105、Oil Pink 312、Oil Red 5B、Oil Scarlet 308、Vali Fast Blue 2606、Oil Blue BOS(以上、オリエント化学(株)製)、Aizen Spilon Blue GNH(保土ヶ谷化学(株)製)、Neopen Yellow 075、Neopen Mazenta SE1378、Neopen Blue 808、Neopen Blue FF4012、Neopen Cyan FF4238(以上、BASF社製)等である。
また、本発明においては、水非混和性有機溶媒に溶解する範囲で、分散染料を用いることもできる。分散染料は一般に水溶性の染料も包含するが、本発明においては水非混和性有機溶媒に溶解する範囲で用いることが好ましい。
分散染料の好ましい具体例としては、C.I.ディスパースイエロー 5,42,54,64,79,82,83,93,99,100,119,122,124,126,160,184:1,186,198,199,201,204,224及び237;C.I.ディスパーズオレンジ 13,29,31:1,33,49,54,55,66,73,118,119及び163;C.I.ディスパーズレッド 54,60,72,73,86,88,91,92,93,111,126,127,134,135,143,145,152,153,154,159,164,167:1,177,181,204,206,207,221,239,240,258,277,278,283,311,323,343,348,356及び362;C.I.ディスパーズバイオレット 33;C.I.ディスパーズブルー 56,60,73,87,113,128,143,148,154,158,165,165:1,165:2,176,183,185,197,198,201,214,224,225,257,266,267,287,354,358,365及び368;並びにC.I.ディスパーズグリーン 6:1及び9;等が挙げられる。
この粒径管理によって、光硬化性インク組成物において、ヘッドノズルの詰まりを抑制し、インクの保存安定性、インク透明性及び硬化感度を維持することができるので好ましい。
なお、本発明の光硬化性インク組成物を、酸化チタン等の白色顔料を着色剤とする白色インク組成物に適用する場合であれば、着色剤の含有量は、隠蔽性を確保するために、インク組成物全体の質量に対して、5〜30質量%であることが好ましく、10〜25質量%であることがより好ましい。
以下、これら任意の成分について以下に説明する。
本発明の光硬化性インク組成物には、ラジカル重合開始剤の活性光線照射による分解を促進させるために増感色素を添加することができる。増感色素は、特定の活性放射線を吸収して電子励起状態となる。電子励起状態となった増感色素は、重合開始剤と接触して、電子移動、エネルギー移動、発熱などの作用を生じ、これにより重合開始剤の化学変化、即ち、分解、ラジカル、酸或いは塩基の生成を促進させるものである。
本発明の光硬化性インク組成物は、共増感剤を含有することもできる。本発明において共増感剤は、増感色素の活性放射線に対する感度を一層向上させる、或いは酸素による重合性化合物の重合阻害を抑制する等の作用を有する。
本発明の光硬化性インク組成物には、必要に応じて、他の成分を添加することができる。その他の成分としては、例えば、重合禁止剤、溶剤等が挙げられる。
有機溶剤の量は、本発明の光硬化性インク組成物全体の質量に対し、例えば、0.1〜5質量%、好ましくは0.1〜3質量%の範囲である。
本発明のインク組成物は、保存安定性に優れることからインクジェット記録に好適である。
以下、本発明のインク組成物について説明する。
本発明のインク組成物の好ましい物性について説明する。
本発明のインク組成物は、吐出性を考慮し、吐出時の温度(例えば、40〜80℃、好ましくは25〜50℃)において、粘度が、好ましくは7〜30mPa・sであり、より好ましくは7〜25mPa・sである。例えば、本発明のインク組成物の室温(25〜30℃)での粘度は、好ましくは10〜50mPa・s、より好ましくは12〜40mPa・sである。
本発明のインクジェット記録方法、及び該インクジェット記録方法に適用しうるインクジェット記録装置について、以下説明する。
本発明のインクジェット記録方法は、上記(1)及び(2)工程を含むことにより、被記録媒体上において硬化したインク組成物により画像が形成される。
本発明のインクジェット記録方法に用いられるインクジェット記録装置としては、特に制限はなく、目的とする解像度を達成しうる公知のインクジェット記録装置を任意に選択して使用することができる。即ち、市販品を含む公知のインクジェット記録装置であれば、いずれも、本発明のインクジェット記録方法の(1)工程における被記録媒体へのインクの吐出を実施することができる。
インク供給系は、例えば、本発明のインク組成物を含む元タンク、供給配管、インクジェットヘッド直前のインク供給タンク、フィルター、ピエゾ型のインクジェットヘッドからなる。ピエゾ型のインクジェットヘッドは、1〜100pl、好ましくは、8〜30plのマルチサイズドットを、例えば、320×320〜4000×4000dpi、好ましくは、400×400〜1600×1600dpi、より好ましくは、720×720dpiの解像度で吐出できるよう駆動することができる。なお、本発明でいうdpiとは、2.54cm当たりのドット数を表す。
被記録媒体上に吐出されたインク組成物は、活性放射線を照射することによって硬化する。これは、本発明のインク組成物に含まれる光重合開始剤が活性放射線の照射により分解して、ラジカルなどの開始種を発生し、その開始種の機能により特定ヘテロ環式化合物や、所望により併用される他の重合性化合物の重合反応が、生起、促進されるためである。このとき、インク組成物において光重合開始剤と共に増感色素が存在すると、系中の増感色素が活性放射線を吸収して励起状態となり、光重合開始剤と接触することによってその分解を促進させ、より高感度の硬化反応を達成させることができる。
更に、活性放射線は、露光面照度が、例えば、10mW/cm2〜2,000mW/cm2、好ましくは、20mW/cm2〜1,000mW/cm2で照射されることが適当である。
活性放射線の照射条件並びに基本的な照射方法は、特開昭60−132767号公報に開示されている。具体的には、インクの吐出装置を含むヘッドユニットの両側に光源を設け、いわゆるシャトル方式でヘッドユニットと光源を走査することによって行われる。活性放射線の照射は、インク着弾後、一定時間(例えば、0.01秒〜0.5秒、好ましくは、0.01秒〜0.3秒、より好ましくは、0.01秒〜0.15秒)をおいて行われることになる。このようにインク着弾から照射までの時間を極短時間に制御することにより、被記録媒体に着弾したインクが硬化前に滲むことを防止するこが可能となる。また、多孔質な被記録媒体に対しても光源の届かない深部までインクが浸透する前に露光することができるため、未反応モノマーの残留を抑えられ、その結果として臭気を低減することができる。
更に、本発明のインク組成物は、インクジェット装置に適用した際に、インクジェットヘッド等の周辺で含有成分の析出等が生じることがなく、吐出安定性に優れたインク組成物であることから、安定した画像形成を行うことができる。
以下の成分を、高速水冷式攪拌機により撹拌し、シアン色のUVインクジェット用インク組成物を得た。
・N−ビニルピペリドン 10.5部
・単官能アクリレート(Sartomer社製SR339) 36.5部
・単官能アクリレート(Sartomer社製SR506) 23.7部
・二官能アクリレート(Sartomer社製SR508) 4.0部
・N−ビニルカプロラクタム 14.0部
(アイエスピー・ジャパン社製V−CAP)
・Solsperse 32000(Noveon社製分散剤) 1.2部
・Irgalite Blue GLVO 3.0部
(チバ・ジャパン社製顔料)
・Firstcure ST−1(Chem First社製重合禁止剤) 0.05部
・Lucirin TPO(BASF社製光開始剤) 5.0部
・Irgacure 369 0.5部
(チバ・ジャパン社製光開始剤)
・4−フェニルベンゾフェノン (東京化成工業社製光開始剤) 1.0部
・Darocur ITX 0.5部
(チバ・ジャパン社製光開始剤)
・Byk 307 (BYK Chemie社製消泡剤) 0.05部
得られたシアン色インク組成物と、ピエゾ型インクジェットヘッド(東芝テック製のCA3ヘッド)を有するインクジェット記録装置を用いて、ポリ塩化ビニル製のシート上に記録を行った。インク供給系は、元タンク、供給配管、インクジェットヘッド直前のインク供給タンク、フィルター、ピエゾ型のインクジェットヘッドから成り、ノズル部分が常に45℃±3℃となるよう、温度制御を行った(100%被覆画像を印刷)。インク組成物を吐出後、鉄ドープ処理した紫外線ランプ(パワー120W/cm2)の光線下に40m/minの速度で通過させることにより照射を行って、インクを硬化させ、印刷物を得た。
このとき、以下の評価を行った。得られた評価結果を、他の実施例及び比較例の評価結果ともに、まとめて表1に示す。
硬化における露光エネルギーを光量積算計(EIT社製UV PowerMAP)により測定した。この数値が小さいほど、高感度で硬化すると評価する。その結果、実施例1のインク組成物は、シート上での紫外線の積算露光量は約400mJ/cm2であり、高感度で硬化していることが確認された。
硬化性は、このインク組成物による印刷物を、シート上での紫外線の積算露光量約600mJ/cm2で硬化を行い、硬化後の画像部を触診により評価した。硬化性は、硬化膜表面の粘着性の有無で評価する。
その結果、実施例1のインク組成物は、硬化後の粘着性が完全に消失しており、硬化性に優れることを確認した。
被記録媒体との接着性は、クロスハッチテスト(EN ISO2409)により評価し、ASTM法による表記5B〜1Bで表す。5Bが最も接着性に優れ、3B以上で実用上問題のないレベルであると評価する。
その結果、実施例1のインク組成物は、高い接着性を有し、その値は、ASTM法による表記で4Bを示した。
得られたインク組成物を、60℃で2週間、−15℃で2週間保存後、上記のピエゾ型インクジェットノズルを有するインクジェット記録装置を用いて、被記録媒体への記録を行い、常温で1時間連続印字したときの、ドット抜け及びインクの飛び散りの有無を目視にて観察し、これを3回実施した結果の平均値を下記基準により評価した。結果を下記表1に示す。「B」以上が実用上問題のないレベルであり、「C」及び「D」は実用上問題となるレベルである。
A :ドット抜け又はインクの飛び散りが発生しないか、発生が1箇所未満
B :ドット抜け又はインクの飛び散りが1箇所以上、2箇所未満発生
C :ドット抜け又はインクの飛び散りが2箇所以上、6箇所未満発生
D :ドット抜け又はインクの飛び散りが6箇所以上発生
以下の成分を、高速水冷式攪拌機により撹拌し、マゼンタ色のUVインクジェット用インク組成物を得た。
・N−ビニルピペリドン 13.0部
・N−ビニルカプロラクタム 15.0部
(アイエスピー・ジャパン社製V−CAP)
・二官能アクリレート(Sartomer社製SR9045) 20.7部
・単官能アクリレート(Sartomer社製SR339) 59.0部
・多官能アクリレート(Sartomer社製SR399) 1.0部
・Rapi−Cure DVE−3 4.0部
(ISP Europe社製ビニルエーテル化合物)
・Solsperse 32000(Noveon社製分散剤) 1.2部
・Cinquasia Mazenta RT−355D〔(C)成分〕 3.6部
(チバ・ジャパン社製顔料)
・Firstcure ST−1(Chem First社製重合禁止剤)0.05部
・Lucirin TPO(BASF社製光開始剤) 5.0部
・Irgacure 369 0.4部
(チバ・ジャパン社製光開始剤)
・4−フェニルベンゾフェノン (東京化成工業社製光開始剤) 1.0部
・Darocur ITX 1.0部
(チバ・ジャパン社製光開始剤)
・Byk 307(BYK Chemie社製消泡剤) 0.05部
このマゼンタ色インク組成物及び該インク組成物による印刷物について、実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す。
以下の成分を、高速水冷式攪拌機により撹拌し、黒色のUVインクジェット用インク組成物を得た。
・N−ビニルピペリドン 22.0部
・単官能アクリレート(Sartomer社製SR339) 41.0部
・単官能アクリレート(Sartomer社製SR489) 21.2部
・多官能アクリレート(Sartomer社製SR399) 1.0部
・Rapi−Cure DVE−3 4.0部
(ISP Europe社製ビニルエーテル化合物)
・Solsperse 32000(Noveon社製分散剤) 1.2部
・Microlith Black C−K〔(C)成分〕 2.6部
(チバ・ジャパン社製顔料)
・Firstcure ST−1(Chem First社製重合禁止剤)0.05部
・Lucirin TPO(BASF社製光開始剤) 4.4部
・Irgacure 369 0.5部
(チバ・ジャパン社製光開始剤)
・4−フェニルベンゾフェノン (東京化成工業社製光開始剤) 1.0部
・Darocur ITX 1.0部
(チバ・ジャパン社製光開始剤)
・Byk 307(BYK Chemie社製消泡剤) 0.05部
この黒色インク組成物及び該インク組成物による印刷物について、実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す。
以下の成分を、高速水冷式攪拌機により撹拌し、白色のUVインクジェット用インク組成物を得た。
・N−ビニルピペリドン 15.0部
・N−ビニルカプロラクタム 15.0部
(アイエスピー・ジャパン社製V−CAP)
・二官能アクリレート(Sartomer社製SR9045) 4.0部
・単官能アクリレート(Sartomer社製SR339) 39.0部
・多官能アクリレート(Sartomer社製SR399) 3.0部
・Solsperse 36000(Noveon社製分散剤) 2.4部
・MICROLITH WHITE R−A 16.0部
(チバ・ジャパン社製顔料)
・Firstcure ST−1(Chem First社製重合禁止剤) 0.05部
・Lucirin TPO(BASF社製光開始剤) 4.0部
・Irgacure 369 0.2部
(チバ・ジャパン社製光開始剤)
・4−フェニルベンゾフェノン (東京化成工業社製光開始剤) 1.1部
・Darocur ITX 0.2部
(チバ・ジャパン社製光開始剤)
・Byk 307(BYK Chemie社製消泡剤) 0.05部
この白色インク組成物及び該インク組成物による印刷物について、実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す。
以下の成分を、高速水冷式攪拌機により撹拌し、白色のUVインクジェット用インク組成物を得た。
・N−ビニルカプロラクタム 30.0部
(アイエスピー・ジャパン社製V−CAP)
・二官能アクリレート(Sartomer社製SR9045) 4.0部
・単官能アクリレート(Sartomer社製SR339) 39.0部
・多官能アクリレート(Sartomer社製SR399) 3.0部
・Solsperse 36000(Noveon社製分散剤) 2.4部
・MICROLITH WHITE R−A 16.0部
(チバ・ジャパン社製顔料)
・Firstcure ST−1(Chem First社製重合禁止剤) 0.05部
・Lucirin TPO(BASF社製光開始剤) 4.0部
・Irgacure 369 0.2部
(チバ・ジャパン社製光開始剤)
・4−フェニルベンゾフェノン (東京化成工業社製光開始剤) 1.1部
・Darocur ITX 0.2部
(チバ・ジャパン社製光開始剤)
・Byk 307(BYK Chemie社製消泡剤) 0.05部
この白色インク組成物及び該インク組成物による印刷物について、実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す。
以下の成分を、高速水冷式攪拌機により撹拌し、白色のUVインクジェット用インク組成物を得た。
・二官能アクリレート(Sartomer社製SR9045) 4.0部
・単官能アクリレート(Sartomer社製SR339) 69.0部
・多官能アクリレート(Sartomer社製SR399) 3.0部
・Solsperse 36000(Noveon社製分散剤) 2.4部
・MICROLITH WHITE R−A 16.0部
(チバ・ジャパン社製顔料)
・Firstcure ST−1(Chem First社製重合禁止剤) 0.05部
・Lucirin TPO(BASF社製光開始剤) 4.0部
・Irgacure 369 0.2部
(チバ・ジャパン社製光開始剤)
・4−フェニルベンゾフェノン (東京化成工業社製光開始剤) 1.1部
・Darocur ITX 0.2部
(チバ・ジャパン社製光開始剤)
・Byk 307(BYK Chemie社製消泡剤) 0.05部
この白色インク組成物及び該インク組成物による印刷物について、実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す。
Claims (6)
- (A)N−ビニルピペリドンと、
(B)N−ビニルピペリドンとは異なる構造を有する重合性化合物と、
(C)光重合開始剤と、
を含有し、(A)N−ビニルピペリドンの含有量がインク組成物全量に対し、0.1質量%以上50質量%以下であることを特徴とする光硬化性インク組成物。 - (D)着色剤を更に含有する請求項1に記載の光硬化性インク組成物。
- 前記(A)N−ビニルピペリドンと前記(B)N−ビニルピペリドンとは異なる構造を有する重合性化合物との総含有量が、インク組成物全量に対し、60質量%以上95質量%以下である請求項1又は請求項2に記載の光硬化性インク組成物。
- 前記(B)N−ビニルピペリドンとは異なる構造を有する重合性化合物が、N−ビニルカプロラクタムを含む請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の光硬化性インク組成物。
- インクジェット記録用である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光硬化性インク組成物。
- (1)被記録媒体上に、請求項5に記載の光硬化性インク組成物を吐出する工程、及び、
(2)吐出された前記光硬化性インク組成物に活性放射線を照射して、該光硬化性インク組成物を硬化する工程、
を含むことを特徴とするインクジェット記録方法。
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