JP2005508432A - インキ配合物およびその使用 - Google Patents
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Abstract
本発明は、溶媒、バインダーポリマー、着色剤、および場合により架橋剤を含む化学インキを提供する。本発明のインキは、以下の特性の1つ以上を有する:粘度が約50センチポアズ未満、;表面張力が約20mN/m〜約60mN/m;粒径が約5μm未満;延長された安定性;適切な色レベル(視認可能);均一な液滴形成;ジェット安定性;コンタクトレンズへの良好な接着性;型から型内で形成されるレンズへの良好な転写性;およびインクジェットノズル内におけるインキの安定性。本発明のインキは、着色コンタクトレンズの製造をするために、コンタクトレンズまたは成形型上への高品質着色像のインクジェット印刷に有用である。
Description
【技術分野】
【0001】
本発明は、コンタクトレンズ、またはコンタクトレンズの成形に使用する型に、インクジェット印刷システムによって通用されうるインキに関する。後者の場合、型の表面上に印刷されたインキは、その後この型にコンタクトレンズの成分モノマーを加えて重合させる際に、コンタクトレンズに組み込まれるであろう。いずれの場合でも、得られた生成物は、着色インキが通用されたコンタクトレンズになるであろう。それに加えて、本発明は、本発明のインキの製造方法を提供する。さらに、本発明は、着色コンタクトレンズの製造方法に関する。
【0002】
背景
レンズ中に分散された、またはレンズ上に印刷された1種類以上の着色剤を有するコンタクトレンズには、化粧目的で高い需要がある。これらの着色コンタクトレンズは、目生来の美を増強し、または装用者の虹彩上に独特のパターンを提供し、あるいは化粧目的ではないパターンもしくはマークで装用者、眼科医および製造業者にとって有益なもの、たとえば回転マーク、逆位マーク、製品/ブランドコード、ロット番号、“デモ”レンズなどを提供する。
【0003】
現在、コンタクトレンズ上にインキを印刷する方法には、クラッチ版を用いるインキ転写印刷が関与している。この印刷の典型的な例は以下のとおりである。像影を金属をエッチングしてクラッチ版を形成させる。このクラッチ版を印刷機に装着する。印刷機に装着されると、クラッチ版には、開放インキ溜め塗布系によるか、または像面をすべって横切る閉鎖式インキカップによるかのいずれかで、インキが塗布される。その後、シリコーンパッドがそのインキ像をクラッチ版から拾い上げ、そしてその像をコンタクトレンズに転写する。このシリコーンパッドは、弾性率を種々変化させてつくれるシリコーンを含む材料からできている。シリコーン材料の性質は、インキが一時的にパッドに粘着し、コンタクトレンズと接触したときパッドから完全に離れることを可能とする。
【0004】
着色コンタクトレンズにクラッチ版インキ転写印刷を使用することに関連する不利益がいくつかある。この方法は一貫性を欠いている。シリコーンパッドにおけるわずかな差違が、像の品質での大幅な変動を引起し、ドット分解能および色再現性に影響を与えることがある。
【0005】
そのうえ、多色層化は困難で、時間の浪費になる。さらにまた、この方法を用いる場合の設計および印刷工程には時間がかかる。像を完全に設計した後、クラッチ版上にその像をエッチングするまでには約2週間かかる可能性がある。この方法を用いて1種類を超える色をレンズに印刷しようとすると、その準備を整えることは骨が折れるほど細かく、そして時間のかかるものになる。この印刷方法の難しさおよび遅さによって事業の戦略が妨げられ、消費者に対して、購買時点で彼ら自身のコンタクトレンズを設計して印刷するような機会を提供することが困難になる。
【0006】
コンタクトレンズ上に高品質の着色像を印刷するために、前述の方法に換えてインクジェット印刷方法を用いてもよい。しかしながら、当該技術において既知のインクジェット用インキは、たとえば高不透明性でいかなる有害残留物のしみ出しもないこと、耐摩擦性、平滑性、および健康安全性といった、いくつかの基本的な必要条件に適合しない可能性があるので、コンタクトレンズ上に着色像を印刷する目的には適していない。
【0007】
コンタクトレンズ上への着色像のクラッチ版インキ転写印刷用として、数多くのインキが当該技術において知られている。この種のインキの例は、米国特許第4,668,240号、4,857,072号、5,272,010号、および5,414,477号に開示されているものを包含する。当該技術において既知のこの種のインキは、現在利用可能なインクジェット印刷システムには不適合であるか、またはインクジェット印刷システムを用いた場合に、コンタクトレンズ上に高品質の着色像を形成させることが不可能であるかのいずれかである。
【0008】
したがって、インクジェット印刷システムを用いて、コンタクトレンズ上に高品質の着色像を印刷するのに適したインキに対する必要性がある。また、このようなインキの製造方法に対する必要性もある。
【0009】
発明の概要
本発明のインキは、先行技術の少なくともいくつかの難点に対して解決策を提案している。
【0010】
本発明のひとつの態様において、インキは、溶媒、バインダーポリマー、着色剤、および場合により架橋剤を含む。本発明のインキは、以下の特性の1つ以上を有する:粘度約50cPs(センチポアズ)未満、好ましくは15cPs未満;表面張力が、約20mN/m〜約60mN/m;粒径約5μm未満;延長された安定性(すなわち、少なくとも4時間、好ましくは少なくとも8時間、より好ましくは少なくとも24時間、さらに一層好ましくは少なくとも7日間、もっとも好ましくは少なくとも3週間安定であること);適切な色レベル(視認可能);均一な液滴形成(すなわち、“コーヒーしみ”または“ドーナッツ”現象のないこと);ジェット安定性(すなわち、個々の液滴形成の容易さ);医療装置への良好な接着性;型から型内で形成される医療装置への良好な転写性;およびインクジェットノズル内におけるインキの安定性(乾燥または皮張り現象が最小であること)。
【0011】
本発明の別の態様において、本発明のインキの製造方法は、水およびバインダーポリマーを含む液状混合物中で顔料を磨砕することを含む。このバインダーポリマーは、ポリ(ビニルアルコール)またはポリ(ビニルアルコール)の誘導体であってよい。
【0012】
本発明は、前述の特徴、および他の特徴を提供しており、そして本発明の有利な点は、本発明の好ましい実施態様に関する以下の詳細な記述を、付随する数値と一緒に参照することによってさらに明白になるであろう。詳細な記述および数値は、単に本発明を例示するものであって発明の範囲を限定するものではなく、本発明そのものは、添付の請求項およびその均等物によって定義されているものである。
【0013】
好ましい実施態様の説明
一般に、本発明は、医療装置上に着色像を印刷するための、好ましくは着色眼用レンズの製造のための、より好ましくは着色コンタクトレンズを製造するための有用なインキを指向している。
【0014】
“医療装置”とは、手術の過程で患者の組織、血液、または他の体液と接触する表面を有する装置を示す。例示的な医療装置は、以下を包含する:(1)外科において使用される体外装置類、たとえば血液酸素化装置(人工肺)、血液ポンプ、血液センサー、血液輸送に用いられるチューブ、などであってこれらは患者に戻される血液に接触する;(2)ヒトまたは動物の体内に埋め込まれるプロテーゼ、たとえば血管グラフト、ステント、ペースメーカーのリード線、心臓弁、などであってこれらは血管内または心臓内に埋入される同類装置;一時的に血管内で使用される装置類、たとえばカテーテル、ガイドワイヤーなど、これらはモニタリングまたは修復の目的で血管内または心臓内に置かれる;および(4)眼用レンズ。
【0015】
本明細書で用いている“眼用レンズ”とは、コンタクトレンズ(ハードもしくはソフト)、または眼内レンズをいう。
【0016】
“着色眼用レンズ”とは、それ自体の上に着色像を有する眼用レンズをいう。“着色コンタクトレンズ”とは、それ自体の上に印刷された着色像を有するコンタクトレンズ(ハードまたはソフト)をいう。着色像は、化粧用パターン、たとえば虹彩様パターン、WILD EYE(商標)パターン、オーダーメイド(MTO)パターンなど;コンタクトレンズの取り扱いおよび挿入を、使用者が容易にできるようにする逆位マーク、たとえばFRESHLOOK(商標)コンタクトレンズ(CIBA Vision社);またはコンタクトレンズの在庫管理用の単位(SKU)で、たとえば数字の形態またはバーコードのいずれかであり得る。着色像は、単色像または多色像であってよい。着色像は、好ましくはデジタル像であるが、アナログ像であってもよい。
【0017】
着色コンタクトレンズの製造方法は、当該技術において周知のものである。典型的には、コンタクトレンズ上に色を直接印刷して、着色コンタクトレンズとすることができる。あるいはまた、まず着色像をコンタクトレンズ成形用の型の上に印刷し、ついで型内の重合性液状混合物を硬化させることにより、その着色像が型から転写された着色コンタクトレンズを形成できる。型の上に着色像を印刷することを含む方法が、着色コンタクトレンズ製造のための好ましい取組み方であり、この取組み方には、装用者により快適さを与えることのできる平滑な表面をもった着色コンタクトレンズを製造し得るからである。
【0018】
本発明は、より具体的には、眼用レンズ、好ましくはコンタクトレンズ上に、またはコンタクトレンズ成形用の型の上に、着色像をインクジェット印刷するためのインキに関する。
【0019】
本発明のインキは、約20〜60mN/mの表面張力を有する。インキの表面張力は、液滴の広がり具合についての良好な指標である。このインキは、コンタクトレンズまたはコンタクトレンズ成形用の型に当たると、必然的にその表面に広がり、拡散する。滴がより広がれば、ドットの色はより淡い外観になる。好ましくは、広がりがほとんど起こらず、色強度が最大になり、そして複数ドットの合体が最小になるのがよい。
【0020】
インキの表面張力は、印刷しようとする与えられた表面に対して最適化する必要がある。広がりを最小にするために、疎水性の表面は高い表面張力を有するインキを必要とするが、親水性の表面は低い表面張力を有するインキを必要とする。表面張力はまた、噴射性にも影響する。高い表面張力を有するインキは、噴射性の点で困難さを経験する可能性があり、インキ滴、特に200ピコリットル以下の容積をもつインキ滴を形成させるのはより困難であろう(ジェット安定性)。低い表面張力を有するインキは、ノズルから“ぼたぼた”と出てしまう傾向を有する可能性がある。さらにまた、低い表面張力を有するインキは、コンタクトレンズまたは型の上に、コーヒーしみ様の、ドーナッツ様の、または他の不均一な外観を有する着色ドットを形成する可能性がある。
【0021】
本明細書で用いている“コーヒーしみ外観”または“コーヒーしみ作用”とは、コンタクトレンズまたは型の上の着色ドットが、暗色の外縁と淡色の内域を有することを意味している。
【0022】
本明細書で用いている“ドーナッツ外観”または“ドーナッツ作用”とは、コンタクトレンズまたは型の上の着色ドットが、暗色の環状域によって囲まれた淡色または無色の中央域を有することを意味している。
【0023】
約20〜60mN/mの表面張力を有するインキが、良好な品質の印刷(すなわち、均一なインキ滴の形成、良好なジェット安定性、および適切な色強度を有する着色ドット)を生成しうることを見出した。より良好な印刷品質のためには、インキは、好ましくは約25〜60mN/mの表面張力を有すること、そしてより好ましくは約30〜55mN/mの表面張力を有する。
【0024】
インキの表面張力は、既知のあらゆる適した手段によって調節することができる。たとえば水性インキの場合、その表面張力は界面活性剤または水混和性共溶媒の添加によって低下させることができる。当業者は、インキの表面張力を調節する方法が分かるであろう。
【0025】
本発明のインキはまた、50センチポアズ以下の粘度を有している。インクジェットプリンターがインキを噴射するためには、インキの粘度は50センチポアズ未満であることが必要である。インキ粘度の好ましい実施態様は、30センチポアズまたはそれ以下である。インキ粘度のより好ましい実施態様は、15センチポアズまたはそれ以下である。
【0026】
本発明のインキはまた、医療装置、好ましくは眼用レンズ、より好ましくはコンタクトレンズへの良好な接着性を有する。本明細書で用いられているように、インキに関連する“医療装置への良好な接着性”とは、医療装置の上にそのインキで印刷した着色像が、少なくとも指摩擦試験に合格、好ましくは指摩擦試験および滅菌残存試験に合格できることを意味する。
【0027】
指摩擦試験は、含水コンタクトレンズを包装液、たとえば塩の溶液から取り出し、そのレンズを2本の指の間、または1本の指と手のひらの間で、約10秒間、指摩擦することによって実施する。着色剤のしみ出し、かすれ、または剥離が目視または顕微鏡(〜10×)で観察されたら、この摩擦試験には不合格であったことを示している。
【0028】
コンタクトレンズを含む医療装置の製造には、常に滅菌の工程、たとえばオートクレーブ処理、またはUV光はX線などの照射が関与している。“滅菌残存試験に合格”とは、滅菌処理後に有意な変色または剥離などが視認できないことを意味する。たとえば、オートクレーブ残存試験は、滅菌してあるコンタクトレンズを包装液、たとえば塩の溶液から取り出し、そしてそれをメタノール入りガラスびん中に浸漬することによって実施できる。含水コンタクトレンズおよびメタノールの入ったガラスびんを、標準型実験室用音波処理装置を使用してにより30秒間音波処理する。その後、レンズをメタノールから取り出し、包装液中に戻す。このレンズについて指摩擦試験を実施する。しみ出し、かすれ、または剥離が観察されたら、この試験には不合格であったことを示している。
【0029】
好ましい一実施態様において、本発明のインキは、型から医療装置への良好な転写性を有する。インキに関連した“型から医療装置への良好な転写性”とは、そのインキで型の上に印刷された着色像が、その型の中で硬化される医療装置の上に完全に転写され得ることを意味する。
【0030】
別の好ましい一実施態様において、本発明のインキは、少なくとも4時間安定である。より好ましくは、インキは、少なくとも8時間安定である。なお一層好ましくは、インキは、少なくとも2日間安定である。もっとも好ましくは、インキは、少なくとも1週間、または少なくとも3週間安定である。
【0031】
本明細書で用いている、インキに関連した“安定”とは、ある特定の時間にわたって、液相の分離および/または顔料の沈降および/または粘度の上昇が起こらないことを意味する。安定なインキは、着色眼用レンズの製造において、より多くの融通性を提供し得る。
【0032】
本発明のインキは、典型的には、溶媒、着色剤、およびバインダーポリマーを含む。
【0033】
溶媒は、水、または適切な有機もしくは無機溶媒のいずれかであってよい。本発明のインキ中のバインダーを溶解でき、着色剤の安定性に役立ち得るかぎり、既知の適した溶媒ならいずれでも使用可能である。例示の溶媒は、水、アセトン、アルコール類(たとえばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール等)、グリコール類、ケトン類、エステル類、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、アセトン、メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、アセトフェノン、二塩化メチレン、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、二塩化エチレン、イソホロン、o−ジクロロベンゼン、テトラヒドロフラン、ジアセトンアルコール、メチルエチルケトン、アセトン、2−ニトロプロパン、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレンカルボナート、シクロヘキサノール、クロロホルム、トリクロロエチレン、1,4−ジオキサン、酢酸エチル、エチレングリコールモノブチルエーテル、クロロベンゼン、ニトロエタン、エチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ブチル、1−ブタノール、メチルイソブチルケトン、ニトロメタン、トルエン、エタノール、ジエチレングリコール、ベンゼン、ジエチルエーテル、エタノールアミン、四塩化炭素、プロピレングリコール、ヘキサン、エチレングリコール、およびホルムアミドを包含するが、これらに限定されない。
【0034】
本発明のインキ中の溶媒は、さらに、数種の有機溶媒の混合物、または水と1種類以上の水溶性もしくは水混和性有機成分、たとえばエチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、グリセロール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、アミド類、エーテル類、尿素、置換尿素類、カルボン酸類およびその塩類、エステル類、アルコール類、有機スルフィド類、有機スルホキシド類、スルホン類(たとえば、スルホラン)、アルコール誘導体類、カルビトール、ブチルカルビトール、セロソルブ、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、エーテル誘導体類、アミノアルコール類、ケトン類、N−メチルピロリジノン、2−ピロリジノン、シクロヘキシルピロリドン、ヒドロキシエーテル類、スルホキシド類、ラクトン類、高分子電解質類、メチルスルホニルエタノール、イミダゾール、ベタイン、および他の水溶性もしくは水混和性材料、ならびにこれらの混合物、との混合物であってもよい。
【0035】
溶媒の好ましい実施態様は、水、1種類以上の共溶媒と混合した水、アルコール類、グリコール類、ケトン類、エステル類、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、およびシクロヘキサノンである。溶媒のより好ましい実施態様は、水、水/エタノール、水/イソプロパノール、水/グリセロール、水/ジエチレングリコール、シクロペンタノン、およびシクロヘキサノンである。
【0036】
“着色剤”は、物品上に着色像を印刷するのに使用される染料または顔料、またはそれらの混合物のいずれかを意味する。
【0037】
“染料”とは、溶媒に可溶であって、そして色の付与に使用される物質を意味する。染料は、典型的には半透明であり、光を吸収するが散乱はしない。染料は、コンタクトレンズの光学領域とコンタクトレンズの非光学領域の両方を覆うことができる。以下に記載の装置に使用できるものであれば、ほとんどすべての染料が本発明に使用可能である。これらの染料は、蛍光染料、りん光染料、真珠光沢染料、および通常の染料を包含する。
【0038】
“蛍光”とは、ある波長の可視光またはUV線を吸収した後、ほとんど直ちにより長い波長で光を放出することによって引き起こされる発光を意味する。蛍光発光は、光または入射UV線が停止すると、ほとんど直ちに停止する。
【0039】
“りん光”は、ある波長の光線を吸収した後、異なる波長における遅延した光放出によって引き起こされる発光を意味する。りん光発光は、入射光線が停止した後も、長時間継続する。
【0040】
“真珠光沢”とは、真珠の輝きを有するか、物理的外観が真珠に類似しているか、またはほとんど中性色でわずかに青みがかった中間の灰色を有していることを意味する。
【0041】
“顔料”とは、溶解しない液体中に懸濁している粉状物質を意味する。顔料は、色を付与するために使用される。一般に顔料は、染料よりも不透明である。このため顔料は、コンタクトレンズの非光学領域に置かれるのが好ましい。
【0042】
顔料は、蛍光顔料、りん光顔料、真珠光沢顔料、または通常の顔料であってよい。適した顔料ならいずれも使用可能であるが、本発明では顔料が耐熱性、無毒性、そして水性溶液に不溶性であることが好ましい。顔料は、限定するものではないが、以下(カラーインデックス名に基づく)を包含してよい:PY1、PY3、PY34、PY35、PY37、PY40、PY53、PY65、PY83、PY95、PY97、PY108、PY110、PY120、PY138、PY139、PY150、PY151、PY153、PY154、PY175、PY184、PR60、PR83、PR88、PR122、PR171、PR176、PR177、PR202、PR264、NR4、NR9、PV11、PV19、PV42、PB15:1、PB15:3、PB15:6、PB16、PB17、PB27、PB28、PB29、PB33、PB35、PB36、PB60、PB72、PB73、PB74、PBk1、PBk6、PBk7、PBk8、PBk9、PBk10、PBk11、PBk19、PBk31、PW4、PW6、D&CブルーNo.6、D&CグリーンNo.6、D&CバイオレットNo.2、カルバゾールバイオレット、フタロシアニングリーン、ある種の銅錯体類、ある種の酸化クロム類、種々の酸化鉄類。好ましい顔料の例は、医療装置への使用が許容され、FDAにより認可された着色剤、たとえばD&CブルーNo.6、D&CグリーンNo.6、D&CバイオレットNo.2、カルバゾールバイオレット、ある種の銅錯体類、ある種の酸化クロム類、種々の酸化鉄類、フタロシアニングリーン、フタロシアニンブルー、二酸化チタン類など、のいずれをも包含する。本発明で使用してよい着色剤の一覧表については、Marmiom DM Handbook of U.S.Colorantsを参照されたい。顔料のより好ましい実施態様は、限定するものではないが、以下(C.I.はカラーインデックス番号である)を包含する:青色用:フタロシアニンブルー(ピグメントブルー15:3、C.I.74160)、コバルトブルー(ピグメントブルー36、C.I.77343)、トナーシアンBG(Clariant社)、パーマジェットブルーB2G(Clariant社);緑色用:フタロシアニングリーン(ピグメントグリーン7、C.I.74260)、および三二酸化クロム;黄色、赤色、褐色および黒色の各色用:種々の酸化鉄類、PR122、PY154;紫色用:カルバゾールバイオレット;黒色用:モノリスブラックC−K(CIBA Specialty Chemicals社)。
【0043】
インクジェット印刷システムに使用できるのであれば、ほとんどいかなる顔料も使用可能である。顔料は、印刷工程中のノズル詰まりを予防するために、プリンターヘッドのノズル径よりもはるかに小さくなければならない。一般にこのことは、好ましい顔料は粒径が3μm以下のものであることを意味する。より好ましくは、顔料は粒径が1μm未満のものである。より大きい顔料は、ノズル詰まりの可能性を減少させるために、より小さい粒子に粉砕することができる。顔料の粒径を減少させる好ましい方法は、高速ミキサー、カディミル(Kady mill)、コロイドミル、ホモジナイザー、マイクロフルイダイザー、ソナレーター、超音波ミル、ロールミル、ボールミル、ローラーミル、振動ボールミル、アトリター、サンドミル、バリカイネティックディスペンサー、三本ロールミル、バンバリーミキサー、または当業者に周知の他の方法を包含する。
【0044】
一般に染料は、顔料が提供できるような高度に不透明な印刷を与えることはできない。好ましくは、本発明のインキ中の着色剤は、少なくとも1種類の顔料を含む。着色剤は2種類以上の顔料の混合物であってもよく、そしていかなる色も2種類以上の原色の単なる混合によって得られるので、所望する色はこれらが組み合わさって提供される。ここで定義している“原色”とは、シアン、イエロー、マゼンタ、ホワイト、およびブラックを意味する。着色剤は、少なくとも1種類の顔料と少なくとも1種類の染料の混合物であってもよい。当業者は、着色剤をいかにして選ぶかを知っているであろう。
【0045】
“バインダーポリマー”とは、この用語が当該技術において既知であるように、架橋剤によって、または化学的もしくは物理的手段(たとえば、湿気、加熱、UV照射など)による開始反応によって架橋し、着色剤を医療装置(好ましくはコンタクトレンズ)の上もしくは内部に捕捉もしくは結合することのできる架橋性ポリマーをいう。
【0046】
典型的なバインダーポリマーは、架橋性基を有する。架橋性基という用語は、本明細書において広範な意味で用いられ、そして、たとえば当業者には周知の官能基、および光架橋性または熱架橋性の基を包含するように意図されている。組み合わせが互いに適合する架橋性基の一対が、既知の反応条件、たとえば酸化−還元条件、脱水縮合条件、付加条件、置換(または置き換え)条件、フリーラジカル重合条件、2+2付加環化条件、ディールス−アルダー反応条件、ROMP(開環複分解重合)条件、加硫条件、カチオン架橋条件、およびエポキシ硬化条件、の下で共有結合または連鎖を形成できることは当該技術において周知である。たとえば、アミノ基は、アルデヒドと共有結合することが可能である(アルデヒド基とアミノ基から形成されるシッフ塩基は、さらに還元され得る);ヒドロキシル基およびアミノ基は、カルボキシル基と共有結合し得る;カルボキシル基およびスルホ基は、ヒドロキシル基と共有結合し得る;メルカプト基は、アミノ基と共有結合し得る;または炭素−炭素二重結合は、別の炭素−炭素二重結合と共有結合し得る。
【0047】
架橋性基の対の間で形成される例示的な共有結合または連鎖は、限定するものではないが、アルカン(炭素−炭素単結合)、アルケン(炭素−炭素二重結合)、エステル、エーテル、アセタール、ケタール、ビニルエーテル、カルバマート、尿素、アミン、アミド、エナミン、イミン、オキシム、アミジン、イミノエステル、カルボナート、オルトエステル、ホスホナート、ホスフィナート、スルホナート、スルフィナート、スルフィド、スルファート、ジスルフィド、スルフィンアミド、スルホンアミド、チオエステル、アリール、シラン、シロキサン、ヘテロ環類、チオカルボナート、チオカルバマート、およびホスホンアミドを包含する。
【0048】
例示的な架橋性基は、限定するものではないが、ヒドロキシル基、アミン基、アミド基、スルフヒドリル基、−COOR(RおよびR′は、水素またはC1〜C8アルキル基である)、ハロゲン化物(塩化物、臭化物、ヨウ化物)、塩化アシル、イソチオシアナート、イソシアナート、モノクロロトリアジン、ジクロロトリアジン、モノ−もしくはジハロゲン置換ピリジン、モノ−もしくはジハロゲン置換ジアジン、アミドリン酸塩、マレイミド、アジリジン、ハロゲン化スルホニル、ヒドロキシスクシンイミドエステル、ヒドロキシスルホスクシンイミドエステル、イミドエステル、ヒドラジン、アクシドニトロフェニル基、アジド、3−(2−ピリジルジチオ)プロピオンアミド、グリオキサール、アルデヒド、エポキシ、オレフィン性不飽和基を包含する。
【0049】
用語“オレフィン性不飽和基”は、本明細書において広範な意味で用いられ、そして、たとえばビニル化合物類、アクリル化合物類、およびメタクリル化合物類を包含するように意図されている。遊離基は、光または熱開始剤のような標準の開始剤を用いることで、オレフィン性不飽和基含有化合物中に導入することができる。
【0050】
本発明のインキ中のバインダーポリマーは、レンズ材料、たとえばソフトコンタクトレンズ用のヒドロゲルと適合性のあるものならばいかなるポリマーであってもよい。バインダーポリマーは、ビニルアルコール、ビニルブチラール、酢酸ビニル、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸およびメタクリル酸のヒドロキシC1〜C6アルキルエステル、アクリル酸およびメタクリル酸のアミノC1〜C8アルキルエステル、アクリル酸およびメタクリル酸のグリセロールエステル類、ビニルピロリドン、塩化ビニル、ヒドロキシエチルメタクリラート、ジメチルアクリルアミドなどを含有するモノマー類の重合によって製造することができる。これらの異なるモノマー類の混合物から、様々なコポリマーを形成させることができる。他のポリマー類としては、少なくとも1個の架橋性基を有する種々のセルロース樹脂類、ポリエステル類、ポリウレタン類、ポリ尿素類、またはポリアミド類が包含することができるであろう。
【0051】
“ヒドロゲル”とは、約10〜90%の平衡含水量を有する架橋ポリマーを意味する。
【0052】
“モノマー”とは、重合することのできる低分子量化合物を意味する。低分子量とは、典型的には平均分子量が700ドルトン未満であることを意味する。用語“モノマー”はまた、さらに重合可能な官能基を含有していて、ときとしてマクロモノマー(すなわち、典型的には700を超える数平均分子量を有する)と呼称される、中および高分子量化合物またはポリマーをも意味する。
【0053】
“ポリマー”とは、1種類以上のモノマーの重合によって形成される材料を意味する。
【0054】
多種類のバインダーポリマーを使用することができる。しかしながら、バインダーポリマーは、インキ配合物に使用される溶媒または溶媒混合物に溶解しなければならない。
【0055】
好ましい一実施態様において、バインダーポリマーは多数の架橋性基を含み、そしてこの架橋性基は、顔料を医療装置上に結合または捕捉するための巨大分子マトリックスを形成することができるように同じタイプまたは異なるタイプの他の架橋可能基と分子間または分子内架橋を形成することができる。
【0056】
本明細書で用いられている“分子内架橋”とは、同一のバインダーポリマー分子に属している一対の架橋性基の間に形成された分子内の共有結合または架橋剤を介した連鎖をいう。
【0057】
本明細書で用いられている“分子間架橋”とは、2個のバインダーポリマー分子の一方にそれぞれ属している一対の架橋性基の間に形成された分子間の共有結合または架橋剤を介した連鎖をいう。
【0058】
“巨大分子マトリックス”とは、メッシュまたは網状構造を有する高分子量ポリマーをいう。
【0059】
本発明のインキが、有機溶媒、たとえばメチルエチルケトン、シクロヘキサノンまたはシクロペンタノン、またはそれらの混合物を含む場合、好ましいバインダーポリマーの例は、限定するものではないが、以下のモノマー対のうちの一対から製造される架橋性コポリマーを包含する:ヒドロキシエチルメタクリラート(HEMA)/エトキシエチルメタクリラート(EOEMA);ビニルアルコール/ビニルブチラール;ビニルアルコール/酢酸ビニル;メチルメタクリラート(MMA)/HEMA;MMA/N,N−ジメチルアクリルアミド(DMA);およびMMA/N−ビニル−2−ピロリドン(NVP)。より好ましくは、バインダーポリマーは、50cps以下の粘度を有するインキの調製が可能な、低い平均分子量を有する架橋性ポリマーである。当業者は、ポリマーの分子量を制御する方法、たとえば重合反応条件の変更、または連鎖移動剤(たとえば、2−メルカプトエタノール)のような添加剤を付け加えることによる方法を知っている。
【0060】
本発明のインキが、水、または水と1種類以上の水溶性もしくは水混和性有機溶媒との混合物を含む場合、バインダーポリマーは、好ましくは架橋性の水溶性ポリ(ビニルアルコール)である。より好ましくは、バインダーポリマーは、少なくとも約2,000の分子量を有するポリ(ビニルアルコール)の誘導体であるポリヒドロキシル化合物に基づいた架橋性ポリマーであって、該ポリマーが、ポリ(ビニルアルコール)中のヒドロキシル基の数を基準にして約0.5〜約80%の、式I、IおよびII、IおよびIII、またはIおよびIIおよびIIIの単位:
【0061】
【化8】
【0062】
を含む。
【0063】
式I、IIおよびIII中において、R3は、水素、C1〜C6アルキル基またはシクロアルキル基である。
【0064】
式I、IIおよびIII中において、Rは、12個までの炭素原子、好ましくは8個までの炭素原子を有するアルキレンであり、そして直鎖状または分枝状であってよい。適した例は、オクチレン、ヘキシレン、ペンチレン、ブチレン、プロピレン、エチレン、メチレン、2−プロピレン、2−ブチレン、および3−ペンチレンを包含する。低級アルキレンとしてのRは、好ましくは6個まで、特に好ましくは4個までの炭素原子を有する。メチレンおよびブチレンが、特に好ましい。
【0065】
式Iにおいて、R1は、水素、または7個まで、特に4個までの炭素原子を有する低級アルキルである。もっとも好ましくは、R1が水素である。
【0066】
式Iにおいて、R2は、オレフィン性不飽和で、好ましくは25個までの炭素原子を有する電子吸引性の架橋可能基である。一実施態様において、R2は、式R4−CO−のオレフィン性不飽和アシル基であり、ここでR4は、2〜24個の炭素原子を有する、好ましくは2〜8個の炭素原子を有する、特に好ましくは2〜4個の炭素原子を有するオレフィン性不飽和の架橋可能基である。
【0067】
2〜24個の炭素原子を有するオレフィン性不飽和の架橋性基R4は、好ましくは2〜24個の炭素原子を有するアルケニル、特に2〜8個の炭素原子を有するアルケニル、特に好ましくは2〜4個の炭素原子を有するアルケニル、たとえばエテニル、2−プロペニル、3−プロペニル、2−ブテニル、ヘキセニル、オクテニル、またはドデセニルである。エテニルおよび2−プロペニルが好ましく、したがって−CO−R4基は、アクリル酸またはメタクリル酸のアシル基である。
【0068】
別の実施態様において、R2は、式IV、好ましくは式V:
【0069】
【化9】
【0070】
(式中、pおよびqは、互いに独立に、0または1であり、そしてR5およびR6は、互いに独立に、2〜8個の炭素原子を有する低級アルキレン、6〜12個の炭素原子を有するアリーレン、6〜10個の炭素原子を有する飽和の二価環状脂肪族基、7〜14個の炭素原子を有するアリーレンアルキレンもしくはアルキレンアリーレン、または13〜16個の炭素原子を有するアリーレンアルキレンアリーレンであり、そして式中、R4は、前記定義のとおりである)
の基である。
【0071】
低級アルキレンとしてのR5またはR6は、好ましくは2〜6個の炭素原子を有し、そして特に直鎖状のものである。適切な例は、プロピレン、ブチレン、ヘキシレン、ジメチルエチレン、そして特に好ましくはエチレンである。
【0072】
アリーレンとしてのR5またはR6は、好ましくはフェニレンであって、非置換か、または低級アルキルもしくは低級アルコキシ、特に1,3−フェニレンもしくは1,4−フェニレン、もしくはメチル−1,4−フェニレンにより置換されたものである。
【0073】
飽和の二価環状脂肪族基としてのR5またはR6は、好ましくはシクロヘキシレンまたはシクロヘキシレン(低級アルキレン)、たとえばシクロヘキシレンメチレンであって、非置換か、または1個以上のメチル基により置換されたもの、たとえばトリメチルシクロヘキシレンメチレン、たとえば二価のイソホロン基である。
【0074】
アルキレンアリーレンまたはアリーレンアルキレンとしてのR5またはR6のアリーレン単位は、好ましくはフェニレンであって、非置換か、または低級アルキルもしくは低級アルコキシにより置換されたものであり、そしてこのR5またはR6のアルキレン単位は、好ましくは低級アルキレン、たとえばメチレンまたはエチレン、特にメチレンである。したがって、このタイプのR5またはR6基は、好ましくはフェニレンメチレンまたはメチレンフェニレンである。
【0075】
アリーレンアルキレンアリーレンとしてのR5またはR6は、好ましくはフェニレン(低級アルキレン)フェニレンであって、アルキレン単位中に4個までの炭素原子を有するもの、たとえばフェニレンエチレンフェニレンである。
【0076】
R5およびR6基は、好ましくは、互いに独立に、2〜6個の炭素原子を有する低級アルキレン、非置換もしくは低級アルキル置換のフェニレン、非置換もしくは低級アルキル置換のシクロヘキシレンもしくはシクロヘキシレン(低級アルキレン)、フェニレン(低級アルキレン)、(低級アルキレン)フェニレン、またはフェニレン(低級アルキレン)フェニレンである。
【0077】
式IIにおいて、R7は、第一級、第二級もしくは第三級アミノ基、または式N+(R′)3X−(ここで、R′は、それぞれ互いに独立に、水素またはC1〜C4アルキル基であり、そしてXは対イオン、たとえばHSO4 −、F−、Cl−、Br−、I−、CH3COO−、OH−、BF−、またはH2PO4 −である)の第四級アミノ基である。
【0078】
R7基は、特に、アミノ、モノ−もしくはジ(低級アルキル)アミノ、モノ−もしくはジフェニルアミノ、(低級アルキル)フェニルアミノ、またはヘテロ環に組み込まれた第三級アミノ、たとえば−NH2、−NH−CH3、−NH(CH3)2、−NH(C2H5)、−N(C2H5)2、−NHフェニル、−N(C2H5)フェニル、または
【0079】
【化10】
【0080】
である。
【0081】
式IIIにおいて、R8は、一塩基性、二塩基性もしくは三塩基性の、飽和もしくは不飽和の、脂肪族もしくは芳香族有機酸またはスルホン酸の基である。好ましいR8基は、たとえばクロロ酢酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、アクリル酸、メタクリル酸、フタル酸、およびトリメリト酸から誘導される。
【0082】
本発明の目的のために、基および化合物に関連した用語“低級”とは、特に定義されていないかぎり、7個までの炭素原子を有する、好ましくは4個までの炭素原子を有する基または化合物を意味する。
【0083】
低級アルキルは、特に7個までの炭素原子、好ましくは4個までの炭素原子を有するもので、そして、たとえばメチル、エチル、プロピル、ブチル、またはt−ブチルである。
【0084】
低級アルコキシは、特に7個までの炭素原子、好ましくは4個までの炭素原子を有するもので、そして、たとえばメトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、またはt−ブトキシである。
【0085】
二価の基としての−R5−NH−CO−O−は、qが1のとき存在し、qが0のときは存在しない。qが0である架橋性基を含有するポリマーが好ましい。
【0086】
二価の基としての−CO−NH−(R5−NH−CO−O−)q−R6−O−は、pが1のとき存在し、pが0のときは存在しない。pが0である架橋可能基を含有するポリマーが好ましい。
【0087】
pが1である架橋性基を含有する単位を含むポリマーにおいては、指数qは、好ましくは0である。特に好ましいのは、pが1であり、指数qが0であり、そしてR5が低級アルキレンである架橋可能基を含むポリマーである。
【0088】
N+(R′)3X−の式において、R′は、好ましくは水素またはC1〜C3アルキルであり、そしてXは、ハロゲン化物、アセタート、またはホスファィトであり、たとえば前式は、−N+(C2H5)3CH3COO−、−N+(C2H5)3Cl−、および−N+(C2H5)3H2PO4 −である。
【0089】
式I、IおよびII、IおよびIII、またはIおよびIIおよびIIIの単位を含む該架橋性ポリマーは、それ自体既知の方法で製造することができる。たとえば、米国特許第5,583,163号および6,303,687号が、式I、IおよびII、IおよびIII、またはIおよびIIおよびIIIの単位を含む架橋性ポリマーの製造方法を開示し、教示している。
【0090】
バインダーポリマーとしてポリ(ビニルアルコール)または上記のポリ(ビニルアルコール)の誘導体を使用する利点は、これらのバインダーポリマーが、広範囲の粘度にわたって多種類の顔料を懸濁させる分散助剤のようにも機能し得ることである。“分散助剤”または“分散剤”とは、粒子の分離を改善し、沈降および凝集を防ぐために懸濁液に添加される界面活性物質をいう。
【0091】
本発明のインキは、場合により架橋剤を含むことができる。“架橋剤”とは、当該技術において既知の、官能基を2個以上含む化合物をいう。架橋剤分子は、2個以上のモノマーまたはポリマー分子を架橋するのに用いることができる。
【0092】
着色粒子を閉じ込めるために、異なるバインダー分子の間の化学結合を起こすために、多種類の架橋反応を用いることができる。大部分の架橋剤は、二官能または多官能の反応基によって特徴づけられている。たとえば、ジフェノール−、ジエポキシド−、ジメラミン−、ジイソシアナート−、ジアクリラート−、またはジアルデヒド樹脂類が使用できるであろう。多官能フェノール系のものは、以下の構造を有する:(HOH2CPh)n−R9(ここで、Phはフェノール基である)。多官能エポキシドは、以下の構造を有する:(CH2OCH)n−R9。多官能アルデヒドは、以下の構造を有する:(HCO)n−R9または(CH3CO)n−R9。多官能ジアクリラートは、以下を包含する:(H2CCR10COO)n−R9(ここで、R10は−Hまたは−CH3である)。多官能イソシアナートは、以下の構造を有する:(OCN)n−R9。ジアゾニウムおよびテトラゾニウム塩は、架橋性化合物として使用できよう。メラミン樹脂は以下の構造を有する:(HOH2C−Mel)n−R9(ここで、Melは、
【0093】
【化11】
【0094】
である)。
【0095】
これらの例について、R9は、脂肪族、脂環式、脂肪族−脂環式、芳香族、脂肪族−芳香族の各炭化水素、ビニルアルコール、ビニルブチラール、または酢酸ビニルであってよく、そしてnは1より大きい数である。混合官能基が使用できよう(すなわち、エポキシドとイソシアナート)。
【0096】
例示的なイソシアナート化合物は、ヘキサメチレンジイソシアナート、2,4−トルエンジイソシアナート、およびビス(イソシアナトフェニル)メタンを包含する。
【0097】
例示的なエポキシド含有基は、ビスフェノールジエポキシド、およびエピクロロヒドリンを包含する。
【0098】
他の官能基で、2個以上の−CH2−O−R11(ここでR11は、水素またはC1〜C16アルキルであり、そして該−CH2−O−R11基は、芳香族環の部分である炭素原子に結合しているか、または窒素もしくは酸素原子に結合している)を含有するものが使用できよう。
【0099】
例示の好ましい架橋剤は、限定するものではないが、ヘキサメチルジイソシアナート(HMDI)、エチレングリコールジメタクリラート(EGDMA)、ジエチレングリコールジメタクリラート、エチレングリコールジアクリラート、アリルメタクリラート、アリルアクリラート、1,3−プロパンジオールジメタクリラート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリラート、1,4−ブタンジオールジメタクリラート、ポリエチレンエポキシドモノ−およびジアクリラート、および1,4−ブタンジオールジアクリラート(BDDA)を包含する。
【0100】
好ましい一実施態様において、本発明のインキは、さらに界面活性剤を含む。本明細書で用いられているように用語“界面活性剤”は、当該技術における既知の用語と同じ意味であって、界面活性を有する化合物、たとえばサーフィノール(Surfynol)420およびサーフィノール104(Air Products社製)、プルロニック(Pluronic)F108およびプルロニックF38(BASF社製)のものを意味する。界面活性剤は、以下の機能の1個以上を有することができる:インキの表面張力の調節、消泡、顔料粒子の分離の改善、および顔料粒子の沈降または凝集の防止。
【0101】
好ましくは、界面活性剤はサーフィノール420である。本発明のインキ配合物中のサーフィノール420の量は、好ましくは約0.02〜約0.5重量%、より好ましくは0.07〜約0.3重量%の範囲である。濃度が0.02〜0.3重量%の範囲にある場合、サーフィノール420は、バインダーポリマーとしてのポリ(ビニルアルコール)を含む水性インキの表面張力を、インキ粘度を増大させずに低下させることができる。
【0102】
別の一実施態様において、本発明のインキは、さらに1種類以上の湿潤剤を含む。“湿潤剤”とは、当該技術における既知の用語と同じように、インキから水分(または湿分)を自身の方に移行させる化合物をいう。湿潤剤の例は、グリセロール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、および1,3−ジオキサン−5,5−ジメタノールを包含する。1種類以上の湿潤剤(たとえば、グリセロールおよびジエチレングリコール)を添加することにより、プリンターヘッドのノズル詰まりを最小にすることができる。
【0103】
本発明の水性インキにおいて、グリセロールの添加(0〜4%)が、乾燥時間を増大することによってジェットの形成を改善できることが見出されている。しかしながら、量が多すぎると、最初に型に印刷して、その後、型からレンズへと転写することを含む方法では、問題が起こる可能性がある。インキは、型にレンズ成形用重合性液状混合物を充てんし、型を閉じる前には乾燥していなければならない。多すぎる量のグリセロールを含むインキが、型の充てんおよび閉鎖の前にまだ乾燥していないと、充てんおよび閉鎖の間に、インキが流されて不鮮明になったり、しみ出たりしがちである。ジエチレングリコールを添加すると、コーヒーしみ現象の最小化によって印刷品質を改善することができる。
【0104】
好ましい一実施態様において、本発明のインキは、さらに以下を含む:グリセロール0〜4重量%、好ましくは0〜2重量%;およびジエチレングリコール0〜15重量%、好ましくは2〜5重量%。より好ましくは、インキ中の湿潤剤の総量は、5重量%を超えるべきではない。
【0105】
本発明のインキは、さらに、重合開始剤、抗菌剤、抗酸化剤、抗こげつき剤、および当該技術において既知の他の添加剤からなる群より選ばれる成分の1種類以上を含む。
【0106】
“重合開始剤”とは、重合反応を開始させることのできる化学薬品をいう。重合開始剤は、光開始剤または熱開始剤であってよい。光開始剤は、光の使用により重合反応を開始させる化学薬品である。適切な光開始剤は、ベンゾインメチルエーテル、ジエトキシアセトフェノン、ベンゾイルホスフィンオキシド、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、およびダロキュア(Darocur)やイルガキュア(Irgacur)タイプのもの、好ましくは、ダロキュア1173.RTM.、ダロキュア2959.RTM.、およびCIBAイルガキュア2959である。熱開始剤は、熱エネルギーの使用により重合反応を開始させる化学薬品である。適切な熱開始剤の例は、限定するものではないが、2,2′−アゾビス(2,4−ジメチルペンタンニトリル)、2,2′−アゾビス(2−メチルプロパンニトリル)、2,2′−アゾビス(2−メチルブタンニトリル)、ベンゾイルペルオキシドなどのような過酸化物など、を包含する。熱開始剤は、好ましくはアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)である。
【0107】
“抗こげつき剤”とは、サーマルインクジェットプリンター内部の加熱器素子(抵抗体素子)の露出した表面上に形成される、“こげつき”として知られる付着物を減少させることのできる化学薬品をいう。“こげつき”は、通常、抵抗体表面上の残渣(こげ)の形成として定義される。
【0108】
いくつかの適切な抗菌剤は、ポリ第四級アンモニウム化合物、たとえばGreenらの米国特許第.3,931,319号に記載されているもの(たとえば、“POLYQUAT”)を包含する。本発明で利用することのできる他の抗菌剤または抗細菌剤は、ペプチド類、他のポリ第四級アンモニウム化合物類、ムチン、ムチン模倣体、グリコペプチド類、グリコタンパク質、絹タンパク質、セルロース、デキストラン、または他の抗菌性または抗細菌性物質類である。さらなるこの種の抗細菌剤または抗菌剤の例は、米国特許第No.5,866,113号(Hendriksら)および5,891,506号(Keogh)に開示されている。
【0109】
本発明の一実施態様において、インキ配合物は以下を含む:溶媒約60〜99重量%、好ましくは約70〜95重量%、より好ましくは約84〜94重量%の量;バインダーポリマー約1〜約30重量%、好ましくは約1〜約15重量%、より好ましくは約5〜約10重量%の量;および着色剤約0〜約15重量%、好ましくは約0.5〜約8重量%、より好ましくは約0.5〜5重量%の量。
【0110】
本発明の好ましい一実施態様において、インキ配合物は以下を含む:溶媒約60〜99重量%、好ましくは約70〜95重量%、より好ましくは約84〜94重量%の量;バインダーポリマー約1〜約30重量%、好ましくは約1〜約15重量%、より好ましくは約5〜約10重量%の量;着色剤約0〜約15重量%、好ましくは約0.5〜約8重量%、より好ましくは約0.5〜5重量%の量;および架橋剤約0〜約10重量%、好ましくは約0.5〜約5重量%、より好ましくは約0.5〜2重量%の量。
【0111】
本発明のもう一つの好ましい実施態様において、インキ配合物は以下を含む:溶媒約60〜99重量%、好ましくは約70〜95重量%、より好ましくは約84〜94重量%の量;バインダーポリマー約1〜約30重量%、好ましくは約1〜約15重量%、より好ましくは約5〜約10重量%の量;着色剤約0〜約15重量%、好ましくは約0.5〜約8重量%、より好ましくは約0.5〜5重量%の量;架橋剤約0〜約10重量%、好ましくは約0.5〜約5重量%、より好ましくは約0.5〜2重量%の量;および界面活性剤約0〜約2重量%、好ましくは約0.1〜約0.5重量%、より好ましくは約0.2〜約0.4重量%の量。
【0112】
本発明のもう一つの好ましい実施態様において、インキ配合物は以下を含む:溶媒約60〜99重量%、好ましくは約70〜95重量%、より好ましくは約84〜94重量%の量;バインダーポリマー約1〜約30重量%、好ましくは約1〜約15重量%、より好ましくは約5〜約10重量%の量;着色剤約0〜約15重量%、好ましくは約0.5〜約8重量%、より好ましくは約0.5〜5重量%の量;架橋剤約0〜約10重量%、好ましくは約0.5〜約5重量%、より好ましくは約0.5〜2重量%の量;界面活性剤約0〜約2重量%、好ましくは約0.1〜約0.5重量%、より好ましくは約0.2〜約0.4重量%の量;および湿潤剤約0〜約30重量%、好ましくは約1〜約15重量%、より好ましくは約1〜約7重量%の量。
【0113】
別の局面において、本発明は、インクジェット用インキの製造方法を提供する。本発明の方法は、水およびバインダーポリマーを含む液状混合物中で顔料を磨砕することを含む。このバインダーポリマーは、ポリ(ビニルアルコール)またはそれの誘導体、好ましくは、少なくとも約2000の分子量を有するポリ(ビニルアルコール)の誘導体である架橋性ポリマーであってよく、そして該ポリマーは、ポリ(ビニルアルコール)中のヒドロキシル基の数を基準にして、約0.5〜約80%の、式I、IおよびII、IおよびIII、またはIおよびIIおよびIIIの単位を含む。
【0114】
“顔料の磨砕”とは、顔料の粒径を減少させる工程をいう。顔料の磨砕は、顔料の粒径を減少させる標準の粉砕技法によって達成できる。好ましい方法は以下を包含する:高速ミキサー、カディミル、コロイドミル、ホモジナイザー、マイクロフルイダイザー、ソナレーター、超音波ミル、ロールミル、ボールミル、ローラーミル、振動ボールミル、アトリター、サンドミル、バリカイネティックディスペンサー、三本ロールミル、バンバリーミキサー、または当業者に既知の他の技法(Ross SおよびMorrison ID, Colloidal Systems and Interfaces. New York: John Wiley & Sons, 1988を参照のこと)。より好ましくは、顔料は竪型ボールミルを用いて磨砕する。竪型ボールミルは、せん断力と衝撃力の両方を加えるので、効果的な粒径減少方法である。竪型ボールミルの好ましい実施態様は、磨砕インペラー、シャフト、ドライブミキサー、および約1.6〜2.5mmの直径を有するビーズを充てんした容器を含むアトリター磨砕システムである。
【0115】
ここまでの開示により、通常の当業者には本発明を実施することが可能になるはずである。特定の実施態様およびその有利性について、読者がよりよく理解できるように、以下の非限定的な例を参照することが推奨される。しかしながら、以下の例を、本発明の範囲を限定するものと解釈してはならない。
【実施例】
【0116】
例1
この例では、インキのマスターバッチの製造方法を具体的に説明する。
ブラックインキのマスターバッチは、酸化鉄ブラック(顔料)87g(30重量%)、ネルフィルコン(アクリル化ポリ(ビニルアルコール))40.9g(14%)、および水162.1g(56%)を、アトリター磨砕システムで磨砕することによって調製した。アトリター磨砕システムは、9.52mm{3/8in}径のステンレス鋼シャフトに取り付けたソリッドテフロン製の単翼磨砕インペラー(EMS T60、BYK Gardner社)を用いて構成した。シャフトは、Arrow 6000 74W{1/10HP}}直結駆動ミキサーにより駆動した。ジルコニア製ビーズ(直径1.6〜2.5mm、BYK Gardner社)約200mLを、500mLの水冷ジャケット付きステンレス鋼容器(容量500mL、BYK Gardner社)中に、テフロンインペラーヘッドと一緒に装てんした。典型的なインペラー回転速度は2,200rpmであった。顔料(酸化鉄ブラック)を加え、続いてネルフィルコンおよび水を加えた。インペラー回転速度を1,000rpmに設定し、そして72時間にわたって磨砕させた。生成した液状物を、ふるいに注ぎ通すことによってビーズを取り除いた。
【0117】
ホワイトインキのマスターバッチは、二酸化チタン43.5g(15%)、ネルフィルコン49.6g(17%)、および水196.9g(68%)を、前述のアトリター磨砕システムを用い、前述の磨砕手順に従うことによって調製した。
【0118】
PCNブルーインキのマスターバッチは、PCNブルー32g(11.7%)、ネルフィルコン51.5g(18.9%)、および水189.3g(69.4%)を、前述のアトリター磨砕システムを用い、前述の磨砕手順に従うことによって製造した。
【0119】
さらに、ブラックインキのマスターバッチ、ホワイトインキのマスターバッチ、およびPCNブルーインキのマスターバッチは、乳酸エチルまたはIPA(イソプロパノール)中の各顔料を、ボールミル(セラミックボール)を用いて72時間磨砕することによっても調製した。その後、各スラリーにネルフィルコンを加え、1時間混合した。
【0120】
粒径分析は、ウィンドウズのプラットフォーム上で堀場LA−920型粒度分析装置を用いて実施した。用いた屈折率は、PCNブルー/水について1.04、酸化鉄ブラック/水について1.82、そして二酸化チタン/水について1.49であった。
【0121】
粘度測定は、ブルックフィールドLVTDV−II型を使用して、25℃、スピンドル16を用いて、60rpmで実施した。
【0122】
ネルフィルコン/水の媒体は、前述の竪型ミル設定(アトリター磨砕システム)を用いたときに、PCNブルー、酸化鉄ブラック、および二酸化チタンに対し、良好な磨砕媒体として役立ったことが分かった。アトリターでは、3種類の顔料すべてに、効率が異なりはしたものの、粒径の減少が認められた。
【0123】
竪型ミルで得られたPCNブルー顔料の約96%は、粒径1μm未満のものであった。混合物を超音波処理しても、粒径が目立って減少するという結果にはならず、このことは懸濁液が比較的安定であることを示していた。
【0124】
乳酸エチルまたはIPA中のPCNブルー顔料を磨砕するのにボールミルを使用し、ついでネルフィルコン中に懸濁させた場合には、より幅広い粒度分布になっており、その混合物を超音波処理した後では粒径が減少していた。このインキペースト(PCNブルーが1.5%)の粘度は1030cpsであった。
【0125】
竪型ミルで72時間磨砕した後では、酸化鉄ブラックの粒径が平均約3.4μmから2.6μmへと減少していた。しかし凝集物があった。その混合物を超音波処理した後は、粒径が平均約0.5μm(粒子の75%が1μm未満)へと減少していた。このことは、その懸濁液がPCNインキにくらべて安定性の低いことを示している。最終混合物(酸化鉄が30%)の粘度は1740cpsであった。
【0126】
ボールミルを用いて乳酸エチル中で磨砕し、ついでネルフィルコン中に懸濁させた後では、酸化鉄ブラックの粒径は、平均約3.7μmであった。この混合物の超音波処理は、粒径を平均1.2μm(粒子の約33%が1μm未満)に減少させた。酸化鉄ブラックをIPA中で磨砕し、ネルフィルコン中に懸濁させた場合、粒径はより小さくて、平均約1.8μmであった。音波処理後には、粒径は平均0.6μm(粒子の71%が1μm未満)に減少していた。
【0127】
竪型ミルを用いて、ネルフィルコン/水の媒体中で72時間磨砕した後は、二酸化チタンの粒径は、平均約1.9μmであった。超音波処理で、粒径を平均1μm(粒子のわずか43%が1μm未満)に減少できた。ボールミルを用いて、乳酸エチル中で二酸化チタンを磨砕した後は、粒径が平均3.1μmに減少していた。超音波処理は、粒径を平均1.2μm(粒子の34%が1μm未満)に減少させた。ボールミルを用いて二酸化チタンをIPA中で磨砕する場合には、粒径は平均1.7μmであった。超音波処理で粒径を約1μmまで(粒子の44%が1μm未満)減少させた。竪型ミルを用いて二酸化チタンをネルフィルコン/水の媒体中で磨砕する時間を1日から6日に延長した場合には、粒径は平均5.2μmから平均1.8μm(音波処理前)に減少した。6日目以降は、粒径をそれ以上減少させることができなかった。
【0128】
ネルフィルコン/水の媒体中で調製したインキは泡立ちを示したが、24時間静置後には消泡した。泡立ちは、少量の界面活性剤、たとえばサーフィノール420、IPA、または乳酸エチルの添加によって減少させることができた。
【0129】
PCNブルー顔料は、1週間を超えても、すべてのインキ試料中(ネルフィルコン/水;ネルフィルコン/水/乳酸エチル;ネルフィルコン/水/IPA)で、そして3週間を超えてもネルフィルコン/水の媒体中で、懸濁状態にとどまっていた。
【0130】
2種類の無機顔料の酸化鉄および二酸化チタンは、微細な粒子に磨砕するのがより困難なように見え、そしてその懸濁液はより不安定であった。沈降は、酸化鉄および二酸化チタンとも、高い粘度(〜1,000cps)では2〜3日の間に、一方、低い粘度(〜100〜300cps)では数時間のうちに起こった。
【0131】
例2
水性のシアンインクジェットインキ(A1)を、例1で調製したPCNインキマスターバッチ(PCNブルー11.7%、ネルフィルコン18.9%、および水69.4%)から調製した。ネルフィルコン7.8%、PCNブルー1%、および水90.2%を有するシアンインクジェットインキは、PCNインキマスターバッチを水またはネルフィルコンプレポリマーで希釈することによって調製した。このインキは、表面張力43.5mN/mおよび粘度〜11.90cpsを有していた。
【0132】
インキA1を、50μm MicroFabインクジェットヘッドを用いて噴射した。矩形パルス(1100Hz、60Vpp、32.8μsパルス幅)を用いて連続噴射が可能であった。糸引き(ligaments)、液はね(satellites)、および他の噴射不安定性が観察された。このような噴射不安定性は、典型的に、劣悪な印刷品質を与え、結果として迷走線、滴点、または汚れを生じた。
【0133】
表面張力がポリプロピレン型上の着色パターンの印刷品質に及ぼす影響を調べる目的で、表面張力を、シアンインクジェットインキ中の水量を変えながら、種々の量のIPAを添加することによって調節した。
表1に示すように、インキ中のIPA量が増加すると、表面張力は低下し、その一方で粘度が上昇する。IPAの量が70%に達すると沈降が観察された。
【0134】
粘度測定は、ブルックフィールドLVTDV−II型を使用して、25℃、スピンドル18を用いて、60rpmで実施した。動的表面張力測定は、動的接触角解析装置(Dynamic Contact Angle Analyzer)(CAHN model DCA-322)を用いて実施した。この装置を、水で検証した(72dynes/cm)。
【0135】
【表1】
【0136】
界面活性剤サーフィノール420を、泡立ち低減の目的でシアンインクジェットインキに使用した。表2に示すとおり、サーフィノール420がインキ中に0.07〜0.3%(重量で)存在した場合に泡立ちを排除することができるが、インキの表面張力が低下し、そして粘度は比較的一定に保たれていた。
【0137】
【表2】
【0138】
カラーパターンを、前述のインキ(インキA2〜A5およびB1〜B5)で、50μm MicroFabインクジェットヘッドを用い、FreshLookレンズ成形用のポリプロピレン製オス型の上に印刷した。より低い表面張力を有するインキは、より容易なジェット制御を可能にする反面、“コーヒーしみ”現象が認め得ることを観察した。この“コーヒーしみ”現象は、多分滴点内のインキの不均一な分布が原因であろう;滴点の中央部分は、周縁部よりも明るく見えた(ドーナッツ形)。低い表面張力を有するインキは、線の印刷に用いることはできるが、インキ乾燥の速いことが原因してノズル詰まりを起こすため、多数のセグメントからなる像を印刷するには適さない可能性がある。
【0139】
ノズル詰まりを避けるため、グリセロールおよびジエチレングリコールのような高沸点溶媒をこのシアンインキに添加した。表3に示すように、グリセロールおよびジエチレングリコールの存在下で表面張力の値は比較的一定に保たれ、そしてインキ中の含水量の減少に伴って粘度が上昇した。
【0140】
【表3】
【0141】
より多量のグリセロールまたはジエチレングリコールを含有するインキは、型上での乾燥により長い時間がかかった。これらのインキは、型を重合性溶液で充てんする前に、より長い乾燥時間を必要とした。適切な待ち時間なしで型を重合性溶液(ネルフィルコン)で充てんした場合、流されて不鮮明化するのが観察されるかもしれず、そして印刷したカラーパターンの、型からレンズへの転写が完成しない可能性がある。実験結果では、表3記載のすべてのインキのなかで、インキC5(ネルフィルコン6.00%、PCNブルー1.00%、水88.10%、サーフィノール420 0.15%、グリセロール1.00%、ジエチレングリコール3.75%)が最良の噴射性を有しており、そして最良の品質と最良の転写性(型からレンズへの)を有する印刷を生成させることが示された。C5では、滴点は型上で鮮明に形成されており、そして“コーヒーしみ”現象は観察されなかった。重ね印刷では滴点の混合はなく、ほとんど積層効果を示した。型を他の位置に動かす一方、セグメントの印刷が噴射により可能である。噴射を中止すると、一時的なノズル詰まりを起こす可能性がある。このような問題発生の可能性は、同時係属米国出願(U.S.出願番号)および米国特許第4,266,232号記載の、第二波形によりプリントヘッド内のメニスカスの振動を維持する方法によって阻止することができる。
【0142】
さらに、インキの噴射安定性は、プリントヘッドの噴射制御信号のような噴射パラメーターを変えることによっても、改善が可能であることが見出された。たとえば、これらのインキの噴射は、制御信号の変更、すなわち波形を、〜1,000Hzおよび80Vppにおいて、単一矩形パルスから双極パルス(パルス幅38μs、エコー38μs)に変更することによって改善された。このタイプのパルスは、糸引きおよび液はねを排除することによって噴射品質を改善した。
【0143】
表4は、より高い色強度を有し(PCNブルー2%)、そしてグリセロールを0〜2%の異なる量およびジエチレングリコールを1〜3.75%の異なる量で含有する、9種類のインキ配合物を示す。これらのインキは、例1記載のようにして調製したインキマスターバッチ(PCNブルー11.7%、ネルフィルコン18.9%、および水69.4%)を、水またはネルフィルコンによって希釈し、そして他の添加剤(サーフィノール420、グリセロール、およびジエチレングリコール)の添加によって調製した。すべてのパーセント値は重量パーセントで表現してある。
【0144】
これら9種類のインキのノズル詰まり性は、65Hzにおける双極パルス(パルス幅38μs/+50V、エコー38μs/−20V)を用いて、単一ノズルヘッド(50μm MicroFabインクジェットヘッド)上で試験した。“停止時間”試験を実施するため、プリンターを、5分間、10分間、および15分間運転停止させた。プリンターを再起動した後、直ちにジェットの最初の1滴を得るのに要した時間をモニターした。試験は、少なくとも3回繰り返した:個々の実験の後、インキをひと吹き噴射させてノズルを清浄化し、メニスカスを最初の状態に戻した。
【0145】
【表4】
【0146】
実験結果は、より高い含水量を有するインキ配合物が、より短い再始動時間を有することを示した。総量で3重量%を超える湿潤剤(ジエチレングリコール+グリセロール)を含有する配合物が、もっとも早くノズル詰まりを起こした。しかしながら、ある程度のジエチレングリコールは、“コーヒーしみ”現象を排除するために必要であった。“停止時間”の間に高周波の第一波形を利用すると、全体としてノズル詰まりの問題を排除することができた。
【0147】
すべてのインキを、コンタクトレンズに接着する能力、およびカラーパターンを型からレンズへと転写する能力につき、一連の摩擦試験で検査した。すべてのレンズは、標準の−3.00D FreshLookの型(ポリプロピレン製)の中で、ネルフィルコンを重合させることによって作製した。メス型に、エッペンドルフマルチピペッターを用いて、ネルフィルコン100μLを充てんした。メス型の上にオス型を圧接し、そして〜165kPa{〜24psi}に加圧した。レンズは、ドクターグレーベル光源(UV−LQ400/C、高圧水銀アークランプ)を用い、〜0.5cmの距離で7秒間硬化させた。ドクターグレーベル光源には、その光源の前面に集光レンズおよび305nmカットフィルターを設置した。
【0148】
硬化後、型を開き、レンズを水和溶液中に約30秒間浸した。レンズをオス側からはがし取り、そして包装液中に保存した。卓上形加熱滅菌装置を用いてオートクレーブ処理を実施した(典型的なサイクルタイムは、125℃で45分)。
【0149】
初期の摩擦試験は、含水レンズを包装液から取り出し、そして2本の指の間、または1本の指と手のひらの間のいずれかで、約10秒間、指摩擦することによって実施した。着色剤のしみ出し、かすれ、または剥離が目視または顕微鏡(〜10×)で観察されると、その摩擦試験に不合格であったことを示す。
【0150】
それに続く摩擦試験は、含水レンズを包装液から取り出し、そしてメタノール入りガラスびん中に浸漬することによって実施した。そのガラスびんに、標準の実験室用音波処理装置を用いて30秒間音波処理を加えた。レンズをメタノールから取り出し、そして包装液中に戻し入れた。摩擦試験を実施した。剥離が観察されると、この試験には不合格であったことを示す。
【0151】
すべてのインキは、水和、包装、オートクレーブ処理、および激しい指摩擦処理の後、硬化コンタクトレンズへの接着は維持されていた。
【0152】
例3
FreshLookのプロピレン製オス型を、PCNインキ(バインダーとしてネルフィルコン6%、着色剤としてPCNブルー1%、界面活性剤としてサーフィノール420 0.15%、湿潤剤としてグリセロール1%とジエチレングリコール3.75%、水88.10%)を用いて印刷した。
インクジェット印刷系を使用して、それぞれのオス型上にFreshLookのカラーパターンを生成させた。このインクジェット印刷系は、コンピューター制御で、オス型を3軸に沿って動かすことにより、予め決められた場所に正確に位置させることのできる、50μm MicroFabプリントヘッドを含む。オス型は、直線方向の移動、すなわち移動軸に沿いプリントヘッドに向かうか、または離れる方向への移動が、またはオス型曲面の正規方向における頂上中心を通っている回転軸のまわりでの回転が、または傾斜軸のまわりでの傾斜が可能である。
【0153】
コロナ処理が、印刷品質、および型からレンズへのインキ転写に影響を与えるかどうかを調べるために、印刷の前後に型をコロナ処理した。コロナ放電装置は、32〜34mN/m{dyn/cm}の表面張力が得られるように設定した。印刷したカップのコロナ処理は、その印刷品質、またはレンズへのインキ転写に影響しなかった。しかしながら、印刷前のカップのコロナ処理は、印刷品質に影響する可能性があり、より大きなインキ滴の広がりを示した。
【0154】
すべてのレンズは、重合性組成物(HEMA 50.450%;EOEMA 4.970%;DEMA 1.200%;MAA 1.000%;VAZO−64 0.280%;IPA 42.100%)をポリプロピレン型の中で重合することによって作製した。VAZO−64(2,2′−アゾビスイソブチロニトリル)は、Aldrich社から入手した。組成物中の量は、最終配合物中に存在する重量%である。重合性組成物250μLをメス型中に加え、その後、上にFreshLookのパターンが印刷されているオス型を各メス型の上に圧接し、そして約165kPa{約24psi}に加圧した。インキは、重合性組成物(溶液)が存在するなか、その充てん後そして硬化前のまま24時間を超えても、流れて汚れを発生することはなかった。型中の重合性組成物は、炉の中で熱硬化させてレンズに成形した。熱硬化処理サイクルを、窒素下において65℃で45分間、ついで100℃で30分間実施した。型を開き、そしてレンズを85℃で45分間乾燥し、ついで前述で説明した脱型、水和およびオートクレーブ処理を実施した。インキの転写は完全であり、そしてパターンの鮮明さは保持されていた。これらのレンズに表面の欠陥は認められなかった。
【0155】
接着試験(摩擦試験)は、例2に記載の手順に従って実施した。すべてのレンズが、オートクレーブ処理の前後において接着試験に合格した。
【0156】
2倍量の着色剤(PCNブルー2%)を含有するインキ配合物を用いて、同様な結果を得た。このインキは、前述の接着試験に合格した。
【0157】
例4
レッド122(Sun Chemical社から入手)34.8g(12%)、ネルフィルコン26.1g(9%)、および水229.1g(79%)を、例1記載のアトリター磨砕システムを用いて、約24時間磨砕して、マゼンタインキのマスターバッチを調製した。レッド122を最初に加え、その後、ネルフィルコンおよび水を加えた。このマスターバッチは、必要時までナルゲンボトル中に室温で貯蔵した。このマスターバッチは、実験期間中、液状を保っていた。
【0158】
粒径分析は、ウィンドウズのプラットフォーム上で堀場LA−920型粒度分析装置を用いて実施した。用いた屈折率は、レッド122/水について1.53であった。粘度測定は、ブルックフィールドLVTDV−II型を使用して、25℃、スピンドル18、を用いて60rpmで実施した。動的表面張力測定は、動的接触角解析装置(Dynamic Contact Angle Analyzer)(CAHN model DCA-322)を用いて実施した。この装置は水(表面張力:72mN/m{dyn/cm}を用いて検証した。
【0159】
すべての実験に、50μm MicroFabヘッドを使用した。双極機能(パルス幅38μs、エコー38μs)を、電圧〜3.8Vppおよび周波数〜1000Hzとともに、すべての噴射実験に使用した。FreshLookポリプロピレン型は、ノズルの前を150mm/sの速さですべらせることによって、印刷に使用した。噴射の映像は、ストロボLED光に連結したカメラを用いて撮影した。印刷した型の映像は、拡大レンズを装着してソフトウエア系に接続したカメラを用いて撮影した。
【0160】
すべてのレンズは、FreshLook型中で重合性ネルフィルコンを重合することにより作製した。メス型に、エッペンドルフマルチピペッターを用い、ネルフィルコン〜100μLを充てんした。印刷してあるオス型をメス型の上に圧接し、そして〜165kPa{〜24psi}に加圧した。レンズは、ドクターグレーベル光源(UV−LQ400/C、高圧水銀アークランプ)を用いて硬化させた。照射時間は、各実験の前に測定したUV強度(〜2〜2.5mW/cm2)で、UV線量が22mJ/cm2になるように調節した。硬化後、型を開き、レンズをオス側からはがし取り、そして包装液中に貯蔵した。卓上形加熱滅菌装置を用いてオートクレーブ処理を実施した(典型的なサイクルタイムは、125℃で45分)。
【0161】
原試料の粒径分析では、0.2〜20μmの幅広い粒度分布を示した。わずか数時間の磨砕後に、粒子の96%超が0.6μm径未満になった。このインキを超音波処理しても、粒径が目立って減少するという結果にはならず、懸濁液が比較的安定であることを示していた。マスターバッチでは磨砕後に泡立ちが発生したが、数時間の静置で消滅した。
【0162】
マスターバッチ配合物(レッド122 12%、ネルフィルコン 9%、水 79%)は、粘度43.8cpsを有していた。インキは、このマスターバッチにネルフィルコン(または水)およびサーフィノール420を加えることによって調製し、表5〜6に記載した。すべてのインキが、少なくとも3週間は安定であった。
【0163】
表5記載のインキのすべては、糸引きおよび液はねを起こさずに、プリントヘッドによる噴射が可能であった。大部分のインキは、型からレンズへの乏しい転写性および水和の際に乏しい接着性を示した。インキE7(ネルフィルコン7.8%、顔料2.8%を含有)は、良好な転写性、およびオートクレーブ処理後にも良好な接着性を示した。
【0164】
【表5】
【0165】
界面活性剤サーフィノール420の添加は、ジェット品質(泡のないこと)および型からレンズへの転写性を改善した。表6記載のインキは、オートクレーブ処理の前後ともにレンズに完全に接着していた。
【0166】
【表6】
【0167】
例5
イエロー154(Sun Chemical社からのイエロー154(Symular Fast Yellow 4192))34.8g(12%)、ネルフィルコン26.1g(9%)、および水229.1g(79%)を、例1に記載のアトリター磨砕システムを用いて、約24時間磨砕して、イエローインキのマスターバッチを調製した。イエロー154を最初に加え、その後、ネルフィルコンおよび水を加えた。このマスターバッチは、必要時までナルゲンボトル中に室温で貯蔵した。このマスターバッチは、実験期間中、液状を保っていた。
【0168】
粒径分析は、ウィンドウズのプラットフォーム上で堀場LA−920型粒度分析装置を用いて実施した。用いた屈折率は、イエロー154/水について1.53であった。粘度測定は、ブルックフィールドLVTDV−II型を使用して、25℃、スピンドル18、を用いて60rpmで実施した。動的表面張力測定は、動的接触角解析装置(Dynamic Contact Angle Analyzer)(CAHN model DCA-322)を用いて実施した。試験に先立って、水の表面張力が72mN/m{dyn/cm}になることを検証した。
【0169】
すべての実験に、50μm MicroFabヘッドを使用した。双極機能(波形)(38μs幅、38μsエコー)を、電圧〜3.2Vppおよび周波数〜1000Hzを用いて、すべての噴射実験に使用した。FreshLookのポリプロピレン型は、ノズルの前を150mm/sの速さですべらせることによって印刷に使用した。噴射の映像は、ストロボLED光に連結したカメラを用いて撮影した。印刷した型の映像は、拡大レンズを装着してソフトウエア系に接続したカメラを用いて撮影した。
【0170】
すべてのレンズは、FreshLook型の中でネルフィルコンを重合することにより作製した。メス型に、エッペンドルフマルチピペッターを用い、ネルフィルコン〜100μLを充てんした。印刷してあるオス型をメス型の上に圧接し、そして〜165kPa{〜24psi}に加圧した。レンズは、ドクターグレーベル光源(UV−LQ400/C、高圧水銀アークランプ)を用いて硬化させた。照射時間は、各実験の前に測定したUV強度(〜2〜2.5mW/cm2)で、UV線量が22mJ/cm2になるように調節した。硬化後、型を開き、レンズをオス側からはがし取り、そしてPBS包装液中に保存した。卓上形加熱滅菌装置を用いてオートクレーブ処理を実施した(典型的なサイクルタイムは、125℃で45分)。
【0171】
原試料の粒径は、0.5〜100μmの範囲に分布していた。この試料の超音波処理後には、粒径が1μm未満の粒子を70%含有する狭い分布範囲の中にあると決定された。3時間の磨砕後には、粒子の96%超が1μm径未満のものであった。このマスターバッチインキを超音波処理しても、粒径が減少するという結果にはならず、懸濁液が安定であることを示していた。イエロー154粒子は、多週間にわたって懸濁状態を保っていた。マスターバッチでは磨砕工程後に泡立ちが発生したが、数時間の静置で泡が消滅した。
【0172】
このマスターバッチ配合物(イエロー154 12%、ネルフィルコン 9%、水 79%)は、粘度33.5cpsを有していた。種々のインキ配合物を、このイエローインキマスターバッチから調製した。これらのインキは、粘度が8〜11cpsの間にあり、顔料の量が約1〜8%の範囲にあった。すべてのインキ配合物は、50μm MicroFabヘッドにより、インキの噴射を制御するための双極波形を用いて噴射することが可能であった。糸引きおよび液はねは起こさなかった。イエロー154を約4.5〜約8%含有する配合物では色強度が高かった。顔料を1〜2.75%含有するインキは、明るすぎる色を示した。ネルフィルコン5.7%および顔料4.5%を含有するインキは、型からレンズへの転写性が乏しかった。ネルフィルコン6.3%超を含有する他の配合物はすべて、完全に転写された。より少ない量の顔料(1〜4.5%)を含有するインキは、オートクレーブ処理の前後ともレンズへの良好な接着性を示した。顔料の含有量がより多い(8%)、またはネルフィルコンの量がより少ない(4.8%)インキは、レンズに接着しなかった。いくつかのインキのついての結果を表7に示す。
【0173】
【表7】
【0174】
表8および9に、界面活性剤サーフィノール420を含有するインキ組成物、およびそれらのインキの性質を示した。サーフィノール420は、イエローインキの表面張力を低下させ、そして泡立ちを排除した。しかし、サーフィノール420の量が0.07%より多い場合は、サーフィノール420のCMCに到達してしまうので、インキの表面張力は比較的一定(〜30dyn/cm)に保たれていた。粘度はサーフィノール420の濃度によって変化しなかった。
【0175】
【表8】
【0176】
【表9】
【0001】
本発明は、コンタクトレンズ、またはコンタクトレンズの成形に使用する型に、インクジェット印刷システムによって通用されうるインキに関する。後者の場合、型の表面上に印刷されたインキは、その後この型にコンタクトレンズの成分モノマーを加えて重合させる際に、コンタクトレンズに組み込まれるであろう。いずれの場合でも、得られた生成物は、着色インキが通用されたコンタクトレンズになるであろう。それに加えて、本発明は、本発明のインキの製造方法を提供する。さらに、本発明は、着色コンタクトレンズの製造方法に関する。
【0002】
背景
レンズ中に分散された、またはレンズ上に印刷された1種類以上の着色剤を有するコンタクトレンズには、化粧目的で高い需要がある。これらの着色コンタクトレンズは、目生来の美を増強し、または装用者の虹彩上に独特のパターンを提供し、あるいは化粧目的ではないパターンもしくはマークで装用者、眼科医および製造業者にとって有益なもの、たとえば回転マーク、逆位マーク、製品/ブランドコード、ロット番号、“デモ”レンズなどを提供する。
【0003】
現在、コンタクトレンズ上にインキを印刷する方法には、クラッチ版を用いるインキ転写印刷が関与している。この印刷の典型的な例は以下のとおりである。像影を金属をエッチングしてクラッチ版を形成させる。このクラッチ版を印刷機に装着する。印刷機に装着されると、クラッチ版には、開放インキ溜め塗布系によるか、または像面をすべって横切る閉鎖式インキカップによるかのいずれかで、インキが塗布される。その後、シリコーンパッドがそのインキ像をクラッチ版から拾い上げ、そしてその像をコンタクトレンズに転写する。このシリコーンパッドは、弾性率を種々変化させてつくれるシリコーンを含む材料からできている。シリコーン材料の性質は、インキが一時的にパッドに粘着し、コンタクトレンズと接触したときパッドから完全に離れることを可能とする。
【0004】
着色コンタクトレンズにクラッチ版インキ転写印刷を使用することに関連する不利益がいくつかある。この方法は一貫性を欠いている。シリコーンパッドにおけるわずかな差違が、像の品質での大幅な変動を引起し、ドット分解能および色再現性に影響を与えることがある。
【0005】
そのうえ、多色層化は困難で、時間の浪費になる。さらにまた、この方法を用いる場合の設計および印刷工程には時間がかかる。像を完全に設計した後、クラッチ版上にその像をエッチングするまでには約2週間かかる可能性がある。この方法を用いて1種類を超える色をレンズに印刷しようとすると、その準備を整えることは骨が折れるほど細かく、そして時間のかかるものになる。この印刷方法の難しさおよび遅さによって事業の戦略が妨げられ、消費者に対して、購買時点で彼ら自身のコンタクトレンズを設計して印刷するような機会を提供することが困難になる。
【0006】
コンタクトレンズ上に高品質の着色像を印刷するために、前述の方法に換えてインクジェット印刷方法を用いてもよい。しかしながら、当該技術において既知のインクジェット用インキは、たとえば高不透明性でいかなる有害残留物のしみ出しもないこと、耐摩擦性、平滑性、および健康安全性といった、いくつかの基本的な必要条件に適合しない可能性があるので、コンタクトレンズ上に着色像を印刷する目的には適していない。
【0007】
コンタクトレンズ上への着色像のクラッチ版インキ転写印刷用として、数多くのインキが当該技術において知られている。この種のインキの例は、米国特許第4,668,240号、4,857,072号、5,272,010号、および5,414,477号に開示されているものを包含する。当該技術において既知のこの種のインキは、現在利用可能なインクジェット印刷システムには不適合であるか、またはインクジェット印刷システムを用いた場合に、コンタクトレンズ上に高品質の着色像を形成させることが不可能であるかのいずれかである。
【0008】
したがって、インクジェット印刷システムを用いて、コンタクトレンズ上に高品質の着色像を印刷するのに適したインキに対する必要性がある。また、このようなインキの製造方法に対する必要性もある。
【0009】
発明の概要
本発明のインキは、先行技術の少なくともいくつかの難点に対して解決策を提案している。
【0010】
本発明のひとつの態様において、インキは、溶媒、バインダーポリマー、着色剤、および場合により架橋剤を含む。本発明のインキは、以下の特性の1つ以上を有する:粘度約50cPs(センチポアズ)未満、好ましくは15cPs未満;表面張力が、約20mN/m〜約60mN/m;粒径約5μm未満;延長された安定性(すなわち、少なくとも4時間、好ましくは少なくとも8時間、より好ましくは少なくとも24時間、さらに一層好ましくは少なくとも7日間、もっとも好ましくは少なくとも3週間安定であること);適切な色レベル(視認可能);均一な液滴形成(すなわち、“コーヒーしみ”または“ドーナッツ”現象のないこと);ジェット安定性(すなわち、個々の液滴形成の容易さ);医療装置への良好な接着性;型から型内で形成される医療装置への良好な転写性;およびインクジェットノズル内におけるインキの安定性(乾燥または皮張り現象が最小であること)。
【0011】
本発明の別の態様において、本発明のインキの製造方法は、水およびバインダーポリマーを含む液状混合物中で顔料を磨砕することを含む。このバインダーポリマーは、ポリ(ビニルアルコール)またはポリ(ビニルアルコール)の誘導体であってよい。
【0012】
本発明は、前述の特徴、および他の特徴を提供しており、そして本発明の有利な点は、本発明の好ましい実施態様に関する以下の詳細な記述を、付随する数値と一緒に参照することによってさらに明白になるであろう。詳細な記述および数値は、単に本発明を例示するものであって発明の範囲を限定するものではなく、本発明そのものは、添付の請求項およびその均等物によって定義されているものである。
【0013】
好ましい実施態様の説明
一般に、本発明は、医療装置上に着色像を印刷するための、好ましくは着色眼用レンズの製造のための、より好ましくは着色コンタクトレンズを製造するための有用なインキを指向している。
【0014】
“医療装置”とは、手術の過程で患者の組織、血液、または他の体液と接触する表面を有する装置を示す。例示的な医療装置は、以下を包含する:(1)外科において使用される体外装置類、たとえば血液酸素化装置(人工肺)、血液ポンプ、血液センサー、血液輸送に用いられるチューブ、などであってこれらは患者に戻される血液に接触する;(2)ヒトまたは動物の体内に埋め込まれるプロテーゼ、たとえば血管グラフト、ステント、ペースメーカーのリード線、心臓弁、などであってこれらは血管内または心臓内に埋入される同類装置;一時的に血管内で使用される装置類、たとえばカテーテル、ガイドワイヤーなど、これらはモニタリングまたは修復の目的で血管内または心臓内に置かれる;および(4)眼用レンズ。
【0015】
本明細書で用いている“眼用レンズ”とは、コンタクトレンズ(ハードもしくはソフト)、または眼内レンズをいう。
【0016】
“着色眼用レンズ”とは、それ自体の上に着色像を有する眼用レンズをいう。“着色コンタクトレンズ”とは、それ自体の上に印刷された着色像を有するコンタクトレンズ(ハードまたはソフト)をいう。着色像は、化粧用パターン、たとえば虹彩様パターン、WILD EYE(商標)パターン、オーダーメイド(MTO)パターンなど;コンタクトレンズの取り扱いおよび挿入を、使用者が容易にできるようにする逆位マーク、たとえばFRESHLOOK(商標)コンタクトレンズ(CIBA Vision社);またはコンタクトレンズの在庫管理用の単位(SKU)で、たとえば数字の形態またはバーコードのいずれかであり得る。着色像は、単色像または多色像であってよい。着色像は、好ましくはデジタル像であるが、アナログ像であってもよい。
【0017】
着色コンタクトレンズの製造方法は、当該技術において周知のものである。典型的には、コンタクトレンズ上に色を直接印刷して、着色コンタクトレンズとすることができる。あるいはまた、まず着色像をコンタクトレンズ成形用の型の上に印刷し、ついで型内の重合性液状混合物を硬化させることにより、その着色像が型から転写された着色コンタクトレンズを形成できる。型の上に着色像を印刷することを含む方法が、着色コンタクトレンズ製造のための好ましい取組み方であり、この取組み方には、装用者により快適さを与えることのできる平滑な表面をもった着色コンタクトレンズを製造し得るからである。
【0018】
本発明は、より具体的には、眼用レンズ、好ましくはコンタクトレンズ上に、またはコンタクトレンズ成形用の型の上に、着色像をインクジェット印刷するためのインキに関する。
【0019】
本発明のインキは、約20〜60mN/mの表面張力を有する。インキの表面張力は、液滴の広がり具合についての良好な指標である。このインキは、コンタクトレンズまたはコンタクトレンズ成形用の型に当たると、必然的にその表面に広がり、拡散する。滴がより広がれば、ドットの色はより淡い外観になる。好ましくは、広がりがほとんど起こらず、色強度が最大になり、そして複数ドットの合体が最小になるのがよい。
【0020】
インキの表面張力は、印刷しようとする与えられた表面に対して最適化する必要がある。広がりを最小にするために、疎水性の表面は高い表面張力を有するインキを必要とするが、親水性の表面は低い表面張力を有するインキを必要とする。表面張力はまた、噴射性にも影響する。高い表面張力を有するインキは、噴射性の点で困難さを経験する可能性があり、インキ滴、特に200ピコリットル以下の容積をもつインキ滴を形成させるのはより困難であろう(ジェット安定性)。低い表面張力を有するインキは、ノズルから“ぼたぼた”と出てしまう傾向を有する可能性がある。さらにまた、低い表面張力を有するインキは、コンタクトレンズまたは型の上に、コーヒーしみ様の、ドーナッツ様の、または他の不均一な外観を有する着色ドットを形成する可能性がある。
【0021】
本明細書で用いている“コーヒーしみ外観”または“コーヒーしみ作用”とは、コンタクトレンズまたは型の上の着色ドットが、暗色の外縁と淡色の内域を有することを意味している。
【0022】
本明細書で用いている“ドーナッツ外観”または“ドーナッツ作用”とは、コンタクトレンズまたは型の上の着色ドットが、暗色の環状域によって囲まれた淡色または無色の中央域を有することを意味している。
【0023】
約20〜60mN/mの表面張力を有するインキが、良好な品質の印刷(すなわち、均一なインキ滴の形成、良好なジェット安定性、および適切な色強度を有する着色ドット)を生成しうることを見出した。より良好な印刷品質のためには、インキは、好ましくは約25〜60mN/mの表面張力を有すること、そしてより好ましくは約30〜55mN/mの表面張力を有する。
【0024】
インキの表面張力は、既知のあらゆる適した手段によって調節することができる。たとえば水性インキの場合、その表面張力は界面活性剤または水混和性共溶媒の添加によって低下させることができる。当業者は、インキの表面張力を調節する方法が分かるであろう。
【0025】
本発明のインキはまた、50センチポアズ以下の粘度を有している。インクジェットプリンターがインキを噴射するためには、インキの粘度は50センチポアズ未満であることが必要である。インキ粘度の好ましい実施態様は、30センチポアズまたはそれ以下である。インキ粘度のより好ましい実施態様は、15センチポアズまたはそれ以下である。
【0026】
本発明のインキはまた、医療装置、好ましくは眼用レンズ、より好ましくはコンタクトレンズへの良好な接着性を有する。本明細書で用いられているように、インキに関連する“医療装置への良好な接着性”とは、医療装置の上にそのインキで印刷した着色像が、少なくとも指摩擦試験に合格、好ましくは指摩擦試験および滅菌残存試験に合格できることを意味する。
【0027】
指摩擦試験は、含水コンタクトレンズを包装液、たとえば塩の溶液から取り出し、そのレンズを2本の指の間、または1本の指と手のひらの間で、約10秒間、指摩擦することによって実施する。着色剤のしみ出し、かすれ、または剥離が目視または顕微鏡(〜10×)で観察されたら、この摩擦試験には不合格であったことを示している。
【0028】
コンタクトレンズを含む医療装置の製造には、常に滅菌の工程、たとえばオートクレーブ処理、またはUV光はX線などの照射が関与している。“滅菌残存試験に合格”とは、滅菌処理後に有意な変色または剥離などが視認できないことを意味する。たとえば、オートクレーブ残存試験は、滅菌してあるコンタクトレンズを包装液、たとえば塩の溶液から取り出し、そしてそれをメタノール入りガラスびん中に浸漬することによって実施できる。含水コンタクトレンズおよびメタノールの入ったガラスびんを、標準型実験室用音波処理装置を使用してにより30秒間音波処理する。その後、レンズをメタノールから取り出し、包装液中に戻す。このレンズについて指摩擦試験を実施する。しみ出し、かすれ、または剥離が観察されたら、この試験には不合格であったことを示している。
【0029】
好ましい一実施態様において、本発明のインキは、型から医療装置への良好な転写性を有する。インキに関連した“型から医療装置への良好な転写性”とは、そのインキで型の上に印刷された着色像が、その型の中で硬化される医療装置の上に完全に転写され得ることを意味する。
【0030】
別の好ましい一実施態様において、本発明のインキは、少なくとも4時間安定である。より好ましくは、インキは、少なくとも8時間安定である。なお一層好ましくは、インキは、少なくとも2日間安定である。もっとも好ましくは、インキは、少なくとも1週間、または少なくとも3週間安定である。
【0031】
本明細書で用いている、インキに関連した“安定”とは、ある特定の時間にわたって、液相の分離および/または顔料の沈降および/または粘度の上昇が起こらないことを意味する。安定なインキは、着色眼用レンズの製造において、より多くの融通性を提供し得る。
【0032】
本発明のインキは、典型的には、溶媒、着色剤、およびバインダーポリマーを含む。
【0033】
溶媒は、水、または適切な有機もしくは無機溶媒のいずれかであってよい。本発明のインキ中のバインダーを溶解でき、着色剤の安定性に役立ち得るかぎり、既知の適した溶媒ならいずれでも使用可能である。例示の溶媒は、水、アセトン、アルコール類(たとえばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール等)、グリコール類、ケトン類、エステル類、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、アセトン、メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、アセトフェノン、二塩化メチレン、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、二塩化エチレン、イソホロン、o−ジクロロベンゼン、テトラヒドロフラン、ジアセトンアルコール、メチルエチルケトン、アセトン、2−ニトロプロパン、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレンカルボナート、シクロヘキサノール、クロロホルム、トリクロロエチレン、1,4−ジオキサン、酢酸エチル、エチレングリコールモノブチルエーテル、クロロベンゼン、ニトロエタン、エチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ブチル、1−ブタノール、メチルイソブチルケトン、ニトロメタン、トルエン、エタノール、ジエチレングリコール、ベンゼン、ジエチルエーテル、エタノールアミン、四塩化炭素、プロピレングリコール、ヘキサン、エチレングリコール、およびホルムアミドを包含するが、これらに限定されない。
【0034】
本発明のインキ中の溶媒は、さらに、数種の有機溶媒の混合物、または水と1種類以上の水溶性もしくは水混和性有機成分、たとえばエチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、グリセロール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、アミド類、エーテル類、尿素、置換尿素類、カルボン酸類およびその塩類、エステル類、アルコール類、有機スルフィド類、有機スルホキシド類、スルホン類(たとえば、スルホラン)、アルコール誘導体類、カルビトール、ブチルカルビトール、セロソルブ、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、エーテル誘導体類、アミノアルコール類、ケトン類、N−メチルピロリジノン、2−ピロリジノン、シクロヘキシルピロリドン、ヒドロキシエーテル類、スルホキシド類、ラクトン類、高分子電解質類、メチルスルホニルエタノール、イミダゾール、ベタイン、および他の水溶性もしくは水混和性材料、ならびにこれらの混合物、との混合物であってもよい。
【0035】
溶媒の好ましい実施態様は、水、1種類以上の共溶媒と混合した水、アルコール類、グリコール類、ケトン類、エステル類、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、およびシクロヘキサノンである。溶媒のより好ましい実施態様は、水、水/エタノール、水/イソプロパノール、水/グリセロール、水/ジエチレングリコール、シクロペンタノン、およびシクロヘキサノンである。
【0036】
“着色剤”は、物品上に着色像を印刷するのに使用される染料または顔料、またはそれらの混合物のいずれかを意味する。
【0037】
“染料”とは、溶媒に可溶であって、そして色の付与に使用される物質を意味する。染料は、典型的には半透明であり、光を吸収するが散乱はしない。染料は、コンタクトレンズの光学領域とコンタクトレンズの非光学領域の両方を覆うことができる。以下に記載の装置に使用できるものであれば、ほとんどすべての染料が本発明に使用可能である。これらの染料は、蛍光染料、りん光染料、真珠光沢染料、および通常の染料を包含する。
【0038】
“蛍光”とは、ある波長の可視光またはUV線を吸収した後、ほとんど直ちにより長い波長で光を放出することによって引き起こされる発光を意味する。蛍光発光は、光または入射UV線が停止すると、ほとんど直ちに停止する。
【0039】
“りん光”は、ある波長の光線を吸収した後、異なる波長における遅延した光放出によって引き起こされる発光を意味する。りん光発光は、入射光線が停止した後も、長時間継続する。
【0040】
“真珠光沢”とは、真珠の輝きを有するか、物理的外観が真珠に類似しているか、またはほとんど中性色でわずかに青みがかった中間の灰色を有していることを意味する。
【0041】
“顔料”とは、溶解しない液体中に懸濁している粉状物質を意味する。顔料は、色を付与するために使用される。一般に顔料は、染料よりも不透明である。このため顔料は、コンタクトレンズの非光学領域に置かれるのが好ましい。
【0042】
顔料は、蛍光顔料、りん光顔料、真珠光沢顔料、または通常の顔料であってよい。適した顔料ならいずれも使用可能であるが、本発明では顔料が耐熱性、無毒性、そして水性溶液に不溶性であることが好ましい。顔料は、限定するものではないが、以下(カラーインデックス名に基づく)を包含してよい:PY1、PY3、PY34、PY35、PY37、PY40、PY53、PY65、PY83、PY95、PY97、PY108、PY110、PY120、PY138、PY139、PY150、PY151、PY153、PY154、PY175、PY184、PR60、PR83、PR88、PR122、PR171、PR176、PR177、PR202、PR264、NR4、NR9、PV11、PV19、PV42、PB15:1、PB15:3、PB15:6、PB16、PB17、PB27、PB28、PB29、PB33、PB35、PB36、PB60、PB72、PB73、PB74、PBk1、PBk6、PBk7、PBk8、PBk9、PBk10、PBk11、PBk19、PBk31、PW4、PW6、D&CブルーNo.6、D&CグリーンNo.6、D&CバイオレットNo.2、カルバゾールバイオレット、フタロシアニングリーン、ある種の銅錯体類、ある種の酸化クロム類、種々の酸化鉄類。好ましい顔料の例は、医療装置への使用が許容され、FDAにより認可された着色剤、たとえばD&CブルーNo.6、D&CグリーンNo.6、D&CバイオレットNo.2、カルバゾールバイオレット、ある種の銅錯体類、ある種の酸化クロム類、種々の酸化鉄類、フタロシアニングリーン、フタロシアニンブルー、二酸化チタン類など、のいずれをも包含する。本発明で使用してよい着色剤の一覧表については、Marmiom DM Handbook of U.S.Colorantsを参照されたい。顔料のより好ましい実施態様は、限定するものではないが、以下(C.I.はカラーインデックス番号である)を包含する:青色用:フタロシアニンブルー(ピグメントブルー15:3、C.I.74160)、コバルトブルー(ピグメントブルー36、C.I.77343)、トナーシアンBG(Clariant社)、パーマジェットブルーB2G(Clariant社);緑色用:フタロシアニングリーン(ピグメントグリーン7、C.I.74260)、および三二酸化クロム;黄色、赤色、褐色および黒色の各色用:種々の酸化鉄類、PR122、PY154;紫色用:カルバゾールバイオレット;黒色用:モノリスブラックC−K(CIBA Specialty Chemicals社)。
【0043】
インクジェット印刷システムに使用できるのであれば、ほとんどいかなる顔料も使用可能である。顔料は、印刷工程中のノズル詰まりを予防するために、プリンターヘッドのノズル径よりもはるかに小さくなければならない。一般にこのことは、好ましい顔料は粒径が3μm以下のものであることを意味する。より好ましくは、顔料は粒径が1μm未満のものである。より大きい顔料は、ノズル詰まりの可能性を減少させるために、より小さい粒子に粉砕することができる。顔料の粒径を減少させる好ましい方法は、高速ミキサー、カディミル(Kady mill)、コロイドミル、ホモジナイザー、マイクロフルイダイザー、ソナレーター、超音波ミル、ロールミル、ボールミル、ローラーミル、振動ボールミル、アトリター、サンドミル、バリカイネティックディスペンサー、三本ロールミル、バンバリーミキサー、または当業者に周知の他の方法を包含する。
【0044】
一般に染料は、顔料が提供できるような高度に不透明な印刷を与えることはできない。好ましくは、本発明のインキ中の着色剤は、少なくとも1種類の顔料を含む。着色剤は2種類以上の顔料の混合物であってもよく、そしていかなる色も2種類以上の原色の単なる混合によって得られるので、所望する色はこれらが組み合わさって提供される。ここで定義している“原色”とは、シアン、イエロー、マゼンタ、ホワイト、およびブラックを意味する。着色剤は、少なくとも1種類の顔料と少なくとも1種類の染料の混合物であってもよい。当業者は、着色剤をいかにして選ぶかを知っているであろう。
【0045】
“バインダーポリマー”とは、この用語が当該技術において既知であるように、架橋剤によって、または化学的もしくは物理的手段(たとえば、湿気、加熱、UV照射など)による開始反応によって架橋し、着色剤を医療装置(好ましくはコンタクトレンズ)の上もしくは内部に捕捉もしくは結合することのできる架橋性ポリマーをいう。
【0046】
典型的なバインダーポリマーは、架橋性基を有する。架橋性基という用語は、本明細書において広範な意味で用いられ、そして、たとえば当業者には周知の官能基、および光架橋性または熱架橋性の基を包含するように意図されている。組み合わせが互いに適合する架橋性基の一対が、既知の反応条件、たとえば酸化−還元条件、脱水縮合条件、付加条件、置換(または置き換え)条件、フリーラジカル重合条件、2+2付加環化条件、ディールス−アルダー反応条件、ROMP(開環複分解重合)条件、加硫条件、カチオン架橋条件、およびエポキシ硬化条件、の下で共有結合または連鎖を形成できることは当該技術において周知である。たとえば、アミノ基は、アルデヒドと共有結合することが可能である(アルデヒド基とアミノ基から形成されるシッフ塩基は、さらに還元され得る);ヒドロキシル基およびアミノ基は、カルボキシル基と共有結合し得る;カルボキシル基およびスルホ基は、ヒドロキシル基と共有結合し得る;メルカプト基は、アミノ基と共有結合し得る;または炭素−炭素二重結合は、別の炭素−炭素二重結合と共有結合し得る。
【0047】
架橋性基の対の間で形成される例示的な共有結合または連鎖は、限定するものではないが、アルカン(炭素−炭素単結合)、アルケン(炭素−炭素二重結合)、エステル、エーテル、アセタール、ケタール、ビニルエーテル、カルバマート、尿素、アミン、アミド、エナミン、イミン、オキシム、アミジン、イミノエステル、カルボナート、オルトエステル、ホスホナート、ホスフィナート、スルホナート、スルフィナート、スルフィド、スルファート、ジスルフィド、スルフィンアミド、スルホンアミド、チオエステル、アリール、シラン、シロキサン、ヘテロ環類、チオカルボナート、チオカルバマート、およびホスホンアミドを包含する。
【0048】
例示的な架橋性基は、限定するものではないが、ヒドロキシル基、アミン基、アミド基、スルフヒドリル基、−COOR(RおよびR′は、水素またはC1〜C8アルキル基である)、ハロゲン化物(塩化物、臭化物、ヨウ化物)、塩化アシル、イソチオシアナート、イソシアナート、モノクロロトリアジン、ジクロロトリアジン、モノ−もしくはジハロゲン置換ピリジン、モノ−もしくはジハロゲン置換ジアジン、アミドリン酸塩、マレイミド、アジリジン、ハロゲン化スルホニル、ヒドロキシスクシンイミドエステル、ヒドロキシスルホスクシンイミドエステル、イミドエステル、ヒドラジン、アクシドニトロフェニル基、アジド、3−(2−ピリジルジチオ)プロピオンアミド、グリオキサール、アルデヒド、エポキシ、オレフィン性不飽和基を包含する。
【0049】
用語“オレフィン性不飽和基”は、本明細書において広範な意味で用いられ、そして、たとえばビニル化合物類、アクリル化合物類、およびメタクリル化合物類を包含するように意図されている。遊離基は、光または熱開始剤のような標準の開始剤を用いることで、オレフィン性不飽和基含有化合物中に導入することができる。
【0050】
本発明のインキ中のバインダーポリマーは、レンズ材料、たとえばソフトコンタクトレンズ用のヒドロゲルと適合性のあるものならばいかなるポリマーであってもよい。バインダーポリマーは、ビニルアルコール、ビニルブチラール、酢酸ビニル、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸およびメタクリル酸のヒドロキシC1〜C6アルキルエステル、アクリル酸およびメタクリル酸のアミノC1〜C8アルキルエステル、アクリル酸およびメタクリル酸のグリセロールエステル類、ビニルピロリドン、塩化ビニル、ヒドロキシエチルメタクリラート、ジメチルアクリルアミドなどを含有するモノマー類の重合によって製造することができる。これらの異なるモノマー類の混合物から、様々なコポリマーを形成させることができる。他のポリマー類としては、少なくとも1個の架橋性基を有する種々のセルロース樹脂類、ポリエステル類、ポリウレタン類、ポリ尿素類、またはポリアミド類が包含することができるであろう。
【0051】
“ヒドロゲル”とは、約10〜90%の平衡含水量を有する架橋ポリマーを意味する。
【0052】
“モノマー”とは、重合することのできる低分子量化合物を意味する。低分子量とは、典型的には平均分子量が700ドルトン未満であることを意味する。用語“モノマー”はまた、さらに重合可能な官能基を含有していて、ときとしてマクロモノマー(すなわち、典型的には700を超える数平均分子量を有する)と呼称される、中および高分子量化合物またはポリマーをも意味する。
【0053】
“ポリマー”とは、1種類以上のモノマーの重合によって形成される材料を意味する。
【0054】
多種類のバインダーポリマーを使用することができる。しかしながら、バインダーポリマーは、インキ配合物に使用される溶媒または溶媒混合物に溶解しなければならない。
【0055】
好ましい一実施態様において、バインダーポリマーは多数の架橋性基を含み、そしてこの架橋性基は、顔料を医療装置上に結合または捕捉するための巨大分子マトリックスを形成することができるように同じタイプまたは異なるタイプの他の架橋可能基と分子間または分子内架橋を形成することができる。
【0056】
本明細書で用いられている“分子内架橋”とは、同一のバインダーポリマー分子に属している一対の架橋性基の間に形成された分子内の共有結合または架橋剤を介した連鎖をいう。
【0057】
本明細書で用いられている“分子間架橋”とは、2個のバインダーポリマー分子の一方にそれぞれ属している一対の架橋性基の間に形成された分子間の共有結合または架橋剤を介した連鎖をいう。
【0058】
“巨大分子マトリックス”とは、メッシュまたは網状構造を有する高分子量ポリマーをいう。
【0059】
本発明のインキが、有機溶媒、たとえばメチルエチルケトン、シクロヘキサノンまたはシクロペンタノン、またはそれらの混合物を含む場合、好ましいバインダーポリマーの例は、限定するものではないが、以下のモノマー対のうちの一対から製造される架橋性コポリマーを包含する:ヒドロキシエチルメタクリラート(HEMA)/エトキシエチルメタクリラート(EOEMA);ビニルアルコール/ビニルブチラール;ビニルアルコール/酢酸ビニル;メチルメタクリラート(MMA)/HEMA;MMA/N,N−ジメチルアクリルアミド(DMA);およびMMA/N−ビニル−2−ピロリドン(NVP)。より好ましくは、バインダーポリマーは、50cps以下の粘度を有するインキの調製が可能な、低い平均分子量を有する架橋性ポリマーである。当業者は、ポリマーの分子量を制御する方法、たとえば重合反応条件の変更、または連鎖移動剤(たとえば、2−メルカプトエタノール)のような添加剤を付け加えることによる方法を知っている。
【0060】
本発明のインキが、水、または水と1種類以上の水溶性もしくは水混和性有機溶媒との混合物を含む場合、バインダーポリマーは、好ましくは架橋性の水溶性ポリ(ビニルアルコール)である。より好ましくは、バインダーポリマーは、少なくとも約2,000の分子量を有するポリ(ビニルアルコール)の誘導体であるポリヒドロキシル化合物に基づいた架橋性ポリマーであって、該ポリマーが、ポリ(ビニルアルコール)中のヒドロキシル基の数を基準にして約0.5〜約80%の、式I、IおよびII、IおよびIII、またはIおよびIIおよびIIIの単位:
【0061】
【化8】
【0062】
を含む。
【0063】
式I、IIおよびIII中において、R3は、水素、C1〜C6アルキル基またはシクロアルキル基である。
【0064】
式I、IIおよびIII中において、Rは、12個までの炭素原子、好ましくは8個までの炭素原子を有するアルキレンであり、そして直鎖状または分枝状であってよい。適した例は、オクチレン、ヘキシレン、ペンチレン、ブチレン、プロピレン、エチレン、メチレン、2−プロピレン、2−ブチレン、および3−ペンチレンを包含する。低級アルキレンとしてのRは、好ましくは6個まで、特に好ましくは4個までの炭素原子を有する。メチレンおよびブチレンが、特に好ましい。
【0065】
式Iにおいて、R1は、水素、または7個まで、特に4個までの炭素原子を有する低級アルキルである。もっとも好ましくは、R1が水素である。
【0066】
式Iにおいて、R2は、オレフィン性不飽和で、好ましくは25個までの炭素原子を有する電子吸引性の架橋可能基である。一実施態様において、R2は、式R4−CO−のオレフィン性不飽和アシル基であり、ここでR4は、2〜24個の炭素原子を有する、好ましくは2〜8個の炭素原子を有する、特に好ましくは2〜4個の炭素原子を有するオレフィン性不飽和の架橋可能基である。
【0067】
2〜24個の炭素原子を有するオレフィン性不飽和の架橋性基R4は、好ましくは2〜24個の炭素原子を有するアルケニル、特に2〜8個の炭素原子を有するアルケニル、特に好ましくは2〜4個の炭素原子を有するアルケニル、たとえばエテニル、2−プロペニル、3−プロペニル、2−ブテニル、ヘキセニル、オクテニル、またはドデセニルである。エテニルおよび2−プロペニルが好ましく、したがって−CO−R4基は、アクリル酸またはメタクリル酸のアシル基である。
【0068】
別の実施態様において、R2は、式IV、好ましくは式V:
【0069】
【化9】
【0070】
(式中、pおよびqは、互いに独立に、0または1であり、そしてR5およびR6は、互いに独立に、2〜8個の炭素原子を有する低級アルキレン、6〜12個の炭素原子を有するアリーレン、6〜10個の炭素原子を有する飽和の二価環状脂肪族基、7〜14個の炭素原子を有するアリーレンアルキレンもしくはアルキレンアリーレン、または13〜16個の炭素原子を有するアリーレンアルキレンアリーレンであり、そして式中、R4は、前記定義のとおりである)
の基である。
【0071】
低級アルキレンとしてのR5またはR6は、好ましくは2〜6個の炭素原子を有し、そして特に直鎖状のものである。適切な例は、プロピレン、ブチレン、ヘキシレン、ジメチルエチレン、そして特に好ましくはエチレンである。
【0072】
アリーレンとしてのR5またはR6は、好ましくはフェニレンであって、非置換か、または低級アルキルもしくは低級アルコキシ、特に1,3−フェニレンもしくは1,4−フェニレン、もしくはメチル−1,4−フェニレンにより置換されたものである。
【0073】
飽和の二価環状脂肪族基としてのR5またはR6は、好ましくはシクロヘキシレンまたはシクロヘキシレン(低級アルキレン)、たとえばシクロヘキシレンメチレンであって、非置換か、または1個以上のメチル基により置換されたもの、たとえばトリメチルシクロヘキシレンメチレン、たとえば二価のイソホロン基である。
【0074】
アルキレンアリーレンまたはアリーレンアルキレンとしてのR5またはR6のアリーレン単位は、好ましくはフェニレンであって、非置換か、または低級アルキルもしくは低級アルコキシにより置換されたものであり、そしてこのR5またはR6のアルキレン単位は、好ましくは低級アルキレン、たとえばメチレンまたはエチレン、特にメチレンである。したがって、このタイプのR5またはR6基は、好ましくはフェニレンメチレンまたはメチレンフェニレンである。
【0075】
アリーレンアルキレンアリーレンとしてのR5またはR6は、好ましくはフェニレン(低級アルキレン)フェニレンであって、アルキレン単位中に4個までの炭素原子を有するもの、たとえばフェニレンエチレンフェニレンである。
【0076】
R5およびR6基は、好ましくは、互いに独立に、2〜6個の炭素原子を有する低級アルキレン、非置換もしくは低級アルキル置換のフェニレン、非置換もしくは低級アルキル置換のシクロヘキシレンもしくはシクロヘキシレン(低級アルキレン)、フェニレン(低級アルキレン)、(低級アルキレン)フェニレン、またはフェニレン(低級アルキレン)フェニレンである。
【0077】
式IIにおいて、R7は、第一級、第二級もしくは第三級アミノ基、または式N+(R′)3X−(ここで、R′は、それぞれ互いに独立に、水素またはC1〜C4アルキル基であり、そしてXは対イオン、たとえばHSO4 −、F−、Cl−、Br−、I−、CH3COO−、OH−、BF−、またはH2PO4 −である)の第四級アミノ基である。
【0078】
R7基は、特に、アミノ、モノ−もしくはジ(低級アルキル)アミノ、モノ−もしくはジフェニルアミノ、(低級アルキル)フェニルアミノ、またはヘテロ環に組み込まれた第三級アミノ、たとえば−NH2、−NH−CH3、−NH(CH3)2、−NH(C2H5)、−N(C2H5)2、−NHフェニル、−N(C2H5)フェニル、または
【0079】
【化10】
【0080】
である。
【0081】
式IIIにおいて、R8は、一塩基性、二塩基性もしくは三塩基性の、飽和もしくは不飽和の、脂肪族もしくは芳香族有機酸またはスルホン酸の基である。好ましいR8基は、たとえばクロロ酢酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、アクリル酸、メタクリル酸、フタル酸、およびトリメリト酸から誘導される。
【0082】
本発明の目的のために、基および化合物に関連した用語“低級”とは、特に定義されていないかぎり、7個までの炭素原子を有する、好ましくは4個までの炭素原子を有する基または化合物を意味する。
【0083】
低級アルキルは、特に7個までの炭素原子、好ましくは4個までの炭素原子を有するもので、そして、たとえばメチル、エチル、プロピル、ブチル、またはt−ブチルである。
【0084】
低級アルコキシは、特に7個までの炭素原子、好ましくは4個までの炭素原子を有するもので、そして、たとえばメトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、またはt−ブトキシである。
【0085】
二価の基としての−R5−NH−CO−O−は、qが1のとき存在し、qが0のときは存在しない。qが0である架橋性基を含有するポリマーが好ましい。
【0086】
二価の基としての−CO−NH−(R5−NH−CO−O−)q−R6−O−は、pが1のとき存在し、pが0のときは存在しない。pが0である架橋可能基を含有するポリマーが好ましい。
【0087】
pが1である架橋性基を含有する単位を含むポリマーにおいては、指数qは、好ましくは0である。特に好ましいのは、pが1であり、指数qが0であり、そしてR5が低級アルキレンである架橋可能基を含むポリマーである。
【0088】
N+(R′)3X−の式において、R′は、好ましくは水素またはC1〜C3アルキルであり、そしてXは、ハロゲン化物、アセタート、またはホスファィトであり、たとえば前式は、−N+(C2H5)3CH3COO−、−N+(C2H5)3Cl−、および−N+(C2H5)3H2PO4 −である。
【0089】
式I、IおよびII、IおよびIII、またはIおよびIIおよびIIIの単位を含む該架橋性ポリマーは、それ自体既知の方法で製造することができる。たとえば、米国特許第5,583,163号および6,303,687号が、式I、IおよびII、IおよびIII、またはIおよびIIおよびIIIの単位を含む架橋性ポリマーの製造方法を開示し、教示している。
【0090】
バインダーポリマーとしてポリ(ビニルアルコール)または上記のポリ(ビニルアルコール)の誘導体を使用する利点は、これらのバインダーポリマーが、広範囲の粘度にわたって多種類の顔料を懸濁させる分散助剤のようにも機能し得ることである。“分散助剤”または“分散剤”とは、粒子の分離を改善し、沈降および凝集を防ぐために懸濁液に添加される界面活性物質をいう。
【0091】
本発明のインキは、場合により架橋剤を含むことができる。“架橋剤”とは、当該技術において既知の、官能基を2個以上含む化合物をいう。架橋剤分子は、2個以上のモノマーまたはポリマー分子を架橋するのに用いることができる。
【0092】
着色粒子を閉じ込めるために、異なるバインダー分子の間の化学結合を起こすために、多種類の架橋反応を用いることができる。大部分の架橋剤は、二官能または多官能の反応基によって特徴づけられている。たとえば、ジフェノール−、ジエポキシド−、ジメラミン−、ジイソシアナート−、ジアクリラート−、またはジアルデヒド樹脂類が使用できるであろう。多官能フェノール系のものは、以下の構造を有する:(HOH2CPh)n−R9(ここで、Phはフェノール基である)。多官能エポキシドは、以下の構造を有する:(CH2OCH)n−R9。多官能アルデヒドは、以下の構造を有する:(HCO)n−R9または(CH3CO)n−R9。多官能ジアクリラートは、以下を包含する:(H2CCR10COO)n−R9(ここで、R10は−Hまたは−CH3である)。多官能イソシアナートは、以下の構造を有する:(OCN)n−R9。ジアゾニウムおよびテトラゾニウム塩は、架橋性化合物として使用できよう。メラミン樹脂は以下の構造を有する:(HOH2C−Mel)n−R9(ここで、Melは、
【0093】
【化11】
【0094】
である)。
【0095】
これらの例について、R9は、脂肪族、脂環式、脂肪族−脂環式、芳香族、脂肪族−芳香族の各炭化水素、ビニルアルコール、ビニルブチラール、または酢酸ビニルであってよく、そしてnは1より大きい数である。混合官能基が使用できよう(すなわち、エポキシドとイソシアナート)。
【0096】
例示的なイソシアナート化合物は、ヘキサメチレンジイソシアナート、2,4−トルエンジイソシアナート、およびビス(イソシアナトフェニル)メタンを包含する。
【0097】
例示的なエポキシド含有基は、ビスフェノールジエポキシド、およびエピクロロヒドリンを包含する。
【0098】
他の官能基で、2個以上の−CH2−O−R11(ここでR11は、水素またはC1〜C16アルキルであり、そして該−CH2−O−R11基は、芳香族環の部分である炭素原子に結合しているか、または窒素もしくは酸素原子に結合している)を含有するものが使用できよう。
【0099】
例示の好ましい架橋剤は、限定するものではないが、ヘキサメチルジイソシアナート(HMDI)、エチレングリコールジメタクリラート(EGDMA)、ジエチレングリコールジメタクリラート、エチレングリコールジアクリラート、アリルメタクリラート、アリルアクリラート、1,3−プロパンジオールジメタクリラート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリラート、1,4−ブタンジオールジメタクリラート、ポリエチレンエポキシドモノ−およびジアクリラート、および1,4−ブタンジオールジアクリラート(BDDA)を包含する。
【0100】
好ましい一実施態様において、本発明のインキは、さらに界面活性剤を含む。本明細書で用いられているように用語“界面活性剤”は、当該技術における既知の用語と同じ意味であって、界面活性を有する化合物、たとえばサーフィノール(Surfynol)420およびサーフィノール104(Air Products社製)、プルロニック(Pluronic)F108およびプルロニックF38(BASF社製)のものを意味する。界面活性剤は、以下の機能の1個以上を有することができる:インキの表面張力の調節、消泡、顔料粒子の分離の改善、および顔料粒子の沈降または凝集の防止。
【0101】
好ましくは、界面活性剤はサーフィノール420である。本発明のインキ配合物中のサーフィノール420の量は、好ましくは約0.02〜約0.5重量%、より好ましくは0.07〜約0.3重量%の範囲である。濃度が0.02〜0.3重量%の範囲にある場合、サーフィノール420は、バインダーポリマーとしてのポリ(ビニルアルコール)を含む水性インキの表面張力を、インキ粘度を増大させずに低下させることができる。
【0102】
別の一実施態様において、本発明のインキは、さらに1種類以上の湿潤剤を含む。“湿潤剤”とは、当該技術における既知の用語と同じように、インキから水分(または湿分)を自身の方に移行させる化合物をいう。湿潤剤の例は、グリセロール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、および1,3−ジオキサン−5,5−ジメタノールを包含する。1種類以上の湿潤剤(たとえば、グリセロールおよびジエチレングリコール)を添加することにより、プリンターヘッドのノズル詰まりを最小にすることができる。
【0103】
本発明の水性インキにおいて、グリセロールの添加(0〜4%)が、乾燥時間を増大することによってジェットの形成を改善できることが見出されている。しかしながら、量が多すぎると、最初に型に印刷して、その後、型からレンズへと転写することを含む方法では、問題が起こる可能性がある。インキは、型にレンズ成形用重合性液状混合物を充てんし、型を閉じる前には乾燥していなければならない。多すぎる量のグリセロールを含むインキが、型の充てんおよび閉鎖の前にまだ乾燥していないと、充てんおよび閉鎖の間に、インキが流されて不鮮明になったり、しみ出たりしがちである。ジエチレングリコールを添加すると、コーヒーしみ現象の最小化によって印刷品質を改善することができる。
【0104】
好ましい一実施態様において、本発明のインキは、さらに以下を含む:グリセロール0〜4重量%、好ましくは0〜2重量%;およびジエチレングリコール0〜15重量%、好ましくは2〜5重量%。より好ましくは、インキ中の湿潤剤の総量は、5重量%を超えるべきではない。
【0105】
本発明のインキは、さらに、重合開始剤、抗菌剤、抗酸化剤、抗こげつき剤、および当該技術において既知の他の添加剤からなる群より選ばれる成分の1種類以上を含む。
【0106】
“重合開始剤”とは、重合反応を開始させることのできる化学薬品をいう。重合開始剤は、光開始剤または熱開始剤であってよい。光開始剤は、光の使用により重合反応を開始させる化学薬品である。適切な光開始剤は、ベンゾインメチルエーテル、ジエトキシアセトフェノン、ベンゾイルホスフィンオキシド、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、およびダロキュア(Darocur)やイルガキュア(Irgacur)タイプのもの、好ましくは、ダロキュア1173.RTM.、ダロキュア2959.RTM.、およびCIBAイルガキュア2959である。熱開始剤は、熱エネルギーの使用により重合反応を開始させる化学薬品である。適切な熱開始剤の例は、限定するものではないが、2,2′−アゾビス(2,4−ジメチルペンタンニトリル)、2,2′−アゾビス(2−メチルプロパンニトリル)、2,2′−アゾビス(2−メチルブタンニトリル)、ベンゾイルペルオキシドなどのような過酸化物など、を包含する。熱開始剤は、好ましくはアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)である。
【0107】
“抗こげつき剤”とは、サーマルインクジェットプリンター内部の加熱器素子(抵抗体素子)の露出した表面上に形成される、“こげつき”として知られる付着物を減少させることのできる化学薬品をいう。“こげつき”は、通常、抵抗体表面上の残渣(こげ)の形成として定義される。
【0108】
いくつかの適切な抗菌剤は、ポリ第四級アンモニウム化合物、たとえばGreenらの米国特許第.3,931,319号に記載されているもの(たとえば、“POLYQUAT”)を包含する。本発明で利用することのできる他の抗菌剤または抗細菌剤は、ペプチド類、他のポリ第四級アンモニウム化合物類、ムチン、ムチン模倣体、グリコペプチド類、グリコタンパク質、絹タンパク質、セルロース、デキストラン、または他の抗菌性または抗細菌性物質類である。さらなるこの種の抗細菌剤または抗菌剤の例は、米国特許第No.5,866,113号(Hendriksら)および5,891,506号(Keogh)に開示されている。
【0109】
本発明の一実施態様において、インキ配合物は以下を含む:溶媒約60〜99重量%、好ましくは約70〜95重量%、より好ましくは約84〜94重量%の量;バインダーポリマー約1〜約30重量%、好ましくは約1〜約15重量%、より好ましくは約5〜約10重量%の量;および着色剤約0〜約15重量%、好ましくは約0.5〜約8重量%、より好ましくは約0.5〜5重量%の量。
【0110】
本発明の好ましい一実施態様において、インキ配合物は以下を含む:溶媒約60〜99重量%、好ましくは約70〜95重量%、より好ましくは約84〜94重量%の量;バインダーポリマー約1〜約30重量%、好ましくは約1〜約15重量%、より好ましくは約5〜約10重量%の量;着色剤約0〜約15重量%、好ましくは約0.5〜約8重量%、より好ましくは約0.5〜5重量%の量;および架橋剤約0〜約10重量%、好ましくは約0.5〜約5重量%、より好ましくは約0.5〜2重量%の量。
【0111】
本発明のもう一つの好ましい実施態様において、インキ配合物は以下を含む:溶媒約60〜99重量%、好ましくは約70〜95重量%、より好ましくは約84〜94重量%の量;バインダーポリマー約1〜約30重量%、好ましくは約1〜約15重量%、より好ましくは約5〜約10重量%の量;着色剤約0〜約15重量%、好ましくは約0.5〜約8重量%、より好ましくは約0.5〜5重量%の量;架橋剤約0〜約10重量%、好ましくは約0.5〜約5重量%、より好ましくは約0.5〜2重量%の量;および界面活性剤約0〜約2重量%、好ましくは約0.1〜約0.5重量%、より好ましくは約0.2〜約0.4重量%の量。
【0112】
本発明のもう一つの好ましい実施態様において、インキ配合物は以下を含む:溶媒約60〜99重量%、好ましくは約70〜95重量%、より好ましくは約84〜94重量%の量;バインダーポリマー約1〜約30重量%、好ましくは約1〜約15重量%、より好ましくは約5〜約10重量%の量;着色剤約0〜約15重量%、好ましくは約0.5〜約8重量%、より好ましくは約0.5〜5重量%の量;架橋剤約0〜約10重量%、好ましくは約0.5〜約5重量%、より好ましくは約0.5〜2重量%の量;界面活性剤約0〜約2重量%、好ましくは約0.1〜約0.5重量%、より好ましくは約0.2〜約0.4重量%の量;および湿潤剤約0〜約30重量%、好ましくは約1〜約15重量%、より好ましくは約1〜約7重量%の量。
【0113】
別の局面において、本発明は、インクジェット用インキの製造方法を提供する。本発明の方法は、水およびバインダーポリマーを含む液状混合物中で顔料を磨砕することを含む。このバインダーポリマーは、ポリ(ビニルアルコール)またはそれの誘導体、好ましくは、少なくとも約2000の分子量を有するポリ(ビニルアルコール)の誘導体である架橋性ポリマーであってよく、そして該ポリマーは、ポリ(ビニルアルコール)中のヒドロキシル基の数を基準にして、約0.5〜約80%の、式I、IおよびII、IおよびIII、またはIおよびIIおよびIIIの単位を含む。
【0114】
“顔料の磨砕”とは、顔料の粒径を減少させる工程をいう。顔料の磨砕は、顔料の粒径を減少させる標準の粉砕技法によって達成できる。好ましい方法は以下を包含する:高速ミキサー、カディミル、コロイドミル、ホモジナイザー、マイクロフルイダイザー、ソナレーター、超音波ミル、ロールミル、ボールミル、ローラーミル、振動ボールミル、アトリター、サンドミル、バリカイネティックディスペンサー、三本ロールミル、バンバリーミキサー、または当業者に既知の他の技法(Ross SおよびMorrison ID, Colloidal Systems and Interfaces. New York: John Wiley & Sons, 1988を参照のこと)。より好ましくは、顔料は竪型ボールミルを用いて磨砕する。竪型ボールミルは、せん断力と衝撃力の両方を加えるので、効果的な粒径減少方法である。竪型ボールミルの好ましい実施態様は、磨砕インペラー、シャフト、ドライブミキサー、および約1.6〜2.5mmの直径を有するビーズを充てんした容器を含むアトリター磨砕システムである。
【0115】
ここまでの開示により、通常の当業者には本発明を実施することが可能になるはずである。特定の実施態様およびその有利性について、読者がよりよく理解できるように、以下の非限定的な例を参照することが推奨される。しかしながら、以下の例を、本発明の範囲を限定するものと解釈してはならない。
【実施例】
【0116】
例1
この例では、インキのマスターバッチの製造方法を具体的に説明する。
ブラックインキのマスターバッチは、酸化鉄ブラック(顔料)87g(30重量%)、ネルフィルコン(アクリル化ポリ(ビニルアルコール))40.9g(14%)、および水162.1g(56%)を、アトリター磨砕システムで磨砕することによって調製した。アトリター磨砕システムは、9.52mm{3/8in}径のステンレス鋼シャフトに取り付けたソリッドテフロン製の単翼磨砕インペラー(EMS T60、BYK Gardner社)を用いて構成した。シャフトは、Arrow 6000 74W{1/10HP}}直結駆動ミキサーにより駆動した。ジルコニア製ビーズ(直径1.6〜2.5mm、BYK Gardner社)約200mLを、500mLの水冷ジャケット付きステンレス鋼容器(容量500mL、BYK Gardner社)中に、テフロンインペラーヘッドと一緒に装てんした。典型的なインペラー回転速度は2,200rpmであった。顔料(酸化鉄ブラック)を加え、続いてネルフィルコンおよび水を加えた。インペラー回転速度を1,000rpmに設定し、そして72時間にわたって磨砕させた。生成した液状物を、ふるいに注ぎ通すことによってビーズを取り除いた。
【0117】
ホワイトインキのマスターバッチは、二酸化チタン43.5g(15%)、ネルフィルコン49.6g(17%)、および水196.9g(68%)を、前述のアトリター磨砕システムを用い、前述の磨砕手順に従うことによって調製した。
【0118】
PCNブルーインキのマスターバッチは、PCNブルー32g(11.7%)、ネルフィルコン51.5g(18.9%)、および水189.3g(69.4%)を、前述のアトリター磨砕システムを用い、前述の磨砕手順に従うことによって製造した。
【0119】
さらに、ブラックインキのマスターバッチ、ホワイトインキのマスターバッチ、およびPCNブルーインキのマスターバッチは、乳酸エチルまたはIPA(イソプロパノール)中の各顔料を、ボールミル(セラミックボール)を用いて72時間磨砕することによっても調製した。その後、各スラリーにネルフィルコンを加え、1時間混合した。
【0120】
粒径分析は、ウィンドウズのプラットフォーム上で堀場LA−920型粒度分析装置を用いて実施した。用いた屈折率は、PCNブルー/水について1.04、酸化鉄ブラック/水について1.82、そして二酸化チタン/水について1.49であった。
【0121】
粘度測定は、ブルックフィールドLVTDV−II型を使用して、25℃、スピンドル16を用いて、60rpmで実施した。
【0122】
ネルフィルコン/水の媒体は、前述の竪型ミル設定(アトリター磨砕システム)を用いたときに、PCNブルー、酸化鉄ブラック、および二酸化チタンに対し、良好な磨砕媒体として役立ったことが分かった。アトリターでは、3種類の顔料すべてに、効率が異なりはしたものの、粒径の減少が認められた。
【0123】
竪型ミルで得られたPCNブルー顔料の約96%は、粒径1μm未満のものであった。混合物を超音波処理しても、粒径が目立って減少するという結果にはならず、このことは懸濁液が比較的安定であることを示していた。
【0124】
乳酸エチルまたはIPA中のPCNブルー顔料を磨砕するのにボールミルを使用し、ついでネルフィルコン中に懸濁させた場合には、より幅広い粒度分布になっており、その混合物を超音波処理した後では粒径が減少していた。このインキペースト(PCNブルーが1.5%)の粘度は1030cpsであった。
【0125】
竪型ミルで72時間磨砕した後では、酸化鉄ブラックの粒径が平均約3.4μmから2.6μmへと減少していた。しかし凝集物があった。その混合物を超音波処理した後は、粒径が平均約0.5μm(粒子の75%が1μm未満)へと減少していた。このことは、その懸濁液がPCNインキにくらべて安定性の低いことを示している。最終混合物(酸化鉄が30%)の粘度は1740cpsであった。
【0126】
ボールミルを用いて乳酸エチル中で磨砕し、ついでネルフィルコン中に懸濁させた後では、酸化鉄ブラックの粒径は、平均約3.7μmであった。この混合物の超音波処理は、粒径を平均1.2μm(粒子の約33%が1μm未満)に減少させた。酸化鉄ブラックをIPA中で磨砕し、ネルフィルコン中に懸濁させた場合、粒径はより小さくて、平均約1.8μmであった。音波処理後には、粒径は平均0.6μm(粒子の71%が1μm未満)に減少していた。
【0127】
竪型ミルを用いて、ネルフィルコン/水の媒体中で72時間磨砕した後は、二酸化チタンの粒径は、平均約1.9μmであった。超音波処理で、粒径を平均1μm(粒子のわずか43%が1μm未満)に減少できた。ボールミルを用いて、乳酸エチル中で二酸化チタンを磨砕した後は、粒径が平均3.1μmに減少していた。超音波処理は、粒径を平均1.2μm(粒子の34%が1μm未満)に減少させた。ボールミルを用いて二酸化チタンをIPA中で磨砕する場合には、粒径は平均1.7μmであった。超音波処理で粒径を約1μmまで(粒子の44%が1μm未満)減少させた。竪型ミルを用いて二酸化チタンをネルフィルコン/水の媒体中で磨砕する時間を1日から6日に延長した場合には、粒径は平均5.2μmから平均1.8μm(音波処理前)に減少した。6日目以降は、粒径をそれ以上減少させることができなかった。
【0128】
ネルフィルコン/水の媒体中で調製したインキは泡立ちを示したが、24時間静置後には消泡した。泡立ちは、少量の界面活性剤、たとえばサーフィノール420、IPA、または乳酸エチルの添加によって減少させることができた。
【0129】
PCNブルー顔料は、1週間を超えても、すべてのインキ試料中(ネルフィルコン/水;ネルフィルコン/水/乳酸エチル;ネルフィルコン/水/IPA)で、そして3週間を超えてもネルフィルコン/水の媒体中で、懸濁状態にとどまっていた。
【0130】
2種類の無機顔料の酸化鉄および二酸化チタンは、微細な粒子に磨砕するのがより困難なように見え、そしてその懸濁液はより不安定であった。沈降は、酸化鉄および二酸化チタンとも、高い粘度(〜1,000cps)では2〜3日の間に、一方、低い粘度(〜100〜300cps)では数時間のうちに起こった。
【0131】
例2
水性のシアンインクジェットインキ(A1)を、例1で調製したPCNインキマスターバッチ(PCNブルー11.7%、ネルフィルコン18.9%、および水69.4%)から調製した。ネルフィルコン7.8%、PCNブルー1%、および水90.2%を有するシアンインクジェットインキは、PCNインキマスターバッチを水またはネルフィルコンプレポリマーで希釈することによって調製した。このインキは、表面張力43.5mN/mおよび粘度〜11.90cpsを有していた。
【0132】
インキA1を、50μm MicroFabインクジェットヘッドを用いて噴射した。矩形パルス(1100Hz、60Vpp、32.8μsパルス幅)を用いて連続噴射が可能であった。糸引き(ligaments)、液はね(satellites)、および他の噴射不安定性が観察された。このような噴射不安定性は、典型的に、劣悪な印刷品質を与え、結果として迷走線、滴点、または汚れを生じた。
【0133】
表面張力がポリプロピレン型上の着色パターンの印刷品質に及ぼす影響を調べる目的で、表面張力を、シアンインクジェットインキ中の水量を変えながら、種々の量のIPAを添加することによって調節した。
表1に示すように、インキ中のIPA量が増加すると、表面張力は低下し、その一方で粘度が上昇する。IPAの量が70%に達すると沈降が観察された。
【0134】
粘度測定は、ブルックフィールドLVTDV−II型を使用して、25℃、スピンドル18を用いて、60rpmで実施した。動的表面張力測定は、動的接触角解析装置(Dynamic Contact Angle Analyzer)(CAHN model DCA-322)を用いて実施した。この装置を、水で検証した(72dynes/cm)。
【0135】
【表1】
【0136】
界面活性剤サーフィノール420を、泡立ち低減の目的でシアンインクジェットインキに使用した。表2に示すとおり、サーフィノール420がインキ中に0.07〜0.3%(重量で)存在した場合に泡立ちを排除することができるが、インキの表面張力が低下し、そして粘度は比較的一定に保たれていた。
【0137】
【表2】
【0138】
カラーパターンを、前述のインキ(インキA2〜A5およびB1〜B5)で、50μm MicroFabインクジェットヘッドを用い、FreshLookレンズ成形用のポリプロピレン製オス型の上に印刷した。より低い表面張力を有するインキは、より容易なジェット制御を可能にする反面、“コーヒーしみ”現象が認め得ることを観察した。この“コーヒーしみ”現象は、多分滴点内のインキの不均一な分布が原因であろう;滴点の中央部分は、周縁部よりも明るく見えた(ドーナッツ形)。低い表面張力を有するインキは、線の印刷に用いることはできるが、インキ乾燥の速いことが原因してノズル詰まりを起こすため、多数のセグメントからなる像を印刷するには適さない可能性がある。
【0139】
ノズル詰まりを避けるため、グリセロールおよびジエチレングリコールのような高沸点溶媒をこのシアンインキに添加した。表3に示すように、グリセロールおよびジエチレングリコールの存在下で表面張力の値は比較的一定に保たれ、そしてインキ中の含水量の減少に伴って粘度が上昇した。
【0140】
【表3】
【0141】
より多量のグリセロールまたはジエチレングリコールを含有するインキは、型上での乾燥により長い時間がかかった。これらのインキは、型を重合性溶液で充てんする前に、より長い乾燥時間を必要とした。適切な待ち時間なしで型を重合性溶液(ネルフィルコン)で充てんした場合、流されて不鮮明化するのが観察されるかもしれず、そして印刷したカラーパターンの、型からレンズへの転写が完成しない可能性がある。実験結果では、表3記載のすべてのインキのなかで、インキC5(ネルフィルコン6.00%、PCNブルー1.00%、水88.10%、サーフィノール420 0.15%、グリセロール1.00%、ジエチレングリコール3.75%)が最良の噴射性を有しており、そして最良の品質と最良の転写性(型からレンズへの)を有する印刷を生成させることが示された。C5では、滴点は型上で鮮明に形成されており、そして“コーヒーしみ”現象は観察されなかった。重ね印刷では滴点の混合はなく、ほとんど積層効果を示した。型を他の位置に動かす一方、セグメントの印刷が噴射により可能である。噴射を中止すると、一時的なノズル詰まりを起こす可能性がある。このような問題発生の可能性は、同時係属米国出願(U.S.出願番号)および米国特許第4,266,232号記載の、第二波形によりプリントヘッド内のメニスカスの振動を維持する方法によって阻止することができる。
【0142】
さらに、インキの噴射安定性は、プリントヘッドの噴射制御信号のような噴射パラメーターを変えることによっても、改善が可能であることが見出された。たとえば、これらのインキの噴射は、制御信号の変更、すなわち波形を、〜1,000Hzおよび80Vppにおいて、単一矩形パルスから双極パルス(パルス幅38μs、エコー38μs)に変更することによって改善された。このタイプのパルスは、糸引きおよび液はねを排除することによって噴射品質を改善した。
【0143】
表4は、より高い色強度を有し(PCNブルー2%)、そしてグリセロールを0〜2%の異なる量およびジエチレングリコールを1〜3.75%の異なる量で含有する、9種類のインキ配合物を示す。これらのインキは、例1記載のようにして調製したインキマスターバッチ(PCNブルー11.7%、ネルフィルコン18.9%、および水69.4%)を、水またはネルフィルコンによって希釈し、そして他の添加剤(サーフィノール420、グリセロール、およびジエチレングリコール)の添加によって調製した。すべてのパーセント値は重量パーセントで表現してある。
【0144】
これら9種類のインキのノズル詰まり性は、65Hzにおける双極パルス(パルス幅38μs/+50V、エコー38μs/−20V)を用いて、単一ノズルヘッド(50μm MicroFabインクジェットヘッド)上で試験した。“停止時間”試験を実施するため、プリンターを、5分間、10分間、および15分間運転停止させた。プリンターを再起動した後、直ちにジェットの最初の1滴を得るのに要した時間をモニターした。試験は、少なくとも3回繰り返した:個々の実験の後、インキをひと吹き噴射させてノズルを清浄化し、メニスカスを最初の状態に戻した。
【0145】
【表4】
【0146】
実験結果は、より高い含水量を有するインキ配合物が、より短い再始動時間を有することを示した。総量で3重量%を超える湿潤剤(ジエチレングリコール+グリセロール)を含有する配合物が、もっとも早くノズル詰まりを起こした。しかしながら、ある程度のジエチレングリコールは、“コーヒーしみ”現象を排除するために必要であった。“停止時間”の間に高周波の第一波形を利用すると、全体としてノズル詰まりの問題を排除することができた。
【0147】
すべてのインキを、コンタクトレンズに接着する能力、およびカラーパターンを型からレンズへと転写する能力につき、一連の摩擦試験で検査した。すべてのレンズは、標準の−3.00D FreshLookの型(ポリプロピレン製)の中で、ネルフィルコンを重合させることによって作製した。メス型に、エッペンドルフマルチピペッターを用いて、ネルフィルコン100μLを充てんした。メス型の上にオス型を圧接し、そして〜165kPa{〜24psi}に加圧した。レンズは、ドクターグレーベル光源(UV−LQ400/C、高圧水銀アークランプ)を用い、〜0.5cmの距離で7秒間硬化させた。ドクターグレーベル光源には、その光源の前面に集光レンズおよび305nmカットフィルターを設置した。
【0148】
硬化後、型を開き、レンズを水和溶液中に約30秒間浸した。レンズをオス側からはがし取り、そして包装液中に保存した。卓上形加熱滅菌装置を用いてオートクレーブ処理を実施した(典型的なサイクルタイムは、125℃で45分)。
【0149】
初期の摩擦試験は、含水レンズを包装液から取り出し、そして2本の指の間、または1本の指と手のひらの間のいずれかで、約10秒間、指摩擦することによって実施した。着色剤のしみ出し、かすれ、または剥離が目視または顕微鏡(〜10×)で観察されると、その摩擦試験に不合格であったことを示す。
【0150】
それに続く摩擦試験は、含水レンズを包装液から取り出し、そしてメタノール入りガラスびん中に浸漬することによって実施した。そのガラスびんに、標準の実験室用音波処理装置を用いて30秒間音波処理を加えた。レンズをメタノールから取り出し、そして包装液中に戻し入れた。摩擦試験を実施した。剥離が観察されると、この試験には不合格であったことを示す。
【0151】
すべてのインキは、水和、包装、オートクレーブ処理、および激しい指摩擦処理の後、硬化コンタクトレンズへの接着は維持されていた。
【0152】
例3
FreshLookのプロピレン製オス型を、PCNインキ(バインダーとしてネルフィルコン6%、着色剤としてPCNブルー1%、界面活性剤としてサーフィノール420 0.15%、湿潤剤としてグリセロール1%とジエチレングリコール3.75%、水88.10%)を用いて印刷した。
インクジェット印刷系を使用して、それぞれのオス型上にFreshLookのカラーパターンを生成させた。このインクジェット印刷系は、コンピューター制御で、オス型を3軸に沿って動かすことにより、予め決められた場所に正確に位置させることのできる、50μm MicroFabプリントヘッドを含む。オス型は、直線方向の移動、すなわち移動軸に沿いプリントヘッドに向かうか、または離れる方向への移動が、またはオス型曲面の正規方向における頂上中心を通っている回転軸のまわりでの回転が、または傾斜軸のまわりでの傾斜が可能である。
【0153】
コロナ処理が、印刷品質、および型からレンズへのインキ転写に影響を与えるかどうかを調べるために、印刷の前後に型をコロナ処理した。コロナ放電装置は、32〜34mN/m{dyn/cm}の表面張力が得られるように設定した。印刷したカップのコロナ処理は、その印刷品質、またはレンズへのインキ転写に影響しなかった。しかしながら、印刷前のカップのコロナ処理は、印刷品質に影響する可能性があり、より大きなインキ滴の広がりを示した。
【0154】
すべてのレンズは、重合性組成物(HEMA 50.450%;EOEMA 4.970%;DEMA 1.200%;MAA 1.000%;VAZO−64 0.280%;IPA 42.100%)をポリプロピレン型の中で重合することによって作製した。VAZO−64(2,2′−アゾビスイソブチロニトリル)は、Aldrich社から入手した。組成物中の量は、最終配合物中に存在する重量%である。重合性組成物250μLをメス型中に加え、その後、上にFreshLookのパターンが印刷されているオス型を各メス型の上に圧接し、そして約165kPa{約24psi}に加圧した。インキは、重合性組成物(溶液)が存在するなか、その充てん後そして硬化前のまま24時間を超えても、流れて汚れを発生することはなかった。型中の重合性組成物は、炉の中で熱硬化させてレンズに成形した。熱硬化処理サイクルを、窒素下において65℃で45分間、ついで100℃で30分間実施した。型を開き、そしてレンズを85℃で45分間乾燥し、ついで前述で説明した脱型、水和およびオートクレーブ処理を実施した。インキの転写は完全であり、そしてパターンの鮮明さは保持されていた。これらのレンズに表面の欠陥は認められなかった。
【0155】
接着試験(摩擦試験)は、例2に記載の手順に従って実施した。すべてのレンズが、オートクレーブ処理の前後において接着試験に合格した。
【0156】
2倍量の着色剤(PCNブルー2%)を含有するインキ配合物を用いて、同様な結果を得た。このインキは、前述の接着試験に合格した。
【0157】
例4
レッド122(Sun Chemical社から入手)34.8g(12%)、ネルフィルコン26.1g(9%)、および水229.1g(79%)を、例1記載のアトリター磨砕システムを用いて、約24時間磨砕して、マゼンタインキのマスターバッチを調製した。レッド122を最初に加え、その後、ネルフィルコンおよび水を加えた。このマスターバッチは、必要時までナルゲンボトル中に室温で貯蔵した。このマスターバッチは、実験期間中、液状を保っていた。
【0158】
粒径分析は、ウィンドウズのプラットフォーム上で堀場LA−920型粒度分析装置を用いて実施した。用いた屈折率は、レッド122/水について1.53であった。粘度測定は、ブルックフィールドLVTDV−II型を使用して、25℃、スピンドル18、を用いて60rpmで実施した。動的表面張力測定は、動的接触角解析装置(Dynamic Contact Angle Analyzer)(CAHN model DCA-322)を用いて実施した。この装置は水(表面張力:72mN/m{dyn/cm}を用いて検証した。
【0159】
すべての実験に、50μm MicroFabヘッドを使用した。双極機能(パルス幅38μs、エコー38μs)を、電圧〜3.8Vppおよび周波数〜1000Hzとともに、すべての噴射実験に使用した。FreshLookポリプロピレン型は、ノズルの前を150mm/sの速さですべらせることによって、印刷に使用した。噴射の映像は、ストロボLED光に連結したカメラを用いて撮影した。印刷した型の映像は、拡大レンズを装着してソフトウエア系に接続したカメラを用いて撮影した。
【0160】
すべてのレンズは、FreshLook型中で重合性ネルフィルコンを重合することにより作製した。メス型に、エッペンドルフマルチピペッターを用い、ネルフィルコン〜100μLを充てんした。印刷してあるオス型をメス型の上に圧接し、そして〜165kPa{〜24psi}に加圧した。レンズは、ドクターグレーベル光源(UV−LQ400/C、高圧水銀アークランプ)を用いて硬化させた。照射時間は、各実験の前に測定したUV強度(〜2〜2.5mW/cm2)で、UV線量が22mJ/cm2になるように調節した。硬化後、型を開き、レンズをオス側からはがし取り、そして包装液中に貯蔵した。卓上形加熱滅菌装置を用いてオートクレーブ処理を実施した(典型的なサイクルタイムは、125℃で45分)。
【0161】
原試料の粒径分析では、0.2〜20μmの幅広い粒度分布を示した。わずか数時間の磨砕後に、粒子の96%超が0.6μm径未満になった。このインキを超音波処理しても、粒径が目立って減少するという結果にはならず、懸濁液が比較的安定であることを示していた。マスターバッチでは磨砕後に泡立ちが発生したが、数時間の静置で消滅した。
【0162】
マスターバッチ配合物(レッド122 12%、ネルフィルコン 9%、水 79%)は、粘度43.8cpsを有していた。インキは、このマスターバッチにネルフィルコン(または水)およびサーフィノール420を加えることによって調製し、表5〜6に記載した。すべてのインキが、少なくとも3週間は安定であった。
【0163】
表5記載のインキのすべては、糸引きおよび液はねを起こさずに、プリントヘッドによる噴射が可能であった。大部分のインキは、型からレンズへの乏しい転写性および水和の際に乏しい接着性を示した。インキE7(ネルフィルコン7.8%、顔料2.8%を含有)は、良好な転写性、およびオートクレーブ処理後にも良好な接着性を示した。
【0164】
【表5】
【0165】
界面活性剤サーフィノール420の添加は、ジェット品質(泡のないこと)および型からレンズへの転写性を改善した。表6記載のインキは、オートクレーブ処理の前後ともにレンズに完全に接着していた。
【0166】
【表6】
【0167】
例5
イエロー154(Sun Chemical社からのイエロー154(Symular Fast Yellow 4192))34.8g(12%)、ネルフィルコン26.1g(9%)、および水229.1g(79%)を、例1に記載のアトリター磨砕システムを用いて、約24時間磨砕して、イエローインキのマスターバッチを調製した。イエロー154を最初に加え、その後、ネルフィルコンおよび水を加えた。このマスターバッチは、必要時までナルゲンボトル中に室温で貯蔵した。このマスターバッチは、実験期間中、液状を保っていた。
【0168】
粒径分析は、ウィンドウズのプラットフォーム上で堀場LA−920型粒度分析装置を用いて実施した。用いた屈折率は、イエロー154/水について1.53であった。粘度測定は、ブルックフィールドLVTDV−II型を使用して、25℃、スピンドル18、を用いて60rpmで実施した。動的表面張力測定は、動的接触角解析装置(Dynamic Contact Angle Analyzer)(CAHN model DCA-322)を用いて実施した。試験に先立って、水の表面張力が72mN/m{dyn/cm}になることを検証した。
【0169】
すべての実験に、50μm MicroFabヘッドを使用した。双極機能(波形)(38μs幅、38μsエコー)を、電圧〜3.2Vppおよび周波数〜1000Hzを用いて、すべての噴射実験に使用した。FreshLookのポリプロピレン型は、ノズルの前を150mm/sの速さですべらせることによって印刷に使用した。噴射の映像は、ストロボLED光に連結したカメラを用いて撮影した。印刷した型の映像は、拡大レンズを装着してソフトウエア系に接続したカメラを用いて撮影した。
【0170】
すべてのレンズは、FreshLook型の中でネルフィルコンを重合することにより作製した。メス型に、エッペンドルフマルチピペッターを用い、ネルフィルコン〜100μLを充てんした。印刷してあるオス型をメス型の上に圧接し、そして〜165kPa{〜24psi}に加圧した。レンズは、ドクターグレーベル光源(UV−LQ400/C、高圧水銀アークランプ)を用いて硬化させた。照射時間は、各実験の前に測定したUV強度(〜2〜2.5mW/cm2)で、UV線量が22mJ/cm2になるように調節した。硬化後、型を開き、レンズをオス側からはがし取り、そしてPBS包装液中に保存した。卓上形加熱滅菌装置を用いてオートクレーブ処理を実施した(典型的なサイクルタイムは、125℃で45分)。
【0171】
原試料の粒径は、0.5〜100μmの範囲に分布していた。この試料の超音波処理後には、粒径が1μm未満の粒子を70%含有する狭い分布範囲の中にあると決定された。3時間の磨砕後には、粒子の96%超が1μm径未満のものであった。このマスターバッチインキを超音波処理しても、粒径が減少するという結果にはならず、懸濁液が安定であることを示していた。イエロー154粒子は、多週間にわたって懸濁状態を保っていた。マスターバッチでは磨砕工程後に泡立ちが発生したが、数時間の静置で泡が消滅した。
【0172】
このマスターバッチ配合物(イエロー154 12%、ネルフィルコン 9%、水 79%)は、粘度33.5cpsを有していた。種々のインキ配合物を、このイエローインキマスターバッチから調製した。これらのインキは、粘度が8〜11cpsの間にあり、顔料の量が約1〜8%の範囲にあった。すべてのインキ配合物は、50μm MicroFabヘッドにより、インキの噴射を制御するための双極波形を用いて噴射することが可能であった。糸引きおよび液はねは起こさなかった。イエロー154を約4.5〜約8%含有する配合物では色強度が高かった。顔料を1〜2.75%含有するインキは、明るすぎる色を示した。ネルフィルコン5.7%および顔料4.5%を含有するインキは、型からレンズへの転写性が乏しかった。ネルフィルコン6.3%超を含有する他の配合物はすべて、完全に転写された。より少ない量の顔料(1〜4.5%)を含有するインキは、オートクレーブ処理の前後ともレンズへの良好な接着性を示した。顔料の含有量がより多い(8%)、またはネルフィルコンの量がより少ない(4.8%)インキは、レンズに接着しなかった。いくつかのインキのついての結果を表7に示す。
【0173】
【表7】
【0174】
表8および9に、界面活性剤サーフィノール420を含有するインキ組成物、およびそれらのインキの性質を示した。サーフィノール420は、イエローインキの表面張力を低下させ、そして泡立ちを排除した。しかし、サーフィノール420の量が0.07%より多い場合は、サーフィノール420のCMCに到達してしまうので、インキの表面張力は比較的一定(〜30dyn/cm)に保たれていた。粘度はサーフィノール420の濃度によって変化しなかった。
【0175】
【表8】
【0176】
【表9】
Claims (51)
- 溶媒、着色剤、およびバインダーポリマーを含むインキであって、約20〜約60mN/mの表面張力、50センチポアズ未満の粘度、および医療装置に対する良好な接着性を有することを特徴とするインキ。
- 前記インキを用いて医療装置上に印刷した着色像が滅菌残存試験に合格する、請求項1記載のインキ。
- 滅菌処理試験がオートクレーブ残存試験である、請求項2記載のインキ。
- 溶媒の量が約60〜99重量%、好ましくは約70〜95重量%、より好ましくは約84〜94重量%であり、バインダーポリマーの量が約1〜約30重量%、好ましくは約1〜約15重量%、より好ましくは約5〜約10重量%であり、そして着色剤の量が約0〜約15重量%、好ましくは約0.5〜約8重量%、より好ましくは約0.5〜5重量%である、請求項2記載のインキ。
- インクジェット印刷システムを用いて医療装置上への着色像の印刷に使用できる、請求項4記載のインキ。
- 医療装置が眼用レンズである、請求項4記載のインキ。
- 眼用レンズがコンタクトレンズである、請求項6記載のインキ。
- 着色剤が、少なくとも1種類の顔料、および/または溶媒に難溶性もしくは不溶性の染料を少なくとも1種類含む、請求項6記載のインキ。
- 着色剤が、少なくとも1種類の顔料、および場合により1種類の染料を含む、請求項8記載のインキ。
- 顔料が、PY1、PY3、PY34、PY35、PY37、PY40、PY53、PY65、PY83、PY95、PY97、PY108、PY110、PY120、PY138、PY139、PY150、PY151、PY153、PY154、PY175、PY184、PR60、PR83、PR88、PR122、PR171、PR176、PR177、PR202、PR264、NR4、NR9、PV11、PV19、PV42、PB15:1、PB15:3、PB15:6、PB16、PB17、PB27、PB28、PB29、PB33、PB35、PB36、PB60、PB72、PB73、PB74、PBk1、PBk6、PBk7、PBk8、PBk9、PBk10、PBk11、PBk19、PBk31、PW4、PW6、D&CブルーNo.6、D&CグリーンNo.6、D&CバイオレットNo.2、カルバゾールバイオレット、フタロシアニングリーン、銅錯体類、ある種の酸化クロム類、種々の酸化鉄類、フタロシアニンブルー、二酸化チタン類、コバルトブルー、トナーシアンBG、パーマジェットブルーB2G、三二酸化クロム、モノリスブラックC−K、レッド122、およびイエロー154からなる群より選ばれる、請求項8記載のインキ。
- 溶媒が、1種類以上の有機溶媒である、請求項8記載のインキ。
- 有機溶媒が、アセトン、アルコール類(たとえばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール)、グリコール類、ケトン類、エステル類、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、アセトン、メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、アセトフェノン、二塩化メチレン、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、二塩化エチレン、イソホロン、o−ジクロロベンゼン、テトラヒドロフラン、ジアセトンアルコール、メチルエチルケトン、アセトン、2−ニトロプロパン、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレンカルボナート、シクロヘキサノール、クロロホルム、トリクロロエチレン、1,4−ジオキサン、酢酸エチル、エチレングリコールモノブチルエーテル、クロロベンゼン、ニトロエタン、エチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ブチル、1−ブタノール、メチルイソブチルケトン、ニトロメタン、トルエン、エタノール、ジエチレングリコール、ベンゼン、ジエチルエーテル、エタノールアミン、四塩化炭素、プロピレングリコール、ヘキサン、エチレングリコール、およびホルムアミドからなる群より選ばれる、請求項11記載のインキ。
- 溶媒が、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンまたはシクロペンタノン、またはそれらの混合物である、請求項11記載のインキ。
- バインダーポリマーが、多数の架橋性基を含む架橋性ポリマーである、請求項11記載のインキ。
- 架橋可能基のそれぞれが新しい共有結合または連鎖を形成できる、請求項14記載のインキ。
- 形成される新しい共有結合または連鎖が、アルカン(炭素−炭素単結合)、アルケン(炭素−炭素二重結合)、エステル、エーテル、アセタール、ケタール、ビニルエーテル、カルバマート、尿素、アミン、アミド、エナミン、イミン、オキシム、アミジン、イミノエステル、カルボナート、オルトエステル、ホスホナート、ホスフィナート、スルホナート、スルフィナート、スルフィド、スルファート、ジスルフィド、スルフィンアミド、スルホンアミド、チオエステル、アリール、シラン、シロキサン、ヘテロ環類、チオカルボナート、チオカルバマート、およびホスホンアミドからなる群より選ばれる、請求項15記載のインキ。
- 架橋性ポリマーの多数の架橋可能基が、顔料をコンタクトレンズ上に結合または捕捉するための巨大分子マトリックスを形成できるように、同じタイプまたは異なるタイプの他の架橋可能基と分子間または分子内架橋を形成することのできる、請求項14記載のインキ。
- インクジェット印刷システムを用いて医療装置上の着色像の印刷に使用できる、請求項17記載のインキ。
- 架橋性ポリマーが、(1)セルロース樹脂、ポリエステル、ポリウレタン、ポリ尿素、もしくはポリアミドであるか;または(2)ビニルアルコール、ビニルブチラール、酢酸ビニル、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸およびメタクリル酸のヒドロキシC1〜C6アルキルエステル、アクリル酸およびメタクリル酸のアミノC1〜C8アルキルエステル、アクリル酸およびメタクリル酸のグリセロールエステル、ビニルピロリドン、塩化ビニル、ヒドロキシエチルメタクリラート、およびジメチルアクリルアミドを含有するモノマー類の重合によって製造されるものである、請求項14記載のインキ。
- バインダーポリマーが、以下のモノマー対:ヒドロキシエチルメタクリラート(HEMA)/エトキシエチルメタクリラート(EOEMA);ビニルアルコール/ビニルブチラール;ビニルアルコール/酢酸ビニル;メチルメタクリラート(MMA)/HEMA;MMA/N,N−ジメチルアクリルアミド(DMA);およびMMA/N−ビニル−2−ピロリドン(NVP);のうちの一対から製造される架橋性ポリマーである、請求項19記載のインキ。
- さらに架橋剤を含む、請求項14記載のインキ。
- 架橋剤が、ヘキサメチレンジイソシアナート、2,4−トルエンジイソシアナート、ビス(イソシアナトフェニル)メタン、エポキシド基含有化合物類、ジアジリジン含有化合物類、エチレングリコールジメタクリラート(EGDMA)、ジエチレングリコールジメタクリラート、エチレングリコールジアクリラート、アリルメタクリラート、アリルアクリラート、1,3−プロパンジオールジメタクリラート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリラート、1,4−ブタンジオールジメタクリラート、ポリエチレンオキシドモノ−およびジアクリラート、および1,4−ブタンジオールジアクリラート(BDDA)からなる群より選ばれる、請求項21記載のインキ。
- 架橋剤の量が0〜約10重量%、好ましくは約0.5〜約5重量%、より好ましくは約0.5〜2重量%である、請求項21記載のインキ。
- インキが、眼用レンズ製造用の型から眼用レンズへの良好な転写性を有する、請求項21記載のインキ。
- 溶媒が、水、または水と1種類以上の有機溶媒の混合物である、請求項8記載のインキ。
- バインダーポリマーが、多数の架橋性基を含む架橋性ポリマーである、請求項25記載のインキ。
- 架橋性基のそれぞれが新しい共有結合または連鎖を形成できる、請求項26記載のインキ。
- 形成される新しい共有結合または連鎖が、アルカン(炭素−炭素単結合)、アルケン(炭素−炭素二重結合)、エステル、エーテル、アセタール、ケタール、ビニルエーテル、カルバマート、尿素、アミン、アミド、エナミン、イミン、オキシム、アミジン、イミノエステル、カルボナート、オルトエステル、ホスホナート、ホスフィナート、スルホナート、スルフィナート、スルフィド、スルファート、ジスルフィド、スルフィンアミド、スルホンアミド、チオエステル、アリール、シラン、シロキサン、ヘテロ環類、チオカルボナート、チオカルバマート、およびホスホンアミドからなる群より選ばれる、請求項27記載のインキ。
- 架橋性ポリマーの多数の架橋性基が、顔料をコンタクトレンズ上に結合または捕捉するための巨大分子マトリックスを形成できるように、同じタイプまたは異なるタイプの他の架橋可能基と分子間または分子内架橋を形成することのできる、請求項26記載のインキ。
- インクジェット印刷システムを用いて医療装置上の着色像の印刷に使用できる、請求項29記載のインキ。
- 架橋性ポリマーが、ポリ(ビニルアルコール)またはその誘導体である、請求項26記載のインキ。
- バインダーポリマーが、少なくとも約2000の分子量を有するポリ(ビニルアルコール)の誘導体であるポリヒドロキシル化合物に基づいた架橋性ポリマーであって、
該ポリマーが、ポリ(ビニルアルコール)中のヒドロキシル基の数を基準にして約0.5〜約80%の、式I、IおよびII、IおよびIII、またはIおよびIIおよびIIIの単位:
を含む、請求項31記載のインキ。 - R2が、式IV、好ましくは式V:
の基である、請求項32記載のインキ。 - さらに、架橋剤、界面活性剤、湿潤剤、重合開始剤、抗菌剤、抗酸化剤、および抗こげつき剤からなる群より選ばれる成分の1種類以上を含む、請求項32記載のインキ。
- 少なくとも1種類の界面活性剤を、約0〜約2重量%、好ましくは約0.1〜約0.5重量%、より好ましくは約0.2〜約0.4重量%の量で含む、請求項34記載のインキ。
- 界面活性剤が、サーフィノール420、サーフィノール104、プルロニックF109、またはプルロニックF38である、請求項35記載のインキ。
- 湿潤剤を、約0〜約30重量%、好ましくは約1〜約15重量%、より好ましくは約1〜約7重量%の量で含む、請求項35記載のインキ。
- 湿潤剤が、グリセロール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、または1,3−ジオキサン−5,5−ジメタノール、またはそれらの混合物である、請求項37記載のインキ。
- 湿潤剤が、グリセロールおよび/またはジエチレングリコールである、請求項38記載のインキ。
- 架橋剤を、0〜約10重量%、好ましくは約0.5〜約5重量%、より好ましくは約0.5〜2重量%の量で含む、請求項34記載のインキ。
- 架橋剤が、ヘキサメチレンジイソシアナート、2,4−トルエンジイソシアナート、ビス(イソシアナトフェニル)メタン、エポキシド基含有化合物類、ジアジリジン含有化合物類、エチレングリコールジメタクリラート(EGDMA)、ジエチレングリコールジメタクリラート、エチレングリコールジアクリラート、アリルメタクリラート、アリルアクリラート、1,3−プロパンジオールジメタクリラート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリラート、1,4−ブタンジオールジメタクリラート、ポリエチレンオキシドモノ−およびジアクリラート、および1,4−ブタンジオールジアクリラート(BDDA)からなる群より選ばれる、請求項40記載のインキ。
- インキが、コンタクトレンズ成形用の型からコンタクトレンズへの良好な転写性を有する、請求項32記載のインキ。
- インキが、少なくとも4時間安定である、請求項42記載のインキ。
- インキが、少なくとも8時間安定である、請求項43記載のインキ。
- インキが、少なくとも24時間安定である、請求項44記載のインキ。
- インキが、少なくとも7日間安定である、請求項45記載のインキ。
- インキが、少なくとも3週間安定である、請求項46記載のインキ。
- 水およびバインダーポリマーを含む液状混合物中で顔料を磨砕することを含み、このバインダーポリマーが、ポリ(ビニルアルコール)またはポリ(ビニルアルコール)の誘導体である、請求項32記載のインクジェット用インキの製造方法。
- 有機溶媒およびバインダーポリマーを含む液状混合物中で顔料を磨砕することを含む、インクジェット用インキの製造方法。
- バインダーポリマーが、少なくとも約2000の分子量を有するポリ(ビニルアルコール)の誘導体であるポリヒドロキシル化合物に基づいた架橋性ポリマーであって、該ポリマーが、ポリ(ビニルアルコール)中のヒドロキシル基の数を基準にして約0.5〜約80%の、式I、IおよびII、IおよびIII、またはIおよびIIおよびIIIの単位:
を含むものである、請求項48記載の方法。 - 磨砕工程を、高速ミキサー、カディミル(Kady mill)、コロイドミル、ホモジナイザー、マイクロフルイダイザー、ソナレーター、超音波ミル、ロールミル、ボールミル、ローラーミル、振動ボールミル、アトリター、サンドミル、バリカイネティックディスペンサー、三本ロールミル、バンバリーミキサー、および竪型ミルよりなる群から選ばれる技法を用いて実施する、請求項50記載の方法。
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