JP2011074385A - 輻射線硬化性相変化インク組成物およびインク印刷装置 - Google Patents

輻射線硬化性相変化インク組成物およびインク印刷装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ピエゾ方式のインクジェット印刷プロセスにおける要件を満たしつつ、優れた印刷品質を提供するインク組成物を提供する。
【解決手段】インクビヒクルと、アクリレート反応性基またはメタクリレート反応性基を含む硬化性固体成分と、を含有する、輻射線硬化性相変化インク組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、輻射線硬化性相変化インク等の硬化性ゲルインク、及び、インクジェット印刷等による画像形成における前記インクの使用に関する。より具体的には、本発明は、紫外光硬化性相変化インク等の、硬化性ゲル化剤と硬化性固体成分とを含有する輻射線硬化性ゲルインクに関する。
公知の相変化インク組成物は、十分使用可能なものであるが、インク滴が支持体に接触した後の、インク液体成分の分離現象が、発生しないか、もしくは分離の程度の低い、改善された相変化インク組成物に対するニーズは依然として存在する。この分離現象はシネレシス(syneresis)として知られ、(1)支持体上でのインクの透き通し(show through)の増大、(2)印刷されたインク滴周辺における望ましくないハロー(halo)形成、および(3)拡散および平坦化の困難化、という結果を生じる。そのようなインク組成物はまた、より低い温度およびより低いエネルギー消費で処理され、硬化性インク組成物を噴射して染み込ませるための要件を満たすべく、噴射信頼性およびラチチュードが向上しているであろう。
米国特許出願公開第2004/0061753号公報 米国特許出願公開第2006/0142414号公報 米国特許出願公開第2007/0197685号公報 米国特許出願公開第2009/0135239号公報 米国特許第7,279,587号公報 米国特許第7,276,614号公報 米国特許出願公開第2007/0120921号公報 米国特許出願公開第2007/0120924号公報 米国特許第6,221,137号公報 米国特許第5,621,022号公報 米国特許第5,231,135号公報 米国特許出願公開第2006/0158496号公報 米国特許出願公開第2006/0119686号公報 米国特許第5,389,958号公報
本願は、ピエゾ方式のインクジェット印刷プロセスにおける要件を満たしつつ、優れた印刷品質を提供するインク組成物の提供を課題とする。
すなわち、本開示は、ある実施態様として、<1>インクビヒクルと、アクリレート反応性基またはメタクリレート反応性基を含む硬化性固体成分と、を含有する、輻射線硬化性相変化インク組成物を提供する。
また、本開示は、ある実施態様として、<2>硬化性ワックス、ゲル化剤、及び光開始剤、を含有するインクビヒクル、並びにアルキルアクリレート系硬化性固体成分を含有し、噴射温度が80℃未満である、輻射線硬化性相変化インク組成物を提供する。
また、本開示は、<3>前記インクビヒクルが硬化性液体モノマーを含有する、<2>の輻射線硬化性相変化インク組成物を提供する。
また、本開示は、ある実施態様として、<4>支持体上に印刷するための輻射線硬化性相変化インク組成物、インク噴射装置、及び噴射された前記輻射線硬化性インクを硬化する輻射線硬化装置を備え、前記インク組成物がインクビヒクルと硬化性固体成分とを含有し、且つ、前記硬化性固体成分が、アクリレート反応性基またはメタクリレート反応性基を含む材料である、インク印刷装置を提供する。
本開示によれば、ピエゾ方式のインクジェット印刷プロセスにおける要件を満たしつつ、優れた印刷品質を提供するインク組成物を提供することができる。
実施例のインクCのインク性能およびシネレシスを示す画像である。 実施例のインクDのインク性能およびハロー形成を示す画像である。 実施例のインクBのインク性能およびハロー形成を示す画像である。 実施例のインクAのインク性能およびハロー形成を示す画像である。 実施例のインクDおよび比較例のインクの温度に対する複素粘度(complex visocity)の変化を示す、動的(振動的)温度の段階的測定を描いたグラフである。 実施例のインクDおよび比較例のインクの温度に対する貯蔵弾性率(storage modulus)の変化を示す動的機械的分析を描いたグラフである。
本開示および添付の特許請求の範囲中に開示する全ての数値範囲は、特に断りのない限り、全ての端点および中間の値を含む。また、用語の定義は以下に示す通りである。
「長鎖」という用語は、例えば、炭化水素鎖(CHを指し、ここでnは鎖中の炭素原子の数を表す。nは約8〜約60の数であり、例えば約20〜約45、または例えば約30〜約40の数である。「短鎖」という用語は、例えば、炭化水素鎖(CHを指し、ここで鎖中の炭素原子の数であるnが約1〜約7であり、例えば約2〜約5、または例えば約3〜約4の数である、炭化水素鎖を指す。
「硬化性」とは、例えばフリーラジカル経路等の重合化および/または輻射線感受性の光開始剤の使用により重合化が光開始される重合化により硬化し得る材料を説明する用語である。「輻射線硬化性」という用語は、例えば開始剤の存在下または非存在下を含む光源、熱源等の輻射線源に曝された際のあらゆる形態の硬化を指す。輻射線硬化技術の例としては、必要に応じて光開始剤および/または増感剤の存在下で行われる、例えば波長が200〜400nmの紫外(UV)光又は(UVより頻度は低いが)可視光を用いた硬化;必要に応じて光開始剤非存在下で行われる、電子ビーム照射を用いた硬化;高温熱開始剤(噴射温度ではほとんど不活性であってよい)の存在下または非存在下で行われる、熱硬化を用いた硬化;およびこれらの適切な組合せが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本開示において、「粘度」という用語は複素粘度を指し、これは通常、サンプルに一定の剪断歪みまたは小幅な正弦振動的変形(small amplitude sinusoidal deformation)を与えることのできる機械的レオメータ−により得られる測定値である。
本願発明のある実施態様であるインク組成物は、ピエゾ方式のインクジェット印刷プロセスの要件を満たしつつ、優れた印刷品質を提供する。ある実施態様であるインク組成物は、インクビヒクルと硬化性固体成分とを含有する。特に、ある実施態様であるインク組成物は、硬化性モノマーと、一つまたは複数の硬化性有機ゲル化剤とを含有するインクビヒクル、ならびに硬化性固体成分を含有する。別のある実施態様であるインク組成物は、2種以上の化学的に識別可能な硬化性ゲル化剤を含有するインクビヒクルを含有する。
ある実施形態では、相変化インク組成物は室温でゲルである。相変化インク組成物は、ある実施形態では、室温で固体であってもよい。輻射線硬化性の相変化インク組成物は噴射温度における粘度が約15mPa・S未満であり、例えば約12mPa・s未満、または例えば約3〜約12mPa・s、または例えば約5〜約10mPa・sであることが望ましい。ある特定の実施形態では、インク組成物が噴射される際の温度は、約100℃未満であり、例えば約40〜約100℃、または例えば約55〜約90℃、または例えば約60〜約80℃、または例えば約70℃の温度である。
ある実施形態のインク組成物がゲル状の場合、インク組成物の粘度は少なくとも約1,000mPa・s、例えば少なくとも約10,000mPa・s、または例えば少なくとも約100,000mPa・sである。ある実施態様におけるインク組成物のゲル状態における粘度の値は、約10〜10mPa・s、例えば約104.5〜約106.5mPa・sであり得る。ある実施形態のゲル相の粘度は印刷プロセスによって変わり得る。例えば、中間転写を用いる典型的な実施形態で使用する場合、または多孔性の紙に直接噴射する場合は、インクの滲みおよびフェザリングの影響を最小限に抑えるべく、最も高い粘度が好適であり得る。一方、プラスチック等の孔の少ない支持体では、網点の太り及び個々のインクピクセルの凝集を制御すべく、より低い粘度が要求され得る。ゲル粘度は、インクの配合および支持体の温度により制御することができる。輻射線硬化性ゲル化剤含有インク組成物の、ゲル状態の更なる利点は、約10〜10mPa・sという高い粘度により酸素の拡散が低減され、それによりフリーラジカル開始の硬化速度が速くなることである。
本開示の輻射線硬化性インク組成物の利点の1つは、従前の標準的なホットメルトインクジェットインクと比べて噴射およびゲル化の温度が低いことである。標準的なホットメルトインクジェットインクは非常に高い温度で噴射する必要があるが、前述または後述のように、本開示のインクジェットインク組成物のゲルおよび噴射温度は65℃以下であり得る。
本開示の輻射線硬化性インク組成物の別の利点は、ゲル温度が低いため、加熱により噴射されるインクの平滑化または平坦化が更に促進されることである。
本開示の輻射線硬化性インク組成物はさらに、貯蔵弾性率が低いという利点を有する。図6は、温度による貯蔵弾性率の変化を示す動的機械的分析を示す図である。見て分かるように、本願開示の類のインクは、硬化されると、比較対照例である標準的なインク配合物よりも硬度が小さく、そのため、シネレシスおよびハロー形成が少ないことに加え、支持体に皺付けおよび/または折り目付けを施しても、向上した支持体への付着性を有している。
輻射線硬化性組成物中で用いるための硬化性固体成分は、室温で固体であり、且つ一つまたは複数の不飽和官能基(例えば一つまたは複数のアルケン反応性基、アルキン反応性基、アクリレート反応性基、またはメタクリレート反応性基等)を有する輻射線硬化性材料を含む。ある実施形態では、硬化性固体成分は低分子量硬化性固体成分である。本開示において、「低分子量」という用語は、重量平均分子量が約500ダルトン以下、例えば約150〜約450ダルトン、または例えば約200〜約400ダルトンの化合物を指す。
ある実施形態では、前記硬化性固体成分はアルキルアクリレート、アリールアクリレート、アルキルアリールアクリレート、アリールアルキルアクリレート、アルキルメタクリレート、アリールメタクリレート、アルキルアリールメタクリレート、及び/又はアリールアルキルメタクリレートを含む。
硬化性固体成分として使用される典型的な不飽和モノマーとしては、例えば以下のモノマーおよびその混合物が含まれる:オクタデシルメタクリレート、オクタデシルアクリレート、ラウリルメタクリレート、ラウリルアクリレート、ベヘニルアクリレート、ベヘニルメタクリレート、シクロヘキサンジメタノールジアクリレート、ヒドロキシオクタデシルアクリレート、ヒドロキシオクタデシルメタクリレート、ヒドロキシラウリルメタクリレート、ヒドロキシラウリルアクリレート、フェネチルアクリレート、フェネチルメタクリレート、6−フェニルヘキシルアクリレート、6−フェニルヘキシルメタクリレート、フェニルラウリルアクリレート、フェニルラウリルメタクリレート、3−ニトロフェニル−6−ヘキシルメタクリレート、3−ニトロフェニル−18−オクタデシルアクリレート、アクリレートビニルオクチルケトン、ヘプタフルオロブチルメタクリレートビニルナフタレン、ビニルアントラセン、ビニルピレン、ビニルビフェニル、アミノエチルフェニルアクリレート、アリルメタクリレート、アリルアクリレート、ウンデセニルアクリレート、ウンデセニルメタクリレート;室温で固体であるジエン;飽和グリコールまたはジオールと不飽和モノカルボン酸とのエステル;およびジビニルベンゼン等の多官能性芳香族化合物。
ある実施形態では、硬化性固体成分はオクタデシルアクリレートまたはオクタデシルメタクリレートであり得る。オクタデシルアクリレートまたはオクタデシルアクリレートのアクリレート反応性基は、インクを支持体へ噴射した後、その他のインク成分と反応し、硬化性固体成分を含まないインクがゲルを形成する温度よりも低い温度で、ゲルまたは固体を形成する。
硬化性固体成分は、硬化性インクジェットインク組成物の任意の有効量、例えばインク全重量の約25〜約75重量%、または約30〜約70重量%、例えば約40〜約70重量%、例えば約40〜約65重量%、または例えば約60〜約65重量%の量で存在し得る。
全インク組成物の重量を基準にして、インク組成物中に含まれる硬化性固体成分の割合が多すぎると、インクは硬化後に非常に脆くなり得る。全インク組成物の重量を基準にして、インク組成物中に含まれる硬化性固体成分の割合が少なすぎると、シネレシス、ハロー形成、および透き通しが依然として起こり得る。硬化した脆いインクは、少なくとも、硬化後の柔軟性が欠如しているために、支持体へのインク組成物の付着が不良であり得るのみならず、印刷された製品における皺付けおよび折り目付けに対する性能も低いであろうことから、印刷インクとして不適当である。
ある実施形態では、インクビヒクルは、一つまたは複数のコモノマーを含み得る。ある実施形態では、コモノマーを組み合わせることでゲル化剤材料の安定化が促進され得る。コモノマーは、任意の好適な輻射線硬化性モノマーから選択され得る。
実施形態のインク組成物は、熱により変化する可逆性のゲル相を有するインクビヒクルであってUV硬化性液体モノマー等の硬化性液体モノマーを含むインクビヒクルを含有するインク組成物の作製に有用であるエポキシポリアミド複合ゲル化剤等のゲル化剤材料の溶解性およびゲル化特性のために、第1のコモノマーを含み得る。そのようなインク組成物のゲル相は、インク液滴を受容する支持体に該液滴を留まらせることを可能にする。
インク組成物の少なくとも1つの硬化性モノマーの例としては、プロポキシ化ネオペンチルグリコールジアクリレート(例えば、サートマー社(Sartomer))のSR−9003)、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、アルコキシ化ネオペンチルグリコールジアクリレート、イソデシルアクリレート、トリデシルアクリレート、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、プロポキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、ジ−トリメチロールプロパンテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、プロポキシ化グリセロールトリアクリレート、イソボルニルメタクリレート、ラウリルアクリレート、ラウリルメタクリレート、ネオペンチルグリコールプロポキシラートメチルエーテルモノアクリレート、イソデシルメタクリレート、カプロラクトンアクリレート、2−フェノキシエチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、イソオクチルメタクリレート、およびこれらの混合物等が挙げられる。
「硬化性モノマー」という用語は、インク組成物中で用いられ得る硬化性オリゴマーも包含することが意図される。インク組成物中で用いられ得る典型的な好適な輻射線硬化性オリゴマーは、例えば約50〜約10,000cPs、例えば約75〜約7,500cPs、または約100〜約5,000cPsの、低い粘度を有する。
ある実施形態では、コモノマーは、短鎖アルキルグリコールジアクリレートまたはエーテルジアクリレート、例えばプロポキシ化ネオペンチルグリコールジアクリレートから選択され得る。また非蛍光コモノマーを、単鎖アルキルエステル置換基を有するアクリレート(例えばカプロラクトンアクリレート)、ならびに市販品であるCD536、CD2777、CD585、およびCD586(サートマー社(Sartomer Co. Inc.)から入手可能)等から選択してもよい。
実施形態の輻射線硬化性相変化インク組成物は、インクビヒクルの全重量を基準にして約10〜約80重量%、例えば約20〜約70重量%、または例えば約30〜約60重量%の量の、一つまたは複数のコモノマーを含み得る。
ある実施形態では、相変化インク組成物は少なくとも1つのゲル化剤を含み得る。
有機ゲル化剤は、所望の温度範囲内においてインクビヒクルおよびインク組成物の粘度を劇的に増加させるよう機能する。具体的には、ゲル化剤は、インク組成物が噴射される特定の温度よりも低い温度で、インクビヒクル中で半固体ゲルを形成する。ここで「半固体ゲル相」とは、一つまたは複数の固体ゲル化剤分子と液体溶媒とを含み、動的平衡として存在する物理的ゲルである。半固体ゲル相は、水素結合、ファンデルワールス相互作用、芳香族非結合性相互作用、イオン結合または配位結合、ロンドン分散力等の非共有結合的な相互作用により一緒に保持された分子成分の動的ネットワークによる集合体であり、これは、温度もしくは機械的撹拌等の物理的力、または、pHもしくはイオン強度等の化学的力による刺激で、巨視的レベルにおいて液体から半固体状態へと可逆的に転移し得る。インク組成物は、温度をゲル相転移点より高くまたは低く変えると、半固体ゲル状態と液体状態の間を熱可逆的に転移する。この半固体ゲル相と液相との間の可逆的な転移サイクルを、インク配合物中で多数回繰り返すことができる。相変化転移を実施するために一つまたは複数のゲル化剤の混合物を用いてもよい。
ゲル化剤の相変化の性質を利用して、噴射されたインク組成物の支持体上での粘度を、支持体上へのインク噴射後に急速に増加させることができる。具体的には、噴射されるインク液滴は、液体状態からゲル状態(または半固体状態)へとインク組成物の粘度が大きく変化する相変化転移の作用によって、インク組成物のインク噴射温度よりも低い温度の画像受容媒体(例えば紙)等の受容支持体上に留められる。
ある実施形態では、インク組成物がゲル状態を形成する温度は、インク組成物の噴射温度より低い任意の温度であり、例えばインク組成物の噴射温度より約10℃以上低い任意の温度である。ある実施形態では、ゲル状態は、約20〜約85℃、例えば約30〜約80℃、例えば約40〜約75℃、または例えば約45〜約65℃で形成され得、または例えば約40〜約50℃、例えば約45℃の温度で形成され得る。インク組成物が液体状態である噴射温度からインク組成物がゲル状体へと変換するゲル転移温度に冷却されると、インクの粘度は急速に大きく増加する。いくつかの実施形態において、インク組成物は少なくとも102.5倍の粘度増加を示し得る。
インク組成物用の好適なゲル化剤は、インクビヒクル中のモノマー及び/又はオリゴマーを急速且つ可逆的にゲル化し、例えば約20〜約85℃といった温度範囲内で、狭い相変化転移を示す。ゲル状態にある、ある実施態様のインク組成物は、支持体温度、例えば約30〜約70℃において、噴射温度における粘度と比べて、最低102.5mPa・s、例えば10mPa・sの粘度の増加を示す。ある特定の実施形態では、噴射温度から5〜10℃低い温度内でゲル化剤含有インク組成物は急速に粘度が増し、最終的には噴射時粘度の10倍超、例えば噴射時粘度の約10倍の粘度に達する。
インク組成物中に使用するのに適したゲル化剤としては、米国特許出願第12/474,946号に開示されているような、硬化性アミドと、硬化性ポリアミド−エポキシアクリレート成分と、ポリアミド成分とを含有する硬化性ゲル化剤や、硬化性エポキシ樹脂およびポリアミド樹脂を含有する硬化性複合ゲル化剤や、それらの混合物等が挙げられる。組成物にゲル化剤を含有させると、塗布後に組成物が冷却された後すぐに組成物の粘度が急速に増加するため、組成物を支持体中に過度に浸透させることなく、支持体(例えば支持体の一部分または複数部分)および/または支持体上に既に形成されている画像(の一部分または複数部分)の上に、組成物を塗布することが可能になる。紙等の多孔性支持体への液体の過度な浸透は、支持体の不透明性の望ましくない低下につながり得る。硬化性ゲル化剤は組成物のモノマーの硬化にも関与し得る。
組成物中での使用に適したゲル化剤は、シリコーンまたは他のオイルが塗られた支持体上に組成物が使用される場合、濡れを向上させるために両親媒性であってよい。両親媒性とは、分子の極性部分および非極性部分の両方を有する分子の性質を指す。例えば、ゲル化剤は長い非極性炭化水素鎖と極性アミド結合とを有し得る。
使用に適したアミド系ゲル化剤としては、米国特許出願公開第2008/0122914号および米国特許第7,276,614号、および同第7,279,587号に記載されているものが挙げられる。
米国特許第7,279,587号に記載されているように、アミド系ゲル化剤は下記式で表され得る。
式中、Rは、(i)炭素数約1〜約12、例えば炭素数約1〜約8、または炭素数約1〜約5の、アルキレン基(ここで、アルキレン基は、二価の脂肪族基またはアルキル基であり、直鎖または分岐鎖、飽和または不飽和、環式または非環式、ならびに置換または未置換のアルキレン基をその範囲に包含し、アルキレン基中に酸素、窒素、硫黄、ケイ素、リン、ホウ素等のヘテロ原子が存在してもしなくてもよい。)、
(ii)炭素数約1〜約15、例えば炭素数約3〜約10、または炭素数約5〜約8の、アリーレン基(ここで、アリーレン基は、二価の芳香族基またはアリール基であり、置換または未置換のアリーレン基をその範囲に包含し、アリーレン基中に酸素、窒素、硫黄、ケイ素、リン、ホウ素等のヘテロ原子が存在してもしなくてもよい。)、
(iii)炭素数約6〜約32、例えば炭素数約6〜約22、または、炭素数約6〜約12の、アリールアルキレン基(ここで、アリールアルキレン基は二価のアリールアルキル基であり、置換または未置換のアリールアルキレン基をその範囲に包含し、アリールアルキレン基のアルキル部分は、直鎖または分岐鎖、飽和または不飽和、環式または非環式であってよく、アリールアルキレン基のアリール部分またはアルキル部分中のいずれにも酸素、窒素、硫黄、ケイ素、リン、ホウ素等のヘテロ原子が存在してもしなくてもよい。)、または
(iv)炭素数約5〜約32、例えば炭素数約6〜約22、または炭素数約7〜約15の、アルキルアリーレン基(ここで、アルキルアリーレン基は二価のアルキルアリール基であり、置換または未置換のアルキルアリーレン基をその範囲に包含し、アルキルアリーレン基のアルキル部分は直鎖または分岐鎖、飽和または不飽和、環式または非環式であってよく、アルキルアリーレン基のアリール部分またはアルキル部分のいずれにも酸素、窒素、硫黄、ケイ素、リン、ホウ素等のヘテロ原子が存在してもしなくてもよい。)を表す。
ここで置換されたアルキレン、アリーレン、アリールアルキレン、またはアルキルアリーレン基上の置換基は(限定されるものではないが)、ハロゲン原子、シアノ基、ピリジン基、ピリジニウム基、エーテル基、アルデヒド基、ケトン基、エステル基、アミド基、カルボニル基、チオカルボニル基、スルフィド基、ニトロ基、ニトロソ基、アシル基、アゾ基、ウレタン基、尿素基、これらの混合等であってよく、2個以上の置換基が結合して一緒に環を形成してもよい。
およびR’はそれぞれ互いに独立して、
(i)炭素数約1〜約54、例えば炭素数約1〜約48、または炭素数約1〜約36の、アルキレン基、
(ii)炭素数約5〜約15、例えば炭素数約5〜約13、または炭素数約5〜約10の、アリーレン基、
(iii)炭素数約6〜約32、例えば炭素数約7〜約33、または炭素数約8〜約15の、アリールアルキレン基、または
(iv)炭素数約6〜約32、例えば炭素数約6〜約22、または炭素数約7〜約15の、アルキルアリーレン基を表す。
ここで置換されたアルキレン、アリーレン、アリールアルキレン、またはアルキルアリーレン基上の置換基は、ハロゲン原子、シアノ基、エーテル基、アルデヒド基、ケトン基、エステル基、アミド基、カルボニル基、チオカルボニル基、ホスフィン基、ホスホニウム基、リン酸基、ニトリル基、メルカプト基、ニトロ基、ニトロソ基、アシル基、酸無水物基、アジド基、アゾ基、シアナート基、ウレタン基、尿素基、これらの混合等であってよく、2個以上の置換基が結合して一緒に環を形成してもよい。
及び/またはR’が(a)光開始基を表す場合、該(a)光開始基としては、例えば、下記式で表される基(すなわち、1−(4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オンに由来する基);
下記式で表される基(すなわち、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンに由来する基);
下記式で表される基(すなわち、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オンに由来する基);
及び、下記式で表される基(すなわち、N,N−ジメチルエタノールアミンまたはN,N−ジメチルエチレンジアミンに由来する基);
等が挙げられる。
及び/またはR’が前記(b)基を表す場合、該(b)基は、
(i)炭素数約2〜約100、例えば炭素数約3〜約60、または炭素数約4〜約30の、アルキル基(直鎖または分岐鎖、飽和または不飽和、環式または非環式、置換または未置換のアルキル基をその範囲に包含し、アルキル基中に酸素、窒素、硫黄、ケイ素、リン、ホウ素等のヘテロ原子が存在してもしなくてもよい。)、
(ii)炭素数約5〜約100、例えば炭素数約5〜約60、または炭素数約6〜約30の、アリール基(置換または未置換のアリール基をその範囲に包含し、アリール基中に酸素、窒素、硫黄、ケイ素、リン、ホウ素等のヘテロ原子が存在してもしなくてもよい。)、例えばフェニル等、
(iii)炭素数約5〜約100、例えば炭素数約5〜約60、または炭素数約6〜約30の、アリールアルキル基(置換または未置換のアリールアルキル基をその範囲に包含し、アリールアルキル基のアルキル部分は直鎖または分岐鎖、飽和または不飽和、環式または非環式であってよく、アリールアルキル基のアリール部分またはアルキル部分のいずれかに酸素、窒素、硫黄、ケイ素、リン、ホウ素等のヘテロ原子が存在してもしなくてもよい。)、例えばベンジル等、または
(iv)炭素数約5〜約100、例えば炭素数約5〜約60、または炭素数約6〜約30の、アルキルアリール基(置換または未置換のアルキルアリール基をその範囲に包含し、アルキルアリール基のアルキル部分は直鎖または分岐鎖、飽和または不飽和、環式または非環式であってよく、アルキルアリール基のアリール部分またはアルキル部分のいずれかに酸素、窒素、硫黄、ケイ素、リン、ホウ素等のヘテロ原子が存在してもしなくてもよい。)、例えばトリル等、のいずれかである。
ここで置換されたアルキル、アリールアルキル、またはアルキルアリール基上の置換基は、ハロゲン原子、エーテル基、アルデヒド基、ケトン基、エステル基、アミド基、カルボニル基、チオカルボニル基、スルフィド基、ホスフィン基、ホスホニウム基、リン酸基、ニトリル基、メルカプト基、ニトロ基、ニトロソ基、アシル基、酸無水物基、アジド基、アゾ基、シアナート基、イソシアナート基、チオシアナート基、イソチオシアナート基、カルボキシル基、カルボン酸基、ウレタン基、尿素基、これらの混合物等であってよく、2個以上の置換基が結合して一緒に環を形成してもよい。
XおよびX’はそれぞれ互いに独立して、酸素原子または式−NR−で表される基であり、ここでRは、
(i)水素原子;
(ii)炭素数約5〜約100、例えば炭素数約5〜約60、または炭素数約6〜約30の、アルキル基(直鎖または分岐鎖、飽和または不飽和、環式または非環式、置換または未置換のアルキル基をその範囲に包含し、アルキル基中にヘテロ原子が存在してもしなくてもよい)、
(iii)炭素数約5〜約100、例えば炭素数約5〜約60、または炭素数約6〜約30の、アリール基(置換または未置換のアリール基をその範囲に包含し、アリール基中にヘテロ原子が存在してもしなくてもよい)、
(iv)炭素数約5〜約100、例えば炭素数約5〜約60、または炭素数約6〜約30の、アリールアルキル基(置換または未置換のアリールアルキル基をその範囲に包含し、アリールアルキル基のアルキル部分は直鎖または分岐鎖、飽和または不飽和、環式または非環式であってよく、アリールアルキル基のアリール部分またはアルキル部分のいずれかにヘテロ原子が存在してもしなくてもよい)、または
(v)炭素数約5〜約100、例えば炭素数約5〜約60、または炭素数約6〜約30の、アルキルアリール基(置換または未置換のアルキルアリールをその範囲に包含し、アルキルアリール基のアルキル部分は直鎖または分岐鎖、飽和または不飽和、環式または非環式であってよく、アルキルアリール基のアリール部分またはアルキル部分のいずれかにヘテロ原子が存在してもしなくてもよい)である。
ここで置換されたアルキル、アリール、アリールアルキル、またはアルキルアリール基上の置換基は、ハロゲン原子、エーテル基、アルデヒド基、ケトン基、エステル基、アミド基、カルボニル基、チオカルボニル基、硫酸基、スルホネート基、スルホン酸基、スルフィド基、スルホキシド基、ホスフィン基、ホスホニウム基、リン酸基、ニトリル基、メルカプト基、ニトロ基、ニトロソ基、スルホン基、アシル基、酸無水物基、アジド基、アゾ基、シアナート基、イソシアナート基、チオシアナート基、イソチオシアナート基、カルボキシル基、カルボン酸基、ウレタン基、尿素基、これらの混合物等であってよく、2個以上の置換基が結合して一緒に環を形成してもよい。
上記の置換基およびゲル化剤の具体的且つ好適な例は、米国特許第7,279,587号および同第7,276,614号に更に記載されている。
ある実施形態では、ゲル化剤は下記式(I)で表される化合物と、下記式(II)で表される化合物と、下記式(III)で表される化合物とを含む混合物を含み得る。
(式中、−C3456+a−は、不飽和および環式基を含み得る分岐アルキレン基を表し、変数「a」は0〜12の整数である。)
ある実施形態ではゲル化剤は、例えば硬化性エポキシ樹脂とポリアミド樹脂とを含有する、複合ゲル化剤であってもよい。好適な複合ゲル化剤は、本願と同一の出願人による米国特許出願公開第2007/0120921号に記載されている。
複合ゲル化剤中のエポキシ樹脂成分は任意の好適なエポキシ基含有材料であってよい。ある実施形態では、エポキシ基含有成分は、ポリフェノール系エポキシ樹脂またはポリオール系エポキシ樹脂のいずれかのジグリシジルエーテルまたはその混合物を含む。すなわち、ある実施形態では、エポキシ樹脂は分子末端に位置する2個のエポキシ官能基を有する。ある実施形態におけるポリフェノール系エポキシ樹脂は、2個以下のグリシジルエーテル末端基を有するビスフェノールA−co−エピクロロヒドリン樹脂である。ポリオール系エポキシ樹脂は、2個以下のグリシジルエーテル末端基を有するジプロピレングリコール−co−エピクロロヒドリン樹脂であってよい。好適なエポキシ樹脂の重量平均分子量は約200〜約800、例えば約300〜約700である。
エポキシ−ポリアミド複合ゲル化剤のポリアミド成分としては任意の好適なポリアミド材料を用いてよい。ある実施形態では、ポリアミドは、天然源(例えばパーム油、ナタネ油、ひまし油等。これらの混合物も含む)から得られるもの等の重合脂肪酸に由来するポリアミド樹脂;またはオレイン酸、リノール酸等の二量体C−18不飽和酸原料から調製される、一般に知られる炭化水素「ダイマー酸」;およびジアミン(例えばエチレンジアミン等のアルキレンジアミン、DYTEK(登録商標)シリーズのジアミン、ポリ(アルキレンオキシ)ジアミン)等のポリアミン;またはポリエステル−ポリアミド、ポリエーテル−ポリアミド等のポリアミドのコポリマーを含む。ゲル化剤の形成に一つまたは複数のポリアミド樹脂を用いてもよい。アリゾナ・ケミカル・カンパニーのSYLVAGEL(登録商標)ポリアミド樹脂およびその変形体、例えばポリエーテル−ポリアミド樹脂等を用いてもよい。アリゾナ・ケミカル・カンパニーから得られるSYLVAGEL(登録商標)樹脂の組成は、下記一般式で表されるポリアルキレンオキシジアミンポリアミドとして記載されている。
(式中、Rは、炭素数が少なくとも17のアルキル基であり、Rは、ポリアルキレンオキシドを含み、Rは、C−6炭素環式基を含み、nは少なくとも1の整数である。)
ゲル化剤は、例えば同一出願人による米国特許出願公開第2007/0120924号に開示されているような硬化性ポリアミド−エポキシアクリレート成分およびポリアミド成分を含んでもよい。硬化性ポリアミド−エポキシアクリレートは少なくとも1つの官能基を含むため、硬化性である。例えば、ポリアミド−エポキシアクリレートは二官能性である。アクリレート基等の官能基は、フリーラジカル開始による輻射線硬化性を有し、硬化したインクビヒクルへのゲル化剤の化学結合を可能にする。硬化性ポリアミド−エポキシアクリレートは、硬化性エポキシ樹脂とポリアミド樹脂とを含有する硬化性複合ゲル化剤について前述した構造の内からも選択され得る。
インク組成物は、任意の好適な量(例えば、組成物の約1〜約50重量%等)のゲル化剤を含み得る。ある実施形態では、ゲル化剤は、組成物の約2〜約20重量%、例えば組成物の約3〜約10重量%の量で存在し得る。
インク組成物は少なくとも1つの硬化性ワックスを含み得る。ワックスは、室温(25℃)で固体であってよい。ワックスをインク組成物に含有させると、インク組成物が塗布温度から冷却される際のインク組成物の粘度増加が促進され得る。したがって、ワックスは、支持体におけるインク組成物の滲みを回避するゲル化剤の機能を補助し得る。
硬化性ワックスは、その他の成分と混和性であり且つ硬化性モノマーと重合化してポリマーを形成する任意のワックス成分であってよい。ワックスという用語には、例えば、一般的にワックスと呼ばれる種々の天然材料、変性された天然材料、および合成材料のいずれも含まれる。
硬化性ワックスの好適な例としては、硬化性基を含むワックスおよび硬化性基で官能化されたワックスが挙げられる。硬化性基としては、例えば、アクリレート、メタクリレート、アルケン、アリルエーテル、エポキシド、オキセタン等が挙げられる。これらのワックスは、カルボン酸またはヒドロキシルに転換可能な官能基を含むポリエチレンワックス等のワックスと反応させることにより合成することができる。本開示に記載する硬化性ワックスは、上記硬化性モノマーおよび硬化性固体成分と一緒に硬化され得る。
硬化性基で官能化され得るヒドロキシル末端化ポリエチレンワックスの好適な例としては、CH−(CH−CHOHの構造で表され鎖長が異なる複数の炭素鎖の混合物(ここで複数の炭素鎖の鎖長nの平均は約16〜約50)、及び、これと同様の平均鎖長を有する直鎖低分子量ポリエチレンが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
硬化性基で官能化され得るカルボン酸末端化ポリエチレンワックスの好適な例としては、CH−(CH−COOHの構造で表され鎖長が異なる複数の炭素鎖の混合物(ここで複数の炭素鎖の鎖長nの平均は約16〜約50)、及び、これと同様の平均鎖長を有する直鎖低分子量ポリエチレンが挙げられる。
硬化性ワックスは、例えば組成物の約0.1〜約30重量%、例えば組成物の約0.5〜約20重量%、または例えば約0.5〜約15重量%の量で、組成物中に含まれ得る。
ある実施形態のインクビヒクルは、硬化性成分と、必要に応じて用いる追加的な材料(反応性の希釈剤、着色剤、開始剤、酸化防止剤等)と、必要に応じて用いる任意の従来の添加剤との混合物であってよい。そのような従来の添加剤としては、例えば、消泡剤、スリップ剤および平滑剤、顔料分散剤等が挙げられる。インクは、所望により更なるモノマー材料またはポリマー材料を含んでもよい。
インク組成物は必要に応じて着色剤を含んでよい。インクビヒクルに溶解または分散させることができる着色剤であれば、染料、顔料、その混合物等、任意の所望のまたは効果的な着色剤をインク組成物中に用いることができる。ある特定の実施形態では、一般的に染料よりも安価で強固な顔料がインク組成物に含まれ得る。多くの染料の色は硬化段階中に起こる重合化プロセスにより変化し得るが、これはおそらくフリーラジカルにより染料の分子構造が攻撃されるためである。インク組成物は、カラーインデックス(C.I.)ソルベント染料、ディスパース染料、修飾酸および直接染料、塩基性染料、硫化染料、バット染料等の従来のインク着色剤材料と組み合わせて使用してもよい。
輻射線硬化性相変化インクは、必要に応じて、例えば光開始剤等の開始剤を含んでもよい。ある実施形態では、そのような開始剤は、インクの硬化を補助する点で望ましい。
ある実施形態では、インクの硬化性成分の硬化を開始させるために、輻射線、例えばUV光輻射線を吸収する光開始剤を用いてもよい。フリーラジカル重合により硬化される実施形態のインク組成物用の光開始剤、例えばアクリレート基を含むインク組成物またはポリアミドを含むインク用の光開始剤として、チバ社(Ciba)からIRGACUREおよびDAROCURの商標で販売されている、ベンゾフェノン系、ベンゾインエーテル系、ベンジルケタール系、α−ヒドロキシアルキルフェノン系、α−アルコキシアルキルフェノン系、α−アミノアルキルフェノン系、およびアシルホスフィン系の光開始剤等の光開始剤を挙げることができる。
ある実施形態では、光開始剤は、硬化を開始させるために、波長が約200〜約420nmの輻射線を吸収し得るが、波長が560nmまでの輻射線を吸収し得るチタノセン等の、より長い波長を吸収する開始剤も、制限なく使用可能である。
インク組成物に含まれる開始剤の総量は、例えばインク組成物の約0.5〜約15重量%、例えば約1〜約10重量%であり得る。
輻射線硬化性相変化インク組成物は、必要に応じて用いる酸化防止剤を含んでもよい。インク組成物の必要に応じて用いる酸化防止剤は、画像を酸化から保護すると共に、インク調製プロセスの加熱部分でインク成分を酸化から保護する。
必要に応じて用いる酸化防止剤が存在する場合、酸化防止剤は、任意の所望の量または有効量、インク組成物中に存在する。例えばある実施形態では、インク組成物の少なくとも約0.01重量%、または例えばインク組成物の少なくとも約0.1重量%、または例えばインク組成物の少なくとも約1重量%で、インク組成物中に存在する。
実施形態の輻射線硬化性相変化インクは、任意の好適な技術で調製することができる。例えば、インクは以下のように調製され得る。最初に、開始剤成分を、必要に応じて用いられる反応性希釈剤または硬化性モノマー、及び必要に応じて用いられるオリゴマーの混合物と混合し、インク組成物の50重量%未満または15重量%未満であり得る特定の量のゲル化剤を添加し、50重量%未満または10重量%未満であり得る特定の量の反応性ワックスを必要に応じて添加し、混合物を加熱して低粘度の単一相を得、その後、混合物を撹拌しながら、この熱せられた混合物を、加熱された顔料分散物(濃縮物であってもよい)にゆっくりと添加する。その後、インク組成物を、必要に応じて高温で、フィルターで濾過して不要な粒子を除去してもよい。インク組成物の調製方法は、インク組成物の調製に用いられる反応性ゲル化剤の種類を考慮して変更されてもよい。
本開示に記載のインク組成物は、約100℃未満の温度で噴射され得る。例えば約40〜約100℃、または約55〜約90℃、または約80℃未満、または約60〜約80℃、例えば約70℃の温度で噴射され得る。
本命鎖書に記載のインク組成物のゲル化温度は約30〜約75℃であり得、例えば約30〜約70℃、または約35〜約70℃、または約45〜約65℃、または約40〜約50℃、例えば約45℃であり得る。
インク組成物は、最終的な記録支持体である記録支持体上に溶融インク液滴が像様パターンで吐出されるダイレクト印刷用のインクジェットプロセス用装置に用いることができる。記録支持体は、記録中、任意の好適な温度であってよい。ある実施形態では、記録支持体は室温であってよい。しかし、いくつかのある実施形態では、表面温度が例えばインク組成物のゲル相転移温度内になるように、支持体を加熱または冷却してもよい。例えば、支持体は、約5〜約160℃、例えば約15〜約50℃、または例えば約20〜約40℃の温度に維持され得る。
インク組成物は、中間転写部材である記録支持体上に溶融インク液滴が像様パターンで吐出され、像様パターンのインクがその後中間転写部材から最終記録支持体に転写される、インダイレクト印刷(オフセット印刷)のインクジェット用途にも用いることができる。
インク組成物は、中間転写支持体(例えば中間転写ドラムまたはベルト等)の上への噴射に適している。
中間転写部材は、ドラムまたはベルト等の任意の好適な形態をとり得る。部材表面は室温であってもよく、またある実施形態では、部材は加熱され、例えばインク組成物がゲル状態になる温度範囲内の表面温度を有し得る。例えば、表面は、約25〜約100℃、例えば約30〜約70℃、または約30〜約50℃等の温度に維持され得る。これにより、噴射されたインクが急速にゲルを形成し、画像受容支持体に転写されるまで該ゲルが転写部材表面に維持される。したがって、インクは、例えばインク組成物のゲル転移温度よりも高い、インクが噴射され得る温度である第1の温度に加熱され得、この第1の温度は例えば約40〜約100℃であり得る。ゲルが形成される温度である第2の温度は、前述したように、第1の温度より低く、例えば約25〜約100℃である。
中間転写部材表面上に噴射された後、インク組成物は、中間転写部材表面上で限定的なインクの硬化が起こるように限定的な程度に輻射線に曝露され得る。この中間硬化は、インク組成物を完全に硬化させず、噴射されるインクが画像受容支持体に適切な浸透量で転写されるように、噴射されるインクの調整を単に補助するものであり、そのためには、転写前にインク液滴が特定のレオロジーを有することが必要である。中間硬化を実施する場合、硬化の程度の制御については、米国特許出願公開第2006/0158496号および同第2006/0119686号を参照する。
中間転写部材への噴射および必要に応じてその上で行われる中間硬化の後、インク組成物は画像受容支持体に転写される。支持体は、非多孔性かつ可撓性の食品包装支持体、食品包装紙の接着剤、ホイル積層物、ファブリック、プラスチック、ガラス、金属等の任意の好適な材料であってよい。
インク組成物の支持体への転写後に、または、ダイレクト印刷を用いる場合はインク組成物の支持体への噴射後に、支持体上の画像を輻射線に曝すことで、インク組成物が硬化される。例えば、適切な波長の輻射線、主にインクの開始剤が吸収する波長の輻射線が用いられ得る。これにより、インク組成物の硬化反応が開始する。輻射線への曝露は長時間である必要はなく、例えば約0.05〜約10秒間、例えば約0.2〜約2秒間で起こり得る。インク組成物の輻射線硬化性成分の架橋を開始させるために用いられるエネルギー源としては、例えば紫外領域または可視領域のスペクトルに波長を有する輻射線等の化学線、例えば電子ビーム照射等の加速粒子、例えば加熱または赤外線照射等の熱源、等が挙げられる。ある実施形態では、そのエネルギーが架橋の開始および速度の制御において優れていることから、化学線がエネルギーとして使用される。インク組成物の硬化性成分は反応して、硬化または架橋された、適切な硬度および堅牢性のネットワークを形成する。ある実施形態では、硬化は実質的に完了する(すなわち、硬化性成分の少なくとも75%が硬化(反応および/または架橋)する)。これにより、インク組成物は実質的に硬化され、それにより、耐傷性がはるかに高くなり、支持体上でのインク透き通しの量が適切に制御される。
インダイレクト印刷プロセスを用いる場合、中間転写部材は、ドラムまたはローラー、ベルトまたはウェブ、平坦な表面またはプラテン等、任意の所望のまたは好適な構成を有していてよい。中間転写部材の温度は、中間転写部材の中または近くにヒーターを設置したり、転写部材を冷却するために気流を用いる等、任意の所望のまたは好適な方法で制御することができる。中間転写部材から最終記録支持体への転写は、例えば、中間転写部材と、ドラムまたはローラー、ベルトまたはウェブ、平坦な表面またはプラテン等、任意の所望のまたは有効な形態であり得る裏部材(back member)とで形成されたニップに、最終記録支持体を通過させる等、任意の所望のまたは好適な方法で行われ得る。転写は、任意の所望のまたは有効なニップ圧、例えば約5〜約2,000ポンド毎平方インチ、例えば約10〜約200ポンド毎平方インチで行われ得る。転写後、支持体上の画像を硬化する。インク組成物の光重合成分を硬化するための輻射線は、種々の可能な技術で提供され得、そのような技術としては、キセノンランプ、レーザー光、中圧水銀ランプ、Hバルブとして知られるマイクロ波励起水銀ランプ、DまたはVバルブと呼ばれるドープされた水銀ランプ、LED等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。如何なる特定の理論にも限定されるものではないが、本実施形態では、インク組成物は半固体状態で最終記録支持体に転写され、最終支持体中(例えば紙繊維)へのインク組成物の浸透を容易化し、且つ接着性の向上、透き通しの低減、および堆積高さの低減を可能にすると考えられる。
以下の輻射線硬化性相変化インク組成物の実施例で前述の実施形態を更に説明する。これらの実施例は、本開示の実施に用いることのできる種々の組成物および条件を説明するものであるが、本開示が多くの種類の組成物で実施可能であり、上記および以下の開示に従った上で、多くの異なる使用が可能であることは明らかであろう。特に断りのない限り、全ての割合は重量基準で示される。
下記の表1に記載されているように、4種類の異なる配合物を調製した。全成分を混ぜ、90℃、200rpmで約1時間混合することで、インクA〜Dを調製した。全てのインクは完全に混和性であり、高温で透明な溶液を形成し、室温に冷却された時に堅牢なゲルを形成した。
インクA〜Dの液滴を室温で多孔性紙上に配置して、60秒後にハローの形成および大きさについて評価した。図1〜4は、インク配合物中の硬化性固体成分の量が増えるにつれて、60秒後に記録されるハローの大きさが小さくなることを示している。65重量%では、紙上にインクを5分間超静置して維持した後でさえ、ハローは現れない。
75重量%の硬化性固体成分を含有するインク(インクC)も、図1に見られるように、多孔性の紙上で優れた性能を示し、液滴は明瞭であった。しかし、硬化するとインクCは非常に脆くなった。
図4は、25重量%の硬化性固体成分を含有するインク(インクA)が噴射および硬化された時に激しくハロー形成することを示しており、図3は、50重量%の硬化性固体成分を含有するインク(インクB)が噴射および硬化された時のハロー形成が限定的であることを示している。
図2は、65重量%の硬化性固体成分を含有するインクがハロー形成またはシネレシスを示さないことを示している。
ティー・エイ・インスツルメント社のRSF IIIで制御された歪みレオメーターを用い、且つd=50mmおよびgap=0.5mmの平行平板形状を用いて、動的(振動的)温度の段階的測定を行った。図5は、インクDおよび比較例のインクの試験結果を示す図であり、温度に対する複素粘度の変化を表している。見て分かるように、インクDはゲル温度が比較例のインクよりも大幅に低下している。
テンションクランプを備えたティー・エイ・インスツルメント社のQ800を用いて、硬化されたインクDおよび硬化された比較例のインクの動的機械的分析(DMA)を行った。測定結果を図6に示す。見て分かるように、インクDは室温で低い貯蔵弾性率を示した。従って、インクDは向上したハロー形成低減特性およびシネレシス低減特性を有することに加えて、向上した柔軟性を有し、且つ皺付けまたは折り目付けに際しての割れが少ないと予想される。

Claims (4)

  1. インクビヒクルと、
    アクリレート反応性基またはメタクリレート反応性基を含む硬化性固体成分と、
    を含有する、輻射線硬化性相変化インク組成物。
  2. 硬化性ワックス、ゲル化剤、及び光開始剤、を含有するインクビヒクル、並びに
    アルキルアクリレート系硬化性固体成分
    を含有し、噴射温度が80℃未満である、輻射線硬化性相変化インク組成物。
  3. 前記インクビヒクルが硬化性液体モノマーを含有する、請求項2に記載の輻射線硬化性相変化インク組成物。
  4. 支持体上に印刷するための輻射線硬化性相変化インク組成物、
    インク噴射装置、及び
    噴射された前記輻射線硬化性インクを硬化する輻射線硬化装置
    を備え、
    前記インク組成物がインクビヒクルと硬化性固体成分とを含有し、且つ、
    前記硬化性固体成分が、アクリレート反応性基またはメタクリレート反応性基を含む材料である、インク印刷装置。
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