JP2011213934A - 放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光重合性化合物と光重合開始剤とを含む放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物であって、カチオン重合性官能基含有ポリマーをさらに含み、前記カチオン重合性官能基含有ポリマーは該インク組成物の総量に対して0.3〜10質量%含まれる、放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物である。
【選択図】なし
Description
[1]
光重合性化合物と光重合開始剤とを含む放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物であって、カチオン重合性官能基含有ポリマーをさらに含み、前記カチオン重合性官能基含有ポリマーは該インク組成物の総量に対して0.3〜10質量%含まれる、放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
[2]
前記光重合開始剤が、ラジカル系光重合開始剤とカチオン系光重合開始剤とを含む、[1]に記載の放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
[3]
該インク組成物の総量に対する、前記ラジカル系光重合開始剤の有効成分の含有量をA質量%とし、前記カチオン系光重合開始剤の有効成分の含有量をB質量%としたとき、下記数式(1):
0.03≦B/A≦0.5 ・・・(1)
を満たす、[2]に記載の放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
[4]
カチオン重合性官能基含有ポリマーが、エポキシ基含有ポリマーを含む、[2]又は[3]のいずれかに記載の放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
[5]
前記エポキシ基含有ポリマーは、スチレン系ポリマー、スチレン−アクリル系コポリマー及びアクリル系ポリマーからなる群より選択される1種以上である、[4]に記載の放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
[6]
前記エポキシ基含有ポリマーのエポキシ当量が2,000g/eq以下である、[4]又は[5]に記載のインクジェット印刷用インク組成物。
[7]
前記エポキシ基含有ポリマーの重量平均分子量が200,000以下である、[4]〜[6]のいずれかに記載の放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
[8]
前記光重合性化合物は、芳香環骨格、飽和脂環骨格、及び不飽和脂環骨格からなる群より選択される1種以上の骨格を有する単官能(メタ)アクリレートを10〜50質量%含む、[1]〜[7]のいずれかに記載の放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
[9]
前記単官能(メタ)アクリレートは、フェノキシエチル(メタ)アクリレート及びイソボルニル(メタ)アクリレートのうち少なくとも一方である、[8]に記載の放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
[10]
25℃における粘度が5〜45mPa・sである、[1]〜[9]のいずれかに記載の放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
[11]
顔料及び染料のうち少なくとも一方の色材をさらに含む、[1]〜[10]のいずれかに記載の放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
本発明の一実施形態は、放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物に係る。より具体的には、本実施形態は、放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物に係る。当該放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物は、光重合性化合物と光重合開始剤とカチオン重合性官能基含有ポリマーとを含む。
本実施形態のインク組成物は、密着成分としてカチオン重合性官能基含有ポリマーを含むことにより、印刷メディアへの密着性に優れるとともに、特に皮膚刺激性や臭気が強い等の問題を克服することができる。
以下では、例えば、カチオン重合性官能基としてエポキシ基が含まれるカチオン重合性官能基含有ポリマーを、エポキシ基含有ポリマーという。
本実施形態のインク組成物に含まれる光重合性化合物は、後述する光重合開始剤の作用により光照射時に重合されて、印刷されたインクを硬化させることができる。上記光重合性化合物としては、従来公知の、単官能、2官能、及び3官能以上の多官能といった種々のモノマー及びオリゴマーが使用可能である。上記モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸及びマレイン酸等の不飽和カルボン酸やそれらの塩又はエステル、ウレタン、アミド及びその無水物、アクリロニトリル、スチレン、種々の不飽和ポリエステル、不飽和ポリエーテル、不飽和ポリアミド、並びに不飽和ウレタンが挙げられる。また、上記オリゴマーとしては、例えば、直鎖アクリルオリゴマー等の上記のモノマーから形成されるオリゴマー、エポキシ(メタ)アクリレート、オキセタン(メタ)アクリレート、ビニルエーテル基含有(メタ)アクリレート、脂肪族ウレタン(メタ)アクリレート、芳香族ウレタン(メタ)アクリレート及びポリエステル(メタ)アクリレートが挙げられる。
本実施形態のインク組成物に含まれる光重合開始剤は、放射線の照射による光重合によって、印刷メディアの表面に存在するインクを硬化させて印字を形成するために用いられる。ここで、上記放射線としては、γ線、β線、電子線、紫外線(UV)、可視光線及び赤外線が挙げられる。中でも、安全性や光源ランプのコストの観点から、紫外線が好ましい。
0.03≦B/A≦0.5 ・・・(I)
を満たすことが好ましい。B/Aが0.03以上であると、硬化性に一層優れたインク組成物が得られる。一方、B/Aが0.5以下であると、印刷メディアへの密着性に一層優れたインク組成物が得られる。また、B/Aは、0.05〜0.4であることがより好ましく、0.1〜0.3であることがさらに好ましい。
カチオン系光重合開始剤としては、特に限定されないが、下記一般式(1)で表される構造を有するオニウム塩を挙げることができる。
[R12 aR13 bR14 cR15 dW]m+[MX(n+m)]m- ・・・(1)
式中、WはS原子、Se原子、Te原子、P原子、As原子、Sb原子、Bi原子、O原子、ハロゲン原子(例えばI原子、Br原子、Cl原子)、又は、−N+≡N(ジアゾ)である。R12、R13、R14及びR15は同一または異なる有機基である。a、b、c及びdはそれぞれ0〜3の整数であって、(a+b+c+d)はWの価数に等しい。他方、Mは、ハロゲン化物錯体[MX(n+m)]の中心原子を構成する金属原子またはメタロイド原子であり、特に限定されないが、例えば、B原子、P原子、As原子、Sb原子、Fe原子、Sn原子、Bi原子、Al原子、Ca原子、In原子、Ti原子、Zn原子、Sc原子、V原子、Cr原子、Mn原子又はCo原子である。Xはハロゲン原子であれば特に限定されないが、例えば、F原子、Cl原子又はBr原子であり、mはハロゲン化物錯体イオンの正味の電荷であり、nはMの原子価である。
[MXn(OH)]- ・・・(2)
ここで、式中、M、X及びnは、それぞれ一般式(1)に示したものと同義である。
また、上記の特許文献1に開示されたカチオン系光重合開始剤が参照によって本願に取り込まれる。
上記のラジカル系光重合開始剤としては、特に限定されないが、例えば、芳香族ケトン類、アシルホスフィン化合物、芳香族オニウム塩化合物、有機過酸化物、チオ化合物、ヘキサアリールビイミダゾール化合物、ケトオキシムエステル化合物、ボレート化合物、アジニウム化合物、メタロセン化合物、活性エステル化合物、炭素ハロゲン結合を有する化合物、及びアルキルアミン化合物が挙げられる。上記の特許文献1に開示されたラジカル系光重合開始剤が参照によって本願に取り込まれる。
本実施形態のインク組成物は、色材をさらに含んでもよい。上記色材は、顔料及び染料のうち少なくとも一方である。
本実施形態において、色材として顔料を用いることにより、インク組成物の耐光性を向上させることができる。顔料は、無機顔料及び有機顔料のいずれも使用することができる。
本実施形態において、色材として染料を用いることにより、インクの低粘度化が一層容易になり、かつ、顔料の付着や分散性の低下による吐出不良を防止できる。上記染料としては、特に限定されることなく、酸性染料、直接染料、反応性染料及び塩基性染料が使用可能である。上記染料として、例えば、C.I.アシッドイエロー17,23,42,44,79,142、C.I.アシッドレッド52,80,82,249,254,289、C.I.アシッドブルー9,45,249、C.I.アシッドブラック1,2,24,94、C.I.フードブラック1,2、C.I.ダイレクトイエロー1,12,24,33,50,55,58,86,132,142,144,173、C.I.ダイレクトレッド1,4,9,80,81,225,227、C.I.ダイレクトブルー1,2,15,71,86,87,98,165,199,202、C.I.ダイレクドブラック19,38,51,71,154,168,171,195、C.I.リアクティブレッド14,32,55,79,249、C.I.リアクティブブラック3,4,35が挙げられる。
本実施形態のインク組成物は、溶剤を含んでもよい。上記溶剤としては、水以外であれば特に限定されることなく、好ましくは有機溶剤、より好ましくは極性有機溶媒(溶剤)を用いることができる。上記有機溶剤として、特に限定されないが、例えば、アルコール類(例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、イソプロピルアルコール、又はフッ化アルコール等)、ケトン類(例えば、アセトン、メチルエチルケトン、又はシクロヘキサノン等)、カルボン酸エステル類(例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、又はプロピオン酸エチル等)、又はエーテル類(例えば、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、又はジオキサン等)等を用いることができる。これらの有機溶剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本実施形態のインク組成物は、上記に挙げた成分以外の成分を含んでもよい。このような成分としては、特に制限されないが、例えば従来公知の、分散剤、重合促進剤、スリップ剤、浸透促進剤及び湿潤剤(保湿剤)、並びにその他の添加剤があり得る。上記のその他の添加剤として、例えば従来公知の、定着剤、防黴剤、防腐剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、キレート剤、pH調整剤及び増粘剤が挙げられる。また、本実施形態のインク組成物は、上記のカチオン重合性官能基含有ポリマー以外の密着成分を含んでもよい。
本実施形態のインク組成物の25℃における粘度は、好ましくは5〜45mPa・sであり、より好ましくは6〜40mPa・sであり、さらに好ましくは7〜35mPa・sである。上記範囲内である場合、吐出安定性を向上させることができる。ここで、本明細書における粘度は、後記の実施例の項において行った方法により測定する。
下記の実施例及び比較例において使用した成分は、以下の通りである。
〔顔料〕
・IRGALITE BLUE GLVO(シアン顔料、チバジャパン社製、表1ではBLUE GLVOと略記した。)
〔分散剤〕
・Solsperse 36000 (LUBRIZOL社製、表1ではSOL36000と略記した。)
〔単官能モノマー〕
・フェノキシエチルアクリレート ビスコート#192(大阪有機化学社(OSAKA ORGANIC CHEMICAL INDUSTRY LTD.)製、表1ではPEAと略記した。)
・イソボルニルアクリレート IBXA(大阪有機化学社製、表1ではIBXAと略記した。)
・ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート FA−512AS(日立化成社(Hitachi Chemical Co., Ltd.)製、表1ではDCPOEAと略記した。)
・ベンジルアクリレート FA−BZA(日立化成社製、表1ではBZAと略記した。)
〔2官能モノマー〕
・トリプロピレングリコールジアクリレート ビスコート#310HP(大阪有機化学社製、表1では3PGAと略記した。)
・ジプロピレングリコールジアクリレート MKエステル APG−100(新中村化学社(Shin Nakamura Chemical Co., Ltd.)製、表1では2PGAと略記した。)
〔スリップ剤〕
・シリコン系表面調整剤 UV−3500(BYK社製、表1ではUV−3500と略記した。)
〔重合促進剤〕
・アミノアクリレート EBECRYL7100(ダイセル・サイテック社(DAICEL-CYTEC Company LTD.)製、表1ではEBECRYL7100と略記した。)
〔密着成分〕
(カチオン重合性官能基含有ポリマー)
・スチレン系ポリマー 重量平均分子量9,000 エポキシ当量530 マープルーフG−0130S−P(日油社製、表1ではM−0130と略記した。)
・アクリル系ポリマー 重量平均分子量8,000〜10,000 エポキシ当量310 マープルーフG−0150M(日油社製、表1ではM−0150と略記した。)
・スチレン系ポリマー 重量平均分子量20,000 エポキシ当量310 マープルーフG−0250S(日油社製、表1ではM−0250と略記した。)
・アクリル系ポリマー 重量平均分子量100,000 エポキシ当量3300 マープルーフG−1005S(日油社製、表1ではM−1005Sと略記した。)
次の様にして、オキセタン基含有ポリマーを作製した。オキセタン基含有アクリルモノマーとして、メタクリル酸3−エチル−3−オキセタニルメチル10gを用意し、反応溶媒としてトルエン中に希釈し、ラジカル重合開始剤として、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)0.02gを添加し、十分に撹拌して均一にした。この溶液が入った反応容器を、水浴中で撹拌しながら水浴の温度を上げて、重合反応を行った。水温を室温から徐々に昇温し、80℃まで24時間かけて上昇させ、上記メタクリル基をラジカル重合によって反応させてポリマー化した。その後、室温まで冷却し、脱溶媒を行い、オキセタン基含有ポリマー(以下、「ポリマーO」と称する。)を作製した。
上記ポリマーOのオキセタン当量は、約170であった。
次の様にして、ビニルエーテル基含有ポリマーを作製した。ビニルエーテル基及びアクリル基の両方を有するモノマーとしてアクリル酸−2−(2−ビニロキシエトキシ)エチル 10gを用意し、反応溶媒としてトルエン中に希釈し、ラジカル重合開始剤としてAIBN 0.02gを添加し、十分に撹拌して均一にした。この溶液が入った反応容器を水浴中で撹拌しながら水浴の温度を上げて、重合反応を行った。水温を室温から徐々に昇温し80℃まで24時間かけ上昇させ、上記アクリル基をラジカル重合によって反応させてポリマー化した。その後、室温まで冷却し、脱溶媒を行い、ビニルエーテル基含有アクリルポリマー(以下、「ポリマーV」と称する。)を作製した。
上記ポリマーVのビニルエーテル当量は、ポリマーの分子量及び分子構造から、約180と計算された。
・テトラヒドロフルフリルアクリレート ビスコート#150(大阪有機化学社製、表1ではTHF−Aと略記した。)
・カチオン重合性官能基非含有ポリマー ポリメチルメタクリレート(関東化学社製、表1ではPMMAと略記した。)
(ラジカル系)
・IRGACURE 819(チバジャパン社製、固形分100%、表1では819と略記した。)
・DAROCURE TPO(チバジャパン社製、固形分100%、表1ではTPOと略記した。)
・DETX−S(日本化薬社製、固形分100%、表1ではDETXと略記した。)
(カチオン系)
・CPI−210S(サンアプロ社製、開始剤の有効成分の含有量 100%、表1ではCPI−210Sと略記した。)
・IRGACURE 250(チバ・ジャパン社製、開始剤の有効成分の含有量 75%、表1ではIRGACURE 250と略記した。また、表1には、有効成分75%で換算後の添加量を記載した。)
〔放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物の評価〕
下記の実施例及び比較例で得られた放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物に対して、粘度、臭気及びその他安全性を、以下のようにして評価した。
放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物に対して、DVM−E型回転粘度計(東京計器株式会社(TOKYO KEIKI INC.)製)を用いて、25℃における粘度を測定し、下記のランクA〜Eに基づき評価した。
・A:5mPa・s以上35mPa・s未満
・B:35mPa・s以上45mPa・s未満
・C:45mPa・s以上55mPa・s未満
・D:55mPa・s以上65mPa・s未満
・E:65mPa・s以上
インク組成物の臭気を嗅ぎ、下記のランクA〜Dに基づき評価した。
・A:臭気がないか、又はほとんど気にならない。
・B:わずかに臭気と感じる。
・C:中程度の臭気を感じる。
・D:強い臭気を感じる。
インク組成物の安全性の観点から、上記組成物中の成分として、PIIが5以上の成分がある場合は、下記の表1中にPII値及び成分名を記載した。なお、PII値は、皮膚刺激性試験で用いられる評価基準である。
下記の実施例及び比較例で得られた放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物を、ピエゾ型インクジェットノズルを備えたインクジェット記録装置に充填し、PVCシート(Flontlite Grossy 120g、Cooley社製)上に印字して各種画像を得た。各印刷物の膜厚は、10μmになるようにインク吐出量を調整した。上記各放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物の吐出性は良好で、良好な各種画像が得られた。得られた画像は、メタハライドランプで1PASSあたり250mJ/cm2の照射条件で硬化を行い、表面タックがなくなるまでPASS数を追加した上で、以下の評価を行った。
JIS K5600−5−6に準じて、塗膜面にクロスカットを行い、セロハンテープによる剥離試験の結果から、下記のランクA〜Eに基づき密着性を評価した(クロスカット評価)。なお、各ランクの値は、ハガレ率を計算して得られた値の小数点第1位を四捨五入したものである。
・A:ハガレ率 0〜5%
・B:ハガレ率 6〜15%
・C:ハガレ率 16〜35%
・D:ハガレ率 36〜65%
・E:ハガレ率 66〜100%
メタハライドランプを用いて、1PASSあたり250mJ/cm2の照射条件で硬化を行い、表面タックがなくなるまでのPASS数で、下記のランクA〜Eに基づき評価した。
・A:1PASS
・B:2PASS
・C:3PASS
・D:4PASS
・E:5PASS
下記表1に記載の成分を、表1に記載の組成(単位:質量%)となるように添加し、これを高速水冷式撹拌機により撹拌することにより、シアン色のUV硬化性インクジェット印刷用インクを得た。評価結果を下記表2に示す。なお、表1中の空欄部分は無添加を意味する。
[表2]
[表3]
[表4]
Claims (11)
- 光重合性化合物と光重合開始剤とを含む放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物であって、
カチオン重合性官能基含有ポリマーをさらに含み、
前記カチオン重合性官能基含有ポリマーは該インク組成物の総量に対して0.3〜10質量%含まれる、放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物。 - 前記光重合開始剤が、ラジカル系光重合開始剤とカチオン系光重合開始剤とを含む、請求項1に記載の放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
- 該インク組成物の総量に対する、前記ラジカル系光重合開始剤の有効成分の含有量をA質量%とし、前記カチオン系光重合開始剤の有効成分の含有量をB質量%としたとき、下記数式(1):
0.03≦B/A≦0.5 ・・・(1)
を満たす、請求項2に記載の放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物。 - カチオン重合性官能基含有ポリマーが、エポキシ基含有ポリマーを含む、請求項2又は3のいずれか1項に記載の放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
- 前記エポキシ基含有ポリマーは、スチレン系ポリマー、スチレン−アクリル系コポリマー及びアクリル系ポリマーからなる群より選択される1種以上である、請求項4に記載の放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
- 前記エポキシ基含有ポリマーのエポキシ当量が2,000g/eq以下である、請求項4又は5に記載のインクジェット印刷用インク組成物。
- 前記エポキシ基含有ポリマーの重量平均分子量が200,000以下である、請求項4〜6のいずれか1項に記載の放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
- 前記光重合性化合物は、芳香環骨格、飽和脂環骨格、及び不飽和脂環骨格からなる群より選択される1種以上の骨格を有する単官能(メタ)アクリレートを10〜50質量%含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
- 前記単官能(メタ)アクリレートは、フェノキシエチル(メタ)アクリレート及びイソボルニル(メタ)アクリレートのうち少なくとも一方である、請求項8に記載の放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
- 25℃における粘度が5〜45mPa・sである、請求項1〜9のいずれか1項に記載の放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
- 顔料及び染料のうち少なくとも一方の色材をさらに含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載の放射線硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
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