JP2012046719A - インクジェット記録方法、及び、印刷物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】インク吐出側の面が親インク処理されたノズルプレートを有するインクジェットヘッドを用いて、重合性化合物及び重合開始剤を含み、かつ表面張力が34.0〜40.0mN/mの範囲内であるインク組成物を吐出し、被記録媒体上に画像を形成する画像形成工程、及び、吐出されたインク組成物に活性放射線を照射してインク組成物を硬化する硬化工程、を含むことを特徴とするインクジェット記録方法、並びに、前記インクジェット記録方法により記録された印刷物。
【選択図】図1
Description
インクジェット方式は、印刷装置が安価であり、かつ、印刷時に版を必要とせず、必要とされる画像部のみにインク組成物を吐出し被記録媒体上に直接画像形成を行うため、インク組成物を効率良く使用でき、特に小ロット生産の場合にランニングコストが安い。更に、騒音が少なく、画像記録方式として優れており、近年注目を浴びている。
中でも、紫外線などの放射線の照射により硬化可能なインクジェット記録用インク組成物(放射線硬化型インクジェット記録用インク組成物)は、紫外線などの放射線の照射によりインク組成物の成分の大部分が硬化するため、溶剤系インク組成物と比べて乾燥性に優れ、また、画像がにじみにくいことから、種々の被記録媒体に印字できる点で優れた方式である。
放射線の照射により硬化可能なインクジェット記録用インク組成物として、特許文献1及び2に記載のインク組成物が挙げられる。
また、インク組成物の吐出に用いられるインクジェットヘッドとして、特許文献3に記載のインクジェットヘッドが挙げられる。
高い生産性を有するインクジェットヘッドの一つに、ノズルプレートの少なくとも一部が親インク処理されたインクジェットヘッドがある。親インク処理されたノズルプレートは、ノズルプレートの表面にインク液膜を形成する。該インク液膜を形成することにより、吐出精度、吐出安定性が高いインクジェット記録を行える。また、吐出時にインクミストが発生してもインク液膜に吸着するため、インクミストによる吐出障害が起こりにくい。
高精細な画像を得るためには小滴のインク組成物を吐出可能なインクジェットヘッドを用いることが必須である。しかしながら、ノズルプレートの表面に形成されるインク液膜の厚みの制御が難しく、インク液膜が厚過ぎる場合には、小滴(特に100pL以下の小滴)の吐出が安定せず、吐出不良や画質低下につながる場合があった。
<1>インク吐出側の面が親インク処理されたノズルプレートを有するインクジェットヘッドを用いて、重合性化合物及び重合開始剤を含み、かつ表面張力が34.0〜40.0mN/mの範囲内であるインク組成物を吐出し、被記録媒体上に画像を形成する画像形成工程、及び、吐出されたインク組成物に活性放射線を照射してインク組成物を硬化する硬化工程、を含むことを特徴とするインクジェット記録方法、
<2>前記ノズルプレートが、インク吐出側の面の少なくとも一部に、ダイアモンド状炭素、金属、半金属酸化物、金属酸化物、半金属窒化物及び金属窒化物よりなる群から選ばれた少なくとも1種により形成された層を備える、上記<1>に記載のインクジェット記録方法、
<3>前記ノズルプレートが、インク吐出側の面の少なくとも一部に、金、ステンレス、鉄、チタン、タンタル、プラチナ、ロジウム、ニッケル、クロム、酸化ケイ素、窒化ケイ素及び窒化アルミニウムよりなる群から選ばれた少なくとも1種により形成された層を備える、上記<1>又は<2>に記載のインクジェット記録方法、
<4>前記ノズルプレートが、インク吐出側の面の少なくとも一部に、金、ステンレス及び酸化ケイ素よりなる群から選ばれた少なくとも1種により形成された層を備える、上記<1>〜<3>のいずれか1つに記載のインクジェット記録方法、
<5>前記ノズルプレートが、インク吐出側の面の少なくとも一部に、金及び酸化ケイ素よりなる群から選ばれた少なくとも1種により形成された層を備える、上記<1>〜<4>のいずれか1つに記載のインクジェット記録方法、
<6>前記ノズルプレートが、インク吐出側の面の少なくとも一部に、金により形成された層を備える、上記<1>〜<5>のいずれか1つに記載のインクジェット記録方法、
<7>前記画像形成工程において吐出するインク組成物の液滴の体積が、1〜100pLである、上記<1>〜<6>のいずれか1つに記載のインクジェット記録方法、
<8>前記重合性化合物が、(成分A)N−ビニル化合物、(成分B)芳香族炭化水素基を有する(メタ)アクリレート化合物、及び、(成分C)多官能(メタ)アクリレート化合物を含む、上記<1>〜<7>のいずれか1つに記載のインクジェット記録方法。
<9>成分Aが、N−ビニルカプロラクタム類である、上記<8>に記載のインクジェット記録方法、
<10>成分Bが、単官能の(メタ)アクリレート化合物である、上記<8>又は<9>に記載のインクジェット記録方法、
<11>成分Bが、2−フェノキシエチル(メタ)アクリレート又はベンジル(メタ)アクリレートである、上記<10>に記載のインクジェット記録方法、
<12>前記インク組成物中の成分Cの含有量が、50重量%以下である、上記<8>〜<11>のいずれか1つに記載のインクジェット記録方法、
<13>前記インク組成物中の重合開始剤の含有量が、20重量%以下である、上記<1>〜<12>のいずれか1つに記載のインクジェット記録方法、
<14>前記インク組成物が、着色剤を更に含有する、上記<1>〜<13>のいずれか1つに記載のインクジェット記録方法、
<15>前記着色剤が、顔料又は油性染料を含有する、上記<14>に記載のインクジェット記録方法、
<16>前記インク組成物の表面張力が、35.0〜39.0mN/mである、上記<1>〜<15>のいずれか1つに記載のインクジェット記録方法、
<17>上記<1>〜<16>のいずれか1つに記載のインクジェット記録方法によって記録されたことを特徴とする印刷物。
また、前記重合性化合物が、(成分A)N−ビニル化合物、(成分B)芳香族炭化水素基を有する(メタ)アクリレート化合物、及び、(成分C)多官能(メタ)アクリレート化合物を含むことが好ましい。
なお、明細書中、数値範囲を表す「X〜Y」の記載は「X以上Y以下」と同義である。また、前記「(成分A)N−ビニル化合物」等を単に「成分A」等ともいう。また、「アクリレート」、「メタクリレート」の双方あるいはいずれかを指す場合「(メタ)アクリレート」とも記載する。以下、本発明について詳細に説明する。
まず、本発明に使用されるインク組成物(以下、「本発明のインク組成物」ともいう。)について詳述する。
本発明のインク組成物は、活性放射線により硬化可能な油性のインク組成物である。「活性放射線」とは、その照射によりインク組成物中に開始種を発生させるエネルギーを付与できる放射線であり、α線、γ線、X線、紫外線、可視光線、電子線などを包含する。中でも、硬化感度及び装置の入手容易性の観点から紫外線及び電子線が好ましく、紫外線が特に好ましい。
また、本発明のインク組成物は、放射線硬化型のインク組成物であり、インク組成物を被記録媒体上に適用後硬化させるため、高揮発性溶剤を含まず、無溶剤であることが好ましい。これは、硬化されたインク画像中に高揮発性溶剤が残留すると、耐溶剤性が劣化したり、残留する高揮発性溶剤のVOC(Volatile Organic Compound)の問題が生じるためである。
本発明のインク組成物は、N−ビニル化合物を含有することが好ましい。
N−ビニル化合物としては、N−ビニルラクタム類が好ましく、式(a−1)で表される化合物がより好ましい。
本発明のインク組成物は、(成分B)芳香族炭化水素基を有する単官能(メタ)アクリレート化合物を含有することが好ましい。成分Bを含有しない場合には、吐出安定性、及び、硬化性が低下する。成分Bとしては、分子量が500以下のものが好ましく、分子量が300以下のものがより好ましい。
成分Bとして、特開2009−096985号公報の段落0048〜0063に記載された、芳香族単官能ラジカル重合性モノマーが挙げられる。本発明においては、芳香族炭化水素基を有する単官能(メタ)アクリレート化合物としては、式(b−1)で表される化合物が好ましい。
X1は二価の連結基を表し、エーテル結合(−O−)、エステル結合(−C(O)O−若しくは−OC(O)−)、アミド結合(−C(O)NR’−若しくは−NR’C(O)−)、カルボニル基(−C(O)−)、イミノ基(−NR’−)、置換基を有していてもよい炭素数1〜15のアルキレン基、又は、これらを2以上組み合わせた二価の基であることが好ましい。なお、R’は水素原子、炭素数1〜20の直鎖状、分岐状若しくは環状アルキル基、又は、炭素数6〜20のアリール基を表す。置換基としては、ヒドロキシ基、ハロゲン原子が挙げられる。
R1及びX1を含む部分(H2C=C(R1)−C(O)O−X1−)は、芳香族炭化水素構造上の任意の位置で結合することができる。
また、着色剤との親和性を向上させるという観点から、X1の芳香族炭化水素基と結合する端部は、酸素原子であることが好ましく、エーテル性酸素原子であることがより好ましい。式(b−1)におけるX1は、*−(LO)q−であることが好ましい。ここで、*は、式(b−1)のカルボン酸エステル結合との結合位置を示し、qは0〜10の整数であり、Lは炭素数2〜4のアルキレン基を表す。qは0〜4の整数であることが好ましく、0〜2の整数であることがより好ましく、1又は2であることが更に好ましい。(LO)qは、エチレンオキシド鎖又はプロピレンオキシド鎖であることが好ましい。
中でも本発明においては、フェニル基、ナフチル基が好ましく、単環芳香族炭化水素基、すなわちフェニル基がより好ましい。
uは、0〜5の整数を表し、0であることが好ましい。
本発明のインク組成物は、成分B以外のその他の単官能(メタ)アクリレート化合物を含有してもよい。成分B以外の単官能(メタ)アクリレート化合物としては、イソアミル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、イソアミルスチル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシルジグリコール(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ブトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、サイクリックトリメチロールプロパンフォーマルアクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシプロピレングリコール(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−(メタ)アクリロイキシエチルコハク酸、2−(メタ)アクリロイキシエチル−2−ヒドロキシエチルフタル酸、ラクトン変性可とう性(メタ)アクリレート、t−ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、2−(2−エトキシエトキシ)エチルアクリレート、シクロペンテニルアクリレート、シクロペンテニルオキシエチルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート等が挙げられる。
中でも、密着性が向上することから、2−(2−エトキシエトキシ)エチルアクリレートが特に好ましい。
表面張力を40mN/m以下にコントロールする観点では、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート等のヒドロキシル基含有モノマーの含有量は0重量%を超え30重量%以下の範囲で使用することが好ましい。
柔軟性の観点から、成分A及び成分Bを含む単官能の重合性化合物の合計含有量がインク組成物中40重量%以上であることが好ましく、45〜80重量%がより好ましく、50〜70重量%が更に好ましい。
本発明のインク組成物は、(成分C)多官能(メタ)アクリレート化合物を含有することが好ましい。インク組成物が多官能(メタ)アクリレート化合物を含有しない場合には、硬化性が低下する。
オリゴマーとしては、官能基として(メタ)アクリロイル基を有するものが好ましい。
オリゴマーに含まれる官能基数は、柔軟性と硬化性とのバランスの観点から、1分子あたり1〜15が好ましく、2〜6がより好ましく、2〜4が更に好ましく、2が特に好ましい。
アミン変性ポリエステルオリゴマーとして、ダイセル・サイテック社製のEB524、EB80、EB81、サートマー社製のCN550、CN501、CN551、Rahn A.G.社製のGENOMER5275が挙げられる。
本発明のインク組成物は、(成分D)重合開始剤を含有することが好ましい。
重合開始剤としては、アシルフォスフィン化合物、芳香族ケトン類、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、及び、炭素ハロゲン結合を有する化合物等が挙げられる。
上記重合開始剤の詳細については、当業者に公知であり、例えば、特開2009−185186号公報の段落0090〜0116に記載されている。
以下、成分D−1〜成分D−3について説明する。
本発明のインク組成物は、好ましくは(成分D−1)α−アミノアルキルフェノン化合物を含有する。成分D−1を含有することにより硬化性に優れたインク組成物が得られる。成分D−1は、式(d−1−1)で表される化合物であることが好ましい。
R1、R2、及び、置換基は、式(d−1−1)におけるR1、R2、及び、置換基と同義であり、R4及びR5は、式(d−1−2)におけるR4及びR5と同義である。
前記複素環基としては、特に制限はなく、適宜選択することができるが、例えば、モルホリノ基が好ましい。
本発明のインク組成物は、好ましくは(成分D−2)アシルフォスフィン化合物を含有する。
(成分D−2)アシルフォスフィン化合物としては、特開2009−096985号公報の段落0080〜0098に記載のアシルフォスフィンオキサイド化合物が好ましく挙げられ、中でも、化合物の構造中に式(d−2−1)又は式(d−2−2)で表される構造を有するものが好ましい。
中でも、式(d−2−3)で表されるモノアシルフォスフィンオキサイド化合物としては、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド(Darocur TPO:チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製、Lucirin TPO:BASF社製)が好ましい。
中でも、式(d−2−4)で表されるビスアシルフォスフィンオキサイド化合物としては、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルフォスフィンオキサイド(IRGACURE819、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)が好ましい。
本発明のインク組成物は、好ましくは(成分D−3)チオキサントン化合物及び/又はチオクロマノン化合物を含有する。成分D−3を含有することにより、硬化性に優れたインク組成物が得られる。
チオキサントン化合物は、式(d−3−1)で表される化合物であることが好ましい。
R1〜R8は、それぞれ隣接する2つが互いに連結して環を形成していてもよい。これらが環を形成する場合の環構造としては、5又は6員環の脂肪族環、芳香族環などが挙げられ、炭素原子以外の元素を含む複素環であってもよく、また、形成された環同士が更に組み合わさって2核環、例えば、縮合環を形成していてもよい。これらの環構造は置換基を更に有していてもよい。置換基としては、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、アルキルチオ基、アルキルアミノ基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシル基、カルボキシ基及びスルホ基が挙げられる。形成された環構造が複素環である場合のヘテロ原子の例としては、N、O、及びSを挙げることができる。
これらの中でも、入手容易性や硬化性の観点から、2,4−ジエチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、及び、4−イソプロピルチオキサントンがより好ましい。
チオクロマノン化合物としては、式(d−3−2)で表される化合物であることが好ましい。
R1、R2、R3及びR4は、それぞれ隣接する2つが互いに連結、例えば、縮合して環を形成していてもよい。
これらが環を形成する場合の環構造としては、5又は6員環の脂肪族環、芳香族環などが挙げられ、炭素原子以外の元素を含む複素環であってもよく、また、形成された環同士が更に組み合わさって2核環、例えば、縮合環を形成していてもよい。これらの環構造は置換基を更に有していてもよい。置換基としては、式(d−3−1)で前述したものが挙げられる。形成された環構造が複素環である場合のヘテロ原子の例としては、N、O、及びSを挙げることができる。
また、チオクロマノン化合物は、チオクロマノンの環構造上に少なくとも1つの置換基(アルキル基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、アルキルチオ基、アルキルアミノ基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシル基、カルボキシ基及びスルホ基等)を有する化合物であることが好ましい。上記置換基としては、アルキル基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アルキルチオ基、アルキルアミノ基、アルコキシ基及びアシルオキシ基が好ましく、炭素数1〜20のアルキル基及びハロゲン原子がより好ましく、炭素数1〜4のアルキル基及びハロゲン原子が更に好ましい。
また、チオクロマノン化合物は、芳香環上、及び、シクロヘキサノン環上のそれぞれに、少なくとも1つの置換基を有する化合物であることがより好ましい。
上記の範囲内であると、インク組成物を十分硬化させることができ、硬化度が均一な硬化膜を得ることができる。
本発明においては、硬化性の観点から、{(成分D−1と成分D−2との総重量):(成分D−3の総重量)}が、20:1〜1:1であることが好ましく、20:1〜1.5:1であることがより好ましく、15:1〜1.5:1であることが更に好ましい。
本発明のインク組成物は、形成された画像部の視認性を向上させるため、(成分E)着色剤を含有することが好ましい。着色剤としては、特に制限はないが、耐候性に優れ、色再現性に富んだ顔料及び油溶性染料が好ましく、溶解性染料等の公知の着色剤から任意に選択して使用できる。着色剤は、活性放射線による硬化反応の感度を低下させないという観点から、重合禁止剤として機能しない化合物を選択することが好ましい。
赤又はマゼンタ顔料としては、Pigment Red 3,5,19,22,31,38,42,43,48:1,48:2,48:3,48:4,48:5,49:1,53:1,57:1,57:2,58:4,63:1,81,81:1,81:2,81:3,81:4,88,104,108,112,122,123,144,146,149,166,168,169,170,177,178,179,184,185,208,216,226,257、Pigment Violet 3,19,23,29,30,37,50,88、Pigment Orange 13,16,20,36、青又はシアン顔料としては、Pigment Blue 1,15,15:1,15:2,15:3,15:4,15:6,16,17−1,22,27,28,29,36,60、緑顔料としては、Pigment Green 7,26,36,50、黄顔料としては、Pigment Yellow 1,3,12,13,14,17,34,35,37,55,74,81,83,93,94,95,97,108,109,110,120,137,138,139,153,154,155,157,166,167,168,180,185,193、黒顔料としては、Pigment Black 7,28,26、白色顔料としては、Pigment White 6,18,21などが目的に応じて使用できる。
本発明において、溶剤が硬化画像に残留する場合の耐溶剤性の劣化、及び、残留する溶剤のVOC(Volatile Organic Compound:揮発性有機化合物)の問題を避けるためにも、着色剤は、重合性化合物のような分散媒体に予め添加して、配合することが好ましい。なお、分散適性の観点のみを考慮した場合、着色剤の添加に使用する重合性化合物は、最も粘度の低いモノマーを選択することが好ましい。着色剤はインク組成物の使用目的に応じて、1種又は2種以上を適宜選択して用いればよい。
インク組成物中における着色剤の含有量は、色、及び使用目的により適宜選択されるが、インク組成物全体の重量に対し、0.01〜30重量%であることが好ましい。
本発明のインク組成物は、保存性を高める観点から(成分F)重合禁止剤を含有することが好ましい。
インク組成物をインクジェット記録用インク組成物として使用する場合には、25〜80℃の範囲で加熱、低粘度化して吐出することが好ましく、熱重合によるヘッド詰まりを防ぐためにも、重合禁止剤を添加することが好ましい。
重合禁止剤としては、例えば、ニトロソ系重合禁止剤、ハイドロキノン、ベンゾキノン、p−メトキシフェノール、TEMPO、TEMPOL、クペロンAl、ヒンダードアミン等が挙げられ、中でもニトロソ系重合禁止剤、ヒンダードアミン系重合禁止剤が好ましい。本発明に好ましく使用されるニトロソ系重合禁止剤の具体例を以下に示すがこれらに限定されるものではない。
ヒンダードアミン系重合禁止剤の市販品としては、TINUVIN292、TINUVIN770DF、TINUVIN765、TINUVIN123が挙げられる。
本発明のインク組成物中における重合禁止剤の含有量は、0.01〜1.5重量%が好ましく、0.1〜1.0重量%がより好ましく、0.2〜0.8重量%が更に好ましい。上記の数値の範囲内であると、インク組成物の調製時、保管時の重合を抑制でき、インクジェットノズルの詰まりを防止できる。
本発明のインク組成物には、必要に応じて、前記各成分以外に、増感剤、共増感剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、褪色防止剤、導電性塩類、溶剤、高分子化合物、塩基性化合物、界面活性剤、レベリング添加剤、マット剤、膜物性を調整するためのポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、ゴム系樹脂、ワックス類等を含有することができる。これらは、特開2009−185186号公報に記載されており、本発明においても使用できる。
なお、シリコーン系界面活性剤及びフッ素系界面活性剤以外の界面活性剤としては、特開昭62−173463号、同62−183457号の各公報に記載されたものが挙げられる。例えば、ジアルキルスルホコハク酸塩類、アルキルナフタレンスルホン酸塩類、脂肪酸塩類等のアニオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル類、アセチレングリコール類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロックコポリマー類等のノニオン性界面活性剤、アルキルアミン塩類、第四級アンモニウム塩類等のカチオン性界面活性剤が挙げられる。
本発明のインク組成物は、吐出性を考慮し、25℃における粘度が40mPa・s以下であることが好ましい。より好ましくは5〜40mPa・s、更に好ましくは7〜30mPa・sである。また吐出温度(好ましくは25〜80℃、より好ましくは25〜50℃)における粘度が、3〜15mPa・sであることが好ましく、3〜13mPa・sであることがより好ましい。本発明のインク組成物は、粘度が上記範囲になるように適宜組成比を調整することが好ましい。室温での粘度を高く設定することにより、多孔質な被記録媒体を用いた場合でも、被記録媒体中へのインク浸透を回避し、未硬化モノマーの低減が可能となるので好ましい。更に、インク液滴着弾時のインクの滲みを抑えることができ、その結果として画質が改善されるので好ましい。
また、前記インク組成物の表面張力は、35〜39mN/mであることが好ましく、36〜39mN/mであることが好ましい。上記範囲であると、親インク処理ノズルプレートを有するインクジェットヘッドとの組み合わせで吐出安定性により優れるインク組成物が得られる。
更に、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、コート紙、非コート紙など様々な被記録媒体へ記録する場合、滲み及び浸透の観点から、35mN/m以上が好ましく、濡れ性の点では39mN/m以下が好ましい。
本発明のインクジェット記録方法は、インク吐出側の面が親インク処理されたノズルプレートを有するインクジェットヘッドを用いて、重合性化合物及び重合開始剤を含み、かつ表面張力が34.0〜40.0mN/mの範囲内であるインク組成物を吐出し、被記録媒体上に画像を形成する画像形成工程(以下、「(a)工程」ともいう。)、及び、吐出されたインク組成物に活性放射線を照射してインク組成物を硬化する硬化工程(以下、「(b)工程」ともいう。)、を含むことを特徴とする。
本発明のインクジェット記録方法は、(a)工程及び(b)工程を含むことにより、被記録媒体上において硬化したインク組成物によって画像を形成する方法である。
まず、インク吐出側の面が親インク処理されたノズルプレートを有するインクジェットヘッドを用いて、重合性化合物及び重合開始剤を含み、かつ表面張力が34.0〜40.0mN/mの範囲内であるインク組成物を吐出し、被記録媒体上に画像を形成する画像形成工程について説明する。
本発明における被記録媒体としては、非吸収性被記録媒体が好ましく、中でもプラスチックフィルム、紙がより好ましい。
インク供給系は、例えば、本発明のインク組成物を含む元タンク、供給配管、インクジェットヘッド直前のインク組成物供給タンク、フィルター、ピエゾ型のインクジェットヘッドからなる。
インク吐出側の面が親インク処理されたノズルプレートを有するインクジェットヘッドとしては、例えばFUJIFILM Dimatix社製のピエゾ駆動方式によるオンデマンド・インクジェットヘッドが挙げられる。その具体例として、S−class、Q−class Sapphireが挙げられる。
ノズルの形状は、図1に示すように、吐出口102がノズルプレート100のインク吐出側の面から突出していないものが好ましく、板状の部材に貫通孔を設けることにより形成されたノズルがより好ましい。ノズルの開口部の形状としては、角丸多角形、円形、楕円形、矩形、多角形等が挙げられ、中でも角丸多角形、円形、多角形が好ましい。また、ノズルとなる貫通孔の断面形状は、図1に示すように、インク吐出口に向かって狭まるテーパー状のものが好ましい。
ここで、親インク処理されたノズルプレートの表面における接触角は、90°以下であることが好ましく、85°以下がより好ましく、80°以下が更に好ましい。上記の数値の範囲内であると、吐出が安定性するため好ましい。
ノズルプレートの表面における接触角は、基板ガラスをノズルプレートに変更し、純水を本発明におけるインク組成物に変更する以外は、「基板ガラス表面のぬれ性試験方法」(JIS R3257)に規定された方法に従って測定される。
具体的には、前記ノズルプレートが、インク吐出側の面の少なくとも一部に、ダイアモンド状炭素、金属、半金属酸化物、金属酸化物、半金属窒化物、金属窒化物よりなる群から選ばれた少なくとも1種により形成される層を備えることが好ましい。ここでいう半金属には、ケイ素、ゲルマニウム、ビスマス、ヒ素、アンチモン、ビスマス等のメタロイドが含まれ、中でもケイ素が好ましい。金属としては、金、鉄、チタン、タンタル、プラチナ、ロジウム、ニッケル、クロム等が好ましく、金、鉄がより好ましい。半金属酸化物としては、酸化ケイ素が好ましい。金属酸化物としては、酸化アルミニウムが好ましい。半金属窒化物としては、窒化ケイ素が好ましい。金属窒化物としては、窒化アルミニウムが好ましい。
本発明においては、前記ノズルプレートが、インク吐出側の面の少なくとも一部に、金、ステンレス、鉄、チタン、タンタル、プラチナ、ロジウム、ニッケル、クロム、酸化ケイ素、窒化ケイ素及び窒化アルミニウムよりなる群から選ばれた少なくとも1種により形成された層を備えることが好ましく、金、ステンレス、鉄、チタン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウムよりなる群から選ばれた少なくとも1種により形成された層を備えることがより好ましく、金、ステンレス及び酸化ケイ素よりなる群から選ばれた少なくとも1種により形成された層を備えることが更に好ましく、金及び酸化ケイ素よりなる群から選ばれた少なくとも1種により形成された層を備えることが特に好ましく、金により形成された層を備えることが最も好ましい。
図1に示すように、酸化ケイ素膜101は、ノズルプレート100全体に熱酸化により形成される。酸化ケイ素膜101は、インク吐出側の面に形成されていればよく、吐出口102の周辺、インク吐出側の面103、吐出口102の内壁の少なくとも一部に形成されていてもよい。
図2に示すように、ノズルのエッジ104に丸みを帯びさせる場合には、酸化ケイ素膜101を、例えばフッ化水素酸により除去することもできる。ノズルのエッジに丸みを帯びさせることにより、吐出が安定化するため好ましい。この場合、酸化ケイ素膜を除去した後に再びノズルプレートを熱酸化することで、酸化ケイ素膜が再び形成される。また、鋭角なエッジ部を丸くするために、シリコン製のノズルプレートをエッチング液(例えばKOH水溶液)に任意の時間で浸漬させてもよい。
酸化ケイ素膜101は、ノズルプレート100の表面を800〜1,200℃の温度で加熱処理することによって形成される。
図3は、酸化ケイ素膜を一度除去した後、保護層105がノズルプレート表面に形成された例を示す。メンテナンス時やインクジェット記録装置の作動時における損傷を防止する観点から、保護層105は、シリコン等の半導体層よりも耐久性が高く強度が高いものが好ましい。
保護層としては、無機物、非金属物質が挙げられ、酸化物、ダイアモンド状炭素、窒化物(窒化ケイ素、窒化アルミニウム)等が挙げられる。
窒化物は酸化物よりも耐久性に優れるため、より薄く形成することが可能である。具体的には、窒化物の厚みは、0.5μm以下が好ましく、0.05〜0.2μmがより好ましい。
必要に応じて、窒化ケイ素は低温(例えば350〜1,000℃)で形成してもよい。例えば、ノズルプレートが熱感応性の部品、例えばキュリー温度以上で加熱すると物性が変化する圧電性のアクチュエーターに接続されている場合には、低温で形成することが必要となる。
保護層105の厚みは10nm以上が好ましく、10nm〜20μmがより好ましい。
前記(2)における保護層105は金属層であってもよい。金属層は、半導体物質(シリコン等)と比べて耐久性が高い点で好ましい。金属層に用いられる金属としては、例えば、チタン、タンタル、プラチナ、ロジウム、金、ニッケル、クロム及びこれらの組み合わせが挙げられる。金属層は、好ましくはインク吐出側の面に形成される。
また、インクジェットヘッドは、好ましくは300×300〜4,000×4,000dpi、より好ましくは400×400〜1,600×1,600dpiの解像度で吐出できるよう駆動する。なお、本発明でいうdpiとは、2.54cm当たりのドット数を表す。
生産性は、インク組成物1ドットあたりの重量×ノズル数×周波数により算出され、1秒あたりに吐出されるインク組成物の重量を意味する。
本発明のインク組成物は、硬化感度が高く、短時間で硬化させることができるため、200ng*kHz以上の生産性を有する画像形成装置を用いたとしても、画質を低下させることなく画像を形成することが可能である。生産性は、200〜800ng*kHzがより好ましく、300〜600ng*kHzが更に好ましい。
なお、周波数は、0.5〜80kHzが好ましく、1〜60kHzがより好ましく、1〜50kHzが更に好ましい。
1つのノズルプレートに形成されるノズル数は、10〜500個が好ましく、50〜400個がより好ましく、100〜300個が更に好ましい。
また、吐出されるインク組成物の体積に応じて、周波数を調整することが好ましい。具体的には、インク組成物の体積が1〜10pLの場合には、周波数は50kHz以上が好ましい。
インク組成物の体積が10pLを超え、20pL以下の場合には、周波数は25kHz以上、50kHz未満が好ましい。
インク組成物の体積が20pLを超え、30pL以下の場合には、周波数は16kHz以上、25kHz未満が好ましい。
支持体上に吐出されたインク組成物は、活性放射線を照射することによって硬化する。これは、本発明のインク組成物に含まれる重合開始剤が活性放射線の照射により分解して、ラジカルなどの重合開始種を発生し、その開始種の機能に重合性化合物の重合反応が、生起、促進されるためである。このとき、インク組成物において重合開始剤と共に増感剤が存在すると、系中の増感剤が活性放射線を吸収して励起状態となり、重合開始剤と接触することによって重合開始剤の分解を促進させ、より高感度の硬化反応を達成させることができる。
また、発光ダイオード(LED)及びレーザーダイオード(LD)を活性放射線源として用いることが可能である。特に、紫外線源を要する場合、紫外LED及び紫外LDを使用することができる。例えば、日亜化学(株)は、主放出スペクトルが365nmと420nmとの間の波長を有する紫色LEDを上市している。更に一層短い波長が必要とされる場合、LEDとして、米国特許番号第6,084,250号明細書に開示されている、300nmと370nmとの間に中心付けされた活性放射線を放出し得るLEDが例示できる。また、他の紫外LEDも、入手可能であり、異なる紫外線帯域の放射を照射することができる。本発明で好ましい活性放射線源はUV−LEDであり、特に好ましくは350〜420nmにピーク波長を有するUV−LEDである。
また、本発明のインクジェット記録方法においては、インク組成物を吐出した後0.01〜10秒の間に、2,000mW/cm2以下の露光面照度で活性放射線を照射し、前記インク組成物を硬化させることが好ましい。
活性放射線の照射条件並びに基本的な照射方法は、特開昭60−132767号公報に開示されている。具体的には、インク組成物の吐出装置を含むヘッドユニットの両側に光源を設け、いわゆるシャトル方式でヘッドユニットと光源を走査することによって行われる。活性放射線の照射は、インク組成物の着弾後、一定時間(好ましくは0.01〜0.5秒、より好ましくは0.01〜0.3秒、更に好ましくは0.01〜0.15秒)をおいて行われることになる。このようにインク組成物の着弾から照射までの時間を極短時間に制御することにより、支持体に着弾したインク組成物が硬化前に滲むことを防止することが可能となる。また、多孔質な支持体に対しても光源の届かない深部までインク組成物が浸透する前に露光することができるため、未反応モノマーの残留を抑えることができるので好ましい。
更に、駆動を伴わない別光源によって硬化を完了させてもよい。国際公開第99/54415号パンフレットでは、照射方法として、光ファイバーを用いた方法やコリメートされた光源をヘッドユニット側面に設けた鏡面に当て、記録部へUV光を照射する方法が開示されており、このような硬化方法もまた、本発明のインクジェット記録方法に適用することができる。
このようにして、本発明のインク組成物は、活性放射線の照射により高感度で硬化することで、支持体表面に画像を形成することができる。
なお、本発明における「濃色インク組成物」とは、着色剤の含有量がインク組成物全体の1重量%を超えているインク組成物を意味する。前記着色剤としては、特に制限はなく公知の着色剤を用いることができ、顔料や分散染料が例示できる。
本発明に用いることができるインクセットが、少なくとも1つの濃色インク組成物、及び、少なくとも1つの淡色インク組成物を含んでおり、濃色インク組成物と淡色インク組成物とが同系色の着色剤を用いている場合、濃色インク組成物と淡色インク組成物との着色剤濃度の比が、濃色インク組成物:淡色インク組成物=15:1〜4:1であることが好ましく、12:1〜4:1であることがより好ましく、10:1〜4.5:1であることが更に好ましい。上記範囲であると、粒状感の少ない、鮮やかなフルカラー画像が得られる。
・イエロー顔料:NOVOPERM YELLOW H2G(クラリアント社製)
30重量部
・SR9003(プロポキシ化(2)ネオペンチルグリコールジアクリレート(ネオペンチルグリコールプロピレンオキサイド2モル付加物をジアクリレート化した化合物)、SARTOMER社製) 30重量部
・BYK168(分散剤、BYK Chemie社製) 40重量部
上記の成分を撹拌し、イエローミルベースを得た。なお、顔料ミルベースの調製は分散機モーターミルM50(アイガー社製)に入れて、直径0.65mmのジルコニアビーズを用い、周速9m/sで8時間分散することにより行った。
・マゼンタ顔料:CINQUASIA MAGENTA RT−355D(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製) 30重量部
・SR9003 30重量部
・BYK168 40重量部
上記の成分を、イエローミルベースの調製と同様の分散条件で撹拌し、マゼンタミルベースを得た。
・シアン顔料:IRGALITE BLUE GLVO(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製) 30重量部
・SR9003 30重量部
・BYK168 40重量部
上記の成分を、イエローミルベースの調製と同様の分散条件で撹拌し、シアンミルベースを得た。
・ブラック顔料:SPECIAL BLACK 250(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製) 30重量部
・SR9003 30重量部
・BYK168 40重量部
上記の成分を、イエローミルベースの調製と同様の分散条件で撹拌し、ブラックミルベースを得た。
<インク組成物の作製方法>
表1及び表2に記載の素材を混合、撹拌することで、各インク組成物を得た。なお、表中の数値は各成分の配合量(重量部)を表す。
インク組成物をポリ塩化ビニル製のシート上に打滴し、紫外発光ダイオード(UV−LED)の光線下に特定の速度で通過させることにより照射を行って、インク組成物を硬化させ、印刷物を得た。
本実施例では、インク組成物の吐出は、ピエゾ型インクジェットヘッドを有するインクジェット記録装置により行った。硬化のための発光ダイオード(UV−LED)は、日亜化学工業(株)製NC4U134を用いた。前記LEDは1チップから波長365nmの紫外光を出力するものであって、電流量をコントロール(レンズを用いて集光)することにより、表面での照度を50〜2,000mW/cm2の範囲で調整できる。本実施例では着弾後、約0.5秒後に露光される。
得られたインク組成物を室温で二週間保存後、親インク処理されたノズルプレートを有するインクジェットヘッドQ−class Sapphire QS−256/10(FUJIFILM DIMATIX製、ノズル数256個、液滴量10pL、50kHz、親インク処理:酸化ケイ素)を有するインクジェット記録装置を用いて、吐出液滴を10pLに固定し、被記録媒体への記録を行い、常温(25℃)で3時間連続印字したときの、ドット抜け及びインクの飛び散りの有無を目視にて観察し、下記基準により評価した。
◎:ドット抜け、又は、インクの飛び散りが発生しない
○:ドット抜け、又は、インクの飛び散りが1〜3回発生
△:ドット抜け、又は、インクの飛び散りが4〜10回発生
×:ドット抜け、又は、インクの飛び散りが11回以上発生
得られたインク組成物を室温で二週間保存後、親インク処理されたノズルプレートを有するインクジェットヘッドQ−class Sapphire QS−256/30(FUJIFILM DIMATIX社製、ノズル数256個、液滴量30pL、16kHz、親インク処理:酸化ケイ素)を有するインクジェット記録装置を用いて、吐出液滴を30pLに固定し、被記録媒体への記録を行い、常温(25℃)で3時間連続印字したときの、ドット抜け及びインクの飛び散りの有無を目視にて観察し、下記基準により評価した。
◎:ドット抜け、又は、インクの飛び散りが発生しない
○:ドット抜け、又は、インクの飛び散りが1〜3回発生
△:ドット抜け、又は、インクの飛び散りが4〜10回発生
×:ドット抜け、又は、インクの飛び散りが11回以上発生
得られたインク組成物を室温で二週間保存後、親インク処理されたノズルプレートを有するインクジェットヘッドSpectra SE−128 AA (FUJIFILM DIMATIX社製、ノズル数128個、液滴量30pL、40kHz、親インク処理:ゴールド)を有するインクジェット記録装置を用いて、吐出液滴を30pLに固定し、被記録媒体への記録を行い、インク粘度が9cP(Pa・s)となるようヘッド温度を調整し、1時間連続印字したときの、ドット抜け及びインクの飛び散りの有無を目視にて観察し、下記基準により評価した。
◎:ドット抜け、又は、インクの飛び散りが発生しない
○:ドット抜け、又は、インクの飛び散りが1〜3回発生
△:ドット抜け、又は、インクの飛び散りが4〜10回発生
×:ドット抜け、又は、インクの飛び散りが11回以上発生
得られたインク組成物を室温で二週間保存後、親インク処理されたノズルプレートを有するインクジェットヘッドSpectra GalaxyPH(FUJIFILM DIMATIX社製、ノズル数256個、液滴量28pL、20kHz、親インク処理:ステンレス)を有するインクジェット記録装置を用いて、吐出液滴を28pLに固定し、被記録媒体への記録を行い、インク粘度が9cPとなるようヘッド温度を調整し、1時間連続印字したときの、ドット抜け及びインクの飛び散りの有無を目視にて観察し、下記基準により評価した。
◎:ドット抜け、又は、インクの飛び散りが発生しない
○:ドット抜け、又は、インクの飛び散りが1〜3回発生
△:ドット抜け、又は、インクの飛び散りが4〜10回発生
×:ドット抜け、又は、インクの飛び散りが11回以上発生
印刷後の表面のベトツキがなくなる露光エネルギーによって硬化感度を定義した。
照度を1,000mW/cm2に固定し、露光エネルギーが700(mJ/cm2)になるように露光時間(sec)を調整した。
印刷後の表面のベトツキの有無は、印刷直後に普通紙(富士ゼロックス(株)製コピー用紙C2)を押し付け、色移りが起きる場合はベトツキ有り、色移りが起きない場合はベトツキなしと判断した。値が低いほど感度が高いと評価し、以下の基準で評価した。
◎:転写、ベトツキなし。
○:転写はなく、ベトツキもほとんどなし。
△:若干転写し、ややベトツキあり。
×:転写し、ベトツキあり。
(成分A)N−ビニル化合物
・NVC;N−ビニルカプロラクタム
・NP;N−ビニルピロリドン
(成分B)芳香族炭化水素基を有する(メタ)アクリレート化合物
・PEA;フェノキシエチルアクリレート
・BA;ベンジルアクリレート
・HPPA;2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート(EC620、Eternal Chemical社製)
(成分C)多官能(メタ)アクリレート
・DPDA;ジプロピレングリコールジアクリレート化合物
・CN964;ウレタンアクリレートオリゴマー(平均官能基数2、サートマー・ジャパン(株)製)
・CN962;ウレタンアクリレートオリゴマー(平均官能基数2、サートマー・ジャパン(株)製)
・HDDA;1,6−ヘキサンジオールジアクリレート(SR238B、Sartomer社製)
(その他)
・IOA;イソオクチルアクリレート
・DVE3;トリエチレングリコールジビニルエーテル
・EEEA;2−[2−(エチルオキシ)エチルオキシ]エチルアクリレート
(成分D)重合開始剤
・Irg819;ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルフォスフィンオキサイド(IRGACURE 819、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)
・Irg369;2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタン−1−オン(IRGACURE 369、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)
・Irg907;2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン(IRGACURE 907、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)
・DETX;2,4−ジエチルチオキサントン(KAYACURE DETX、日本化薬(株)製)
(成分F)重合禁止剤
・ST−1;FIRSTCURE ST−1(重合禁止剤、Chem First社製)
<吐出安定性(42pL)の評価>
実施例1で使用したインク組成物を室温で二週間保存後、親水処置されていないノズルプレートを有するインクジェットヘッドCA4(東芝テック(株)製)を有するインクジェット記録装置を用いて、吐出液滴を42pL、周波数6.2kHzに固定し、被記録媒体への記録を行い、インク粘度が9cPとなるようヘッド温度を調整し、1時間連続印字したときの、ドット抜け及びインクの飛び散りの有無を目視にて観察し評価した。その結果、ドット抜け、又は、インクの飛び散りが11回以上発生した。
101:酸化ケイ素膜
102:吐出口
103:インク吐出側の面
104:エッジ
105:保護層
106:ノズルプレート表面の金属層
107:ノズル内の金属層
Claims (17)
- インク吐出側の面が親インク処理されたノズルプレートを有するインクジェットヘッドを用いて、重合性化合物及び重合開始剤を含み、かつ表面張力が34.0〜40.0mN/mの範囲内であるインク組成物を吐出し、被記録媒体上に画像を形成する画像形成工程、及び、
吐出されたインク組成物に活性放射線を照射してインク組成物を硬化する硬化工程、を含むことを特徴とする
インクジェット記録方法。 - 前記ノズルプレートが、インク吐出側の面の少なくとも一部に、ダイアモンド状炭素、金属、半金属酸化物、金属酸化物、半金属窒化物及び金属窒化物よりなる群から選ばれた少なくとも1種により形成された層を備える、請求項1に記載のインクジェット記録方法。
- 前記ノズルプレートが、インク吐出側の面の少なくとも一部に、金、ステンレス、鉄、チタン、タンタル、プラチナ、ロジウム、ニッケル、クロム、酸化ケイ素、窒化ケイ素及び窒化アルミニウムよりなる群から選ばれた少なくとも1種により形成された層を備える、請求項1又は2に記載のインクジェット記録方法。
- 前記ノズルプレートが、インク吐出側の面の少なくとも一部に、金、ステンレス及び酸化ケイ素よりなる群から選ばれた少なくとも1種により形成された層を備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記ノズルプレートが、インク吐出側の面の少なくとも一部に、金及び酸化ケイ素よりなる群から選ばれた少なくとも1種により形成された層を備える、請求項1〜4のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記ノズルプレートが、インク吐出側の面の少なくとも一部に、金により形成された層を備える、請求項1〜5のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記画像形成工程において吐出するインク組成物の液滴の体積が、1〜100pLである、請求項1〜6のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記重合性化合物が、(成分A)N−ビニル化合物、(成分B)芳香族炭化水素基を有する(メタ)アクリレート化合物、及び、(成分C)多官能(メタ)アクリレート化合物を含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 成分Aが、N−ビニルカプロラクタム類である、請求項8に記載のインクジェット記録方法。
- 成分Bが、単官能の(メタ)アクリレート化合物である、請求項8又は9に記載のインクジェット記録方法。
- 成分Bが、2−フェノキシエチル(メタ)アクリレート又はベンジル(メタ)アクリレートである、請求項10に記載のインクジェット記録方法。
- 前記インク組成物中の成分Cの含有量が、50重量%以下である、請求項8〜11のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記インク組成物中の重合開始剤の含有量が、20重量%以下である、請求項1〜12のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記インク組成物が、着色剤を更に含有する、請求項1〜13のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 前記着色剤が、顔料又は油性染料を含有する、請求項14に記載のインクジェット記録方法。
- 前記インク組成物の表面張力が、35.0〜39.0mN/mである、請求項1〜15のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法。
- 請求項1〜16のいずれか1項に記載のインクジェット記録方法によって記録されたことを特徴とする
印刷物。
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