JP2017165840A - 活性エネルギー線硬化型組成物、活性エネルギー線硬化型インク組成物、活性エネルギー線硬化型インクジェット用インク組成物、組成物収容容器、2次元または3次元の像形成装置及び2次元または3次元の像形成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、反応性が高く、かつ単官能で好適なモノマーは数少ない。本発明は、硬化性に非常に優れた活性エネルギー線硬化型組成物を提供することを目的とする。
下記一般式(I)で表される化合物は、硬化性、反応性に優れた化合物であり、活性エネルギー線硬化型組成物、特に活性エネルギー線硬化型インクジェットインクに利用するのに好適である。
一般式(I)で表される化合物の具体例は、以下の構造式(A−1)〜(A−10)で表される化合物などが挙げられる。一般式(I)で表される化合物を活性エネルギー線硬化型組成物の成分として用いる場合には、これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
本発明の活性光線硬化組成物は、一般式(I)で表される化合物以外のラジカル重合性化合物を含有することもできる。前記ラジカル重合性化合物は特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、以下に示す構造式(B−1)〜(B−14)で表される化合物などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
本発明の活性エネルギー線硬化型組成物を硬化させるために用いる活性エネルギー線としては、紫外線の他、電子線、α線、β線、γ線、X線等の、組成物中の重合性成分の重合反応を進める上で必要なエネルギーを付与できるものであればよく、特に限定されない。特に高エネルギーな光源を使用する場合には、重合開始剤を使用しなくても重合反応を進めることができる。また、紫外線照射の場合、環境保護の観点から水銀フリー化が強く望まれており、GaN系半導体紫外発光デバイスへの置き換えは産業的、環境的にも非常に有用である。さらに、紫外線発光ダイオード(UV−LED)及び紫外線レーザダイオード(UV−LD)は小型、高寿命、高効率、低コストであり、紫外線光源として好ましい。
本発明の活性エネルギー線硬化型組成物は、重合開始剤を含有していてもよい。重合開始剤としては、活性エネルギー線のエネルギーによって、ラジカルやカチオンなどの活性種を生成し、重合性化合物(モノマーやオリゴマー)の重合を開始させることが可能なものであればよい。このような重合開始剤としては、公知のラジカル重合開始剤やカチオン重合開始剤、塩基発生剤等を、1種単独もしくは2種以上を組み合わせて用いることができ、中でもラジカル重合開始剤を使用することが好ましい。また、重合開始剤は、十分な硬化速度を得るために、組成物の総質量(100質量%)に対し、5〜20質量%含まれることが好ましい。
ラジカル重合開始剤としては、例えば、芳香族ケトン類、アシルフォスフィンオキサイド化合物、芳香族オニウム塩化合物、有機過酸化物、チオ化合物(チオキサントン化合物、チオフェニル基含有化合物など)、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などが挙げられる。
また、上記重合開始剤に加え、重合促進剤(増感剤)を併用することもできる。重合促進剤としては、特に限定されないが、例えば、トリメチルアミン、メチルジメタノールアミン、トリエタノールアミン、p−ジエチルアミノアセトフェノン、p−ジメチルアミノ安息香酸エチル、p−ジメチルアミノ安息香酸−2−エチルヘキシル、N,N−ジメチルベンジルアミンおよび4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンなどのアミン化合物が好ましく、その含有量は、使用する重合開始剤やその量に応じて適宜設定すればよい。
本発明の活性エネルギー線硬化型組成物は、色材を含有していてもよい。色材としては、本発明における組成物の目的や要求特性に応じて、ブラック、ホワイト、マゼンタ、シアン、イエロー、グリーン、オレンジ、金や銀等の光沢色、などを付与する種々の顔料や染料を用いることができる。色材の含有量は、所望の色濃度や組成物中における分散性等を考慮して適宜決定すればよく、特に限定されないが、組成物の総質量(100質量%)に対して、0.1〜20質量%であることが好ましい。なお、本発明の活性エネルギー線硬化型組成物は、色材を含まず無色透明であってもよく、その場合には、例えば、画像を保護するためのオーバーコート層として好適である。
顔料としては、無機顔料又は有機顔料を使用することができ、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
無機顔料としては、例えば、ファーネスブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、チャネルブラック等のカーボンブラック(C.I.ピグメントブラック7)類、酸化鉄、酸化チタンを使用することができる。
有機顔料としては、例えば、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、アゾレーキ、キレートアゾ顔料等のアゾ顔料、フタロシアニン顔料、ペリレン及びペリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサン顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフタロン顔料等の多環式顔料、染料キレート(例えば、塩基性染料型キレート、酸性染料型キレート等)、染色レーキ(塩基性染料型レーキ、酸性染料型レーキ)、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラック、昼光蛍光顔料が挙げられる。
また、顔料の分散性をより良好なものとするため、分散剤をさらに含んでもよい。 分散剤としては、特に限定されないが、例えば、高分子分散剤などの顔料分散物を調製するのに慣用されている分散剤が挙げられる。
染料としては、例えば、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り、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の活性エネルギー線硬化型組成物は、有機溶媒を含んでもよいが、可能であれば含まない方が好ましい。有機溶媒、特に揮発性の有機溶媒を含まない(VOC(Volatile Organic Compounds)フリー)組成物であれば、当該組成物を扱う場所の安全性がより高まり、環境汚染防止を図ることも可能となる。なお、「有機溶媒」とは、例えば、エーテル、ケトン、キシレン、酢酸エチル、シクロヘキサノン、トルエンなどの一般的な非反応性の有機溶媒を意味するものであり、反応性モノマーとは区別すべきものである。また、有機溶媒を「含まない」とは、実質的に含まないことを意味し、0.1質量%未満であることが好ましい。
本発明の活性エネルギー線硬化型組成物は、必要に応じてその他の公知の成分を含んでもよい。その他成分としては、特に制限されないが、例えば、従来公知の、界面活性剤、重合禁止剤、レべリング剤、消泡剤、蛍光増白剤、浸透促進剤、湿潤剤(保湿剤)、定着剤、粘度安定化剤、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、及び増粘剤などが挙げられる。
本発明の活性エネルギー線硬化型組成物は、上述した各種成分を用いて作製することができ、その調整手段や条件は特に限定されないが、例えば、重合性モノマー、顔料、分散剤等をボールミル、キティーミル、ディスクミル、ピンミル、ダイノーミルなどの分散機に投入し、分散させて顔料分散液を調製し、当該顔料分散液にさらに重合性モノマー、開始剤、重合禁止剤、界面活性剤などを混合させることにより調整することができる。
本発明の活性エネルギー線硬化型組成物の粘度は、用途や適用手段に応じて適宜調整すればよく、特に限定されないが、例えば、当該組成物をノズルから吐出させるような吐出手段を適用する場合には、20℃から65℃の範囲における粘度、望ましくは25℃における粘度が3〜40mPa・sが好ましく、5〜15mPa・sがより好ましく、6〜12mPa・sが特に好ましい。また当該粘度範囲を、上記有機溶媒を含まずに満たしていることが特に好ましい。なお、上記粘度は、東機産業株式会社製コーンプレート型回転粘度計VISCOMETER TVE−22Lにより、コーンロータ(1°34´×R24)を使用し、回転数50rpm、恒温循環水の温度を20℃〜65℃の範囲で適宜設定して測定することができる。循環水の温度調整にはVISCOMATE VM−150IIIを用いることができる。
本発明の活性エネルギー線硬化型組成物の用途は、一般に活性エネルギー線硬化型材料が用いられている分野であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、成形用樹脂、塗料、接着剤、絶縁材、離型剤、コーティング材、シーリング材、各種レジスト、各種光学材料などが挙げられる。
さらに、本発明の活性エネルギー線硬化型組成物は、インクとして用いて2次元の文字や画像、各種基材への意匠塗膜を形成するだけでなく、3次元の立体像(立体造形物)を形成するための立体造形用材料としても用いることができる。この立体造形用材料は、例えば、粉体層の硬化と積層を繰り返して立体造形を行う粉体積層法において用いる粉体粒子同士のバインダーとして用いてもよく、また、図2や図3に示すような積層造形法(光造形法)において用いる立体構成材料(モデル材)や支持部材(サポート材)として用いてもよい。なお、図2は、本発明の活性エネルギー線硬化型組成物を所定領域に吐出し、活性エネルギー線を照射して硬化させたものを順次積層して立体造形を行う方法であり(詳細後述)、図3は、本発明の活性エネルギー線硬化型組成物5の貯留プール(収容部)1に活性エネルギー線4を照射して所定形状の硬化層6を可動ステージ3上に形成し、これを順次積層して立体造形を行う方法である。
本発明の活性エネルギー線硬化型組成物を用いて立体造形物を造形するための立体造形装置としては、公知のものを使用することができ、特に限定されないが、例えば、該組成物の収容手段、供給手段、吐出手段や活性エネルギー線照射手段等を備えるものが挙げられる。
また、本発明は、活性エネルギー線硬化型組成物を硬化させて得られた硬化物や当該硬化物が基材上に形成された構造体を加工してなる成形加工品も含む。前記成形加工品は、例えば、シート状、フィルム状に形成された硬化物や構造体に対して、加熱延伸や打ち抜き加工等の成形加工を施したものであり、例えば、自動車、OA機器、電気・電子機器、カメラ等のメーターや操作部のパネルなど、表面を加飾後に成形することが必要な用途に好適に使用される。
上記基材としては、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス、又はこれらの複合材料などが挙げられ、加工性の観点からはプラスチック基材が好ましい。
本発明の組成物収容容器は、活性エネルギー線硬化型組成物が収容された状態の容器を意味し、上記のような用途に供する際に好適である。例えば、本発明の活性エネルギー線硬化型組成物がインク用途である場合において、当該インクが収容された容器は、インクカートリッジやインクボトルとして使用することができ、これにより、インク搬送やインク交換等の作業において、インクに直接触れる必要がなくなり、手指や着衣の汚れを防ぐことができる。また、インクへのごみ等の異物の混入を防止することができる。また、容器それ自体の形状や大きさ、材質等は、用途や使い方に適したものとすればよく、特に限定されないが、その材質は光を透過しない遮光性材料であるか、または容器が遮光性シート等で覆われていることが望ましい。
本発明の像の形成方法は、少なくとも、本発明の活性エネルギー線硬化型組成物を硬化させるために、活性エネルギー線を照射する照射工程を有し、本発明の像の形成装置は、活性エネルギー線を照射するための照射手段と、本発明の活性エネルギー線硬化型組成物を収容するための収容部と、を備え、該収容部には前記容器を収容してもよい。さらに、活性エネルギー線硬化型組成物を吐出する吐出工程、吐出手段を有していてもよい。吐出させる方法は特に限定されないが、連続噴射型、オンデマンド型等が挙げられる。オンデマンド型としてはピエゾ方式、サーマル方式、静電方式等が挙げられる。
図1は、インクジェット吐出手段を備えた像形成装置の一例である。イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色活性エネルギー線硬化型インクのインクカートリッジと吐出ヘッドを備える各色印刷ユニット23a、23b、23c、23dにより、供給ロール21から供給された被記録媒体22にインクが吐出される。その後、インクを硬化させるための光源24a、24b、24c、24dから、活性エネルギー線を照射して硬化させ、カラー画像を形成する。その後、被記録媒体22は、加工ユニット25、印刷物巻取りロール26へと搬送される。各印刷ユニット23a、23b、23c、23dには、インク吐出部でインクが液状化するように、加温機構を設けてもよい。また必要に応じて、接触又は非接触により記録媒体を室温程度まで冷却する機構を設けてもよい。また、インクジェット記録方式としては、吐出ヘッド幅に応じて間欠的に移動する記録媒体に対し、ヘッドを移動させて記録媒体上にインクを吐出するシリアル方式や、連続的に記録媒体を移動させ、一定の位置に保持されたヘッドから記録媒体上にインクを吐出するライン方式のいずれであっても適用することができる。
被記録媒体22は、特に限定されないが、紙、フィルム、金属、これらの複合材料等が挙げられ、シート状であってもよい。また片面印刷のみを可能とする構成であっても、両面印刷も可能とする構成であってもよい。
更に、光源24a、24b、24cからの活性エネルギー線照射を微弱にするか又は省略し、複数色を印刷した後に、光源24dから活性エネルギー線を照射してもよい。これにより、省エネ、低コスト化を図ることができる。
本発明のインクにより記録される記録物としては、通常の紙や樹脂フィルムなどの平滑面に印刷されたものだけでなく、凹凸を有する被印刷面に印刷されたものや、金属やセラミックなどの種々の材料からなる被印刷面に印刷されたものも含む。また、2次元の画像を積層することで、一部に立体感のある画像(2次元と3次元からなる像)や立体物を形成することもできる。
図2は、本発明に係る別の像形成装置(3次元立体像の形成装置)の一例を示す概略図である。図2の像形成装置39は、インクジェットヘッドを配列したヘッドユニット(AB方向に可動)を用いて、造形物用吐出ヘッドユニット30から第一の活性エネルギー線硬化型組成物を、支持体用吐出ヘッドユニット31、32から第一の活性エネルギー線硬化型組成物とは組成が異なる第二の活性エネルギー線硬化型組成物を吐出し、隣接した紫外線照射手段33、34でこれら各組成物を硬化しながら積層するものである。より具体的には、例えば、造形物支持基板37上に、第二の活性エネルギー線硬化型組成物を支持体用吐出ヘッドユニット31、32から吐出し、活性エネルギー線を照射して固化させて溜部を有する第一の支持体層を形成した後、当該溜部に第一の活性エネルギー線硬化型組成物を造形物用吐出ヘッドユニット30から吐出し、活性エネルギー線を照射して固化させて第一の造形物層を形成する工程を、積層回数に合わせて、上下方向に可動なステージ38を下げながら複数回繰り返すことで、支持体層と造形物層を積層して立体造形物35を製作する。その後、必要に応じて支持体積層部36は除去される。なお、図2では、造形物用吐出ヘッドユニット30は1つしか設けていないが、2つ以上設けることもできる。
<実施例I−1>
化合物A−2の合成
下記手順により化合物A−2を合成した。
東京化成工業社製の4−ピペリジンエタノール19.38gを脱水ジクロロメタン100mL中に加え、次いで、トリエチルアミン18.21gを加えて−10℃まで冷却した後、和光純薬工業社製の塩化アクリロイル16.29gを、1時間かけて滴下し、さらに1.5時間室温で撹拌した。さらに、析出物を濾過により除去した後、減圧下で濃縮して薄黄色のオイル29.09gを得た。さらに、関東Silicagel 60N(関東化学社製)300gを充填し、カラムクロマトグラフィーにより、透明オイル状の目的物5.67gを得た。
1H−NMR(CDCl3):δ1.2(m,2H),1.5(m,3H),1.8(m,3H),2.6(m,1H),3.1(m,1H),3.71(t,2H),4.0(m,1H),4.6(m,1H),5.65(d,1H),6.24(d,1H),6.54(dd,1H)
FT−IR:3412,2925,2858,1640,1603,1450,1264,1057,986,792(cm−1)
この分析結果は化合物A−2が合成されたことを示している。
化合物A−3の合成
実施例I−1において、4−ピペリジンエタノールを2−ピペリジンメタノールに代えた以外は、ほぼ同様な手順で化合物A−3を合成した。
1H−NMR(CDCl3):δ1.7(m,6H),3〜5(m,6H),5.7(m,1H),6.2(m,1H),6.6(m,1H)
FT−IR:3392,2939,2867,1639,1599,1445,1262,1059,982,792(cm−1)
この分析結果は化合物A−3が合成されたことを示している。
化合物A−5の合成
実施例I−1において、4-ピペリジンエタノールを2-ピペリジンエタノールに代えた以外は、ほぼ同様な手順で化合物A-5を合成した。
1H−NMR(CDCl3):δ1.7(m,6H),2.97(t,1H),3.30(t,1H),3.6(m,1H),3.82(d,1H),4.1(m,1H),4.9(m,1H),5.73(d,1H),6.31(d,1H),6.6(m,1H)
FT−IR:3400,2939,2866,1638,1599,1448,1263,1058,792(cm−1)
この分析結果は化合物A−5が合成されたことを示している。
<実施例II−1〜7、比較例II−1〜3>
<活性エネルギー線硬化型組成物の作製>
表1に示す材料と含有量(質量部)に基づき、常法により実施例II−1〜7及び比較例II−1〜3の活性エネルギー線硬化型組成物を調製した。なお、表1中の各化合物を表している符号は、前記において例示した化合物の符号と一致する。
各実施例及び比較例の活性エネルギー線硬化型組成物について、東機産業株式会社製コーンプレート型回転粘度計、VISCOMETER TVE−22Lにより、恒温循環水の温度を25℃に設定して粘度を測定した。単位はmPa・s、温度調整:VISCOMATER VM−150III(東機産業株式会社製)を用いた。結果を表1に示した。
なお、粘度の測定は低粘度であることが要求される実施例III−1〜III−3のインクジェット用インクについて行った。
各実施例及び比較例の活性エネルギー線硬化型組成物について、Anton−Paar製レオメーターMCR−302により、プレート径20mm、温度25℃に設定し、動的粘弾性を測定して貯蔵弾性率G’が飽和するエネルギー(mJ/cm2)を測定した。光源は浜松ホトニクス製LC−L1(365nm)を利用した。結果を表1に示した。
なお、折り曲げ試験はφ=3mmの棒に巻き付けることにより行った。
(活性エネルギー線硬化型組成物のインクジェット用インクとしての実施例)
実施例II-5の活性光線硬化型組成物を実施例III−1のインクジェット用インクとし、実施例II-5の活性光線硬化型組成物に表2に示す材料と含有量(質量部)に基づいて顔料を添加したものを実施例III−2、III−3のインクジェット用インクとした。
そして、前記の3種類のインクジェット用インクについて、以下のようにして、硬化性及びインク吐出性を評価した。
各インクジェット用インクを、インクジェット吐出装置(株式会社リコー製、ヘッド:リコープリンティングシステムズ社製GEN4)に装填し、市販のポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(東洋紡株式会社製、E5100、厚み100μm)上に、インクを吐出し、平均厚み10μmに形成したベタ塗膜に対し、UV照射機(LH6、フュージョンシステムズジャパン社製)により、0.2W/cm2の照度で硬化させた。
その結果、いずれのインクジェット用インクは低粘度(25℃で13mPa・s〜25mPa・s)であり、インク吐出性は良好、硬化性も良好であった。
*CB:チバ・ジャパン株式会社製、MICROLITH Black C−K (カーボンブラック顔料)
*Blue:チバ・ジャパン株式会社製、MICROLITH Blue 4G−K
3 可動ステージ
4 活性エネルギー線
5 活性エネルギー線硬化型組成物
1 硬化層
21 供給ロール
22 被記録媒体
23a、23b、23c、23d 印刷ユニット
24a、24b、24c、24d 光源
25 加工ユニット
26 印刷物巻取りロール
30 造形物用吐出ヘッドユニット
31、32 支持体用吐出ヘッドユニット
33、34 紫外線照射手段
35 立体造形物
36 支持体積層部
37 造形物支持基板
Claims (10)
- 立体造形用材料であることを特徴とする請求項1に記載の活性エネルギー線硬化型組成物。
- 請求項1又は2に記載の活性エネルギー線硬化型組成物を用いたことを特徴とする活性エネルギー線硬化型インク組成物。
- 請求項3に記載の活性エネルギー線硬化型インクを用いたことを特徴とする活性エネルギー線硬化型インクジェット用インク組成物。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の組成物が収容された組成物収容容器。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の組成物が収容された収容部と、活性エネルギー線を照射するための照射手段と、を備える2次元または3次元の像形成装置。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の組成物に活性エネルギー線を照射する照射工程を有する、2次元または3次元の像形成方法。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の組成物に活性エネルギー線を照射して硬化させてなることを特徴とする硬化物。
- 基材上に、請求項8に記載の硬化物からなる表面加飾が施されてなることを特徴とする加飾体。
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