JP2017214542A - 光硬化性インク、インクカートリッジ、および画像形成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
インク10に含まれる油性液体(O)は、疎水性を有する液体である。油性液体(O)は、紫外光などの活性エネルギー線を照射されることにより硬化する光硬化性液体であることが好ましい。
インク10中の油性液体(O)に含まれる重合性化合物(A)とは、後述する光重合開始剤(B)から発生した重合因子(ラジカル等)と反応し、連鎖反応(重合反応)によって高分子化合物(重合体)から形成される膜となる化合物である。
インク10中の油性液体(O)に含まれる光重合開始剤(B)は、所定の波長の光を感知して重合因子(ラジカル等)を発生させる化合物である。具体的には、光重合開始剤(B)は、光(赤外線、可視光線、紫外線、遠紫外線、X線、電子線等の荷電粒子線、放射線等)により重合因子を発生する重合開始剤である。より具体的には、例えば、150nm以上400nm以下の波長の光により重合因子を発生する重合開始剤であることが好ましい。
油性液体(O)には、前述した重合性化合物(A)、光重合開始剤(B)の他に、種々の目的に応じて、本発明の効果を損なわない範囲で、更なる疎水性の添加成分を含有していてもよい。このような添加成分としては、酸化防止剤、ポリマー成分、重合禁止剤等が挙げられるが、これらに限定はされない。
インク10に含まれる水性液体(W)は、親水性を有する液体である。水性液体(W)は、水(C)を含む。また、水性液体(W)は油性液体(O)と非相溶な液体である。
水(C)のインク10における配合割合は、インク10の全質量を100質量%としたときに、5質量%以上50質量%以下であることが好ましく、10質量%以上30質量%以下であることがより好ましい。
水性液体(W)には、前述した水(C)の他に、種々の目的に応じて、本発明の効果を損なわない範囲で、更なる添加成分を含有していてもよい。なおここで用いる添加成分としては、前述の油性液体(O)と非相溶な成分を用いる。このような添加成分としては、親水性の酸化防止剤、親水性の有機溶媒、親水性の比重調整剤等が挙げられるが、これらに限定はされない。
インク10には、前述した油性液体(O)、水性液体(W)の他に、種々の目的に応じて、本発明の効果を損なわない範囲で、更なる添加成分を含有していてもよい。このような添加成分としては、乳化剤(D)等が挙げられる。上述のとおり、インク10は水性液体(W)によって形成される液滴101が油性液体(O)中に分散している形態を有するが、乳化剤(D)はこの液滴101の分散を安定化させる機能を有する。このような乳化剤(D)としては、界面活性剤(Da)、無機粒子(Db)等が挙げられる。なお、乳化剤(D)としては、界面活性剤(Da)および無機粒子(Db)のいずれかを単独で用いてもよいし、これらを併用、あるいは他の乳化剤(D)と組み合わせて使用してもよい。
インク10は、界面活性剤(Da)を含むことが好ましい。これにより、インク10中に分散している液滴101の分散安定性を向上させたり、液滴101の大きさを制御したりすることができる。すなわち、インク10が界面活性剤(Da)を含有することで液滴101同士の合一を抑制し、長期間、液滴101を所望の大きさに保つことができる。すなわち、界面活性剤(Da)を含有させることで、インク10を25℃の雰囲気下で一定時間以上放置しても、油性液体(O)と水性液体(W)とが層分離せずに、水性液体(W)によって形成される液滴101が油性液体(O)中に分散させることができる。
インク10は、無機粒子(Db)を含むことが好ましい。無機粒子(Db)はインク10中に分散している液滴101の分散安定性を向上させたり、液滴101の大きさを制御したりすることができる。すなわち、インク10が無機粒子(Db)を含有することで液滴101同士の合一を抑制し、長期間、液滴101を所望の大きさに保つことができる。すなわち、インク10を25℃の雰囲気下で一定時間以上放置しても、油性液体(O)と水性液体(W)とが層分離せずに、水性液体(W)によって形成される液滴101が油性液体(O)中に分散させることができる。
インク10は、油性液体(O)の中に、水性液体(W)が液滴101を形成して分散している形態を有する。したがって、以下のような調製方法でインク10を調製することが好ましい。
本実施形態に係るインクカートリッジは、インクと、このインクを収容するインク収容部とを備える。そして、インク収容部に収容されているインクが、上記で説明したインク10である。
本実施形態に係る画像形成方法は、上記で説明した本実施形態に係るインク10を基材上に配置し、画像を形成する方法である。より詳細には、本実施形態に係る画像形成方法は、インク10を被記録媒体である基材102上に配置する工程(配置工程)と、基材102上に配置されたインク10に光を照射する工程(光照射工程)と、を有する。なお本明細書における「画像」は、ある範囲内と単一色で塗りつぶしたベタパターンも含むものとする。
本工程では、インク10を基材102上に配置する。好ましくは、インク10をインクジェット方式の記録ヘッドから吐出させて基材102上に配置する。インクジェット方式の記録ヘッドから吐出させて配置することで、形成する画像の解像度を高くすることができる。インクジェット方式によってインクを吐出する方式は特に限定はされないが、インク10は重合性化合物(A)を含むため、インクに力学的エネルギーを作用させて液滴を吐出する方法(ピエゾジェット方式)が好ましい。
インク10を基材102上に着弾させて配置した(図1(a))後、図1(b)に示すように、紫外光などの光103を照射する。これにより、インク10を硬化させる。
以下に示す構成材料を表1および表2に示す比率で配合して撹拌し、実施例1〜20および比較例1〜5の光硬化性インクをそれぞれ調製した。表1および表2に示す比率で各成分を混合した油性液体(O)をボトル(20mL)に入れて、シャフトジェネレーター(HT1008、アズワン製)を取り付けたホモジナイザー(AHG−160D、アズワン製)で撹拌した。そして、そこへ水(C)をゆっくり添加した後、3分間撹拌混合した。このときのホモジナイザーの回転速度は、実施例1〜8および比較例2、3、5では2000rpmとした。また、実施例9〜20および比較例4では15000rpmとした。なお、表1および表2に示す比率は質量%である。
(重合性化合物(A))
(A−1)ライトアクリレートIB−XA(イソボルニルアクリレート、共栄社化学製)
(A−2)ビスコート#230(1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、大阪有機化学製)
(A−3)ビスコート#160(ベンジルアクリレート、大阪有機化学製)
(A−4)1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート(東京化成工業製)
(A−5)ライトアクリレートNP−A(ネオペンチルグリコールジアクリレート、共栄社化学製)
(A−6)ビスコート#310HP(トリプロピレングリコールジアクリレート、大阪有機化学製)
(B−1)LucirinTPO(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、BASF製)
(C−1)イオン交換水
(C−2)2%塩化ナトリウム水溶液(塩化ナトリウム濃度が2質量%のもの)
(界面活性剤(Da))
(Da−1)NONION E−202(ポリエチレンオキサイドオレイルエーテル、日油製)
(Da−2)NONION S−202(ポリエチレンオキサイドステアリルエーテル、日油製)
(Db−1)酸化チタン粒子(AMT−100)のアクリルモノマー分散体
酸化チタン粒子AMT−100のイソプロピルアルコール分散体であるTKD−701(酸化チタンスラリー、テイカ製)とビスコート#230を1:1の質量比で混合して撹拌した。その後、エバポレーターを用いてTKD−701に含まれていたイソプロピルアルコールを除去することで、酸化チタン粒子AMT−100のアクリルモノマー(ビスコート#230)分散体を得た。
酸化チタン粒子MT−100HD(テイカ製)をアクリロイルモルホリンに分散し、分散体を得た。
この分散体(MEK−ST、日産化学製)に含まれる二酸化ケイ素粒子の体積基準のメディアン径d50は15nmである。また、MEK−STに含まれる二酸化ケイ素粒子の含有量は30質量%である。
この分散体(MEK−ST−L、日産化学製)に含まれる二酸化ケイ素粒子の体積基準のメディアン径d50は50nmである。また、MEK−ST−Lに含まれる二酸化ケイ素粒子の含有量は30質量%である。
この分散体(MIBK−ST、日産化学製)に含まれる二酸化ケイ素粒子の体積基準のメディアン径d50は15nmである。また、MIBK−STに含まれる二酸化ケイ素粒子の含有量は30質量%である。
酸化チタン粒子MT−100HD(テイカ製)を1,6−ヘキサンジオールジアクリレートに分散し、分散体を得た。
この分散体(NANOBYK−3601、BYK製)に含まれる酸化アルミニウム粒子の体積基準のメディアン径d50は40nmである。また、NANOBYK−3601に含まれる酸化アルミニウム粒子の含有量は30質量%である。
この分散体(NANOBYK−3602、BYK製)に含まれる酸化アルミニウム粒子の体積基準のメディアン径d50は40nmである。また、NANOBYK−3602に含まれる酸化アルミニウム粒子の含有量は30質量%である。
この分散体(NANOBYK−3605、BYK製)に含まれる二酸化ケイ素粒子の体積基準のメディアン径d50は25nmである。また、NANOBYK−3605に含まれる二酸化ケイ素粒子の含有量は50質量%である。
(Z−1)エタノール(和光純薬工業製)
(Z−2)メチルエチルケトン(キシダ化学製)
(実施例1)
光重合開始剤(B−1)を3.0質量部、界面活性剤(Da−1)を3.0質量部、それぞれ用意し、重合性化合物(A−1)84.0質量部に溶解させ、油性液体(O)を調製した。調製した油性液体(O)を前述した撹拌条件で撹拌しながら、水(C−1)を10.0質量部加えた。その後、さらに撹拌して、水(C−1)によって形成される液滴が油性液体(O)中に分散したW/Oエマルションを形成させ、実施例1のインク1を調製した。
実施例1において、重合性化合物(A−1)の割合を74.0質量部に変え、水(C−1)の割合を20.0質量部に変えて、実施例2のインク2を調製した。
光重合開始剤(B−1)を3.0質量部、界面活性剤(Da−1)を3.0質量部、それぞれ用意し、重合性化合物(A−2)37.9質量部に溶解させた。これに、無機粒子(Db)の分散体(Db−1)29.4質量部をさらに加えて、油性液体(O)を調製した。調製した油性液体(O)を前述した撹拌条件で撹拌しながら、水(C−1)を26.7質量部加えた。その後、さらに撹拌してW/Oエマルションを形成させ、実施例3のインク3を調製した。ここで、実施例3のインク3における無機粒子(Db)の固形分濃度は5.0質量部である。
実施例3において、重合性化合物(A−2)の割合を51.3質量部に変え、水(C−1)の割合を13.3質量部に変えて、実施例4のインク4を調製した。
光重合開始剤(B−1)を3.0質量部、界面活性剤(Da−2)を3.0質量部、それぞれ用意し、重合性化合物(A−2)57.3質量部に溶解させた。これに、無機粒子(Db)の分散体(Db−2)16.7質量部をさらに加えて、油性液体(O)を調製した。調製した油性液体(O)を前述した撹拌条件で撹拌しながら、水(C−1)を20.0質量部加えた。その後、さらに撹拌してW/Oエマルションを形成させ、実施例5のインク5を調製した。ここで、実施例5のインク5における無機粒子(Db)の固形分濃度は5.0質量部である。
光重合開始剤(B−1)を3.0質量部、重合性化合物(A−1)97.0質量部に溶解させ、比較例1のインク6を調製した。
光重合開始剤(B−1)を3.0質量部、重合性化合物(A−2)77.0質量部に溶解させ、油性液体(O)を調製した。調製した油性液体(O)を前述した撹拌条件で撹拌しながら、エタノール(Z−1)を20.0質量部加えた。その後、さらに撹拌して、比較例2のインク7を調製した。
光重合開始剤(B−1)を3.0質量部、重合性化合物(A−2)80.3質量部に溶解させ、油性液体(O)を調製した。調製した油性液体(O)を前述した撹拌条件で撹拌しながら、無機粒子(Db)の分散体(Db−2)16.7質量部を加えた。その後、さらに撹拌して、比較例3のインク8を調製した。ここで、比較例3のインク8における無機粒子(Db)の固形分濃度は5.0質量部である。
光重合開始剤(B−1)3.0質量部を、重合性化合物(A−2)56.0質量部に溶解させ、油性液体(O)を調製した。調製した油性液体(O)を前述した撹拌条件で撹拌しながら、水(C−1)41.0質量部を加えた。その後、さらに撹拌して、比較例4のインク9を調製した。
光重合開始剤(B−1)3.0質量部を、重合性化合物(A−2)60.3質量部に溶解させた。これに、無機粒子(Db)の分散体(Db−3)16.7質量部をさらに加えて、油性液体(O)を調製した。調製した油性液体(O)を前述した撹拌条件で撹拌しながら、水(C−1)を20.0質量部加えた。その後、さらに撹拌して、水(C−1)によって形成される液滴が油性液体(O)中に分散したW/Oエマルションを形成させ、実施例6のインク10を調製した。ここで、実施例6のインク10における無機粒子(Db)の固形分濃度は5.0質量部である。
実施例6において、無機粒子の分散体(Db−3)の代わりに無機粒子の分散体(Db−4)を16.7質量部用いて、実施例7のインク11を調製した。ここで、実施例7のインク11における無機粒子(Db)の固形分濃度は5.0質量部である。
実施例6において、無機粒子の分散体(Db−3)の代わりに無機粒子の分散体(Db−5)を16.7質量部用いて、実施例8のインク12を調製した。ここで、実施例8のインク12における無機粒子(Db)の固形分濃度は5.0質量部である。
実施例6において、重合性化合物(A−2)の割合を73.4質量部に変え、無機粒子の分散体(Db−3)の代わりに無機粒子の分散体(Db−6)を3.6質量部用いて、実施例9のインク13を調製した。ここで、実施例9のインク13における無機粒子(Db)の固形分濃度は1.0質量部である。
実施例9において、重合性化合物(A−2)の割合を59.1質量部に変え、無機粒子の分散体(Db−6)の割合を17.9質量部に変えて、実施例10のインク14を調製した。ここで、実施例10のインク14における無機粒子(Db)の固形分濃度は5.0質量部である。
実施例9において、重合性化合物(A−2)の割合を41.2質量部に変え、無機粒子の分散体(Db−6)の割合を35.8質量部に変えて、実施例11のインク15を調製した。ここで、実施例11のインク15における無機粒子(Db)の固形分濃度は10.0質量部である。
実施例6において、無機粒子の分散体(Db−3)の代わりに無機粒子の分散体(Db−7)を16.7質量部用いて、実施例12のインク16を調製した。ここで、実施例12のインク16における無機粒子(Db)の固形分濃度は5.0質量部である。
実施例6において、無機粒子の分散体(Db−3)の代わりに無機粒子の分散体(Db−8)を16.7質量部用いて、実施例13のインク17を調製した。ここで、実施例13のインク17における無機粒子(Db)の固形分濃度は5.0質量部である。
実施例6において、重合性化合物(A−2)の割合を67.0質量部に変え、無機粒子の分散体(Db−3)の代わりに無機粒子の分散体(Db−9)を10.0質量部用いて、実施例14のインク18を調製した。ここで、実施例14のインク18における無機粒子(Db)の固形分濃度は5.0質量部である。
比較例2において、エタノール(Z−1)の代わりにメチルエチルケトン(Z−2)を20.0質量部用いて、比較例5のインク19を調製した。
光重合開始剤(B−1)10.0質量部を、重合性化合物(A−1)52.1質量部に溶解させた。これに、無機粒子(Db)の分散体(Db−6)17.9質量部をさらに加えて、油性液体(O)を調製した。調製した油性液体(O)を前述した撹拌条件で撹拌しながら、2%塩化ナトリウム水溶液(C−2)を20.0質量部加えた。その後、さらに撹拌して、2%塩化ナトリウム水溶液(C−2)によって形成される液滴が油性液体(O)中に分散したW/Oエマルションを形成させ、実施例15のインク20を調製した。ここで、実施例15のインク20における無機粒子(Db)の固形分濃度は5.0質量部である。
実施例15において、重合性化合物(A−1)の代わりに重合性化合物(A−3)を52.1質量部用いて、実施例16のインク21を調製した。ここで、実施例16のインク21における無機粒子(Db)の固形分濃度は5.0質量部である。
実施例15において、重合性化合物(A−1)の代わりに重合性化合物(A−4)を52.1質量部用いて、実施例17のインク22を調製した。ここで、実施例17のインク22における無機粒子(Db)の固形分濃度は5.0質量部である。
実施例15において、重合性化合物(A−1)の代わりに重合性化合物(A−2)を52.1質量部用いて、実施例18のインク23を調製した。ここで、実施例18のインク23における無機粒子(Db)の固形分濃度は5.0質量部である。
実施例15において、重合性化合物(A−1)の代わりに重合性化合物(A−5)を52.1質量部用いて、実施例19のインク24を調製した。ここで、実施例19のインク24における無機粒子(Db)の固形分濃度は5.0質量部である。
実施例15において、重合性化合物(A−1)の代わりに重合性化合物(A−6)を52.1質量部用いて、実施例20のインク25を調製した。ここで、実施例20のインク25における無機粒子(Db)の固形分濃度は5.0質量部である。
[膜の形成]
調製した実施例1のインク1を、スライドガラス(松浪硝子工業製、S1111)上にマイクロピペットを用いて17μL滴下した。さらにその上から、厚さ100μmのPETフィルム(帝人デュポンフィルム製、テトロンHL92W)を被せ、26mm×26mmの領域をインク1で充填させた。
上記方法により得られた白色画像の白さの度合いの評価は、目視および明度(L*値)の測定によって行った。明度の測定は、分光測色計(コニカミノルタ製、CM−2600d)を用いて、正反射光を含むSCI方式で行った。
実施例および比較例の(メタ)アクリル化合物(複数種類の(メタ)アクリル化合物が含まれる場合はその混合物)と水を、8:2(質量比)の割合でサンプル管に入れて振とうした。その後、(メタ)アクリル化合物と水が相分離するまでサンプル管を静置した。分離した(メタ)アクリル化合物を分けとり、カールフィッシャー水分計(MKC−510、京都電子工業製)を用いて(メタ)アクリル化合物中に含まれる水分量を測定し、その値を25℃における水の溶解度とした。なお、上述の実験はすべて25℃環境下で行った。
調製した各インクを遮光サンプル管に入れ、25℃環境下で1週間保存した。各インクの保存安定性を、沈降性および分散安定性の観点から目視により評価した。
以下の方法により実施例および比較例により得られた白色画像の断面を観察した。
101 液滴(水性液体)
Claims (20)
- 重合性化合物と光重合開始剤とを含む油性液体と、水を含む水性液体と、を含有する光硬化性インクであって、
前記光硬化性インクを15000rpm以上の回転数で3分間撹拌混合した後、25℃の雰囲気下で1時間以上放置しても前記油性液体と前記水性液体とが層分離せずに、前記水性液体によって形成される液滴が前記油性液体中に分散していることを特徴とする光硬化性インク。 - 前記水の含有量が、光硬化性インクの全質量を100質量%としたときに、5質量%以上50質量%以下であることを特徴とする請求項1に記載の光硬化性インク。
- 前記液滴の体積基準のメディアン径が、0.1μm以上20μm以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光硬化性インク。
- 前記重合性化合物が、ラジカル重合性化合物であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の光硬化性インク。
- 前記ラジカル重合性化合物が、(メタ)アクリル化合物であることを特徴とする請求項4に記載の光硬化性インク。
- 前記(メタ)アクリル化合物に対する25℃における水の溶解度が、(メタ)アクリル化合物の全質量を100質量%としたときに、0.01質量%以上2.0質量%以下であることを特徴とする請求項5に記載の光硬化性インク。
- さらに無機粒子を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の光硬化性インク。
- 前記無機粒子の屈折率が、1.7以上2.8以下であることを特徴とする請求項7に記載の光硬化性インク。
- 前記無機粒子が、酸化チタン粒子であることを特徴とする請求項7または請求項8に記載の光硬化性インク。
- 前記無機粒子の体積基準のメディアン径が、5nm以上100nm以下であることを特徴とする請求項8または請求項9に記載の光硬化性インク。
- さらに界面活性剤を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の光硬化性インク。
- 前記界面活性剤が、非イオン性界面活性剤であることを特徴とする請求項11に記載の光硬化性インク。
- 重合性化合物と光重合開始剤とを含む油性液体と、水を含む水性液体と、を含有する光硬化性インクであって、
界面活性剤を含み、前記水性液体によって形成される液滴が前記油性液体中に分散していることを特徴とする光硬化性インク。 - 前記水の含有量が、光硬化性インクの全質量を100質量%としたときに、5質量%以上50質量%以下であることを特徴とする請求項13に記載の光硬化性インク。
- 前記界面活性剤が、非イオン性界面活性剤であることを特徴とする請求項13または請求項14に記載の光硬化性インク。
- 前記界面活性剤の含有量が、光硬化性インクの全質量を100質量%としたときに、0.001質量%以上20質量%以下であることを特徴とする請求項13乃至請求項15のいずれか一項に記載の光硬化性インク。
- 重合性化合物と光重合開始剤とを含む油性液体と、水を含む水性液体と、を含有する光硬化性インクであって、
体積基準のメディアン径が、5nm以上100nm以下の無機粒子を含み、前記水性液体によって形成される液滴が前記油性液体中に分散していることを特徴とする光硬化性インク。 - 前記無機粒子が、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、および酸化チタンからなる群から選択される金属酸化物を含む粒子であることを特徴とする請求項17に記載の光硬化性インク。
- インクと、このインクを収容するインク収容部とを備えるインクカートリッジであって、
前記インク収容部に収容されている前記インクが、請求項1乃至請求項18のいずれか一項に記載の光硬化性インクであることを特徴とするインクカートリッジ。 - 請求項1乃至請求項18のいずれか一項に記載の光硬化性インクを基材上に配置する工程と、
前記基材上に配置された前記光硬化性インクに光を照射する工程と、を有する画像形成方法。
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