JP2019183051A - 活性光線硬化型インクおよびこれを用いた画像形成方法 - Google Patents
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本発明の一実施形態は、光重合性化合物、光重合開始剤、顔料および顔料分散剤を含有する活性光線硬化型インクであって、前記光重合開始剤および顔料分散剤は(メタ)アクリロイル基を有する化合物である、活性光線硬化型インクである。本発明に係る活性光線硬化型インクによれば、濃度ムラが少なく(画質に優れ)、摩擦によって顔料が脱落しにくい(擦れ耐性に優れる)画像を形成することができる。以下、本発明の活性光線硬化型インクを、単に「インク」とも称する。
本発明のインクに使用される光重合性化合物は、活性光線(紫外線、可視光線、電子線等)の照射により硬化する化合物であって、後述する光重合開始剤および顔料分散剤のいずれにも該当しないものをいう。
本発明のインクに使用される光重合開始剤は、(メタ)アクリロイル基を有し、活性光線(紫外線、可視光線、電子線等)の照射により活性種を発生する化合物である。
本発明において、顔料としては、無機顔料、有機顔料のいずれも使用することができる。
C.I.ピグメントイエロー12、13、14、17、20、24、74、83、86、93、109、110、117、120、125、128、129、137、138、139、147、148、150、151、153、154、155、166、168、180、185;
C.I.ピグメントオレンジ16、36、43、51、55、59、61;
C.I.ピグメントレッド9、48、49、52、53、57、97、122、123、149、168、177、180、192、202、206、215、216、217、220、223、224、226、227、228、238、240;
C.I.ピグメントバイオレット19、23、29、30、37、40、50;
C.I.ピグメントブルー15、15:1、15:3、15:4、15:6、22、60、64;
C.I.ピグメントグリーン7、36;
C.I.ピグメントブラウン23、25、26。
本発明のインクに使用される顔料分散剤は、(メタ)アクリロイル基を有し、インク中に顔料を分散させる働きを有する化合物である。一般に、顔料分散剤は、顔料に吸着する部位と、光重合性化合物や溶剤に対する親和性が高い部位とを有し、(メタ)アクリロイル基は後者に該当する。なお、本発明者の検討によれば、(メタ)アクリロイル基の代わりに(メタ)アクリルアミド基を有する顔料分散剤を用いた場合、画質および擦れ耐性の両立の面で劣っていた(後述の比較例7参照)。その理由は定かではないが、顔料との親和性がエステルに比べアミドでは弱く、顔料の分散状態が安定化しにくい可能性が推測される。
顔料分散剤は、溶液重合法、塊状重合法、乳化重合法、懸濁重合法、逆相懸濁重合法、薄膜重合法、噴霧重合法等の従来公知の重合方法を用いて製造することができる。中でも、分子量の調節が容易であることから、溶液重合法が好ましい。
式1で表される構成単位を有する顔料分散剤の製造方法は、特に制限されないが、例えば、ヒドロキシル基を有するスチレン系単量体を重合させ、ヒドロキシル基を側鎖に有する顔料分散剤前駆体を製造した後(工程1)、該ヒドロキシル基に対して(メタ)アクリル酸またはその誘導体をエステル化反応により付加させ、顔料分散剤前駆体の側鎖に(メタ)アクリロイル基を導入する(工程2)ことを有する方法が挙げられる。
工程1における好ましい重合条件は、上記と同様であるため、説明を省略する。
工程2では、顔料分散剤前駆体に含まれるヒドロキシル基の1モル当量に対して、(メタ)アクリル酸またはその誘導体を1.2モル当量以上添加することが好ましい(上限値:例えば4モル当量以下)。上記範囲であれば、理論上、顔料分散剤前駆体中の全てのヒドロキシル基に対して(メタ)アクリロイル基が導入される。すなわち、ヒドロキシル基を有するスチレン系単量体由来の構成単位は、実質的に全て式1で表される構成単位に変換される。ゆえに、工程1で使用される全単量体中のヒドロキシル基を有するスチレン系単量体の含有量(モル%)は、顔料分散剤を構成する全構成単位中の式1で表される構成単位の含有量(モル%)と実質的に等しくなる。
本発明のインクには、上記成分以外に、必要に応じて、公知の各種添加剤、例えば、溶剤、光重合禁止剤、表面張力調整剤、界面活性剤、滑剤、充填剤、消泡剤、ゲル化剤、増粘剤、比抵抗調整剤、皮膜形成剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、退色防止剤、防ばい剤、防錆剤等を適宜選択して用いることができる。
本発明の活性光線硬化型インクには、保存安定性の観点から、光重合禁止剤を添加することが好ましい。
表面張力調整剤としては、シリコーン系化合物が好ましく、市販品としては信越化学工業株式会社製のKF−65等が挙げられる。
本発明の活性光線硬化型インクは、上記の光重合性化合物、光重合開始剤、顔料、顔料分散剤、および必要に応じてその他の成分を、サンドミル、ペイントシェーカー等の通常の分散機を用いて分散することにより製造される。分散させる際には、ジルコニアビーズ等を用いてもよい。
本発明の活性光線硬化型インクをインクジェット印刷に用いる場合、その物性は、通常のインクジェットインクと同様の物性値を有することが好ましい。すなわち、粘度は25℃において2〜50mPa・sで、シェアレート依存性ができるだけ小さく、表面張力は25℃において15〜35mN/mの範囲にあること、着色剤として顔料を用いる場合には、顔料粒子以外には平均粒径が1.0μmを超えるようなゲル状物質が無いこと、電導度は10μS/cm以下の電導度とし、ヘッド内部での電気的な腐食のないインクとすることが好ましい。コンティニュアスタイプにおいては、電解質による電導度の調整が必要であり、この場合には0.5mS/cm以上の電導度に調整する必要がある。
本発明は、上記活性光線硬化型インクの液滴を記録媒体上に着弾させる工程(工程1)と、前記記録媒体上に着弾した液滴に活性光線を照射して画像を構成する硬化膜を形成する工程(工程2)と、を含む、画像形成方法についても提供する。
工程1では、本発明の活性光線硬化型インクの液滴を、インクジェットヘッド等から吐出して、記録媒体上の形成すべき画像に応じた位置に着弾させる。
工程2では、工程1で記録媒体に着弾させたインクに活性光線を照射して、画像を構成する硬化膜(画像)を形成する。
[製造例1−1]
窒素置換したナスフラスコに、スチレン1モル当量、4−エテニルフェノール1モル当量、アクリル酸エチル1モル当量を含むDMF溶液を加え、さらにS−ドデシル−S’−(α,α’−ジメチル−α’’−酢酸)トリチオカルボナート0.05モル当量、AIBN0.05モル当量を加え、窒素雰囲気下、100℃で24時間撹拌し、顔料分散剤前駆体1を含む反応液を製造した。
メタクリロイルクロリドをアクリロイルクロリドに変更したこと以外は製造例1−1と同様にして、顔料分散剤2を製造した。顔料分散剤2の重量平均分子量は、5,000であった。
スチレン1モル当量、4−エテニルフェノール1モル当量、アクリル酸エチル1モル当量を、スチレン1.5モル当量、4−エテニルフェノール1.5モル当量に変更し、かつメタクリロイルクロリドの添加量を2.25モル当量に変更したこと以外は製造例1−1と同様にして、顔料分散剤3を製造した。顔料分散剤3の重量平均分子量は、5,000であった。
スチレン1モル当量、4−エテニルフェノール1モル当量、アクリル酸エチル1モル当量を、4−エテニルフェノール3モル当量に変更し、かつメタクリロイルクロリドの添加量を4.5モル当量に変更したこと以外は製造例1−1と同様にして、顔料分散剤4を製造した。顔料分散剤4の重量平均分子量は、5,000であった。
製造例1−1で得られた顔料分散剤前駆体1を含む反応液に、1N塩酸をpH2になるまで添加し、クロロホルムおよび水を加えて有機層を分離回収し、水で3回洗浄し、有機層をロータリーエバポレーターで濃縮乾固し、顔料分散剤5を得た。顔料分散剤5の重量平均分子量は、5,000であった。
窒素置換したナスフラスコに、スチレン3モル当量を含むDMF溶液を加え、さらにS−ドデシル−S’−(α,α’−ジメチル−α’’−酢酸)トリチオカルボナート0.05モル当量、AIBN0.05モル当量を加え、窒素雰囲気下、100℃で24時間撹拌し、反応液を得た。得られた反応液にクロロホルムおよび水を加えて有機層を分離回収し、水で3回洗浄し、有機層をロータリーエバポレーターで濃縮乾固し、顔料分散剤6を得た。顔料分散剤6の重量平均分子量は、5,000であった。
スチレン1モル当量、4−エテニルフェノール1モル当量、アクリル酸エチル1モル当量を、スチレン1.5モル当量、4−アミノスチレン1.5モル当量に変更し、かつメタクリロイルクロリドの添加量を2.25モル当量に変更したこと以外は製造例1−1と同様にして、顔料分散剤7を製造した。顔料分散剤7の重量平均分子量は、5,000であった。
後述の活性光線硬化型インクジェットインクの調製にあたり、表2に示す光重合開始剤1〜6を使用した。このうち、光重合開始剤2〜5については、以下の方法により製造した。また、光重合開始剤6としては、BASF社製のIRGACURE(登録商標)819を使用した。なお、表2に記載の吸収波長領域(nm)は、波長250〜600nmの範囲で、分光光度法により測定して得られた吸収スペクトルに基づくものである。したがって、光重合開始剤1〜3、5、6の実際の下限吸収波長は、250nm以下でありうる。
窒素置換したナスフラスコに、基準量のビス(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(登録商標)819、BASF社製)、N−ブロモスクシンイミド2.5モル当量、クロロベンゼンを加え、80℃にて1時間撹拌した。次いで、アゾイソブチロニトリル1.3モル当量を加えて80℃にて6時間撹拌した。反応液を酢酸エチルと水で分液し、有機層を濃縮乾固し、カラムクロマトグラフィーで精製し、中間体Aを得た。中間体Aのジクロロメタン溶液を−78℃に冷却後、n−ブチルリチウム2.2モル当量を加え30分撹拌した。次いで、ブロモメチルメタクリレート2モル当量のジクロロメタン溶液を滴下し、−20℃で2時間撹拌後、室温(25℃)で4時間撹拌した。反応液をジクロロメタンと水で分液し、有機層を濃縮乾固し、カラムクロマトグラフィーで精製し、光重合開始剤1を得た。
ブロモメチルメタクリレートをブロモメチルアクリレートに変更したこと以外は製造例2−1と同様にして、光重合開始剤2を製造した。
ブロモメチルメタクリレートを5−ブロモペンチルメタクリレートに変更したこと以外は製造例2−1と同様にして、光重合開始剤3を製造した。
基準量の2−フェニル−1−プロパノールおよび1モル当量のチオサリチル酸を硫酸に懸濁させ、80℃にて18時間攪拌した。反応液を室温に冷却しジクロロメタンと水で分液し、有機層を濃縮乾固し、カラムクロマトグラフィーで精製し、中間体Bを得た。中間体Bのジクロロメタン溶液を0℃に冷却後、1.2モル当量のメタクリロイルクロリド、1.5モル当量のトリエチルアミンを加え1時間撹拌した。反応液をジクロロメタンと水で分液し、有機層を濃縮乾固し、カラムクロマトグラフィーで精製し、光重合開始剤4を得た。
基準量の4−ブロモメチルベンジルのジクロロメタン溶液を−78℃に冷却後、n−ブチルリチウム1.1モル当量を加え30分撹拌した。次いで、ブロモメチルアクリレート1.1モル当量のジクロロメタン溶液を滴下し、−20℃で2時間撹拌後、室温(25℃)で4時間撹拌した。反応液をジクロロメタンと水で分液し、有機層を濃縮乾固し、カラムクロマトグラフィーで精製し、中間体Cを得た。得られた中間体Cの酢酸溶液にp−クロロベンズアルデヒド1.1モル当量、酢酸アンモニウム3モル当量を加え、80℃で8時間攪拌した。反応液をジクロロメタンと水で分液し、有機層を濃縮乾固し、カラムクロマトグラフィーで精製し、中間体Dを得た。中間体Dのジクロロメタン、水の懸濁溶液にフェリシアン化カリウム2モル当量、水酸化カリウム2モル当量を加え、遮光下、室温にて5時間攪拌した。遮光下、反応液をジクロロメタンと水で分液し、有機層を濃縮乾固し、カラムクロマトグラフィーで精製し、光重合開始剤5を得た。
[実施例1]
マゼンタ顔料Cinquasia Magenta D4550J(BASF社製、キナクリドンレッド(C.I.ピグメントレッド122))を8g、顔料分散剤1を3.6g、光重合性化合物ポリエチレングリコールジアクリレート(NKエステルA−400、新中村化学工業株式会社製)を34.5g、光重合禁止剤(Irgastab(登録商標)UV10、BASF社製)を0.3g、ジルコニアビーズ(YTZボール 0.3mm、株式会社ニッカトー製)を100mlのポリ容器に測りとり、ペイントシェーカーにて室温(25℃)で3時間分散し、顔料分散液1を得た。
光重合開始剤または/および顔料分散剤の種類を表3に記載のように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、活性光線硬化型インクジェットインク2〜15、24〜31を調製した。
顔料分散液の調製における顔料分散剤1の添加量を0.8g(10質量%)、2.4g(30質量%)、4.8g(60質量%)または6.4g(80質量%)に変更し、かつ光重合開始剤1を光重合開始剤2に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、活性光線硬化型インクジェットインク16〜19を調製した。なお、上記括弧内の数値は、顔料に対する質量%を表す。
光重合開始剤1を光重合開始剤2に変更し、かつその添加量を0.27g(1.0質量%)、0.67g(2.5質量%)、1.62g(6.0質量%)または2.16g(8.0質量%)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、活性光線硬化型インクジェットインク20〜23を調製した。なお、上記括弧内の数値は、光重合性化合物に対する質量%を表す。
上記調製した各活性光線硬化型インクジェットインク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ヘッドを有するライン方式のインクジェット記録装置に装填した。インク供給系は、インクタンク、インク流路、インクジェット記録ヘッド直前のサブインクタンク、フィルター付き配管及びピエゾヘッドからなり、インクジェットヘッドの温度は、80℃に設定した。また、記録媒体の搬送台は、40℃に設定した。記録媒体にベタ画像を印字し、画像を形成した後、記録装置の下流部に配置したLEDランプ(Phoseon Technology社製、ピーク発光波長395nm、水冷LED)で、画像に紫外線(積算光量350mJ/cm2)を照射してインクを硬化し、インク膜厚5μmの硬化膜(画像)を形成した。
[画質]
インクジェットヘッドからインク射出を行い、記録媒体である非コート上質紙(J ペーパー、68g/m2、コニカミノルタ株式会社製)と、印刷用コート紙A(OKトップコート、128g/m2、王子製紙株式会社製)に印字した5cm×5cmのベタ画像を目視評価し、下記の評価基準に従って画質(濃度ムラ)を評価した(○以上で合格とした)。通常、非コート紙では、インクの不均一な染み込みが起こりやすいため、コート紙に比べて濃度ムラが発生しやすい。
○:5cm離れた位置から観測すると、画像の一部において濃度ムラが認められるが、15cm離れた位置から観測すると、画像に濃度ムラが認められない
△:15cm離れた位置から観測すると、画像の一部において濃度ムラが認められるが、30cm離した位置から観測すると、濃度ムラが認められない
×:30cm離した位置から観測して、画像に濃度ムラが認められる。
インクジェットヘッドからインク射出を行い、記録媒体であるPETフィルムに印字した5cm×5cmのベタ画像を作成し重量を測定した。擦れ耐性評価機に画像が印字されたPETフィルムを設置後、#15000超精密研磨フィルムを荷重9.81kPa(0.1kgf/cm2)で画像に押し当て30分間擦り評価をし、下記の評価基準に従って擦れ耐性(摩擦による顔料の脱落しにくさ)を評価した(○以上で合格とした)。
○:目視においては超精密研磨フィルムに顔料の着色が認められないが、光学顕微鏡により着色が認められる
△:超精密研磨フィルムを10cm離した位置から目視して顔料の着色が認められるが、30cm離した位置では顔料の着色が認められない
×:超精密研磨フィルムを30cm離した位置から目視して顔料の着色が認められる。
Claims (9)
- 光重合性化合物、光重合開始剤、顔料および顔料分散剤を含有する活性光線硬化型インクであって、前記光重合開始剤および顔料分散剤は(メタ)アクリロイル基を有する化合物である、活性光線硬化型インク。
- 前記顔料分散剤は、重量平均分子量が1,500以上である、請求項1に記載の活性光線硬化型インク。
- 前記顔料分散剤が、前記顔料に対して10〜80質量%含有されている、請求項1または2に記載の活性光線硬化型インク。
- 前記光重合開始剤は、340〜440nmに吸収波長領域を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の活性光線硬化型インク。
- 前記光重合開始剤は、下記一般式1で表される化合物である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の活性光線硬化型インク:
- 前記光重合開始剤が、前記光重合性化合物に対して0.3〜10質量%含有されている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の活性光線硬化型インク。
- ゲル化剤をさらに含有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の活性光線硬化型インク。
- インクジェット印刷に用いられる、請求項1〜7のいずれか1項に記載の活性光線硬化型インク。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の活性光線硬化型インクの液滴を記録媒体上に着弾させる工程と、前記記録媒体上に着弾した液滴に活性光線を照射して画像を構成する硬化膜を形成する工程と、を含む、画像形成方法。
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