JP2020093442A - 画像形成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明に係る画像形成方法は、(1)活性線重合性化合物および白色顔料を含有する活性線硬化型白色インクを、インクジェットヘッドのノズルから吐出して、記録媒体の表面に付着させる第1画像形成工程と、(2)記録媒体の表面に付着させた活性線硬化型白色インクに活性線を照射して、活性線硬化型白色インクを硬化させる第1露光工程と、(3)活性線重合性化合物およびゲル化剤を含有する活性線硬化型インクを、インクジェットヘッドのノズルから吐出して、活性線硬化型白色インクが硬化してなる白色硬化膜の表面に付着させる第2画像形成工程と、(4)白色硬化膜の表面に付着させた活性線硬化型インクに、活性線を照射して、活性線硬化型インクを硬化させる第2露光工程と、を有する、2段階露光による画像形成方法である。以下、各工程について説明する。
第1画像形成工程は、活性線重合性化合物および白色顔料を含有するインクジェット用の活性線硬化型白色インクを、インクジェットヘッドのノズルから吐出して、記録媒体上に付着させて、白色画像を形成する工程である。
第1画像形成工程で使用する活性線硬化型白色インクは、顔料、活性線重合性化合物、重合開始剤、界面活性剤および重合禁止剤を含む、活性線硬化型白色インク(以下、単に「白色インク」ともいう)である。以下、各成分の詳細な説明を通じて本発明に係る白色インクについて説明を行う。
本発明の白色インクには、白色顔料が含まれる。上記白色顔料の例には、酸化チタンが含まれる。本発明の白色インクは、上記酸化チタンを、上記白色インクの全質量に対して、5質量%以上30質量%以下の含有量で含むことが好ましく、8質量%以上20質量%以下の含有量で含むことがより好ましい。
上記白色インクには、活性線重合性化合物が含まれる。活性線重合性化合物は、活性線の照射により架橋または重合する化合物である。活性線の例には、電子線、紫外線、α線、γ線およびエックス線などが含まれる。上記活性線の中では、紫外線または電子線が好ましい。
上記白色インクは、必要に応じて重合開始剤をさらに含んでもよい。上記重合開始剤は、上記活性線重合性化合物の重合を開始できるものであれば、特に限定されない。たとえば、上記白色インクがラジカル重合性化合物を有するときは、重合開始剤は光ラジカル開始剤とすることができ、上記白色インクがカチオン重合性化合物を有するときは、重合開始剤は光カチオン開始剤(光酸発生剤)とすることができる。なお、電子線の照射により上記白色インクを硬化させるときなど、重合開始剤がなくても上記白色インクが十分に硬化できるときは、重合開始剤は不要である。
上記白色インクは、ゲル化剤を含有してもよい。ゲル化剤は、常温では固体であるが、加熱すると液体となることにより、上記白色インクを温度変化に応じてゾルゲル相変移させることができる有機物である。
上記白色インクは、界面活性剤を含有してもよい。
上記白色インクは、重合禁止剤を含有してもよい。
上記白色インクには、必要に応じて他の成分がさらに含まれていてもよい。他の成分は、各種添加剤や他の樹脂等であってよい。添加剤の例には、界面活性剤、レベリング添加剤、マット剤、赤外線吸収剤、抗菌剤、インクの保存安定性を高めるための塩基性化合物等も含まれる。塩基性化合物の例には、塩基性アルカリ金属化合物、塩基性アルカリ土類金属化合物、アミンなどの塩基性有機化合物などが含まれる。他の樹脂の例には、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、およびゴム系樹脂等の硬化膜の物性を調整するための樹脂などが含まれる。
上述したように、上記白色インクは、ゲル化剤を含んでいてもよい。この場合、上記白色インクは、温度により可逆的にゾルゲル相転移することができる。一般に、ゾルゲル相転移型の活性光線硬化型インクは、高温(例えば80℃程度)ではゾルであるため、インクジェットヘッドから吐出することができるが、記録媒体に付着した後、自然冷却されてゲル化する。これにより、隣り合うドット同士の合一を抑制し、画質を高めることができる。
上記記録媒体の例には、アート紙、コート紙、軽量コート紙、微塗工紙キャスト紙、段ボールおよびアルミなどの金属の蒸着膜を堆積させた蒸着紙などを含む塗工紙ならびに非塗工紙を含む吸収性の媒体、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリエチレンテレフタレートおよびポリブタジエンテレフタレートを含むプラスチックで構成される非吸収性の記録媒体(プラスチック基材)、ならびに金属類およびガラス等の非吸収性の無機記録媒体が含まれる。なお、記録媒体は目的に応じて適宜選択することができる。
上記白色インクは、前述の白色顔料、活性線重合性化合物、重合開始剤、およびその他各成分と、を加熱下において混合することにより調製されうる。このとき、上記白色インクはゲル化剤を含有してもよい。また、得られた混合液を所定のフィルターで濾過することが好ましい。このとき、上記白色顔料および界面活性剤を含む分散液をあらかじめ調製しておき、これに残りの成分を添加して加熱しながら混合してもよい。
本発明に係る第1画像形成工程は、活性線重合性化合物および白色顔料を含有するインクジェット用の活性線硬化型白色インクを、インクジェットヘッドから吐出して、記録媒体上に付着させて、白色画像を形成する工程である。以下、ゲル化剤を含有する白色インクを用いた場合の、第1画像形成工程を説明する。
本発明に係る第1露光工程は、第1画像形成工程の後に行われる。第1露光工程は、記録媒体の第1画像形成面側(記録媒体の表面側)に付着している上記白色インクに活性線を照射して、上記記録媒体の第1画像形成面側に付着している上記白色インクを硬化させて、白色硬化膜を形成する工程である。
本発明に係る第2画像形成工程は、第1露光工程の後に行われる。第2画像形成工程では、活性線重合性化合物およびゲル化剤を含有する活性線硬化型インク(以下、単に「ゲルインク」ともいう)を、インクジェットヘッドから吐出して、記録媒体の表面に形成された上記白色硬化膜上に付着させて、画像を形成する工程である。第2画像形成工程で使用する上記ゲルインクは、画像形成の容易さから、第1画像形成工程で使用する上記白色インクと同様にインクジェットによって吐出可能なインクであることが好ましい。また、ゲル化剤を含むことによりゾルゲル相転移が可能なインクとなり、画像形成が容易に行うことができる。
上記ゲルインクには、色材が含まれることが好ましい。上記色材には、顔料および染料が含まれる。上記ゲルインクの分散安定性をより高め、かつ耐候性が高い画像を形成する観点からは、色材は顔料であることが好ましい。
上記ゲルインクは、上記第1画像形成工程で使用する白色インクと同様に、活性線重合性化合物を含む。第2画像形成工程で使用できる活性線重合性化合物は、上記第1画像形成工程で使用する白色インクに含有できる活性線重合性化合物の例に示される化合物と同様の化合物を使用することができる。
上記第2画像形成工程でゲルインクに含むことができる重合開始剤は、上記第1画像形成工程で使用する白色インクに含むことができる重合開始剤の例に示される化合物と同様の化合物を使用することができる。
上記ゲルインクには、ゲル化剤が含まれる。上記第2画像形成工程で使用できるゲル化剤は、上記第1画像形成工程で使用する白色インクに含有できるゲル化剤の例に示される化合物と同様の化合物を使用することができる。
上記第2画像形成工程で使用する、上記ゲルインクは、界面活性剤を含有してもよい。上記第2画像形成工程で使用できる界面活性剤は、上記第1画像形成工程で使用する白色インクに含有できる界面活性剤の例に示される化合物と同様の化合物を使用することができる。
上記第2画像形成工程で使用する、上記ゲルインクは、重合禁止剤を含有してもよい。上記第2画像形成工程で使用できる重合禁止剤は、上記第1画像形成工程で使用する白色インクに含有できる重合禁止剤の例に示される化合物と同様の化合物を使用することができる。
上記ゲルインクは、前述の活性線重合性化合物およびゲル化剤と、任意の各成分とを、加熱下において混合することにより調製されうる。得られた混合液を所定のフィルターで濾過することが好ましい。ゲルインクが顔料を含むときは、上記顔料および分散剤を含む分散液をあらかじめ調製しておき、これに残りの成分を添加して加熱しながら混合してもよい。
上記ゲルインクは、ゲル化剤を含むため、温度により可逆的にゾルゲル相転移することができる。上記ゲルインクは、高温(例えば80℃程度)ではゾルであるため、インクジェットヘッドから吐出されうるが、記録媒体に付着した後は自然冷却されてゲル化する。
第2画像形成工程では、第1画像形成工程、第1露光工程を経て、記録媒体上に形成された上記白色硬化膜上に、上記ゲルインクをインクジェット方式で付着させて、画像を形成する。このとき、上記ゲルインクは、上記白色インクが硬化してなる白色硬化膜の一部または全部を覆うように、上記白色硬化膜上に上塗りされる。
第2露光工程は、第2画像形成工程の後に行われる。上記第2露光工程では、記録媒体の画像形成面側に形成された上記白色硬化膜上に付着している未反応の上記ゲルインクに波長350〜410nmの範囲内の光を含む活性線を照射して、上記白色硬化膜上のゲルインクを完全に硬化させる。この工程により、上記ゲルインクが完全に硬化する。このとき、酸素濃度が低い状態で活性線を照射することにより、硬化が酸素によって阻害されることがないので、硬化が速やかに進行し、所望する硬度の画像を得ることができる。
図1は、本発明の実施形態に係るインクジェット用の画像形成装置100(以下、単に「画像形成装置」ともいう)の例示的な構成を示す模式図である。図1に示されるように、画像形成装置100は、白色インク用のインクジェットヘッド110a、ゲルインク用のインクジェットヘッド110b(以下、単に「インクジェットヘッド110a、110b」ともいう)、搬送路120、白色インクに活性線を照射する活性線照射部130a、ゲルインクに活性線を照射する活性線照射部130b(以下、単に「活性線照射部130a、130b」ともいう)、温度制御部140および白色インクに活性線を照射中の酸素濃度を調整するための酸素濃度調整部150a、ゲルインクに活性線を照射中の酸素濃度を調整するための酸素濃度調整部150b(以下、単に「酸素濃度調整部150a、150b」ともいう)を有する。なお、図1において、矢印Aは記録媒体160の搬送方向を示す。インクジェットヘッド110a、酸素濃度調整部150a、活性線照射部130a、インクジェットヘッド110b、酸素濃度調整部150b、および活性線照射部130bは、記録媒体の搬送方向上流側から下流側にかけて搬送路120に接してこの順に配置されている。
(顔料分散体の調製)
(分散体1(ホワイト))
トリプロピレングリコールジアクリレート(Miramer M200:Miwon社製、「Miramer」は同社の登録商標)52質量%と、分散剤(BYKJET−9151:BYK社製、「BYLJET」は同社の登録商標)8質量%と、をステンレス鋼製のビーカーに入れ、65℃のホットプレート上で加熱しながら1時間撹拌した。
顔料をPigment Yellow 180(クロモファインイエロー6280JC;大日精化工業株式会社製)とし、顔料の添加量を15質量%に変更した以外は、ホワイト(W)の分散体1と同様にして、イエロー(Y)の分散体2を得た。
顔料をPigment Red 122(クロモファインレッド6112JC;大日精化工業株式会社製)とし、顔料の添加量を15質量%に変更した以外は、ホワイト(W)の分散体1と同様にして、マゼンタ(M)の分散体3を得た。
顔料をPigment Blue 15:4(クロモファインブルー6332JC;大日精化工業株式会社製)とし、顔料の添加量を20質量%に変更した以外は、ホワイト(W)の分散体1と同様にして、シアン(C)の分散体4を得た。
顔料をPigment Black 7(#52;三菱化学株式会社製)とし、顔料の添加量を20質量%に変更した以外は、ホワイト(W)の分散体1と同様にして、ブラック(K)の分散体5を得た。
表1〜3に示された組成(単位は質量%)でゲル化剤、活性線重合性化合物、光重合開始剤および分散体1〜5をそれぞれ混合し、80℃に加熱した状態で撹拌した。加熱した状態で、混合液をテフロン(登録商標)製の3μmメンブレンフィルター(アドバンテック東洋株式会社製)を用いて濾過し、ゲル化剤含有インク(白色インク)B〜D、インクセットA(表2参照)、およびゲル化剤非含有インク(ゲルインク)A、E、F、インクセットB(表3参照)を得た。
PEG400DA :ポリエチレングリコール#400ジアクリレート
PEG600DA :ポリエチレングリコール#600ジアクリレート
TPGDA :トリプロピレングリコールジアクリレート
TMP(EO)9TA:9EO変性トリメチロールプロパントリアクリレート
TMP(EO)3TA:3EO変性トリメチロールプロパントリアクリレート
CN2273 :ポリエステルアクリレートオリゴマー
NVC :N−ビニカプロラクタム
VEEA :アクリル酸2−(2−ビニロキシエトキシ)エチル
(画像評価用の画像形成方法)
ゲル化剤含有インク(B〜D、インクセットA)、またはゲル化剤非含有インク(A、E、F、インクセットB)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(各色2pL、1440dpi)を有するライン方式の画像形成装置(図1参照)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およびピエゾヘッドからなり、インクが80℃となるように加温した。また、基材の搬送台は、40℃になるように加温した。
基材として、幅5cm、長さ20cm、厚さ30μmの用紙A(A−PETシート「ノバクリアー」、三菱ケミカル株式会社製、「ノバクリアー」はジェイフィルム株式会社の登録商標)のロールを準備した。基材の上に、白色インクを用いて、10g/m2の付き量で、16cm×4cmサイズの白色の100%ベタ画像(以下、単に「白色硬化膜」ともいう)(解像度:1440×1440dpi)を形成した。また、上記白色インクに照射する紫外線の照射条件を変更して次に示す硬化率、表面硬さとなるように調整した。
インクの硬化率とは、インク組成物中の光重合性化合物の転化率を表すものである。ここで、上記白色インクの硬化率は、上記白色インクに含まれるビニル基の量に対する、カラーインクが吐出される直前における白色硬化膜中に含まれるビニル基の割合により求めた。なお、上記ビニル基の量の測定は、リアルタイム測定可能な赤外分光光度計(NEXUS470;サーモフィッシャーサイエンティフィック社製)を用いて行った。
白色インクの硬化率の評価基準は以下のとおりである。
A:硬化率が90%以上
B:硬化率が80%以上90%未満
C:硬化率が70%以上80%未満
D:硬化率が70%未満
白色インクA〜Fを用いて、上記方法で形成した白色硬化膜の表面硬さを、最大荷重2mNでのナノインデンテーション法による、最大押し込み深さで評価した。ここで、ナノインデンテーション法とは、圧子を試料表面に微小荷重で押し込み、圧子変位量を高精度変位計で連続的に測定し、得られた荷重−変位曲線を解析することで押し込み硬さや押し込み弾性率などを求める試験法である。
(測定装置)
装置:超微小硬度計ENT−1000(株式会社エリオニクス製)
荷重:2mN
(評価基準)
A:最大押し込み深さが800nm未満である
B:最大押し込み深さが800nm以上1000nm未満である
C:最大押し込み深さが1000nm以上1200nm未満である
D:最大押し込み深さが1200nm以上である
吐出されたゲル化剤含有インクおよびゲル化剤非含有インクに紫外線を照射する直前に、記録媒体の表面近傍の気体を吸引し排気する排気管と、記録媒体の表面近傍に窒素ガスを供給する供給管とを配置して、ゲル化剤含有インクおよびゲル化剤非含有インクに紫外線を照射するときの酸素濃度を表4に記載の値に調整した。
記録媒体に、白色インクを吐出してから5秒以内に、基材上の白色インクに紫外線を照射して白色インクを硬化させた。具体的には、記録媒体である用紙Bおよび用紙Cのそれぞれに白色インクを吐出した後、下流に設置された2つの水冷式の紫外線照射ユニットGL−150C(浜松ホトニクス株式会社製)から光を照射してインクを硬化または仮硬化させ、白色硬化膜を形成した(放射照度:5W/cm2)。次いで、上記白色硬化膜の全面が覆われるように、シアン、マゼンタ、イエローのインクを用いて、8g/m2の付き量で、シアン、マゼンタ、イエローの3色を載せた画像を有する画像を10枚作製した。
上記画像評価用の画像形成方法により作製した画像をガラス瓶に保管し、1日経過後に20人のパネルに瓶の内部に残留する臭気を嗅いでもらい官能評価した。
(評価基準)
◎◎:不快な臭気を感じる人が0人
◎:不快な臭気を感じる人が1〜2人
○:不快な臭気を感じる人が3〜5人
△:不快な臭気を感じる人が6〜9人
×:不快な臭気を感じる人が10人以上
(評価方法)
上記画像評価用の画像形成方法で用いる用紙を用紙B(パスコF(黒);北越コーポレーション株式会社製)および用紙C(アルミ蒸着紙;王子エフテック株式会社製)に変更し、それぞれの用紙に、10g/m2の付き量で白色インクを付着させて、白色硬化膜を形成し、その上に、8g/m2の付き量となるように、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの4色を上記白色硬化膜上に吐出して、カラー画像を作製した。作製した画像を、25℃60%RHの環境下で24時間放置した後、100マスの切り込みを作製し、スコッチ超透明テープS(3M社製、「スコッチ」は同社の登録商標)を貼り、ゆっくりと剥がした。
(評価基準)
◎:剥離なし
○:1マス以上3マス未満の剥離がある
△:3マス以上5マス未満の剥離がある
×:5マス以上の剥離がある
用紙Bおよび用紙Cのそれぞれの用紙に、10g/m2の付き量で白色インクを付着させて、白色硬化膜を形成し、次いで、合計12g/m2の付き量となるように、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの4色を上記白色硬化膜上に吐出して、カラー画像を作製した。作製した画像を25℃60%RHの環境下に24時間放置した後、二つ折り(山折り)にして、折った部分にスコッチ超透明テープSを貼りゆっくりと剥がした。
(評価基準)
◎:白色硬化膜とカラー画像との界面で剥がれがない
○:白色硬化膜とカラー画像との界面で剥がれがわずかにあるが問題ない
△:白色硬化膜とカラー画像との界面で剥がれがあるが問題ない
×:白色硬化膜とカラー画像との界面で大きな剥がれがある
110a、110b インクジェットヘッド
120 搬送路
130a、130b 活性線照射部
140 温度制御部
150a、150b 酸素濃度調整部
151a、151b 排気管
152a、152b 供給管
160 記録媒体
170a、170b ヘッドキャリッジ
180a、180b インク流路
190a、190b インクタンク
Claims (6)
- 活性線重合性化合物および白色顔料を含有するインクジェット用の活性線硬化型白色インクを、インクジェットヘッドのノズルから吐出して、記録媒体の表面に付着させる第1画像形成工程と、
前記記録媒体の表面に付着させた前記インクジェット用の活性線硬化型白色インクに、活性線を照射して、前記インクジェット用の活性線硬化型白色インクを硬化または仮硬化させる第1露光工程と、
活性線重合性化合物およびゲル化剤を含有するインクジェット用の活性線硬化型インクを、インクジェットヘッドのノズルから吐出して、前記インクジェット用の活性線硬化型白色インクが硬化してなる白色硬化膜の表面に付着させる第2画像形成工程と、
前記白色硬化膜の表面に付着させた前記インクジェット用の活性線硬化型インクに、活性線を照射して、前記インクジェット用の活性線硬化型インクを硬化させる第2露光工程と、
を有する、画像形成方法。 - 前記白色硬化膜の硬化率が70%以上である、請求項1に記載の画像形成方法。
- 最大荷重2mNでのナノインデンテーション法(ISO14577−1に準拠)による、前記白色硬化膜の表面の最大押し込み深さは、1000nm未満である、請求項1または請求項2に記載の画像形成方法。
- 前記インクジェット用の活性線硬化型白色インクには、ゲル化剤が含まれる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の画像形成方法。
- 前記インクジェット用の活性線硬化型白色インクに含まれるゲル化剤の含有量は、前記インクジェット用の活性線硬化型白色インクの全質量に対して0.01〜2.0質量%である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の画像形成方法。
- 前記第1露光工程において、前記インクジェット用の活性線硬化型白色インクに活性線を照射する際の酸素濃度は、0.01体積%以上10体積%以下であり、または前記第2露光工程において、前記インクジェット用の活性線硬化型白色インクおよび前記インクジェット用の活性線硬化型インクに活性線を照射する際の酸素濃度は、0.01体積%以上10体積%以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の画像形成方法。
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