JP2022010821A - 赤外線吸収性紫外線硬化型インク及び赤外線吸収性印刷物 - Google Patents

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Abstract

【課題】赤外線吸収性を有するとともに、耐塩基性、特に洗濯耐性に優れた印刷物を与えることができる、赤外線吸収性紫外線硬化型インク及び赤外線吸収性印刷物を提供する。【解決手段】紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を、タングステン系赤外線吸収性顔料とともに用いたインク組成物とする。具体的には、タングステン系赤外線吸収性顔料、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂、及びウレタン結合を含まない紫外線硬化型アクリル樹脂、を含む、赤外線吸収性紫外線硬化型インクとする。【選択図】なし

Description

本発明は、赤外線吸収性紫外線硬化型インク及び赤外線吸収性印刷物に関する。更に詳しくは、タングステン系の赤外線吸収性顔料を含有する赤外線吸収性紫外線硬化型インク及びその製造方法に関する。
機能性インクの一種である赤外線吸収性インクは、様々な用途に用いられており、例えば、有価証券の一部に印刷されて、偽造防止の用に供されている。
赤外線吸収性インクに配合される赤外線吸収機能を発現する顔料としては、セシウム酸化タングステン(CWO)、アンチモンドープ酸化錫(ATO)、酸化インジウム錫(ITO)、カーボンブラック等が存在する。中では、赤外線吸収機能が高く、透明性が高い点から、セシウム酸化タングステン(CWO)を利用した赤外線吸収性インクの需要が高まっている。
セシウム酸化タングステン(CWO)を利用した赤外線吸収性インクとしては、例えば、複合タングステン酸化物(CWO等)又はマグネリ相を有するタングステン酸化物から選択される赤外線吸収性材料微粒子と、ビヒクルとを含むインクが記載されている(特許文献1参照)。
また、XRDピークトップ強度の比が特定の範囲にある複合タングステン酸化物(CWO等)の超微粒子を用いた、偽造防止インク用組成物が提案されている(特許文献2参照)。
しかしながら、特許文献1及び2に記載された赤外吸収性インクは、洗剤等の塩基性物質の影響によって失活してしまい、赤外線吸収機能を維持できない場合があった。
そこで、一定量の溶媒と、溶媒に可溶なアクリル系樹脂と、CWO分散液と紫外線硬化型樹脂とを混合することで、洗剤等の塩基性物質に対する耐性(洗濯耐性)が付与された赤外線吸収性紫外線硬化型インクが提案されている(特許文献3参照)。
国際公開第2016/121801号 国際公開第2017/104855号 特開2020-050690号公報
しかしながら、特許文献3に記載されたインクは、ある程度の洗濯耐性を有するものの、用途によっては、更に高い洗濯耐性が求められる場合があった。
本発明は、上記の背景に鑑みてなされたものであり、赤外線吸収性を有するとともに、耐塩基性、特に洗濯耐性に優れた印刷物を与えることができる、赤外線吸収性紫外線硬化型インク及び赤外線吸収性印刷物を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を行った。そして、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を、タングステン系赤外線吸収性顔料とともに用いたインク組成物とすれば、赤外線吸収性を有するとともに、紫外線硬化により耐塩基性に優れた印刷物が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。すなわち、本発明は、以下のとおりである。
《態様1》
タングステン系赤外線吸収性顔料、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂、及びウレタン結合を含まない紫外線硬化型アクリル樹脂、を含む、赤外線吸収性紫外線硬化型インク。
《態様2》
前記紫外線硬化型アクリル樹脂100質量部に対して、前記紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を、1~150質量部含む、態様1に記載の赤外線吸収性紫外線硬化型インク。
《態様3》
前記赤外線吸収性紫外線硬化型インクにおける全固形分100質量部に対して、前記タングステン系赤外線吸収性顔料を、20質量部以下含む、態様1又は2に記載の赤外線吸収性紫外線硬化型インク。
《態様4》
前記赤外線吸収性紫外線硬化型インクにおける全固形分100質量部に対して、前記紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を、1~50質量部含む、態様1~3のいずれか一態様に記載の赤外線吸収性紫外線硬化型インク。
《態様5》
前記紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂は、アクリロイル基を複数含む、態様1~4のいずれか一態様に記載の赤外線吸収性紫外線硬化型インク。
《態様6》
前記タングステン系赤外線吸収性顔料は、
一般式(1):M
{式中、Mは、H、He、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、及びIからなる群から選ばれる1種類以上の元素であり、Wはタングステンであり、Oは酸素であり、x、y及びzは、それぞれ正数であり、0<x/y≦1であり、かつ2.2≦z/y≦3.0である}
で表される複合タングステン酸化物、又は、
一般式(2):W
{式中、Wはタングステンであり、Oは酸素であり、y及びzは、それぞれ正数であり、かつ2.45≦z/y≦2.999である}
で表されるマグネリ相を有するタングステン酸化物、
から選ばれる少なくとも1種以上である、態様1~5のいずれか1項に記載の赤外線吸収性紫外線硬化型インク。
《態様7》
インクジェット用インクである、態様1~6のいずれか1項に記載の赤外線吸収性紫外線硬化型インク。
《態様8》
態様1~7のいずれか1項に記載の赤外線吸収性紫外線硬化型インクにより印刷された印刷部を備える、赤外線吸収性印刷物。
本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクは、赤外線吸収性を有するとともに、耐塩基性、特に洗濯耐性に優れた印刷物を提供できるインクとなる。したがって、印刷物が、衣類と共に洗濯されてしまった場合にも、その耐塩基性により、赤外線吸収機能を維持することができる。
《赤外線吸収性紫外線硬化型インク》
本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクは、タングステン系赤外線吸収性顔料、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂、及びウレタン結合を含まない紫外線硬化型アクリル樹脂、を含む。
ここで、本発明において、「紫外線硬化型樹脂」とは、紫外線照射装置から照射される紫外線のエネルギーと光重合開始剤により、重合又は架橋等によって硬化する材料を意味し、モノマー、オリゴマー、又はプレポリマーの形態であってよい。
本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクは、タングステン系赤外線吸収性顔料を含むことで、赤外線吸収性能を有する印刷物を提供することができる。また、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を含むことで、紫外線硬化性能を有するとともに、耐塩基性、特に洗濯耐性に優れた、印刷物を実現することができる。
赤外線吸収性能を付与するタングステン系赤外線吸収性顔料は、ウレタン結合を含まない紫外線硬化型アクリル樹脂を主成分とする従来のインクに対して分散させようとしても、顔料がインク中で沈降したり、あるいは、顔料を含む分散体が紫外線硬化型インクと分離してしまい、印刷用のインクとして用いるのは困難であった。
また、本発明の必須の構成成分である、洗濯耐性を付与する紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂は、粘度が高い。このため、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を成分として含む組成物は、そのままでは、インクジェットインクとしては使用することができなかった。
これに対して、本発明者らは、低粘度であり、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂との相溶性の高い紫外線硬化型アクリル樹脂を用いることによって、タングステン系赤外線吸収性顔料が良好に分散されるとともに、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂に起因する粘度が低下し、実用的なインクが得られることを見出した。
理論に拘束されるものではないが、上記のような効果は、本発明のインクが紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を含有していることによって、ウレタン結合による水素結合が形成され、これにより、タングステン系赤外線吸収性顔料が紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂によって被覆されて分散性を向上させつつ、耐塩基性、特に洗濯耐性を向上させるとともに、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂と相溶性の高い紫外線硬化型アクリル樹脂を含有していることによって、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂同士による水素結合の形成が阻害されて、インクの粘度が下がることに起因すると考えられる。
本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクの粘度は、約25℃の温度において、300mPa・s以下、150mPa・s以下、80mPa・s以下、又は60mPa・s以下であってよく、10mPa・s以上、又は15mPa・s以上であってよい。
なお、本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクを、インクジェット用インクとして用いる場合には、インクの粘度は、60mPa・s以下であることが好ましく、40mPa・s以下、30mPa・s以下であってよく、20mPa・sが特に好ましい。
<タングステン系赤外線吸収性顔料>
本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクは、タングステン系赤外線吸収性顔料を、必須成分として分散している。本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクは、タングステン系赤外線吸収性顔料を含むことで、赤外線吸収性能を有する印刷物を提供することができる。
本発明に用いられるタングステン系赤外線吸収性顔料としては、特に限定されるものではなく、インクの分野で用いられている公知の顔料を適用することができる。
タングステン系赤外線吸収性顔料としては、例えば、一般式(1):M{式中、Mは、H、He、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、及びIからなる群から選ばれる1種類以上の元素であり、Wはタングステンであり、Oは酸素であり、x、y及びzは、それぞれ正数であり、0<x/y≦1であり、かつ2.2≦z/y≦3.0である}で表される複合タングステン酸化物、又は一般式(2):W{式中、Wはタングステンであり、Oは酸素であり、y及びzは、それぞれ正数であり、かつ2.45≦z/y≦2.999である}で表されるマグネリ相を有するタングステン酸化物から選ばれる1種以上の赤外線吸収性顔料であってもよい。
このようなタングステン系赤外線吸収性顔料は、例えば、特開2005-187323号公報に説明されている、複合タングステン酸化物又はマグネリ相を有するタングステン酸化物の製法により、製造することができる。
一般式(1)で表される複合タングステン酸化物には、元素Mが添加されている。この為、一般式(1)におけるz/y=3.0の場合も含めて、自由電子が生成され、近赤外光波長領域に自由電子由来の吸収特性が発現し、波長1000nm付近の近赤外線を吸収する材料として有効である。
特に、元素Mとしては、近赤外線吸収性材料としての光学特性及び耐候性を向上させる観点から、Cs、Rb、K、Tl、In、Ba、Li、Ca、Sr、Fe、及びSnからなる群から選ばれる1種類以上とすることができる。
一般式(1)で表される複合タングステン酸化物は、シランカップリング剤で処理されていてもよい。シランカップリング剤処理することによって、近赤外線吸収性及び可視光波長領域における透明性を高めることができる。
元素Mの添加量を示すx/yの値が0より大きいことにより、十分な量の自由電子が生成され、近赤外線吸収効果を十分に発揮することができる。なお、元素Mの添加量が多いほど、自由電子の供給量が増加して近赤外線吸収効果は上昇するが、通常は、x/yの値が1程度で飽和する。x/yの値が1以下である場合には、顔料含有層中における不純物相の生成を防ぐことが可能となる。
x/yの値は、0.001以上、0.2以上、又は0.30以上であってもよく、0.85以下、0.5以下、又は0.35以下であってもよい。x/yの値は、特に、0.33とすることができる。
一般式(1)及び(2)において、z/yの値は、酸素量の制御の水準を示す。一般式(1)で表される複合タングステン酸化物において、z/yの値が2.2≦z/y≦3.0の関係を満たす場合には、一般式(2)で表されるタングステン酸化物と同じ酸素制御機構が働くことに加えて、z/y=3.0の場合でさえも、元素Mの添加による自由電子の供給がある。一般式(1)において、z/yの値は、2.45≦z/y≦3.0の関係を満たすようにしてもよい。
一般式(1)で表される複合タングステン酸化物は、六方晶の結晶構造を含むか、又は六方晶の結晶構造からなることが好ましい。一般式(1)で表される複合タングステン酸化物が、六方晶の結晶構造を有する場合、顔料の可視光波長領域の透過が大きくなり、かつ近赤外光波長領域の吸収が大きくなる。そして、元素Mの陽イオンは、六方晶の空隙に添加されて存在する。
ここで、一般には、イオン半径の大きな元素Mを添加したときに、六方晶が形成される。具体的には、Cs、K、Rb、Tl、In、Ba、Sn、Li、Ca、Sr、Fe等のイオン半径の大きい元素を添加したときに、六方晶が形成され易い。しかしながら、一般式(1)で表される複合タングステン酸化物における元素Mは、これらの元素に限定されるものではなく、WO単位で形成される六角形の空隙に、添加元素Mが存在していればよい。
六方晶の結晶構造を有する一般式(1)で表される複合タングステン酸化物が、均一な結晶構造を有する場合には、添加元素Mの添加量は、x/yの値で0.2以上0.5以下とすることができ、0.30以上0.35以下とすることができ、特に0.33とすることができる。x/yの値が0.33となることで、添加元素Mが、実質的に全ての六角形の空隙に配置されると考えられる。
また、六方晶以外では、正方晶又は立方晶のタングステンブロンズであってもよい。一般式(1)で表される複合タングステン酸化物は、結晶構造によって、近赤外光波長領域の吸収位置が変化する傾向があり、立方晶、正方晶、六方晶の順に、吸収位置が長波長側に移動する傾向がある。また、それに付随して可視光波長領域の吸収が少ないのは、六方晶、正方晶、立方晶の順である。このため、可視光波長領域の光をより透過して、近赤外光波長領域の光をより吸収したい用途とする場合には、六方晶のタングステンブロンズを用いてもよい。
一般式(2)で表されるマグネリ相を有するタングステン酸化物においては、z/yの値が2.45≦z/y≦2.999の関係を満たす、所謂「マグネリ相」は、安定性が高く、近赤外光波長領域の吸収特性も高い顔料となる。
一般式(1)で表される複合タングステン酸化物及び一般式(2)で表されるマグネリ相を有するタングステン酸化物は、近赤外光波長領域、特に波長1000nm付近の光を大きく吸収するため、その透過色調が青色系から緑色系となる物が多い。
本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクに用いられるタングステン系赤外線吸収性顔料の分散粒子径は、特に限定されるものではなく、形成されるインクの使用目的によって、適宜選定することができる。
透明性を有するインクを形成したい場合には、体積平均で2000nm以下の分散粒子径を有するタングステン系赤外線吸収性顔料を用いることが好ましい。分散粒子径が2000nm以下であれば、可視光波長領域における透過率(反射率)のピークと、近赤外光波長領域における吸収とのボトムの差が大きくなるため、可視光波長領域の透明性を有する近赤外線吸収顔料となる。更に、分散粒子径が2000nmよりも小さい粒子は、散乱により光を完全に遮蔽することがないため、可視光波長領域における視認性を保持しつつ、同時に、効率良く透明性を保持することができる。
更に、可視光波長領域における透明性を重視したい場合には、粒子による散乱を考慮することが好ましい。具体的には、タングステン系赤外線吸収性顔料の体積平均の分散粒子径を、200nm以下とすることが好ましく、さらには100nm以下、50nm以下、又は30nm以下であってもよい。
タングステン系赤外線吸収性顔料の分散粒子径が200nm以下となる場合には、幾何学散乱又はミー散乱が低減し、レイリー散乱領域となる。レイリー散乱領域では、散乱光は分散粒子径の6乗に反比例して低減するため、分散粒子径の減少に伴い、散乱は低減して透明性が向上する。更に、タングステン系赤外線吸収性顔料の分散粒子径が100nm以下となる場合には、散乱光は非常に少なくなる。したがって、光の散乱を回避する観点からは、分散粒子径は小さい方が好ましい。
一方、タングステン系赤外線吸収性顔料の分散粒子径が、1nm以上、3nm以上、5nm以上、又は10nm以上であれば、工業的な製造が容易となる傾向にある。
なお、タングステン系赤外線吸収性顔料の体積平均の分散粒子径は、ブラウン運動中の微粒子にレーザー光を照射し、そこから得られる光散乱情報から粒子径を求める、動的光散乱法のマイクロトラック粒度分布計(日機装株式会社製)を用いて測定することができる。
本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクにおいて、タングステン系赤外線吸収性顔料の含有量は、特に限定されるものではないが、赤外線吸収性紫外線硬化型インクの全固形分100質量部に対して、タングステン系赤外線吸収性顔料を、20質量部以下含むことが好ましい。
本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクにおけるタングステン系赤外線吸収性顔料の含有量は、赤外線吸収性紫外線硬化型インクの全固形分100質量部に対して、20質量部以下、15質量部以下、14質量部、12質量部以下、10質量部以下、8質量部以下、5質量部以下、又は3質量部以下であってもよい。
また、本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクにおけるタングステン系赤外線吸収性顔料の含有量は、赤外線吸収性紫外線硬化型インクの全固形分100質量部に対して、0.1質量部以上、0.5質量部以上、1.0質量部以上、1.5質量部以上、又は2.0質量部以上であってもよい。
<紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂>
本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクは、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を、必須成分として含む。紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を含むことで、紫外線硬化性能を有するとともに、耐塩基性、特に洗濯耐性に優れた印刷物を与えることが可能となる。
本発明に用いられる紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂としては、特に限定されるものではなく、ウレタン結合と、アクリル酸から誘導されるアクリロイル基とを有する重合体であればよい。
紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂は、分子鎖にアクリロイル基を有することで、紫外線による硬化が可能となる。また、分子鎖にウレタン結合を有することで、他の分子との間に、水素結合を形成することができる。その結果、耐塩基性、特に洗濯耐性に優れた印刷物を与えることが可能となる。
紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂が有するアクリロイル基は、アクリル酸から誘導される基である。アクリル酸は、単官能タイプであっても、多官能タイプであってもよい。
本発明に用いられる紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂は、アクリロイル基を複数含むものであることが好ましい。紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂が有するアクリロイル基の数は、2以上、3以上、4以上、6以上、9以上であってもよい。
アクリロイル基の数が3以上である場合には、分子間で架橋を形成することができるため、耐塩基性、特に洗濯耐性を、更に向上させることが可能となる。
また、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂が有するウレタン結合は、イソシアネート基とヒドロキシ基とを反応させて形成される。本発明に用いられる紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂が有するウレタン結合は、芳香族系のイソシアネート化合物から形成されるものであっても、脂肪族系のイソシアネート化合物から形成されるものであっても、いずれでもよい。
また、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂におけるウレタン結合を形成するためのヒドロキシ基を有する化合物は、ポリエーテル系、ポリエステル系のいずれであってもよく、また、ポリマーであっても、低分子量のジオール等であってもよい。
すなわち、本発明に用いられる紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂は、ある程度の分子量を有するポリマーであっても、オリゴマーであっても、プレポリマーであってもよい。
本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクにおいて、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂の含有量は、特に限定されるものではないが、赤外線吸収性紫外線硬化型インクの全固形分100質量部に対して、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を、1~50質量部含むことが好ましい。
赤外線吸収性紫外線硬化型インクの全固形分100質量部に対する紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂の割合が上記の範囲であれば、本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクは、十分な紫外線硬化性能を有するとともに、十分な耐塩基性、特に洗濯耐性に優れた印刷物を与えることが可能となる。
また、本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクにおける紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂の含有量は、赤外線吸収性紫外線硬化型インクの全固形分100質量部に対して、2質量部以上、3質量部以上、5質量部以上、10質量部以上、15質量部以上、20質量部以上、又は25質量部以上であってもよい。
本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクにおける紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂の含有量は、赤外線吸収性紫外線硬化型インクの全固形分100質量部に対して、45質量部以下、40質量部以下、35質量部以下、30質量部以下、又は25質量部以下であってもよい。
また、本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクにおいて、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂は、後記する必須成分の1つである、紫外線硬化型アクリル樹脂100質量部に対して、1~150質量部であることが好ましい。
紫外線硬化型アクリル樹脂100質量部に対する紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂の配合量が上記の範囲であれば、本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクにおいて、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂に起因する粘度の上昇が抑制される。
紫外線硬化型アクリル樹脂100質量部に対する、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂の配合量は、2質量部以上、3質量部以上、5質量部以上、10質量部以上、20質量部以上、30質量部以上、40質量部以上、又は50質量部以上であってもよい。
紫外線硬化型アクリル系樹脂100質量部に対する、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂の配合量は、120質量部以下、100質量部以下、90質量部以下、80質量部以下、70質量部以下、60質量部以下、又は50質量部以下であってもよい。
<ウレタン結合を含まない紫外線硬化型アクリル樹脂>
本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクは、ウレタン結合を含まない紫外線硬化型アクリル樹脂を、必須成分として含む。ウレタン基を含まない紫外線硬化型アクリル樹脂は、タングステン系赤外線吸収性顔料を良好に分散するとともに、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂に起因する粘度の上昇を抑制する作用を有する。
したがって、本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクにおいて、ウレタン結合を含まない紫外線硬化型アクリル樹脂は、低粘度であり、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂との相溶性の高い材料である。
ウレタン結合を含まない紫外線硬化型アクリル樹脂は、低粘度である必要性から、単量体、オリゴマー、又はプレポリマーであることが好ましく、特に単量体が好ましい。
本発明に用いられるウレタン結合を含まない紫外線硬化型アクリル樹脂となる単量体としては、特に限定されるものではなく、従来より紫外線硬化型インクに使用されていたアクリル系単量体を用いることができる。
そのようなアクリル系単量体としては、エチレン性不飽和結合を有するアクリレートを挙げることができ、本発明においては、単官能アクリレート、又は多官能アクリレートのいずれであってもよい。これらを併用することも可能である。
単官能アクリレートとしては、例えば、カプロラクトンアクリレート、イソデシルアクリレート、イソオクチルアクリレート、イソミリスチルアクリレート、イソステアリルアクリレート、2-エチルヘキシル-ジグリコールジアクリレート、2-ヒドロキシブチルアクリレート、2-アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、ネオペンチルフリコールアクリル酸安息香酸エステル、イソアミルアクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、ブトキシエチルアクリレート、エトキシ-ジエチレングリコールアクリレート、メトキシ-トリエチレングリコールアクリレート、メトキシ-ポリエチレングリコールアクリレート、メトキシジプロピレングリコールアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシ-ポリエチレングリコールアクリレート、ノニルフェノールエチレンオキサイド付加物アクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、イソボニルアクリレート、2-ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピルアクリレート、2-アクリロイロキシエチル-コハク酸、2-アクリロイロキシエチル-フタル酸、2-アクリロイロキシエチル-2-ヒドロキシエチル-フタル酸等が挙げられる。
2官能アクリレートとしては、例えば、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジアクリレート、アルコキシ化ヘキサンジオールジアクリレート、ポリテトラメチレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパンアクリル酸安息香酸エステル、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコール(200)ジアクリレート、ポリエチレングリコール(400)ジアクリレート、ポリエチレングリコール(600)ジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、1,3-ブチレングリコールジアクリレート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、1,9-ノナンジオールジアクリレート、ジメチロール-トリシクロデカンジアクリレート、ビスフェノールAジアクリレート等が挙げられる。
3官能以上のアクリレートとしては、例えば、エトキシ化イソシアヌル酸トリアクリレート、ε-カプロラクトン変性トリス-(2-アクリロキシエチル)イソシアヌレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールポリアクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等が挙げられる。
更に、アクリル系オリゴマーとしては、例えば、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、シリコンアクリレート、ポリブタジエンアクリレート等が挙げられる。
<その他の成分>
本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクは、必須成分となるタングステン系赤外線吸収性顔料、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂、及びウレタン基を含まない紫外線硬化型アクリル樹脂以外に、その他の任意の成分を含んでいてもよい。
その他の成分としては、特に限定されるものではなく、紫外線硬化型インクの分野に適用されている、公知の物質を用いることができる。例えば、光重合開始剤や、希釈用の溶剤、分散剤、カップリング剤、粘度調整剤、表面張力調整剤、pH調整剤等が挙げられる。
(光重合開始剤)
光重合開始剤は、紫外線照射によって活性酸素等のラジカルを発生する化合物である。本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクに光重合開始剤を用いる場合には、必須成分である、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂、及びウレタン基を含まない紫外線硬化型アクリル樹脂を光重合させることができれば、その種類は特に限定されるものではなく、従来から紫外線硬化型インクに使用されている光重合開始剤から適宜選択して用いることができる。
光重合開始剤としては、例えば、アセトフェノン、α-アミノアセトフェノン、2,2-ジエトキシアセトフェノン、p-ジメチルアミノアセトフェノン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニルプロパン-1-オン、ベンジルジメチルケタール、1-(4-イソプロピルフェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン、4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル-(2-ヒドロキシ-2-メチルプロピル)ケトン、4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル-(2-ヒドロキシ-2-プロピル)ケトン、1-ヒドロキシシクロヘキシル-フェニルケトン、2-メチル-2-モルホリノ(4-チオメチルフェニル)プロパン-1-オン、2-ベンジル-2-ジメチルアミノ-1-(4-モルホリノフェニル)-ブタノン等のアセトフェノン類;ベイゾイン、ベイゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾイン-n-プロピルエーテル、ベイゾインイソプロピルエーテル、ベンゾイン-n-ブチルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾインジメチルケタール、ベンゾインパーオキサイド等のベンゾイン類;2,4,6-トリメトキシベンゾインジフェニルホスフィンオキサイド等のアシルホフィンオキサイド類;ベンジル及びメチルフェニル-グリオキシエステル;ベンゾフェノン、メチル-4-フェニルベンゾフェノン、o-ベンゾイルベンゾエート、2-クロロベンゾフェノン、4,4’-ジクロロベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、4-ベンゾイル-4’-メチル-ジフェニルスルフィド、アクリル-ベンゾフェノン、3,3’4,4’-テトラ(t-ブチルペルオキシカルボニル)ベンゾフェノン、3,3’-ジメチル-4-メトキシベンゾフェノン等のベンゾフェノン類;2-メチルチオキサントン、2-イソプロピルチオキサントン、2,4-ジメチルチオキサントン、2,4-ジエチルチオキサントン、2-クロロチオキサントン、2,4-ジクロロチオキサントン等のチオキサントン類;ミヒラーケトン、4,4’-ジエチルアミノベンゾフェノン等のアミノベンゾフェノン類;テトラメチルチウラムモノスルフィド;アゾビスイソブチロニトリル;ジ-tert-ブチルパーオキサイド;10-ブチル-2-クロロアクリドン;2-エチルアントラキノン;9,10-フェナントレンキノン;カンファキノン;チタノセン類、並びにこれらの組合せ等が挙げられる。
また、4-ジメチルアミノ安息香酸エチル、4-ジメチルアミノ安息香酸イソアミル等の光重合開始助剤を、光重合開始剤と併用しても用いてもよい。
光重合開始剤の使用量は、特に限定されるものではないが、例えば、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂、及びウレタン基を含まない紫外線硬化型アクリル系樹脂の合計100質量部に対して、1質量部以上、2質量部以上、3質量部以上、4質量部以上、又は5質量部以上であってもよく、20質量部以下、15質量部以下、10質量部以下、8質量部以下、又は6質量部以下であってもよい。
(溶剤)
本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクには、分散や粘度調整等を目的として、溶媒が含まれていてもよい。溶剤としては、本発明のインクに含まれる材料を分散又は溶解するものであれば、特に限定されるものではない。
例えば、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソプロピルアルコール、イソブチルアルコール、ジアセトンアルコール等のアルコール類、メチルエーテル、エチルエーテル、プロピルエーテル等のエーテル類、酢酸エチル等のエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、シクロヘキサノン、エチルイソブチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、トルエン、キシレン、ベンゼン等の芳香族炭化水素類、ノルマルヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテル等のグリコールエーテル類といった、各種の有機溶媒を挙げることができる。
本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクにおいて、溶媒を適用する場合には、1種単独であっても、2種類以上を混合した混合溶媒であってもよい。また、それぞれの成分を分散又は希釈するために用いられた溶媒を、インクとする場合に、そのまま用いて混合してもよい。更に、インクとなる組成物を調整した後に、粘度を低下させる目的で、希釈用の溶媒を添加してもよい。
例えば、タングステン系赤外線吸収性顔料を含む分散体を構成する第1の溶媒、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂溶液を構成する第2の溶媒、及びウレタン基を含まない紫外線硬化型アクリル樹脂の溶液を構成する第3の溶媒を混合する態様が挙げられ、それぞれの溶媒は、同一でも異なっていてもよく、更に、1種単独の溶媒であっても、2種以上からなる混合溶媒であってもよい。
本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクにおける溶媒の含有量は、特に限定されるものではないが、例えば、赤外線吸収性紫外線硬化型インク100質量部に対して、0.1質量部以上、0.5質量部以上、1質量部以上、3質量部以上、又は5質量部以上であってもよく、50質量部以下、30質量部以下、20質量部以下、15質量部以下、10質量部以下、5質量部以下、3質量部以下、又は1質量部以下であってもよい。
(分散剤)
タングステン系赤外線吸収性顔料のインク中への分散性を高めるために、本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクには、分散剤が含有されていてもよい。分散剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、アミン、水酸基、カルボキシル基、エポキシ基等の官能基を有している化合物を挙げることができる。これらの官能基は、タングステン系赤外線吸収性顔料の表面に吸着し、タングステン系赤外線吸収性顔料の凝集を防ぐことで、インク中においてタングステン系赤外線吸収性顔料を均一に分散させる機能を有する。
インクにおけるの分散剤の含有量は、赤外線吸収性紫外線硬化型インク100質量部に対して、0.1質量部以上、0.3質量部以上、0.5質量部以上、1.0質量部以上、1.5質量部以上、又は2.0質量部以上であってもよく、15質量部以下、10質量部以下、8.0質量部以下、5.0質量部以下、3.0質量部以下、2.0質量部以下、又は1.5質量部以下であってもよい。
《赤外線吸収性紫外線硬化型インクの製造方法》
本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクの製造方法は、特に限定されるものではなく、インクを形成する際に用いられる公知の手法を適用することができる。
例えば、タングステン系赤外線吸収性顔料及び第1の溶媒を含む分散体と、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂又は当該樹脂と第2の溶媒を含む組成物と、ウレタン基を含まない紫外線硬化型アクリル樹脂とを混合する方法が挙げられる。
更に、インクの粘度を低下させる目的で、希釈用溶媒を混合して粘度を調節する工程が含まれていてもよい。
この場合、希釈用溶媒は、インクとなる組成物を得る前に、顔料分散体、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂又は当該樹脂、及びウレタン基を含まない紫外線硬化型アクリル樹脂の少なくともいずれかに混合してもよく、あるいは、インクとなる組成物を調整した後に、組成物に混合してもよい。
《赤外線吸収性紫外線硬化型インクの用途》
本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクの用途は、特に限定されるものではない。一般的な印刷インクとして使用することができ、例えば、フレキソ印刷インク、活版印刷インク、オフセット印刷インク、凹版印刷インク、グラビア印刷インク、スクリーン印刷インク、インクジェット印刷インク等として使用することができる。
これらの中では、印刷物の偽造を防止することから、オフセット印刷インク、凹版印刷インク、スクリーン印刷インク、又はインクジェット印刷インクとして使用することが好ましい。
特に、本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクは、高粘度のインクであっても微細なパターンを形成することが可能となる、高粘度液対応のインクジェットヘッドを使用した、インクジェット用インクとすることができる。
《赤外線吸収性印刷物》
また別の本発明は、本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクにより印刷された印刷部を備える、赤外線吸収性印刷物である。
本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクは、基材に印刷され、紫外線により硬化されることで、本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクから形成された印刷部を備える印刷物を提供することができる。
基材としては、特に限定されるものではなく、例えば、上質紙、コート紙、アート紙、キャストコート紙、フォイル紙、再生紙、含浸紙、可変情報用紙等の紙基材;ポリエステルフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリスチレンフィルム、塩化ビニルフィルム、ポリイミドフィルム、可変情報用フィルム等のフィルム基材;織布、編布、不織布等の布基材を挙げることができる。
本発明の赤外線吸収性印刷物は、例えば、紙幣、有価証券、カード等であってもよい。
本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクから得られる印刷物は、赤外線吸収性を有するため、近赤外線判定機等で読み取ることにより、各種の情報管理等に使用可能となる。例えば、本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクから得られた印刷物を、赤外線カメラ等の赤外光検知器により観察すると、本発明の赤外線吸収性紫外線硬化型インクから形成された印刷部は、赤外線を吸収し、その他の部分よりも黒く表示されることで、コントラストを有する。したがって、所定の赤外線吸収のコントラストと観察対象の赤外線吸収のコントラストとを比較することにより、印刷物の真贋を判定することができる。
以下、実施例及び比較例等により、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
<材料>
実施例又は比較例で用いた材料を、以下に示す。
(1)タングステン系赤外線吸収性顔料
・セシウム酸化タングステン(CWO)分散液(YMS-01A-2、住友金属鉱山株式会社):CWO含有率25質量%
六方晶Cs0.33WO:25質重量%
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート:58.9質量%
ジプロピレングリコールモノメチルエーテル:1.86質量%
酢酸ブチル:1.74質量%
分散剤:12.5質量%
(2)紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂
・ルクシディア(登録商標)WLS-373、DIC株式会社:アクリロイル基数6個/1分子中、樹脂分100%
・ルクシディア(登録商標)V-4260、DIC株式会社:アクリロイル基数3個/1分子中、樹脂分99%以上
・ルクシディア(登録商標)V-4263、DIC株式会社:アクリロイル基数3個/1分子中、樹脂分99%以上
(3)ウレタン基を含まない紫外線硬化型アクリル樹脂
・アクリルモノマー(BESTCURE分散用UVモノマー、株式会社T&K TOKA):感光性モノマー100%
(4)溶剤に可溶なアクリル樹脂
・アクリル樹脂(アクリディック(登録商標)A-814、DIC株式会社)
アクリル樹脂(Tg:85℃):50質量%
トルエン:42.5質量%
酢酸エチル:7.5質量%
(4)光重合開始剤
・光ラジカル開始剤(IRGACURE(登録商標)500、BASF株式会社)
<実施例1>
タングステン系赤外線吸収性顔料として、セシウム酸化タングステン(CWO)分散液(YMS-01A-2、住友金属鉱山株式会社)を10.0g、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂として、ルクシディア(登録商標)WLS-373(DIC株式会社)を5.0g、ウレタン基を含まない紫外線硬化型アクリル樹脂として、アクリルモノマー(BESTCURE分散用UVモノマー、株式会社T&K TOKA)30.0g、更に、光重合開始剤として、IRGACURE(登録商標)500(BASF株式会社)を混合して、赤外線吸収性紫外線硬化型インクを作製した。
なお、光重合開始剤は、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂と、ウレタン基を含まない紫外線硬化型アクリル樹脂の合計100質量部に対して、4質量部となるように添加した。
<実施例2~10、比較例1~4>
成分の配合比を表1又は表2に記載のように変更して、実施例2~10、及び比較例1~4のインクを作製した。なお、光重合開始剤の配合量は、実施例1と同様に、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂と、ウレタン基を含まない紫外線硬化型アクリル樹脂の合計100質量部に対して、4質量部となるようにした。
なお、比較例2で使用した溶剤に可溶なアクリル樹脂(アクリディック(登録商標)A-814、DIC株式会社)は、高粘度であったため、同量の酢酸エチルを用いて希釈し、その後、セシウム酸化タングステン(CWO)分散液(YMS-01A-2、住友金属鉱山株式会社)と混合して配合した。
比較例1においては、セシウム酸化タングステン(CWO)分散液(YMS-01A-2、住友金属鉱山株式会社)と紫外線硬化型アクリル系単量体とが混ざらず、分離が起こり、セシウム酸化タングステンが沈降した。このため、インクとして用いることができない状況となった。
比較例3においては、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂の比率が高いため、得られた組成物の粘度が高すぎて、インクとして用いることができない状況となった。
<評価>
(印刷物の作製)
基材として、ポリエチレンテレフタレートフィルム(CD942、KOLON INDUSTRIES,INC.)と、紙(OCR用紙、王子製紙株式会社)を準備した。実施例1~10、及び比較例2で作製したインクを、それぞれの基材に、ワイヤーバーを用いて塗工量7.5g/mで塗工し、80℃で熱乾燥の後、紫外線照射により硬化し、印刷物を得た。その後、印刷物を2.5cm×4cmのサイズにカットした。
(赤外線反射率の測定)
得られた印刷物につき、UV-vis反射スペクトル測定器(紫外可視近赤外分光光度計UH4150、株式会社日立ハイテクサイエンス)を使用し、JIS K 0115に準拠して、赤外線の反射率を測定した。各試験片について、測定回数は3回(N数=3)とした。なお、赤外線反射率は、数値が低いほど、赤外線吸収率が高いことを意味している。波長1000nmにおける赤外線の反射率を、表1又は表2に示す。
(耐洗濯試験)
続いて、作成した印刷物に対して、耐洗濯性試験を実施した。具体的には、印刷物を温度90度の水溶液に30分間浸漬した。水溶液は、蒸留水に0.5質量%の洗濯用洗剤(花王株式会社、アタック(商標))、及び1質量%の炭酸ナトリウムを加えて調製した。浸漬後は、水洗し、乾燥させた。
(赤外線反射率の測定)
耐洗濯性試験後の印刷物に対して、上記と同様にして、赤外線の反射率を測定した。波長1000nmにおける赤外線の反射率を、表1又は表2に示す。
(洗濯後のタングステン系赤外線吸収性顔料の残存率)
洗濯試験前の波長1000nmにおける赤外線反射率と、洗濯試験後の波長1000nmにおける赤外線反射率を用いて、以下の式により、洗濯後のタングステン系赤外線吸収性顔料の残存率を求めた。結果を、表1又は表2に示す。なお、得られた顔料残存率は、赤外線吸収機能がどれだけ維持できたかを判断する指標となる。
顔料残存率(%)=(100-試験後の赤外線反射率)/(100-試験前の赤外線反射率)×100
(赤外線カメラ観察)
耐洗濯性試験後の印刷物を、赤外線カメラにて観察した。観察に際しては、赤外線照明に波長940nmの赤外LEDを使用し、820nm以下の波長の光をカットするためのフィルターを用いた。25万画素の画素数、水平67°及び垂直47°のレンズ画角、並びに22×18mmの描画範囲の観察条件にて観察し、以下の評価基準で判定した。結果を、表1又は表2に示す。
〇:塗工部をはっきり判別できる。
△:非塗工部と塗工部とを同時に確認すれば塗工部を判別できる。
×:非塗工部と塗工部とを同時に確認しても塗工部を判別できない。
(粘度の測定)
得られたインクの粘度を、音叉振動式粘度計(SV-1A(固有振動数30Hz)、株式会社エー・アンド・デイ))を用いて、JIS Z 8803に準拠して、表1又は表2に示す温度にて測定した。なお、測定サンプルは、5mLとした。結果を、表1又は表2に示す。
Figure 2022010821000001
Figure 2022010821000002
また、実施例1~10のタングステン系赤外線吸収性顔料の残存率は、比較例2と比較して、ポリエチレンテレフタレートフィルム塗工、及びOCR塗工ともに、高い数値となっており、実施例1~10は、耐洗濯性について顕著に高い効果を有する結果となった。これは、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂が有するウレタン結合によって水素結合が形成され、タングステン系赤外線吸収性顔料の周囲に、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂による強固な樹脂被膜が形成されたためと考えられる。
実施例1と、実施例2~3より、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂が有するアクリロイル基の数が多いほうが、ポリエチレンテレフタレートフィルム塗工、及びOCR塗工ともに、タングステン系赤外線吸収性顔料の残存率が高くなったことが判る。これは、アクリロイル基数の多い紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂のほうが、印刷物を形成したときの架橋密度が高くなるため、耐洗濯性が向上していると考えられる。
また、粘度が60mPa・s以下である実施例のインクは、インクジェットインク用として問題なく使用することができた。
(赤外線カメラ観察)
耐洗濯性試験後の印刷物を、赤外線カメラにて観察した。観察に際しては、赤外線照明に波長940nmの赤外LEDを使用し、820nm以下の波長の光をカットするためのフィルターを用いた。25万画素の画素数、水平67°及び垂直47°のレンズ画角、並びに22×18mmの描画範囲の観察条件にて観察し、以下の評価基準で判定した。結果を、表1又は表2に示す。
◎:塗工部をよりはっきり判別できる。
〇:塗工部をはっきり判別できる。
△:非塗工部と塗工部とを同時に確認すれば塗工部を判別できる。
×:非塗工部と塗工部とを同時に確認しても塗工部を判別できない。

Claims (8)

  1. タングステン系赤外線吸収性顔料、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂、及びウレタン結合を含まない紫外線硬化型アクリル樹脂、を含む、赤外線吸収性紫外線硬化型インク。
  2. 前記紫外線硬化型アクリル樹脂100質量部に対して、前記紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を、1~150質量部含む、請求項1に記載の赤外線吸収性紫外線硬化型インク。
  3. 前記赤外線吸収性紫外線硬化型インクにおける全固形分100質量部に対して、前記タングステン系赤外線吸収性顔料を、20質量部以下含む、請求項1又は2に記載の赤外線吸収性紫外線硬化型インク。
  4. 前記赤外線吸収性紫外線硬化型インクにおける全固形分100質量部に対して、前記紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を、1~50質量部含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の赤外線吸収性紫外線硬化型インク。
  5. 前記紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂は、アクリロイル基を複数含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の赤外線吸収性紫外線硬化型インク。
  6. 前記タングステン系赤外線吸収性顔料は、
    一般式(1):M
    {式中、Mは、H、He、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、及びIからなる群から選ばれる1種類以上の元素であり、Wはタングステンであり、Oは酸素であり、x、y及びzは、それぞれ正数であり、0<x/y≦1であり、かつ2.2≦z/y≦3.0である}
    で表される複合タングステン酸化物、又は、
    一般式(2):W
    {式中、Wはタングステンであり、Oは酸素であり、y及びzは、それぞれ正数であり、かつ2.45≦z/y≦2.999である}
    で表されるマグネリ相を有するタングステン酸化物、
    から選ばれる少なくとも1種以上である、請求項1~5のいずれか1項に記載の赤外線吸収性紫外線硬化型インク。
  7. インクジェット用インクである、請求項1~6のいずれか1項に記載の赤外線吸収性紫外線硬化型インク。
  8. 請求項1~7のいずれか1項に記載の赤外線吸収性紫外線硬化型インクにより印刷された印刷部を備える、赤外線吸収性印刷物。
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