JP3579059B2 - インク組成物 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、インク印刷組成物にかんするものであり、特にガラス、ポリエチレンテレフタレート（PET）、及びアルミニウム基材上に印刷するためのインク印刷組成物にかんするものであって、更に具体的には、ガラス、PET、アルミニウム、あるいはその他の基材からなる容器であって、湿度条件に曝されることにより該容器の外側に水分が形成されうる前記容器上に印刷するためのインク印刷組成物、及び関連する印刷方法にかんする。
背景技術
インクジェット印刷は、印刷装置と印刷文字が付着される基材とが接触することなく印刷が行なわれる周知の技術である。簡潔に記述すると、インクジェット印刷は、インク液滴の流れを表面に向け、かつ該流れの方向を電子的に制御して該液滴が所望の印刷画像を該表面上に形成するようにする技術を含む。非接触印刷のこの技術は、ガラス又は金属の飲料用容器の底等を含む不規則な形状の表面の上に文字を印刷するのに特に好適である。
インクジェット印刷の様々な観点の総説を、文献中に見出すことができる。すなわち、クーンら、サイエンティフィック・アメリカン、162〜178頁（1979年４月）、及びキーリング、Phys.Technol.、12巻５号、196〜303頁（1981年）。様々なインクジェット装置が、次の米国特許明細書に記載されている。すなわち、第3,060,429号、第3,298,030号、第3,373,437号、第3,146,153号、及び第3,673,601号。
一般に、インクジェット組成物は、インクジェット印刷操作に有用であるように、特定の厳しい要求を満足しなければならない。該要求は粘度、抵抗率、溶解性、成分の相溶性及び基材の濡れ性に関連する。更に、該インクは速乾性でかつ汚れ抵抗性でなければならず、目詰まりすることなくインクジェットノズルを通過できなければならず、かつ最少の労力で機械部品を迅速に清掃することが可能でなければならない。
インクジェット印刷が使用される表面の多くは、上記の飲料用容器のように非多孔質である。このような用途に使用するインクは、非多孔性基材に十分に接着する必要があり、かつ通常耐水性でなければならない。
飲料製造者の多くは容器に冷やした飲料を充填するが、湿度条件下で行なうことが多い。容器上で結露する水分は、インクの浸透及び良好な接着、印刷された符号の侵食及び汚れ抵抗を得る上で重大な問題をもたらす。
従来公知の数種類のインク組成物は、上記用途には好適ではない。例えば、英国特許出願GB 2,105,735号明細書には、油溶性染料を含浸したポリウレタンラテックスであって水性媒体に分散したものを含むジェットインク組成物が開示されている。
米国特許第4,680,332号明細書には、液体媒体に分散したポリアクリレート等の水不溶性ポリマーであって、該ポリマーが油溶性染料及びそこに永久的に結合した非イオン性安定化剤を含有するものを含むジェットインク組成物が開示されている。
米国特許第5,207,825号明細書には、水性液体ビヒクル、着色剤、及び置換したビスフェノールＡ誘導体である高分子添加剤を含むジェットインク組成物が開示されている。
米国特許第5,080,716号明細書には、記録剤、該記録剤を溶解又は分散することが可能な液体媒体、及び置換したベンゼン又はトルエンスルホアミド化合物を含むジェットインク組成物が開示されている。
米国特許第5,254,158号明細書には、水性液体ビヒクル、着色剤、及び、アミンアルコキシレート、ソルビタンモノエステルアルコキシレート、グリセリンのアルキレンオキシドアダクト、及びこれらの混合物からなる群から選ばれる添加剤を含むインク組成物が開示されている。
米国特許第5,215,577号明細書には、記録剤及び該記録剤を溶解又は分散するための液体媒体を含むジェットインク組成物であって、該記録剤が芳香族スルホン化ジアゾ化合物であるものが開示されている。
米国特許第5,131,949号明細書には、記録剤、該記録剤を溶解又は分散することが可能な液体媒体、及びアミド基を有する化合物を含むジェットインク組成物が開示されている。
米国特許第5,213,613号明細書には、記録剤及び該記録剤を溶解又は分散することが可能な液体媒体を含むジェットインク組成物であって、該インクがイミド化合物、及び、尿素、チオ尿素及びこれらの誘導体からなる群から選ばれる１種以上の化合物、及び揮発性アルカリ化合物を含有するものが開示されている。
米国特許第4,692,188号明細書には、（１）水不混和性有機溶媒に、ポリマー組成物及び有機油溶性染料を溶解させる工程、（２）水性相水界面活性剤混合物を添加する工程、（３）乳化を行なう工程、及び（４）次いで前記混合物から溶媒を蒸発させ、よって水性相に懸濁されたポリマー粒子中にトラップされた染料を有するインクを得る工程を含む、ジェットインク組成物の製造方法が開示されている。前記ポリマー組成物にはポリカーボネート、ポリスチレン、ポリメタクリル酸及びこれらのコポリマーが含まれる。
米国特許第5,393,331号明細書には、紙及び段ボール等の多孔質基材に印刷するためのドロップ−オン−デマンド方式のインクジェット操作に使用するインク組成物であって、揮発性有機化合物のレベルが低く、非催奇性であってかつ非発癌性であるものが開示されている。
上記文献に記載のいずれの水ベースのジェットインク組成物も、一般には紙に印刷するのに好適なインク組成物を指向するものであって、冷たいガラス、PET、及びアルミニウム表面に、特に水分が表面上で結露することとなるような湿度条件下で印刷するのに好適であるとは考えられない。
濡れたガラス、PET、及びアルミニウム表面に印刷された情報に浸透性、良好な接着性及び侵食抵抗を付与しうるインク組成物を製造する他の試みは、成功していない。一般に接着性に乏しくかつ印刷品質も劣るものであって、低温充填工程が高湿度環境下で行なわれる場合には一層である。したがって、濡れたガラス、PET、及びアルミニウム表面に情報を印刷するのに使用可能であって、ぼやけたり、汚れたり、あるいは拭き取られたりすることなく水分を浸透させることができるジェットインク組成物に対する要求が存在する。
また、冷たく、濡れたガラス、PET、及びアルミニウム容器表面に、湿度条件下で印刷可能なインクジェット用途用のインク組成物に対する要求も存在する。
発明の開示
本発明は、冷たく、濡れたガラス、PET、及びアルミニウム表面に、湿度条件下で印刷することが可能であって、かつ良好なコントラストを付与しうるインク組成物を提供する。本発明の態様によるインク組成物は、ガラス、PET、及びアルミニウム容器に入った飲料の冷蔵条件下での製造の間に見出されることの多い薄層の結露のような、ガラス、PET、及びアルミニウム表面上の結露に浸透することが可能である。
本発明のインク組成物は、有機溶媒、着色剤、ポリウレタンバインダー、シリコーン樹脂、及びシランを含む。該組成物に追加の樹脂及び／又は界面活性剤を使用してもよい。
本発明は更に、冷たく濡れたガラス、PET、及びアルミニウム表面上に本発明のインク組成物を使用して印刷画像を形成する方法を提供する。本発明によれば、該方法は、該インク組成物の液滴の流れを該表面に向ける工程、及び該流れの方向を電子的に制御して該液滴が所望の印刷画像を該表面上に形成するようにする工程を含む。
通常、本発明のインク組成物は、以下のインクジェット印刷システムでの使用にかんする特性を示す：（１）25℃での粘度約1.6〜約7.0センチポアズ、（２）電気抵抗約50〜約2000Ω−cm、かつ（３）音速約1200〜約1300m/秒。
発明を実施するための最良の形態
溶媒
本発明のインク組成物に好適な有機溶媒には、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類；酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸アミル等のエステル類；メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、ｉ−ブタノール、ｔ−ブタノール、ｎ−ペンタノール、ｎ−ヘキサノール等のアルコール類；エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ジエチレングリコール等のグリコール類；エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、セロソルブ、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等のグリコールエーテル類、及び当業者に周知の他の溶媒、並びに前記溶媒の２種以上の混合物が含まれる。メチルエチルケトンが好適な溶媒であって、他の溶媒、好ましくはエタノールが係合されていてよい。
ポリウレタン
本発明のインク組成物を調製する際に、軟質熱可塑性ポリウレタン樹脂をバインダーとして使用する。軟質熱可塑性ウレタン樹脂は、ジオールとジイソシアネートとの反応により製造される。ジオールの例には、エチレングリコール、プロピレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポルエチレングリコールアジペートジオール、ポリエチレングリコールスクシネートジオール、ポリテトラヒドロフランジオール等が含まれる。ジイソシアネートの例には、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等が含まれる。ポリプロピレングリコールと4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネートから製造されるポリウレタンが好ましい。
重量平均分子量が約4,000〜約12,000の範囲であるポリウレタンが好ましく、重量平均分子量が約7,000〜約9,000の範囲であるポリウレタンが更に好ましい。
本発明に有用な好ましいウレタンポリマーの例には、Surkopakの商品名でニューヨーク州ライのKane Internatinal社により販売されている軟質熱可塑性ポリウレタン溶液が含まれるが、これに限定されるものではない。様々なグレードのポリウレタンがこの商品名で販売されており、Surkopak 2135、Surkopak 5299、Surkopak 5244、Surkopak 5255、Surkopak 2X、Surkopak 5322、Surkopak 5311、及びSurkopak XLが含まれる。これらは通常、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、及びセルロース等の軟質パッケージ基材にフレキソ及びグラビア印刷するための、ニトロセルロースベースの印刷インクを改質するのに使用されるものである。該ポリウレタン溶液の物理特性を以下の表１に示す。
これらのポリウレタンは非反応性であって、実質的にイソシアネート基を含まない。これらの好ましいポリウレタン溶液のうち、ポリプロピレングリコール及び4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネートからなるポリウレタンであるSurkopak 5322が更に好ましい。Surkopak 5322は、酢酸エチル及びイソプロパノールを含む混合溶媒の溶液として販売されている。
インク組成物中の固体ポリウレタン樹脂の濃度は、約１重量％〜約20重量％の範囲であり、好ましくは約３重量％〜約15重量％の範囲であり、更に好ましくは約５重量％〜約10重量％の範囲である。ポリウレタンがSurkopakの場合のように溶液として市販されている場合には、インクを製造するのに使用するポリウレタン溶液の量は、該溶液中のポリウレタンの濃度から算出される。したがって、下記の実施例１においては、11gのSurkopak 5322（濃度68〜73％）を使用して、約7.7gのポリウレタンを含むインクを得た。
着色剤
当該インク組成物は、所望の色を印刷された情報に付与する染料である着色剤を含む。インク組成物に溶解しうる任意の染料を、本発明に使用してよい。例えば、米国特許第5,254,158号明細書及び英国特許出願GB 2,105,735号明細書には、数種類の染料の例が列挙されている。これら全ての染料及び顔料を、本発明に使用してよい。本発明に適用可能な染料の例には、C.I.ソルベントイエロー19（C.I.13900A）、C.I.ソルベントイエロー21（C.I.18690）、C.I.ソルベントイエロー61、C.I.ソルベントイエロー80、FD＆Ｃイエロー＃５、イエロー・シェード16948、アシッド・イエロー23、Levadermレモン・イエロー（Mobay）、スピリット・ファースト・イエロー3G、
アイゼン・スピロン・イエローＣ−GNH（保土ヶ谷化学社）、PergasolイエローCGP（チバ−ガイギー）等の黄色染料;C.I.ソルベントオレンジ１（C.I.11920）、C.I.オレンジ37、C.I.オレンジ40、ダイアレジン・オレンジＫ（三菱化学工業社）、ダイアレジン・オレンジＧ（三菱化学工業社）、スミプラスト・オレンジ3G（住友化学社）等のオレンジ色染料;C.I.ソルベントレッド８、C.I.ソルベントレッド81、C.I.ソルベントレッド82、C.I.ソルベントレッド84、C.I.ソルベントレッド100、チバクロン・ブリリアント・レッド38−Ａ（アルドリッチ・ケミカル社）、Drimareneブリリアント・レッドＥ−6A（Pylam社）、アシッドレッド92、リアクティブレッド31（ICIアメリカ）等の赤色染料；ダイアレジン・ピンクＭ（三菱化学工業社）、スミプラスト・ピンクRFF（住友化学社）、ダイレクト・ブリル・ピンクB Ground Crude（Crompton ＆ Knowles）等のピンク色染料;C.I.ソルベントバイオレット８、C.I.ソルベントバイオレット21、ダイアレジン・バイオレット（三菱）、ダイアレジン・バイオレットＤ、スミプラスト・バイオレットRR（住友）等の紫色染料;C.I.ソルベントブルー２、C.I.ソルベントブルー11、C.I.ソルベントブルー25、C.I.ソルベントブルー36、C.I.ソルベントブルー55等の青色染料;C.I.ソルベントグリーン３等の緑色染料;C.I.ソルベントブラウン３及びダイアレジン・ブラウンＡ（三菱）等の茶色染料;C.I.ソルベントブラック３、C.I.ソルベントブラック５、C.I.ソルベントブラック７、C.I.ソルベントブラック22、C.I.ソルベントブラック27、C.I.ソルベントブラック29、アシッドブラック123等の黒色染料が含まれるが、これに限定されるものではない。
着色剤は、所望のコントラスト及び可読性を得るのに必要とされる量でインク組成物中に存在する。着色剤は、好ましくは約２重量％〜約12重量％の範囲で、更に好ましくは約４重量％〜約10重量％の範囲だ、更に一層好ましくは約５重量％〜約７重量％の範囲で存在する。
界面活性剤
当該ジェットインク組成物は、好ましくは界面活性剤を含有する。該界面活性剤は、アニオン、カチオン、ノニオンあるいは両性であってよい。アニオン界面活性剤の例には、ドデシルベンゼンスルホン酸塩等のアルキルベンゼンスルホン酸塩、ブチル又はノニルナフチルスルホン酸塩等のアルキルナフチルスルホン酸塩、ジアミルスルホスクシネート等のジアルキルスルホコハク酸塩、ラウリル硫酸ナトリウム等のアルコール硫酸塩、ペルフルオロデカン酸及びペルフルオロドデカン酸等のペルフルオロ化カルボン酸があるが、これに限定されるものではない。ノニオン界面活性剤には、ポリエチレングリコールのアルキルエステル、グリセロールの脂肪酸エステル、グリコールの脂肪酸エステル等、及び、3M社から入手可能なFC 430、FC 431、FC 740、FC 120、FC 248、FC 352、FC 396、FC 807、及びFC 824等のフッ素化学界面活性剤が含まれる。カチオン界面活性剤には、アルキルアミン、アミンオキシド、アミンエトキシレート、アルキルヒドロキシアルキルイミダゾリン、４級アンモニウム塩が含まれ、両性界面活性剤にはアルキルベタイン、アミドプロピルベタイン等が含まれる。フルオロ脂肪族高分子アクリレートエステルの混合物である界面活性剤FC 430が好ましい界面活性剤である。
溶液にした固体の界面活性剤は、ジェットインク組成物中に約0.007重量％〜約0.05重量％の範囲で、好ましくは約0.005重量％〜約0.04重量％の範囲で、更に好ましくは約0.01重量％〜約0.03重量％の範囲で存在してよい。
シリコーン添加剤
当該ジェットインク組成物は、シリコーン樹脂を含むのが好ましい。シリコーン樹脂の例には、ジメチルシリコーン樹脂、メチルフェニルシリコーン樹脂、及びメチルトリフルオロプロピルシリコーン樹脂が含まれるが、これに限定されるものではない。シリコーン樹脂は、ダウ・コーニング社及びGEシリコーンズ社から市販されている。好ましいシリコーン樹脂はシリコーン樹脂DC6−2230（ダウ・コーニング）であり、これは、メチル（48％）、フェニル（44％）、ヒドロキシル（４％）、Ｏブチル（２％）、及びＯ−プロピル（１％）置換基を有するポリシロキサンである。
シリコーン樹脂は、ジェットインク組成物中に約0.5重量％〜約10重量％の範囲で、好ましくは約１重量％〜約６重量％の範囲で、さらに好ましくは約２重量％〜約４重量％の範囲で存在してよい。
シラン
当該ジェットインク組成物は、シランカップリング剤を含むのが好ましい。有用なシランの例には、エポキシアルキルアルコキシシラン、（４−アミノプロピル）トリエトキシシラン及び〔γ−（β−アミノエチルアミノ）−プロピル〕トリメトキシシラン等のアミノアルキルアルコキシシラン、ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン、（γ−メタクリロキシプロピル）−トリメトキシシラン、ビニルベンジルカチオンシラン、（γ−クロロプロピル）トリメトキシ−シラン等が含まれるが、これに限定されるものではない。その他のシランの例は、例えばカーク−オスマーの化学技術大辞典、第３版（ジョン−ワイリー＆サンズ）中に見出すことができる。好ましいシランの１つにユニオン・カーバイド社製A187シランがあり、これはグリシドキシプロピルトリメトキシシランである。
シランは、ジェットインク組成物中に約0.1重量％〜約５重量％の範囲で、好ましくは約0.3重量％〜約４重量％の範囲で、更に好ましくは約0.5重量％〜約2.5重量％の範囲で存在してよい。
その他の樹脂
当該ジェットインク組成物は更に、追加の樹脂を含むのが好ましい。他の樹脂をインクに添加して、硬さを付与し、侵食抵抗及び汚れ抵抗を改善してもよい。他の樹脂はロジン樹脂を含んでいてよい。ロジン樹脂の例としてはペンタリンＨ合成樹脂があり、これは水素化により安定化したロジンのペンタエリトリトールエステルである。また、水素化樹脂の熱可塑性グリセロールエステルであるフォラル85樹脂もある。これらはいずれもハーキュレス社により販売されている。前記樹脂はまた、ポリアルキルアクリレート、ポリアルキルメタクリレート、及びこれらのコポリマー等の様々なアクリル樹脂を含んでいてよい。アクリル樹脂の更なる例としては、ポリメタクリレート、ポリエチルアクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、アクリレ−トのコポリマー等がある。数種類のアクリル樹脂がローム＆ハース社から市販されている。エチルメタクリレートを含有するコポリマーがアクリロイドＢ−72という商品名で販売されている。イソブチルメタクリレートのポリマーがアクリロイドＢ−67という商品名で販売されている。メチルメタクリレートとエチルアクリレートのコポリマーがアクリロイドＢ−44という商品名で販売されている。好ましいアクリル樹脂の１つにアクリロイドＢ−66があり、これはメチルメタクリレートとブチルメタクリレートのコポリマーである。
追加の樹脂は、ジェットインク組成物中に約１重量％〜約12重量％の範囲で、好ましくは約２重量％〜約10重量％の範囲で、更に好ましくは約３重量％〜約８重量％の範囲で存在してよい。
その他の添加剤
当該ジェットインク組成物は更に、粘度、電気抵抗、及び蒸発速度を調整するための添加剤を含んでいてよい。好ましい粘度範囲は約1.5センチポアズ〜約6.0センチポアズである。好ましい抵抗は約500Ω−cm〜約1500Ω−cmである。
本発明の組成物は、導電性付与剤を含んでいてよい。存在する場合には、通常約0.0％〜約2.0％の量で存在する。好適な導電性付与剤の例には、ジメチルアミンヒドロクロリド、ジエチルアミンヒドロクロリド、硝酸リチウム、及びヒドロキシルアミンヒドロクロリドが含まれる。染料であるソルベントブラック29をエタノールの存在下でインクに使用することにより、十分な導電性が付与される。配合物中に保湿剤を使用してもよい。保湿剤には、グリセリン、エチレングリコール等が含まれる。様々な公知の粘度調整剤を必要に応じて添加して、任意の所与のインク配合物の粘度を調整してよい。
当該ジェットインク配合物は、任意の公知の方法により製造してよい。１つの方法においては、全ての所望の成分をミキサー又は混合反応器中で組み合わせ、均質な溶液が得られるまで連続的に混合する。
当該ジェットインク組成物は一般に、ガラスびん、ペットボトル、又はアルミ缶等の濡れたガラス、PET、及びアルミニウム物品の表面にジェット印刷してよい。特に、該ジェットインクは、ペプシコーラ▲Ｒ▼、コカコーラ▲Ｒ▼、RCコーラ▲Ｒ▼、セブンアップ▲Ｒ▼、スプライト▲Ｒ▼等のソフトドリンク、ビール、ワイン、ワインクーラー、リカー等を含む冷たい飲料、医薬品、及び化粧品を充填するのに使用する、ガラス、PET、及びアルミニウムのびん及び缶に、情報を印刷するのに使用される。本発明のジェットインクは、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、鉛ガラス、ホウ酸塩ガラス等を含む様々なガラスにジェット印刷してよい。上記の種類のガラスはコーティングを含んでいてもよい。
本願明細書中の全ての百分率は、特に断らない限り、本発明のインク組成物の総重量を基準とする重量％である。
以下の実施例により本発明を更に説明するが、言うまでもなく、本発明の範囲をいかなる意味においても制限することを意図するものではない。
実施例
次の配合を使用して、ジェットインク組成物を調製した：
上記インク配合物を調製し、広範なガラス、PET及びアルミニウムのびんについて、低温充填湿度条件を仮定して試験を行なった。プリンター作動可能性試験も行なった。当該ジェットインクの性能は満足のいくものであった。
インクの液滴の流れを該表面に向け、該流れの方向を電子的に制御して該液滴が所望の印刷画像を表面上に形成するようにすることにより、ガラス、PET、及びアルミニウム表面上に湿度条件下で本発明のインク組成物を使用して画像を形成することが可能であった。
本発明は、インク印刷組成物にかんするものであり、特にガラス、ポリエチレンテレフタレート（PET）、及びアルミニウム基材上に印刷するためのインク印刷組成物にかんするものであって、更に具体的には、ガラス、PET、アルミニウム、あるいはその他の基材からなる容器であって、湿度条件に曝されることにより該容器の外側に水分が形成されうる前記容器上に印刷するためのインク印刷組成物、及び関連する印刷方法にかんする。
背景技術
インクジェット印刷は、印刷装置と印刷文字が付着される基材とが接触することなく印刷が行なわれる周知の技術である。簡潔に記述すると、インクジェット印刷は、インク液滴の流れを表面に向け、かつ該流れの方向を電子的に制御して該液滴が所望の印刷画像を該表面上に形成するようにする技術を含む。非接触印刷のこの技術は、ガラス又は金属の飲料用容器の底等を含む不規則な形状の表面の上に文字を印刷するのに特に好適である。
インクジェット印刷の様々な観点の総説を、文献中に見出すことができる。すなわち、クーンら、サイエンティフィック・アメリカン、162〜178頁（1979年４月）、及びキーリング、Phys.Technol.、12巻５号、196〜303頁（1981年）。様々なインクジェット装置が、次の米国特許明細書に記載されている。すなわち、第3,060,429号、第3,298,030号、第3,373,437号、第3,146,153号、及び第3,673,601号。
一般に、インクジェット組成物は、インクジェット印刷操作に有用であるように、特定の厳しい要求を満足しなければならない。該要求は粘度、抵抗率、溶解性、成分の相溶性及び基材の濡れ性に関連する。更に、該インクは速乾性でかつ汚れ抵抗性でなければならず、目詰まりすることなくインクジェットノズルを通過できなければならず、かつ最少の労力で機械部品を迅速に清掃することが可能でなければならない。
インクジェット印刷が使用される表面の多くは、上記の飲料用容器のように非多孔質である。このような用途に使用するインクは、非多孔性基材に十分に接着する必要があり、かつ通常耐水性でなければならない。
飲料製造者の多くは容器に冷やした飲料を充填するが、湿度条件下で行なうことが多い。容器上で結露する水分は、インクの浸透及び良好な接着、印刷された符号の侵食及び汚れ抵抗を得る上で重大な問題をもたらす。
従来公知の数種類のインク組成物は、上記用途には好適ではない。例えば、英国特許出願GB 2,105,735号明細書には、油溶性染料を含浸したポリウレタンラテックスであって水性媒体に分散したものを含むジェットインク組成物が開示されている。
米国特許第4,680,332号明細書には、液体媒体に分散したポリアクリレート等の水不溶性ポリマーであって、該ポリマーが油溶性染料及びそこに永久的に結合した非イオン性安定化剤を含有するものを含むジェットインク組成物が開示されている。
米国特許第5,207,825号明細書には、水性液体ビヒクル、着色剤、及び置換したビスフェノールＡ誘導体である高分子添加剤を含むジェットインク組成物が開示されている。
米国特許第5,080,716号明細書には、記録剤、該記録剤を溶解又は分散することが可能な液体媒体、及び置換したベンゼン又はトルエンスルホアミド化合物を含むジェットインク組成物が開示されている。
米国特許第5,254,158号明細書には、水性液体ビヒクル、着色剤、及び、アミンアルコキシレート、ソルビタンモノエステルアルコキシレート、グリセリンのアルキレンオキシドアダクト、及びこれらの混合物からなる群から選ばれる添加剤を含むインク組成物が開示されている。
米国特許第5,215,577号明細書には、記録剤及び該記録剤を溶解又は分散するための液体媒体を含むジェットインク組成物であって、該記録剤が芳香族スルホン化ジアゾ化合物であるものが開示されている。
米国特許第5,131,949号明細書には、記録剤、該記録剤を溶解又は分散することが可能な液体媒体、及びアミド基を有する化合物を含むジェットインク組成物が開示されている。
米国特許第5,213,613号明細書には、記録剤及び該記録剤を溶解又は分散することが可能な液体媒体を含むジェットインク組成物であって、該インクがイミド化合物、及び、尿素、チオ尿素及びこれらの誘導体からなる群から選ばれる１種以上の化合物、及び揮発性アルカリ化合物を含有するものが開示されている。
米国特許第4,692,188号明細書には、（１）水不混和性有機溶媒に、ポリマー組成物及び有機油溶性染料を溶解させる工程、（２）水性相水界面活性剤混合物を添加する工程、（３）乳化を行なう工程、及び（４）次いで前記混合物から溶媒を蒸発させ、よって水性相に懸濁されたポリマー粒子中にトラップされた染料を有するインクを得る工程を含む、ジェットインク組成物の製造方法が開示されている。前記ポリマー組成物にはポリカーボネート、ポリスチレン、ポリメタクリル酸及びこれらのコポリマーが含まれる。
米国特許第5,393,331号明細書には、紙及び段ボール等の多孔質基材に印刷するためのドロップ−オン−デマンド方式のインクジェット操作に使用するインク組成物であって、揮発性有機化合物のレベルが低く、非催奇性であってかつ非発癌性であるものが開示されている。
上記文献に記載のいずれの水ベースのジェットインク組成物も、一般には紙に印刷するのに好適なインク組成物を指向するものであって、冷たいガラス、PET、及びアルミニウム表面に、特に水分が表面上で結露することとなるような湿度条件下で印刷するのに好適であるとは考えられない。
濡れたガラス、PET、及びアルミニウム表面に印刷された情報に浸透性、良好な接着性及び侵食抵抗を付与しうるインク組成物を製造する他の試みは、成功していない。一般に接着性に乏しくかつ印刷品質も劣るものであって、低温充填工程が高湿度環境下で行なわれる場合には一層である。したがって、濡れたガラス、PET、及びアルミニウム表面に情報を印刷するのに使用可能であって、ぼやけたり、汚れたり、あるいは拭き取られたりすることなく水分を浸透させることができるジェットインク組成物に対する要求が存在する。
また、冷たく、濡れたガラス、PET、及びアルミニウム容器表面に、湿度条件下で印刷可能なインクジェット用途用のインク組成物に対する要求も存在する。
発明の開示
本発明は、冷たく、濡れたガラス、PET、及びアルミニウム表面に、湿度条件下で印刷することが可能であって、かつ良好なコントラストを付与しうるインク組成物を提供する。本発明の態様によるインク組成物は、ガラス、PET、及びアルミニウム容器に入った飲料の冷蔵条件下での製造の間に見出されることの多い薄層の結露のような、ガラス、PET、及びアルミニウム表面上の結露に浸透することが可能である。
本発明のインク組成物は、有機溶媒、着色剤、ポリウレタンバインダー、シリコーン樹脂、及びシランを含む。該組成物に追加の樹脂及び／又は界面活性剤を使用してもよい。
本発明は更に、冷たく濡れたガラス、PET、及びアルミニウム表面上に本発明のインク組成物を使用して印刷画像を形成する方法を提供する。本発明によれば、該方法は、該インク組成物の液滴の流れを該表面に向ける工程、及び該流れの方向を電子的に制御して該液滴が所望の印刷画像を該表面上に形成するようにする工程を含む。
通常、本発明のインク組成物は、以下のインクジェット印刷システムでの使用にかんする特性を示す：（１）25℃での粘度約1.6〜約7.0センチポアズ、（２）電気抵抗約50〜約2000Ω−cm、かつ（３）音速約1200〜約1300m/秒。
発明を実施するための最良の形態
溶媒
本発明のインク組成物に好適な有機溶媒には、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類；酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸アミル等のエステル類；メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、ｉ−ブタノール、ｔ−ブタノール、ｎ−ペンタノール、ｎ−ヘキサノール等のアルコール類；エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ジエチレングリコール等のグリコール類；エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、セロソルブ、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等のグリコールエーテル類、及び当業者に周知の他の溶媒、並びに前記溶媒の２種以上の混合物が含まれる。メチルエチルケトンが好適な溶媒であって、他の溶媒、好ましくはエタノールが係合されていてよい。
ポリウレタン
本発明のインク組成物を調製する際に、軟質熱可塑性ポリウレタン樹脂をバインダーとして使用する。軟質熱可塑性ウレタン樹脂は、ジオールとジイソシアネートとの反応により製造される。ジオールの例には、エチレングリコール、プロピレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポルエチレングリコールアジペートジオール、ポリエチレングリコールスクシネートジオール、ポリテトラヒドロフランジオール等が含まれる。ジイソシアネートの例には、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート等が含まれる。ポリプロピレングリコールと4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネートから製造されるポリウレタンが好ましい。
重量平均分子量が約4,000〜約12,000の範囲であるポリウレタンが好ましく、重量平均分子量が約7,000〜約9,000の範囲であるポリウレタンが更に好ましい。
本発明に有用な好ましいウレタンポリマーの例には、Surkopakの商品名でニューヨーク州ライのKane Internatinal社により販売されている軟質熱可塑性ポリウレタン溶液が含まれるが、これに限定されるものではない。様々なグレードのポリウレタンがこの商品名で販売されており、Surkopak 2135、Surkopak 5299、Surkopak 5244、Surkopak 5255、Surkopak 2X、Surkopak 5322、Surkopak 5311、及びSurkopak XLが含まれる。これらは通常、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、及びセルロース等の軟質パッケージ基材にフレキソ及びグラビア印刷するための、ニトロセルロースベースの印刷インクを改質するのに使用されるものである。該ポリウレタン溶液の物理特性を以下の表１に示す。
インク組成物中の固体ポリウレタン樹脂の濃度は、約１重量％〜約20重量％の範囲であり、好ましくは約３重量％〜約15重量％の範囲であり、更に好ましくは約５重量％〜約10重量％の範囲である。ポリウレタンがSurkopakの場合のように溶液として市販されている場合には、インクを製造するのに使用するポリウレタン溶液の量は、該溶液中のポリウレタンの濃度から算出される。したがって、下記の実施例１においては、11gのSurkopak 5322（濃度68〜73％）を使用して、約7.7gのポリウレタンを含むインクを得た。
着色剤
当該インク組成物は、所望の色を印刷された情報に付与する染料である着色剤を含む。インク組成物に溶解しうる任意の染料を、本発明に使用してよい。例えば、米国特許第5,254,158号明細書及び英国特許出願GB 2,105,735号明細書には、数種類の染料の例が列挙されている。これら全ての染料及び顔料を、本発明に使用してよい。本発明に適用可能な染料の例には、C.I.ソルベントイエロー19（C.I.13900A）、C.I.ソルベントイエロー21（C.I.18690）、C.I.ソルベントイエロー61、C.I.ソルベントイエロー80、FD＆Ｃイエロー＃５、イエロー・シェード16948、アシッド・イエロー23、Levadermレモン・イエロー（Mobay）、スピリット・ファースト・イエロー3G、
アイゼン・スピロン・イエローＣ−GNH（保土ヶ谷化学社）、PergasolイエローCGP（チバ−ガイギー）等の黄色染料;C.I.ソルベントオレンジ１（C.I.11920）、C.I.オレンジ37、C.I.オレンジ40、ダイアレジン・オレンジＫ（三菱化学工業社）、ダイアレジン・オレンジＧ（三菱化学工業社）、スミプラスト・オレンジ3G（住友化学社）等のオレンジ色染料;C.I.ソルベントレッド８、C.I.ソルベントレッド81、C.I.ソルベントレッド82、C.I.ソルベントレッド84、C.I.ソルベントレッド100、チバクロン・ブリリアント・レッド38−Ａ（アルドリッチ・ケミカル社）、Drimareneブリリアント・レッドＥ−6A（Pylam社）、アシッドレッド92、リアクティブレッド31（ICIアメリカ）等の赤色染料；ダイアレジン・ピンクＭ（三菱化学工業社）、スミプラスト・ピンクRFF（住友化学社）、ダイレクト・ブリル・ピンクB Ground Crude（Crompton ＆ Knowles）等のピンク色染料;C.I.ソルベントバイオレット８、C.I.ソルベントバイオレット21、ダイアレジン・バイオレット（三菱）、ダイアレジン・バイオレットＤ、スミプラスト・バイオレットRR（住友）等の紫色染料;C.I.ソルベントブルー２、C.I.ソルベントブルー11、C.I.ソルベントブルー25、C.I.ソルベントブルー36、C.I.ソルベントブルー55等の青色染料;C.I.ソルベントグリーン３等の緑色染料;C.I.ソルベントブラウン３及びダイアレジン・ブラウンＡ（三菱）等の茶色染料;C.I.ソルベントブラック３、C.I.ソルベントブラック５、C.I.ソルベントブラック７、C.I.ソルベントブラック22、C.I.ソルベントブラック27、C.I.ソルベントブラック29、アシッドブラック123等の黒色染料が含まれるが、これに限定されるものではない。
着色剤は、所望のコントラスト及び可読性を得るのに必要とされる量でインク組成物中に存在する。着色剤は、好ましくは約２重量％〜約12重量％の範囲で、更に好ましくは約４重量％〜約10重量％の範囲だ、更に一層好ましくは約５重量％〜約７重量％の範囲で存在する。
界面活性剤
当該ジェットインク組成物は、好ましくは界面活性剤を含有する。該界面活性剤は、アニオン、カチオン、ノニオンあるいは両性であってよい。アニオン界面活性剤の例には、ドデシルベンゼンスルホン酸塩等のアルキルベンゼンスルホン酸塩、ブチル又はノニルナフチルスルホン酸塩等のアルキルナフチルスルホン酸塩、ジアミルスルホスクシネート等のジアルキルスルホコハク酸塩、ラウリル硫酸ナトリウム等のアルコール硫酸塩、ペルフルオロデカン酸及びペルフルオロドデカン酸等のペルフルオロ化カルボン酸があるが、これに限定されるものではない。ノニオン界面活性剤には、ポリエチレングリコールのアルキルエステル、グリセロールの脂肪酸エステル、グリコールの脂肪酸エステル等、及び、3M社から入手可能なFC 430、FC 431、FC 740、FC 120、FC 248、FC 352、FC 396、FC 807、及びFC 824等のフッ素化学界面活性剤が含まれる。カチオン界面活性剤には、アルキルアミン、アミンオキシド、アミンエトキシレート、アルキルヒドロキシアルキルイミダゾリン、４級アンモニウム塩が含まれ、両性界面活性剤にはアルキルベタイン、アミドプロピルベタイン等が含まれる。フルオロ脂肪族高分子アクリレートエステルの混合物である界面活性剤FC 430が好ましい界面活性剤である。
溶液にした固体の界面活性剤は、ジェットインク組成物中に約0.007重量％〜約0.05重量％の範囲で、好ましくは約0.005重量％〜約0.04重量％の範囲で、更に好ましくは約0.01重量％〜約0.03重量％の範囲で存在してよい。
シリコーン添加剤
当該ジェットインク組成物は、シリコーン樹脂を含むのが好ましい。シリコーン樹脂の例には、ジメチルシリコーン樹脂、メチルフェニルシリコーン樹脂、及びメチルトリフルオロプロピルシリコーン樹脂が含まれるが、これに限定されるものではない。シリコーン樹脂は、ダウ・コーニング社及びGEシリコーンズ社から市販されている。好ましいシリコーン樹脂はシリコーン樹脂DC6−2230（ダウ・コーニング）であり、これは、メチル（48％）、フェニル（44％）、ヒドロキシル（４％）、Ｏブチル（２％）、及びＯ−プロピル（１％）置換基を有するポリシロキサンである。
シリコーン樹脂は、ジェットインク組成物中に約0.5重量％〜約10重量％の範囲で、好ましくは約１重量％〜約６重量％の範囲で、さらに好ましくは約２重量％〜約４重量％の範囲で存在してよい。
シラン
当該ジェットインク組成物は、シランカップリング剤を含むのが好ましい。有用なシランの例には、エポキシアルキルアルコキシシラン、（４−アミノプロピル）トリエトキシシラン及び〔γ−（β−アミノエチルアミノ）−プロピル〕トリメトキシシラン等のアミノアルキルアルコキシシラン、ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン、（γ−メタクリロキシプロピル）−トリメトキシシラン、ビニルベンジルカチオンシラン、（γ−クロロプロピル）トリメトキシ−シラン等が含まれるが、これに限定されるものではない。その他のシランの例は、例えばカーク−オスマーの化学技術大辞典、第３版（ジョン−ワイリー＆サンズ）中に見出すことができる。好ましいシランの１つにユニオン・カーバイド社製A187シランがあり、これはグリシドキシプロピルトリメトキシシランである。
シランは、ジェットインク組成物中に約0.1重量％〜約５重量％の範囲で、好ましくは約0.3重量％〜約４重量％の範囲で、更に好ましくは約0.5重量％〜約2.5重量％の範囲で存在してよい。
その他の樹脂
当該ジェットインク組成物は更に、追加の樹脂を含むのが好ましい。他の樹脂をインクに添加して、硬さを付与し、侵食抵抗及び汚れ抵抗を改善してもよい。他の樹脂はロジン樹脂を含んでいてよい。ロジン樹脂の例としてはペンタリンＨ合成樹脂があり、これは水素化により安定化したロジンのペンタエリトリトールエステルである。また、水素化樹脂の熱可塑性グリセロールエステルであるフォラル85樹脂もある。これらはいずれもハーキュレス社により販売されている。前記樹脂はまた、ポリアルキルアクリレート、ポリアルキルメタクリレート、及びこれらのコポリマー等の様々なアクリル樹脂を含んでいてよい。アクリル樹脂の更なる例としては、ポリメタクリレート、ポリエチルアクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、アクリレ−トのコポリマー等がある。数種類のアクリル樹脂がローム＆ハース社から市販されている。エチルメタクリレートを含有するコポリマーがアクリロイドＢ−72という商品名で販売されている。イソブチルメタクリレートのポリマーがアクリロイドＢ−67という商品名で販売されている。メチルメタクリレートとエチルアクリレートのコポリマーがアクリロイドＢ−44という商品名で販売されている。好ましいアクリル樹脂の１つにアクリロイドＢ−66があり、これはメチルメタクリレートとブチルメタクリレートのコポリマーである。
追加の樹脂は、ジェットインク組成物中に約１重量％〜約12重量％の範囲で、好ましくは約２重量％〜約10重量％の範囲で、更に好ましくは約３重量％〜約８重量％の範囲で存在してよい。
その他の添加剤
当該ジェットインク組成物は更に、粘度、電気抵抗、及び蒸発速度を調整するための添加剤を含んでいてよい。好ましい粘度範囲は約1.5センチポアズ〜約6.0センチポアズである。好ましい抵抗は約500Ω−cm〜約1500Ω−cmである。
本発明の組成物は、導電性付与剤を含んでいてよい。存在する場合には、通常約0.0％〜約2.0％の量で存在する。好適な導電性付与剤の例には、ジメチルアミンヒドロクロリド、ジエチルアミンヒドロクロリド、硝酸リチウム、及びヒドロキシルアミンヒドロクロリドが含まれる。染料であるソルベントブラック29をエタノールの存在下でインクに使用することにより、十分な導電性が付与される。配合物中に保湿剤を使用してもよい。保湿剤には、グリセリン、エチレングリコール等が含まれる。様々な公知の粘度調整剤を必要に応じて添加して、任意の所与のインク配合物の粘度を調整してよい。
当該ジェットインク配合物は、任意の公知の方法により製造してよい。１つの方法においては、全ての所望の成分をミキサー又は混合反応器中で組み合わせ、均質な溶液が得られるまで連続的に混合する。
当該ジェットインク組成物は一般に、ガラスびん、ペットボトル、又はアルミ缶等の濡れたガラス、PET、及びアルミニウム物品の表面にジェット印刷してよい。特に、該ジェットインクは、ペプシコーラ▲Ｒ▼、コカコーラ▲Ｒ▼、RCコーラ▲Ｒ▼、セブンアップ▲Ｒ▼、スプライト▲Ｒ▼等のソフトドリンク、ビール、ワイン、ワインクーラー、リカー等を含む冷たい飲料、医薬品、及び化粧品を充填するのに使用する、ガラス、PET、及びアルミニウムのびん及び缶に、情報を印刷するのに使用される。本発明のジェットインクは、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、鉛ガラス、ホウ酸塩ガラス等を含む様々なガラスにジェット印刷してよい。上記の種類のガラスはコーティングを含んでいてもよい。
本願明細書中の全ての百分率は、特に断らない限り、本発明のインク組成物の総重量を基準とする重量％である。
以下の実施例により本発明を更に説明するが、言うまでもなく、本発明の範囲をいかなる意味においても制限することを意図するものではない。
実施例
次の配合を使用して、ジェットインク組成物を調製した：
インクの液滴の流れを該表面に向け、該流れの方向を電子的に制御して該液滴が所望の印刷画像を表面上に形成するようにすることにより、ガラス、PET、及びアルミニウム表面上に湿度条件下で本発明のインク組成物を使用して画像を形成することが可能であった。
Claims (24)
- ガラス、PET、及びアルミニウム表面上に湿度条件下で良好な接着性及び侵食抵抗を有する情報を印刷するためのインク組成物であって、有機溶媒、軟質熱可塑性ポリウレタン樹脂、着色剤、シリコーン樹脂、及びシランを含む、前記組成物。
- （１）25℃での粘度が1.6〜7.0センチポアズであり、（２）電気抵抗が50〜2000Ω−cmであり、かつ（３）音速が1200〜1300m/秒である、請求項１記載のインク組成物。
- 前記溶媒がメチルエチルケトンを含む、請求項２記載のインク組成物。
- 前記ポリウレタン樹脂がポリプロピレングリコール及び4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネートを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のインク組成物。
- 前記ポリウレタン樹脂がSurkopak 5322を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のインク組成物。
- 前記ポリウレタン樹脂が３重量％〜15重量％の濃度範囲で存在する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のインク組成物。
- 前記ポリウレタン樹脂が５重量％〜10重量％の濃度範囲で存在する、請求項６記載のインク組成物。
- 前記着色剤がソルベントブラック29である、請求項１〜７のいずれか１項に記載のインク組成物。
- 前記着色剤が４重量％〜10重量％の範囲で存在する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のインク組成物。
- 更に追加の樹脂を含むことにより硬さ、侵食抵抗、及び汚れ抵抗が向上した請求項１〜９のいずれか１項に記載のインク組成物。
- 前記追加の樹脂がアクルル樹脂である、請求項10記載のインク組成物。
- 前記アクリル樹脂がメチルメタクリレートとブチルメタクリレートとのコポリマーであり、２重量％〜10重量％の範囲で存在する、請求項11記載のインク組成物。
- 前記アクリル樹脂が４重量％〜７重量％の範囲で存在する、請求項12記載のインク組成物。
- 前記追加の樹脂がロジン樹脂である、請求項10記載のインク組成物。
- 前記ロジン樹脂が水素化ロジンのペンタエリトリトール又はグリセロールによるエステルである、請求項14記載のインク組成物。
- 前記シリコーン樹脂がダウ・コーニング・シリコーンDC6−2230であり、１重量％〜５重量％の範囲で存在する、請求項１〜15のいずれか１項に記載のインク組成物。
- 前記シリコーン樹脂が２重量％〜４重量％の範囲で存在する、請求項16記載のインク組成物。
- 前記シランがユニオン・カーバイド・シランA187であり、0.5重量％〜2,5重量％の範囲で存在する、請求項１〜17のいずれか１項に記載のインク組成物。
- 更に界面活性剤を含む、請求項１〜18のいずれか１項に記載のインク組成物。
- 前記界面活性剤が3M社製FC 430であり、0.01重量％〜0.2重量％の範囲で存在する、請求項19記載のインク組成物。
- 更にエタノールを含む、請求項１〜20のいずれか１項に記載のインク組成物。
- 前記エタノールが１重量％〜５重量％の範囲で存在する、請求項21記載のインク組成物。
- 濡れたガラス、PET、及びアルミニウム表面上に湿度条件下で請求項１〜22のいずれか１項に記載のインク組成物を使用して画像を形成する方法であって、該インク組成物の液滴の流れを該表面に向ける工程、及び該流れの方向を電子的に制御して該液滴が所望の印刷画像を該表面上に形成するようにする工程を含む、前記方法。
- 請求項１記載のインク組成物であって、前記軟質熱可塑性ポリウレタン樹脂が該組成物の５重量％〜10重量％の範囲で存在し、前記着色剤が該組成物の４重量％〜10重量％の範囲で存在し、前記シリコーン樹脂が該組成物の２重量％〜４重量％の範囲で存在し、かつ前記シランが該組成物の0.5重量％〜2.5重量％の範囲で存在する、前記組成物。
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