JP4452504B2 - 比較的光開始剤を含まないインクジェットインキ及びインキを硬化する方法及び装置 - Google Patents
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Description
本発明の1つの態様は、インクジェット印刷、特に工業用インクジェット印刷用の紫外線硬化性インキ組成物である。他の態様は1種又はそれより多くのこのようなインキを硬化する方法である。なお更なる態様はこの方法を実施するインクジェットプリンタである。
インクジェット印刷のためのインキ組成物は、一、二、三官能性材料及びある態様ではより高い官能性の材料の組み合わせであることができる種々の程度の官能性(分子当たりの反応性基の平均数)を有するモノマー(アクリレート)を含む。成分はアクリル重合により紫外線硬化性であるように且つ印刷の後基材表面に接着する性質を有するように選ばれる。顔料も含まれる。アクリレート成分は顔料を結合するのに役立つ。
光開始剤と呼ばれる触媒は典型的にはアクリル重合反応を開始する。光開始剤は結合剤の分子より低い活性化するためのエネルギーを必要とする。このような重合は「遊離基」紫外線重合(“free−radical” UV polymerization)と呼ばれる。2つのタイプの機構があり、1つはNORRISH型I反応と呼ばれそして1つはNORRISH型II反応と呼ばれる。
紫外線は一般に下記の如くUVA、UVB及びUVCとして分類される。
UVB 320nm〜290nm
UVC 290nm〜100nm
実験においては、特定の範囲のUVC、240〜200nmは炭素−炭素二重結合の直接のイオン化をもたらすことができることが観察された。これは相対的に多量のUVCエネルギーを必要とする。しかしながら、UVCは酸素により高度に吸収される。かくして、環境が比較的酸素を含まないかぎり、このような直接のイオン化はなんらの光開始剤なしに又は相対的に少量の光開始剤を使用してラジカル鎖重合を行うことができることが観察された。更に、酸素が存在しないか又は酸素が実質的に存在しなければ、240nm〜200nmの範囲の十分なUVCエネルギーが使用されるとき追加のランプなしに重合は完了する、即ち、インキの表面層及び内部層が完全に硬化することが見いだされた。
1つのインキ態様の成分の第1の組は、大抵一、二及び三官能性材料の組み合わせを包含する種々の程度の官能性(分子当たりの反応性基の平均数)を有する2種又はそれより多くのモノマー(アクリレート)の混合物である。或る種のより高い官能性材料も包含されうる。成分は紫外線硬化性であるようにそして印刷後基材表面に接着する性質を有するように選ばれる。材料は更に低い粘度及び低い分子量を有するように選ばれる。かくして成分の第1の組は顔料に結合しそしてインキフイルムのレオロジー的性質及び物理的性質を確保するのに役立つ。
図1Aはインキ態様を使用しそしてインクジェット印刷及び本発明の紫外線硬化方法を行うインクジェットプリンタ100の1つの態様を単純化された形態で示す。例えば紙の如き基材105はロール形態で供給される。基材の進路は供給ロール103で始まりそしてロールの組を通って引取リール104に至る。駆動機構(示されていない)はインクジェットヘッド107に対して5〜21m/分の調節可能な線速度で基材105を移動させる。6組のインクジェットヘッド107は単一パスで1〜6色の印刷を与える。各インクジェットヘッド107は70mmの幅を印刷し、そして2〜9のインクジェットヘッドの各色は基材105上の630mmまでの幅をおおうことができる。プリンタ100は800m2/時間まで印刷することができる。
下記の実験をプロトタイプインクジェットシステムにより行った。システムは10m/分の線速度で67mmのランプ直径を有する200W/cmのパワーレベルで操作する2つのIST BLKUを含んでいた。
上記に列挙した化合物及び商標名は当業者に知られている。下表は商標名についての供給源のいくらかを与える。
Claims (12)
- 顔料を含みそしてインクジェット印刷に適当な粘度及び表面張力を有する1種又はそれより多くのインクジェットインキを重合する方法であって、
インクジェットプリンタにおいて1個又はそれより多くのインクジェットヘッドを使用して基材上に1種又はそれより多くのインキを付着させ、
付着したインキを第1紫外線供給源により生成されるUVC放射が相対的に高い紫外線、UVCに富んだ放射により、該基材を第1紫外線供給源に対して移動させる間に照射し、そして
第1紫外線供給源と塗られたインキとの間の中間の領域が照射期間中比較的酸素を含まないように基材表面に近い領域の酸素を減少させてインキに到達するUVCの量を増加させる、
段階を含んでなり、
いかなるインキにおいても光開始剤の相対的量は0.8重量%未満であるようにする方法。 - 第1紫外線供給源が200nm〜240nmの波長の放射が高い紫外線を供給する請求項1に記載の方法。
- 第1紫外線供給源と塗られたインキとの間の領域が、2%以下の残留酸素を有しそしていかなるインキにおいても光開始剤の相対的量は0.3重量%以下である請求項1又は2に記載の方法。
- 酸素減少は付着したインキと第1紫外線供給源の間の相対的に不活性なガスのブランケットを与えることを含む請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 相対的に不活性なガスのブランケットが第1紫外線供給源及び少なくとも1つの他の場所に与えられる請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- ガスが窒素である請求項4又は5に記載の方法。
- 紫外線硬化性インクジェットインキが、
1種又はそれより多くの一官能性アクリレート20重量%〜40重量%、
1種又はそれより多くの二官能性アクリレート35重量%〜55重量%、
1種又はそれより多くの三官能性アクリレート5重量%〜15重量%、
1種又はそれより多くの顔料5重量%以下及び
1種又はそれより多くの光開始剤0.8重量%以下を含んでなり、
該インキがインクジェットプリンタに適当な粘度を有するような請求項1〜6のいずれかに記載の方法。 - 顔料を含みそしてインクジェット印刷に適当な粘度及び見掛け張力を有する1種又はそれより多くの紫外線硬化性インクジェットインキを基材に付着させそして重合させるための装置であって、
基材上に1種又はそれより多くのインキを付着させるための1個又はそれより多くのインクジェットヘッド、
基材が第1紫外線供給源に対して移動している間に、該付着したインキをUVC放射が相対的に高い紫外線で照射するための第1紫外線供給源、
第1紫外線供給源に対して基材を移動させるための駆動装置、及び
第1紫外線供給源と基材表面近くの塗られたインキとの間の領域から酸素を減少させて照射期間中インキに到達するUVCの量を増加させるための1個又はそれより多くの酸素減少ユニット、
を含んでなり、
第1紫外線供給源が200nm〜240nmの波長の放射が高い紫外線照射を供給する装置。 - 第1紫外線供給源が水銀でドープしたランプを使用する請求項8に記載の装置。
- 1個又はそれより多くの酸素減少ユニットが付着したインキと第1紫外線供給源の間に相対的に不活性なガスのブランケットを与える請求項8又は9に記載の装置。
- 1個又はそれより多くの酸素減少ユニットが、第1紫外線供給源の場所で不活性ガスを供給するための第1酸素減少ユニット及び少なくとも1つの他の場所における少なくとも1つの他の酸素減少ユニットを含む請求項10に記載の装置。
- 該少なくとも1つの他の場所はインクジェットヘッドを取り囲んでいる1つ又はそれより多くの領域を含み、該少なくとも1つの他の酸素減少ユニットが、相対的に不活性なガスを基材に向けるために基材の方に向いている穴を有するインクジェットヘッドを取り囲んでいる領域における管を含むか、又は少なくとも1つの他の酸素減少ユニットが第1紫外線供給源の前の領域においてガスを供給するためのブレード分配器を含む請求項11に記載の装置。
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