JP4824338B2 - インクジェット可能なオーバープリント組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、一般的に、インクジェット可能なオーバープリント組成物及び基材上の画像を保護するための方法におけるそれらの使用に関する。本発明のオーバープリント組成物は、インクベース及びトナーベース画像の両方に、例えば、画像永久性、熱安定性、耐光性、及び耐スメア性といったいくつかの利点を提供する。
従来の電子写真では、フォトレセプタのような電荷保持表面を均一に帯電することによって電子写真表面に静電潜像を形成させる。次に、帯電領域を原稿の画像に対応する活性化放射線のパターンに選択的に消失させる。表面に残る潜電荷パターンは、放射線に暴露されなかった領域に対応する。次に、フォトレセプタを、トナーを含む一つ以上の現像剤ハウジングに通すことによって潜電荷パターンを可視化する。トナーは静電引力によって電荷パターンに付着する。次に、現像画像を、画像形成面に定着させるか、又は紙のような受容基材に転写し、適切な融解技術によって定着させ、電子写真プリント又はトナーベースのプリントを得る。
トナーベースの画像を保護する公知の方法は、トナーへのワックス添加及び基材へのオーバープリントコーティング塗布などである。オーバープリントコーティングは、オーバープリントワニス又はオーバープリント組成物と呼ばれることも多いが、典型的には乾燥及び/又は硬化されうる液体フィルムコーティングである。硬化は、乾燥又は加熱によって、又は紫外線もしくは低電圧電子ビームを印加してオーバーコートの成分を重合(架橋)することによって達成できる。しかしながら、例えば、特許文献1〜特許文献9に記載されているような公知のオーバープリントコーティングは、トナーベースのプリントを適切に保護しておらず、例えばインクジェットプリンタなどによる制御された塗布に必要な性質も持ち合わせていない(特許文献1〜特許文献9参照)。
典型的には、公知のコーティング剤は液体フィルムコーティング装置を用いて塗布される。従って、画像の全表面に塗布されることが多い。すなわちフラッドコーティング(flood coating)である。画像の一部に組成物を塗布するスポットコーティングは可能ではあるが、オーバープリント組成物の塗布前にプレート又はシリンダを用意する必要がある。従って公知のコーティング剤の塗布は非効率的、困難、及び時間の浪費であり得、バリアブル印刷との統合には望ましくない。
インクベース画像用のコーティング剤も知られている。例えば、インクジェット画像に耐熱性及び耐光性がないのを克服しようとして、UV硬化型インクジェットインクが使用されてきた。典型的には、そのようなUV硬化型インクジェットインクは、重合可能なモノマー、オリゴマー、又はそれらの混合物と、発色用の染料又は顔料を含む。しかしながら、これらのインクジェットインクは、特許文献10および特許文献11にそれぞれ記載されているように比較的大量の有毒溶媒又は水を含有することが多かったり、又は特許文献12に記載されているワニスのような他の有毒成分を含有したり、又は特許文献13に記載されているワニスのように特定の非実用的な条件を必要としたりする(特許文献10〜特許文献13参照)。
米国特許第4,070,262号明細書 米国特許第4,071,425号明細書 米国特許第4,072,592号明細書 米国特許第4,072,770号明細書 米国特許第4,133,909号明細書 米国特許第5,162,389号明細書 米国特許第5,800,884号明細書 米国特許第4,265,976号明細書 米国特許第5,219,641号明細書 米国特許第4,978,969号明細書 米国特許第5,623,001号明細書 米国特許第5,270,368号明細書 米国特許第4,303,924号明細書
従って、特に商業印刷用途において、トナーベースの画像及びインクベースの画像に、熱及び光安定性並びに耐スメア性(これらに限定されない)などのオーバープリントコーティング特性を提供するインクジェット可能な保護組成物に対する需要が存在する。更に詳しくは、低粘度(インクジェットを可能にするため)でありながらインクジェットに必要とされる一般的高温で安定であり、また所望の特性、すなわち、シリコーンフューザーオイル(一般的に電子写真基材に認められる)を濡らす(弾かれない)、重ね書きを可能にする、トナーの熱膨張に応答する熱分解を削減又は防止する、及び日光、熱などから画像を保護するといった能力(これらに限定されない)を達成するオーバープリントコーティングに対する需要が存在する。トナーベース又はインクベースの画像及び/又はその基材をインクジェット可能な放射線硬化型オーバープリント組成物で被覆する本発明の組成物及び方法は、この需要を満足する。
本発明は、例えば、改良された品質及び耐久性、高度の耐スメア性、並びに熱及び光安定性を提供することによって画像を保護するための組成物及び方法に関する。そのような画像は、インクベースの画像又はトナーベースの画像を基材上に形成し、該画像を、無溶媒の、インクジェット可能な、放射線硬化型のオーバープリント組成物で処理することによって作り出すことができる。該オーバープリント組成物は、少なくとも一つの放射線硬化型オリゴマー/モノマー、少なくとも一つの光開始剤、及び少なくとも一つの界面活性剤を含む。保護された画像は、より永久的で耐久性があり、分解及び退色に抵抗可能で、滲みのない状態で重ね書きを受容できる。
本発明はさらに、インクベース又はトナーベースの画像を基材上に形成し、オーバープリント組成物を基材全体に、画像全体に、又は基材及び/又は画像の一部に付着させ、そして該オーバープリント組成物を硬化することを含む画像処理法も提供する。従って、本発明の実施態様において、オーバープリント組成物は、基材又は基材上の画像を完全にカバーするために付着させることができる、又は画像、画像の一部、基材の一部、及び/又はそれらのいずれかの組合せをカバーするために選択的に付着させることができる。
当該組成物は、デジタル方式で基材に塗布できるので、電子写真技術と組み合わせた場合のインライン塗布に適している。電子写真プリントに被覆した場合、オーバープリント組成物は、約70〜100℃までの温度で文書の裏移りを削減又は排除する、トナーの分解の発生を削減又は排除する、カラー画像上のトナーのパイル高さ間の質量依存性の光沢の差を削減又は排除する、そして画像の所定のトナーパイル高さがどのようであれ全体的光沢を増大する、といった追加の利点を有する。プリントの総体的外観は、組成物に基材及びトナーの粗さを埋める能力があり、それによって平坦なフィルムが形成されて光沢が増強されるため、該組成物によって改良される。インクジェット技術と電子写真との組合せは、例えば米国特許第5,232,812号明細書(その全体を本願に引用して援用する)に記載されている。
本発明はさらに、紫外線(UV)硬化型オーバープリント組成物をプリントの少なくとも一つの表面に塗布した、好ましくは基材及び/又は融解トナー画像の上面に塗布したトナーベース及びインクベースのプリントも提供する。UV硬化型組成物は、UV硬化型オリゴマー、モノマー、光開始剤、及び界面活性剤の均一混合物を含む。プリントを発明的組成物でコーティングすることにより、トナー又はインクはオーバーコートの下に効果的に包埋されるので、本質的にプリント上に保護バリアが形成される。
本発明は、特にインクジェットプリンタ用に適応された、放射線硬化型オーバープリント組成物を含む、無溶媒のインクジェット可能な画像保護組成物を提供する。該組成物は、少なくとも一つの放射線硬化型オリゴマー/モノマー、少なくとも一つの光開始剤、及び少なくとも一つの界面活性剤を含む。
非硬化状態では、該組成物は好ましくは低粘度の液体で容易に噴射可能である。適切な硬化エネルギー源、例えば紫外光、電子ビームエネルギーなどに暴露されると、光開始剤がそのエネルギーを吸収し、液体組成物を硬化保護オーバーコートに変換する反応をスタートさせる。組成物中のモノマー及びオリゴマーは、硬化源への暴露中に重合して容易に架橋しポリマーネットワークを形成する官能基を含有している。このポリマーネットワークが、プリント画像に、例えば耐久性、熱及び光安定性、並びに耐スメア性を付与する。従って、該組成物は、熱及び日光に曝される基材上のインクベース画像及びトナーベース画像を被覆するのに特によく適している。なぜならば、該組成物は、画像を分解及び退色から保護し、画像の永久性を提供し、滲み及びビーディング(beading:インク滴が部分的に集まって発生する画像のムラ)のない状態で重ね書きを可能にするからである。
オーバープリント組成物の別の利点は、電子写真プリントを電子ビーム照射から保護するその能力である。電子ビーム照射とは、特殊な米国政府機関宛のある種の郵便物に殺菌及び殺ウィルスのために使用される照射などである。約95〜110℃の温度での非常に高い照射レベルが要求され、目に見える蒸気発生が起こるほどである。従って、照射された郵便物は黄ばみ、紙も脆くなることが多い。コンパクトディスク、フロッピー(登録商標)ディスク、及びその他のプラスチックは溶融し、この照射プロセスに耐えない。その上、大部分のトナーベースの文書は文書の裏移りを被るので、照射後は互いにくっついてしまう。本発明のオーバープリント組成物はそのような文書が無傷で照射に耐えることを可能にする。
オーバープリント組成物は、一般的に、少なくとも一つの放射線硬化型オリゴマー/モノマー、少なくとも一つの光開始剤、及び少なくとも一つの界面活性剤を含む。更に詳しくは、該オーバープリント組成物は、少なくとも一つのアクリル化オリゴマー、ポリエーテル、又はポリエステルアクリレート、例えば高分子量、低粘度、不飽和のトリ官能性アクリル樹脂、少なくとも一つの低表面張力、低粘度のジ−又はトリ−官能性アクリレートモノマー、化学的に不飽和なプレポリマー(オリゴマー及びモノマー)の光重合、すなわち硬化の開始に使用される少なくとも一つのUV−光開始剤、及び少なくとも一つの界面活性剤を含む。
該組成物のオリゴマー成分は好ましくは比較的疎水性である。そのようなオリゴマーは、プリントの放射線硬化層に必要な水分バリア性を付与する。なぜならば、オリゴマーの疎水性が増大すると水分バリア性が改善するからである。その結果、水分がベース紙に浸透しにくくなり、紙の皺及びカールを最小限に抑える。適切なアクリル化オリゴマーは、低粘度、例えば23℃で約0.5Pa.sを超えない、を有するアクリル化ポリエステル、アクリル化ポリエーテル、アクリル化エポキシ、及びウレタンアクリレートなどであるが、これらに限定されない。好適なオリゴマーは、基本構造:
を有するポリエーテルアクリレートオリゴマー、例えばアミン変性ポリエーテルアクリレートオリゴマーのLaromer(登録商標)PO94F(BASF社、ノースカロライナ州シャーロット)などであるが、これらに限定されない。
モノマーは、例えば、粘度低下剤として、組成物が硬化するときのバインダとして、接着促進剤として、及び架橋剤として機能する。適切なモノマーは、低分子量、低粘度、及び低表面張力を有し、UV光への暴露で重合を受ける官能基を含む。該モノマーは、好ましくは、一つ以上のジ−又はトリ−アクリレートを含む多官能アルコキシル化又はポリアルコキシル化アクリルモノマーである。適切な多官能アルコキシル化又はポリアルコキシル化アクリレートは、例えば、下記化合物、すなわちネオペンチルグリコールジアクリレート、ブタンジオールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、及びグリセリルトリアクリレートのアルコキシル化、好ましくはエトキシル化又はプロポキシル化変形体である。最も好適な実施態様において、該モノマーは、例えばSR−9003(Sartomer社、ペンシルバニア州エクストン)のようなプロポキシル化ネオペンチルグリコールジアクリレートで、以下の構造:
を有する。
適切な光開始剤はUV−光開始剤で、ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンゾイン、ベンゾインアルキルエーテル、ベンゾフェノン、トリメチルベンゾイルフェニルホスフィンオキシド、アゾ化合物、アントラキノン及び置換アントラキノン、例えばアルキル置換又はハロ置換アントラキノンなど、その他の置換又は非置換多核キノン、アセトホン(acetophones)、チオキサントン、ケタール、アシルホスフィン、及びそれらの混合物などであるがこれらに限定されない。更に好ましくは、光開始剤は下記化合物又はその混合物のうちの一つである。すなわち、ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、例えば1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、例えば、Irgacure(登録商標)184(チバガイギ社、ニューヨーク州タリータウン)で、以下の構造:
を有する、トリメチルベンゾイルフェニルホスフィンオキシド、例えばエチル−2,4,6−トリメチルベンゾイルフェニルホスフィネート、例えばLucirin(登録商標)TPO−L(BASF社)で、以下の式:
を有する。
第四の主成分である界面活性剤は、一般的に組成物の表面張力を低下させて、必要であれば硬化前に基材表面を湿潤化及び平坦化させるために使用される。この能力を有する任意の界面活性剤が使用できる。好適な界面活性剤は、フッ素化アルキルエステル、以下の構造:
[式中、R基は官能基修飾]を有するポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン、例えばBYK(登録商標)−UV3510(BYK Chemie GmbH、ドイツ・ヴェーゼル)、及びBYK(登録商標)−348(BYK Chemie GmbH)、並びにフルオロ界面活性剤、例えば、式RfCH2CH2O(CH2CH2O)xH[式中、Rf=F(CF2CF2)y、x=0〜約15、及びy=1〜約7]を有するZonyl(登録商標)FSO−100(イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー、デラウェア州ウィルミントン)などであるが、これらに限定されない。
任意の添加剤は、光安定剤、UV吸収剤(入射UV放射を吸収し、それを最終的には消失する熱エネルギーに変換する)、抗酸化剤、光学光沢剤(画像の外観を改良し、黄ばみをマスクできる)、揺変剤(チキソトロープ剤)、脱湿潤剤、スリップ剤、発泡剤、消泡剤、フロー剤、ワックス、オイル、可塑剤、バインダ、導電剤、殺真菌剤、殺菌剤、有機及び/又は無機充填剤粒子、レベリング剤(例えば、異なる光沢レベルを作り出す又は削減する薬剤)、不透明剤、帯電防止剤、分散剤、顔料及び染料などであるが、これらに限定されない。該組成物は、貯蔵中のオリゴマー及びモノマー成分の重合を禁止、又は少なくとも遅延することによって組成物を安定化させて組成物の貯蔵寿命を増大するための阻害剤、好ましくはヒドロキノンを含むこともできる。しかしながら、添加剤は硬化速度にマイナスの影響を与えうるので、任意の添加剤を用いてオーバープリント組成物を調剤する場合には注意しなければならない。
基材を濡らす組成物の能力は、一般的にその表面張力及び粘度に依存する。例えば、表面張力が低ければ、組成物に覆われる表面積は大きくなり、基材の十分な濡れがもたらされる。好適な組成物製剤は、約40℃〜約70℃で約20ダイン/cm(約200μN/cm)〜約50ダイン/cm(約500μN/cm)の範囲、更に好ましくは、約20ダイン/cm(約200μN/cm)〜約40ダイン/cm(約400μN/cm)の範囲、最も好ましくは約20ダイン/cm(約200μN/cm)〜約30ダイン/cm(約300μN/cm)の範囲の表面張力を有する。
組成物の粘度は、温度にもよるが、約30cP〜約2.0cPの範囲である。好ましくは、組成物の粘度は約140℃で約2.0cP、約50℃で約10cP、そして約25℃で約26cPである。好適な範囲は、約40℃〜約70℃の範囲の温度で約15cP〜約8.0cPである。噴射を可能にする許容しうる粘度を得るための好適なオリゴマー:モノマー比は約1:4である。
組成物の成分は好ましくは以下の順で一緒に混合される。すなわち、約10〜約30%のオリゴマー、例えばポリエーテルアクリレートオリゴマー、例えば約19%の濃度のLaromer(登録商標)PO43F(BASF社)(これに限定されない)、約70〜約90%のモノマー、例えばプロポキシル化ネオペンチルグリコールジアクリレート、例えば約76%の濃度のSR−9003(Sartomer社)(これに限定されない)、約2.0〜約7.0%のUV−光開始剤、例えば1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、例えば約4.8%の濃度のIrgacure(登録商標)184(チバガイギ社)(これに限定されない)、及び約0.05〜約5.0%の界面活性剤、更に好ましくは0.1〜約1.0%の界面活性剤、例えばポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン、例えば約0.2%の濃度のBYK(登録商標)−UV3510(BYK Chemie GmbH)(これに限定されない)。これらの成分を、好ましくは磁気撹拌棒又はオーバーヘッドミキサを各添加ごとに用いて短く撹拌しながら合わせて混合し、次いでオリゴマーが溶解するまで最低約2時間撹拌する。
本発明のオーバープリント組成物は、インクベース又はトナーベースの画像を基材上に形成し、オーバープリント組成物を基材全体に、画像全体に、画像の一部に、基材の一部に、又はそれらの任意の組合せにインクジェットし、そして該オーバープリント組成物を硬化することを含む画像処理に使用できる。従って、該組成物は、必要なところにのみ塗布され硬化される。
組成物を画像、その一部、基材、及び/又はその一部に被覆する場合、該組成物は異なるレベルの解像度で塗布できる。例えば、組成物は、基材の非画像領域上での該組成物のいくらかのオーバーラップを容認すれば、プリント網点の解像度で、画像のくっきりした部分の解像度で、又は画像のくっきりした部分より少し低い解像度で塗布できる。典型的な組成物付着レベルは約0.5〜約10グラム/平方メートル(gsm)である。組成物は、任意の公知インクジェット印刷技術、例えば、ピエゾエレクトリック及びサーマルインクジェット印刷(これらに限定されない)を含むドロップオンデマンドインクジェット印刷を用いて画像形成の任意の段階で画像上に少なくともワンパスで塗布できる。組成物の塗布は、画像形成に使用されるのと同じ情報で制御できるので、画像とオーバープリント組成物を作製するのに一つのデジタルファイルしか必要ない。従って、オーバープリント組成物は完全にデジタルである。
トナーベースの画像を被覆する場合、まず融着したトナーベースのプリントを得た後、噴射可能なオーバープリント組成物を含有するインクジェットプリンタにかける。トナーベースのプリントは、任意の適切な従来式電子写真技術又はその変形によって作製できる。
同様に、インクベースの画像を被覆する場合、まずインクベースの画像を作製した後、噴射可能なオーバープリント組成物を含有するインクジェットプリンタにかける。インクベース画像をインクジェットプリンタを用いて形成する場合、インクベース画像を噴射可能なオーバープリント組成物を含有する別のインクジェットプリンタにかけても、又はインクジェットインクを組成物と同じインクジェットプリンタに格納することによって、インクジェットインク画像の形成後、組成物を好ましくは無色、透明な液体として基材及び/又は画像上に被覆してもよい。オーバープリント組成物をインクベース画像、特にインクジェットプリンタを用いて形成した画像に被覆する場合、該画像は任意の適切な従来法又はその変形によって製造できる。
使用する基材は、プリントの最終用途に応じて任意の適切な基材であり得る。基材の例は、普通紙、コート紙、透明材料、プラスチック、ポリマーフィルム、処理セルロース系材料、木材、電子写真基材(フューザーオイル(官能基化シリコーン油)の残留物を含有しうる)、及びそれらの混合物などであるが、これらに限定されない。これらの基材は場合によりそれらの上に被覆された添加剤を含むこともある。任意の添加剤は、抗カール化合物、例えばトリメチロールプロパン、インクゲル化剤、例えばゴム添加剤、例えばキサンタンゴム、寒天、グア、及びレシチン(これらに限定されない)、殺生物剤、保湿剤、キレート化剤、及びそれらの混合物、並びにインク技術又は電子写真技術分野で周知の、インク、トナー、及び/又は基材の性能及び/又は価値を増強するための任意のその他の所望の添加剤などであるが、これらに限定されない。
組成物の放射線硬化型オリゴマー及びモノマーの架橋を開始するのに使用されるエネルギー源は化学線であり得る。例えば、紫外又は可視領域の波長のスペクトルの放射、加速粒子、例えば電子ビーム線、熱輻射、例えば熱又は赤外線などである。好ましくは、該エネルギーは化学線である。なぜならば、そのようなエネルギーは架橋の開始及び速度に対して優れた制御を提供するからである。適切な化学線源は、水銀ランプ、キセノンランプ、カーボンアーク灯、タングステンフィラメントランプ、レーザ、日光などであるが、これらに限定されない。
紫外線放射、特に、UV光条件下、例えば約20〜約70m/分の高速コンベヤを有する中圧水銀ランプからの紫外線が好適である。その場合、UV放射は約200〜約500nmの波長で約1秒未満供給される。更に好ましくは、高速コンベヤの速度は、約200〜約450nmの波長で約10〜約50ミリ秒(ms)間のUV光条件下で、約15〜約35m/分である。UV光源の発光スペクトルは一般的にUV−開始剤の吸収スペクトルとオーバーラップする。任意の硬化装置は、UV光をフォーカス又は拡散するリフレクタと、UV光源から熱を除去するための冷却システムとを含むが、これらに限定されない。
本発明を以下の非制限的実施例でさらに説明する。実施例は説明だけを目的としたものである。本発明を、本明細書中に引用されている材料、条件、プロセスパラメータなどに制限するつもりはない。部及び百分率は、特に断りのない限り重量表示である。
オーバープリント組成物の成分を、オーバーヘッドミキサで各添加ごとに短く撹拌しながら以下の順で合わせた。すなわち、約19%のLaromer(登録商標)PO43F(BASF社)、約76%のSR−9003(Sartomer社)、約4.8%のIrgacure(登録商標)184(チバガイギ社)、及び約0.2%のBYK(登録商標)−UV3510(BYK Chemie GmbH)。該混合物を、オリゴマーが溶解するまでオーバーヘッドミキサを用いて高剪断力で約4時間室温で撹拌し、次いで変形Phaser(登録商標)860(ゼロックス社)プリントヘッドで100%の被覆率及び様々な網目スクリーンの両方で噴射した。プリントヘッドは、約40〜約60℃の範囲の温度で噴射が可能なように改変した。UV硬化は、オフラインの実験室UVランプユニットでDランプスペクトルの商業的仕様を用いて20ms実施した。
実施例1のオーバープリント組成物を、FC11トナー(富士ゼロックス社製の従来型ポリエステルカラートナー)を用いてDC12(Docucolor(登録商標)12プリンタ(ゼロックス社))で作製した電子写真プリント(プリント上面にアミノ−シリコーンフューザーオイルの層を持つ)に塗布した。まず、紙をトランスフィックスドラムにテープで張り、紙への直接プリントモードをシミュレートした。図1及び2は、オーバープリント組成物で被覆したトナーベースの画像の硬化後の10%スクリーンを示す写真である。図1では、黒インクの文字“r”がオーバープリント組成物で被覆されている。図2では、べた一色のシアン画像がオーバープリント組成物で被覆されている。
実施例1の発明的オーバープリント組成物で被覆した黒インクの文字“r”を示す写真である。 実施例1の発明的オーバープリント組成物で被覆したべた一色のシアン色画像を示す写真である。

Claims (1)

  1. インクジェット可能なオーバープリント組成物であって、
    低粘度不飽和アクリレート樹脂からなる群から選ばれる放射線硬化型オリゴマーと、
    一つ以上のジ−又はトリ−アクリレートを含む多官能アルコキシル化又はポリアルコキシル化アクリルモノマーから選ばれる放射線硬化型モノマーと、
    少なくとも一つの光開始剤と、そして、
    少なくとも一つの界面活性剤と、
    を含み、
    前記オリゴマーはアミン変性ポリエーテルアクリレートオリゴマーであり、
    前記モノマーは、プロポキシル化ネオペンチルグリコールアクリレートであり、そして
    前記オリゴマー:モノマーの比が1:4であることを特徴とする組成物。
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