JP6019236B2 - 光硬化性インク組成物 - Google Patents
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Description
本開示によるインク組成物は、UV硬化性ポリウレタン分散物、すなわちUV−PUDを含む。ポリウレタン分散物によって、本明細書においては、液体ベヒクル中に分散したポリウレタン粒子を意味する。いずれの理論にもとらわれず、このようなUV硬化性ポリウレタン分散物は、インクが塗布される媒体上に改善されたインクフィルム性能をもたらす。UV−PUDの架橋と乾燥とによって形成されるそのようなフィルムは光沢を持ち、そして柔軟性を保ちつつ硬い。
本明細書に記載される光硬化性インク組成物は一つもしくはそれ以上の疎水性の放射線硬化性モノマーを含み得る。所望の性能基準を受けて、十分な加水分解安定性を持つ任意の疎水性の放射線硬化性モノマーもしくはそれらの組み合わせを、本明細書に記載されるインク組成物へと混合し得る。従って、インク組成物は、任意のそのような性能が満たされる限り、さまざまな態様における特定の種類の疎水性の放射線硬化性モノマーへと限定されない。
本明細書に記載される光硬化性インク組成物は、光開始剤を含む。光開始剤、もしくはUV開始剤は、所望の波長のUV光に曝露されると反応を開始して、インク受容物質もしくはインク受容基材へと塗布された後の本明細書に記載されるようなインク組成物を硬化する剤である。ある例において、光開始材は、ラジカル光開始剤である。光開始剤は、単一の化合物であってもよいし、二つもしくはそれ以上の化合物の混合物であってもよい。それは、塗布されたインク組成物を硬化するのに十分な量でインク組成物中に存在できる。ある例において、光開始剤は、インク組成物の全重量に基づいて約0.01〜約10重量%を表す量、もしくは約1〜約5重量%を表す量で存在する。
本明細書に記載される光硬化性インク組成物は、着色剤として顔料もしくは染料を含み得る。ある例において、インク組成物は、着色剤として一つもしくはそれ以上の顔料を含む。不溶性の顔料の着色剤は、より良い画像性能を達成する助けとなし得る。顔料は、自己分散型顔料、ポリマーコート顔料、もしくは例えば粉砕顔料のような一般的な顔料であってよい。別の分散剤もまたインク組成物中の顔料の適切な懸濁を可能にするために使用できる。粒子状の顔料は無機であっても有機であってもよい。顔料は、ブラック、ブルー、ブラウン、シアン、グリーン、ホワイト、バイオレット、マゼンタ、レッド、オレンジおよびイエロー、ならびにそれらの混合より得られるスポットカラーを含むがそれらに限定されない任意の色であってよい。
本明細書に記載される光硬化性インク組成物は、有機溶媒を含み得る。有機溶媒は水に可溶(水溶性)もしくは水に混和性(水混和性)であり得る。このような水溶性溶媒もしくは水混和性溶媒は、顔料分散、発色および安定性を最適化するために顔料濃縮物を製粉する間にインク組成物へと添加できる。インク組成物中の有機溶媒の量は、例えばフィルム形成プロセスおよび噴射信頼性の最適化ならびにインク組成物の低VOC含量を維持することのようないくつもの要素に依存する。
他の成分および添加剤も、インクの性質および性能を向上させるために光硬化性インク組成物中に存在し得る。添加剤は、一つもしくはそれ以上の界面活性剤、分散剤、レオロジー調整剤、殺生物剤、消泡剤、およびUV安定剤を含むがそれらに限定されない。ある例において、本開示による光硬化性インク組成物は、界面活性剤、分散剤、UV安定剤、消泡剤、レオロジー調整剤および殺生物剤の一つもしくはそれ以上の添加剤をさらに含む。インク組成物中の添加剤の重量の全量は、例えば約0.1〜約1重量%、もしくは約0.2〜約0.5重量%である。
ある実施態様において、印刷物を形成する方法は、UV硬化性ポリウレタン分散物、水、光開始剤、着色剤、および疎水性の放射線硬化性モノマーを含む光硬化性インク組成物を提供するステップ、媒体基材を提供するステップ、前記光硬化性インク組成物の滴の流れを媒体基材上に投下(もしくは噴射)するステップ、ならびに媒体基材上に印刷されたインク組成物に対して光エネルギーを適用するステップを含み、ここで前記光エネルギーは、光硬化性インク組成物を硬化するのに好適な波長とエネルギーレベルとを持つ。
粘度を試験するための手順
インク組成物の粘度は、HAAKE RS−600レオメーター(Thermo Electron、ニューイントン、NH)およびTCP/P Peltier制御ユニット(Thermo Electron)を用いて測定された。粘度は25℃で測定され、その結果は4000 1/秒のせん断速度で記録された。
インク組成物の試料の硬化速度は、Light Hammer 6UV硬化システム(Fusion UV Systems Inc.、ゲーサーズバーグ、MD)を持つLC6Bベンチトップコンベヤーを用いて測定された。インク試料は、K Control Coater(RK Print Coat Instruments Ltd、リッティントン、UK)を用いるドローダウンの手段によって、12ミクロン(マイクロメートル)の厚さで基材へと塗布された。試料は、約50℃の温風の流れで1分間乾燥された。乾燥後、インクはさまざまなコンベヤ速度でUVランプ下で一度だけ照射された。硬化したインクフィルムは、Gradco/Hoffmanカッターを備えるS.A.M Hoffman Testerによって試験された(Hoffman装置の「ブレード」は、滑り重量を持つビームによって45度に保持されるシリンダーの軸を持つシリンダー状の形状に成形された硬化工具鋼である。ビームはヒンジ機構を介して小さな四つの車輪のトロリーへと接続される。トロリーへの十分な下向きの力は、ビーム上の重量の位置に対応する試験試料に対してカッターを押し付けるような重量を引き起こす。トロリーは、試験試料を横切って引っ張られ、そして「ブレード」の効果がもし存在すれば観察される)。Hoffman Testerは、250グラムまでの荷重の範囲というより低い範囲で用いられた。試験の目的は、LC6Bコンベヤーの硬化速度によって与えられる試験試料を引っかくことなく、Testerと共に用いられる最大の重量を測定するためのものである。あるコンベヤーの速度における硬化の度合いは、最大重量と直接的に相関する。支持重量がより高くなると、より良い結果となる。
接着試験は、ASTM3359「Measuring Adhesion by Tape Test(テープ試験による接着測定)」によって実施される。Elcometer(登録商標)1542 Cross Hatch Adhesion Tester(Elcometer Inc.、ロチェスターヒルズ、MI)のようなクロスハッチカッターによって印刷されたサンプルに対して切片が作製された。接着テープ(3M Scotch(登録商標)テープ250)は、切片領域上に配置され平滑化された。テープはその後、一回の動作で素早く除去され、切断領域が調べられた。結果は、基材からのインクの除去によって報告された。スコアは0〜5の範囲で提供される(スコア5は優れた接着性能を示し、スコア0は非常に貧弱な接着性能を示す。)。
硬化速度の性能
インク組成物#1および#2の硬化速度は、剛性PVCおよびポリカーボナート基材シート(PALRAM Industries Ltdより入手可能)上で0.5m/sおよび1m/sのコンベヤー速度において上述の手順によって試験された。結果は以下の表(c)に示される。
インク組成物#1および#2の接着は、PVCおよびポリカーボナートシート上で0.5m/sおよび1m/sのコンベヤー速度において上述の手順によって試験された。インク組成物#1は、0.5m/sおよび1m/sのコンベヤー速度においてまったく除去されることなく、最大スコア5であり、PVC上での試験をパスした。インク組成物#1は、0.5m/sおよび1m/sのコンベヤー速度において最小限の除去であり、最大スコア4であり、ポリカーボナート上での試験をパスした。インク組成物#2は、65%以上の除去であり、1m/sのコンベヤー速度においてスコア0であり、0.5m/sのコンベヤー速度においてスコア2であり、PVC上での試験に落第した。インク組成物#2は、65%以上の除去であり、0.5m/sおよび1m/sにおいてスコア0であり、ポリカーボナート上での試験に落第した。詳細な結果は以下の表(c)にまとめられる。
Claims (14)
- 着色剤、水、光開始剤、UV硬化性ポリウレタン分散物、および疎水性の放射線硬化性モノマーを含む光硬化性インク組成物であって、
疎水性の放射線硬化性モノマーとしてビニルカプロラクタムを含有し、
疎水性の放射線硬化性モノマーが、当該光硬化性インク組成物の全重量に基づいて1〜15重量%の濃度で存在する、
光硬化性インク組成物。 - UV硬化性ポリウレタン分散物が、組成物の全重量に基づいて1重量%〜25重量%を表す量で存在する、請求項1に記載の光硬化性インク組成物。
- UV硬化性ポリウレタン分散物が、水分散性(メタ)アクリル化ポリウレタンである、請求項1又は2に記載の光硬化性インク組成物。
- 疎水性の放射線硬化性モノマーとしてアクリラートモノマーを含有する、請求項1〜3の何れか1項に記載の光硬化性インク組成物。
- アクリラートモノマーが、2−フェノキシエチルアクリラート、イソホリルアクリラート、イソデシルアクリラート、トリデシルアクリラート、ラウリルアクリラート、2−(2−エトキシ−エトキシ)エチルアクリラート、テトラヒドロフルフリルアクリラート、イソボルニルアクリラート、プロポキシル化アクリラート、テトラヒドロフルフリルメタクリラート、2−フェノキシエチルメタクリラート、イソボルニルメタクリラート、ならびにそれらの二つもしくはそれ以上の組み合わせからなる群より選択される、請求項4に記載の光硬化性インク組成物。
- UV硬化性ポリウレタン分散物および疎水性の放射線硬化性モノマーが、インク組成物中で、インク組成物の全量の20重量%〜50重量%を表す非水層を形成する、請求項1〜5の何れか1項に記載の光硬化性インク組成物。
- 組成物が、インク組成物の全重量に基づいて10〜90重量%の範囲の量の水を含む、請求項1〜6の何れか1項に記載の光硬化性インク組成物。
- 組成物が、水溶性有機溶媒もしくは水混和性有機溶媒をさらに含む、請求項1〜7の何れか1項に記載の光硬化性インク組成物。
- 組成物が、界面活性剤、分散剤、UV安定剤、消泡剤、レオロジー調整剤および殺生物剤からなる群より選択される一つもしくはそれ以上の添加剤をさらに含む、請求項1〜8の何れか1項に記載の光硬化性インク組成物。
- 印刷物を形成する方法であって、
a)水、着色剤、光開始剤、UV硬化性ポリウレタン分散物、および疎水性の放射線硬化性モノマーを含む、請求項1〜9の何れか1項記載の光硬化性インク組成物を提供するステップ、
b)媒体基材を提供するステップ、
c)前記光硬化性インク組成物の滴の流れを媒体基材上に投下するステップ、
d)媒体基材上に印刷されたインク組成物に対して光エネルギーを適用するステップであって、ここで前記光エネルギーが光硬化性インク組成物を硬化するのに好適な波長とエネルギーレベルとを持つステップ、
を含む、印刷物を形成する方法。 - 媒体基材へのインク組成物の滴の流れの投下が、圧電プリントヘッドによって実行される、請求項10に記載の印刷物を形成する方法。
- インクジェット印刷システムであって、
a)媒体基材、
b)着色剤、水、光開始剤、UV硬化性ポリウレタン分散物、および疎水性の放射線硬化性モノマーを含む少なくとも一つの、請求項1〜9の何れか1項記載の光硬化性インク組成物、
c)基材上にいったん印刷されたインク組成物へと光エネルギーを適用するよう構成される光エネルギー源であって、前記光エネルギーが光硬化性インク組成物を硬化するのに好適な波長およびエネルギーレベルを持つ、光エネルギー源、
を含む、インクジェット印刷システム。 - 光エネルギー源がUV光源である、請求項12に記載のシステム。
- 請求項1〜9の何れか1項記載の光硬化性インク組成物を調製するための方法であって、
a)着色剤、水、光開始剤、UV硬化性ポリウレタン分散物、および疎水性放射線硬化性モノマーの混合物を提供するステップ、
b)インク組成物が実質的に均一になるような条件に混合物を供するステップ、ならびに
c)混合物をろ過に供するステップ
を含む、方法。
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