JP6646111B2 - 放射線硬化性インキジェットインキ - Google Patents

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Description

技術的分野
本発明は、特にプリント基板製造における記銘(legend)印刷のための、優れた保存安定性と組み合わされた優れた接着性能及びスクラッチ抵抗性を有する放射線硬化性組成物に関する。
背景の技術
記銘印刷(又は命名印刷(nomenclature printing))は、プリント基板(PCB)上に電子部品を組み立てる前の、プリント基板製造における最後の段階である。記銘は、部品識別子(component designators)、スイッチ設定要件、テストポイント(test point)ならびに基板の組み立て、テスト及び修理(servicing)において助けとなる他の特徴を示す。それは、通常グリーン着色されるハンダマスク上にホワイト又はイエローのような対比色で印刷される。ハンダマスクは、プリント基板の銅トレース(copper traces)のための永久的な保護を与え、ハンダが導体間を架橋するのを妨げ、それによりショートを防ぐポリマー層である。
記銘インキは接着性及びスクラッチ抵抗性に関する究極的な基準を満たさねばならず、一方で、完全に硬化した光沢のあるハンダマスクの不活性な滑らかな表面は、一般に上に印刷するのが困難な基質として理解されている。記銘印刷のためのUV硬化性インキは、例えば特許文献1(PRINTAR)、特許文献2(TAIYO INK)及び特許文献3(KOREA TAEYANG INK)に開示されている。
いずれの工業的インキジェット用途のインキの場合も、保存と印刷の間の保存寿命は、製造の間の信頼性を保証するために非常に重大である。さらに、記銘インキは極端な温度及び湿度の条件に耐えねばならず、且つ種々の溶剤(例えばイソプロピルアルコール)への抵抗性を示さねばならない。例えばインキは250〜260℃のハンダ浴中への浸漬に耐えねばならない。
特許文献4(SEIKO EPSON)は、5重量%〜20重量%のN−ビニルカプロラクタム及び2−(2−ビニルオキシエトキシ)エチルアクリレートを含有する放射線硬化性インキジェットインキを開示している。インキはパッケージ基板(package substrate)又は半導体基板に適用され、放射線に暴露され、次いで150℃〜200℃の範囲内の温度における熱処理に供される。噴射安定性を保証するために、第[0112]段落は、噴射の前に好ましい粘度を得るためのインキの加熱を開示している。測定されるインキ粘度の関数として噴射温度を調整することは、工業的なインキジェット用途のために実行可能な経済的解決ではない。
優れた保存安定性と組み合わされた向上した接着性能及びスクラッチ抵抗性を有する放射線硬化性記銘インキジェットインキを求める要求がまだある。
国際公開第02/46323号パンフレット 国際公開第2006/035679号パンフレット 韓国特許第20090084057号明細書 米国特許第2012189822号明細書
発明の概略
上記の問題を克服するために、本発明の好ましい態様は請求項1により定義される放射線硬化性インキジェットインキを用いて実現された。
本発明の好ましい態様は、下記に定義されるインキジェット印刷方法を用いても実現された。
ビニルエーテル(メタ)アクリレートモノマー及び5員環状無水物を含むモノマーを含んでなる放射線硬化性インキジェットインキは、完全に硬化したハンダマスク上で優れた接着性及びスクラッチ抵抗性を示すことが見出された。しかしながら、湿った且つ暑い環境中で長時間印刷すると、インキの粘度は信頼性のある噴射がもはや不可能なレベルまで上昇する。驚くべきことに、放射線硬化性インキジェットインキ中に脂肪族第3級アミンも含むことにより、湿った暑い環境中で優れた接着性、スクラッチ抵抗性及び保存安定性が得られることが見出された。
本発明のさらに別の目的は、下記の記述から明らかになるであろう。
態様の説明
定義
「アルキル」という用語は、アルキル基中の炭素原子の各数に関して可能なすべての変形、すなわちメチル、エチル、3個の炭素原子に関して:n−プロピル及びイソプロピル;4個の炭素原子に関して:n−ブチル、1−イソブチル、2−イソブチル及び第3級−ブチル;5個の炭素原子に関して:n−ペンチル、1,1−ジメチル−プロピル、2,2−ジメチルプロピル及び2−メチル−ブチルなどを意味する。
他に規定されなければ、置換された又は置換されないアルキル基は、好ましくはC1
6−アルキル基である。
他に規定されなければ、置換された又は置換されないアルケニル基は、好ましくはC2
−C6−アルケニ基である。
他に規定されなければ、置換された又は置換されないアルキニル基は、好ましくはC2
−C6−アルキニ基である。
他に規定されなければ、置換された又は置換されないアラルキル基は、好ましくは1個、2個、3個又はそれより多いC1−C6−アルキル基を含むフェニル基又はナフチル基である。
他に規定されなければ、置換された又は置換されないアルカリール基は、好ましくはアリール基、好ましくはフェニル基又はナフチル基を含むC1−C6−アルキル基である。
他に規定されなければ、置換された又は置換されないアリール基は、好ましくは置換された又は置換されないフェニル基又はナフチル基である。
環式基は少なくとも1個の環構造を含み、単環式−又は多環式基であることができ、1個又は縮合したそれより多い環を意味する。
複素環式基は、その環のメンバーとして少なくとも2種の元素の原子を含む環式基である。複素環式基と対になるものは同素環式基であり、その環構造は炭素のみから作られる。他に規定されなければ、置換された又は置換されない複素環式基は、好ましくは酸素原子、窒素原子、硫黄原子、セレン原子又はそれらの組み合わせから選ばれる1個、2個、3個又は4個のヘテロ原子により置き換えられた好ましくは5−もしくは6−員環である。
脂環式基は、環原子が炭素原子から成る非芳香族同素環式基である。
「ヘテロアリール基」という用語は、環構造中に炭素原子ならびに窒素、酸素、セレン及び硫黄から独立して選ばれる1個もしくはそれより多いヘテロ原子、好ましくは1〜4個のヘテロ原子を含んでなる単環式−又は多環式芳香環を意味する。ヘテロアリール基の好ましい例にはピリジニル、ピリダジニル、ピリミジル、ピラジル、トリアジニル、ピロリル、ピラゾリル、イミダゾリル、(1,2,3)−及び(1,2,4)−トリアゾリル、ピラジニル、ピリミジニル、テトラゾリル、フリル、チエニル、イソオキサゾリル、チアゾリル、イソオキサゾリル及びオキサゾリルが含まれるが、これらに限られない。ヘテロアリール基は置換されていないことができるか、あるいは1個、2個又はそれより多い適した置換基で置換されていることができる。好ましくは、ヘテロアリール基は環が1〜5個の炭素原子及び1〜4個のヘテロ原子を含む単環式環である。
例えば置換されたアルキル基における「置換された」という用語は、アルキル基が通常そのような基中に存在する原子、すなわち炭素及び水素以外の他の原子により置換され得ることを意味する。例えば置換されたアルキル基はハロゲン原子又はチオール基を含むことができる。置換されないアルキル基は炭素原子及び水素原子のみを含有する。
他に規定されなければ、置換されたアルキル基、置換されたアルケニル基、置換されたアルキニル基、置換されたアラルキル基、置換されたアルカリール基、置換されたアリール基、置換されたヘテロアリール基及び置換された複素環式基は、好ましくはメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、1−イソブチル、2−イソブチル及び第3級ブチル、エステル、アミド、エーテル、チオエーテル、ケトン、アルデヒド、スルホキシド、スルホン、スルホネートエステル、スルホンアミド、−Cl、−Br、−I、−OH、−SH、−CN及び−NO2より成る群から選ばれる1個もしくはそれより多い
置換基により置換されている。
放射線硬化性インキ
本発明に従う放射線硬化性インキは、a)少なくとも1個のビニルエーテル基及び少なくとも1個の(メタ)アクリレート基を含むモノマー;b)フリーラジカル重合により硬化可能な5員環状無水物を含むモノマー;ならびにc)脂肪族第3級アミンを含有する。
特に好ましい態様において、放射線硬化性インキは放射線硬化性インキジェットインキである。
放射線硬化性インキは、好ましくは着色剤を含有する。着色剤は染料であることができるが、好ましくは顔料である。顔料添加された(pigmented)放射線硬化性インキは、顔料の分散のために好ましくは分散剤、より好ましくは高分子分散剤を含有する。顔料添加された放射線硬化性インキは、分散の質及びインキの安定性を向上させるために分散相乗剤を含有することができる。
本発明の放射線硬化性インキは、ハイブリッド硬化性インキ、すなわちそれぞれカチオ
ン重合及びフリーラジカル重合のための開始種を生成するためのカチオン性光開始剤及びフリーラジカル光開始剤の両方を含有するインキであることができるが、好ましくは放射線硬化性インキはフリーラジカル重合のみによって硬化可能である。
工業的インキジェット印刷系において、カチオン的に硬化性のインキジェットインキがUV迷光の故の噴射信頼性の問題を呈することが見出された。インキジェットプリントヘッドのノズル板に当たるUV迷光は、ノズル中で硬化するインキによる目詰まりの故に不良ノズル(failing nozzles)を生ずる。ラジカル種がずっと短い寿命を有するフリーラジカルインキと異なり、カチオン硬化性インキは、ノズル中のUV光により酸種が生成すると硬化し続ける。
好ましい態様において、フリーラジカル放射線硬化性(インキジェット)インキ中の光開始剤は、高分子光開始剤又は重合可能な光開始剤である。これは、健康上のリスクを最小にするために特に有利である。
上記の放射線硬化性(インキジェット)インキのより好ましい態様において、フリーラジカル放射線硬化性インキ中の光開始剤は、重合可能な光開始剤である。
放射線硬化性(インキジェット)インキは、放射線硬化性(インキジェット)インキセットのものであることができる。そのような硬化性インキセットは、好ましくは少なくとも1種のイエロー硬化性インキ(Y)、少なくとも1種のシアン硬化性インキ(C)及び少なくとも1種のマゼンタ硬化性インキ(M)ならびに好ましくは少なくとも1種のブラック硬化性インキ(K)も含む。硬化性CMYKインキセットをレッド、グリーン、ブルー及び/又はオレンジのような余分のインキで増量し、色域をさらに拡大することもできる。CMYKインキセットを完全濃度(full density)(インキジェット)インキと明濃度(light density)(インキジェット)インキの組み合わせにより増量することもできる。暗色インキと明色インキの組み合わせ及び/又はブラックインキとグレーインキの組み合わせは、粒状性の低下により画質を向上させる。
噴射可能なフリーラジカル放射線硬化性インキの静的表面張力は、好ましくは20〜40mN/m、より好ましくは22〜35mN/mである。それは、湿潤性の観点から、好ましくは30mN/mより高くない。
放射線硬化性インキジェットインキは、動的表面張力が50m秒の表面寿命において25℃で最大泡圧式張力測定により測定される30mN/mより高くないように、好ましくは少なくとも1種の界面活性剤も含有する。
優れた噴射能及び速いインキジェット印刷を得るために、45℃の温度における放射線硬化性インキジェットインキの粘度は、すべて1000s-1のせん断速度において、好ましくは30mPa.sより低く、より好ましくは15mPa.sより低く、最も好ましくは1〜13mPa.sである。好ましい噴射温度は10〜70℃、より好ましくは25〜50℃、最も好ましくは35〜45℃である。
放射線硬化性インキジェットインキは、放射線硬化性インキジェットインキの合計重量に基づいて好ましくは60〜95重量%の重合可能な化合物、より好ましくは70〜90重量%の重合可能な化合物を含む。
ビニルエーテル(メタ)アクリレートモノマー
ビニルエーテル(メタ)アクリレートモノマーは、少なくとも1個の(メタ)アクリレート基及び少なくとも1個のビニルエーテル基を有するモノマーである。
ビニルエーテル(メタ)アクリレートモノマーは、好ましくは式(I):
[式中、
Rは水素又はメチル基を示し;
Lは少なくとも1個の炭素原子を含んでなる連結基を示し;そして
n及びmは独立して1〜5の値を示す]
により示されるモノマーである。
好ましい態様において、ビニルエーテル(メタ)アクリレートモノマーは式(II):
[式中、R1は水素又はメチル基を示し;そしてLは少なくとも2個の炭素原子を含んでなる2価の連結基を示す]
に従うモノマーである。
さらに別の好ましい態様において、ビニルエーテル(メタ)アクリレートモノマーは式(III):
[式中、R2は水素又はメチル基を示し;nは2〜6の整数を示し;そしてmは1〜4の整数を示す]
に従うモノマーである。
さらにもっと好ましい態様において、ビニルエーテル(メタ)アクリレートモノマーは、2−ビニルオキシエチルアクリレート、2−ビニルオキシエチルメタクリレート、2−(2−ビニルオキシエトキシ)エチルアクリレート及び2−(2−ビニルオキシエトキシ)エチルメタクリレートより成る群から選ばれる。最も好ましくは、ビニルエーテル(メタ)アクリレートモノマーは、2−(2−ビニルオキシエトキシ)エチルアクリレート(VEEA)である。
少なくとも1個の(メタ)アクリレート基及び少なくとも1個のビニルエーテル基を有するモノマーは、好ましくは放射線硬化性インキの合計重量に基づいて20重量%〜80重量%、より好ましくは30重量%〜70重量%、最も好ましくは40重量%〜60重量%の濃度で放射線硬化性インキ中に存在する。
5員環状無水物モノマー
本発明に従う放射線硬化性インキは、フリーラジカル重合により硬化可能な5員環状無水物を含むモノマーを含有する。
5員環状無水物を含むモノマーは、好ましくは無水イタコン酸誘導体及び無水マレイン酸誘導体より成る群から選ばれ、無水マレイン酸誘導体がより好ましい。
好ましい態様において、無水マレイン酸誘導体は式(IV):
[式中、R3は水素、置換されたもしくは置換されないアリール基及び置換されたもしくは置換されないアルキル基より成る群から選ばれ、水素が特に好ましい]
に従う構造を有する。
5員環状無水物を含むモノマーの適した例を表1に示すが、それらに限られない。
5員環状無水物を含むモノマーは、放射線硬化性インキの合計重量に基づいて好ましくは0.5重量%〜5.0重量%、より好ましくは0.7重量%〜3.0重量%、最も好ましくは1.0重量%〜2.0重量%の濃度で放射線硬化性インキ中に存在する。
他のモノマー及びオリゴマー
ビニルエーテル(メタ)アクリレートモノマー及び5員環状無水物を含むモノマーの他に、フリーラジカル重合可能ないずれのモノマー又はオリゴマーを用いることもできる。
モノマー及びオリゴマーの組み合わせを用いることもできる。モノマー及びオリゴマーは種々の官能価度(degrees of functionality)を有することができ、1価、2価、3価及びもっと高い官能価のモノマー及びオリゴマーの組み合わせを含む混合物を用いることができる。モノマーとオリゴマーの間の比率を変えることにより、放射線硬化性インキの粘度を調整することができる。
特に好ましいモノマー及びオリゴマーは、欧州特許第1911814A号明細書(AGFA)中の[0106]から[0115]に挙げられているものである。
脂肪族第3級アミン
脂肪族第3級アミンは3個の水素原子すべてが有機置換基により置き換えられており、窒素原子に直接結合する芳香環を有していない。芳香族アミンは、例えばアニリンにおけるように、芳香環に結合する窒素原子を有する。脂肪族第3級アミンは、例えば6−員環ピペリジンにおけるように、環状アミンであることもできる。
脂肪族第3級アミンは、好ましくは少なくとも150ダルトンの分子量、より好ましくは少なくとも200ダルトンの分子量を有する。脂肪族第3級アミンが150ダルトンより小さい分子量を有すると、それは揮発性になりすぎる。
脂肪族第3級アミンは、好ましくは1500ダルトンより小さい、より好ましくは1000ダルトンより小さい、最も好ましくは750ダルトンより小さい分子量を有する。脂肪族第3級アミンが1500ダルトンより大きい分子量を有すると、それはインキの粘度
を向上させすぎる。
第3級脂肪族アミンは、大気圧において好ましくは少なくとも150℃、より好ましくは少なくとも200℃の沸点を有する。脂肪族第3級アミンが150℃より低い沸点を有すると、それは揮発性になりすぎる。
好ましい態様において、脂肪族第3級アミンは少なくとも2種の第3級脂肪族アミンを含む。
さらにもっと好ましい態様において、該脂肪族第3級アミンはピペリジン誘導体、ピペラジン誘導体及びモルホリン誘導体より成る群から選ばれ、モルホリン誘導体が特に好ましい。
脂肪族第3級アミンはさらに追加の官能基、例えばフリーラジカル重合可能な基、光開始部分又は追加の芳香族共開始剤部分を含有することができる。
本発明に従う放射線硬化性インキにおいて有用な適した脂肪族第3級アミンを表2に示すが、それらに限られない。
本発明に従う放射線硬化性インキは、放射線硬化性の組成物の合計重量に基づいて好ましくは0.5重量%〜4重量%の脂肪族第3級アミン、より好ましくは0.75重量%〜3重量%、最も好ましくは1重量%〜2.5重量%の脂肪族第3級アミンを含有する。
光開始剤及び共開始剤(co−initiators)
放射線硬化性インキは、好ましくは重合反応の開始のための開始剤も含有する。開始剤は熱的開始剤であることができるが、好ましくは光開始剤である。光開始剤は、ポリマーの生成のためのモノマー及びオリゴマーより活性化に必要なエネルギーが少ない。硬化性インキジェットインキ中の光開始剤は、好ましくはノリッシュI型開始剤又はノリッシュ
II型開始剤である。種々の型の開始剤、例えば光開始剤と熱的開始剤の組み合わせを用いることもできる。
好ましい態様において、放射線硬化性インキは2種もしくはそれより多い光開始剤及び場合により1種もしくはそれより多い共開始剤を含む光開始系を含む。
光開始系は、特に放射線硬化性インキがホワイトインキである場合、好ましくは非黄変性光開始系(non−yellowing photoinitiating system)である。好ましい態様において、光開始系はアシルホスフィンオキシド光開始剤、芳香族α−ヒドロキシケトン及びベンゾフェノン光開始剤より成る群から選ばれる1種もしくはそれより多い光開始剤を含み、アシルホスフィンオキシド光開始剤が特に好ましい。
硬化性(インキジェット)インキ中における使用に適した熱的開始剤にはtert−アミルペルオキシベンゾエート、4,4−アゾビス(4−シアノ吉草酸)、1,1’−アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、過酸化ベンゾイル、2,2−ビス(tert−ブチルペルオキシ)ブタン、1,1−ビス(tert−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン、1,1−ビス(tert−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン、2,5−ビス(tert−ブチルペルオキシ)−2,5−ジメチルヘキサン、2,5−ビス(tert−ブチルペルオキシ)−2,5−ジメチル−3−ヘキシン、ビス(1−(tert−ブチルペルオキシ)−1−メチルエチル)ベンゼン、1,1−ビス(tert−ブチルペルオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、tert−ブチルヒドロペルオキシド、tert−ブチルペルアセテート、tert−ブチルペルオキシド、tert−ブチルペルオキシベンゾエート、tert−ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート、クメンヒドロペルオキシド、シクロヘキサノンペルオキシド、ジクミルペルオキシド、ラウロイルペルオキシド、2,4−ペンタンジオンペルオキシド、過酢酸及び過硫酸カリウムが含まれる。
好ましい態様において、光開始剤はフリーラジカル開始剤である。フリーラジカル光開始剤は、化学線に暴露されるとフリーラジカルの生成によりモノマー及びオリゴマーの重合を開始させる化学化合物である。ノリッシュI型開始剤は、励起の後に開裂し、開始ラジカルを直接与える開始剤である。ノリッシュII型開始剤は、化学線により活性化され、第2の化合物からの水素引き抜きによりフリーラジカルを生成する光開始剤であり、第2の化合物が実際の開始フリーラジカルになる。この第2の化合物は、重合相乗剤又は共開始剤と呼ばれる。I型及びII型光開始剤の両方を単独で、又は組み合わせて本発明において用いることができる。
適した光開始剤は、CRIVELLO,J.V.,et al著,VOLUME III:Photoinitiators for Free Radical Cationic & Anionic Photopolymerisation.第2版,BRADLEY,G編集,London,UK:John Wiley and Sons Ltd,1998.p.287−294に開示されている。
光開始剤の特定の例には以下の化合物又はそれらの組み合わせが含まれ得るが、これらに限られない:ベンゾフェノン及び置換されたベンゾフェノン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、チオキサントン、例えばイソプロピルチオキサントン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−(4−モルホリノフェニル)ブタン−1−オン、ベンジルジメチルケタール、ビス(2,6−ジメチルベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルホスフィンオキシド、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド、2−メチル−1−
[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノプロパン−1−オン、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン又は5,7−ジヨード−3−ブトキシ−6−フルオロン。
適した市販の光開始剤には、CIBA SPECIALTY CHEMICALSから入手可能なIrgacureTM 184、IrgacureTM 500、IrgacureTM 907、IrgacureTM 369、IrgacureTM 1700、IrgacureTM 651、IrgacureTM 819、IrgacureTM 1000、IrgacureTM 1300、IrgacureTM 1870、DarocurTM 1173、DarocurTM 2959、DarocurTM 4265及びDarocurTM
ITX、BASF AGから入手可能なLucerinTM TPO、LAMBERTIから入手可能なEsacureTM KT046、EsacureTM KIP150、EsacureTM KT37及びEsacureTM EDB、SPECTRA GROUP Ltdから入手可能なH−NuTM 470及びH−NuTM 470Xが含まれる。
光開始剤は、安全性の理由で好ましくはいわゆる拡散が妨げられた光開始剤である。拡散が妨げられた光開始剤は、放射線硬化性インキジェットインキの硬化した層において、一官能基性光開始剤、例えばベンゾフェノンよりずっと遅い移動性を示す光開始剤である。光開始剤の移動性を低くするために、いくつかの方法を用いることができる。1つの方法は、光開始剤の分子量を増加させ、拡散速度を低下させることであり、例えば高分子光開始剤である。他の方法は、それが重合する網目の中に組み込まれるように、その反応性を増すことであり、例えば多官能基性光開始剤(2個、3個又はそれより多くの光開始基を有する)及び重合可能光開始剤である。拡散が妨げられた光開始剤は、好ましくは非−高分子多官能基性光開始剤、オリゴマー性もしくは高分子光開始剤及び重合可能光開始剤より成る群から選ばれる。非高分子二−もしくは多官能基性光開始剤は、300〜900ダルトンの分子量を有すると考えられる。その範囲内の分子量を有する非重合可能一官能基性光開始剤は、拡散が妨げられた光開始剤ではない。最も好ましくは、拡散が妨げられた光開始剤は、重合可能な開始剤である。
拡散が妨げられた適した光開始剤は、ベンゾインエーテル、ベンジルケタール、α,α−ジアルコキシアセトフェノン、α−ヒドロキシアルキルフェノン、α−アミノアルキルフェノン、アシルホスフィンオキシド、アシルホスフィンスルフィド、α−ハロケトン、α−ハロスルホン及びフェニルグリオキサレートより成る群から選ばれるノリッシュI型光開始剤に由来する1個もしくはそれより多い光開始性官能基を含有することができる。
拡散が妨げられた適した光開始剤は、ベンゾフェノン、チオキサントン、1,2−ジケトン及びアントラキノンより成る群から選ばれるノリッシュII型開始剤に由来する1個もしくはそれより多い光開始性官能基を含有することができる。
欧州特許第2065362A号明細書(AGFA)中で、二官能基性及び多官能基性光開始剤に関して[0074]及び[0075]段落において、高分子光開始剤に関して[0077]〜[0080]段落において、及び重合可能な光開始剤に関して[0081]〜[0083]段落において開示されているものも、拡散が妨げられた適した光開始剤である。
他の好ましい重合可能な光開始剤は、欧州特許第2065362A号明細書(AGFA)及び欧州特許第2161264A号明細書(AGFA)に開示されているものである。
光開始剤の好ましい量は、硬化性顔料分散系又はインキの合計重量の0〜50重量%、より好ましくは0.1〜20重量%、最も好ましくは0.3〜15重量%である。
感光度をさらに向上させるために、放射線硬化性インキは、さらに共開始剤を含有することができる。好ましい共開始剤は芳香族アミン、より好ましくはアミノベンゾエートである。
放射線硬化性インキ中に1種もしくはそれより多い共開始剤が含まれる場合、これらの共開始剤は、安全性の理由から好ましくは拡散が妨げられている。
拡散が妨げられた共開始剤は、好ましくは非高分子二−もしくは多官能基性共開始剤、オリゴマー性もしくは高分子共開始剤及び重合可能な共開始剤より成る群から選ばれる。より好ましくは、拡散が妨げられた共開始剤は、高分子共開始剤及び重合可能な共開始剤より成る群から選ばれる。最も好ましくは、拡散が妨げられた共開始剤は、少なくとも1個の(メタ)アクリレート基を有する、より好ましくは少なくとも1個のアクリレート基を有する重合可能な共開始剤である。
拡散が妨げられた好ましい共開始剤は、欧州特許第2053101A号明細書(AGFA GRAPHICS)中で[0088]及び[0097]段落において開示されている重合可能な共開始剤である。
拡散が妨げられた好ましい共開始剤は、樹枝状高分子構造、より好ましくは多分枝(hyperbranched)高分子構造を有する高分子共開始剤を含む。好ましい多分枝高分子共開始剤は、米国特許第2006014848号明細書(AGFA)に開示されているものである。
放射線硬化性インキは、好ましくは放射線硬化性インキの合計重量の0.1〜50重量%の量で、より好ましくは0.5〜25重量%の量で、最も好ましくは1〜10重量%の量で(拡散が妨げられた)共−開始剤を含む。
重合抑制剤
放射線硬化性(インキジェット)インキは重合抑制剤を含有することができる。適した重合抑制剤には、フェノール型酸化防止剤、ヒンダードアミン光安定剤、蛍りん光体(phosphor)型酸化防止剤、(メタ)アクリレートモノマーにおいて通常用いられるヒドロキノンモノメチルエーテルが含まれ、ヒドロキノン、t−ブチルカテコール、ピロガロールも使用することができる。
適した市販の抑制剤は、例えばSumitomo Chemical Co.Ltd.により製造されるSumilizerTM GA−80、SumilizerTM GM及びSumilizerTM GS;Rahn AGからのGenoradTM 16、GenoradTM 18及びGenoradTM 20;Ciba Specialty ChemicalsからのIrgastabTM UV10及びIrgastabTM UV22、TinuvinTM 460及びCGS20;Kromachem LtdからのFloorstabTM UV領域(UV−1、UV−2、UV−5及びUV−8)、Cytec Surface SpecialtiesからのAdditolTM S領域(S100、S110、S120及びS130)である。
これらの重合抑制剤の過剰の添加は硬化に対するインキの感度を低下させるであろうので、重合を妨げることができる量を配合前に決定するのが好ましい。重合抑制剤の量は、好ましくは放射線硬化性(インキジェット)インキの合計重量の2重量%より少ない。
着色剤
放射線硬化性インキは無色のインキであることができるが、好ましくは、放射線硬化性インキは着色剤を含む。放射線硬化性(インキジェット)インキ中の着色剤は染料であることができるが、好ましくは顔料である。
顔料は、ブラック、ホワイト、シアン、マゼンタ、イエロー、レッド、オレンジ、バイオレット、ブルー、グリーン、ブラウン、それらの混合物などであることができる。有色顔料は、HERBST,Willy,et al.著,Industrial Organic Pigments,Production,Properties,Applications.第3版,Wiley−VCH,2004年,ISBN 3527305769により開示されているものから選ばれることができる。
好ましい顔料は、国際公開第2008/074548号パンフレット(AGFA)の[0128]〜[0138]段落中に開示されている。
特に挙げられる顔料には、レッド又はマゼンタ顔料としてPigment Red 3,5,19,22,31,38,43,48:1,48:2,48:3,48:4,48:5,49:1,53:1,57:1,57:2,58:4,63:1,81,81:1,81:2,81:3,81:4,88,104,108,112,122,123,144,146,149,166,168,169,170,177,178,179,184,185,208,216,226,257,Pigment Violet 3,19,23,29,30,37,50,88,Piment Orange 13,16,20,36、ブルー又はシアノゲン顔料としてPigment Blue 1,15,15:1,15:2,15:3,15:4,15:6,16,17−1,22,27,28,29,36,60,グリーン顔料としてPigment Green 7, 26,36,50,イエロー顔料としてPigment Yellow 1,3,12,13,14,17,34,35,37,55,74,81,83,93,94,95,97,108,109,110,137,138,139,153,154,155,157,166,167,168,180,185,193,ブラック顔料としてPigment Black 7,28,26,ホワイト顔料としてPigment White 6,18及び21が含まれる。
混晶を用いることもできる。混晶は固溶体とも呼ばれる。例えばある条件下で、種々のキナクリドンは互いと混ざって固溶体を形成し、それは化合物の物理的混合物及び化合物自身の両方と全く異なる。固溶体において、成分の分子は、必ずではないが通常、成分の1つの結晶格子である同じ結晶格子中に入る。得られる結晶性固体のx線回折パターンはその固体に特徴的であり、同じ割合における同じ成分の物理的混合物のパターンと明確に区別され得る。そのような物理的混合物では、成分のそれぞれのx線パターンを区別することができ、これらの線の多くの消失は固溶体の形成の基準の1つである。商業的に入手可能な例は、Ciba Specialty ChemicalsからのCinquasiaTM Magenta RT−355−Dである。
顔料の混合物を用いることもできる。例えば放射線硬化性インキジェットインキはブラック顔料ならびにブルー顔料、シアン顔料、マゼンタ顔料及びレッド顔料より成る群から選ばれる少なくとも1種の顔料を含むことができる。そのようなブラックインキジェットインキは、最近出現している白いハンダマスク上により読み易い(better readable)記銘を生ずることが見出された。
インキジェットインキ中の顔料粒子は、インキジェット印刷装置を通る、特に噴射ノズルにおけるインキの自由な流れを許すのに十分に小さくなければならない。最大の色濃度のため、及び沈降を遅くするためにも、小さい粒子を用いるのが望ましい。
数平均顔料粒度は、好ましくは0.050〜1μm、より好ましくは0.070〜0.300μmそして特に好ましくは0.080〜0.200μmである。最も好ましくは、数平均顔料粒度は、0.200μmより大きくない。0.050μmより小さい平均粒度は、堅牢度の低下のために、しかし主に、非常に小さい顔料粒子又はその個々の顔料分子が食品包装用途(food packaging applications)中にまだ移動し得るためにも、あまり望ましくない。顔料粒子の平均粒度は、動的光散乱法の原理に基づくBrookhaven Instruments Particle Sizer BI90plusを用いて決定される。酢酸エチルを用いて0.002重量%の顔料濃度にインキを希釈する。BI90plusの測定設定は:23℃、90oの角度、63
5nmの波長及びグラフィックス=補正関数(graphics=correction
function)において5回の実験である。
しかしながら、ホワイト顔料インキジェットインキの場合、ホワイト顔料の数平均粒径は、好ましくは50〜500nm、より好ましくは150〜400nm、最も好ましくは200〜350nmである。平均直径が50nmより小さい場合、十分な隠蔽力を得ることができず、平均直径が500nmを超えると、インキの保存可能性及び噴射適切性が下がる傾向がある。数平均粒径の決定は、顔料添加インキジェットインキの希釈された試料についての、4mW HeNeレーザーを用いる633nmの波長における光子相関分光法により、最も良く行なわれる。用いられた適した粒度分析計は、Goffin−Meyvisから入手可能なMalvernTM nano−Sであった。例えば1.5mLの酢酸エチルを含有するキュベットに1滴のインキを加え、均一な試料が得られるまで混合することにより、試料を調製することができる。測定される粒度は、20秒の6回の実験から成る3回の連続的測定の平均値である。
特に好ましい態様において、放射線硬化性(インキジェット)インキ中の着色剤はホワイト顔料、好ましくは二酸化チタンである。別の特に好ましい態様において、放射線硬化性(インキジェット)インキ中の着色剤はは、イエロー顔料、好ましくはC.I.Pigment Yellow 150である。グリーンハンダマスク上でホワイト又はイエローの色は優れた対比を生じ、かくして優れた読み取り可能な記銘を生ずる。
適したホワイト顔料は、国際公開第2008/074548号パンフレット(AGFA)の[0116]中の表2により示されている。ホワイト顔料は、好ましくは1.60より大きい屈折率を有する顔料である。ホワイト顔料を単独で、又は組み合わせて用いることができる。好ましくは、1.60より大きい屈折率を有する顔料として二酸化チタンを用いる。好ましい二酸化チタン顔料は、、国際公開第2008/074548号パンフレット(AGFA)の[0117]及び[0118]中に開示されているものである。
顔料は、それぞれ放射線硬化性インキの合計重量に基づいて好ましくは0.01〜15重量%の範囲内、より好ましくは0.05〜10重量%の範囲内、最も好ましくは0.1〜8重量%の範囲内で存在する。ホワイト顔料は、好ましくは顔料分散系の3重量%〜40重量%の量で、より好ましくは5重量%〜35重量%の量で存在する。3重量%より少ない量は、十分な被覆力を達成することができず、通常非常に劣った保存安定性及び噴射性を示す。
好ましい態様において、ホワイトインキジェットインキは200nmより大きい平均粒度を有する1.60より大きい屈折率を持つホワイト顔料ならびに40nm〜90nmの平均粒度を有する第2の無機顔料を含む。より好ましい態様において、200nmより大きい平均粒度を有する1.60より大きい屈折率を持つホワイト顔料ならびに40nm〜90nmの平均粒度を有する第2の無機顔料は両方とも二酸化チタンである。
高分子分散剤
顔料添加された放射線硬化性インキは、顔料の分散のために、好ましくは分散剤、より好ましくは高分子分散剤を含有する。顔料添加された放射線硬化性インキは、分散の質及びインキの安定性を向上させるために、分散相乗剤を含有することができる。
適した高分子分散剤は、2種のモノマーのコポリマーであるが、それらは3、4、5種又はそれより多種のモノマーさえ含有することができる。高分子分散剤の性質は、モノマーの性質及びポリマー中におけるそれらの分布の両方に依存する。コポリマー分散剤は、好ましくは以下のポリマー組成を有する:
●ランダム重合したモノマー(例えばモノマーA及びBがABBAABABに重合した);
●交互重合したモノマー(例えばモノマーA及びBがABABABABに重合した);
●勾配(gradient)(テーパード(tapered))重合したモノマー(例えばモノマーA及びBがAAABAABBABBBに重合した);
●それぞれのブロックのブロック長(2、3、4、5又はそれより多くさえ)が高分子分散剤の分散能力に重要であるブロックコポリマー(例えばモノマーA及びBがAAAAABBBBBBに重合した);
●グラフトコポリマー(グラフトコポリマーは、主鎖に結合した高分子側鎖を有する高分子主鎖から成る);ならびに
●これらのポリマーの混合形態、例えばブロック様勾配コポリマー。
適した高分子分散剤は、欧州特許第1911814A号明細書(AGFA)中の「分散剤」についての節、さらに特定的に[0064]〜[0070]及び[0074]〜[0077]中に挙げられている。
高分子分散剤は、好ましくは500〜30000、より好ましくは1500〜10000の数平均分子量Mnを有する。
高分子分散剤は、好ましくは100,000より小さい、より好ましくは50,000より小さい、最も好ましくは30,000より小さい重量平均分子量Mwを有する。
高分子分散剤は、好ましくは2より小さい、より好ましくは1.75より小さい、最も好ましくは1.5より小さい多分散性PDを有する。
高分子分散剤の市販の例は以下である:
●BYK CHEMIE GMBHから入手可能なDISPERBYKTM分散剤;
●NOVEONから入手可能なSOLSPERSETM分散剤;
●EVONIKからのTEGOTMDISPERSTM分散剤;
●MUENZING CHEMIEからのEDAPLANTM分散剤;
●LYONDELLからのETHACRYLTM分散剤;
●ISPからのGANEXTM分散剤;
●CIBA SPECIALTY CHEMICALS INCからのDISPEXTM及びEFKATM分散剤;
●DEUCHEMからのDISPONERTM分散剤;及び
●JOHNSON POLYMERからのJONCRYLTM分散剤。
特に好ましい高分子分散剤には、NOVEONからのSolsperseTM分散剤、CIBA SPECIALTY CHEMICALS INCからのEfkaTM分散剤及びBYK CHEMIE GMBHからのDisperbykTM分散剤が含まれる。特に好
ましい分散剤は、NOVEONからのSolsperseTM 32000、35000及び39000分散剤である。高分子分散剤は、好ましくは顔料の重量に基づいて2〜600重量%、より好ましくは5〜200重量%、最も好ましくは50〜90重量%の量で用いられる。
界面活性剤
フリーラジカル硬化性インキは少なくとも1種の界面活性剤を含有することができる。界面活性剤はアニオン性、カチオン性、非イオン性又は両性イオン性であることができ、通常インキの合計重量に基づいて3重量%より少ない合計量で、特にフリーラジカル硬化性(インキジェット)インキの合計重量に基づいて1重量%より少ない合計量で加えられる。
適した界面活性剤にはフッ素化界面活性剤、脂肪酸塩、高級アルコールのエステル塩、高級アルコールのアルキルベンゼスルホネート塩、スルホスクシネートエステル塩及びホスフェートエステル塩(例えばドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム及びジオクチルスルホコハク酸ナトリウム)、高級アルコールのエチレンオキシド付加物、アルキルフェノールのエチレンオキシド付加物、多価アルコール脂肪酸エステルのエチレンオキシド付加物ならびにアセチレングリコール及びそのエチレンオキシド付加物(例えばポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルならびにAIR PRODUCTS & CHEMICALS INC.から入手可能なSURFYNOLTM 104、104H、440、465及びTG)が含まれる。
好ましくは界面活性剤は、フルオロ界面活性剤(例えばフッ素化炭化水素)及びシリコーン界面活性剤から選ばれる。シリコーン界面活性剤は、好ましくはシロキサンであり、アルコキシル化されている、ポリエーテル修飾されている、ポリエーテル修飾されたヒドロキシ官能基性である、アミン修飾されている、エポキシ修飾されている及び他の修飾又はそれらの組み合わせであることができる。好ましいポリシロキサンは高分子性、例えばポリジメチルシロキサンであることができる。
好ましい市販のシリコーン界面活性剤には、BYK ChemieからのBYKTM 333及びBYKTM UV3510が含まれる。
好ましい態様において、界面活性剤は重合可能な化合物である。
好ましい重合可能なシリコーン界面活性剤には(メタ)アクリル化シリコーン界面活性剤が含まれる。最も好ましくは、(メタ )アクリル化シリコーン界面活性剤はアクリル
化シリコーン界面活性剤であり、それはアクリレートがメタクリレートより反応性であるからである。
好ましい態様において、(メタ)アクリル化シリコーン界面活性剤は、ポリエーテル修飾(メタ)アクリル化ポリジメチルシロキサン又はポリエステル修飾(メタ)アクリル化ポリジメチルシロキサンである。
好ましい商業的に入手可能な(メタ)アクリル化シリコーン界面活性剤には:CytecからのシリコーンジアクリレートであるEbecrylTM 350;すべてBYK Chemieにより製造されるポリエーテル修飾アクリル化ポリジメチルシロキサンBYKTM UV3500及びBYKTM UV3530、ポリエステル修飾アクリル化ポリジメチルシロキサンBYKTM UV3570;EVONIKからのTegoTM Rad 2100、TegoTM Rad 2200N、TegoTM Rad 2250N、TegoTM Rad 2300、TegoTM Rad 2500、TegoTM Rad 2600及び
TegoTM Rad 2700、TegoTM RC711;すべてChisso Corporationにより製造されるSilaplaneTM FM7711、SilaplaneTM FM7721、SilaplaneTM FM7731、SilaplaneTM
FM0711、SilaplaneTM FM0721、SilaplaneTM FM0725、SilaplaneTM TM0701、SilaplaneTM TM0701T;ならびにすべてGelest,Incにより製造されるDMS−R05、DMS−R11、DMS−R18、DMS−R22、DMS−R31、DMS−U21、DBE−U22、SIB1400、RMS−044、RMS−033、RMS−083、UMS−182、UMS−992、UCS−052、RTT−1011及びUTT−1012が含まれる。
インキジェットインキの調製
顔料添加された放射線硬化性インキジェットインキの調製は、熟練者に周知である。好ましい調製方法は、国際公開第2011/069943号パンフレット(AGFA)の[0076]段落〜[0085]段落に開示されている。
インキジェット印刷方法
上記の放射線硬化性インキは、好ましくはインキジェット印刷方法において用いられる。本発明の好ましい態様におけるインキジェット印刷の方法は:1)基質上に:a)少なくとも1個のビニルエーテル基及び少なくとも1個の(メタ)アクリレート基を含むモノマー;b)5員環状無水物を含むモノマー;及びc)脂肪族第3級アミンを含有する放射線硬化性インキを噴射し;そして2)噴射された放射線硬化性インキを硬化させる段階を含む。
インキジェット印刷方法の好ましい態様において、上に放射線硬化性インキを噴射するための基質はハンダマスクである。
インキジェット印刷方法の好ましい態様において、硬化は紫外線を用いて行われる。
インキジェット印刷装置
プリントヘッドに相対的に動く基質上に、ノズルを介して制御されたやり方で小滴を噴射する1個もしくはそれより多いプリントヘッドにより、放射線硬化性インキを噴射することができる。
インキジェット印刷系のための好ましいプリントヘッドは、圧電ヘッドである。圧電インキジェット印刷は、圧電セラミック変換器に電圧が適用される時のその動きに基づく。電圧の適用は、プリントヘッド中の圧電セラミック変換器の形を変化させて空隙を作り、次いでそれはインキで満たされる。再び電圧が取り除かれると、セラミックはその最初の形に膨張し、プリントヘッドからインキの滴を噴射する。しかしながら、本発明に従うインキジェット印刷方法は圧電インキジェット印刷に制限されない。他のインキジェットプリントヘッドを用いることができ、連続型のような種々の型が含まれる。
インキジェットプリントヘッドは通常、動いているインキ受容表面を横切って横方向で行ったり来たり走査される。多くの場合、インキジェットプリントヘッドは帰り道に印刷しない。二方向印刷は、高い面積処理量を得るために好ましい。別の好ましい印刷方法は、「1回通過印刷プロセス(single pass printing process)」による方法であり、それはインキ受容表面の幅全体に及ぶページ幅インキジェットプリントヘッド又は多数の互い違いのインキジェットプリントヘッドの使用により達成され得る。1回通過印刷プロセスでは、インキジェットプリントヘッドは通常静止したままであり、基質表面がインキジェットプリントヘッドの下を輸送される。
硬化装置
放射線硬化性インキを化学線に暴露することにより、好ましくは紫外線により、それらを硬化させることができる。
インキジェット印刷において、硬化手段をインキジェットプリンターのプリントヘッドと組み合わせて配置し、それと一緒に移動させ、硬化性の液が噴射された直後に硬化放射線に暴露されるようにすることができる。
そのような配置において、プリントヘッドに連結され、且つそれと一緒に移動するのに十分に小さいLEDのような放射線源を備えるのは困難であり得る。従って、光ファイバー束又は内部反射性柔軟性チューブのような柔軟性放射線伝導性手段より放射線源に連結された静的な固定された放射線源、例えば硬化UV光の源を用いることができる。
あるいはまた、放射線ヘッドの上の鏡を含む鏡の配置により、固定源から放射線ヘッドに化学線を供給することができる。
放射線源は、硬化するべき基質を横切って横に延びる長い放射線源であることもできる。それはプリントヘッドの横通過路に隣接し、プリントヘッドにより形成される画像の連続する列が段階的又は連続的にその放射線源の下を通過するようにすることができる。
発光される光の一部が光開始剤又は光開始剤系により吸収され得る限り、高圧もしくは低圧水銀ランプ、冷陰極管、ブラックライト、紫外LED、紫外レーザー及び閃光灯(flash light)のようないずれの紫外光源も放射線源として用いることができる。これらの中で好ましい源は、300〜400nmの主波長を有する比較的長波長のUV寄与(UV−contribution)を示すものである。特にUV−A光源は、それを用いて光散乱が減少し、より有効な内部硬化を生ずる故に、好ましい。
UV線は一般に、UV−A、UV−B及びUV−Cとして以下の通りに分類される:
・UV−A:400nm〜320nm
・UV−B:320nm〜290nm
・UV−C:290nm〜100nm。
好ましい態様において、インキジェット印刷装置は360nmより長い波長を有する1個もしくはそれより多いUV LEDs、好ましくは380nmより長い波長を有する1個もしくはそれより多いUV LEDs、最も好ましくは約395nmの波長を有するUV LEDsを含有する。
さらに、異なる波長又は照度の2種の光源を連続的又は同時に用いて、画像を硬化させることができる。例えば第1のUV源を、特に260nm〜200nmの領域内のUV−Cが豊富なように選択することができる。その場合、第2のUV源はUV−Aが豊富であり、例えばガリウムがドーピングされたランプであるか、あるいはUV−A及びUV−Bの両方が高い異なるランプであることができる。2種のUV源の使用は利点、例えば速い硬化速度及び高い硬化度を有することが見出された。
硬化を助長するために、インキジェット印刷装置は多くの場合に1個もしくはそれより多い酸素枯渇装置(oxygen depletion units)を含む。酸素枯渇装置は、硬化環境中の酸素濃度を低下させるために、調整可能な位置及び調整可能な不活性ガス濃度で、一面の(a blanket of)窒素又は他の比較的不活性なガス(例えばCO2)を置く。残留酸素レベルは通常、200ppmのように低く保たれるが、
一般に200ppm〜1200ppmの範囲内である。
実施例
材料
以下の実施例において用いられるすべての材料は、他に規定されなければ、Aldrich Chemical Co.(Belgium)及びAcros(Belgium)のような標準的な供給源から容易に入手可能であった。
TR52はTIOXIDE TR 52TM、HUNTSMAN CHEMICAL GROUPからの表面改質二酸化チタンである。
RM300はHombitechTM RM300、ROCKWOOD SPECIALTIES GROUPの会社であるSACHTLEBEN CHEMIE GmbHから入手可能な70m2/gの比表面積を有する二酸化チタンである。
DB162は、BYK CHEMIE GMBHから入手可能な高分子分散剤DisperbykTM 162に関して用いられる略語であり、その2−メトキシ−1−メチルエチルアセテート、キシレン及びn−ブチルアセテートの溶媒混合物は除去された。
SR355は、SartomerによりSartomerTM SR355として供給されるジトリメチロールプロパンテトラアクリレートである。
TMPTAは、Rahn AGによりMiramerTM M300として供給されるトリメチロールプロパントリアクリレートである。
VEEAは、Nippon Shokubaiにより供給される2−(2−ビニルオキシエトキシ)エチルアクリレートである。
PEAは、SARTOMERからSartomerTM SR339Cとして入手可能な2−フェノキシエチルアクリレートである。
アミン 1、アミン−6(ペントロール(pentrol))及びアミン−7はTCLにより供給される。
アミン−5はHunan Xinyuにより供給されるP−115である。
アミン−8〜アミン−11は、50℃において対応するジアクリレートに2モルの対応する第2級アミンを20時間加えることにより製造された。室温に冷ました後、さらなる精製なしでアミンを用いることができた。
Eb1360は、CytecによりEbecrylTM 1360として供給されるポリシロキサンヘキサアクリレートである。
KTO46は、LambertiによりEsacureTM KTO46として供給される光開始剤ブレンド(トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド(CASRN
75980−60−8)、トリメチルベンゾフェノン(CASRN954−16−5)、メチルベンゾフェノン(CASRN 134−84−9)、高分子α−ヒドロキシケトン(CASRN115055−18−0)、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパノン(CASRN7473−98−5))である。
TPOは、IGMによりOmniradTM TPOとして供給されるトリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシドである。
VEEAは、Nippon Shokubaiにより供給される2−(2−ビニルオキシエトキシ)エチルアクリレートである。
INHIBは、表3に従う組成を有する重合抑制剤の混合物である:
測定方法
1.硬化感度
放射線硬化性インキを、10μmのワイアドバー(wired bar)を有するバーコーターを用いてPET100基質上にコーティングし、Fusion VPS/1600ランプ(D−バルブ)が備えられたFusion DRSE−120コンベアを用いて硬化させた。20m/分のベルト速度を用いて試料を硬化させた。ランプの最大出力に対するパーセンテージを硬化速度に関する尺度として用いた。数が小さい程、硬化速度が速い。試料は、Q−チップを用いて引っ掻く時に表面がもはや損傷を受けない時点に完全に硬化したと考えられた。優れた硬化速度のためには、硬化感度はランプの最大出力の50%より低くなければならない。
2.平均PPH
下記に示す完全に硬化したハンダマスクがコーティングされた4つのPCB’sの組についての鉛筆硬度試験により、スクラッチ抵抗性を評価した:
・ハンダマスク1:Coates XV501T CC Green HF;
・ハンダマスク2:Taiyo PRS4000 GP01EU;
・ハンダマスク3:Taiyo PRS4000 SP19A;及び
・ハンダマスク4:Taiyo PRS4000 G24K。
放射線硬化性インキを、10μmのワイアドバーを有するバーコーターを用いて4つのハンダマスク上にコーティングした。コーティングされた試料をFusion VPS/1600ランプ(D−バルブ)が備えられたFusion DRSE−120コンベアを
用いて硬化させた。20m/分のベルト速度及びランプの最大出力の60%の出力を用いて試料を硬化させた。コーティングされ且つ硬化した試料をさらに、150℃でもう1時間、熱的に硬化させた。
ASTM D3363試験方法に従って、各試料の鉛筆硬度を決定した。放射線硬化性の組成物のそれぞれに関して鉛筆硬度を平均した。例えば4つのハンダマスクについての鉛筆硬度が7H、8H、8H及び9Hである場合、平均鉛筆硬度PPHは8Hとして平均された。
優れたスクラッチ抵抗性は、少なくとも6H、好ましくは7Hかもしくはそれより高い平均鉛筆硬度PPHを必要とする。
3.接着性
上記の鉛筆硬度試験において用いられたと同じ完全に硬化したハンダマスクがコーティングされた4つのPCB’sの組につき、接着性を評価した。
放射線硬化性インキを、10μmのワイアドバーを有するバーコーターを用いて4つのハンダマスク上にコーティングした。コーティングされた試料をFusion VPS/1600ランプ(D−バルブ)が備えられたFusion DRSE−120コンベアを用いて硬化させた。20m/分のベルト速度及びランプの最大出力の60%の出力を用いて試料を硬化させた。コーティングされ且つ硬化した試料をさらに、150℃でもう1時間、熱的に硬化させた。
ISO2409に従ってクロスハッチテストを用い、各試料上の接着性を評価した。個々の試料のそれぞれに関し、表4に従って0〜5の得点を与えた:
放射線硬化性インキに関し、種々のハンダマスク上での接着性能における得点の合計を行った。この累積接着性得点が小さい程、ある範囲のハンダマスク上での放射線硬化性インキの接着性が優れている。
4.粘度上昇
プリンター中でのインキの安定性に関する加速試験として、高い相対湿度における保存を用いた。下記の方法に従って実験を行った。
Brookfield DV−II+Pro粘度計を用い、12rpm及び45℃においてインキ粘度を測定した。
30℃及び相対湿度85%において、7.5mlの放射線硬化性インキを開放容器中で70時間保存した後、Brookfield DV−II+Pro粘度計を用い、12rpm及び45℃において再度インキ粘度を測定した。
%粘度上昇を以下の通りに計算した:
高い相対湿度における優れた保存のために、%粘度上昇は7%より大きくなく、好ましくは5%より大きくなくなければならない。
この実施例は、ある範囲のハンダマスク上での本発明に従うホワイト放射線硬化性インキジェットインキの接着性及びスクラッチ抵抗性における向上を示す。
ホワイト顔料分散系Disp−1の調製
表5に従う組成を有する濃厚ホワイト顔料分散系Disp−1を調製した。
3.1kgのVEEA、28.5kgのホワイト顔料TR52,0.380kgの抑制剤INHIB及びVEEA中の高分子分散剤DB162の30%溶液の19.0kgを、DISPERLUXTM 分散機(DISPERLUX S.A.R.L.,Luxembourgから)が備えられた60Lの容器中で30分間混合することにより、濃厚顔料分散系Disp−1を調製した。この混合物を続いてWAB Willy A.Bachofen社(Switzerland)からのDYNOTM−MILL KD 6中で、0.65mmのイットリウム−安定化酸化ジルコニウム−ビーズを用いて磨砕した。ビーズミルは磨砕ビーズで52%充填され、14.7m/秒のチップ速度を用いることにより再循環モードで1時間運転された。運転の間、磨砕室は水−冷される。
顔料分散系Disp−2の調製
表6に従う組成を有する濃厚顔料分散系Disp−2を調製した。
3.6kgのVEEA、3.0kgの顔料RM300,67gの抑制剤INHIB及びVEEA中の高分子分散剤DB162の30%溶液の3,333gを、DISPERLUXTM 分散機(DISPERLUX S.A.R.L.,Luxembourgから)を用いて15Lの容器中で混合することにより、濃厚顔料分散系Disp−2を調製した。次いで容器を、0.4mmのイットリウム安定化ジルコニアビーズ(TOSOH Co.からの「高摩耗抵抗性ジルコニア磨砕媒体」)で42%充填された1.5Lの内容積を有するBachofen DYNOTM−MILL ECMパイロットミルに連結した。分当たり約1.5Lの流量及び約13m/分のミル中におけるチップ速度において、混合物をミル上に4時間35分間、循環させた。
顔料分散系Disp−3の調製
ビニルエーテル(メタ)アクリレートモノマーを欠いた放射線硬化性インキのために、表7に従う組成を有する濃厚顔料分散系Disp−3をフェノキシエチルアクリレート(PEA)に基づいて調製した。
130.5kgのPEA、67.5kgのホワイト顔料TR52,4.5kgの抑制剤INHIB及びPEA中の高分子分散剤DB162の30%溶液の22.5kgを、270Lの容器中で30分間混合することにより、濃厚顔料分散系Disp−3を調製した。この混合物を続いてWilly A.Bachofen社(Switzerland)からのDYNOTM−MILL KD 6中で、0.40mmのイットリウム−安定化酸化ジルコニウム−ビーズを用いて磨砕した。ビーズミルは磨砕ビーズで52%充填され、12m/秒のチップ速度を用いることにより1.5 l/分の流量における再循環モードで7.5時間運転された。運転の間、磨砕室は水−冷される。
放射線硬化性インキジェットインキの調製
表8に従って、比較用放射線硬化性インキジェットインキCOMP−1〜COMP−5及び本発明の放射線硬化性インキジェットインキINV−1を調製した。重量%(wt%)は、放射線硬化性インキジェットインキの合計重量に基づいた。
評価及び結果
硬化感度、鉛筆硬度、接着性及び保存安定性に関し、比較用放射線硬化性インキジェットインキCOMP−1〜COMP−5及び本発明の放射線硬化性インキジェットインキINV−1を評価した。結果を表9に示す。
表9から、すべてのインキジェットインキが同等の硬化感度を有すること、ならびにビニルエーテルアクリレートモノマー及び無水マレイン酸又はイタコン酸を含有するインキジェットインキのみが優れたスクラッチ抵抗性及び接着性を示すことが明らかになるべきである。脂肪族第3級アミンも含有する本発明のインキジェットインキINV−1のみが高い相対湿度において優れた保存安定性を示した。
この実施例は、高い相対湿度において保存される時の、本発明に従う放射線硬化性インキの粘度上昇の制御における脂肪族第3級アミンの有効性を示す。
放射線硬化性インキジェットインキの調製
同じビニルエーテルアクリレートモノマーを含有する実施例1の顔料分散系Disp−1及びDisp−2を用い、表10に従って、比較用放射線硬化性インキジェットインキCOMP−6及び本発明の放射線硬化性インキジェットインキINV−2〜INV−6を調製した。重量%(wt%)は放射線硬化性インキジェットインキの合計重量に基づいた。
評価及び結果
硬化感度、鉛筆硬度、接着性及び保存安定性に関し、比較用放射線硬化性インキジェットインキCOMP−6及び本発明の放射線硬化性インキジェットインキINV−2〜INV−6を評価した。結果を表11に示す。
表11は、脂肪族第3級アミンのより高い濃度が高い相対湿度における保存安定性を向上させるのみでなく、スクラッチ抵抗性及び接着性をさらに向上させるようでもあること
を示す。
この実施例は、本発明に従う放射線硬化性インキの保存寿命を保証するために、広範囲の脂肪族第3級アミンを使用できることを示す。
放射線硬化性インキジェットインキの調製
同じビニルエーテルアクリレートモノマーを含有する実施例1の顔料分散系Disp−1及びDisp−2を用い、表12に従って本発明の放射線硬化性インキジェットインキINV−7〜INV−13を調製した。重量%(wt%)は放射線硬化性インキジェットインキの合計重量に基づいた。すべての脂肪族第3級アミンを等モル量で加えた。
評価及び結果
硬化感度、鉛筆硬度、接着性及び保存安定性に関し、本発明の放射線硬化性インキジェットインキINV−7〜INV−13を評価した。結果を表13に示す。
表13から、広範囲の組の脂肪族第3級アミンが、硬化速度、鉛筆硬度又は接着性能への負の影響なく、本発明に従う放射線硬化性インキにおける粘度上昇を制御できることが明らかになる。

Claims (5)

  1. 放射線硬化性インキであって、
    1)a)少なくとも1個のビニルエーテル基及び少なくとも1個の(メタ)アクリレート基を含むモノマー;
    b)フリーラジカル重合により硬化可能な、無水イタコン酸誘導体及び式(IV)
    [式中、R3は水素、置換されたもしくは置換されないアリール基及び置換されたもしくは置換されないアルキル基より成る群から選ばれる]
    の無水マレイン酸誘導体より成る群から選ばれるモノマー;ならびに
    c)放射線硬化性インキの合計重量に基づいて1〜4重量%の脂肪族第3級アミン
    を含有する放射線硬化性インキを基質上に噴射し;そして
    2)噴射されたインキを硬化させる
    段階を含む、ハンダマスク上へのインキジェット印刷方法であって、
    前記基質がハンダマスクである、インキジェット印刷方法。
  2. 少なくとも1個のビニルエーテル基及び少なくとも1個の(メタ)アクリレート基を含むモノマーが式(II):
    [式中、R1は水素又はメチル基を示し;そして
    Lは少なくとも2個の炭素原子を含んでなる2価の連結基を示す]
    に従うモノマーである、請求項1に従うインキジェット印刷方法。
  3. 放射線硬化性インキがアシルホスフィンオキシド光開始剤、芳香族α−ヒドロキシケトン及びベンゾフェノン光開始剤より成る群から選ばれる1種もしくはそれより多い光開始剤を含む、請求項1〜のいずれか1つに従うインキジェット印刷方法。
  4. フリーラジカル重合により硬化可能な、無水イタコン酸誘導体及び式(IV)の無水マレイン酸誘導体より成る群から選ばれるモノマーが放射線硬化性インキの合計重量に基づいて0.5重量%〜5.0重量%の濃度で存在する、請求項1〜のいずれか1つに従うインキジェット印刷方法。
  5. 少なくとも1個の(メタ)アクリレート基及び少なくとも1個のビニルエーテル基を有するモノマーが放射線硬化性インキの合計重量に基づいて20重量%〜80重量%の濃度で存在する、請求項1〜のいずれか1つに従う、インキジェット印刷方法。
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