JP7073899B2 - 組成物、硬化物、像形性装置、及び像形成方法 - Google Patents
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Description
活性エネルギー線硬化型のラジカル重合性インクとしては、アクリル酸エステルなどの重合性モノマーと、活性エネルギー線の照射でラジカルを発生する重合開始剤と、を含有したインクが知られている。
前記アクリルアミド化合物(A1)の分子量は、150以上200以下であり、下記一般式(1)又は(2)で表され、
本実施形態の組成物は、重合性のアクリルアミド化合物(A1)と、アシルホスフィンオキシド系重合開始剤(B1)と、を含む。また、必要に応じて、重合性のアクリルアミド化合物(A1)以外の重合性の化合物(A2)、アシルホスフィンオキシド系重合開始剤(B1)以外の重合開始剤(B2)、色材、有機溶剤、その他の成分を含んでもよい。また、本実施形態の組成物は、一例として、活性エネルギー線硬化型組成物であることが好ましい。なお、以降の説明において、組成物を活性エネルギー線硬化型組成物とも記載する。
アクリルアミド化合物(A1)は、アクリルアミド基、及びエステル構造を有し、活性エネルギー線硬化型の組成物における重合性モノマーである。
アクリルアミド基は、重合性を示し、アクリロイル基(CH2=CH-CO-)がアミン化合物の窒素原子と結合した基をいう。アクリルアミド化合物(A1)の合成方法は特に限定されないが、アクリル酸クロリドやアクリル酸無水物等の活性化されたアクリロイル基を有する化合物を、アミン化合物と反応させる方法が挙げられる。アクリルアミド化合物(A1)を合成する際に用いることができるアミン化合物としては、1級アミン及び2級アミンのいずれでもよいが、アミド基間の水素結合が生じず低粘度化に有利な3級アミドが得られる点で、2級アミンであることが好ましい。
アクリルアミド化合物(A1)が有するエステル構造は、炭素数1~4の直鎖又は分岐のアルキルエステル基であることが好ましい。ここで、アルキルエステル基が有する炭素数1~4の直鎖又は分岐のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基などが挙げられるが、これらの中でもメチル基、エチル基、tert-ブチル基が好ましく、メチル基、エチル基がより好ましい。
一般式(1)中、R2は炭素数1~4の直鎖又は分岐のアルキレン基を表す。R2としては、例えば、メチレン基、エタン-1,1-ジイル基、エタン-1,2-ジイル基、プロパン-1,1-ジイル基、プロパン-1,2-ジイル基、プロパン-1,3-ジイル基、ブタン-1,1-ジイル基、ブタン-1,2-ジイル基、ブタン-1,3-ジイル基、ブタン-1,4-ジイル基、2-メチルプロパン-1,1-ジイル基、2-メチルプロパン-1,2-ジイル基、2-メチルプロパン-1,3-ジイル基などが挙げられる。
一般式(1)中、R3は炭素数1~4の直鎖又は分岐のアルキル基を表す。R3としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基などが挙げられるが、これらの中でもメチル基、エチル基、tert-ブチル基が好ましく、メチル基、エチル基がより好ましい。
一般式(1)中、R1がメチル基であり、R2がメチレン基であり、R3がメチル基またはエチル基である組み合わせが好ましい。
ただし、R1、R2及びR3の炭素数の合計は2~6であることが好ましい。
一般式(2)中、R4は単結合、又は炭素数1~3の直鎖若しくは分岐のアルキレン基を表す。R4としては、例えば、単結合、メチレン基、エタン-1,1-ジイル基、エタン-1,2-ジイル基、プロパン-1,1-ジイル基、プロパン-1,2-ジイル基、プロパン-1,3-ジイル基などが挙げられる。
一般式(2)中、R5は炭素数1~3の直鎖又は分岐のアルキル基を表す。R5としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基などが挙げられる。
ただし、環X、R4及びR5の炭素数の合計は3~6であることが好ましい。
アシルホスフィンオキシド系重合開始剤(B1)としては、公知の化合物(例えば、特公昭63-40799号公報に記載の化合物等)がいずれも好ましく用いられるが、フェニルビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド(BASFジャパン株式会社製「イルガキュア819」等)、及びジフェニル(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド(BASFジャパン株式会社製「イルガキュアTPO」等)から選ばれる少なくとも1つが好ましい。なお、重合開始剤のことを単に開始剤とも称することがある。
また、アクリルアミド化合物(A1)の含有量(質量基準)は、アシルホスフィンオキシド系重合開始剤(B1)の含有量(質量基準)に対して、5.0以上30.0以下であると好ましい。
分子量が150以上200以下のアクリルアミド化合物(A1)をアシルホスフィンオキシド系重合開始剤(B1)と併用することにより、臭気が低く、特に波長395nmにピークを有する紫外線における硬化性に優れた活性エネルギー線硬化型組成物、及び強度に優れたその硬化物を提供することができる。
アクリルアミド化合物(A1)以外の重合性の化合物(A2)としては、(メタ)アクリル酸エステル類に代表される公知の重合性モノマーを適用できる。例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、2-(ジメチルアミノ)エチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ブトキシエチル(メタ)アクリレート、エチルカルビトール(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、2-(2-ビニロキシエトキシ)エチル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、2-フェノキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、エトキシ化ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、プロポキシ化ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9-ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート等が挙げられるが、これらに限定されない。なお、(メタ)アクリル酸エステルとは、アクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルをいい、(メタ)アクリレート等についても同様の意味である。
また、(メタ)アクリル酸の誘導体以外にも、N-ビニルカプロラクタム、N-ビニルピロリドン、N-ビニルホルムアミド等のN-ビニル化合物類;スチレン、α-メチルスチレン等の芳香族ビニル化合物類;ジエチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル等のビニルエーテル類;アリルグリシジルエーテル、ジアリルフタレート、トリアリルトリメリテート等のアリル化合物類も用いることができる。
なお、上記のエステル構造を含まないアクリルアミド化合物についても、その他の重合性の化合物(A2)として使用することができる。
アクリルアミド化合物(A1)以外の重合性の化合物(A2)を併用することにより、使用目的に合わせて、組成物の硬化性や粘度、硬化物の硬度や密着性などを容易に調整することができる。
アシルホスフィンオキシド系重合開始剤(B1)以外の重合開始剤(B2)としては、活性エネルギー線の照射により重合性モノマーの重合反応を促進させることのできる公知の化合物を特に制限なく適用できる。例えば、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-(ジメチルアミノ)-2-[(4-メチルフェニル)メチル]-1-(4-モルホリノフェニル)ブタン-1-オン等のα-アミノケトン系重合開始剤;1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパン-1-オン等のα-ヒドロキシケトン系重合開始剤;1-[4-(フェニルチオ)フェニル]オクタン-1,2-ジオン-2-(O-ベンゾイルオキシム)、1-[9-エチル-6-(2-メチルベンゾイル)-9H-カルバゾール-3-イル]エタノン-O-アセチルオキシム等のオキシムエステル系重合開始剤;2,4-ジエチルチオキサントン、2-イソプロピルチオキサントン等のチオキサントン系重合開始剤;ベンゾフェノン、4,4’-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン等のベンゾフェノン系重合開始剤;10-ブチル-2-クロロ-9(10H)-アクリドン等のアクリドン系重合開始剤が挙げられるが、これらに限定されない。
アシルホスフィンオキシド系重合開始剤(B1)以外の重合開始剤(B2)を併用することにより、使用目的に合わせて、組成物の硬化性や粘度、硬化物の硬度や密着性などを容易に調整することができる。また、波長395nmにピークを有する紫外線以外の光源にも適用させる場合は、アシルホスフィンオキシド系重合開始剤(B1)以外の重合開始剤(B2)を併用することが特に有利である。
本実施形態の活性エネルギー線硬化型組成物は、色材を含有していてもよい。色材としては、本実施形態における組成物の目的や要求特性に応じて、ブラック、ホワイト、マゼンタ、シアン、イエロー、グリーン、オレンジ、金や銀等の光沢色、などを付与する種々の顔料や染料を用いることができる。色材の含有量は、所望の色濃度や組成物中における分散性等を考慮して適宜決定すればよく、特に限定されないが、組成物の総質量(100質量%)に対して、0.1~20質量%であることが好ましい。なお、本実施形態の活性エネルギー線硬化型組成物は、色材を含まず無色透明であってもよく、その場合には、例えば、画像を保護するためのオーバーコート層として好適である。
顔料としては、無機顔料又は有機顔料を使用することができ、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
無機顔料としては、例えば、ファーネスブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、チャネルブラック等のカーボンブラック(C.I.ピグメントブラック7)類、酸化鉄、酸化チタンを使用することができる。
有機顔料としては、例えば、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、アゾレーキ、キレートアゾ顔料等のアゾ顔料、フタロシアニン顔料、ペリレン及びペリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジオキサン顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフタロン顔料等の多環式顔料、染料キレート(例えば、塩基性染料型キレート、酸性染料型キレート等)、染色レーキ(塩基性染料型レーキ、酸性染料型レーキ)、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラック、昼光蛍光顔料が挙げられる。
また、顔料の分散性をより良好なものとするため、分散剤をさらに含んでもよい。分散剤としては、特に限定されないが、例えば、高分子分散剤などの顔料分散物を調製するのに慣用されている分散剤が挙げられる。
染料としては、例えば、酸性染料、直接染料、反応性染料、及び塩基性染料が使用可能であり、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本実施形態の活性エネルギー線硬化型組成物は、有機溶媒を含んでもよいが、可能であれば含まない方が好ましい。有機溶媒、特に揮発性の有機溶媒を含まない(VOC(Volatile Organic Compounds)フリー)組成物であれば、当該組成物を扱う場所の安全性がより高まり、環境汚染防止を図ることも可能となる。なお、「有機溶媒」とは、例えば、エーテル、ケトン、キシレン、酢酸エチル、シクロヘキサノン、トルエンなどの一般的な非反応性の有機溶媒を意味するものであり、反応性モノマーとは区別すべきものである。また、有機溶媒を「含まない」とは、実質的に含まないことを意味し、0.1質量%未満であることが好ましい。
本実施形態の活性エネルギー線硬化型組成物は、必要に応じてその他の公知の成分を含んでもよい。その他成分としては、特に制限されないが、例えば、従来公知の、界面活性剤、重合禁止剤、レベリング剤、消泡剤、蛍光増白剤、浸透促進剤、湿潤剤(保湿剤)、定着剤、粘度安定化剤、防黴剤、防腐剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、キレート剤、pH調整剤、及び増粘剤などが挙げられる。
本実施形態の活性エネルギー線硬化型組成物は、上述した各種成分を用いて作製することができ、その調製手段や条件は特に限定されないが、例えば、重合性モノマー、顔料、分散剤等をボールミル、キティーミル、ディスクミル、ピンミル、ダイノーミルなどの分散機に投入し、分散させて顔料分散液を調製し、当該顔料分散液にさらに重合性モノマー、開始剤、重合禁止剤、界面活性剤などを混合させることにより調製することができる。
本実施形態の活性エネルギー線硬化型組成物の粘度は、用途や適用手段に応じて適宜調整すればよく、特に限定されないが、例えば、当該組成物をノズルから吐出させるような吐出手段を適用する場合には、20℃から65℃の範囲における粘度、望ましくは25℃における粘度が3~40mPa・sが好ましく、5~15mPa・sがより好ましく、6~12mPa・sが特に好ましい。また当該粘度範囲を、上記有機溶媒を含まずに満たしていることが特に好ましい。なお、上記粘度は、東機産業株式会社製コーンプレート型回転粘度計VISCOMETER TVE-22Lにより、コーンロータ(1°34'×R24)を使用し、回転数50rpm、恒温循環水の温度を20℃~65℃の範囲で適宜設定して測定することができる。循環水の温度調整にはVISCOMATE VM-150IIIを用いることができる。
活性エネルギー線硬化型組成物を硬化させるために用いる活性エネルギー線としては、紫外線の他、電子線、α線、β線、γ線、X線等の、組成物中の重合性成分の重合反応を進める上で必要なエネルギーを付与できるものであればよく、特に限定されないが、紫外線発光ダイオード(以下、UV-LEDともいう)から照射される波長395nmにピークを有する紫外線が好ましい。
生産性の観点から、活性エネルギー線硬化型組成物は、照射される波長395nmにピークを有する紫外線の光量が1.0J/cm2以下で硬化するものが好ましく、0.8J/cm2以下で硬化するものがより好ましく、0.6J/cm2以下で硬化するものが更に好ましい。
本実施形態の活性エネルギー線硬化型組成物の用途は、一般に活性エネルギー線硬化型材料が用いられている分野であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、成形用樹脂、塗料、接着剤、絶縁材、離型剤、コーティング材、シーリング材、各種レジスト、各種光学材料などが挙げられる。
さらに、本実施形態の活性エネルギー線硬化型組成物は、インクとして用いて2次元の文字や画像、各種基材への意匠塗膜を形成するだけでなく、3次元の立体像(立体造形物)を形成するための立体造形用材料としても用いることができる。この立体造形用材料は、例えば、粉体層の硬化と積層を繰り返して立体造形を行う粉体積層法において用いる粉体粒子同士のバインダーとして用いてもよく、また、図2や図3に示すような積層造形法(光造形法)において用いる立体構成材料(モデル材)や支持部材(サポート材)として用いてもよい。なお、図2は、本実施形態の活性エネルギー線硬化型組成物を所定領域に吐出し、活性エネルギー線を照射して硬化させたものを順次積層して立体造形を行う方法であり(詳細後述)、図3は、本実施形態の活性エネルギー線硬化型組成物5の貯留プール(収容部)1に活性エネルギー線4を照射して所定形状の硬化層6を可動ステージ3上に形成し、これを順次積層して立体造形を行う方法である。
本実施形態の活性エネルギー線硬化型組成物を用いて立体造形物を造形するための立体造形装置としては、公知のものを使用することができ、特に限定されないが、例えば、該組成物の収容手段、供給手段、吐出手段や活性エネルギー線照射手段等を備えるものが挙げられる。
また、本実施形態は、活性エネルギー線硬化型組成物を硬化させて得られた硬化物や当該硬化物が基材上に形成された構造体を加工してなる成形加工品も含む。前記成形加工品は、例えば、シート状、フィルム状に形成された硬化物や構造体に対して、加熱延伸や打ち抜き加工等の成形加工を施したものであり、例えば、自動車、OA機器、電気・電子機器、カメラ等のメーターや操作部のパネルなど、表面を加飾後に成形することが必要な用途に好適に使用される。
上記基材としては、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス、又はこれらの複合材料などが挙げられ、加工性の観点からはプラスチック基材が好ましい。
本実施形態の組成物収容容器は、活性エネルギー線硬化型組成物が収容された状態の容器を意味し、上記のような用途に供する際に好適である。例えば、本実施形態の活性エネルギー線硬化型組成物がインク用途である場合において、当該インクが収容された容器は、インクカートリッジやインクボトルとして使用することができ、これにより、インク搬送やインク交換等の作業において、インクに直接触れる必要がなくなり、手指や着衣の汚れを防ぐことができる。また、インクへのごみ等の異物の混入を防止することができる。また、容器それ自体の形状や大きさ、材質等は、用途や使い方に適したものとすればよく、特に限定されないが、その材質は光を透過しない遮光性材料であるか、または容器が遮光性シート等で覆われていることが望ましい。
本実施形態の像の形成方法は、少なくとも、本実施形態の活性エネルギー線硬化型組成物を硬化させるために、活性エネルギー線を照射する照射工程を有し、本実施形態の像の形成装置は、活性エネルギー線を照射するための照射手段と、本実施形態の活性エネルギー線硬化型組成物を収容するための収容部と、を備え、該収容部には前記容器を収容してもよい。さらに、活性エネルギー線硬化型組成物を吐出する吐出工程、吐出手段を有していてもよい。吐出させる方法は特に限定されないが、連続噴射型、オンデマンド型等が挙げられる。オンデマンド型としてはピエゾ方式、サーマル方式、静電方式等が挙げられる。
図1は、インクジェット吐出手段を備えた像形成装置の一例である。イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色活性エネルギー線硬化型インクのインクカートリッジと吐出ヘッドを備える各色印刷ユニット23a、23b、23c、23dにより、供給ロール21から供給された被記録媒体22にインクが吐出される。その後、インクを硬化させるための光源24a、24b、24c、24dから、活性エネルギー線を照射して硬化させ、カラー画像を形成する。その後、被記録媒体22は、加工ユニット25、印刷物巻取りロール26へと搬送される。各印刷ユニット23a、23b、23c、23dには、インク吐出部でインクが液状化するように、加温機構を設けてもよい。また必要に応じて、接触又は非接触により記録媒体を室温程度まで冷却する機構を設けてもよい。また、インクジェット記録方式としては、吐出ヘッド幅に応じて間欠的に移動する記録媒体に対し、ヘッドを移動させて記録媒体上にインクを吐出するシリアル方式や、連続的に記録媒体を移動させ、一定の位置に保持されたヘッドから記録媒体上にインクを吐出するライン方式のいずれであっても適用することができる。
被記録媒体22は、特に限定されないが、紙、フィルム、金属、これらの複合材料等が挙げられ、シート状であってもよい。また片面印刷のみを可能とする構成であっても、両面印刷も可能とする構成であってもよい。
更に、光源24a、24b、24cからの活性エネルギー線照射を微弱にするか又は省略し、複数色を印刷した後に、光源24dから活性エネルギー線を照射してもよい。これにより、省エネ、低コスト化を図ることができる。
本実施形態のインクにより記録される記録物としては、通常の紙や樹脂フィルムなどの平滑面に印刷されたものだけでなく、凹凸を有する被印刷面に印刷されたものや、金属やセラミックなどの種々の材料からなる被印刷面に印刷されたものも含む。また、2次元の画像を積層することで、一部に立体感のある画像(2次元と3次元からなる像)や立体物を形成することもできる。
図2は、本実施形態に係る別の像形成装置(3次元立体像の形成装置)の一例を示す概略図である。図2の像形成装置39は、インクジェットヘッドを配列したヘッドユニット(AB方向に可動)を用いて、造形物用吐出ヘッドユニット30から第一の活性エネルギー線硬化型組成物を、支持体用吐出ヘッドユニット31、32から第一の活性エネルギー線硬化型組成物とは組成が異なる第二の活性エネルギー線硬化型組成物を吐出し、隣接した紫外線照射手段33、34でこれら各組成物を硬化しながら積層するものである。より具体的には、例えば、造形物支持基板37上に、第二の活性エネルギー線硬化型組成物を支持体用吐出ヘッドユニット31、32から吐出し、活性エネルギー線を照射して固化させて溜部を有する第一の支持体層を形成した後、当該溜部に第一の活性エネルギー線硬化型組成物を造形物用吐出ヘッドユニット30から吐出し、活性エネルギー線を照射して固化させて第一の造形物層を形成する工程を、積層回数に合わせて、上下方向に可動なステージ38を下げながら複数回繰り返すことで、支持体層と造形物層を積層して立体造形物35を製作する。その後、必要に応じて支持体積層部36は除去される。なお、図2では、造形物用吐出ヘッドユニット30は1つしか設けていないが、2つ以上設けることもできる。
活性エネルギー線硬化型組成物の調製に用いた原材料の略号、化合物名、メーカー名及び製品名を表1に示した。
市販されていない原材料は、合成例1~6に示す方法で合成した。合成した化合物の同定は核磁気共鳴分光法(使用装置:日本電子株式会社製「JNM-ECX500」)で実施し、純度の測定はガスクロマトグラフ法(使用装置:株式会社島津製作所製「GCMS-QP2010 Plus」)で実施した。これらの化学分析は定法により実施した。
<N-アクリロイル-N-メチルグリシンメチルエステル(A1-1)の合成>
N-メチルグリシンメチルエステル塩酸塩(シグマアルドリッチジャパン合同会社製試薬)0.30モル、炭酸カリウム(関東化学株式会社製試薬)0.45モル、及び水400mLを0~10℃で攪拌混合し、その温度を保ったままアクリル酸クロリド(和光純薬工業株式会社製試薬)0.33モルをゆっくり滴下した。滴下終了後、酢酸エチル(関東化学株式会社製試薬)400mLで3回抽出し、酢酸エチル層を合わせて水400mLで1回洗浄した。酢酸エチルを減圧下40℃で留去して、目的のN-アクリロイル-N-メチルグリシンメチルエステル(A1-1)0.20モルをほぼ無色透明の液体として得た。純度は98.3%であった。
なお、N-アクリロイル-N-メチルグリシンメチルエステル(A1-1)の分子量は157.2であり、公知の化合物である(CAS登録番号72065-23-7)。
<N-アクリロイル-N-メチルグリシンエチルエステル(A1-2)の合成>
合成例1において、N-メチルグリシンメチルエステル塩酸塩をN-メチルグリシンエチルエステル塩酸塩(東京化成工業株式会社製試薬)に変更した以外は合成例1と同様にして、目的のN-アクリロイル-N-メチルグリシンエチルエステル(A1-2)0.22モルをほぼ無色透明の液体として得た。純度は98.5%であった。
なお、N-アクリロイル-N-メチルグリシンエチルエステル(A1-2)の分子量は171.2であり、公知の化合物である(CAS登録番号170116-05-9)。
<N-アクリロイル-N-エチルグリシンエチルエステル(A1-3)の合成>
合成例1において、N-メチルグリシンメチルエステル塩酸塩をN-エチルグリシンエチルエステル塩酸塩に変更した以外は合成例1と同様にして、目的のN-アクリロイル-N-エチルグリシンエチルエステル(A1-3)0.25モルをほぼ無色透明の液体として得た。純度は98.0%であった。
N-エチルグリシンエチルエステル塩酸塩は、過剰量のエタノール中、N-エチルグリシン(東京化成工業株式会社製試薬)にその2倍モル量の塩化チオニルを室温で一昼夜作用させた後、減圧下濃縮することで定量的に合成した。
なお、N-アクリロイル-N-エチルグリシンエチルエステル(A1-3)の分子量は185.2であり、公知の化合物である(CAS登録番号1179779-40-8)。
<N-アクリロイルピペリジン-4-カルボン酸メチル(A1-4)の合成>
合成例1において、N-メチルグリシンメチルエステル塩酸塩をピペリジン-4-カルボン酸メチル(東京化成工業株式会社製試薬)に変更した以外は合成例1と同様にして、目的のN-アクリロイルピペリジン-4-カルボン酸メチル(A1-4)0.25モルをほぼ無色透明の液体として得た。純度は98.6%であった。
なお、N-アクリロイルピペリジン-4-カルボン酸メチル(A1-4)の分子量は197.2であり、公知の化合物である(CAS登録番号845907-51-9)。
<N-アクリロイルピペリジン-4-カルボン酸エチル(A2-4)の合成>
合成例1において、N-メチルグリシンメチルエステル塩酸塩をピペリジン-4-カルボン酸エチル(東京化成工業株式会社製試薬)に変更した以外は合成例1と同様にして、目的のN-アクリロイルピペリジン-4-カルボン酸エチル(A2-4)0.27モルをほぼ無色透明の液体として得た。純度は99.2%であった。
N-アクリロイルピペリジン-4-カルボン酸エチル(A2-4)は、アクリルアミド基、及びエステル構造を有するが、分子量が211.3であるため、本発明のアクリルアミド化合物(A1)には該当しない化合物である。
<N-メタクリロイル-N-メチルグリシンメチルエステル(A2-5)の合成>
合成例1において、アクリル酸クロリドをメタクリル酸クロリド(和光純薬工業株式会社製試薬)に変更した以外は合成例1と同様にして、目的のN-メタクリロイル-N-メチルグリシンメチルエステル(A2-5)0.22モルをほぼ無色透明の液体として得た。純度は97.2%であった。
N-メタクリロイル-N-メチルグリシンメチルエステル(A2-5)は、分子量が171.2であり、エステル構造を有するが、アクリルアミド基を有さないため、本発明のアクリルアミド化合物(A1)には該当しない化合物である。
N-(ブトキシメチル)アクリルアミド(A2-6)は、市販品(東京化成工業株式会社製試薬)を用いた。
N-(ブトキシメチル)アクリルアミド(A2-6)は、分子量が157.2であり、アクリルアミド基を有するが、エステル構造を有さないため、本発明のアクリルアミド化合物(A1)には該当しない化合物である。
<活性エネルギー線硬化型組成物の作製>
A1-1:95.8質量%、B1-1:4.0質量%、重合禁止剤:0.1質量%、界面活性剤:0.1質量%を順に添加して2時間撹拌し、目視にて溶解残りがないことを確認した後、メンブランフィルターでろ過して粗大粒子を除去し、活性エネルギー線硬化型組成物を作製した。
実施例1において、下記表2の組成及び含有量(質量%)に変更した以外は、実施例1と同様にして、それぞれ活性エネルギー線硬化型組成物を作製した。
活性エネルギー線硬化型組成物をそれぞれプラスチック製の組成物収容容器に充填し、吐出手段としてのインクジェットヘッド(株式会社リコー製「MH5440」)、活性エネルギー線照射手段としてのUV-LED(インテグレーションテクノロジージャパン社製「LED ZERO」、波長395nm、照射面における照度1.0W/cm2)、吐出を制御するコントローラー、及び組成物収容容器からインクジェットヘッドへの供給経路を備えた像形成装置に組み込んだ。活性エネルギー線硬化型組成物の粘度が10~12mPa・sとなるように適宜インクジェットヘッドの温調を行い、汎用的なフィルム材料である市販のPETフィルム(東洋紡株式会社製「コスモシャインA4100」、厚み188μm)上に活性エネルギー線硬化型組成物を膜厚10μmでインクジェット吐出し、UV-LEDで紫外線照射を行って印刷画像を作製した。このとき、紫外線照射時間を0.1~5.0秒の範囲で段階的に変化させた印刷画像をそれぞれ作製した。
[硬化に要する光量の判定]
作製した印刷画像を紫外線照射時間の短い方から順に指触し、液状感や粘着感がなく乾いた状態となったものを硬化したと判定し、照度(1.0W/cm2)と照射時間(秒)の積から硬化に要する光量(J/cm2)を求め、下記表3に示した。硬化に要する光量が少ないほど硬化性に優れる。なお、5.0秒間紫外線照射を行っても硬化しないものは硬化不能と判定した。
1.0J/cm2の光量で作製された印刷画像の表面を綿棒で軽く擦過した後、その状態を以下の3段階の基準で評価し、下記表3に併せて示した。1.0J/cm2の光量で硬化しないものについては、評価不能とした。なお、B以上が、実用可能である。
A:擦過痕が見えない。
B:わずかに擦過痕が見える。
C:明瞭な擦過痕が見える。
インクジェット吐出中に作業者が感じた臭気を以下の3段階の基準で評価し、下記表3に併せて示した。なお、B以上が、実用可能である
A:ほとんど臭気が感じられない。
B:わずかに臭気が感じられる。
C:強い臭気が感じられる。
<1> エステル構造を有する重合性のアクリルアミド化合物(A1)と、アシルホスフィンオキシド系重合開始剤(B1)と、を含有し、前記アクリルアミド化合物(A1)の分子量は、150以上200以下である組成物。
<2> 前記アクリルアミド化合物(A1)は、前記エステル構造を炭素数1~4の直鎖又は分岐のアルキルエステル基として有する<1>に記載の組成物。
<3> 前記アクリルアミド化合物(A1)は、下記一般式(1)又は(2)で表される<1>又は<2>に記載の組成物。
<4> 前記アクリルアミド化合物(A1)は、N-アクリロイル-N-アルキルアミノ酸アルキルエステル、又はN-アクリロイルピペリジンカルボン酸アルキルエステルである<1>乃至<3>のいずれかに記載の組成物。
<5> 前記アクリルアミド化合物(A1)の含有量は、組成物の総質量(100質量%)に対して20.0質量%以上98.0質量%以下である<1>乃至<4>のいずれかに記載の組成物。
<6> 前記アシルホスフィンオキシド系重合開始剤(B1)は、フェニルビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド、又はジフェニル(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシドを含む<1>乃至<5>のいずれかに記載の組成物。
<7> 前記アシルホスフィンオキシド系重合開始剤(B1)の含有量は、組成物の総質量(100質量%)に対して1.0質量%以上20.0質量%以下である<1>乃至<6>のいずれかに記載の組成物。
<8> 更に、前記アクリルアミド化合物(A1)以外の重合性の化合物(A2)を含有する<1>乃至<7>のいずれかに記載の組成物。
<9> 更に、(メタ)アクリル酸エステル類、ウレタン(メタ)アクリレート誘導体、エポキシ(メタ)アクリレート誘導体、N-ビニル化合物類、芳香族ビニル化合物類、ビニルエーテル類、アリル化合物類、及びエステル構造を含まないアクリルアミド化合物から選ばれる少なくとも1つを含有する<1>乃至<7>のいずれかに記載の組成物。
<10> 更に、前記アシルホスフィンオキシド系重合開始剤(B1)以外の重合開始剤(B2)を含有する<1>乃至<9>のいずれかに記載の組成物。
<11> 更に、α-アミノケトン系重合開始剤、α-ヒドロキシケトン系重合開始剤、オキシムエステル系重合開始剤、チオキサントン系重合開始剤、ベンゾフェノン系重合開始剤、及びアクリドン系重合開始剤から選ばれる少なくとも1つを含有する<1>乃至<9>のいずれかに記載の組成物。
<12> 更に、色材、界面活性剤、重合禁止剤、レベリング剤、消泡剤、蛍光増白剤、浸透促進剤、湿潤剤(保湿剤)、定着剤、粘度安定化剤、防黴剤、防腐剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、キレート剤、pH調整剤、及び増粘剤から選ばれる少なくとも1つを含有する<1>乃至<11>のいずれかに記載の組成物。
<13> 前記アクリルアミド化合物(A1)の含有量(質量基準)は、前記アシルホスフィンオキシド系重合開始剤(B1)の含有量(質量基準)に対して、5.0以上30.0以下である<1>乃至<12>のいずれかに記載の組成物。
<14> 有機溶剤を含まない<1>乃至<13>のいずれかに記載の組成物。
<15> 波長395nmにピークを有する紫外線を照射したとき、1.0J/cm2以下の光量で硬化する<1>乃至<14>のいずれかに記載の組成物。
<16> 波長395nmにピークを有する紫外線を照射するUV-LEDを用いたときに、硬化に要する光量が1.0J/cm2以下である<1>乃至<14>のいずれかに記載の組成物。
<17> <1>乃至<16>のいずれかに記載の組成物の硬化物。
<18> <1>乃至<16>のいずれかに記載の組成物が収容されている収容部。
<19> 組成物を収容する収容部と、前記組成物を吐出する手段と、吐出された前記組成物に活性エネルギー線を照射する手段と、を有する像形成装置であって、前記組成物は、エステル構造を有する重合性のアクリルアミド化合物(A1)と、アシルホスフィンオキシド系重合開始剤(B1)と、を含有し、前記アクリルアミド化合物(A1)の分子量は、150以上200以下である像形成装置。
<20> 前記組成物を吐出する手段が、インクジェットヘッドである<19>に記載の像形成装置。
<21> 前記活性エネルギー線を照射する手段が、波長395nmにピークを有する紫外線を照射するUV-LEDである<19>又は<20>に記載の像形成装置。
<22> 組成物を吐出する工程と、活性エネルギー線を照射して吐出された前記組成物を硬化する工程と、を有する像形成方法であって、前記組成物は、エステル構造を有する重合性のアクリルアミド化合物(A1)と、アシルホスフィンオキシド系重合開始剤(B1)と、を含有し、前記アクリルアミド化合物(A1)の分子量は、150以上200以下である像形成方法。
<23> 前記組成物を吐出する工程が、インクジェットヘッドを用いる工程である<22>に記載の像形成方法。
<24> 前記活性エネルギー線を照射して吐出された前記組成物を硬化する工程が、波長395nmにピークを有する紫外線をUV-LEDで照射する工程である<22>又は<23>に記載の像形成方法。
<25> エステル構造を有する重合性のアクリルアミド化合物(A1)を含有し、前記アクリルアミド化合物(A1)の分子量は、150以上200以下であり、波長395nmにピークを有する紫外線を照射するUV-LEDを用いたときに、硬化に要する光量が1.0J/cm2以下である組成物。
3 可動ステージ
4 活性エネルギー線
5 活性エネルギー線硬化型組成物
6 硬化層21 供給ロール
22 被記録媒体
23a、23b、23c、23d 印刷ユニット
24a、24b、24c、24d 光源
25 加工ユニット
26 印刷物巻取りロール
30 造形物用吐出ヘッドユニット
31、32 支持体用吐出ヘッドユニット
33、34 紫外線照射手段
35 立体造形物
36 支持体積層部
37 造形物支持基板
Claims (11)
- エステル構造を有するアクリルアミド化合物(A1)と、アシルホスフィンオキシド系重合開始剤(B1)と、を含有し、
前記アクリルアミド化合物(A1)の分子量は、150以上200以下であり、下記一般式(1)又は(2)で表され、
- 前記アシルホスフィンオキシド系重合開始剤(B1)は、フェニルビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド、及びジフェニル(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシドから選ばれる少なくとも1つを含む請求項1に記載の組成物。
- 更に、(メタ)アクリル酸エステル類、ウレタン(メタ)アクリレート誘導体、エポキシ(メタ)アクリレート誘導体、N-ビニル化合物類、芳香族ビニル化合物類、ビニルエーテル類、アリル化合物類、及びエステル構造を含まないアクリルアミド化合物から選ばれる少なくとも1つを含有する請求項1又は2に記載の組成物。
- 更に、α-アミノケトン系重合開始剤、α-ヒドロキシケトン系重合開始剤、オキシムエステル系重合開始剤、チオキサントン系重合開始剤、ベンゾフェノン系重合開始剤、及びアクリドン系重合開始剤から選ばれる少なくとも1つを含有する請求項1乃至3のいずれか一項に記載の組成物。
- 有機溶剤を含まない請求項1乃至4のいずれか一項に記載の組成物。
- 波長395nmにピークを有する紫外線を照射するUV-LEDを用いたときに、硬化に要する光量が1.0J/cm 2 以下である請求項1乃至5のいずれか一項に記載の組成物。
- 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の組成物の硬化物。
- 組成物を収容する収容部と、前記組成物を吐出する手段と、吐出された前記組成物に活性エネルギー線を照射する手段と、を有する像形成装置であって、
前記組成物は、エステル構造を有するアクリルアミド化合物(A1)と、アシルホスフィンオキシド系重合開始剤(B1)と、を含有し、
前記アクリルアミド化合物(A1)の分子量は、150以上200以下であり、下記一般式(1)又は(2)で表され、
前記アクリルアミド化合物(A1)の含有量(質量基準)は、前記アシルホスフィンオキシド系重合開始剤(B1)の含有量(質量基準)に対して、5.0以上30.0以下かつ組成物中に60.0質量%以上96.0質量%以下含有することを特徴とする像形成装置。 - 前記活性エネルギー線を照射する手段が、波長395nmにピークを有する紫外線を照射するUV-LEDである請求項8に記載の像形成装置。
- 組成物を吐出する工程と、活性エネルギー線を照射して吐出された前記組成物を硬化する工程と、を有する像形成方法であって、
前記組成物は、エステル構造を有するアクリルアミド化合物(A1)と、アシルホスフィンオキシド系重合開始剤(B1)と、を含有し、
前記アクリルアミド化合物(A1)の分子量は、150以上200以下であり、下記一般式(1)又は(2)で表され、
前記アクリルアミド化合物(A1)の含有量(質量基準)は、前記アシルホスフィンオキシド系重合開始剤(B1)の含有量(質量基準)に対して、5.0以上30.0以下かつ組成物中に60.0質量%以上96.0質量%以下含有することを特徴とする像形成方法。 - 前記硬化する工程は、波長395nmにピークを有する紫外線をUV-LEDで照射する工程である請求項10に記載の像形成方法。
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