JP7243215B2 - インクジェット用の活性線硬化型インク、画像形成方法および画像形成装置 - Google Patents
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Description
本発明の一実施形態は、活性線重合性化合物と、直鎖状のスチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体と、を含む、インクジェット用の活性線硬化型インク(以下、単に「活性線硬化型インク」ともいう)に関する。上記スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体の軟化点は、30~120℃である。また、スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体の含有量は、上記活性線硬化型インクの全質量に対して、1~50wt%の範囲で含まれる。
スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体は、直鎖状である。上記スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体は、上記活性線硬化型インクジェット用インクの全質量に対して、1~50wt%含まれることが好ましく、2~30wt%含まれることがより好ましい。なお、直鎖状のスチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体(以下、単に「スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体」ともいう)は、活性線硬化型インク中において、主として活性線重合性化合物からなる液体成分に溶解している。なお、直鎖状であるとは、スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体が分子内の一部において分岐鎖を含んでもよいが、一方向に配向できる程度に、全体として直鎖状であることを意味する。ただし、スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体は、分子内に分岐構造を有さないことが好ましい。
スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体を合成する際には、連鎖移動剤を用いることが好ましい。上記連鎖移動剤は、特に限定されないが、コバルト錯体、キノン系化合物、アルキルメルカプタン、メルカプト脂肪酸エステル、αメチルスチレンダイマー、エチルα-p-トルエンスルホニルメチルアクリレートなどの通常用いられる連鎖移動剤を用いることが好ましい。ここで、「連鎖移動剤」とは、重合体の重合度を調整する等の目的で重合反応系に添加される化合物である。
活性線重合性化合物は、活性線の照射により架橋または重合する化合物であり、上記活性線硬化型インクの溶媒相を構成する。活性線の例には、紫外線、赤外線、電子線、α線、γ線およびエックス線などが含まれる。上記活性線の中では、紫外線または電子線が好ましい。また、上記活性線重合性化合物の例には、カチオン重合性化合物、ラジカル重合性化合物またはそれらの混合物が含まれる。上記活性線重合性化合物の中では、ラジカル重合性化合物が好ましい。なお、上記活性線重合性化合物は、モノマー、重合性オリゴマー、プレポリマーおよびこれらの混合物のいずれであってもよい。
また、上記活性線硬化型インクには、ゲル化剤を含むことができる。
また、上記活性線硬化型インクには、結晶性樹脂を含むことができる。
上記活性線硬化型インクは、必要に応じて重合開始剤をさらに含んでもよい。上記重合性開始剤は、上記活性線重合性化合物の重合を開始できるものであればよい。たとえば、上記活性線硬化型インクがラジカル重合性化合物を有するときは、重合開始剤は光ラジカル開始剤とすることができ、上記活性線硬化型インクがカチオン重合性化合物を有するときは、重合開始剤は光カチオン開始剤(光酸発生剤)とすることができる。なお、電子線の照射により活性線硬化型インクを硬化させるときなど、重合開始剤がなくても活性線硬化型インクが十分に硬化できるときは、重合開始剤は不要である。
上記活性線硬化型インクに含まれる水分量は、スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体から持ち込まれるもの、積極的に添加されるものであり、インク総量に対し30wt%を大きく超えると射出困難になる。しかし、30wt%以下であれば粘度の調整、表面張力の調整が行え、射出状態、着弾後の濡れ広がり性などを最適化するのに利用される。
着色剤には、顔料および染料が含まれる。インクの分散安定性をより高め、かつ耐候性が高い画像を形成する観点からは、着色剤は顔料であることが好ましい。
上記顔料は、分散剤で分散されていてもよい。
上記活性線硬化型インクは、界面活性剤を含有してもよい。
上記活性線硬化型インクは、上記成分以外に、必要に応じて、多糖類、粘度調整剤、比抵抗調整剤、皮膜形成剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、退色防止剤、防黴剤、防錆剤などを含んでもよい。
インクジェットヘッドからの射出性をより高める観点からは、上記活性線硬化型インクの射出温度における粘度は3mPa・s以上20mPa・s以下であることが好ましい。また、着弾して常温に降温した際にインクを十分にゲル化させる観点からは、上記活性線硬化型インクの25℃における粘度は1000mPa・s以上であることが好ましい。
上記活性線硬化型インクは、前述の活性線重合性化合物、スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体と、任意のその他の成分とを、加熱下において混合することにより調製することができる。この際、得られた混合液を所定のフィルターで濾過することが好ましい。また、顔料および分散剤を含有する活性線硬化型インクを調製するときは、顔料および分散剤が活性線重合性化合物等に分散された顔料分散液をあらかじめ調製しておき、これに残りの成分を添加して加熱しながら混合してもよい。
本発明の画像形成方法は、上述した活性線硬化型インクを用いた、画像形成方法である。
図1は、本発明の実施形態に係る画像形成装置100(以下、単に「画像形成装置」ともいう)の例示的な構成を示す模式図である。図1に示されるように、画像形成装置100は、インクジェットヘッド110、搬送路120、活性線照射部130、および温度制御部140を有する。図1において、矢印Aは記録媒体150の搬送方向を示す。インクジェットヘッド110、活性線照射部130は、記録媒体の搬送方向上流側から下流側にかけて搬送路120に接してこの順に配置されている。なお、画像形成装置100は、インクに活性線を照射するときの酸素濃度を調整するための酸素濃度調整部(図示しない)を有していてもよい。
(樹脂1)
攪拌装置、温度センサー、冷却管、および窒素導入装置を取り付けた500ccの反応容器に、ドデシル硫酸ナトリウム1.0質量部およびイオン交換水200質量部を仕込み、窒素気流下230rpmの速度で攪拌しながら、内温を80℃に昇温させた。昇温後、過硫酸カリウム0.5質量部を添加した後、再度液温を80℃とし、適量の連鎖移動剤の存在下で、以下に示す単量体を、適宜添加することによりできる共重合体の乳化分散水溶液の水分を乾燥固化して、スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体である樹脂1を得た。
スチレンモノマー 70.0質量部
アクリル酸ブチル 30.0質量部
メタクリル酸 5.0質量部
表1に示すとおりの各成分の含有量に変更した以外は、樹脂1と同様にして、樹脂2を調製した。
単量体を以下に示す化合物に変更し、連鎖移動剤1を連鎖移動剤2に変更した以外は、樹脂1と同様にして、樹脂3を調製した。
スチレンモノマー 70.0質量部
アクリル酸2エチルヘキシル 40.0質量部
メタクリル酸 10.0質量部
使用する連鎖移動剤を1種類から2種類に変更した以外は、樹脂1と同様にして、比較樹脂を調製した。
スチレンモノマー 70.0質量部
アクリル酸ブチル 30.0質量部
メタクリル酸 5.0質量部
連鎖移動剤1 1.0質量部
連鎖移動剤2 0.3質量部
重量平均分子量の測定は、次に示すとおりに行った。
酸価の測定は、JIS K0070-1992(中和滴定法)に準拠して行った。具体的には、乾固させた共重合体をメチルセロソルブで50倍に希釈し、0.1mol/Lの水酸化カリウムで滴定した。pHメータを用いて求めたpH曲線の変曲点を中和点とする。この中和点に至るまでに要する水酸化カリウムの量から酸価を算出した。
軟化点の測定は、次に示すとおりに行った。
ガラス転移点は次に示すとおりに行った。
溶剤相は、表2に示す活性線重合性化合物、顔料および重合開始剤を含む混合液である。
単官能モノマー1:メトキシポリエチレングリコール#400アクリレート
単官能モノマー2:フェノキシエチレングリコールメタクリレート
2官能モノマー1:ポリエチレングリコール#200ジアクリレート
2官能モノマー2:ポリプロピレングリコール#400ジメタクリレート
3官能モノマー1:トリメチロールプロパントリアクリレート
3官能モノマー2:エトキシ化グリセリントリアクリレート
顔料 :Pigment Blue 15
重合開始剤 :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
以下の手順で、スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体を含むインクを調製した。
下記の原料化合物を、窒素導入管、脱水管、攪拌器及び熱電対を装備した四つ口フラスコに入れ、170℃に加熱し溶解させることにより結晶性樹脂を得た。
ドデカンジカルボン酸 103.0質量部
エチレングリコール 24.7質量部
樹脂1(15質量部)と、活性線重合性化合物の混合液(70質量部)と、2官能モノマー(18質量部)と、をステンレスビーカーに入れ、これを共重合体軟化点+20℃のホットプレートで加熱しながら1時間撹拌した。得られた溶液を加熱しながら、ADVATEC社製テフロン(登録商標)3μmメンブランフィルターで濾過することにより、インク1を得た。
樹脂1を樹脂2に変更し、2官能モノマーの含有量を18質量部から21質量部に変更した以外は、インク1と同様にして、インク2を得た。
樹脂1を樹脂3に変更し、2官能モノマーの含有量を18質量部から23質量部に変更した以外は、インク1と同様にして、インク3を得た。
樹脂1(10質量部)と、樹脂3(10質量部)と、活性線重合性化合物の混合液(70質量部)と、2官能モノマー(28質量部)に変更した以外は、インク1と同様にして、インク4を得た。
樹脂1(15質量部)と、活性線重合性化合物の混合液(70質量部)と、ゲル化剤「ニッサンエレクトールWEP2」(日油株式会社製、「ニッサンエレクトール」は同社の登録商標)(3質量部)と、2官能モノマー(12質量部)と、に変更した以外は、インク1と同様にして、インク5を得た。
樹脂1(10質量部)と、活性線重合性化合物の混合液(70質量部)と、結晶性樹脂(3質量部)と、2官能モノマー(10質量部)に変更した以外は、インク1と同様にして、インク6を得た。
樹脂1(15質量部)と、活性線重合性化合物の混合液(70質量部)と、ゲル化剤「ニッサンエレクトールWEP2」(2質量部)と、結晶性樹脂(3質量部)と、2官能モノマー(16質量部)に変更した以外は、インク1と同様にして、インク7を得た。
樹脂1を比較樹脂に変更し、2官能モノマーの含有量を18質量部から15質量部に変更した以外は、インク1と同様にして、インク8を得た。
樹脂1~3または比較樹脂のいずれも含まないインク9~11を得た。
(測定方法)
サテライト発生速度はコニカミノルタ製インクジェットヘッドKM512MHXを用い、コニカミノルタ製インクジェットプリンタKM-1用インクを正常に射出可能な条件を基準に、射出駆動電圧、射出温度を変更し、インク飛翔状態を高速度カメラにより計測した。サテライト発生速度が7.0m/s以上であれば印刷装置の大幅な高速化、小型化に資するインク特性であると判断した。
(評価方法)
ドット崩れは上記サテライト評価で確認したサテライト発生速度より0.2m/s低速でインクを射出し、インク非吸収性のアルミシート上に形成したハーフトーン画像を硬化反応後、ドット形状およびドット内色偏りを光学顕微鏡により観察して判定した。ABCDEの5段階評価とし、実用に耐えるのはABCの3ランクである。
ドット崩れの評価基準は以下のとおりである。
A:ドット崩れ、ドット内の色の偏りは見られない
B:ドット崩れ、ドット内の色の偏りはわずかに見られるが、問題のない範囲であ
る
C:ドット崩れ、ドット内の色の偏りは見られるが、問題のない範囲である
D:ドット崩れ、ドット内の色の偏りが見られる
E:全体にわたってドット崩れ、ドット内の色の偏りが見られる
110 インクジェットヘッド
120 搬送路
130 活性線照射部
140 温度制御部
150 記録媒体
160 ヘッドキャリッジ
170 インク流路
180 インクタンク
Claims (20)
- 活性線重合性化合物に直鎖状のスチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体(ただし、動的粘弾性温度依存測定法における流出開始温度と流出終了温度との中間温度が、90℃以上150℃以下であるものを除く)を溶解したインクジェット用の活性線硬化型インクであって、
前記スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体の軟化点は、30~120℃であり、
前記スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体の含有量は、前記インクジェット用の活性線硬化型インクの全質量に対して、1~50wt%である、
インクジェット用の活性線硬化型インク。 - 前記スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体の含有量は、前記インクジェット用の活性線硬化型インクの全質量に対して、2~30wt%である、請求項1に記載のインクジェット用の活性線硬化型インク。
- 前記スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体の重量平均分子量(Mw)は、1000~40000g/molである、請求項1または請求項2に記載のインクジェット用の活性線硬化型インク。
- 前記スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体のガラス転移点は、10~60℃である、請求項1~3のいずれか一項に記載のインクジェット用の活性線硬化型インク。
- 前記スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体の酸価は、60mgKOH/g以下である、請求項1~4のいずれか一項に記載のインクジェット用の活性線硬化型インク。
- 前記スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体は、ランダム共重合体である、請求項1~5のいずれか一項に記載のインクジェット用の活性線硬化型インク。
- 前記軟化点が5℃以上異なる、複数の前記スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体を含む、請求項1~6のいずれか一項に記載のインクジェット用の活性線硬化型インク。
- 前記インクジェット用の活性線硬化型インクの溶媒相は単官能モノマー、2官能モノマーより選ばれる少なくとも1種類以上のモノマーと2官能モノマー、3官能モノマーより選ばれる少なくとも1種類以上のモノマーからなる、少なくとも2種以上のモノマー混合液である、請求項1~7のいずれか一項に記載のインクジェット用の活性線硬化型インク。
- 結晶性樹脂を含む、請求項1~8のいずれか一項に記載のインクジェット用の活性線硬化型インク。
- ゲル化剤を含む、請求項1~9のいずれか一項に記載のインクジェット用の活性線硬化型インク。
- 着色剤を含む、請求項1~10のいずれか一項に記載のインクジェット用の活性線硬化型インク。
- 前記インクジェット用の活性線硬化型インクの全質量に対する、水の含有量は、30wt%以下である、請求項1~11のいずれか一項に記載のインクジェット用の活性線硬化型インク。
- インクジェットヘッドから、請求項1~12のいずれか一項に記載のインクジェット用の活性線硬化型インクを射出する工程と、
前記インクジェットヘッドから射出され、記録媒体に付与された前記インクジェット用の活性線硬化型インクに活性線を照射する工程と、
を含む画像形成方法。 - 前記射出する工程は、前記スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体の軟化点から60℃を差し引いた温度以上に温度を調整された前記インクジェット用の活性線硬化型インクを前記インクジェットヘッドから射出する工程である、請求項13に記載の画像形成方法。
- 前記射出する工程は、前記インクジェット用の活性線硬化型インクを、記録媒体の表面または中間転写体の表面に着弾するように、前記インクジェットヘッドから射出する工程であり、
前記着弾する記録媒体の表面または中間転写体の表面の温度は、前記スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体の軟化点から40℃を差し引いた温度以下に調整される、
請求項13または請求項14に記載の画像形成方法。 - 前記活性線は、電子線または紫外線である、請求項13~15のいずれか一項に記載の画像形成方法。
- 請求項1~12のいずれか一項に記載のインクジェット用の活性線硬化型インクを含む画像形成装置であって、
前記活性線硬化型インクを射出するためのインクジェットヘッドと、
前記インクジェットヘッドから射出され、記録媒体に付与された前記インクジェット用の活性線硬化型インクに活性線を照射する活性線照射部と、
を有する、画像形成装置。 - 前記インクジェットヘッドは、前記スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体の軟化点から60℃を差し引いた温度以上に温度調整した前記インクジェット用の活性線硬化型インクを射出する、請求項17に記載の画像形成装置。
- 前記インクジェットヘッドから射出された前記インクジェット用の活性線硬化型インクが着弾する記録媒体の表面または中間転写体の表面の温度を、前記スチレン(メタ)アクリル酸エステル共重合体の軟化点から40℃を差し引いた温度以下に調整する、温度調整部を有する、
請求項17または請求項18に記載の画像形成装置。 - 前記活性線照射部は、電子線または紫外線を照射する、請求項17~19のいずれか一項に記載の画像形成装置。
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