JPWO2007040220A1 - 光硬化型インクジェット印刷用インク組成物 - Google Patents

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Abstract

紫外線のみならず、可視光線においても良好なカチオン重合硬化性を有し、厚膜状態であっても硬化しわの発生がない光硬化型インクジェット印刷用インク組成物を提供するために、カチオン重合性化合物を光重合により硬化させる光硬化型インクジェット印刷用インク組成物において、当該光硬化型インクジェット印刷用インク組成物中に、400nm未満の波長の光により開始剤機能が発現するカチオン重合開始剤の少なくとも1種を2〜10質量%含有し、かつ400nm以上の波長の光により増感機能が発現する増感剤の少なくとも1種を0.5〜3質量%含有することを特徴とする。

Description

本発明は、光硬化型インクジェット印刷用インク組成物に関する。より詳しくは、紫外線のみならず、可視光線においても良好なカチオン重合硬化性を有し、厚膜状態においても内部まで均等に重合して、硬化ムラによるしわ(硬化しわ)が発生しにくい光硬化型インクジェット印刷用インク組成物に関する。
光硬化型インクは、乾燥が早いこと、揮発性溶剤を含まず、環境に対して有害な成分の揮散がなく、様々な基材に印刷できる等の優れた性能を有すること、オフセット印刷、グラビヤ印刷、スクリーン印刷、凸版印刷の他、各種の塗工やインクジェット印刷などの幅広い分野で利用されてきている。
とりわけ、インクジェット印刷は、基材の材質や形状を問わず、簡便・安価に画像を作成することができるため、ロゴ、図形や写真画像等の通常の印刷から、マーキング、カラーフィルター等の特殊印刷までの様々な分野に応用されており、光硬化型インクの性能と相まって、より良好な印刷物が得られるものとして期待が高まっている。
このようなインクジェット印刷に使用する光硬化型インクジェット印刷用インク組成物として、一般的には、紫外線等の光照射によってラジカル重合して硬化する光硬化型インクジェット印刷用インク組成物が知られている(例えば、特開平02−311570号公報参照)。しかし、この光硬化型インクジェット印刷用インク組成物は、酸素の存在下で硬化阻害を受ける、臭気が強い、さらに、皮膜の表面だけで急激に硬化が進んで、厚膜では硬化しわが発生する等の問題を有していた。
そこで、上記問題を改良するため、近年、光照射によりカチオン重合して硬化する光硬化型インクジェット印刷用インク組成物が提案されている(例えば、特開平09−183928号公報参照)。
しかし、カチオン重合型の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物であっても、膜厚が厚い場合、硬化しわが発生するという問題を有するものであった。また、カチオン重合型の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物としては、紫外線で硬化するものが主流であり、紫外線照射装置から紫外線が漏れ出たり、オゾンが多量に発生して人体に有害であるという問題も有していた。
そこで、本発明の課題は、紫外線のみならず、可視光線においても良好なカチオン重合硬化性を有し、厚膜状態であっても硬化しわの発生がない光硬化型インクジェット印刷用インク組成物を提供することである。
本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、光硬化型インクジェット印刷用インク組成物として、400nm未満の波長の光により開始剤機能が発現するカチオン重合開始剤の少なくとも1種と、400nm以上の波長の光により増感機能が発現する増感剤の少なくとも1種とを併用して使用することにより、上記課題を全て解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は下記の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物およびそれを使用して得られる印刷物に関する。
(1)カチオン重合性化合物を光重合により硬化させる光硬化型インクジェット印刷用インク組成物において、当該光硬化型インクジェット印刷用インク組成物中に、400nm未満の波長の光により開始剤機能が発現するカチオン重合開始剤の少なくとも1種を2〜10質量%含有し、かつ400nm以上の波長の光により増感機能が発現する増感剤の少なくとも1種を0.5〜3質量%含有することを特徴とする光硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
(2)25℃における粘度が5〜50mPa・sである前記(1)項に記載の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
(3)さらに顔料を含有する前記(1)または(2)項に記載の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
(4)前記増感剤が、アントラセン誘導体である前記(1)〜(3)項のいずれかに記載の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
(5)被記録材料に前記(1)〜(4)項のいずれかに記載の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物を1〜20μmの膜厚で印刷した後、可視光線で硬化して得られることを特徴とする印刷物。
以下、本発明の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物について詳細に説明する。
本発明の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物を構成する400nm未満の波長の光により開始剤機能が発現するカチオン重合開始剤としては、公知のスルホニウム塩、アンモニウム塩、ジアリールヨードニウム塩、トリアーリルスルホニウム塩等が挙げられ、具体的には、トリアリールスルフォニウムヘキサフルオロフォスフェ−ト塩、ヨードニウム(4−メチルフェニル)(4−(2−メチルプロピル)フェニル)ヘキサフルオロフォスフェ−ト、トリアーリルスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート、3−メチル−2−ブテニルテトラメチレンスルフォニウムヘキサフルオロアンチモネート等が挙げられる。市販品の代表例としては、UVI−6990(バイエル社製)、Uvacure1591(ダイセル・サイテック(株)製)、CGI−552、Ir250(以上、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製)、SP−150、152、170、172、CP−77(以上、旭電化工業(株)製)等が例示できる。このようなカチオン重合開始剤の使用量は、光硬化型インクジェットインク組成物中に2〜10質量%の範囲であり、好ましくは4〜8質量%の範囲である。カチオン重合開始剤の使用量が前記範囲未満では、硬化性が低下する傾向があり、一方前記範囲を超えると、硬化しわが発生する他、金属を含有する開始剤では金属イオンが多く残存して環境に良くないなど問題が発生する傾向がある。
本発明の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物を構成する400nm以上の波長の光により増感機能が発現する増感剤としては、9,10−ジブトキシアントラセン、9,10−ジエトキシアントラセン、9,10−ジプロポキシアントラセン、9,10−ビス(2−エチルヘキシルオキシ)アントラセン等の9,10−ジアルコキシアントラセン(アルコキシ基としては炭素数1〜8のものが好ましい)等のアントラセン誘導体を挙げることができる。市販品の代表例としては、DBA、DEA(以上、川崎化成工業(株)製)等が例示できる。このような増感剤の使用量は、光硬化型インクジェット印刷用インク組成物中に0.5〜3質量%の範囲であり、好ましくは1〜2質量%の範囲である。増感剤の使用量が前記範囲未満では、可視光に対する硬化性が低下し、また、硬化しわが発生するという問題が生じる傾向があり、前記範囲を超えると、効果の向上が見られず、過剰添加となり好ましくない。
さらに、400nm以上に吸収波長を有する増感剤と400nm未満に吸収波長を有するカチオン重合開始剤との合計使用量は、光硬化型インクジェット印刷用インク組成物中に2.5〜13質量%の範囲が好ましく、より好ましくは5〜10質量%の範囲である。
次に、本発明の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物を構成するカチオン重合性化合物としては、各種公知のカチオン重合性のモノマー、オリゴマーまたはポリマーが使用できる。例えば、エポキシ化合物、ビニルエーテル化合物、オキセタン化合物、オキソラン化合物、環状アセタール化合物、環状ラクトン化合物、チイラン化合物、チエタン化合物、スピロオルソエステル化合物、エチレン性不飽和化合物等から選択される1種または2種以上が挙げられる。
<エポキシ化合物>
エポキシ化合物としては、モノマー、オリゴマーまたはポリマーのいずれも使用可能である。
具体的には、従来公知の芳香族エポキシ化合物、脂環族エポキシ化合物、脂肪族エポキシ化合物等が挙げられる。
芳香族エポキシ化合物としては、少なくとも1個の芳香族核を有する多価フェノールあるいはそのアルキレンオキサイド付加体とエピクロルヒドリンとの反応によって製造されるジまたはポリグリシジルエーテルであり、例えばビスフェノールAあるいはそのアルキレンオキサイド付加体のジまたはポリグリシジルエーテル、水素添加ビスフェノールAあるいはそのアルキレンオキサイド付加体のジまたはポリグリシジルエーテル、ならびにノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられる。ここでアルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、それらの混合物等が挙げられる。
脂環式エポキシ化合物としては、少なくとも1個のシクロへキセンまたはシクロペンテン環等のシクロアルカン環を有する化合物を、過酸化水素、過酸等の適当な酸化剤でエポキシ化することによって得られる、シクロヘキセンオキサイドまたはシクロペンテンオキサイド含有化合物等が挙げられる。
脂肪族エポキシ化合物としては、脂肪族多価アルコールあるいはそのアルキレンオキサイド付加体のジまたはポリグリシジルエーテル等があり、その代表例としては、エチレングリコールのジグリシジルエーテル、プロピレングリコールのジグリシジルエーテルまたは1,6−ヘキサンジオールのジグリシジルエーテル等のアルキレングリコールのジグリシジルエーテル、グリセリンあるいはそのアルキレンオキサイド付加体のジまたはトリグリシジルエーテル等の多価アルコールのポリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールあるいはそのアルキレンオキサイド付加体のジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールあるいはそのアルキレンオキサイド付加体のジグリシジルエーテル等のポリアルキレングリコールのジグリシジルエーテル等が挙げられる。ここでアルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイド及びプロピレンオキサイド等が挙げられる。
これらのエポキシ化合物のうち、速硬化性を考慮すると、芳香族エポキシドおよび脂環式エポキシドが好ましく、特に脂環式エポキシドが好ましい。
<ビニルエーテル化合物>
ビニルエーテル化合物としては、例えば、エチレングリコールジビニルエーテル、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、プロピレングリコールジビニルエーテル、ジプロピレングリコールジビニルエーテル、ブタンジオールジビニルエーテル、ヘキサンジオ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、トリメチロールプロパントリビニルエーテル等のジまたはトリビニルエーテル化合物、エチルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、オクタデシルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、ヒドロキシブチルビニルエーテル、2−エチルヘキシルビニルエーテル、シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル、n−プロピルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、イソプロペニルエーテル−o−プロピレンカーボネート、ドデシルビニルエーテル、ジエチレングリコールモノビニルエーテル、オクタデシルビニルエーテル等のモノビニルエーテル化合物等が挙げられる。
これらのビニルエーテル化合物のうち、硬化性、密着性、表面硬度を考慮すると、ジまたはトリビニルエーテル化合物が好ましく、特にジビニルエーテル化合物が好ましい。
<オキセタン化合物>
オキセタン化合物としては、オキセタン環を有する化合物を有するものであり、特開2001−220526号公報、特開2001−310937号公報などに紹介されているような公知のあらゆるオキセタン化合物を使用できる。オキセタン化合物において、オキセタン環を5個以上有する化合物を使用すると、インク組成物の粘度が高くなるため、取扱いが困難になったり、またインク組成物のガラス転移温度が高くなるため、得られる硬化物の粘着性が十分でなくなってしまう。オキセタン化合物はオキセタン環を1〜4個有する化合物が好ましく、具体例としては3−エチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン、1,4−ビス(((3−エチル−3−オキセタニル)メトキシ)メチル)ベンゼンなどが挙げられる。
<オキソラン類>
オキソラン類としては、テトラヒドロフラン、2,3−ジメチルテトラヒドロフラン等が挙げられる。
<環状アセタール類>
環状アセタール類としては、トリオキサン、1,3−ジオキソラン、1,3,6−トリオキサンシクロオクタン等が挙げられる。
<環状ラクトン類>
環状ラクトン類としては、β−プロピオラクトン、ε−カプロラクトン等が挙げられる。
<チイラン類>
チイラン類としては、エチレンスルフィド、1,2−プロピレンスルフィド、チオエピクロロヒドリン等挙げられる。
<チエタン類>
チエタン類としては、3,3−ジメチルチエタン等が挙げられる。
<スピロオルソエステル類>
スピロオルソエステル類としては、エポキシ化合物とラクトンとの反応によって得られるスピロオルソエステル類等が挙げられる。
<エチレン性不飽和化合物類>
エチレン性不飽和化合物類としては、ビニルシクロヘキサン、イソブチレン、ポリブタジエン等が挙げられる。
本発明の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物においては、インク組成物の粘度、硬化速度などの点から、前記カチオン重合性化合物はインク組成物中に50〜97.5質量%の範囲が好ましく、より好ましくは70〜95質量%、特に好ましくは80〜95質量%である。
また、本発明の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物には、必要に応じ着色剤を含有させることができる。着色剤としては、光硬化型インクジェット印刷用インク組成物で従来から使用されているものが特に制限なく使用できるが、インク組成物に良好に分散し、耐光性の優れた有機または無機顔料が好ましい。
具体的には、染料レーキ顔料、アゾ系、ベンズイミダゾロン系、フタロシアニン系、キナクリドン系、アントラキノン系、ジオキサジン系、インジゴ系、チオインジコ系、ペリレン系、ペリノン系、ジケトピロロピロール系、イソインドリノン系、ニトロ系、ニトロソ系、アンスラキノン系、フラバンスロン系、キノフタロン系、ピランスロン系、インダンスロン系の顔料等が、無機顔料としては、カーボンブラック、酸化チタン、ベンガラ、黒鉛、鉄黒、酸化クロムグリーン、水酸化アルミニウム等が挙げられる。
顔料を使用する場合の好ましい使用量は、光硬化型インクジェット印刷インク組成物中に1〜20質量%である。顔料の使用量が前記範囲未満では、得られる印刷物の画像品質が低下する傾向があり、一方前記範囲を超えると、光硬化型インクジェット印刷用インク組成物の粘度特性に悪影響を与える傾向がある。
また、本発明の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物には、必要に応じ溶剤を含有させることができる。溶剤としては、常圧(1.013×102kPa)における沸点が150℃〜220℃の溶剤が使用できる。具体的には、エステル系有機溶剤、エーテル系有機溶剤、エーテルエステル系有機溶剤、ケトン系有機溶剤、芳香族炭化水素溶剤、含窒素系有機溶剤等が例示できる。ただし、インク組成物の硬化性、使用環境の安全性などの点から、有機溶剤は極力使用しないのが好ましい。
さらに、本発明の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物には、必要に応じて種々の機能性を発現させるため、各種の添加剤を添加することができる。具体的には、光安定化剤、表面処理剤、界面活性剤、粘度低下剤、酸化防止剤、老化防止剤、架橋促進剤、重合禁止剤、可塑剤、防腐剤、pH調整剤、消泡剤、保湿剤、分散剤等が挙げられる。
本発明の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物は、良好なインク吐出性能、厚膜の印刷塗膜を得るなどの観点から、25℃における粘度が5〜50mPa・sであるのが好ましく、より好ましく5〜30mPa・sである。
次に、光硬化型インクジェット印刷用インク組成物を印刷、硬化する方法について説明する。具体的には、光硬化型インクジェット印刷用インク組成物を被記録材料に吐出した後、被記録材料に着弾した光硬化型インクジェット印刷用インク組成物を光で露光し硬化させる。
特に、400nm以上に吸収波長を有する増感剤(アントラセン誘導体が好ましい)を併用するので、光硬化型インクジェット印刷用インク組成物を20μmまで厚膜にしても、従来技術で硬化することが難しいとされていた可視光線での硬化が可能となり、硬化ムラによるしわ(硬化しわ)の発生がなくなる。なお、得られる塗膜の膜厚は1〜20μmが好ましい。
本発明において、着弾した光硬化型インクジェット印刷用インク組成物を硬化しうる光エネルギー源としては、可視光線、紫外線、電子線等が挙げられるが、環境等の観点からは、可視光線が好ましい。必要に応じて、可視光線と紫外線、電子線等の光を併用して使用することができる。
また、上記被記録材料としては、特に限定されず、紙、プラスチックフィルム、カプセル、ジェル、金属箔、ガラス、木材、布等が挙げられる。インクジェット印刷法では非接触印刷が可能であるので、被記録材料の形状は広範なものが使用できる。
以下に実施例をあげて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「%」は「質量%」を意味し、「部」は質量部を表す。
以下の実施例、比較例で使用する材料はつぎの通りである。
<開始剤>
・400nm以上の波長の光により増感機能が発現する増感剤
アントラセン誘導体〔DBA(9,10−ジブトキシアントラセン)、川崎化成工業(株)製〕
アントラセン誘導体〔DEA(9,10−ジエトキシアントラセン)、川崎化成工業(株)製〕
・400nm未満の波長の光により増感機能が発現するカチオン重合開始剤
Uvacure1590(トリアリールスルフォニウムヘキサフルオロフォスフェート)、ダイセル・サイテック(株)製)
SP−150(トリアリールスルフォニウムヘキサフルオロフォスフェート、旭電化工業(株)製)
<顔料分散剤>
アジスパーPB821(味の素(株)製)
<カチオン重合性化合物>
セロキサイト3000(ダイセル・サイテック(株)製、脂環型希釈用エポキシ化合物)
セロキサイド2021P(ダイセル・サイテック(株)製、脂環型エポキシ樹脂)
OXT−101(3−エチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン、東亜合成(株)製)
DVE−3(トリエチレングリコールジビニルエーテル、ISPジャパン(株)製)
実施例1〜9および比較例1、2
<光硬化型インクジェット印刷用インク組成物の調製>
顔料(ピグメントブルー15:4)と顔料分散剤(アジスパーPB821、味の素(株)製)とカチオン重合性化合物〔DVE−3(トリエチレングリコールジビニルエーテル、ISPジャヤパン(株)製)〕とを配合比率(質量比)が22/8.8/69.2となるように配合した混合物をアイガミル(メディアとして直径0.5mmのジアコニアビーズを使用)を用いて分散させてコンクベースを得た。得られたコンクベースを用いて、表1の配合組成(質量%)となるように配合し、実施例1〜9、比較例1、2の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物を得た。得られた光硬化型インクジェット印刷用インク組成物の粘度は、17〜18mPa・sであった。
<光硬化型インクジェット印刷用インク組成物の印刷>
ピエゾ型インクジェットノズルを備えたインクジェット記録装置に上記実施例1〜9、比較例1、2の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物をそれぞれ充填し、ポリエチレンテレフタレートフィルム(膜厚100μm)上へ連続して印字し、各画像を得た。
上記各光硬化型インクジェット印刷用インク組成物の吐出性は良好で所定の膜厚の画像が得られた。
<光硬化型インクジェット印刷用インク組成物の性能評価>
実施例1〜9、比較例1、2で得られた光硬化型インクジェットインク組成物をポリエチレンテレフタレートフィルム(膜厚100μm)に所定の膜厚(16μm)となるようにバーコーターで塗布し、ついでコンベア式光照射装置(ヘレウス社製STM−250E−16、ランプ:Z−8ランプ(メタルハライドタイプ))を用いて硬化させた。下記の方法で硬化速度、硬化しわを評価した。結果を表1に示す。
(硬化速度)
前記コンベア式光線照射装置において、120W×25m/min、UV積算光量70mJ/cm2〔UV積算光量は、測定器としてEIT社製UVIMAP(UM 365H−S)を用い、測定レンジ:250−260nm、280−320nm、320−390nm、395−445nmでの照射量を測定して求めた)の照射条件で表面タックがなくなるまでのパス回数にて評価した。
(硬化しわ)
前記コンベア式光照射装置において、60W×23m/minの照射条件で表面タックがなくなるまでのパス回数で硬化した塗膜の表面に硬化しわがあるかどうか目視にて評価した。
○:硬化しわがないもの
×:硬化しわがあるもの
Figure 2007040220
表1の結果から、本発明の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物(実施例1〜9)においては、厚膜であっても硬化しわのない硬化塗膜が得られることがわかる。なお、前記硬化試験では、光照射にメタルハライドランプ(波長400nm未満の紫外光と波長400nm以上の可視光を含む)を使用しているが、塗膜の上に400nm未満の紫外光をカットするUVカットフィルムを重ね、その上からメタルハライドランプで照射しても良好に硬化することがわかっている。
本発明の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物においては、400nm未満の波長の光により開始剤機能が発現するカチオン重合開始剤の少なくとも1種と400nm以上の波長の光により増感機能が発現する増感剤の少なくとも1種との併用により、印刷されたインク組成物の膜厚が厚い場合であっても硬化しわの発生がない。
さらに本発明の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物は、紫外線のみならず、可視光線によっても良好なカチオン重合性を有する。その場合は紫外線による硬化に伴う問題点(紫外線照射装置からの紫外線の漏出、オゾンの多量発生等)が解消される。

Claims (5)

  1. カチオン重合性化合物を光重合により硬化させる光硬化型インクジェット印刷用インク組成物において、当該光硬化型インクジェット印刷用インク組成物中に、400nm未満の波長の光により開始剤機能が発現するカチオン重合開始剤の少なくとも1種を2〜10質量%含有し、かつ400nm以上の波長の光により増感機能が発現する増感剤の少なくとも1種を0.5〜3質量%含有することを特徴とする光硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
  2. 25℃における粘度が5〜50mPa・sである請求の範囲第1項に記載の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
  3. さらに顔料を含有する請求の範囲第1項または第2項に記載の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
  4. 前記増感剤が、アントラセン誘導体である請求の範囲第1項〜第3項のいずれかに記載の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物。
  5. 被記録材料に請求の範囲第1項〜第4項のいずれかに記載の光硬化型インクジェット印刷用インク組成物を1〜20μmの膜厚で印刷した後、可視光線で硬化して得られることを特徴とする印刷物。
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