JPWO2017145484A1 - 水性硬化性組成物、及び、水溶性光重合開始剤 - Google Patents

水性硬化性組成物、及び、水溶性光重合開始剤 Download PDF

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Abstract

水性硬化性組成物は、アシルホスフィンオキシド構造におけるリン原子に結合する芳香族アシル基の芳香環に更に1つ以上のカルボニル基が直接結合した構造を有する水溶性光重合開始剤、水、及び、重合性化合物を含む。また、新規な水溶性光重合開始剤は、式1−1又は式2−1で表される化合物である。

Description

本開示は、水性硬化性組成物、及び、水溶性光重合開始剤に関する。
重合性組成物は、通常、重合性化合物、及び、重合開始剤が用いられる。重合開始剤、特に紫外線などの活性エネルギー線の照射により重合開始種を発生させる光重合開始剤としては、アシルホスフィンオキシド化合物が知られている。
従来のアシルホスフィンオキシド化合物としては、特許文献1に記載された化合物が挙げられる。
また、従来の重合開始剤としては、特許文献2に記載された化合物が挙げられる。
更に、従来のインク組成物としては、特許文献3に記載されたインク組成物が挙げられる。
特開2014−185319号公報 特表2012−513998号公報 特開2013−18846号公報
本発明の一実施形態が解決しようとする課題は、感度及び得られる硬化膜の安全性に優れた水性硬化性組成物を提供することである。
また、本発明の他の実施形態が解決しようとする課題は、新規な水溶性光重合開始剤を提供することである。
上記課題は、下記の<1>又は<11>に記載の手段により解決された。好ましい実施態様である<2>〜<10>及び<12>と共に以下に記載する。
<1>アシルホスフィンオキシド構造におけるリン原子に結合する芳香族アシル基の芳香環に更に1つ以上のカルボニル基が直接結合した構造を有する水溶性光重合開始剤、水、及び、重合性化合物を含む水性硬化性組成物、
<2>上記水溶性光重合開始剤が、アンモニウム基、スルホン酸基、カルボン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基及びそれらの塩よりなる群から選ばれたイオン性基、又は、ノニオン性基を有する、<1>に記載の水性硬化性組成物、
<3>上記水溶性光重合開始剤が、下記式1又は式2で表される部分構造を有する化合物である、<1>又は<2>に記載の水性硬化性組成物、
式1及び式2中、Rはそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、又は、アルコキシ基を表し、m1はそれぞれ独立に、0〜4の整数を表し、m2は0〜5の整数を表し、nはそれぞれ独立に、1〜3の整数を表し、pは0〜3の整数を表し、波線部分は、他の構造との結合位置を表す。
<4>上記水溶性光重合開始剤が、下記式1−1又は式2−1で表される化合物である、<1>〜<3>のいずれか1つに記載の水性硬化性組成物、
式1−1及び式2−1中、Rはそれぞれ独立に、−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及びアルキレンオキサイド基−{(CHO}−よりなる群から選択された1種類以上の基を有し、かつ式1−1又は式2−1のカルボニル基に炭素原子で結合する基を表し、Rは水素原子、アルキル基、フェニル基又はアラルキル基を表し、xは2〜6の整数の整数を表し、yは3〜500の整数を表し、Rはそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、又は、アルコキシ基を表し、m1はそれぞれ独立に、0〜4の整数を表し、m2は0〜5の整数を表し、nはそれぞれ独立に、1〜3の整数を表し、pは0〜3の整数を表す。
<5>上記水溶性光重合開始剤が、下記式1−2又は式2−2で表される化合物である、<1>〜<4>のいずれか1つに記載の水性硬化性組成物、
式1−2及び式2−2中、R〜Rはそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、又は、アルコキシ基を表し、Rはそれぞれ独立に、単結合、又は、ポリマー主鎖に連結し、かつ式1−2又は式2−2のカルボニル基に炭素原子で結合する二価の連結基を表し、Rはそれぞれ独立に、−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及びアルキレンオキサイド基−{(CHO}−よりなる群から選択された1種類以上基を有する基を表し、Rは水素原子、アルキル基、フェニル基又はアラルキル基を表し、R及びRはそれぞれ独立に、水素原子又はアルキル基を表し、xは2〜6の整数を表し、yは3〜500の整数を表し、m1はそれぞれ独立に、0〜4の整数を表し、m2は0〜5の整数を表し、q1及びq2はモル比を表す。
<6>上記水溶性光重合開始剤の含有量が、水性硬化性組成物に含まれる重合性化合物の全質量に対し、0.1〜40.0質量%である、<1>〜<5>のいずれか1つに記載の水性硬化性組成物、
<7>水の含有量が、水性硬化性組成物の全質量に対し、19〜90質量%である、<1>〜<6>のいずれか1つに記載の水性硬化性組成物、
<8>上記重合性化合物が、水溶性である、<1>〜<7>のいずれか1つに記載の水性硬化性組成物、
<9>着色剤を更に含む、<1>〜<8>のいずれか1つに記載の水性硬化性組成物、
<10>インクジェット用水性インク組成物である、<1>〜<9>のいずれか1つに記載の水性硬化性組成物、
<11>下記式1−1又は式2−1で表される化合物である水溶性光重合開始剤、
式1−1及び式2−1中、Rはそれぞれ独立に、−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及びアルキレンオキサイド基−{(CHO}−よりなる群から選択された1種類以上の基を有し、かつ式1−1又は式2−1のカルボニル基に炭素原子で結合する基を表し、Rは水素原子、アルキル基、フェニル基又はアラルキル基を表し、xは2〜6の整数の整数を表し、yは3〜500の整数を表し、Rはそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、又は、アルコキシ基を表し、m1はそれぞれ独立に、0〜4の整数を表し、m2は0〜5の整数を表し、nはそれぞれ独立に、1〜3の整数を表し、pは0〜3の整数を表す。
<12>下記式1−2、式2−2、式1−3又は式2−3で表される化合物である、<11>に記載の水溶性光重合開始剤。
式1−2及び式2−2中、R〜Rはそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、又は、アルコキシ基を表し、Rはそれぞれ独立に、単結合、又は、ポリマー主鎖に連結し、かつ式1−2又は式2−2のカルボニル基に炭素原子で結合する二価の連結基を表し、Rはそれぞれ独立に、−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及びアルキレンオキサイド基−{(CHO}−よりなる群から選択された1種類以上基を有する基を表し、Rは水素原子、アルキル基、フェニル基又はアラルキル基を表し、R及びRはそれぞれ独立に、水素原子又はアルキル基を表し、xは2〜6の整数を表し、yは3〜500の整数を表し、m1はそれぞれ独立に、0〜4の整数を表し、m2は0〜5の整数を表し、q1及びq2はモル比を表す。
式1−3及び式2−3中、R及びRはそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、又は、アルコキシ基を表し、R11〜R13はそれぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、又は、炭素数1〜4のアルコキシ基を表し、R14はそれぞれ独立に、下記式R−1で表される基を表す。
式R−1中、naは1又は2を表し、nbは0又は1を表し、Lはエーテル結合、エステル結合、又は、チオエーテル結合を表し、Rは炭素数1〜10のアルキレン基を表し、Rは−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及び−NR−CH−COOよりなる群から選択された基と対イオンとを有する基、又は、アルキレンオキサイド基−{O(CH−Rを表し、Rはヒドロキシ基、又は、アルコキシ基を表し、波線部分は式1−3又は式2−3におけるカルボニル基との結合位置を表す。
本発明の一実施形態によれば、感度及び得られる硬化膜の安全性に優れた水性硬化性組成物を提供することができる。
また、本発明の他の実施形態によれば、新規な水溶性光重合開始剤を提供することができる。
実施例における画像形成に使用したインクジェット記録装置を示す模式図である。
以下、本開示について詳細に説明する。
なお、本明細書中、「xx〜yy」の記載は、xx及びyyを含む数値範囲を表す。
「(メタ)アクリレート」等は、「アクリレート及び/又はメタクリレート」等と同義であり、以下同様とする。
本開示におけるアルキル基、アリール基、アルキレン基及びアリーレン基等の炭化水素基は、特に断りのない限り、分岐を有していても、環構造を有していてもよい。
また、本開示において、「質量%」と「重量%」とは同義であり、「質量部」と「重量部」とは同義である。
また、本開示における重量平均分子量(Mw)は、特に断りのない限り、TSKgel GMHxL、TSKgel G4000HxL、TSKgel G2000HxL(いずれも東ソー(株)製の商品名)のカラムを使用したゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)分析装置により、溶媒NMP(N−メチルピロリドン)、示差屈折計により検出し、標準物質としてポリスチレンを用いて換算した分子量である。
また、本開示においては、2以上の好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。
以下、本開示を詳細に説明する。
(水性硬化性組成物)
本開示の水性硬化性組成物は、アシルホスフィンオキシド構造におけるリン原子に結合する芳香族アシル基の芳香環に更に1つ以上のカルボニル基が直接結合した構造を有する水溶性光重合開始剤(以下、「特定重合開始剤」ともいう。)、水、及び、重合性化合物を含む。
アシルホスフィンオキシド化合物は、活性エネルギー線によって分解し、ラジカル等の重合開始種を生成する。
本発明者らが詳細な検討を行った結果、アシルホスフィンオキシド構造におけるリン原子に結合する芳香族アシル基の芳香環に更に1つ以上のカルボニル基が直接結合した構造を有する水溶性光重合開始剤を含有することにより、感度及び得られる硬化膜の安全性に優れた水性硬化性組成物が得られることを見出した。詳細な機構は不明であるが、アシル基を置換することによる光学又は電子的な影響によりアシルホスフィン構造における光分解収率が向上し、また、硬化性成分との反応性も向上し、得られる硬化膜からの浸みだし成分(マイグレーション)が減少するため、安全性が向上すると推定される。
また、上記アシルホスフィンオキシド構造におけるリン原子に結合する芳香族アシル基の芳香環に更に1つ以上のカルボニル基が直接結合した構造を有する水溶性光重合開始剤は、新規化合物である。
本開示の水性硬化性組成物のpHは、特定重合開始剤の保存安定性の観点から、4〜9であることが好ましく、5〜8であることがより好ましく、5〜7.5であることが特に好ましい。
本開示の水性硬化性組成物は、活性エネルギー線により硬化可能なインク組成物である。「活性エネルギー線」とは、その照射により水性硬化性組成物中に開始種を発生させるエネルギーを付与できる放射線であり、α線、γ線、X線、紫外線、可視光線、及び、電子線などを包含する。中でも、硬化感度及び装置の入手容易性の観点から、紫外線及び電子線が好ましく、紫外線がより好ましい。
また、本開示の水性硬化性組成物は、インク組成物、歯科用材料、爪用保護剤又は着色剤(爪化粧料)、塗料、接着剤、粘着剤、機能性コーティング剤、各種膜、各種フィルム、光学材料、印刷版材料、半導体材料、記録材料、組織培養皿、紙類添加剤、医療用材料、プラスチック、保水剤、吸水剤及び親水性部材等、種々の用途に用いることができる。
より具体的には、例えば、インク組成物、歯科用材料、爪化粧料、各種フィルムの反射防止層、各種フィルムの下塗り接着層、各種フィルムのコーティング層、レジスト、刷版、カラーフィルター、内視鏡コーティング剤、イオン交換膜、逆浸透膜、導電性塗膜、医療用接着剤、プロトン伝導性膜、微小孔膜、吸水性ゲル、化粧品用ゲル、医療用ゲル、及び、イオン性ゲル等に適用することができる。
中でも、インク組成物、歯科用材料、又は、爪化粧料として好適に用いることができ、インク組成物としてより好適に用いることができ、インクジェット記録用インク組成物(「インクジェット用インク組成物」ともいう。)として特に好適に用いることができる。
<特定重合開始剤>
本開示の水性硬化性組成物は、アシルホスフィンオキシド構造におけるリン原子に結合する芳香族アシル基の芳香環に更に1つ以上のカルボニル基が直接結合した構造を有する水溶性光重合開始剤(特定重合開始剤)を含有する。
特定重合開始剤は、水溶性の光重合開始剤であり、水溶性基を有することが好ましい。
上記水溶性基は、イオン性基、又は、ノニオン性基であることが好ましく、アンモニウム基、スルホン酸基、カルボン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基及びそれらの塩よりなる群から選ばれたイオン性基、又は、ノニオン性基であることがより好ましく、アンモニウム基、スルホン酸基、カルボン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基及びそれらの塩よりなる群から選ばれたイオン性基であることが更に好ましく、アンモニウム基、スルホン酸基、カルボン酸基及びそれらの塩よりなる群から選ばれたイオン性基であることが特に好ましい。上記態様であると、水溶性が十分得られ、また、感度及び得られる硬化膜の安全性により優れる。
また、上記ノニオン性基としては、ポリアルキレンオキシ構造を有する基が好ましく挙げられ、ポリエチレンオキシ構造を有する基、又は、ポリ(エチレンオキシ/プロピレンオキシ)共重合構造を有する基がより好ましく挙げられる。
また、水溶性基として具体的には、−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及びアルキレンオキサイド基−{(CHO}−よりなる群から選ばれた基であることが好ましく、−N(R)、−SO 、−COO及び−PO 2−よりなる群から選ばれた基であることがより好ましく、−SO 及び−COOよりなる群から選ばれた基であることが特に好ましい。上記態様であると、水溶性が十分得られ、また、感度及び得られる硬化膜の安全性により優れる。
上記Rは、水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表し、炭素数1〜8のアルキル基又はベンジル基であることが好ましく、炭素数1〜8のアルキル基であることがより好ましく、炭素数1〜4のアルキル基であることが特に好ましい。
N(R)の対アニオンとしては、特に制限はなく、電気的に中性となる量であれば、一価のアニオンであっても、二価以上のアニオンであってもよいが、ハロゲン化物イオン、又は、カルボン酸イオンであることが好ましく、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、又は、(メタ)アクリレートイオンであることがより好ましく、塩化物イオン、臭化物イオン、又は、ヨウ化物イオンであることが特に好ましい。上記態様であると、感度及び得られる硬化膜の安全性により優れる。
−SO 、−COO及び−PO 2−の対カチオンとしては、特に制限はなく、電気的に中性となる量であれば、一価のカチオンであっても、二価以上のカチオンであってもよいが、水素イオン、アルカリ金属イオン、又は、アルカリ土類金属イオンであることが好ましく、アルカリ金属イオンであることがより好ましく、ナトリウムイオン、又は、カリウムイオンであることが特に好ましい。上記態様であると、感度及び得られる硬化膜の安全性により優れる。
特定重合開始剤は、上記水溶性基を1つのみ有していても、2つ以上有していてもよい。
なお、本開示における「水溶性」を有する化合物とは、25℃において、水に0.5質量%以上可溶な化合物であるものとする。
特定重合開始剤は、下記式1又は式2で表される部分構造を有する化合物であることが好ましい。
また、式1又は式2で表される部分構造を有する特定重合開始剤は、下記式1又は式2で表される部分構造を1つのみ有する化合物であっても、2以上有する化合物であってもよい。
式1及び式2中、Rはそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、又は、アルコキシ基を表し、m1はそれぞれ独立に、0〜4の整数を表し、m2は0〜5の整数を表し、nはそれぞれ独立に、1〜3の整数を表し、pは0〜3の整数を表し、波線部分は、他の構造との結合位置を表す。
式1及び式2におけるRはそれぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、又は、炭素数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、炭素数1〜8のアルキル基、又は、炭素数1〜4のアルコキシ基であることがより好ましく、炭素数1〜8のアルキル基であることが更に好ましく、炭素数1〜4のアルキル基であることが特に好ましく、メチル基であることが最も好ましい。上記態様であると、感度により優れ、また、化合物の安定性に優れ、更に、合成時における簡便性や収率に優れる。
式1及び式2におけるm1はそれぞれ独立に、0〜3の整数であることが好ましく、1〜3であることがより好ましく、3であることが特に好ましい。上記態様であると、感度により優れ、また、化合物の安定性に優れ、更に、合成時における簡便性や収率に優れる。
式2におけるm2は、0〜3の整数であることが好ましく、1〜3であることがより好ましく、3であることが特に好ましい。上記態様であると、感度により優れ、また、化合物の安定性に優れ、更に、合成時における簡便性や収率に優れる。
式1及び式2におけるnはそれぞれ独立に、1又は2であることが好ましく、1であることがより好ましい。上記態様であると、感度により優れ、また、化合物の安定性に優れる。
また、式1及び式2における波線部分−CO−のベンゼン環上の結合位置は、特に制限はないが、リン原子に結合したカルボニル基の結合位置に対し、メタ位であることが好ましい。上記態様であると、分解性及び感度により優れ、また、化合物の安定性に優れ、更に、合成時における簡便性や収率に優れる。
式2におけるpは、0〜2の整数であることが好ましく、0又は1であることがより好ましく、1であることが特に好ましい。上記態様であると、感度により優れ、また、化合物の安定性に優れる。
また、式1及び式2において、波線部で他の構造と結合する炭素原子は、任意のsp混成軌道を有してよい。すなわち、エチニル基などのアルキニル基を構成する炭素原子(sp混成軌道)であってもよく、ビニル基などのアルケニル基を構成する炭素原子(sp2混成軌道)であってもよく、アルキル基を構成する炭素原子(sp3混成軌道)であってもよいが、ビニル基などのアルケニル基を構成する炭素原子(sp2混成軌道)又はアルキル基を構成する炭素原子(sp3混成軌道)であることが好ましく、アルキル基を構成する炭素原子(sp3混成軌道)であることが更に好ましい。上記態様であると分解性、及び、水性硬化性組成物をインクジェットインク組成物に用いた場合におけるインクジェット吐出性に優れ、更に合成時における簡便性や収率に優れる。
また、本開示の光重合開始剤は、下記式1−1又は式2−1で表される化合物であることが好ましい。
式1−1及び式2−1中、Rはそれぞれ独立に、−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及びアルキレンオキサイド基−{(CHO}−よりなる群から選択された1種類以上の基を有し、かつ式1−1又は式2−1のカルボニル基に炭素原子で結合する基を表し、Rは水素原子、アルキル基、フェニル基又はアラルキル基を表し、xは2〜6の整数の整数を表し、yは3〜500の整数を表し、Rはそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、又は、アルコキシ基を表し、m1はそれぞれ独立に、0〜4の整数を表し、m2は0〜5の整数を表し、nはそれぞれ独立に、1〜3の整数を表し、pは0〜3の整数を表す。
式1−1及び式2−1におけるRについては、後に詳述する。
式1−1及び式2−1におけるRはそれぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、又は、炭素数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、炭素数1〜8のアルキル基、又は、炭素数1〜4のアルコキシ基であることがより好ましく、炭素数1〜8のアルキル基であることが更に好ましく、炭素数1〜4のアルキル基であることが特に好ましく、メチル基であることが最も好ましい。上記態様であると、感度により優れ、また、化合物の安定性に優れ、更に、合成時における簡便性や収率に優れる。
式1−1及び式2−1におけるR及びRはそれぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、又は、炭素数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、炭素数6〜20のアリール基、又は、炭素数1〜4のアルコキシ基であることがより好ましく、炭素数6〜20のアリール基であることが更に好ましく、炭素数6〜12のアリール基であることが特に好ましく、フェニル基であることが最も好ましい。上記態様であると、感度により優れ、また、化合物の安定性に優れ、更に、原料を容易に入手できる。
式1−1及び式2−1におけるRは、水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、フェニル基又は炭素数7〜14のアラルキル基であることが好ましく、炭素数1〜8のアルキル基、フェニル基又は炭素数7〜14のアラルキル基であることがより好ましく、炭素数1〜8のアルキル基であることが更に好ましく、炭素数1〜4のアルキル基であることが特に好ましい。
式1−1及び式2−1におけるm1、m2、n及びpは、式1及び式2におけるm1、m2、n及びpと同義であり、好ましい態様も同様である。
式1−1及び式2−1におけるxは、2又は3であることが好ましく、2であることがより好ましい。
式1−1及び式2−1におけるyは、6〜100の整数であることが好ましく、8〜50の整数であることがより好ましく、8〜15の整数であることが特に好ましい。
また、式1−1及び式2−1におけるR−CO−のベンゼン環上の結合位置は、特に制限はないが、リン原子に結合したカルボニル基の結合位置に対し、メタ位であることが好ましい。上記態様であると、分解性及び感度により優れ、また、化合物の安定性に優れ、更に、合成時における簡便性や収率に優れる。
式1−1及び式2−1におけるRはそれぞれ独立に、低分子型の態様である、−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及びアルキレンオキサイド基−{(CHO}−よりなる群から選択された1種類以上の基を有し、かつ式1−1又は式2−1のカルボニル基に炭素原子で結合する炭素数2〜60の一価の基、又は、ポリマー型の態様である、−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及びアルキレンオキサイド基−{(CHO}−よりなる群から選択された1種類以上の基を有するポリマー鎖を有し、かつ式1−2又は式2−2のカルボニル基に炭素原子で結合する基であることが好ましい。
上記−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及びアルキレンオキサイド基−{(CHO}−の好ましい態様は、水溶性基において上述した好ましい態様と同様である。
式1−1及び式2−1において、Rが上記式1−1又は式2−1のカルボニル基に炭素原子で結合する場合、その炭素原子は任意のsp混成軌道を有してよい。すなわち、エチニル基などのアルキニル基を構成する炭素原子(sp混成軌道)であってもよく、ビニル基などのアルケニル基を構成する炭素原子(sp2混成軌道)であってもよく、アルキル基を構成する炭素原子(sp3混成軌道)であってもよいが、ビニル基などのアルケニル基を構成する炭素原子(sp2混成軌道)又はアルキル基を構成する炭素原子(sp3混成軌道)であることが好ましく、アルキル基を構成する炭素原子(sp3混成軌道)であることが更に好ましい。上記態様であると分解性、及び、水性硬化性組成物をインクジェットインク組成物に用いた場合におけるインクジェット吐出性に優れ、更に合成時における簡便性や収率に優れる。
上記炭素数2〜60の一価の基としては、上記炭化水素鎖の一部がカルボニル基、エステル結合、アミド結合、酸素原子、NR’及び/若しくは硫黄原子により置換されていてもよい1価の炭化水素基であることが好ましい。R’は、水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表し、アルキル基であることが好ましい。
上記1価の炭化水素基は、脂肪族炭化水素基であっても、芳香族炭化水素基であってもよく、1以上の脂肪族炭化水素基及び1以上の芳香族炭化水素基を組み合わせた基であってもよい。また、上記脂肪族炭化水素基は、不飽和結合を有していてもよい。
また、上記1価の炭化水素基は、更に置換基を有していてもよい。置換基としては、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アミド基、アシルオキシ基が挙げられる。
上記炭化水素鎖の一部がカルボニル基、エステル結合、アミド結合、酸素原子、NR及び/若しくは硫黄原子により置換されていてもよい一価の炭化水素基としては、炭化水素鎖の一部がカルボニル基、エステル結合、酸素原子及び/若しくは硫黄原子により置換されていてもよい一価の炭化水素基であることが好ましい。上記態様であると、感度により優れる。
また、Rにおけるカルボニル基、エステル結合、アミド結合、酸素原子、NR及び/又は硫黄原子による置換は、式1−1又は式2−1のカルボニル基と結合する末端とは異なる上記炭化水素基の他の末端の炭化水素基であってもよい。
また、Rの低分子型の好ましい態様である、−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及びアルキレンオキサイド基−{(CHO}−よりなる群から選択された1種類以上の基を有し、かつ式1−1又は式2−1のカルボニル基に炭素原子で結合する炭素数2〜60の一価の基は、下記式R−1で表される基であることが好ましい。
式R−1中、naは1又は2を表し、nbは0又は1を表し、Lはエーテル結合、エステル結合、又は、チオエーテル結合を表し、Rは炭素数1〜10のアルキレン基を表し、Rは−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及び−NR−CH−COOよりなる群から選択された基と対イオンとを有する基、又は、アルキレンオキサイド基−{O(CH−Rを表し、Rはヒドロキシ基、又は、アルコキシ基を表し、波線部分は式1−1又は式2−1におけるカルボニル基との結合位置を表す。
式R−1におけるLは、エーテル結合又はエステル結合であることが好ましい。
式R−1におけるRは、炭素数2〜8のアルキレン基であることが好ましい。
式R−1におけるRは、−N(R)、−SO 、−COO及び−PO 2−よりなる群から選択された基と対イオンとを有する基であることが好ましく、−N(R)、−SO 及び−COOよりなる群から選択された基と対イオンとを有する基であることがより好ましい。
また、式1−1及び式2−1のRにおける−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−よりなる群から選択された基は、対イオンを有することが好ましい。
上記対イオンとしては、上述した対アニオン及び対カチオンが好ましく挙げられる。
上記−N(R)、−SO 、−COO及び−PO 2−よりなる群から選択された基と対イオンとを有する基は、−N(R)、−SO 、−COO、又は、−PO 2−(Mであることが好ましい。Xは、対アニオンを表し、電気的に中性となる量であれば、一価のアニオンであっても、二価以上のアニオンであってもよいが、ハロゲン化物イオン、又は、カルボン酸イオンであることが好ましく、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、又は、(メタ)アクリレートイオンであることがより好ましく、塩化物イオン、臭化物イオン、又は、ヨウ化物イオンであることが特に好ましい。
は、対カチオンを表し、電気的に中性となる量であれば、一価のカチオンであっても、二価以上のカチオンであってもよいが、アルカリ金属イオン、又は、アルカリ土類金属イオンであることが好ましく、アルカリ金属イオンであることがより好ましく、ナトリウムイオン、又は、カリウムイオンであることが特に好ましい。
式1−1及び式2−1において、Rが、ポリマー型の態様である、−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及びアルキレンオキサイド基−{(CHO}−よりなる群から選択された1種類以上の基を有するポリマー鎖を有し、かつ式1−2又は式2−2のカルボニル基に炭素原子で結合する基である場合、上記ポリマー鎖を形成するポリマー構造としては、例えば、ビニル樹脂、ポリケトン樹脂、(メタ)アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレン−(メタ)アクリル樹脂、及び、スチレン樹脂等が例示できる。中でも、上記ポリマー鎖としては、アクリル樹脂鎖であることが好ましい。
特定重合開始剤がポリマー型である場合、特定重合開始剤の重量平均分子量(Mw)は、2,000以上であり、2,000〜100,000であることが好ましく、2,500〜50,000であることがより好ましく、3,000〜15,000であることが更に好ましい。上記範囲であると、感度により優れ、また、水溶性及び硬化性に優れる。
式1−1及び式2−1において、Rが、ポリマー型の態様である場合、特定重合開始剤は、下記式1−2又は式2−2で表される化合物であることが好ましい。
式1−2及び式2−2中、R〜Rはそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、又は、アルコキシ基を表し、Rはそれぞれ独立に、単結合、又は、ポリマー主鎖に連結し、かつ式1−2又は式2−2のカルボニル基に炭素原子で結合する二価の連結基を表し、Rはそれぞれ独立に、−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及びアルキレンオキサイド基−{(CHO}−よりなる群から選択された1種類以上基を有する基を表し、Rは水素原子、アルキル基、フェニル基又はアラルキル基を表し、R及びRはそれぞれ独立に、水素原子又はアルキル基を表し、xは2〜6の整数を表し、yは3〜500の整数を表し、m1はそれぞれ独立に、0〜4の整数を表し、m2は0〜5の整数を表し、q1及びq2はモル比を表す。
式1−2及び式2−2におけるR〜R、x、y、m1、m2及びRは、上記式1−1及び式2−1におけるR〜R、x、y、m1、m2及びRと同義であり、好ましい態様も同様である。
式1−2及び式2−2におけるq1及びq2は、モル比を表し、0でなければ、q1及びq2それぞれの値に特に制限はないが、q1≧q2であることが好ましく、q1:q2=85〜50:15〜50であることがより好ましく、q1:q2=80〜60:20〜40であることが特に好ましい。
式1−2及び式2−2におけるRはそれぞれ独立に、単結合、又は、式1−2又は式2−2のカルボニル基に炭素原子で結合し、かつ炭化水素鎖の一部がカルボニル基、エステル結合、アミド結合、酸素原子、NR’及び/若しくは硫黄原子により置換されていてもよい二価の炭化水素基であることが好ましく、単結合、又は、式1−2又は式2−2のカルボニル基に炭素原子で結合し、かつ炭化水素鎖の一部がカルボニル基、エステル結合及び/若しくは酸素原子により置換されていてもよい二価の炭化水素基であることがより好ましく、単結合であることが特に好ましい。R’は、水素原子、アルキル基、アリール基又はアラルキル基を表し、アルキル基であることが好ましい。
式1−2及び式2−2におけるRはそれぞれ独立に、末端に−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及びアルキレンオキサイド基−{(CHO}−よりなる群から選択された基と対イオンとを有する基を有し、かつ炭化水素鎖の一部がカルボニル基、エステル結合、アミド結合、酸素原子、NR及び/又は硫黄原子により置換されていてもよい一価の炭化水素基であることが好ましく、末端に−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及びアルキレンオキサイド基−{(CHO}−よりなる群から選択された基と対イオンとを有する基を有し、かつ炭化水素鎖の一部がカルボニル基、エステル結合、酸素原子及び/若しくは硫黄原子により置換されていてもよい一価の炭化水素基であることがより好ましく、下記式R−1で表される基であることが特に好ましい。
式R−1中、Lは単結合、又は、アルキレン基を表し、Ribは−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及び−NR−CH−COOよりなる群から選択された基と対イオンとを有する基、又は、アルキレンオキサイド基−{(CHO}−Rtbを表し、Rtbは水素原子、又は、アルキル基を表し、波線部分は式1−2及び式2−2におけるポリマー鎖との結合位置を表す。
式R−1におけるx及びyは、上記式1−1及び式2−1におけるx及びyと同義であり、好ましい態様も同様である。
式R−1におけるLは、単結合、又は、炭素数2〜8のアルキレン基であることが好ましく、単結合、又は、炭素数2〜4のアルキレン基であることがより好ましい。
式R−1におけるRibは、−N(R)と対イオンとを有する基、又は、アルキレンオキサイド基−{(CHO}−Rtbであることが好ましく、−N(R)と対イオンとを有する基であることがより好ましい。
式R−1におけるRtbは、炭素数1〜8のアルキル基であることが好ましく、メチル基であることがより好ましい。
式1−2及び式2−2におけるR及びRはそれぞれ独立に、合成時の重合性の観点から、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基であることが好ましく、水素原子又はメチル基がより好ましい。
また、式1−2及び式2−2で表される化合物は、上述した以外の他の構成単位を有していてもよい。
他の構成単位としては、特に制限はなく、水溶性及び光重合開始能に問題ない範囲で、所望に応じ、任意の構造のものを有することができる。
他の構成単位としては、特に限定はないが、エチレン性不飽和結合を有する化合物が用いられ、エチレン性不飽和結合を有する化合物の例としては、不飽和カルボン酸(例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸など)や、そのエステル類、アミド類が挙げられ、好ましくは、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アルコール化合物とのエステル、不飽和カルボン酸と脂肪族多価アミン化合物とのアミド類が用いられる。また、ヒドロキシル基や、アミノ基、メルカプト基等の求核性置換基を有する不飽和カルボン酸エステル、アミド類と単官能又は多官能イソシアネート類、エポキシ類との付加反応物、単官能又は多官能のカルボン酸との脱水縮合反応物等も好適に使用される。また、イソシアナート基やエポキシ基等の親電子性置換基を有する不飽和カルボン酸エステル又はアミド類と、単官能又は多官能のアルコール類、アミン類及びチオール類との付加反応物、更に、ハロゲン原子やトシルオキシ基等の脱離性置換基を有する不飽和カルボン酸エステル又はアミド類と、単官能又は多官能のアルコール類、アミン類及びチオール類との置換反応物も好適である。また、別の例として、上記の不飽和カルボン酸の代わりに、不飽和ホスホン酸、スチレン等に置き換えた化合物群を使用することも可能である。
また、後述する重合性化合物も用いることができ、中でも、後述する単官能(メタ)アクリレート化合物が好適に挙げられる。
また、式1−2及び式2−2で表される化合物中における他の構成単位の量は、10質量%未満であることが好ましく、5質量%未満であることがより好ましく、式1−2及び式2−2で表される化合物が他の構成単位を有しない化合物であることが特に好ましい。
式1−2及び式2−2で表される化合物におけるポリマー鎖の末端基は、特に制限はなく、使用する熱重合開始剤や、クエンチ等の条件に依存するが、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、及び/又は、ヒドロキシ基等が挙げられる。
また、特定重合開始剤は、低分子型の態様である場合、下記式1−3又は式2−3で表される化合物であることが特に好ましい。
式1−3及び式2−3中、R及びRはそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、又は、アルコキシ基を表し、R11〜R13はそれぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、又は、炭素数1〜4のアルコキシ基を表し、R14はそれぞれ独立に、上記式R−1で表される基を表す。
式1−3及び式2−3におけるR14の式R−1で表される基は、上記式R−1で表される基と同義であり、好ましい態様も同様である。
式1−3及び式2−3におけるR及びRは、上記式1−1及び式2−1におけるR及びRとそれぞれ同義であり、好ましい態様もそれぞれ同様である。
式1−3及び式2−3におけるR11〜R13はそれぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキル基、又は、炭素数1〜4のアルコキシ基であることが好ましく、炭素数1〜8のアルキル基であることがより好ましく、炭素数1〜4のアルキル基であることが更に好ましく、メチル基であることが特に好ましい。上記態様であると、感度により優れ、また、化合物の安定性に優れ、更に、合成時における簡便性や収率に優れる。
また、式1−3及び式2−3におけるR11〜R13は、同じ基であることが好ましい。
特定重合開始剤の分子量(又は重量平均分子量)は、300以上であることが好ましく、400〜100,000であることがより好ましく、500〜15,000であることが更に好ましい。上記範囲であると、感度により優れ、また、水溶性及び硬化性に優れる。
なお、本開示における「アシルホスフィンオキシド構造」とは、1つのオキソ基と少なくとも1つのアシル基とが5価のリン原子に直接結合した構造であり、上記式1又は式2中におけるアシルホスフィンオキシド構造であることが好ましい。
特定重合開始剤の好ましい具体例を下記に示すが、これらに限定されるものではない。なお、B−1〜B−5における構成単位を表す括弧[]の右下の数値は、モル比を表す。
<特定重合開始剤の製造方法>
特定重合開始剤の製造方法としては、特に制限はないが、ルイス酸の存在下、リン原子に結合する芳香族アシル基を1つ以上有するアシルホスフィンオキシド化合物と、反応性基を有する酸ハライド又は酸無水物とを反応させる工程1、上記反応性基に対し、上記反応性基と反応して水溶性基を形成する化合物又は上記反応性基と反応する基及び水溶性基を有する化合物を反応させる工程2を含む方法が好ましく挙げられる。
上記アシルホスフィンオキシド化合物に対し、反応性基を有する酸ハライド又は酸無水物を用い、ルイス酸の存在下、Friedel−Craftsアシル化反応を行うことにより、容易、かつ収率よく特定重合開始剤を得ることができる。
リン原子に結合する芳香族アシル基を1つ以上有するアシルホスフィンオキシド化合物としては、所望の特定重合開始剤に応じて、適宜選択すればよいが、モノ芳香族アシルジアリールホスフィンオキシド化合物、又は、ビス芳香族アシルモノアリールホスフィンオキシド化合物が好ましく挙げられる。
反応性基を有する酸ハライド又は酸無水物としては、反応性の観点から、反応性基を有する酸クロリドであることが好ましい。また、反応性基を有する酸ハライド又は酸無水物としては、反応性基を有するカルボン酸ハライド又はカルボン酸無水物であることが好ましく、反応性基を有するカルボン酸クロリドであることがより好ましい。
上記反応性基としては、Friedel−Craftsアシル化を阻害しない基であることが好ましく、ハロゲン原子であることが好ましく、塩素原子であることが好ましい。
ルイス酸としては、Friedel−Craftsアシル化反応に用いるルイス酸を好適に用いることができる。
用いるルイス酸としては、塩化亜鉛、臭化亜鉛、酢酸亜鉛等の亜鉛化合物、塩化アルミニウム、臭化アルミニウム、塩化ジエチルアルミニウム等のアルミニウム化合物、塩化鉄、臭化鉄などの鉄化合物、塩化ビスマス(III)などのビスマス化合物、三フッ化ホウ素、三塩化ホウ素、トリス(ペンタフルオロフェニル)ホウ素等のホウ素化合物、四塩化チタン等のチタン化合物、塩化ジルコニウム等のジルコニウム化合物、四塩化スズ、三塩化スズ等のスズ化合物、塩化インジウムなどのインジウム化合物、トリフルオロメタンスルホン酸銅(II)、トリフルオロメタンスルホン酸ランタン(III)、トリフルオロメタンスルホン酸亜鉛(II)、トリフルオロメタンスルホン酸銀、トリフルオロメタンスルホン酸イッテルビウム(III)、トリフルオロメタンスルホン酸スカンジウム(III)、トリフルオロメタンスルホン酸ハフニウム(IV)、トリフルオロメタンスルホン酸イットリウム(III)等、水中で安定なトリフルオロメタンスルホン酸化合物又はこれらの水和物が好ましく、アルミニウム化合物、鉄化合物、スズ化合物、又は、亜鉛化合物が更に好ましく、アルミニウム化合物、鉄化合物、又は、亜鉛化合物が特に好ましい。上記態様の場合、反応性及び化合物安定性に優れ、更に原料を容易に入手できる。
上記工程1における反応温度及び反応時間は、特に制限はなく、反応の進行状況に応じ適宜設定すればよいが、反応温度は、0℃〜40℃であることが好ましい。
上記工程1においては、溶媒を用いることが好ましい。溶媒としては、特に制限はないが、ハロゲン系溶媒、又は、脂肪族炭化水素系溶媒が挙げられる。中でも、ハロゲン系溶媒が好ましく、ジクロロメタンが特に好ましい。
上記反応性基と反応して水溶性基を形成する化合物、及び、上記反応性基と反応する基及び水溶性基を有する化合物としては、特に制限はないが、例えば、アンモニウム基を形成する場合は、第三級アミンを好適に用いることができ、トリアルキルアミンを特に好適に用いることができる。また、スルホン酸基、カルボン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基及びそれらの塩、又は、ノニオン性基を形成する場合は、これらの基及びヒドロキシ基を有する化合物を好適に用いることができる。具体的には、例えば、2−ヒドロキシエタンスルホン酸ナトリウム、及び、ポリエチレングルコールモノメチルエーテル等が挙げられる。
上記工程2における反応温度及び反応時間は、特に制限はなく、使用する化合物や反応の進行状況に応じ適宜設定すればよい。
上記工程2においては、溶媒を用いることが好ましい。溶媒としては、特に制限はないが、酢酸エチル、アセトニトリル、又は、トルエンが好ましい。
また、特定重合開始剤における対カチオンや対アニオンは、公知の対イオンの変換方法により、所望のものへ変換することもできる、
また、上記工程後、カラムクロマトグラフィー、薄層クロマトグラフィ(TLC)、再結晶、再沈澱等の公知の方法により、精製を行うことが好ましい。
本開示の水性硬化性組成物は、特定重合開始剤を1種単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
本開示の水性硬化性組成物における特定重合開始剤の含有量については、特に制限はないが、水性硬化性組成物に含まれる重合性化合物の全質量に対して、0.1〜40.0質量%であることが好ましく、1.0〜30.0質量%であることがより好ましく、3.0〜25.0質量%であることが特に好ましい。上記範囲であると、得られる硬化膜の安全性により優れ、また、硬化性に優れる。
<他の重合開始剤>
本開示の水性硬化性組成物は、本開示の効果を損なわない範囲において、特定重合開始剤以外の他の重合開始剤を含有することができる。
上記他の重合開始剤としては、特定重合開始剤以外の光重合開始剤、及び、熱重合開始剤が挙げられ、ラジカル重合又はカチオン重合の重合開始剤であることが好ましく、ラジカル重合開始剤が特に好ましい。例えば、特開2009−138172号公報に記載の重合開始剤を用いることができる。
他の重合開始剤は、1種単独で使用しても、2種以上を使用してもよい。
他の重合開始剤の総含有量は、重合性化合物全量の10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、1質量%以下であることが更に好ましく、含まないことが特に好ましい。上記範囲であると、得られる硬化膜の安全性への影響をある程度抑えることができる。
また、他の重合開始剤の総含有量は、特定重合開始剤の含有量よりも少ないことが好ましい。
本開示の水性硬化性組成物における特定重合開始剤及び他の重合開始剤を含めた開始剤の総含有量は、水性硬化性組成物に含まれる重合性化合物の全質量に対して、0.1〜40.0質量%であることが好ましく、1.0〜30.0質量%であることがより好ましく、3.0〜25.0質量%であることが特に好ましい。
<水>
本開示の水性硬化性組成物は、水を含有する。
水としては、特に制限はなく、水道水、井水、イオン交換水及び蒸留水等を用いることができるが、イオン交換水や蒸留水などのイオン性不純物を含まない水を用いることが好ましい。
本開示の水性硬化性組成物における水の含有量は、水性硬化性組成物の全質量に対して、19〜90質量%であることが好ましく、29〜85質量%であることがより好ましく、37〜80質量%であることが特に好ましい。
<重合性化合物>
本開示の水性硬化性組成物は、重合性化合物を含む。
上記重合性化合物は、水性硬化性組成物中において、水に溶解していても、分散していてもよいが、水に溶解していることが好ましい。すなわち、上記重合性化合物は、水溶性であることが好ましい。
重合性化合物としては、何らかのエネルギー付与により重合反応を生起し、硬化する化合物であれば特に制限はなく、モノマー、オリゴマー、ポリマーの種を問わず使用することができるが、特に、ラジカル重合開始種により重合反応を生起する、ラジカル重合性モノマーとして知られる各種公知の重合性のモノマーが好ましい。
また、重合性化合物は、エチレン性不飽和化合物であることが好ましく、(メタ)アクリルアミド化合物であることが好ましい。
重合性化合物は、反応速度、硬化膜物性、組成物の物性等を調整する目的で、1種又は複数を混合して用いることができる。また、重合性化合物は、単官能化合物であっても、多官能化合物であってもよい。単官能重合性化合物の割合が大きいと硬化物は柔軟なものになりやすく、多官能重合性化合物の割合が大きいと硬化性に優れる傾向がある。したがって、単官能重合性化合物と多官能重合性化合物との割合は用途に応じて任意に決定されるものである。
また、複数を混合して用いることで、例えば、硬化性組成物の粘度、溶剤への溶解性や、硬化後の硬度、延伸性、密着性、屈折率、しなやかさなどの各種物性を任意に調整することが可能となる。
より具体的には、水性硬化性組成物の粘度は、分子量が低いモノマー、水素結合性官能基が少ないモノマーを組み合わせること、溶剤への溶解性は、使用する溶剤と極性の近いモノマーを組み合わせること、硬化後の硬度は、ガラス転移温度(Tg)が高いモノマー、重合性基量の多いモノマーを組み合わせること、延伸性、しなやかさは、ガラス転移温度(Tg)が低いモノマー、重合性基量の少ないモノマーを組み合わせることにより効果を発現できる。
重合性化合物は、エチレン性不飽和基を2以上有する化合物を含むことが好ましく、エチレン性不飽和基を2以上有する化合物であることがより好ましい。
また、エチレン性不飽和基は、(メタ)アクリロイル基又はビニル基が好ましく、(メタ)アクリロイル基がより好ましい。
(メタ)アクリロイル基を有する多官能化合物としては、多官能(メタ)アクリレート化合物、及び/又は、多官能(メタ)アククルアミド化合物が好ましく、多官能(メタ)アクルアミド化合物が特に好ましい。
上記重合性化合物は、下記式M1、式M2又は式M3で表される化合物を含むことが好ましい。
式M1〜式M3中、Ra1及びRa2はそれぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表し、Y及びYはそれぞれ独立に、アルキレン基を表し、n1及びn2はそれぞれ独立に、0又は1以上の数を表し、X、X及びXはそれぞれ独立に、二価の連結基を表す。
a1及びRa2は、水素原子が好ましい。
及びYにおけるアルキレン基は、炭素数2〜4の直鎖又は分岐のアルキレン基が好ましく、エチレン基又はプロピレン基がより好ましい。
ここで、n1が2以上の場合、複数の−Y−O−の繰り返しにおける複数のYは、同一であっても、異なっていてもよい。同様に、n2が2以上の場合、複数の−Y−O−の繰り返しにおける複数のYは、同一であっても、異なっていてもよい。
は二価の連結基を表すが、例えば、アルキレン基、酸素原子を介したアルキレン基、フェニレン基が挙げられ、アルキレン基、酸素原子を介したアルキレン基が好ましい。ここで、酸素原子を介したアルキレン基とは、−アルキレン−O−アルキレン−、−アルキレン−O−、及び、−O−アルキレン−などの連結基である。
における2価の連結基は置換基を有してもよく、この置換基としては、−OH、−OC(=O)C(Ra3)=CH、−(O−Yn3−OH、−(O−Yn3−O−C(=O)C(Ra3)=CH等が好ましく挙げられる。ここで、Ra3はRa1と同義であり、YはYと同義であり、n3はn1と同義であり、それぞれ好ましい態様も同様である。
は、アルキレン基、酸素原子を介したアルキレン基又は下記式L1〜式L6のいずれかで表される基であることがより好ましい。
式L1〜式L6中、Ra3はRa1と同義であり、Y及びYはYと同義であり、n3及びn4はn1と同義であり、m1は1以上の数を表す。
における二価の連結基は、例えば、アルキレン基、酸素原子又は−N(Rx)一を介したアルキレン基、フェニレン基が挙げられ、アルキレン基、酸素原子又は−N(Rx)−を介したアルキレン基が好ましい。ここで、Rxは水素原子又はアルキル基を表す。
アルキレン基、又は、酸素原子を介したアルキレン基における各アルキレン部分構造の炭素数は、2〜10が好ましく、2〜6がより好ましく、2又は3、すなわち、エチレン基、プロピレン基が更に好ましく、エチレン基が特に好ましい。
における二価の連結基は、例えば、アルキレン基、酸素原子を介したアルキレン基アリーレン基が好ましく、アルキレン基又はフェニレン基がより好ましい。該連結基は置換基を有してもよい。このような置換基としては、水酸基、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アシルオキシ基、及び、アシルアミノ基等が挙げられる。
ここで、アルキレン基は−CH−O−Ar−O−CH−、−CH−O−Ar−Z−Ar−O−CH−、−CH−O−C(=O)−Ar−C(=O)−O−CH−のように間に二価の基を挟んでもよい。なお、Arはアリーレン基を表し、Zはアルキレン基(例えば、メチレン基、2,2−プロパンジイル基、2,2−ブタンジイル基)、−O−、又は、−S−を表す。
また、多価アルコールの各水酸基部分が、−OCH−となった基が好ましい。この場合、化合物としては、多価アルコールのアリルエーテルとなる。
式M1で表される化合物としては、具体的には、例えば、以下の多価アルコールの水酸基をいずれも(メタ)アクリロイル化した化合物が挙げられる。
エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ジグリセリン、ポリグリセリン、ソルビット、ポリオキシエチレングリセリン、ポリオキシプロピレングリセリルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリセリルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレントリメチロールプロパン、ポリオキシプロピレンジグリセリルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンペンタエリスリトールエーテル、ポリオキシエチレンジペンタエリスリトールエーテル、ポリオキシプロピレンソルビット
これらの合成原料である多価アルコールは市販されており、例えば、東京化成工業(株)、阪本薬品工業(株)、日油(株)から入手でき、特に、日油(株)製のユニグリG−2、ユニオックスG−1200、ユニオールSGP−65、同TG−700、同TG−1000、同TG−3000、同TG−4000R、ユニループ50TG−32、同43TT−2500、同10TT−4500、同DGP−700、同DGP−700F、同DGP−950、同5TP−300KB、ユニオールHS−1600D、同HS−2000D(いずれも商品名)が好ましく使用される。
また、これらの多価アルコールを(メタ)アクリル酸クロライド等のアシル化剤でアシル化することで、容易に式M1で表される化合物を得ることができる。
式M2で表される化合物としては、メチレンビス(メタ)アクリルアミド、エチレンビス(メタ)アクリルアミド、プロピレンビス(メタ)アクリルアミド、1,2−ビス(メタ)アクリルアミドプロパン、1,2−ビス(メタ)アクリルアミド−2−メチルプロパン、2,3−ジメチル−2,3−ビス(メタ)アクリルアミドブタン、2,2−ジメチル−1,3−ビス(メタ)アクリルアミドプロパン、3,3’−ビス(メタ)アクリルアミド−N−メチルジプロピルアミン、3,3’−ビス(メタ)アクリルアミドジプロピルアミン、1,3−ビス(メタ)アクリルアミドペンタン、トリス[3−(メタ)アクリルアミドプロピル]アミン、2−メチル−1,3−ビス(メタ)アクリルアミドプロパン、ジエチレングリコールビス(3−(メタ)アクリルアミドプロピル)エーテル、トリス(2−(メタ)アクリルアミドエチル)アミン、ジエチレントリアミンのトリ(メタ)アクリルアミド化体、及び、トリエチレンテトラミンのテトラ(メタ)アクリルアミド化体等の多官能(メタ)アクリルアミド類が挙げられる。
式M3で表される化合物としては、ジビニルアルキレングリコール(例えば、ジビニルエチレングリコール)、ジアリルオキシアルカン等の多官能脂肪族ビニル系モノマー、ジビニルベンゼン、ジアリルフタレート、ジアリルベンゼンホスホネート等の多官能芳香族ビニル系モノマーが挙げられる。
また、上記重合性化合物は、下記式M4で表される化合物を含むことが好ましい。
式M4中、R1mはそれぞれ独立に、水素原子又はメチル基を表し、L1mはそれぞれ独立に、炭素数2〜4の直鎖又は分岐のアルキレン基を表し、ただし、L1mにおいて、L1mの両端に結合する酸素原子と窒素原子とがL1mの同一の炭素原子に結合した構造をとることはなく、L2mは二価の連結基を表し、kはそれぞれ独立に、2又は3を表し、x、y及びzはそれぞれ独立に、0〜6の整数を表し、x+y+zは0〜18を満たす。
式M4におけるL1mのアルキレン基の炭素数は、3又は4が好ましく、3がより好ましい。中でも、L1mは、炭素数3の直鎖のアルキレン基が特に好ましい。L1mのアルキレン基は更に置換基を有していてもよく、この置換基としては、アリール基、及び、アルコキシ基等が挙げられる。
式M4のL2mにおける二価の連結基としては、アルキレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又は、これらの組み合わせからなる基等が挙げられ、アルキレン基であることが好ましい。なお、二価の連結基がアルキレン基を含む場合、このアルキレン基中には更に−O−、−S−及び−N(Ra)−から選ばれる少なくとも1種の基が含まれていてもよい。ここで、Raは、水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基を表す。
なお、アルキレン基中に−〇−を含むとは、例えば、−アルキレン−O−アルキレン−のように、アルキレン基が酸素原子を介して連結したものである。
−O−が含まれるアルキレン基の具体例としては、−C−O−C−、−C−O−C−等が挙げられる。
2mがアルキレン基を含む場合、アルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、ヘプチレン基、オクチン基、及び、ノニレン基等が挙げられる。
アルキレン基の炭素数は、1〜6が好ましく、1〜3がより好ましく、1が特に好ましい。
また、このアルキレン基は更に置換基を有していてもよく、置換基の例としてはアリール基(好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは炭素数6〜10のアリール基)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜6、より好ましくは炭素数1〜3のアルコキシ基)等が挙げられる。
2mがアリーレン基を含む場合、アリーレン基としては、フェニレン基、及び、ナフチレン基等が挙げられる。
アリーレン基の炭素数は、6〜14が好ましく、6〜10がより好ましく、6が特に好ましい。
また、このアリーレン基は更に置換基を有していてもよく、置換基の例としてはアルキル基(好ましくは炭素数1〜6、より好ましくは炭素数1〜3のアルキル基)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜6、より好ましくは炭素数1〜3のアルコキシ基)等が挙げられる。
2mが二価の複素環基を含む場合、この複素環は、5員又は6員環が好ましく、縮環していてもよい。また、芳香族複素環であっても非芳香族複素環であってもよい。
二価の複素環基の複素環としては、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン、キノリン、イソキノリン、キナゾリン、シンノリン、フタラジン、キノキサリン、ピロール、インドール、フラン、ベンゾブラン、チオフェン、ベンゾチオフェン、ピラゾール、イミダゾール、ベンズイミダゾール、トリアゾール、オキサゾール、ベンズオキサゾール、チアゾール、ベンゾチアゾール、イソチアゾール、ベンズイソチアゾール、チアジアゾール、イソオキサゾール、ベンズイソオキサゾール、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、イミダゾリジン、及び、チアゾリンよりなる群から選ばれた複素環が挙げられる。中でも、芳香族複素環が好ましく、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン、ピラゾール、イミダゾール、ベンズイミダゾール、トリアゾール、チアゾール、ベンゾチアゾール、イソチアゾール、ベンズイソチアゾール、及び、チアジアゾールよりなる群から選ばれた複素環がより好ましい。
二価の複素環基の複素環の2つの結合手の位置は、特に限定されるものではなく、例えばピリジンであれば、2位、3位、4位で置換することが可能で、2つの結合手はいずれの位置でも構わない。
また、二価の複素環基の複素環は更に置換基を有してもよく、置換基の例としては、アルキル基(好ましくは炭素数1〜6、より好ましくは炭素数1〜3のアルキル基)、アリール基(好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは炭素数6〜10のアリール基)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜6、より好ましくは炭素数1〜3のアルコキシ基)等が挙げられる。
式M4におけるC2kは、直鎖構造であっても分岐構造であってもよい。
式M4におけるx、y及びzはそれぞれ独立に、0〜5の整数が好ましく、0〜3の整数がより好ましい。また、x+y+zは、0〜15を満たすことが好ましく、0〜9を満たすことがより好ましい。
また、上記式M4で表される化合物としては、下記重合性化合物1〜12よりなる群から選ばれた少なくとも1種の化合物を含むことが好ましい。
重合性化合物は、1種単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
本開示の水性硬化性組成物における重合性化合物の含有量は、その用途にも関連するが、硬化性の観点から、水性硬化性組成物の全質量に対し、10〜80質量%が好ましく、15〜70質量%がより好ましく、20〜60質量%が特に好ましい。
<溶剤>
本開示の水性硬化性組成物は、水以外の溶剤を更に含有してもよい。
水以外の溶剤としては、有機溶剤が挙げられる。
本開示の水性硬化性組成物をインク組成物として使用する場合、乾燥防止効果あるいはインクの紙への浸透促進効果が期待できる観点から、有機溶剤と水とを併用することも好ましい。水との併用を考慮すると、有機溶剤としては水溶性有機溶剤を用いることがより好ましい。また、噴射ノズルのインク吐出口付近に付着した硬化性組成物が、乾燥固化してインク吐出口を目詰まりさせてしまうのを防ぐためには、蒸気圧が水よりも低い有機溶剤を用いることが好ましい。
本開示で用いることができる有機溶剤、特に水溶性有機溶剤としては、例えば、グリセリン、1,2,6−ヘキサントリオール、トリメチロールプロパン、エチレングリコール、プロピレングリコール等のアルカンジオール(多価アルコール類);糖アルコール類;エタノール、メタノール、ブタノール、プロパノール、イソプロパノールなどの炭素数1〜4のアルキルアルコール類;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、エチレングリコールモノ−t−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−t−ブチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、1−メチル−1−メトキシブタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノ−t−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、プロピレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノイソプロピルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテルなどのグリコールエーテル類等が挙げられる。
乾燥防止の目的としては、多価アルコール類が有用である。例えば、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、及び、2,3−ブタンジオールなどが挙げられる。
浸透促進の目的としては、脂肪族ジオールが好適である。脂肪族ジオールとしては、例えば、2−エチル−2−メチル−1,3−プロパンジオール、3,3−ジメチル−1,2−ブタンジオール、2,2−ジエチル−1,3−プロパンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、及び、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールなどが挙げられる。これらの中でも、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、及び、2,2,4一トリメチル−1,3−ペンタンジオールが好ましい例として挙げることができる。
また、本開示の水性硬化性組成物をインク組成物として使用する場合、記録媒体におけるカール発生抑制の点から、有機溶剤として、下記式Sで表される化合物の少なくとも1種を含有することが好ましい。
式S中、Lはアルキレン基を表し、l1、l2及びl3はそれぞれ独立に、1以上の整数を表し、l1+l2+l3=3〜15を満たす。
はエチレン基、又は、プロピレン基が好ましく、プロピレン基がより好ましい。ここで、l1、l2又はl3が2以上のとき、複数の−〇−L−は同一であっても、異なっていてもよい。
l1+l2+l3の値は、3〜12の範囲が好ましく、3〜10の範囲がより好ましい。11+12+13の値は、3以上であると良好なカール抑制力を示し、15以下であると良好な吐出性が得られる。
以下に、式Sで表される化合物の具体例を示す。なお、下記化合物中、「POP(3)グリセリルエーテル」との記載は、グリセリンにプロピレンオキシ基が合計で3つ結合したグリセリルエーテルであることを意味し、他の記載についても同様である。
更に、記録媒体におけるカール発生抑制の点から、有機溶剤として下記の化合物a〜化合物gを含有することも好ましい。なお、AOは、エチレンオキシ(EO)〔−CHCHO−〕及びプロピレンオキシ(PO)〔−CO−〕の少なくとも一方を表す。
化合物a:n−CO(AO)−H(AO=EO又はPOで、比率はEO:PO=1:1)(日油(株)製)
化合物b:n−CO(AO)10−H(AO=EO又はPOで、比率はEO:PO=1:1)(日油(株)製)
化合物c:HO(AO)40−H(AO=EO又はPOで、比率はEO:PO=1:3)(日油(株)製)
化合物d:HO(AO)55−H(AO=EO又はPOで、比率はEO:PO=5:6)(日油(株)製)
化合物e:HO(PO)−H(PP−200、三洋化成工業(株)製)
化合物f:HO(PO)−H(PP−400、三洋化成工業(株)製)
化合物g:1,2−ヘキサンジオール(宇部興産(株)製)
本開示において、水以外の溶剤は、1種単独で使用しても、2種類以上混合して使用してもよい。
水以外の溶剤の含有量は、水性硬化性組成物の全質量に対して、0〜40質量%が好ましく、0〜20質量%がより好ましく、0〜10質量%が特に好ましい。上記範囲であると、インク組成物として用いた場合には、インク組成物の安定性や吐出性を悪化させずにカールを抑制することができる。
<界面活性剤>
本開示の水性硬化性組成物は、必要に応じて、界面活性剤を含有してもよい。
界面活性剤としては、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、及び、ベタイン系界面活性剤のいずれも使用することができる。また、後述する分散剤(ポリマー分散剤)を界面活性剤として用いてもよい。中でも、ノニオン性界面活性剤を用いることが好ましく、アセチレングリコール構造を有するノニオン性界面活性剤が特に好ましい。
本開示において、界面活性剤は、1種単独で使用しても、2種類以上混合して使用してもよい。
界面活性剤の含有量は、特に制限はないが、水性硬化性組成物の全質量に対して、0.01〜10質量%が好ましく、0.05〜5質量%がより好ましく、0.1〜2質量%が特に好ましい。上記範囲であると、硬化性を阻害せず良好な基材密着性が得られる。
<着色剤>
本開示の水性硬化性組成物は、着色剤を含有してもよい。着色剤を含有する水性硬化性組成物は、インク組成物として好適に用いることができる。
なお、本明細書において「インク組成物」には、着色剤を含有しないクリアインク(無色インク)組成物も含まれる。また、本明細書において、「インク組成物」と「インク用の組成物」は同義である。
上記着色剤としては、公知の染料、顔料等を特に制限なく用いることができる。中でも、着色性の観点から、水にほとんど不溶であるか、又は、難溶である着色剤を用いることが好ましい。具体的には、各種顔料、分散染料、油溶性染料、J会合体を形成する色素等を挙げられるが、これらの中でも、耐光性の観点から、顔料であることが好ましい。
顔料は、有機顔料及び無機顔料のいずれも使用することができる。
有機顔料としては、アゾ顔料、多環式顔料、染料キレート、ニトロ顔料、ニトロソ顔料、アニリンブラックなどが挙げられる。これらの中でも、アゾ顔料、多環式顔料などが好ましい。アゾ顔料としては、アゾレーキ、不溶性アゾ顔料、縮合アゾ顔料、キレートアゾ顔料、などが挙げられる。多環式顔料としては、フタロシアニン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、アントラキノン顔料、キナクリドン顔料、ジケトピロロピロール顔料、ジオキサジン顔料、インジゴ顔料、チオインジゴ顔料、イソインドリノン顔料、キノフタロン顔料などが挙げられる。染料キレートとしては、塩基性染料型キレート、酸性染料型キレートなどを用いることができる。
無機顔料としては、酸化チタン、酸化鉄、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、バリウムイエロー、カドミウムレッド、クロムイエロー、カーボンブラックを用いることができる。これらの中でも、カーボンブラックが特に好ましく、コンタクト法、ファーネス法、サーマル法などの公知の方法によって製造されたカーボンブラックを用いることができる。
より具体的には、特開2007−100071号公報の段落0142〜0145に記載の顔料等が挙げられ、これらは本開示の水性硬化性組成物において好ましく使用される。
本開示の水性硬化性組成物は、着色剤を1種単独で使用してもよく、複数種の色材を選択して組み合わせて使用してもよい。
本開示の水性硬化性組成物をインク組成物として使用する場合、インク組成物中における着色剤の含有量は、色濃度、粒状性、吐出信頼性の観点から、インク組成物全量に対して、0.5〜20質量%が好ましく、1〜15質量%がより好ましく、2〜10質量%が特に好ましい。
<分散剤>
本開示の水性硬化性組成物が顔料を含有する場合、本開示の水性硬化性組成物は、分散剤を含有することが好ましい。
また、本開示の水性硬化性組成物の調製の際、顔料が分散剤によって、水やアルコール類等の水系媒体に分散された分散物(以下、着色粒子分散物ともいう。)を用いることが好ましい。
分散剤としては、ポリマー分散剤、低分子の界面活性剤型分散剤などを使用でき、ポリマー分散剤が好ましい。
着色粒子分散物は、顔料粒子の分散安定性と、インク組成物で使用した場合は、インクジェット法に適用した場合の吐出性との観点から、顔料をポリマー分散剤によって水に分散させた後、架橋剤を添加してポリマー分散剤同士を架橋させ、架橋ポリマーにより顔料表面の少なくとも一部が被覆された着色粒子分散物であることが好ましい。
ポリマー分散剤としては、水溶性ポリマー分散剤及び水不溶性ポリマー分散剤を使用できるが、顔料粒子の分散安定性の観点から、また、インクジェット法に適用した場合の吐出性の観点から、水不溶性ポリマー分散剤が好ましい。
本開示に用いることができる水不溶性ポリマー分散剤は、顔料を分散可能であれば特に制限はなく、公知の水不溶性ポリマー分散剤を使用できる。例えば、疎水性の構成単位と親水性の構成単位とからなるポリマーを水不溶性ポリマー分散剤として好適に用いることができる。
上記疎水性の構成単位となるモノマーは、スチレン系モノマー、アルキル(メタ)アクリレート、芳香族基含有(メタ)アクリレート等を挙げることができる。
上記親水性構成単位となるモノマーは、親水性基を含むモノマーであれば特に制限はなく、親水性基としては、ノニオン性基、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基等を挙げることができる。なお、ノニオン性基としては、水酸基、(窒素原子が無置換の)アミド基、アルキレンオキシド重合体(例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等)に由来する基、糖アルコールに由来する基等が挙げられる。親水性構成単位は、分散安定性の観点から、少なくともカルボキシル基を有することが好ましく、ノニオン性基とカルボキシル基とを共に有することもまた好ましい。
水不溶性ポリマー分散剤として具体的には、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体、スチレン−(メタ)アクリル酸−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、(メタ)アクリル酸エステル−(メタ)アクリル酸共重合体、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート−(メタ)アクリル酸共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体等が挙げられる。
水不溶性ポリマー分散剤は、顔料の分散安定性の観点から、カルボキシル基を含むビニルポリマーであることが好ましく、疎水性の構成単位として少なくとも芳香族基含有モノマーに由来する構成単位を有し、親水性の構成単位としてカルボキシル基を有する構成単位を有するビニルポリマーであることがより好ましい。
水不溶性ポリマー分散剤の重量平均分子量は、顔料の分散安定性の観点から、3,000〜200,000が好ましく、5,000〜100,000がより好ましく、5,000〜80,000が更に好ましく、10,000〜60,000が特に好ましい。
本開示の水性硬化性組成物に含まれる着色剤は、上記顔料及び上記水不溶性ポリマー分散剤を含んで構成されていることが好ましく、顔料の表面の少なくとも一部が水不溶性ポリマー分散剤で被覆されて構成されている着色粒子であることが好ましい。
このような着色粒子は、例えば、顔料、分散剤、必要に応じて水や溶剤等を含む混合物を、分散機により分散することで、着色粒子分散物として得ることができる。具体的には、例えば、上記顔料と上記水不溶性ポリマー分散剤と上記分散剤を溶解又は分散する有機溶剤との混合物に、塩基性物質を含む水溶液を加える工程(混合水和工程)の後、上記有機溶剤を除く工程(溶剤除去工程)を設けて着色粒子分散物を製造することができる。この方法によれば、顔料が微細に分散され、保存安定性に優れた着色粒子分散物を得ることができる。
着色粒子分散物の体積平均粒径としては、10〜200nmが好ましく、10〜150nmがより好ましく、10〜100nmが特に好ましい。なお、着色粒子分散物をインク組成物中に使用した場合、体積平均粒径が200nm以下であることで色再現性が良好になり、更にインクジェット法の場合には打滴特性が良好になる。また、体積平均粒径が10nm以上であることで、耐光性が良好になる。
着色粒子(着色剤)の粒径分布に関しては、特に制限はなく、広い粒径分布又は単分散性の粒径分布のいずれであってもよい。また、単分散性の粒径分布を有する着色剤を、2種以上混合して使用してもよい。なお、体積平均粒径及び粒径分布は、例えば、光散乱法を用いて測定することができる。
本開示の水性硬化性組成物においては、このような着色粒子分散物を1種単独で、また2種以上を組み合わせて使用してもよい。
分散剤は、顔料に対して、10〜100質量%使用することが好ましく、20〜70質量%がより好ましく、30〜50質量%が特に好ましい。顔料に対する分散剤の含有量を上記範囲とすることで、顔料粒子が適量の分散剤で被覆され、分散性、分散安定性、着色性に優れた着色粒子を得ることができる。
着色粒子分散物は、水不溶性ポリマー分散剤に加えて、その他の分散剤を含んでいてもよい。例えば、通常用いられる水溶性低分子分散剤や、水溶性ポリマー等を用いることができる。水不溶性ポリマー分散剤以外の分散剤は、上述の分散剤の含有量の範囲内で用いることができる。
<増感剤>
本開示の水性硬化性組成物は、上述した成分の他に増感色素等の増感剤を含有してもよい。増感色素は、公知の増感色素を用いることができ、特に限定されないが、本開示の水性硬化性組成物の特性を考慮すると、水に対する溶解性のよいものが好ましい。具体的には、水に対して25℃において0.5質量%以上溶解するものが好ましく、1質量%以上溶解するものがより好ましく、3質量%以上溶解するものが特に好ましい。また、増感色素としては、非水溶性の重合開始剤を水溶性媒体等に分散した重合開始剤も用いることができる。
本開示の水性硬化性組成物に併用しうる増感剤の例としては、N−[2−ヒドロキシ−3−(3,4−ジメチル−9−オキソ−9H−チオキサンテン−2−イルオキシ)プロピル]−N,N,N−トリメチルアミニウムクロリド、ベンゾフェノン、チオキサントン、アントラキノン誘導体及び3−アシルクマリン誘導体、ターフェニル、スチリルケトン及び3−(アロイルメチレン)チアゾリン、ショウノウキノン、エオシン、ローダミン及びエリスロシン、並びに、これらを水溶性にした変性体及び分散体などが挙げられる。また、特開2010−24276号公報に記載の増感色素や、特開平6−107718号公報に記載の増感色素も本開示において好適に使用できる。
<樹脂粒子>
本開示の水性硬化性組成物は、必要に応じて樹脂粒子を含有してもよい。
樹脂粒子としては、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、スチレン−ブタジエン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アクリル−スチレン系樹脂、ブタジエン系樹脂、スチレン系樹脂、架橋アクリル樹脂、架橋スチレン系樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン系樹脂、パラフィン系樹脂、及び、フッ素系樹脂等の粒子、あるいはそのラテックスを用いることができる。中でも、アクリル系樹脂、アクリル−スチレン系樹脂、スチレン系樹脂、架橋アクリル樹脂、又は、架橋スチレン系樹脂が好ましい。
樹脂粒子の重量平均分子量は、1万〜20万であることが好ましく、10万〜20万がより好ましい。
樹脂粒子の体積平均粒径は、10nm〜1μmであることが好ましく、15〜200nmがより好ましく、20〜50nmが特に好ましい。
樹脂粒子の粒径分布は、特に制限はなく、広い粒径分布を持つもの、又は、単分散の粒径分布を持つもの、いずれでもよい。また、単分散の粒径分布を持つ樹脂粒子を、2種以上混合して使用してもよい。体積平均粒径及び粒径分布は、上述の着色粒子分散物の場合と同様に測定することができる。
また、樹脂粒子のガラス転移温度(Tg)は、30℃以上であることが好ましく、40℃以上がより好ましく、50℃以上が特に好ましい。なお、本開示においてガラス転移温度は、実測によって得られる測定Tgを適用する。具体的には、測定Tgは、エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)製の示差走査熱量計(DSC)EXSTAR6220を用いて通常の測定条件で測定された値を意味する。
上記樹脂粒子の含有量は、水性硬化性組成物全質量に対して、0〜20質量%が好ましく、0〜10質量%がより好ましく、0〜5質量%が特に好ましい。
<その他の成分>
上記の各成分に加え、本開示の水性硬化性組成物は、他の成分を含有してもよい。
その他の成分としては、紫外線吸収剤、褪色防止剤、防徽剤、pH調整剤、防錆剤、酸化防止剤、乳化安定剤、防腐剤、消泡剤、粘度調整剤、分散安定剤、キレート剤、及び、固体湿潤剤等の公知の各種添加剤が挙げられる。
紫外線吸収剤としては、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、サリチレート系紫外線吸収剤、シアノアクリレート系紫外線吸収剤、及び、ニッケル錯塩系紫外線吸収剤などが挙げられる。
褪色防止剤としては、各種の有機系及び金属錯体系の褪色防止剤を使用することができる。有機系の褪色防止剤としては、ハイドロキノン類、アルコキシフェノール類、ジアルコキシフェノール類、フェノール類、アニリン類、アミン類、インダン類、クロマン類、アルコキシアニリン類、及び、ヘテロ環類などが挙げられる。金属錯体系の褪色防止剤としては、ニッケル錯体、及び、亜鉛錯体などが挙げられる。
防徽剤としては、デヒドロ酢酸ナトリウム、安息香酸ナトリウム、ナトリウムピリジンチオン−1−オキシド、p−ヒドロキシ安息香酸エチルエステル、1,2−ベンズイソチアゾリン−3−オン、ソルビン酸ナトリウム、及び、ペンタクロロフェノールナトリウムなどが挙げられる。
防徽剤は、水性硬化性組成物中に0.02〜1.00質量%の範囲で含有するのが好ましい。
pH調整剤としては、調合される硬化性組成物に悪影響を及ぼさずにpHを所望の値に調整できる化合物であれば特に制限はない。例えば、アルコールアミン類(例えば、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、2−アミノ−2−エチル−1,3−プロパンジオールなど)、アルカリ金属水酸化物(例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなど)、アンモニウム水酸化物(例えば、水酸化アンモニウム、第四級アンモニウム水酸化物など)、ホスホニウム水酸化物、及び、アルカリ金属炭酸塩などが挙げられる。
防錆剤としては、酸性亜硫酸塩、チオ硫酸ナトリウム、チオジグリコール酸アンモン、ジイソプロピルアンモニウムニトライト、四硝酸ペンタエリスリトール、及び、ジシクロヘキシルアンモニウムニトライトなどが挙げられる。
酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤(ヒンダードフェノール系酸化防止剤を含む)、アミン系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤、及び、リン系酸化防止剤などが挙げられる。
キレート剤としては、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム、ニトリロ三酢酸ナトリウム、ヒドロキシエチルエチレンジアミン三酢酸ナトリウム、ジエチレントリアミン五酢酸ナトリウム、及び、ウラミル二酢酸ナトリウムなどが挙げられる。
続いて、本開示の水性硬化性組成物をインク組成物として用いる場合について以下に具体的に説明する。
(インク組成物)
本開示の水性硬化性組成物をインク組成物として用いる場合には、本開示の水性硬化性組成物は、着色剤含有することが好ましく、着色剤及び分散剤を含有することがより好ましい。
また、本開示の水性硬化性組成物は、インクジェット用インク組成物として好適に用いることができる。
なお、本開示の水性硬化性組成物をインク組成物として用いる場合の粘度や表面張力は、インク組成物の用途や画像形成方法に応じて適宜選択及び調整できる。
例えば、本開示の水性硬化性組成物をインクジェット用インク組成物として用いる場合、吐出時の温度でのインク組成物の粘度は、1.2mPa・s以上15.0mPa・s以下であることが好ましく、2mPa・s以上13mPa・s未満であることがより好ましく、2.5mPa・s以上10mPa・s未満であることが特に好ましい。
(画像形成方法)
本開示の画像形成方法は、本開示の水性硬化性組成物(以下、本開示の画像形成方法に用いる本開示の水性硬化性組成物を「インク組成物」又は単に「インク」ともいう。)を記録媒体上に付与するインク付与工程と、付与したインク組成物に活性エネルギー線を照射する照射工程とを含むものである。更に、本開示の画像形成方法は、インク組成物の成分と接触して凝集体を形成し得る凝集剤を含む処理液を、記録媒体上に付与する処理液付与工程を含んでいてもよい。
<記録媒体>
本開示の画像形成方法で用いる記録媒体には、特に制限はなく、一般のオフセット印刷に用いられるセルロースを主体とする一般印刷用紙、インクジェット専用紙、写真専用紙、電子写真共用紙、フィルム(樹脂フィルム等)、布帛、ガラス、金属、陶磁器等を用いることができる。
記録媒体としては、中でも、一般のオフセット印刷などに用いられる、いわゆる塗工紙が好ましい。塗工紙は、セルロースを主体とした一般に表面処理されていない上質紙や中性紙等の表面にコート材を塗布してコート層を設けた記録媒体である。塗工紙は、通常の水性インクを用いたインクジェット記録においては、比較的インクの吸収と乾燥が遅く、色濃度、画像の光沢性、耐擦過性など、品質上の問題を生じやすいが、本開示の画像形成方法によれば、色濃度、光沢性、耐擦過性の良好な画像を得ることができる。特に、原紙と無機顔料を含むコート層とを有する塗工紙を用いるのが好ましく、原紙とカオリン及び/又は重炭酸カルシウムを含むコート層とを有する塗工紙を用いるのがより好ましい。具体的には、アート紙、コート紙、軽量コート紙又は微塗工紙がより好ましい。
上記塗工紙としては、市販されているものを使用することができ、例えば、王子製紙(株)製「OK金藤+」及び三菱製紙(株)製「特菱アート」等のアート紙(A1)、王子製紙(株)製「OKトップコート+」及び日本製紙(株)製「オーロラコート」等のコート紙(A2、B2)、日本製紙(株)製「ユーライト」等のマットコート紙、王子製紙(株)製「OKコートL」及び日本製紙(株)製「オーロラL」等の軽量コート紙(A3)、並びに、王子製紙(株)製「OKエバーライトコート」及び日本製紙(株)製「オーロラS」等の微塗工紙等が挙げられる。
<インク付与工程>
インク組成物を記録媒体上に付与する方法としては、所望の画像様にインク組成物を付与できれば特に制限はなく、種々の公知のインク付与方法を用いることができる。例えば、凸版法、平版法、凹版法、孔版法、及び、インクジェット法等を挙げることができる。中でも、本開示の水性硬化性組成物が特にインクジェット用インク組成物として好適であること、及び、記録装置のコンパクト化と高速記録性との観点から、上記インク付与工程が、インクジェット法によってインク組成物を記録媒体上に付与することにより行われることが好ましい。
−インクジェット法−
インクジェット法では、インク組成物にエネルギーを供与することにより、インク吐出用ヘッドからインク組成物を吐出し、記録媒体上に着色画像を形成する。
本開示の画像形成方法に用いられるインクジェット法は、特に制限はなく公知の方式、例えば、インクを加熱して気泡を形成し、生じた圧力を利用するサーマルインクジェット(バブルジェット(登録商標))方式、静電誘引力を利用してインクを吐出させる電荷制御方式、ピエゾ素子の振動圧力を利用するドロップオンデマンド方式(圧力パルス方式)、電気信号から変換した音響ビーム(放射圧)を利用してインクを吐出させる音響方式等のいずれであっても適用することができる。
また、インクジェット法は、オンデマンド方式とコンティニュアス方式のいずれでもよい。更に、使用するインクノズル等についても特に制限はなく、目的に応じて、適宜選択することができる。
なお、上記インクジェット法には、フォトインクと称する濃度の低いインクを小さい体積で多数射出する方式、実質的に同じ色相で濃度の異なる複数のインクを用いて画質を改良する方式や無色透明のインクを用いる方式が含まれる。
また、インクジェット法として、短尺のシリアルヘッド(短尺ヘッド)を用い、シリアルヘッドを記録媒体の幅方向に走査させながら記録を行うシャトル方式と、記録媒体の1辺の全域に対応して記録素子が配列されているラインヘッドを用いたライン方式とがある。ライン方式では、記録素子の配列方向と直交する方向に記録媒体を走査させることで記録媒体の全面に画像記録を行うことができ、短尺ヘッドを走査するキャリッジ等の搬送系が不要となる。また、キャリッジの移動と記録媒体との複雑な走査制御が不要になり、記録媒体だけが移動するので、シャトル方式に比べて記録速度の高速化が実現できる。
より具体的には、本開示の画像形成方法では、特開2003−306623号公報の段落0093〜0105に記載のインクジェット法を好ましく適用することができる。
<処理液付与工程>
本開示の画像形成方法は、インク組成物の成分と接触して凝集体を形成し得る凝集剤を含む処理液を、記録媒体上に付与する処理液付与工程を含むことが好ましい。
処理液付与工程は、インク付与工程の前又は後のいずれに設けてもよい。本開示の画像形成方法においては、処理液付与工程の後にインク付与工程を設けた態様が好ましい。
具体的には、インク組成物を付与する前に、記録媒体上に予め、インク組成物中の色材(顔料等)及び/又はポリマー粒子を凝集させるための処理液を付与しておき、記録媒体上に付与された処理液に接触するようにインク組成物を付与する態様が好ましい。当該工程を行うことにより、画像記録を高速化でき、高速記録しても濃度、解像度の高い画像が得られる。
処理液の例としては、インク組成物のpHを変化させることにより凝集物を生じさせることができる液体組成物が挙げられる。このとき、処理液のpH(25℃)は、インク組成物の凝集速度の観点から、0〜6であることが好ましく、0.3〜3であることがより好ましく、0.5〜2であることが特に好ましい。
本開示で用いることができる処理液は、上記インク組成物と接触したときに凝集体を形成できる組成物である。具体的には、処理液は、処理液とインク組成物とが混合されたときに、インク組成物中の着色材(上述の顔料、着色粒子等)などの分散粒子を凝集させて凝集体を形成可能な凝集成分を少なくとも1種含み、必要に応じて、他の成分を含んで構成することができる。インク組成物と接触して凝集体を形成可能な凝集成分を含有する処理液と、インク組成物とが混合することにより、インク組成物中で安定的に分散している顔料等の凝集が促進される。
処理液は、凝集成分として、酸性化合物を少なくとも1種含有することが好ましい。
酸性化合物としては、リン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基、硫酸基、スルホン酸基、スルフィン酸基、又は、カルボキシル基を有する化合物、あるいはその塩(例えば多価金属塩)を使用することができる。中でも、インク組成物の凝集速度の観点から、リン酸基又はカルボキシル基を有する化合物がより好ましく、カルボキシル基を有する化合物であることが更に好ましい。
カルボキシル基を有する化合物としては、ポリアクリル酸、酢酸、グリコール酸、マロン酸、リンゴ酸、マレイン酸、アスコルビン酸、コハク酸、グルタル酸、フマル酸、クエン酸、酒石酸、乳酸、ピロリドンカルボン酸、ピロンカルボン酸、ピロールカルボン酸、フランカルボン酸、ピリジンカルボン酸、クマリン酸、チオフェンカルボン酸、ニコチン酸、若しくはこれらの誘導体、又はこれらの塩(例えば多価金属塩)等の中から選ばれることが好ましい。カルボキシル基を有する化合物は、1種類で使用されてもよく、2種類以上併用されてもよい。
上記凝集成分は、1種単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
処理液中の酸性化合物の含有量としては、凝集効果の観点から、処理液の全質量に対して、5〜95質量%であることが好ましく、10〜80質量%であることがより好ましい。
処理液は、上記酸性化合物に加えて、水系溶媒(例えば、水、水溶性有機溶媒など)を更に含んで構成することができる。また、界面活性剤等の各種添加剤を適宜含んで構成されてもよい。
また、高速凝集性を向上させる処理液の好ましい一例として、多価金属塩あるいはポリアリルアミンを添加した処理液も挙げることができる。
多価金属塩としては、周期表の第2族のアルカリ土類金属(例えば、マグネシウム、カルシウム)、周期表の第3族の遷移金属(例えば、ランタン)、周期表の第13族からのカチオン(例えば、アルミニウム)、及びランタニド類(例えば、ネオジム)の塩を挙げることができる。金属の塩としては、カルボン酸塩(蟻酸、酢酸、安息香酸塩など)、硝酸塩、塩化物、及び、チオシアン酸塩が好適である。中でも、好ましくは、カルボン酸(蟻酸、酢酸、安息香酸塩など)のカルシウム塩又はマグネシウム塩、硝酸のカルシウム塩又はマグネシウム塩、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、及び、チオシアン酸のカルシウム塩又はマグネシウム塩である。
ポリアリルアミンとしては、ポリアリルアミン、及び、ポリアリルアミン誘導体を挙げることができる。
処理液中における多価金属塩又はポリアリルアミンの含有量としては、処理液の全質量に対して、1〜10質量%が好ましく、1.5〜7質量%がより好ましく、2〜6質量%が特に好ましい。
処理液の粘度としては、インク組成物の凝集速度の観点から、1〜30mPa・sの範囲が好ましく、1〜20mPa・sの範囲がより好ましく、1〜15mPa・sの範囲が更に好ましく、1〜10mPa・sの範囲が特に好ましい。
なお、粘度は、VISCOMETER TV−22(東機産業(株)製)を用いて20℃の条件下で測定されるものである。
また、処理液の表面張力としては、インク組成物の凝集速度の観点から、20〜60rnN/mの範囲が好ましく、20〜45mN/mの範囲がより好ましく、25〜40mN/mの範囲が更に好ましい。
なお、表面張力は、Automatic SurfaceTensiometer CBVP−Z(協和界面科学(株)製)を用いて25℃の条件下で測定されるものである。
処理液の付与は、塗布法、インクジェット法、及び、浸漬法などの公知の方法を適用して行うことができる。
塗布法としては、バーコーター、エクストルージョンダイコーター、エアードクターコーター、ブレードコーター、ロッドコーター、ナイフコーター、スクイズコーター、リバースロールコーター等を用いた公知の塗布方法によって行うことができる。
インクジェット法の詳細については、既述の通りである。
処理液の付与量としては、インク組成物を凝集可能であれば特に制限はないが、凝集剤の付与量が0.5〜4.0g/m以上となる量であることが好ましい。中でも、凝集剤の付与量が0.9〜3.75g/mとなる量であることが特に好ましい。凝集剤の付与量が0.5g/m以上であると、インク組成物の種々の使用形態に応じ良好な高速凝集性が保てる。また、凝集剤の付与量が4.0g/m以下であることは、付与した記録媒体の表面性に悪影響(光沢の変化等)を与えない点で好ましい。
<加熱乾燥工程>
本開示の画像形成方法においては、処理液付与工程後にインク付与工程を設け、処理液を記録媒体上に付与した後、インク組成物が付与されるまでの間に、記録媒体上の処理液を加熱乾燥する加熱乾燥工程を更に設けることが好ましい。インク付与工程前に予め処理液を加熱乾燥させることにより、滲み防止などのインク着色性が良好になり、色濃度及び色相の良好な可視画像を記録できる。
加熱乾燥は、ヒータ等の公知の加熱手段やドライヤ等の送風を利用した送風手段、あるいはこれらを組み合わせた手段により行える。
加熱方法としては、例えば、記録媒体の処理液の付与面と反対面側からヒータ等で熱を与える方法や、記録媒体の処理液の付与面に温風又は熱風をあてる方法、赤外線ヒータを用いた加熱法などが挙げられ、これらの複数を組み合わせて加熱してもよい。
<活性エネルギー線照射工程>
本開示の画像記録方法は、上記インク付与工程の後、記録媒体上に付与されたインク組成物に活性エネルギー線を照射する活性エネルギー線照射工程を含むことが好ましい。活性エネルギー線の照射により、インク組成物中の重合性化合物が硬化して色材を含む硬化膜を形成し、画像を定着させることができる。
本開示の画像形成方法においては、活性エネルギー線として、α線、γ線、電子線、X線、紫外線(UV)、可視光、赤外光などを用いることができる。これらの活性エネルギー線のうち、安全性等の観点から、紫外線、可視光線及び/又は赤外線が好ましく、紫外線がより好ましい。
活性エネルギー線の波長としては、200〜600nmであることが好ましく、250〜450nmがより好ましく、250〜400nmが特に好ましい。
活性エネルギー線の出力は、5,000mJ/cm以下であることが好ましく、10〜4,000mJ/cmがより好ましく、20〜3,000mJ/cmが特に好ましい。
活性エネルギー線を照射できる装置としては、LEDランプ、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ、DeepUVランプ、低圧UVランプなどの水銀ランプ、ハライドランプ、キセノンフラッシュランプ、メタルハライドランプ、ArFエキシマランプ、KrFエキシマランプなどのエキシマランプ、極端紫外光ランプ、電子ビーム、又は、X線ランプを光源とする露光装置が挙げられる。
紫外線照射は、通常の紫外線照射装置、例えば、市販の硬化/接着/露光用の紫外線照射装置(ウシオ電機(株)製SP9−250UB等)を用いて行うことができる。
また、発光ダイオード(LED)及びレーザーダイオード(LD)を活性エネルギー線源として用いることもできる。LED(UV−LED)、LD(UV−LD)は小型、高寿命、高効率、低コストであり、光硬化型インクジェット用光源として期待されている。特に、紫外線源を要する場合、紫外LED及び紫外LDを使用することができる。例えば、目亜化学(株)は、主放出スペクトルが365nmと420nmとの間の波長を有する紫色LEDを上市している。
本開示の画像形成方法に用いられる活性エネルギー線源は、水銀ランプ又はメタルハライドランプであることが好ましい。
<インク乾燥工程>
本開示の画像形成方法においては、必要に応じて、記録媒体上に付与されたインク組成物中の溶媒(水、及び、任意に有機溶剤等)を乾燥除去するインク乾燥工程を備えていてもよい。
上記インク乾燥工程は、インク付与工程の後に行われればよく、活性エネルギー線照射工程の前であっても後であってもよいが、活性エネルギー線照射工程の前に行われることが好ましい。
インク乾燥方法は、溶媒の少なくとも一部を除去できればよく、公知の方法を適用することができる。例えば、ヒータ等による加熱やドライヤ等による送風、あるいはこれらを組み合わせた方法で行うことができる。
(水溶性光重合開始剤)
本開示の水溶性光重合開始剤は、アシルホスフィンオキシド構造におけるリン原子に結合する芳香族アシル基の芳香環に更に1つ以上のカルボニル基が直接結合した構造を有する水溶性光重合開始剤である。
本開示の水溶性光重合開始剤の好ましい態様は、本開示の水性硬化性組成物において上述した特定重合開始剤の好ましい態様と同様である。
また、本開示の水溶性光重合開始剤は、下記式1−1又は式2−1で表される化合物であることが好ましい。
式1−1及び式2−1中、Rはそれぞれ独立に、−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及びアルキレンオキサイド基−{(CHO}−よりなる群から選択された1種類以上の基を有し、かつ式1−1又は式2−1のカルボニル基に炭素原子で結合する基を表し、Rは水素原子、アルキル基、フェニル基又はアラルキル基を表し、xは2〜6の整数の整数を表し、yは3〜500の整数を表し、Rはそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、又は、アルコキシ基を表し、m1はそれぞれ独立に、0〜4の整数を表し、m2は0〜5の整数を表し、nはそれぞれ独立に、1〜3の整数を表し、pは0〜3の整数を表す。
本開示の水溶性光重合開始剤における式1−1又は式2−1で表される化合物の好ましい態様は、本開示の水性硬化性組成物において上述した式1−1又は式2−1で表される化合物の好ましい態様とそれぞれ同様である。
また、本開示の水溶性光重合開始剤は、下記式1−2、式2−2、式1−3又は式2−3で表される化合物であることがより好ましい。
式1−2及び式2−2中、R〜Rはそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、又は、アルコキシ基を表し、Rはそれぞれ独立に、単結合、又は、ポリマー主鎖に連結し、かつ式1−2又は式2−2のカルボニル基に炭素原子で結合する二価の連結基を表し、Rはそれぞれ独立に、−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及びアルキレンオキサイド基−{(CHO}−よりなる群から選択された1種類以上基を有する基を表し、Rは水素原子、アルキル基、フェニル基又はアラルキル基を表し、R及びRはそれぞれ独立に、水素原子又はアルキル基を表し、xは2〜6の整数を表し、yは3〜500の整数を表し、m1はそれぞれ独立に、0〜4の整数を表し、m2は0〜5の整数を表し、q1及びq2はモル比を表す。
式1−3及び式2−3中、R及びRはそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、又は、アルコキシ基を表し、R11〜R13はそれぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、又は、炭素数1〜4のアルコキシ基を表し、R14はそれぞれ独立に、上記式R−1で表される基を表す。
本開示の水溶性光重合開始剤における式1−2、式2−2、式1−3又は式2−3で表される化合物の好ましい態様は、本開示の水性硬化性組成物において上述した式1−2、式2−2、式1−3又は式2−3で表される化合物の好ましい態様とそれぞれ同様である。
以下、本発明の実施形態を実施例により具体的に説明するが、本発明の実施形態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、「部」及び「%」は質量基準である。
実施例で使用したA−1〜A−25及びB−1〜B−5は、上述したA−1〜A−25及びB−1〜B−5とそれぞれ同じ化合物である。
<A−1〜A−10の合成>
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サイド(30.0部、86.1モル当量、BASF社製IRGACURE TPO)に対してジクロロメタン(CHCl)133部を加えて溶解させた後、無水塩化アルミニウム(III)(AlCl、45.9部、344.5モル当量)を分割添加し、撹拌して溶解させた。その後、クロロアセチルクロリド(57.9部、516.7モル当量)滴下して室温(rt、10℃〜35℃、以下同様)で7時間撹拌した。反応液を氷水中に徐々に滴下して反応を停止した後、酢酸エチルで抽出、水で洗浄して硫酸マグネシウムで乾燥させた。ろ液を濃縮した後にシリカゲルカラム(ヘキサン/酢酸エチル=50/50(体積比))で精製した後濃縮し、ヘキサンで洗浄して白色の化合物A−1a(33.65部、収率92%)を得た。
得られたA−1a 33.5部を酢酸エチル45.1部に溶解し、トリエチルアミン(8部、78.8モル当量)を添加し、析出した固体をろ別したのち乾燥、少量のイソプロピルアルコール及びヘキサンで洗浄して白色の化合物A−1(41.45部、収率99%)を得た。
A−2〜A−10についても、基質を変更した以外は同様にして合成を行った。一例として、上記A−1の合成における中間体A−1aに対応するA−4aの合成を、以下に示す。
<A−4aの合成>
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サイド(30.0部、86.1モル当量、BASF社製IRGACURE TPO)に対してジクロロメタン(CHCl)133部を加えて溶解させた後、無水塩化アルミニウム(III)(AlCl、45.9部、344.5モル当量)を分割添加し、撹拌して溶解させた。その後、3−クロロプロピオニルクロリド(65.6部、516.7モル当量)滴下して室温(rt、10℃〜35℃、以下同様)で7時間撹拌した。A1−aと同様の方法にて精製を行い、A−4a(42.0部、収率99%)を得た。
<A−11〜A−15の合成>
上記同様にして得たA−1a(10部、23.5モル当量)にジメチルスルホキシド100部と2−ヒドロキシエタンスルホン酸ナトリウム(3.48部、23.5モル当量、和光純薬工業(株)製)を加え、90℃にて24時間撹拌した。反応液に飽和食塩水200部を加え、アセトニトリル50部にて分液抽出を3回行った。硫酸マグネシウムにて乾燥した後、濃縮し白色固体を得た。更に、得られた白色固体を、イソプロパノールより再結晶を行うことで精製し、A−11(12.6部、収率91%)を得た。
A−12〜A−15についても、2−ヒドロキシエタンスルホン酸ナトリウムを対応する基質に変更した以外は同様の反応にて合成を行った。
<A−17〜A−20の合成>
A−1a(10部、23.5モル当量)に乾燥メタノール100部を加え、ギ酸セシウム(0.41部、Aldrich社製)を加え、24時間還流撹拌を行った。ろ過にて余剰なギ酸セシウムを除去したのち、シリカゲルカラム(ヘキサン/酢酸エチル=50/50(体積比))で精製、濃縮を行いA−17a(8.7部、収率99%)を得た。
A−17a(10部、24.6モル当量)に、テトラヒドロフラン100部、無水コハク酸(2.5部、24.6モル当量)を加え、8時間還流撹拌を行った。溶液を濃縮後、アセトニトリルに溶解し、水酸化ナトリウム(1N)にて中和を行ったのち、飽和食塩水を加え、アセトニトリルにて分液を3回行った。イソプロパノールから再結晶を行い、A−17(11.2部、収率99%)を得た。
A−18は、中和を水酸化ナトリウムから水酸化カリウムに変更したのみで同様の方法にて合成を行った。
A−19及びA−20は、無水コハク酸に代えて、メルカプトプロピオン酸に基質を変更して、同様の方法にて合成を行った。
<A−21の合成>
A−4a(10部、22.8モル当量)に、酢酸エチル50部、トリエチルアミン(9.2部、91.2モル当量)を加え、50℃にて3時間撹拌した。希塩酸を加え中和したのち、飽和食塩水を加え、酢酸エチルにて3回分液抽出を行った。得られた溶液を、硫酸マグネシウムにて乾燥、濃縮を行い、A−4(9.1部、99%)を得た。
得られたA−4にトルエン50部、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル1900(43.3部、22.8モル当量、和光純薬工業(株)製)、p−トルエンスルホン酸0.2部を加え、20℃にて48時間撹拌を行った。得られた液を濃縮し、シリカゲルカラム(ヘキサン/酢酸エチル=50/50(体積比))で精製及び濃縮を行い、A−21(50.6部、収率99%)を得た。
<A−23〜A−25の合成>
A−1aの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サイドに代えてビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキサイド(BASF社製、IRGACURE 819)を用いた以外は、同様にしてA−23aを合成した。
A−23aを用い、A−1の合成と同様にしてA−23を合成した。
A−24及びA−25についても、基質を変更した以外は同様にして合成を行った。
<B−1〜B−5の合成>
−A−4bの合成−
A−4a(50部)をテトラヒドロフラン1,070部に溶解させた後にトリエチルアミン36.3部を加えて70℃2時間撹拌させた。反応後、析出した塩をろ別した後にろ液を濃縮してシリカゲルカラム(ヘキサン/酢酸エチル=40/60(体積比))で精製して黄色の目的油状化合物A−4b(ビニルケトン化合物、上述の化合物)を定量的に得た。
−B−1の合成−
メチルエチルケトン16.1部を窒素雰囲気下外温70℃で撹拌した。そこにメチルエチルケトン64.4部に溶解させた原料化合物A−4b 5.00部(12.4モル当量)、ブレンマーAME400(メトキシポリエチレングリコールモノアクリレート、日油(株)製)1.49部(3.1モル当量)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)0.571部(2.48モル当量)を2時間かけて滴下し、その後8時間撹拌した。室温まで放冷した後、ヘキサンで晶析し、ろ別及び乾燥してB−1を6.3g得た。得られたポリマーはH NMRによって組成を確認し、GPCによって分子量測定を行った(Mw=5,500)。
−B−2〜B−5の合成−
B−2〜B−5についても、モノマーを下記表1のように変更し、かつ使用量を変更した以外は、化合物B−1と同様にして合成を行った。
なお、以下に、A−5a及びA−5bの合成方法を示す。
−A−5aの合成−
ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキサイド(30.0部、71.6モル当量、BASF社製IRGACURE 819)に対してジクロロメタン(CHCl)133部を加えて溶解させた後、無水塩化アルミニウム(III)(AlCl、28.7部、215.0モル当量)を分割添加し、撹拌して溶解させた。その後、3−クロロプロピオニルクロリド(10.9部、85.9モル当量)滴下して室温で7時間撹拌した。A−1aと同様の方法にて精製を行い、A−5a(21.0部、収率62%)を得た。
−A−5bの合成−
A−4aの代わりに、A−5aを用いた以外は、A−4bの合成と同様の方法にてA−5b(ビニルケトン化合物)を得た。
<ポリマー分散剤P−1の合成>
撹拌機、冷却管を備えた三口フラスコにメチルエチルケトン88部を加えて窒素雰囲気下で72℃に加熱した。ここにメチルエチルケトン50部にジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート0.85部、ベンジルメタクリレート60部、メタクリル酸10部、及び、メチルメタクリレート30部を溶解した溶液を3時間かけて滴下した。滴下終了後、更に1時間反応した後、メチルエチルケトン2部にジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート0,42部を溶解した溶液をそこに加え、78℃に昇温して4時間加熱した。得られた反応溶液は大過剰量のヘキサンに2回再沈殿し、析出した樹脂を乾燥し、ポリマー分散剤P−1を96部得た。
得られた樹脂の組成は、H−NMRで確認し、GPCより求めた重量平均分子量(Mw)は44,600であった。更に、JIS規格(JIS K0070:1992)に記載の方法により酸価を求めたところ、65.2mgKOH/gであった。
<樹脂被覆マゼンタ顔料の分散物の調製>
Chromophthal Jet Magenta DMQ(ピグメント・レッド122、BASF・ジャパン社製)10質量部、上記ポリマー分散剤P−1を5質量部、メチルエチルケトン42質量部、1mol/L NaOH水溶液5.5質量部及びイオン交換水87.2質量部を混合し、ビーズミルにより0.1mmφジルコニアビーズを用いて2〜6時間分散した。
得られた分散物から、減圧下、55℃でメチルエチルケトンを除去し、更に一部の水を除去することにより、顔料濃度が10.2質量%の樹脂被覆マゼンタ顔料の分散物(着色粒子)を得た。
(実施例1〜30、並びに、比較例1及び2)
<水性硬化性組成物1〜32(水性マゼンタインク1〜32)の調製>
下記のようにして水性マゼンタインク1〜30、並びに、比較水性マゼンタインク31及び32をそれぞれ調製した。
下記に示すインク組成で、上記樹脂被覆マゼンタ顔料の分散物、イオン交換水、重合開始剤、重合性化合物及び界面活性剤を混合し、その後、5μmメンブレンフィルタでろ過して水性マゼンタインク1〜32をそれぞれ調製した。pHはいずれも7.5であった。
−インク組成(質量%)−
水溶性光重合開始剤(表2に記載の化合物):5質量%
モノマー1(N−[Tris(3−acrylamidopropoxymethyl)methyl]acrylamide、和光純薬工業(株)製):10質量%
モノマー2(N,N’−Methylenebis(acrylamide)、和光純薬工業(株)製):10質量%
着色剤(上記樹脂被覆マゼンタ顔料の分散物):6質量%
水溶性溶剤(プロピレングリコール):5質量%
界面活性剤(日信化学(株)製オルフィンE1010):1質量%
水:63質量%(合計100質量%となるように添加した。)
<画像形成方法>
図1に示すように、記録媒体の搬送方向(図中の矢印方向)に向かって順次、インク吐出部14と、インク乾燥ゾーン15と、紫外線照射ランプ16Sを備えた紫外線照射部16とが配設されたインクジェット装置を準備した。
インク吐出部14は、搬送方向(矢印方向)にブラックインク吐出用ヘッド30K、シアンインク吐出用ヘッド30C、マゼンタインク吐出用ヘッド30M、及び、イエローインク吐出用ヘッド30Yが順次配置されており、各ヘッドは1,200dpi/10inch幅フルラインヘッド(駆動周波数:25kHz、記録媒体の搬送速度530mm/sec)であり、各色をシングルパスで主走査方向に吐出して記録するように構成されている。なお、1inch=2.54cmであり、dpiはdot per inchである。
上記インクジェット記録装置のインク吐出用ヘッド30K、30C、30M、30Yにそれぞれ繋がる貯留タンク(不図示)のいずれかに、対応する色のインク組成物を装填した。記録媒体には、王子製紙(株)製の「OKトップコート+」(坪量104.7g/m)を用いた。
画像の記録は、処理液及びインク組成物を、解像度1,200dpi×600dpi、インク滴量3.5p1にて吐出し、ライン画像又はベタ画像を記録した。このとき、ライン画像は、1,200dpiの幅1ドットのライン、幅2ドットのライン、及び、幅4ドットのラインをシングルパスで主走査方向に吐出して記録した。ベタ画像は、A5サイズにカットした記録媒体に対し、104mm×140mmサイズの画像を処理液及びインク組成物を吐出して記録した。処理液の記録媒体への付与量は、5ml/mとした。
画像の記録はまず、記録媒体上に、インク吐出用ヘッド30Mにより、水性マゼンタインクをシングルパスで吐出して画像を記録した後、インク乾燥ゾーン15で上記同様にインク着滴面の裏側(背面)から赤外線ヒータで加熱しながら、送風機により120℃、5m/secの温風を記録面に15秒間あてて乾燥させた。画像乾燥後、紫外線照射部16において、UV光(アイグラフィックス(株)製メタルハライドランプ、最大照射波長365nm)を積算照射量が600mJ/cmになるように照射して画像を硬化し、評価用サンプルを得た。
<硬化性評価(感度評価)>
未印画の特菱アート両面N(三菱製紙(株)製)を文鎮(質量470g、サイズ15mm×30mm×120mm)に巻きつけ(未印画の特菱アート両面Nと評価サンプルとが接触する面積は150mmである。)、上記評価用サンプルの印画面を3往復擦った(荷重260kg/mに相当する。)。擦った後の印画面を目視により観察し、下記の評価基準に従って評価した。
−評価基準−
A:印画面の画像が剥がれなかった。
B:印画面の画像がわずかに剥がれた。
C:印画面の画像が実用上問題になるレベルで剥がれた。
<吐出性評価>
上記硬化性評価で行った画像形成方法と同様にして、画像を形成した。インク吐出後、吐出ヘッドをそのままの状態で5分から45分まで5分間隔で放置し、新しい記録媒体をステージに貼付し、再び同じ条件で打滴してラインを印画した。2,000発打滴で96本のノズルすべてが吐出可能である放置時間を調べ、以下の評価基準にしたがって、吐出性を評価した。放置時間が長いほど吐出性が良好である。
−評価基準−
AA:45分の放置後、全てのノズルが吐出可能である。
A:30分以上45分未満の放置で、吐出不可のノズルがある。
B:20分以上30分未満の放置で、吐出不可のノズルがある。
C:20分未満の放置で、吐出不可のノズルがある。
<安全性評価(マイグレーション評価)>
評価用サンプル表面に、5μm厚の低密度ポリエチレンフィルムにてラミネートを行い、水:エタノール=70:30混合液100mLを入れた半球容器をラミネート側が混合液と接触する様に被せ、漏れないように評価用サンプルに密着固定したのち、半球容器が上となる状態で、40℃で10日間放置した。その後、水−エタノール混合溶液中に含有する、印刷物からの全溶出量(オーバーオールマイグレーション量:OML)を算出し、A〜Eの5段階で評価を行った。なお、全溶出量の測定は、残存成分の液体クロマトグラム(Nexera X2((株)島津製作所製))にてコロナCAD(Charged aerosol detector)検出することにより行った。
−評価基準−
A:溶出量が1ppm/dm以下
B:溶出量が1ppm/dmを超え20ppm/dm以下
C:溶出量が20ppm/dmを超え100ppm/dm以下
D:溶出量が100ppm/dmを超え1,000ppm/dm以下
E:溶出量が1,000ppm/dmを超える
評価結果をまとめて表2に示す。
なお、表2に記載の比較例1又は2で使用した水溶性光重合開始剤は、以下の通りである。
IRGACURE 2959:下記化合物、BASF社製、水への溶解度2質量%
比較化合物1:下記化合物
(実施例31〜40)
下記表3に記載のモノマーの種類及び量、並びに、水溶性光重合開始剤の種類及び量に変更した以外は、実施例1と同様にして、実施例31〜40の水性マゼンタインクをそれぞれ調製した。pHはいずれも7.5であった。
また、得られた水性マゼンタインクを使用し、実施例1と同様にして、画像形成及び各種評価を行った。評価結果を表3にまとめて示す。
上述した以外の表3に記載のモノマーの詳細は、以下の通りである。
ブレンマーADE400A(ポリエチレングリコールジアクリレート、日油(株)製)
アクリロイルモルホリン(KJケミカルズ(株)製)
2016年2月25日に出願された日本国特許出願第2016−034653号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び、技術規格は、個々の文献、特許出願、及び、技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (12)

  1. アシルホスフィンオキシド構造におけるリン原子に結合する芳香族アシル基の芳香環に更に1つ以上のカルボニル基が直接結合した構造を有する水溶性光重合開始剤、
    水、及び、
    重合性化合物を含む
    水性硬化性組成物。
  2. 前記水溶性光重合開始剤が、アンモニウム基、スルホン酸基、カルボン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基及びそれらの塩よりなる群から選ばれたイオン性基、又は、ノニオン性基を有する、請求項1に記載の水性硬化性組成物。
  3. 前記水溶性光重合開始剤が、下記式1又は式2で表される部分構造を有する化合物である、請求項1又は2に記載の水性硬化性組成物。

    式1及び式2中、Rはそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、又は、アルコキシ基を表し、m1はそれぞれ独立に、0〜4の整数を表し、m2は0〜5の整数を表し、nはそれぞれ独立に、1〜3の整数を表し、pは0〜3の整数を表し、波線部分は、他の構造との結合位置を表す。
  4. 前記水溶性光重合開始剤が、下記式1−1又は式2−1で表される化合物である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の水性硬化性組成物。

    式1−1及び式2−1中、Rはそれぞれ独立に、−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及びアルキレンオキサイド基−{(CHO}−よりなる群から選択された1種類以上の基を有し、かつ式1−1又は式2−1のカルボニル基に炭素原子で結合する基を表し、Rは水素原子、アルキル基、フェニル基又はアラルキル基を表し、xは2〜6の整数の整数を表し、yは3〜500の整数を表し、Rはそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、又は、アルコキシ基を表し、m1はそれぞれ独立に、0〜4の整数を表し、m2は0〜5の整数を表し、nはそれぞれ独立に、1〜3の整数を表し、pは0〜3の整数を表す。
  5. 前記水溶性光重合開始剤が、下記式1−2又は式2−2で表される化合物である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の水性硬化性組成物。

    式1−2及び式2−2中、R〜Rはそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、又は、アルコキシ基を表し、Rはそれぞれ独立に、単結合、又は、ポリマー主鎖に連結し、かつ式1−2又は式2−2のカルボニル基に炭素原子で結合する二価の連結基を表し、Rはそれぞれ独立に、−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及びアルキレンオキサイド基−{(CHO}−よりなる群から選択された1種類以上基を有する基を表し、Rは水素原子、アルキル基、フェニル基又はアラルキル基を表し、R及びRはそれぞれ独立に、水素原子又はアルキル基を表し、xは2〜6の整数を表し、yは3〜500の整数を表し、m1はそれぞれ独立に、0〜4の整数を表し、m2は0〜5の整数を表し、q1及びq2はモル比を表す。
  6. 前記水溶性光重合開始剤の含有量が、水性硬化性組成物に含まれる重合性化合物の全質量に対し、0.1〜40.0質量%である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の水性硬化性組成物。
  7. 水の含有量が、水性硬化性組成物の全質量に対し、19〜90質量%である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の水性硬化性組成物。
  8. 前記重合性化合物が、水溶性である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の水性硬化性組成物。
  9. 着色剤を更に含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の水性硬化性組成物。
  10. インクジェット用水性インク組成物である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の水性硬化性組成物。
  11. 下記式1−1又は式2−1で表される化合物である
    水溶性光重合開始剤。

    式1−1及び式2−1中、Rはそれぞれ独立に、−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及びアルキレンオキサイド基−{(CHO}−よりなる群から選択された1種類以上の基を有し、かつ式1−1又は式2−1のカルボニル基に炭素原子で結合する基を表し、Rは水素原子、アルキル基、フェニル基又はアラルキル基を表し、xは2〜6の整数の整数を表し、yは3〜500の整数を表し、Rはそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、又は、アルコキシ基を表し、m1はそれぞれ独立に、0〜4の整数を表し、m2は0〜5の整数を表し、nはそれぞれ独立に、1〜3の整数を表し、pは0〜3の整数を表す。
  12. 下記式1−2、式2−2、式1−3又は式2−3で表される化合物である、請求項11に記載の水溶性光重合開始剤。

    式1−2及び式2−2中、R〜Rはそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、又は、アルコキシ基を表し、Rはそれぞれ独立に、単結合、又は、ポリマー主鎖に連結し、かつ式1−2又は式2−2のカルボニル基に炭素原子で結合する二価の連結基を表し、Rはそれぞれ独立に、−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及びアルキレンオキサイド基−{(CHO}−よりなる群から選択された1種類以上基を有する基を表し、Rは水素原子、アルキル基、フェニル基又はアラルキル基を表し、R及びRはそれぞれ独立に、水素原子又はアルキル基を表し、xは2〜6の整数を表し、yは3〜500の整数を表し、m1はそれぞれ独立に、0〜4の整数を表し、m2は0〜5の整数を表し、q1及びq2はモル比を表す。

    式1−3及び式2−3中、R及びRはそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、又は、アルコキシ基を表し、R11〜R13はそれぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、又は、炭素数1〜4のアルコキシ基を表し、R14はそれぞれ独立に、下記式R−1で表される基を表す。

    式R−1中、naは1又は2を表し、nbは0又は1を表し、Lはエーテル結合、エステル結合、又は、チオエーテル結合を表し、Rは炭素数1〜10のアルキレン基を表し、Rは−N(R)、−SO 、−COO、−PO 2−及び−NR−CH−COOよりなる群から選択された基と対イオンとを有する基、又は、アルキレンオキサイド基−{O(CH−Rを表し、Rはヒドロキシ基、又は、アルコキシ基を表し、波線部分は式1−3又は式2−3におけるカルボニル基との結合位置を表す。
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