KR20130082159A - Led 경화성 조성물 - Google Patents

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Abstract

a) 적어도 하나의 비닐 에테르기 및 적어도 하나의 (메트)아크릴레이트기를 포함하는 적어도 1종의 단량체; 및 b) 중합체성 광개시제, 다관능성 광개시제 및 중합성 광개시제로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 확산 억제 광개시제를 포함하며, 상기 확산 억제 광개시제가 화학식 (I)에 따른 적어도 하나의 구조 모이어티를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 경화성 조성물:
Figure pct00097
화학식 (I),
식중: 상기 R1 및 R2는 수소, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 알키닐기, 치환 또는 비치환된 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 알크아릴기, 치환 또는 비치환된 아릴 또는 헤테로아릴기, 할로겐, 에테르기, 티오에테르기, 알데히드기, 케톤기, 에스테르기, 아미드기, 아민기 및 니트로기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며; 상기 R1 및 R2는 5원환 내지 8원환을 형성하는데 필요한 원자를 나타낼 수 있고; 및 상기 점선은 상기 확산 억제 광개시제에 대한 화학식 (I)에 따른 구조 모이어티의 공유결합을 나타낸다. 상기 방사선 경화성 조성물을 포함하는 잉크젯 인쇄 방법이 또한 개시된다.

Description

LED 경화성 조성물{LED curable compositions}
본 발명은 UV-LED에 의해 경화 가능한 저점도 방사선 경화성 조성물에 관한 것으로, 특히 포장물(packaging)의 인쇄 분야에 적합하다.
단시간(short run) 포장물 인쇄는 오프셋 인쇄와 같은 통상의 인쇄 공정에서 벗어나 디지털 인쇄 방식으로 이동하고 있으며, 잉크젯은 바람직한 방법 중 하나이다. 잉크젯 인쇄 방식에 있어서, 아주 작은 잉크 액적(drop)은 인쇄 장치와 잉크 수용체(ink-receiver) 사이의 물리적 접촉 없이 잉크 수용체의 표면에 직접 분사된다. 상기 인쇄 장치는 인쇄 데이터를 전자적으로 저장하고, 잉크 수용체 상에 상기 액적을 화상 방식으로 토출하기 위한 프린트 헤드를 제어한다.
포장물의 디지털 인쇄를 위한 잉크젯에서, LED 경화와 조합하여 보다 나은 화상 품질 및 보다 빠른 인쇄 속도 쪽으로 점진적인 발전이 분명히 존재한다. 이러한 수요를 충족시키기 위해 새로운 프린트 헤드를 설계할 필요가 있다. 이러한 프린트 헤드는 매우 낮은 점도의 잉크로만 구동될 수 있기 때문에 이러한 프린트헤드는 고유의 잉크 설계를 필요로 한다. 소량의 포장물을 고해상도 및 고속으로 디지털 인쇄하기 위한 잉크는 낮은 점도, 경화 후 낮은 이동성 및 LED 노광에 대한 고감도를 조합시켜야 한다.
저점도 잉크젯 잉크를 얻기 위한 단량체로서 특히 흥미로운 것은 EP 0997508 A (AGFA GEVAERT)에 기술되어 있으며, 여기에는 비닐에테르기 및 아크릴레이트기를 함유하는 방사선 경화성 단량체가 개시되어 있다. 높은 수준의 전환율 및 소량의 휘발성 물질을 포함하는 적절한 단량체 및 방사선 경화성 조성물이 또한 WO 2009/053305 (AGFA GRAPHICS)에 개시되어 있다.
UV-LED 노광, 바람직하게는 395 nm LED 노광에 대한 높은 감도는 장파장 광개시제(bathochromic photoinitiator)를 필요로 한다. LED 노광용으로 특히 바람직한 광개시제로서 티오크산톤이 알려져 있다. 포장물 분야에서, 광개시제의 이동은 억제되어야 하며, 이는 확산이 억제된 티오크산톤을 필요로 한다. 광개시제가 예를 들어 중합체성 기(polymeric group) 또는 적어도 하나의 중합성 기(polymerizable group), 예를 들어 (메트)아크릴레이트기를 포함하는 경우 광개시제의 확산이 억제되는 것으로 여겨진다.
확산이 억제된 몇가지의 티오크산톤이 종래 기술에 개시되어 있다. 중합체성 티오크산톤은 WO 03/033492 (COATES BROTHERS), WO 2009/060235 (LAMBSON LTD) 및 EP 1616921 A (AGFA GEVAERT)에 개시되어 있다. 중합성 티오크산톤은 EP 2161264 A (AGFA GRAPHICS) 및 WO 2010/069758 (AGFA GRAPHICS)에 개시되어 있다.
티오크산톤 광개시제의 범주 내에서, 1-클로로-4-알콕시-티오크산텐-9-온계 광개시제는, 395 nm-LED에서 높은 경화 속도를 보이는 방사선 경화성 조성물을 제조할 때 특별한 관심의 대상이 되고 있다. 그러나 비닐 에테르 아크릴레이트계 조성물에 1-클로로-4-알콕시-티오크산텐-9-온 형태의 광개시제를 적용하면 수용할 수 없을 정도로 이동성 및 휘발성 분해산물이 형성됨이 발견되었다.
따라서 포장물 분야에 적용하기 위해, 비닐 에테르 아크릴레이트계 잉크 조성물과 상용성을 가지며, LED-감응성 저점도 잉크젯 잉크의 설계를 가능하게 하는 확산 억제된 심색 광개시제에 대한 필요성이 존재한다.
상술한 문제점을 극복하기 위하여, 제1항에서 정의된 확산 억제 광개시제를 포함하는 방사선 경화성 조성물이, 395 nm LED를 사용하는 UV 방사선에 노광시 높은 경화 속도에서 경화될 수 있음을 놀랍게도 발견하였다.
본 발명에 따른 중합성 광개시제는, 확산 억제 광개시제로서 중합체성 광개시제를 사용할 때 얻어질 수 없는 매우 낮은 점도의 방사선 경화성 조성물을 제조할 수 있다는 이점을 갖는다.
본 발명에 따른 확산 억제 광개시제는 방사선 경화성 조성물의 색상에 미치는 영향이 없거나 있어도 매우 제한적이므로, 잉크젯용 잉크, 플렉소인쇄용 잉크, 및 스크린 인쇄용 잉크와 같은, 무색 또는 유색의 광범위한 방사선 경화성 조성물에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 확산 억제 광개시제는 경화 공정 이후 냄새가 없으며, 있더라도 매우 제한적인 방사선 경화성 조성물의 제조를 가능하게 한다.
본 발명의 다른 특징, 성분, 공정, 특성 및 효과는 이하에 기술하는 본 발명의 바람직한 구현예에 대한 설명으로부터 보다 분명해질 것이다.
정의
용어 "LED"는 본 발명을 개시함에 있어서 발광 다이오드에 대한 약어로 사용된다.
용어 "C.I"는 본 발명을 개시함에 있어서 색상 지수(color index)에 대한 약어로 사용된다.
용어 "알킬"은 알킬기 내의 각 탄소 원자에 대하여 가능한 모든 변종(variants)을 의미하며, 예를 들면, 탄소 원자가 3개인 경우 n-프로필 및 이소프로필; 탄소원자가 4개인 경우 n-부틸, 이소부틸 및 t-부틸; 탄소 원자가 5개인 경우 n-펜틸, 1,1-디메틸-프로필, 2,2-디메틸프로필 및 2-메틸-부틸 등을 의미한다.
용어 "치환된"은, 예를 들어 치환된 알킬기에서, 이 기에 정상적으로 포함되는 원자, 즉 탄소 및 수소를 제외한 다른 원자에 의해 치환될 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 치환된 알킬기는 할로겐 원자 또는 티올기를 포함할 수 있다. 비치환된 알킬기는 단지 탄소 및 수소 원자만을 포함한다.
용어 "단관능성 단량체"는 오직 1개의 중합성 기, 예를 들면 아크릴레이트기를 포함하는 단량체를 의미한다.
용어 "다관능성 단량체"는 2개, 3개, 또는 그 이상의 중합성 기, 예를 들어 2개의 아크릴레이트 및 1개의 비닐에테르기를 갖는 단량체를 의미한다.
방사선 경화성 조성물
본 발명의 방사선 경화성 조성물은,
a) 적어도 하나의 비닐 에테르기 및 적어도 하나의 (메트)아크릴레이트기를 포함하는 적어도 1종의 단량체; 및
b) 중합체성 광개시제, 다관능성 광개시제 및 중합성 광개시제로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 확산 억제 광개시제를 포함하며,
상기 확산 억제 광개시제가 화학식 (I)에 따른 적어도 하나의 구조 모이어티를 포함하는 것을 특징으로 한다:
Figure pct00001
화학식 (I),
식중:
R1 및 R2는 수소, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 알키닐기, 치환 또는 비치환된 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 알크아릴기, 치환 또는 비치환된 아릴 또는 헤테로아릴기, 할로겐, 에테르기, 티오에테르기, 알데히드기, 케톤기, 에스테르기, 아미드기, 아민기 및 니트로기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며;
R1 및 R2는 5원환 내지 8원환을 형성하는데 필요한 원자를 나타낼 수 있고; 그리고
상기 점선은 상기 확산 억제 광개시제에 대한 화학식 (I)에 따른 구조 모이어티의 공유결합을 나타낸다.
본 발명에 따른 상기 방사선 경화성 조성물의 일 구현예에서, 적어도 하나의 비닐 에테르기 및 적어도 하나의 (메트)아크릴레이트를 포함하는 적어도 1종의 단량체는 화학식 (II)에 따른 단량체이다:
Figure pct00002
화학식 (II),
식중:
m 및 n은 독립적으로 1 내지 5의 값을 갖는 정수를 나타내고;
X는 O, S 또는 NR4를 나타내며;
R3 및 R4는 독립적으로 수소, 혹은 치환 또는 비치환된 알킬기를 나타내고;
단, X = NR4일 경우 L 및 R4는 함께 고리 시스템을 형성할 수 있으며; 그리고
L은 연결기를 나타낸다.
상기 방사선 경화성 조성물의 바람직한 일 구현예에서, 상기 화학식 (II)에 따른 단량체는 화학식 (III)에 따른 구조를 갖는다:
Figure pct00003
화학식 (III),
식중:
R5는 수소 또는 메틸기이고; 그리고
L은 치환 또는 비치환된 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기 및 에테르 함유 알킬렌기로 이루어진 군에서 선택된 2가 연결기를 나타낸다.
상기 방사선 경화성 조성물의 바람직한 일 구현예에서, 상기 화학식 (III)에 따른 단량체는 화학식 (IV)에 따른 구조를 갖는다:
Figure pct00004
화학식 (IV),
식중:
R5는 수소 또는 메틸기를 나타내고; 그리고
n은 0 내지 4의 정수를 나타낸다.
상기 방사선 경화성 조성물의 가장 바람직한 구현예에서, 화학식 (IV)에 따른 단량체는 R5가 수소이고, 정수 n이 1의 값을 갖는 구조를 갖는다.
상기 적어도 하나의 비닐 에테르기 및 적어도 하나의 (메트)아크릴레이트를 포함하는 단량체의 적절한 예를 표 1에 기재하지만, 이에 한정되지 않는다.
Figure pct00005
 MONO-1
Figure pct00006
 MONO-2
Figure pct00007
 MONO-3
Figure pct00008
 MONO-4
Figure pct00009
 MONO-5
Figure pct00010
 MONO-6
Figure pct00011
 MONO-7
Figure pct00012
 MONO-8
Figure pct00013
 MONO-9
Figure pct00014
 MONO-10
Figure pct00015
 MONO-11
바람직한 일 구현예에서, 본 발명에 따른 상기 방사선 경화성 조성물은 화학식 (I) (여기서 R1 및 R2는 수소를 나타낸다)에 따른 확산 억제 광개시제를 포함한다. 다른 바람직한 일 구현예에서, 상기 확산 억제 광개시제는 중합체성 광개시제 및 중합성 광개시제로 이루어진 군에서 선택되며, 중합성 광개시제가 특히 바람직하다. 중합체성 광개시제와 달리, 중합성 광개시제는 모든 방사선 경화성 조성물에서 사용될 수 있지만, 잉크젯용 잉크 및 플렉소 인쇄용 잉크와 같은 저점도의 방사선 경화성 조성물을 제조할 때 특히 유용하다.
본 발명에 따른 상기 방사선 경화성 조성물의 바람직한 일 구현예에서, 상기 확산 억제 광개시제는 화학식 (V)에 따른 구조를 갖는 중합성 광개시제이다:
Figure pct00016
화학식 (V),
식중:
R1 및 R2는 수소, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 알키닐기, 치환 또는 비치환된 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 알크아릴기, 치환 또는 비치환된 아릴 또는 헤테로아릴기, 할로겐, 에테르기, 티오에테르기, 알데히드기, 케톤기, 에스테르기, 아미드기, 아민기 및 니트로기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며;
L은 1 내지 30개의 탄소원자를 포함하는 (n+m)-가 연결기를 나타내고;
A는 아크릴레이트기, 메타크릴레이트기, 스티렌기, 아크릴 아미드기, 메타크릴 아미드기, 말레에이트기, 푸마레이트기, 이타코네이트기, 비닐 에테르기, 알릴 에테르기, 비닐 에스테르기 및 알릴 에스테르기로 이루어진 군으로부터 선택된 라디칼 중합성 기를 나타내며; 그리고
n 및 m은 독립적으로 1 내지 5의 정수를 나타낸다.
바람직한 일 구현예에서, 화학식 (V)에 따른 확산 억제 광개시제에서 R1 및 R2는 모두 수소를 나타낸다.
보다 바람직한 일 구현예에서, 화학식 (V)에 따른 확산 억제 광개시제에서 A는 아크릴레이트기 및/또는 메타크릴레이트기를 나타내고, 가장 바람직하게는 A는 아크릴레이트기를 나타낸다.
화학식 (V)에 따른 상기 중합성 광개시제에서 중합성 기의 수 m은 바람직하게는 1 내지 5의 값을 갖는 정수, 보다 바람직하게는 2 내지 4의 값을 갖는 정수, 가장 바람직하게는 m은 2의 값을 갖는다. m의 값이 1인 경우, 미반응 중합성 광개시제 또는 그의 분해산물은, 상기 중합성 광개시제를 함유하는 경화 조성물로부터 추출가능한 형태로 여전히 발견될 수 있ssm 것이 배제되지 않는다. m의 값이 2보다 큰 경우, 상기 광개시제는 상기 방사선 경화성 조성물의 중합 과정에서 덜 이동성(mobile)이au 여러 개의 중합성 기를 갖는 화합물은 경화 조성물의 연성(flexibility)을 감소시키는 경향이 있다. 하나보다 많은 중합성 기, 바람직하게는 2개의 중합성 기를 포함하는 중합성 광개시제가 보다 높은 경화속도를 나타냄이 또한 발견되었다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 상기 방사선 경화성 조성물은 화학식 (VI)으로 나타낸 확산 억제 광개시제를 포함한다:
Figure pct00017
화학식 (VI),
식중:
L은 1 내지 30개의 탄소원자를 갖는 3가 연결기이며; 그리고
R6 및 R7은 독립적으로 수소 또는 메틸기를 나타낸다.
화학식 (VI)에 따른 중합성 광개시제의 보다 바람직한 일 구현예에서, R6 및 R7은 모두 수소를 나타낸다.
1 내지 30개의 탄소원자를 포함하는 화학식 (V) 및 (VI)의 중합성 광개시제에서 연결기 L의 종류는 상기 광개시제의 기능과 관련하여 덜 중요하다. 바람직하게는, 치환 또는 비치환된 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 알키닐기, 치환 또는 비치환된 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 알크아릴기, 치환 또는 비치환된 아릴 또는 헤테로아릴기이다.
본 발명에 따른 중합성 광개시제의 적절한 예는 표 2 및 3에 주어지며, 이에 한정되지 않는다.
Figure pct00018
 FTX-1
Figure pct00019
 FTX-2
Figure pct00020
 FTX-3
Figure pct00021
 FTX-4
Figure pct00022
 FTX-5
Figure pct00023
 FTX-6
Figure pct00024
 FTX-7
Figure pct00025
 FTX-8
화학식 (V) 및 (VI)의 중합성 광개시제의 합성은 실시예 1a 내지 1d에 예시되어 있다. 유사한 중합성 광개시제의 합성법에 대한 보다 많은 정보는 EP 2199273 A (AGFA GRAPHICS), 보다 구체적으로 단락 [0063] 내지 [0087]에 개시된 제조방법에서 또한 발견할 수 있으며, 구체적인 참조에 의해 본 명세서에 통합된다.
본 발명에 따른 중합체성 광개시제의 일반적인 예를 표 4 내지 6에 기재하나, 이에 한정되지 않는다. 중합체성 화합물은 별개의 중합체들의 분산체임은 당업자에겐 명백하다. 보다 명백히 하기 위하여, 상기 분산체의 구체적인 일부를 하기 표에 제공한다.
Figure pct00026
 PTX-1
Figure pct00027
 PTX-2
Figure pct00028
 PTX-3
Figure pct00029

 PTX-4


Figure pct00030

 PTX-5
다관능성 광개시제는 이들이 통상 2개 또는 3개의 광개시 모이어티를 포함하기 때문에 확산 억제 광개시제이다. 이것은 상기 확산 억제 광개시제의 분자량을 증가시킬 뿐만 아니라, 적어도 하나의 광개시 모이어티가 상기 중합 네트워크에 혼입될 가능성을 증가시킨다. 본 발명에 따른 다관능성 광개시제의 적절한 예를 표 7에 기재하나, 이에 한정되지 않는다.
Figure pct00031
 MTX-1
Figure pct00032
 MTX-2
Figure pct00033
 MTX-3
화학식 (I)에 따른 1종 이상의 확산 억제 광개시제는 본 발명에 따른 방사선 경화성 조성물에 사용될 수 있다. 상기 확산 억제 광개시제의 바람직한 함량은 상기 경화성 조성물 또는 잉크의 전체 중량을 기준으로 0 내지 50중량%, 보다 바람직하게는 0.1 내지 20중량%, 및 가장 바람직하게는 0.3 내지 15중량%이다.
기타 광개시제
화학식 (I)에 따른 1종 이상의 확산 억제 광개시제는 다른 광개시제, 가장 바람직하게는 마찬가지로 확산 억제 광개시제와 또한 조합될 수 있다. 이는, UV 방사선의 흡수 스펙트럼이 커지고 및/또는 광개시제들 사이의 시너지 효과가 얻어질 수 있는 장점을 가지며, 그에 따라 상기 방사선 경화성 조성물 내의 단량체 및 올리고머의 중합을 가속시킨다.
유형 I 및 유형 II 광개시제 모두 단독으로 또는 조합하여 본 발명에서 사용할 수 있다. 노리시 유형 I 개시제는 여기 후 깨어져서 개시 라디칼을 즉시 생성하는 개시제이다. 노리시 유형 II 개시제는 화학작용 방사선(actinic radiation)에 의해 활성화되며, 실제 개시 유리 라디칼이 되는 제2 화합물로부터 수소 추출반응(hydrogen abstraction)에 의해 유리 라디칼을 형성하는 개시제이다. 이러한 제2 화합물은 소위 중합 상승제 또는 공개시제이다.
적절한 광개시제는 문헌(CRIVELLO, J.V., et al. VOLUME III: Photoinitiators for Free Radical Cationic. 2nd edition. Edited by BRADLEY, G., London, UK: John Wiley and Sons Ltd, 1998. p.287-294)에 개시되어 있다. 바람직하게는, 이러한 광개시제의 확산 억제 유사체가 사용된다.
확산 억제 광개시제는 벤조페논과 같은 단관능성 광개시제보다 경화성 조성물 또는 잉크의 경화층에서 더 낮은 이동도를 나타낸다. 몇 가지 방법이 광개시제의 이동성을 낮추기 위하여 사용될 수 있다. 한 가지 방법은 상기 광개시제의 분자량을 증가시켜 확산 속도를 감소시키는 것이며, 예를 들면 중합체성 광개시제이다. 다른 방법은 광개시제의 반응성을 증가시켜 중합 네트워크에 끼워 넣는 것이며, 예를 들면, (2, 3 또는 그 이상의 광개시제를 갖는) 다관능성 광개시제 및 중합성 광개시제를 사용하는 것이다. 바람직하게는, 상기 확산 억제 광개시제는 비중합체성 다관능성 광개시제, 중합체성 광개시제 및 중합성 광개시제로 이루어진 군으로부터 선택된다. 비중합체성 이관능성 또는 다관능성 광개시제는 통상 300 내지 900 달톤의 분자량을 갖는다. 이 범위의 분자량을 갖는 비중합성 단관능성 광개시제는 확산 억제 광개시제가 아니다. 중합체성 광개시제와 같은 다른 종류의 확산 억제 광개시제보다 방사선 경화성 조성물의 점도 증가에 대한 효과가 훨씬 적기 때문에 가장 바람직한 확산 억제 광개시제는 중합성 개시제이다.
적절한 확산 억제 광개시제는 벤조인에테르, 벤질 케탈, α,α-디알콕시아세토페논, α-히드록시알킬페논, α-아미노알킬페논, 아실포스핀 옥사이드, 아실포스핀 설파이드, α-할로케톤, α-할로설폰 및 페닐글리옥살레이트로 이루어진 군에서 선택된 노리시 유형 I-광개시제로부터 유도된 하나 이상의 광개시 작용기를 포함할 수 있다.
적절한 확산 억제 광개시제는 벤조페논, 티오크산톤, 1,2-디케논 및 안트라퀴논으로 이루어진 군으로부터 선택된 노리시 유형 II-개시제로부터 유도된 하나 이상의 광개시 작용기를 포함할 수 있다.
적절한 확산 억제 광개시제는 또한 EP 2053101 A (AGFA GRAPHICS)에 개시되어 있으며, 이관능성 및 다관능성 광개시제는 단락 [0074] 및 [0075]에, 중합체성 광개시제는 단락 [0077] 내지 [0080]에, 중합성 광개시제는 단락 [0081] 내지 [0083]에 개시되어 있다.
다른 바람직한 중합성 광개시제는 EP 2065362 A (AGFA GRAPHICS) 및 EP 2161264 A (AGFA GRAPHICS)에 개시되어 있으며, 참조에 의해 본 명세서에 통합된다.
광개시제의 바람직한 함량은 상기 경화성 안료 분산액 또는 잉크의 전체 중량을 기준으로 0 내지 50중량%, 보다 바람직하게는 0.1 내지 20중량%, 및 가장 바람직하게는 0.3 내지 15중량%이다.
바람직하게는, 상기 방사선 경화성 조성물은 적어도 하나의 착색제를 포함하나, 또한 무색의 액체일 수 있다. 방사선 경화성 잉크젯 잉크의 경우, 상기 무색 잉크젯 잉크는 예를 들어 잉크젯으로 인쇄된 화상의 광택을 증가시키는데 사용할 수 있다.
상기 방사선 경화성 조성물은 비수계 조성물인 것이 바람직하다. "비수계"라는 용어는 물을 포함하지 않는 액체 담체(liquid carrier)를 칭한다. 그러나 상기 조성물 또는 잉크의 전체 중량을 기준으로 소량, 통상적으로 5중량% 미만의 물이 가끔 포함될 수 있다. 이러한 물은 일부러 첨가한 것이 아니라 다른 성분, 예를 들어 극성 유기 용매를 통해 상기 조성물 내에 불순물로서 포함되었다. 5중량%보다 많은 함량의 물은 상기 방사선 경화형 조성물 및 잉크를 불안정하게 만드는 경향이 있으므로, 방사선 경화성 조성물 또는 잉크의 전체 중량을 기준으로 바람직한 물의 함량은 1중량% 미만이며, 가장 바람직하게는 물이 전혀 포함되지 않는 것이다.
바람직하게는, 상기 방사선 경화성 조성물 및 잉크는 유기 용매와 같은 증발성 성분을 포함하지 않는다. 그러나 UV-경화 이후 기재 표면에 대한 흡착성을 개선하기 위해 소량의 유기용매를 첨가하는 것이 유리한 경우도 종종 있다. 이 경우, 첨가된 용매는 내용매성 및 VOC의 문제를 유발하지 않는 범위에서 어떠한 함량이라도 사용할 수 있으며, 상기 경화성 조성물의 전체 중량을 기준으로 바람직하게는 0.1 내지 10.0중량%, 및 특히 바람직하게는 0.1 내지 5.0중량%이다.
상기 방사선 경화성 조성물은 바람직하게는 유기 용매 또는 물을 포함하지 않는 방사선 경화성 잉크젯 잉크이다.
유리 라디칼 방사선 경화성 잉크젯 잉크 세트는 적어도 2종의 상이한 잉크젯 잉크를 포함하며, 여기서 적어도 하나의 잉크젯 잉크는 하나 이상의 착색제, 바람직하게는 하나 이상의 유색 안료를 포함하는 것이 좋다.
상기 경화성 잉크 세트는 바람직하게는 1종 이상의 옐로우 경화성 잉크 (Y), 1종 이상의 시안 경화성 잉크 (C) 및 1종 이상의 마젠타 경화성 잉크 (M)를 포함하고, 바람직하게는 1종 이상의 블랙 경화성 잉크 (K)를 또한 포함한다. 상기 경화성 CMYK-잉크 세트는 레드, 그린, 블루, 및/또는 오렌지와 같은 추가의 잉크를 더 구비하여 화상의 색상 영역(colour gamut)을 더 넓힐 수 있다. 상기 CMYK-잉크 세트는 또한 전밀도(full density) 잉크젯 잉크 및 경밀도(light density) 잉크젯 잉크의 조합을 통해 확장될 수 있다. 진하고 옅은 유색 잉크들 및/또는 블랙과 그레이 잉크들의 조합은 입자성(graininess)을 저감시켜 화상 품질을 개선할 수 있다.
안료 함유(pigmented) 방사선 경화성 잉크는 상기 안료를 분산시키기 위하여 바람직하게는 분산제, 더욱 바람직하게는 중합체성 분산제를 포함한다. 안료 함유 경화성 잉크는 분산 상승제(dispersion synergist)를 포함하여 상기 잉크의 분산 품질 및 안정성을 향상시킬 수 있다. 적어도 마젠타 잉크는 분산 상승제를 포함하는 것이 바람직하다. 분산 상승제의 혼합물을 사용하여 분산 안정성을 더 향상시킬 수 있다.
상기 방사선 경화성 조성물 또는 잉크젯 잉크의 점도는 45℃ 및 1,000 s-1의 전단 속도에서 바람직하게는 약 20 mPa.s 미만, 더 바람직하게는 45℃ 및 1,000 s-1의 전단 속도에서 1 내지 14 mPa.s이다. 고속 및 고해상도 인쇄의 경우, 45℃에서 측정한 점도는 45℃ 및 90 s-1의 전단 속도에서 10 mPa.s 미만이 바람직하다. Brookfield DV-II+ 점도계를 사용하여 45℃ 및 분당 12 회전에서 상기 측정을 실시할 수 있다.
상기 경화성 조성물 또는 잉크젯 잉크의 표면 장력은 바람직하게는 25℃에서 약 20 mN/n 내지 약 70 mN/m의 범위이고, 더욱 바람직하게는 25℃에서 약 22 mN/n 내지 약 40 mN/m의 범위이다.
상기 경화성 조성물 또는 잉크젯 잉크는 상기 잉크의 열안정성을 향상시키기 위하여 1종 이상의 억제제를 또한 더 포함할 수 있다.
상기 경화성 조성물 또는 잉크젯 잉크는 또한 기재에 대한 우수한 퍼짐성(spreading)을 개선하기 위해 1종 이상의 계면활성제를 더 포함할 수 있다.
단량체 및 올리고머
특히 식품 포장 분야의 방사선 경화성 조성물 및 잉크에 사용되는 단량체 및 올리고머는 불순물이 없거나 거의 없는, 더 구체적으로 유독성 또는 발암성 불순물이 없는 정제된 화합물이다. 상기 불순물은 통상 중합성 화합물의 합성 과정에서 얻어지는 유도체 화합물이다. 그러나, 때때로 어떤 화합물, 예를 들면 무해한 함량의 중합 억제제 또는 안정화제가 순수한 중합성 화합물에 의도적으로 첨가될 수 있다.
유리 라디칼(free radical) 중합 반응이 가능한 모든 단량체 또는 올리고머가 중합성 화합물로서 사용될 수 있다. 단량체, 올리고머 및/또는 프리폴리머의 조합물이 또한 사용될 수 있다. 단량체, 올리고머 및/또는 프리폴리머는 서로 다른 관능성(degree of functionality)을 가질 수 있고, 일관능성, 이관능성, 삼관능성 및 더 높은 관능성의 단량체, 올리고머 및/또는 프리폴리머의 조합물을 포함하는 혼합물이 사용될 수 있다. 자외선 경화성 조성물 및 잉크의 점도는 단량체 및 올리고머의 비율을 다르게 함으로써 조절할 수 있다.
특히 바람직한 단량체 및 올리고머는 구체적인 참조에 의하여 본 명세서에 통합된 EP 1911814 A (AGFA GRAPHICS)의 단락 [0106] 내지 [0115]에 나열된 것이다.
공개시제
감광성(photosensitivity)을 더 증가시키기 위하여, 상기 방사선 경화성 조성물 또는 잉크는 공개시제를 더 포함할 수 있다. 적합한 공개시제의 예는 3개의 군으로 분류될 수 있다:
(1) 메틸디에탄올아민, 디메틸에탄올아민, 트리에탄올아민, 트리에틸아민 및 N-메틸모폴린과 같은 3차 지방족 아민;
(2) 아밀파라디메틸아미노벤조에이트, 2-n-부톡시에틸-4-(디메틸아미노) 벤조에이트, 2-(디메틸아미노)에틸벤조에이트, 에틸-4-(디메틸아미노)벤조에이트 및 2-에틸헥실-4-(디메틸아미노)벤조에이트와 같은 방향족 아민; 및
(3) 디알킬아미노 알킬(메트)아크릴레이트 (예를 들면, 디에틸아미노에틸아크릴레이트) 또는 N-모폴리노알킬-(메트)아크릴레이트 (예를 들면, N-모폴리노에틸-아크릴레이트)와 같은 (메트)아크릴레이트화 아민.
바람직한 공개시제는 아미노벤조에이트류이다.
1종 이상의 공개시제가 상기 방사선 경화성 조성물에 포함되면, 이들 공개시제는 안전을 위해, 특히 식품 포장 분야의 안전을 위해 확산 억제되는 것이 바람직하다.
확산 억제 공개시제는 바람직하게는 비중합체성 이관능성 또는 다관능성 공개시제, 올리고머 또는 중합체성(polymeric) 공개시제 및 중합성(polymerizable) 공개시제로 이루어지는 군으로부터 선택된다. 상기 확산 억제 공개시제는 중합체성 공개시제 및 중합성 공개시제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이 보다 바람직하다. 상기 확산 억제 공개시제는 적어도 하나의 (메트)아크릴레이트기를 갖는 중합성 공개시제가 가장 바람직하며, 적어도 하나의 아크릴레이트기를 갖는 중합성 공개시제가 보다 바람직하다.
다른 바람직한 일 구현예에서, 본 발명에 따른 광개시제는 지방족 3차 아민 및 디알킬아미노 치환된 방향족 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 올리고머성, 다관능성 또는 중합성 에틸렌성 불포화 공개시제를 포함하는 방사선 경화성 조성물에 사용되며, 디알킬아미노 치환된 방향족 화합물이 바람직하고, 4-디알킬아미노 벤조산 유도체가 가장 바람직하다.
올리고머성 공개시제의 적절한 예를 표 8에 기재하나, 이에 한정되지 않는다.
Figure pct00034
 OCI-1
Figure pct00035
 OCI-2
Figure pct00036
 OCI-3
올리고머성 공개시제는 중량 분포 및 평균 분자량 Mw을 갖지만, 다관능성 공개시제는 단지 하나의 명확한 분자량 및 화학 구조를 갖는다는 점에서 올리고머성 공개시제가 다관능성 공개시제와 다르다. 예를 들어, 상기 표 8에서 올리고머성 공개시제 OCI-1은 표 10의 다관능성 공개시제 MCI-7을 포함할 수 있다. 또한 올리고머성 공개시제는 1500 미만의 분자량을 갖는다. 바람직한 중합체성 공개시제는 EP 1616897 A (AGFA)에 개시된 바와 같이 하이퍼브랜치 중합체성 공개시제이다.
다관능성 공개시제의 적절한 예를 표 9 및 10에 기재하나, 이에 한정되지 않는다.
Figure pct00037
 MCI-1
Figure pct00038
 MCI-2
Figure pct00039
 MCI-3
Figure pct00040
 MCI-4
Figure pct00041
 MCI-5
Figure pct00042
 MCI-6
Figure pct00043
 MCI-7
Figure pct00044
 MCI-8
중합성 에틸렌성 불포화 공개시제의 적절한 예를 표 11 내지 13에 기재하나, 이에 한정되지 않는다.
Figure pct00045
 PCI-1
Figure pct00046
 PCI-2
Figure pct00047
 PCI-3
Figure pct00048
 PCI-4
Figure pct00049
 PCI-5
Figure pct00050
 PCI-6
Figure pct00051
 PCI-7
Figure pct00052
 PCI-8
Figure pct00053
 PCI-9
Figure pct00054
 PCI-10
Figure pct00055
 PCI-11

Figure pct00056

 PCI-12

Figure pct00057

 PCI-13

Figure pct00058

 PCI-14

Figure pct00059

 PCI-15
상기 방사선 경화성 잉크젯 조성물은 방사선 경화성 조성물의 전체 중량을 기준으로 1종 이상의 확산 억제 공개시제를, 바람직하게는 0.1 내지 50중량%, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 25중량%, 가장 바람직하게는 1 내지 10중량%의 함량으로 포함한다.
억제제
상기 자외선 경화성 조성물 및 잉크는 중합 억제제를 포함할 수 있다. 적절한 중합 억제제는 페놀형 산화방지제, 입체장애(hindered) 아민 광안정제, 인광체형(phosphor type) 산화방지제, (메트)아크릴레이트 단량체에서 보통 사용되는 히드로퀴논 모노메틸 에테르를 포함하며, 및 히드로퀴논, t-부틸카테콜, 피로갈롤(pyrogallol), 2,6-디-t-부틸-4-메틸페놀 (=BHT) 이 또한 사용될 수 있다.
적절한 상업적인 억제제는 예를 들면, Sumitomo Chemical Co. Ltd.에 의하여 제조된 SumilizerTM GA-80, SumilizerTM GM 및 SumilizerTM GS; RahnAG로부터의 GenoradTM16, GenoradTM 18 및 GenoradTM 20; Ciba Specialty Chemicals로부터의 IrgastabTM UV10 및 IrgastabTM UV22, TinuvinTM 460 및 CGS20; Kromachem Ltd로부터의 FloorstabTM UV계 (UV-1, UV-2, UV-5 및 UV-8), Cytec Surface Specialties로부터의 AdditolTM S계 (S100, S110, S120 및 S130)이다.
상기 억제제로 중합성 억제제가 바람직하다.
이들 중합 억제제의 과도한 첨가는 경화 속도를 낮출 수 있기 때문에, 혼합에 앞서서 중합을 억제할 수 있는 함량을 결정하는 것이 바람직하다. 중합 억제제의 함량은 전체 방사선 경화성 조성물 또는 잉크의 바람직하게는 5중량% 미만, 더 바람직하게는 3중량% 미만이다.
착색제
상기 방사선 경화성 잉크에 사용된 착색제는 염료, 안료 또는 이들의 조합물일 수 있다. 유기 및/또는 무기 안료가 사용될 수 있다. 상기 착색제는 바람직하게는 안료 또는 중합체성 염료이고, 가장 바람직하게는 안료이다.
상기 안료는 블랙, 화이트, 시안, 마젠타, 옐로우, 레드, 오렌지, 바이올렛, 블루, 그린, 브라운, 이들의 혼합물 등일 수 있다. 유색 안료는 문헌(HERBST, Willy, et al. Industrial Organic Pigments, Production, Properties, Applications. 3rd edition. Wiley - VCH , 2004. ISBN 3527305769)에 의하여 개시된 것들로부터 선택될 수 있다.
적절한 안료는 WO 2008/074548 (AGFA GRAPHICS)의 단락 [0128] 내지 [0138]에 개시되어 있다.
또한 혼정(mixed crystals)을 사용할 수 있다. 혼정은 또한 고용체(solid solution)로 지칭된다. 예를 들면, 특정 조건 하에서 서로 다른 퀴나크리돈이 서로 혼합되어 고용체를 형성하지만, 이것은 상기 화합물의 물리적 혼합물 및 화합물 그 자체와는 상당히 다르다. 고용체에서, 각 성분의 분자들은 통상 이 성분들 중 하나의 결정 격자와 동일한 결정 격자로 들어가나 항상 그런 것은 아니다. 결과물인 결정성 고체의 X선 회절 패턴은 이 고체의 특징이고, 동일한 비율의 동일한 성분들의 물리적 혼합물의 패턴과 분명히 구별될 수 있다. 이러한 물리적 혼합물에 있어서, 각 성분의 X선 패턴은 구별될 수 있고, 이들 선 중의 다수의 소멸은 고용체 형성의 기준 중 하나이다. 상업적으로 입수 가능한 예는 Ciba Specialty Chemicals로부터 입수 가능한 CinquasiaTM Magenta RT355-D이다.
또한 안료의 혼합물이 상기 안료 분산액에 사용될 수 있다. 일부 잉크젯 분야의 경우, 중성 블랙 잉크젯 잉크가 바람직하며, 예를 들어 잉크에 블랙 안료 및 시안 안료를 혼합함으로써 얻어질 수 있다. 상기 잉크젯 분야는, 예를 들면 포장물의 잉크젯 인쇄 또는 텍스타일 잉크젯 인쇄를 위해, 1종 이상의 스폿 칼라(spot colour)를 또한 필요로 할 수 있다. 은 및 금은 종종 잉크젯 포스터 인쇄 및 판매시점(point-of-sales) 디스플레이에서 종종 요구된다.
상기 안료 분산액에서 비유기 안료가 사용될 수 있다. 특히 바람직한 안료는 C.I 피그먼트 메탈(C.I. Pigment Metal) 1, 2 및 3이다. 무기 안료의 예시적인 예는 레드 아이언 옥사이드(III), 카드뮴 레드, 울트라마린 블루, 프러시안 블루, 크로뮴 옥사이드 그린, 코발트 그린, 앰버, 티타늄 블랙 및 합성 아이언 블랙을 포함한다.
잉크젯 잉크에서 안료 입자는 잉크젯 인쇄장치, 특히 토출 노즐을 통해 잉크의 자유 흐름을 허용할 정도로 충분히 작아야 한다. 최대 색상 강도를 위해 작은 입자를 사용하고, 침전을 느리게 하는 것이 또한 바람직하다.
수 평균 안료 입자 크기는 바람직하게는 0.050 내지 1 ㎛, 더 바람직하게는 0.070 내지 0.300 ㎛, 특히 바람직하게는 0.08 내지 0.200 ㎛이다. 가장 바람직한 수 평균 안료 입자 크기는 0.150 ㎛ 이하이다. 0.050 ㎛ 미만의 평균 입자 크기는 광견뢰도가 감소하여 덜 바람직하기도 하지만, 주로는 식품 포장 분야에서 매우 작은 안료 입자 또는 이들의 개별적인 안료 분자가 여전히 추출될 수 있기 때문이기도 하다. 안료 입자의 평균 입자 크기는 동적 광산란법(dynamic light scattering)의 원리를 기초로 하는 Brookhaven Instruments Particle Sizer BI90plus으로 측정된다. 상기 잉크는 0.002중량%의 안료 농도까지 에틸 아세테이트로 희석된다. 상기 BI90plus의 측정 설정값은 다음과 같다: 23℃, 90°의 각도, 635 nm의 파장 및 그래픽스(graphics) = 보정함수에서 5회 실시.
그러나 화이트 안료 분산액의 경우, 상기 화이트 안료의 수 평균 입자 직경은 바람직하게는 50 내지 500 nm, 더 바람직하게는 150 내지 400 nm, 가장 바람직하게는 200 내지 350 nm이다. 평균 직경이 50 nm 미만인 경우 충분한 은폐력(hiding power)을 얻을 수 없고, 평균 직경이 500 nm를 초과하는 경우 저장 능력 및 잉크의 분사 적합성(jet-out suitability)이 저하되는 경향이 있다. 수 평균 입자 직경은, 4mW HeNe 레이저를 구비한 광자 상관 분광기(photon correlation spectroscopy)에 의해 633 nm의 파장에서 안료 잉크젯 잉크의 희석 샘플을 대상으로 가장 잘 측정된다. 사용된 적절한 입자 크기 분석기는 Goffin-Meyvis에서 입수 가능한 MalvernTM nano-S이었다. 예를 들면, 1.5 mL의 에틸 아세테이트를 함유한 큐벳(cuvette)에 잉크 1 방울을 첨가하여 샘플을 준비한 후, 균질한 샘플이 얻어질 때까지 혼합할 수 있다. 측정된 입자 크기는 20초간 6회 실시하는 측정을 3번 연속으로 반복하여 얻어진 평균값이다.
적합한 화이트 안료는 WO 2008/074548 (AGFA GRAPHICS)의 단락 [0116]의 표 2에 기재된다. 화이트 안료는 1.60을 초과하는 굴절률을 갖는 안료가 바람직하다. 화이트 안료는 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 1.60을 초과하는 굴절률을 갖는 안료로서 이산화티탄이 사용된다. 적합한 이산화티탄 안료는 WO 2008/074548 (AGFA GRAPHICS)의 단락 [0117] 및 [0118]에 개시된 것들이다.
상기 안료는 안료 분산액의 총중량을 기준으로 바람직하게는 0.01 내지 10중량%의 범위, 더 바람직하게는 0.05 내지 10중량%의 범위 및 가장 바람직하게는 0.1 내지 5중량%의 범위로 포함된다. 화이트 안료 분산액의 경우, 이 화이트 안료는 바람직하게는 상기 안료 분산액의 3중량% 내지 30중량%, 더 바람직하게는 5중량% 내지 25중량%의 함량으로 포함된다. 3중량% 미만의 함량은 충분한 피복력(covering power)를 달성할 수 없고, 통상 매우 불량한 저장 안정성 및 토출 특성을 나타낸다.
분산제
상기 분산제는 바람직하게는 중합체성 분산제이다. 전형적인 중합체성 분산제는 2종 단량체의 공중합체이나, 3종, 4종, 5종 또는 그 이상의 단량체를 포함할 수 있다. 중합체성 분산제의 물성은 단량체의 성질 및 이들의 중합체 내 분포도 모두에 따라 달라진다. 적합한 공중합체 분산제는 하기 중합체 조성물을 포함한다:
·통계학적으로 중합된 단량체 (예를 들면, 단량체 A 및 B가 ABBAABAB로 중합);
·교호적으로 중합된 단량체 (예를 들면, 단량체 A 및 B가 ABABABAB로 중합);
·그래디언트(테이퍼드) 중합된 단량체 (예를 들면, 단량체 A 및 B가 AAABAABBABBB로 중합);
·블록 공중합체 (예를 들면, 단량체 A 및 B가 AAAAABBBBBB로 중합), 여기서 각 블록(2, 3, 4, 5 또는 그 이상)의 블록 길이는 중합체성 분산제의 분산 능력에 있어서 중요하다;
·그래프트 공중합체 (그래프트 공중합체는 중합체 백본과 이 백본에 결합된 중합체 측쇄로 구성된다); 및
이들 중합체의 혼합된 형태, 예를 들면 블록화 그라디언트 공중합체이다.
적합한 중합체성 분산제는 본 명세서에 구체적 참조로 통합된 EP 1911814 A (AGFA GRAPHICS)의 분산제 부분, 더 구체적으로 단락 [0064] 내지 [0070] 및 [0074] 내지 [0077]에 열거되어 있다.
중합체성 분산제는 바람직하게는 500 내지 30000, 더 바람직하게는 1500 내지 10000의 수평균 분자량 Mn을 갖는다.
중합체성 분산제는 바람직하게는 100000 미만, 더욱 바람직하게는 50000 미만, 가장 바람직하게는 30000 미만의 중량 평균 분자량 Mw를 갖는다.
중합체성 분산제는 바람직하게는 2 미만, 더욱 바람직하게는 1.75 미만의 다분산성(polydispersity, PD)을 갖는다.
상업적인 중합체성 분산제의 예시는 하기와 같다:
BYK CHEMIE GMBH로부터 입수 가능한 DISPERBYKTM 분산제;
NOVEON로부터 입수 가능한 SOLSPERSETM 분산제;
EVONIK로부터 입수 가능한 TEGOTM DISPERSTM 분산제;
MUENZING CHEMIE로부터 입수 가능한 EDAPLANTM 분산제;
LYONDELL로부터 입수 가능한 ETHACRYLTM 분산제;
ISP로부터 입수 가능한 GANEXTM 분산제;
CIBA SPECIALTY CHEMICALS INC로부터 입수 가능한 DISPEXTM 및 EFKATM 분산제;
DEUCHEM로부터 입수 가능한 DISPONERTM 분산제; 및
JOHNSON POLYMER로부터 입수 가능한 JONCRYLTM 분산제.
특히 바람직한 중합체성 분산제는 NOVEON로부터 입수 가능한 SolsperseTM 분산제, CIBA SPECIALTY CHEMICALS INC로부터 입수 가능한 EfkaTM 분산제 및 BYK CHEMIE GMBH로부터 입수 가능한 DisperbykTM 분산제이다. 특히 바람직한 분산제는 NOVEON로부터 입수 가능한 SolsperseTM 32000, 35000 및 39000 분산제이다.
상기 중합체성 분산제는 안료의 중량을 기준으로 바람직하게는 2 내지 600중량%의 함량, 더 바람직하게는 5 내지 200중량%의 함량으로 사용할 수 있다.
분산 상승제
분산 상승제는 대개 음이온 부분 및 양이온 부분으로 구성된다. 분산 상승제의 음이온 부분은 유색 안료와 약간의 분자 유사성을 나타내고, 분산 상승제의 양이온 부분은 1개 이상의 양성자 및/또는 양이온으로 구성되어 분산 상승제의 음이온 부분의 전하를 보상한다.
상기 상승제는 바람직하게는 중합체성 분산제(들)보다 적은 함량으로 첨가된다. 중합체성 분산제/분산 상승제의 비율은 안료에 따라 달라지며, 실험에 의해 결정되어야 한다. 일반적으로 중합체성 분산제의 중량% / 분산 상승제의 중량% 비율은 2:1 내지 100:1, 바람직하게는 2:1 내지 20:1에서 선택된다.
상업적으로 입수 가능한 적합한 분산 상승제는 NOVEON의 SolsperseTM 5000 및 SolsperseTM 22000을 포함한다.
사용되는 마젠타 잉크용으로 특히 바람직한 안료는 디케토피롤로피롤 안료 또는 퀴나크리돈 안료이다. 적합한 분산 상승제는 EP 1790698 A (AGFA GRAPHICS), EP 1790696 A (AGFA GRAPHICS), WO 2007/060255 (AGFA GRAPHICS) 및 EP 1790695 A (AGFA GRAPHICS)에 개시된 것을 포함한다.
C.I. 피그먼트 블루 15:3을 분산시킴에 있어서, 설폰화 Cu-프탈로시아닌 분산 상승제, 예를 들면 NOVEON의 SolsperseTM 5000을 사용하는 것이 바람직하다. 옐로우 잉크젯 잉크로서 적합한 분산 상승제는 EP 1790697 A (AGFA GRAPHICS)에 개시된 것을 포함한다.
바람직한 일 구현예에서, 상기 분산 상승제는 하나, 둘 또는 그 이상의 카르복시산기를 포함하며, 바람직하게는 설폰산기를 포함하지 않는다.
계면활성제
상기 방사선 경화성 조성물 및 잉크는 계면활성제를 포함할 수 있다. 계면활성제(들)는 음이온성, 양이온성, 비이온성 또는 쌍이온성일 수 있으며, 대개 방사선 경화성 조성물 또는 잉크의 총중량에 대하여 10중량% 미만으로 첨가될 수 있고, 특히 방사선 경화성 조성물 또는 잉크의 총중량에 대하여 5중량% 미만으로 첨가될 수 있다.
잉크젯 잉크 내의 계면활성제는 잉크 수용체 상의 접촉각을 줄이기 위해, 즉 잉크에 의한 잉크 수용체의 습윤성을 개선하기 위하여 상기 잉크의 표면 장력을 감소시킨다. 한편, 토출 가능한 잉크는 높은 정밀도, 신뢰성을 가지고 장기간 동안 적절한 토출이 가능하도록 엄격한 성능 조건을 만족해야 한다. 잉크에 의한 잉크 수용체의 습윤성 및 높은 토출 성능을 모두 달성하기 위하여, 통상 1종 이상의 계면활성제를 첨가하여 상기 잉크의 표면 장력을 감소시킨다. 경화성 잉크젯 잉크의 경우, 이 잉크젯 잉크의 표면 장력은 계면활성제의 함량 및 종류 뿐만 아니라, 잉크 조성물 내의 중합성 화합물, 중합체성 분산제, 및 기타 첨가제에 의해서도 결정된다.
적절한 계면활성제는 불화 계면활성제, 지방산염, 고급 알콜의 에스테르염, 알킬벤젠 설포네이트염, 설포숙시네이트 에스테르염 및 고급 알콜의 포스페이트 에스테르염 (예를 들어, 소듐 도데실벤젠설포네이트 및 소듐 디옥틸설포숙시네이트), 고급 알콜의 에틸렌 옥사이드 부가물, 알킬페놀의 에틸렌 옥사이드 부가물, 다가 알콜 지방산 에스테르의 에틸렌 옥사이드 부가물, 및 아세틸렌 글리콜 및 그의 에틸렌 옥사이드 부가물 (예를 들어, 폴리옥시에틸렌 노닐페닐 에테르, 및 SURFYNOLTM 104, 104H, 440, 465 및 TG (AIR PRODUCTS & CHEMICALS INC에서 입수가능))을 포함한다.
적절한 계면활성제는 불화 계면활성제 (예를 들어 불화 탄화수소) 및 실리콘 계면활성제를 포함한다. 상기 실리콘은 통상 실록산이며, 알콕시화, 폴리에테르 변성, 폴리에스테르 변성, 폴리에테르 변성 히드록시 관능성, 아민 변성, 에폭시 변성 및 다른 변성이 행해질 수 있으며, 또는 이들의 조합일 수 있다. 바람직한 실록산은 중합체성이며, 예를 들어 폴리디메틸실록산이다.
유용한 시판 실리콘 계면활성제의 예는 BYK CHEMIE GMBH에 의해 공급된 제품 (BykTM-302, 307, 310, 331, 333, 341, 345, 346, 347, 348, UV3500, UV3510 및 UV3530 포함), TEGO CHEMIE SERVICE에 의해 공급된 제품 (Tego RadTM 2100, 2200N, 2250, 2300, 2500, 2600 및 2700 포함), CYTEC INDUSTRIES BV로부터의 EbecrylTM 1360 폴리실록산 헥사아크릴레이트 및 EFKA CHEMICALS B.V.로부터의 EfkaTM-3000시리즈 (EfkaTM-3232 및 EfkaTM-3883 포함)이다.
계면활성제로서 사용된 상기 불화 또는 실리콘 화합물은 가교 가능한 계면활성제가 바람직하다. 표면-활성 효과를 갖는 적절한 중합성 화합물은 예를 들어 폴리아크릴레이트 코폴리머, 실리콘 변성 아크릴레이트, 실리콘 변성 메타크릴레이트, 아크릴레이티드 실록산, 폴리에테르 변성 아크릴계 변성 실록산, 불화 아크릴레이트, 및 불화 메타크릴레이트를 포함한다. 이들 아크릴레이트는 일관능성, 이관능성, 삼관능성 또는 그보다 높은 고관능성의 (메트)아크릴레이트이다.
사용 분야에 따라, 높거나 낮은, 혹은 중간의 동적 표면 장력을 갖는 계면활성제가 사용될 수 있다. 일반적으로 실리콘 계면활성제는 낮은 동적 표면 장력을 갖는 것으로 알려져 있으나, 불화 계면활성제는 높은 동적 표면 장력을 갖는 것으로 알려져 있다.
경화성 잉크젯 조성물 및 잉크에서 실리콘 계면활성제, 특히 경화 공정에서 중합성 화합물과 함께 중합될 수 있는 반응성 실리콘 계면활성제가 종종 바람직하다.
경화성 안료 조성물 및 잉크의 제법
유색 안료의 평균 입자 크기 및 분포는 잉크젯 잉크의 중요한 특징이다. 잉크젯 잉크는 분산제 존재하에 분산 매질 중에서 안료를 침전 또는 밀링하여 제조할 수 있다.
혼합 장비는 압력 니더(pressure kneader), 개방형 니더(open kneader), 유성 믹서(planetary mixer), 용해기 및 달톤 유니버셜 믹서(Dalton Universal Mixer)를 포함할 수 있다. 적합한 밀링 및 분산 장비는 볼 밀, 펄 밀, 콜로이드 밀, 고속 분산기(high-speed disperser), 더블 롤러, 비드 밀, 페인트 컨디셔너(paint conditioner) 및 트리플 롤러(triple roller)이다. 분산액은 또한 초음파 에너지를 사용하여 제조할 수 있다.
유리, 세라믹, 금속 및 플라스틱과 같은 상이한 많은 종류의 물질이 밀링 매질(media)로서 사용될 수 있다. 바람직한 일 구현예에 있어서, 분쇄 매질(grinding media)은 입자, 바람직하게는 실질적으로 구 형상인 입자, 예를 들면 중합체 수지 또는 이트륨 안정화된 지르코늄 옥사이드 비드로 본질적으로 이루어진 비드를 포함할 수 있다.
혼합, 밀링 및 분산 공정에서, 각 공정은 열의 축적을 방지하기 위하여 냉각과 함께 수행되며, 화학작용 방사선이 실질적으로 제외된 광 조건 하에서 가능한 한 많이 수행된다.
잉크젯 잉크는 1종 이상의 안료를 포함할 수 있고, 각 안료의 개별적인 분산액을 사용하여 제조하거나, 또는 대안적으로 상기 분산액을 제조할 때 여러 종류의 안료를 혼합 및 동시 밀링(co-milled)할 수 있다.
상기 분산 공정은 연속상, 배치상(batch) 또는 세미-배치상(semi-batch) 모드로 수행할 수 있다.
상기 밀 그라인드(mill grind) 성분의 바람직한 양 및 비율은 구체적인 물질 및 적용하려는 분야에 따라 폭 넓게 달라질 수 있다. 상기 밀링 혼합물의 내용물은 밀 그라인드 및 밀링 매질을 포함한다. 상기 밀 그라인드는 안료, 중합체성 분산제 및 액체 담체를 포함한다. 잉크젯 잉크의 경우, 상기 안료는 보통 밀링 매질을 제외하고 밀 그라인드에서 보통 1 내지 50중량%로 포함된다. 안료 대 중합체성 분산제의 중량비는 20:1 내지 1:2이다.
밀링 시간은 폭 넓게 변할 수 있으며, 선택된 안료, 기계적 수단 및 체류 시간, 초기 및 목적하는 최종 입자 크기 등에 따라 달라진다. 본 발명에 있어서, 100 nm 미만의 평균 입자 크기를 갖는 안료 분산액을 제조할 수 있다.
밀링이 종결된 후, 밀링 매질은 밀링된 입자상 생성물(건조 또는 액체 분산물 형태 중 하나)로부터 여과, 메쉬 스크린(mesh screen)을 통한 체질(sieving) 등과 같은 종래의 분리 방법을 사용하여 분리된다. 상기 체는 때때로 밀, 예를 들면 비드 밀에 내장된다. 밀링된 안료 농축물은 여과에 의해 밀링 매질로부터 분리하는 것이 바람직하다.
일반적으로 농축한 밀 그라인드 형태로 잉크젯 잉크를 만드는 것이 바람직하며, 이어서 잉크젯 인쇄 시스템에 사용하는데 적절한 농도로 희석된다. 이러한 기술은 상기 장치로부터 더 많은 양의 안료 잉크를 제조하는 것을 가능하게 한다. 희석 공정에 의해, 잉크젯 잉크를 원하는 점도, 표면 장력, 색상, 색조, 포화 밀도 및 인쇄 영역 커버리지로 조절하여 특정 분야에 사용한다.
잉크젯 인쇄법
본 발명에 따른 잉크젯 인쇄법은 하기 단계를 포함한다:
a) 본 발명에 따른 중합성 광개시제를 포함하는 방사선 경화성 조성물을 잉크젯 인쇄장치에 제공하는 단계;
b) 상기 잉크젯 인쇄장치로 상기 방사선 경화성 조성물을 잉크 수용체 상에 침착(depositing)하는 단계; 및
c) 360 nm보다 큰 파장을 갖는 UV 방사선을 이용하여 상기 방사선 경화성 조성물을 적어도 부분적으로 경화하는 단계.
바람직한 일 구현예에서, 상기 잉크 수용체는 실질적으로 비흡수성 잉크 수용체이다. 상기 "실질적으로 비흡수성 잉크젯 잉크 수용체"라는 용어는 다음과 같은 두가지 조건 중 적어도 하나를 만족하는 임의의 잉크젯 잉크 수용체를 의미한다:
1) 상기 잉크젯 잉크 수용체의 2㎛보다 깊이 잉크가 침투하지 않음;
2) 상기 잉크젯 잉크 수용체의 표면 상에 토출된 100 pL의 액적 중 20% 보다 많이는 5초 내에 상기 잉크젯 잉크 수용체 내로 사라지지 않음. 하나 이상의 코팅층이 존재하면, 건조 두께는 5㎛ 미만이어야 한다. 잉크 수용체가 상술한 실질적으로 비흡수성 잉크 수용체 조건 중 하나 또는 모두를 만족하는가를 평가하기 위하여 당업자들은 표준 분석 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 잉크 수용체 표면 상에 잉크를 토출한 후, 상기 잉크 수용체로부터 잘라 낸 얇은 조각(slice)을 투과 전자 현미경으로 조사하여 상기 잉크의 투과 깊이가 2㎛ 보다 큰 지를 결정할 수 있다. 적절한 분석법에 대한 추가적인 정보는 문헌(ESIE, G, et al. Influence of Substrate Properties in Drop on Demand Printing. Proceedings of Imaging Science and Technology's 18th International Conference on Non Impact Printing. 2002, p.360-365)에서 찾아볼 수 있다.
잉크젯 인쇄장치
본 발명에 따른 방사선 경화성 조성물 및 잉크는 노즐을 통하여 조절된 방식으로 작은 잉크 액적을 토출하는 하나 이상의 프린트 헤드에 의해 잉크 수용체 표면 상에 분사될 수 있으며, 상기 잉크 수용체 표면은 상기 프린트 헤드(들)에 관하여 움직인다.
잉크젯 인쇄 시스템용으로 바람직한 프린트 헤드는 압전식(piezoelectric) 헤드이다. 압전식 잉크젯 인쇄는 전압이 인가되었을 때 압전식 세라믹 변환기(transducer)의 운동에 기초한다. 전압의 인가는 프린트 헤드 내의 압전식 세라믹 변환기의 형상을 변화시켜 빈 공간(void)을 만들고, 이 빈 공간은 잉크로 채워진다. 전압이 다시 제거되면, 상기 세라믹이 본래 형상으로 팽창하여 프린트 헤드로부터 잉크 액적을 토출한다. 그러나 본 발명에 따른 잉크젯 인쇄 방법은 압전식 잉크젯 인쇄에 한정되지 않는다. 그 밖의 다른 잉크젯 프린트 헤드가 사용될 수 있고, 연속식 유형 및 열식, 정전식 및 어쿠스틱 드롭 온 디맨드 유형과 같은 다양한 유형을 포할 수 있다.
보통 잉크젯 프린트 헤드는 이동하는 잉크 수용체 표면을 가로질러 횡방향으로 왕복하며 스캔한다. 종종 상기 잉크젯 프린트 헤드는 되돌아오는 길에서는 인쇄하지 않는다. 2-방향식 인쇄는 큰 면적 처리량(high areal throughput)을 얻기 위해 바람직하다. 다른 바람직한 인쇄 방법은 "단일 경로 인쇄 공정(single pass printing process)"인 바, 이는 페이지 폭(page wide)의 잉크젯 프린트 헤드 또는 잉크 수용체 표면의 전체 폭을 커버하는 다수의 엇갈림 잉크젯 프린트 헤드(multiple staggered inkjet printing heads)를 사용하여 수행될 수 있다. 단일 경로 인쇄 공정에 있어서, 통상 잉크젯 프린트 헤드가 고정되고, 잉크 수용체 표면이 잉크젯 프린트 헤드 아래로 전달된다.
경화 장치
본 발명에 따른 상기 방사선 경화성 조성물은 화학작용 방사선, 바람직하게는 자외 방사선에 노광시켜 경화할 수 있다.
잉크젯 인쇄에서, 상기 경화 수단은 잉크젯 프린터의 프린트 헤드와 결합하여 배열될 수 있고, 프린터 헤드와 같이 움직이므로, 상기 경화성 조성물은 분사된 이후 얼마 안 되어 경화 방사선에 노출된다.
이러한 배열에서는, 프린트 헤드에 연결되어 함께 움직이는 LED와 같은 충분히 작은 방사선원(radiation source)을 제공하는 것이 어려울 수 있다. 그러므로, 정적(static) 고정 방사선원, 예를 들면 경화 UV 방사선원이 사용될 수 있고, 이는 광섬유 다발(fiber optic bundle) 또는 내부 반사 연질 튜브(internally reflective flexible tube)와 같은 연질 방사선 도전성 수단에 의해 상기 방사선원에 연결될 수 있다.
대안으로서, 방사선 헤드 상의 거울을 포함하는 거울 배열에 의해 고정식 공급원으로부터 상기 방사선 헤드에 화학작용 방사선을 공급할 수 있다.
프린트 헤드와 함께 움직이지 않도록 배열된 방사선 공급원은, 경화 대상인 잉크 수용체의 표면을 가로지르고 상기 프린트 헤드의 횡방향 경로에 인접하게 횡방향으로 연장되는 연장된 늘린 방사선 공급원일 수도 있으므로, 프린트 헤드에 의하여 형성된 다음 행의 화상은, 순차적으로 또는 연속적으로, 상기 방사선 공급원 아래를 통과한다.
방출된 광의 일부라도 광개시제 또는 광개시 시스템에 의하여 흡수될 수 있다면 어떠한 자외선 공급원이라도 방사선 공급원으로 사용될 수 있으며, 예를 들어 고압 또는 저압 수은등, 냉음극관(cold cathode tube), 블랙 라이트(black light), 자외선 LED, 자외선 레이저 및 플래쉬 라이트(flash light)를 포함한다. 이들 중, 바람직한 공급원은 300 내지 400 nm의 주파장을 갖는, 상대적으로 긴 파장의 UV-기여(contribution)를 나타내는 것이다. 구체적으로, UV-A 광원은 광 산란을 감소시켜 더욱 효과적인 내부 경화를 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.
UV 방사선은 일반적으로 하기와 같이 UV-A, UV-B 및 UV-C로 분류된다:
UV-A: 400 nm 내지 320 nm.
UV-B: 320 nm 내지 290 nm.
UV-C: 290 nm 내지 100 nm.
본 발명에 따른 잉크젯 인쇄 방법의 바람직한 일 구현예에 있어서, 잉크젯 인쇄 장치는 360 nm보다 큰 파장을 갖는 하나 이상의 UV LED, 바람직하게는 380 nm보다 큰 파장을 갖는 하나 이상의 UV LED, 및 가장 바람직하게는 395 nm보다 큰 파장을 갖는 UV LED를 포함한다.
또한 상이한 파장 또는 조도를 갖는 두 개의 광원을 사용하여 화상을 순차적으로 또는 동시에 경화하는 것이 가능하다. 예를 들면, 제1 UV-원은 UV-C, 특히 260 mn 내지 200 nm의 범위가 많아지도록 선택될 수 있다. 이어서, 제2 UV-원은 UV-A가 많아지도록, 예를 들면 갈륨-도핑 램프, 또는 UV-A 및 UV-B에서 모두 강한 다른 램프가 될 수 있다. 두 개의 UV-원을 사용하는 것은, 예를 들면 빠른 경화 속도와 같은 이점을 갖는다는 것이 밝혀졌다.
경화를 촉진하기 위하여, 잉크젯 프린터는 종종 하나 이상의 산소 소모 유닛(oxygen depletion unit)을 구비한다. 상기 산소 소모 유닛은 경화 환경에서 산소 농도를 줄이기 위하여, 질소 또는 비교적 비활성인 다른 기체 (예를 들면 CO2)의 블랭킷(blanket)을 조절 가능한 위치 및 조절 가능한 비활성 기체 농도로 배치한다. 잔류 산소 농도(residual oxygen level)는 대개 200 ppm과 같이 낮게 유지되나, 일반적으로 200 ppm 내지 1200 ppm의 범위이다.
산업상 이용가능성
본 발명에 따른 확산 억제 광개시제는 경화 후 추출성 및 휘발성 화합물이 최소로 유지될 필요가 있는 방사선 경화성 조성물 및 잉크를 제조하는데 사용될 수 있으며, 예를 들어 단시간 포장물 잉크젯 인쇄 또는 포장물 상의 플렉소 인쇄 방식을 포함하는 식품 포장 분야에 유용하다.
하지만 상기 확산 억제 광개시제는 또한 추출성 물질 및 휘발성 물질에 대해 다소 완화된 규정이 적용되는 분야, 예를 들어 빌보드 또는 포스터 인쇄에도 적용될 수 있다. 왜냐하면 이들 빌보드 및 포스터를 제작시 작업자의 안전도를 증가시키기 때문이다.
상기 확산 억제 광개시제는 또한 US 2008008966 (FUJIFILM)에 예시된 리소그래피 인쇄 플레이트 또는 US 2006055761 (AGFA GRAPHICS)에 예시된 플렉소그래피 플레이트의 제조 뿐만 아니라, US 2009018230 (CIBA)에 예시된 바와 같이 이들 플레이트와 함께 사용되는 플렉소그래피 또는 리소그래피 방사선 경화 잉크의 제조에도 유용하게 사용될 수 있다.
실시예
재료
하기 실시예에 사용된 모든 재료는 달리 명시되지 않는 한 ALDRICH Chemical Co. (Belgium) 및 ACROS (Belgium)와 같은 표준 공급원으로부터 쉽게 입수 가능하였다.
Lewatit™ M600 MB는 CLEARTECH INDUSTRIES INC에서 입수 가능하다. 활성화 Lewatit™ M600 MB는 하기 방법에 따라 알칼리 처리를 받았음을 의미한다: Lewatit™ M600 MB 25g을 1N 수산화나트륨 용액 75 mL으로 처리한 후 2시간 동안 교반하였다. 상기 이온 교환체를 여과하여 분리한 후, 물로 여러번 세척하고 일정 중량이 될 때까지 건조하였다.
polyTHF 250은 250의 Mn을 갖는 폴리테트라히드로퓨란이다(Aldrich Chemical Co. (Belgium)에서 입수).
Special BlackTM 550은 EVONIK (DEGUSSA)에서 입수 가능한 카본 블랙 안료이다.
HostapermTM BlueP-BFS은 CLARIANT에서 입수한 C.I. Pigment Blue 15:4 안료이다.
DB162는 BYK CHEMIE GMBH에서 입수가능한 중합체성 분산제 DisperbykTM 162에 대해 사용되는 약어이며, 2-메톡시-1-메틸에틸아세테이트, 크실렌 및 n-부틸아세테이트의 용매 혼합물이 제거되었다.
VEEA는 2-(2'-비닐옥시에톡시)에틸아크릴레이트이며, NIPPON SHOKUBAI, Japan으로부터 입수 가능한 이관능성 단량체이다:
M600은 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트이며, RAHN AG로부터 입수 가능한 MiramerTM M600의 약어이다.
SC7040은 Lambson Ltd.에 의해 공급되는 중합체성 공개시제 SpeedcureTM 7040이다.
IC819는 BASF (Ciba Specialty Chemicals)에 의해 공급되는 IrgacureTM 819이다.
COMPINI-1은 하기 구조를 갖는 중합성 티오크산톤이고:
Figure pct00060
후술하는 바와 같이 제조하였다:
1단계: (1-클로로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-아세트산의 합성
Figure pct00061
황산(18M)(1620 mL)을 -5℃로 냉각하고 2,2'-디티오살리실산(165.4g, 0.54mol)을 첨가한 후, 이어서 4-클로로페녹시아세트산(352.7g, 1.89mol)을 3시간에 걸쳐 가하여 걸쭉한 황색/녹색 현탁액을 형성하였다. 이 현탁액을 0℃에서 1시간 동안 교반하였다. 이 반응 혼합물을 50℃에서 가열한 후 54시간 동안 교반하였다. 반응 종료 후, 이 반응 혼합물을 얼음(1300g)에 가하였다. 실온에서 1시간 동안 교반한 후, 조생성물인 (1-클로로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-아세트산을 여과에 의해 분리하였다. 상기 조생성물인 (1-클로로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-아세트산을 아세토니트릴(3000 mL)로부터 재결정하였다. (1-클로로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-아세트산을 여과에 의해 분리하여 (1-클로로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-아세트산 186.3g(53.8%)을 수득하였다.
2단계: 아크릴산 4-{3-[2-(1-클로로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-아세톡시]-2-히드록시-프로폭시}-부틸 에스테르의 합성:
Figure pct00062
(1-클로로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-아세트산(28.9g, 0.09mol), 아세토니트릴(345mL), 디메틸아세트아미드(240ml), 테트라부틸암모늄 브로마이드(2.9g, 9mmol), 2,6-디-tert-부틸-4-메틸페놀(0.2g, 0.9mmol) 및 4-히드록시부틸아크릴레이트 글리시딜에테르(18.0g, 0.09mol)를 포함하는 반응 혼합물을 가열하여 환류시켰다. 이 혼합물을 환류 온도에서 24시간 동안 교반하였다. 상기 반응 혼합물을 실온까지 냉각하고, 감압하에 용매를 증발시켰다. 잔류 오일을 디클로로메탄(400mL)에 용해시키고, 수산화나트륨 수용액(1N)(200mL) 및 증류수 (200mL)의 혼합물을 사용하여 3회 추출하였다. 유기층을 분리한 후 MgSO4상에서 건조하였다. 용매를 증발시켜 갈색 오일 15.7g을 수득하였다. 용리액으로서 디클로로메탄 / 에틸 아세테이트 (75/25)를 사용하여 Merck Super Vario Prep 컬럼 상에서 아크릴산 4-{3-[2-1-클로로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-아세톡시]-2-히드록시-프로폭시}-부틸 에스테르를 정제하여 황색 오일 13.85g을 수득하였다.
BYKTM UV3510은 BYK CHEMIE GMBH로부터 입수가능한 폴리에테르 변성 폴리디메틸실록산 습윤제이다.
GenoradTM 16은 RAHN AG으로부터 입수한 중합 억제제이다.
PGA-paper는 양면 PE 용지로서, PE 층 내에 9% TiO2를 함유한다.
PET100은 P100C PLAIN/ABAS으로서 AGFA-GEVAERT으로부터 입수 가능하며, 이면상에 대전방지성을 갖는 안티블로킹층이 형성된 100㎛ 미서빙(unsubbed) PET 기재이다.
IrgacureTM 127은 하기 구조를 갖는 광개시제이다:
Figure pct00063
그리고 BASF (Ciba Specialty Chemicals)에 의해 공급되었다.
TYPE I은 하기 구조를 갖는 중합성 노리시 유형 I 개시제이며:
Figure pct00064
후술하는 바와 같이 제조하였다:
Figure pct00065
100g (0.294mol)의 IrgacureTM 127을 500mL의 에틸 아세테이트에 용해하였다. 186g (1mol)의 2-(2'-비닐옥시에톡시)에틸아크릴레이트, 0.7g (0.458ml, 5.9mmol)의 트리플루오로 아세트산 및 1.3g (5.9mmol)의 BHT를 첨가하였다. 상기 혼합물을 16시간 동안 70℃에서 가열하였다. 이 반응 혼합물을 실온까지 냉각한 후, 100g의 활성화 LewatitTM M600MB을 첨가하였다. 상기 반응 혼합물을 1시간 동안 교반하였다. 여과에 의해 LewatitTM M600MB를 제거하였다. 상기 에틸 아세테이트를 감압하에 증발시켜 2-(2'-비닐옥시에톡시)에틸아크릴레이트 중의 Type I의 63중량% 용액을 얻었으며, 이는 그대로 비교예 및 실시예의 방사선 경화성 조성물에서 사용하였다.
PCI-1은 하기 구조를 갖는 중합성 공개시제이며:
Figure pct00066
EP 2033949 A (AGFA GRAPHICS)의 실시예 1에 기재된 바와 같이 제조하였다.
COMPINI-2는 중합성 티오크산톤인 아크릴산 2-{2-[1-(1-클로로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-에톡시]-에톡시}-에틸 에스테르이며, 하기 구조를 가지고:
Figure pct00067
다음과 같이 제조하였다:
Figure pct00068
1단계: 1-클로로-4-히드록시-티오크산텐-9-온의 합성
2,2'-디티오살리실산(84.4 g, 0.27 mol)을 황산(18M)(300 mL)에 첨가하였다. 이 현탁액을 -5℃까지 냉각하고, 4-클로로페놀(120.2g, 0.94mol)을 첨가한 후, 이 혼합물을 서서히 실온으로 하였었다. 상기 반응 혼합물을 60℃로 가열하고 15시간 동안 교반한 후, 70℃에서 6시간 동안 더 교반하였다. 반응 종료 후, 이 반응 혼합물을 얼음(500g) 및 증류수(200 ml)의 혼합물에 가하였다. 매질로부터 침전된 조생성물인 1-클로로-4-히드록시-티오크산텐-9-온을 여과에 의해 분리하였다. 상기 조생성물인 1-클로로-4-히드록시-티오크산텐-9-온을 수산화칼륨 수용액 (1.5N) (3.5L)을 사용하여 물에 용해시켰다. 염산 수용액(12 M)을 사용하여 상기 혼합물을 pH = 2.4로 산성화시켰다. 1-클로로-4-히드록시-티오크산텐-9-온을 여과에 의해 분리하고 건조시켜 140g (99%)의 1-클로로-4-히드록시-티오크산텐-9-온을 수득하였다.
2단계: 아크릴산 2-{2-[1-(1-클로로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-에톡시]-에톡시}-에틸 에스테르의 합성
Figure pct00069
1-클로로-4-히드록시-티오크산텐-9-온(6.2g, 24mmol), 2,6-디-tert-부틸-4-메틸페놀(0.1g, 0.47mmol) 및 트리플루오로아세트산(0.053g = 34.9μL, 0.47mmol) 을 2-(2'-비닐옥시에톡시)에틸아크릴레이트(42.4g)에 가하였다. 이 용액을 60℃에서 가열하고 2.5시간 동안 교반하였다. 실온까지 냉각한 후, 활성화 LewatitTM M600MB(8.2g)을 가하여 얻어진 혼합물을 1시간 동안 교반하였다. LewatitTM M600MB을 여과에 의해 제거하여 COMPINI-2의 25중량% 용액을 수득하였다.
COMPINI-3은 중합성 티오크산톤인 아크릴산 2-(2-{1-[2-{1-[2-(2-아크릴로일옥시-에톡시)-에톡시]-에톡시}-3-(1-클로로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-프로폭시]-에톡시}-에톡시)-에틸 에스테르이며, 하기 구조를 가지고:
Figure pct00070
다음과 같이 제조하였다:
1단계: 1-클로로-4-(2,3-디히드록시-프로폭시)-티오크산텐-9-온의 합성
Figure pct00071
1-클로로-4-히드록시-티오크산텐-9-온을 상술한 바와 같이 제조하였다. 70℃에서 아세토니트릴(200 mL) 및 디메틸아세트아미드(50 mL) 중의 1-클로로-4-히드록시-티오크산텐-9-온(15g, 0.057mol)의 용액에 탄산칼륨(34.7g, 0.251mol)를 첨가하고, 이어서 3-클로로-1,2-프로판디올(15.1g, 0.137mol)을 첨가하였다. 이 반응 혼합물을 가열하여 환류하고(88℃), 이 온도에서 24시간 동안 교반하였다. 상기 반응 혼합물을 실온까지 냉각하고, 감압하에 용매를 증발시켰다. 잔류 오일을 메틸-tert-부틸에테르(300 mL)에 용해시키고, 수산화나트륨 수용액(1N) (50 mL) 및 증류수(300 mL)의 혼합물을 사용하여 추출하였다. 유기층을 분리하고, MgSO4상에서 건조시킨 후 감압하에 증발시켜 점성 오일로서 조생성물인 1-클로로-4-(2,3-디히드록시-프로폭시)-티오크산텐-9-온 20g을 수득하였다. 조생성물인 1-클로로-4-(2,3-디히드록시-프로폭시)-티오크산텐-9-온을, 용리액으로서 메탄올/0.2M 암모늄 아세테이트 (70/30)을 사용하는 Prochrom LC80 상에서 정제하여 1-클로로-4-(2,3-디히드록시-프로폭시)-티오크산텐-9-온 8.45g을 수득하였다.
2단계: 아크릴산 2-(2-{1-[2-{1-[2-(2-아크릴로일옥시-에톡시)-에톡시]-에톡시}-3-(1-클로로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-프로폭시]-에톡시}-에톡시)-에틸 에스테르의 합성
Figure pct00072
1-클로로-4-(2,3-디히드록시-프로폭시)-티오크산텐-9-온(2g, 6mmol), 2,6-디-tert-부틸-4-메틸페놀(0.013g, 0.06mmol) 및 트리플루오로 아세트산(7mg=4.6μl, 0.06mmol)을 VEEA(16.9g)에 용해시켰다. 이 반응 혼합물을 70℃에서 가열한 후 6시간 동안 교반하였다. 실온까지 냉각한 후, 활성화 LewatitTM M600MB(5.0g)을 가하고 1시간 동안 교반하였다. LewatitTM M600MB을 여과에 의해 제거하여 2-(2'-비닐옥시에톡시)에틸아크릴레이트 중의 아크릴산 2-(2-{1-[2-{1-[2-(2-아크릴로일옥시-에톡시)-에톡시]-에톡시}-3-(1-클로로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-프로폭시]-에톡시}-에톡시)-에틸 에스테르의 25중량% 용액을 수득하였다.
측정 방법
1. 경화 속도 D-벌브
바 코터 및 10㎛ 와이어 바(wired bar)를 사용하여 PET100 기재 상에 방사선 경화성 조성물을 코팅하였다. Fusion VPS/I600 램프 (D-벌브)가 장착된, Fusion DRSE-120 컨베이어를 사용하여 상기 코팅 샘플을 완전히 경화시켰으며, 이때 상기 컨베이어는 컨베이어 벨트 상의 샘플을 상기 UV-램프 아래로 20 m/min의 속도에서 수송하였다. 상기 램프의 최대 출력은 1.05 J/cm2 및 5.6 W/cm2의 피크 강도였다. 상기 램프의 최대 출력의 백분율은 경화 속도의 척도로서 취해졌으며, 이 수치가 낮을수록 높은 경화속도를 나타낸다. 샘플은 Q-팁으로 긁었을 때 시각적인 손상을 초래하지 않으면 전부 경화된 것으로 간주하였다.
2. 경화 속도 LED
바 코터 및 10㎛ 와이어 바를 사용하여 PGA-paper 상에 방사선 경화성 조성물을 코팅하였다. 상기 코팅 샘플을 벨트 상에 장착하고, 5 m/분의 속도로 Phoseon 4W 395 nm LED 아래에서 상기 샘플을 수송하였으며, 샘플과 LED와의 거리는 4.5mm로 하였다. Q-팁을 사용할 때의 시각적 손상을 기준으로 경화 속도를 평가하였으며, 시각적 손상이 전혀 없을 때를 0, 코팅이 완전히 지워질 때를 5의 점수로 하였다. 0 및 1의 점수는 우수 내지 허용가능한 것으로 간주된다. 3 내지 5의 점수는 완전히 허용불가능한 것으로 간주된다.
4. 평균 입자 크기
안료 분산액의 희석 샘플 상에서, 4mW HeNe 레이저를 구비한 광자 상관 분광기에 의해 633 nm의 파장에서 안료 분산액 중의 안료 입자의 크기를 결정하였다. 사용된 입자 크기 분석기는 Goffin-Meyvis로부터 입수가능한 MalvernTM nano-S이었다.
상기 샘플은 1.5 mL의 에틸 아세테이트를 함유한 큐벳에 안료 분산액 1방울을 첨가하여 제조하였고, 균질한 샘플이 얻어질 때까지 혼합하였다. 측정된 입자 크기는 20초간 6회 실시하는 측정을 3번 연속으로 반복하여 얻어진 평균값이다.
실시예 1
이 실시예는 본 발명에 따른 방사선 경화성 조성물에 사용된 확산 억제 광개시제가 어떻게 제조될 수 있는가를 기술한다.
실시예 1a
하기 합성 방법에 따라 중합성 광개시제 FITX-1 (아크릴산 2-{2-[1-(1-플루오로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-에톡시]-에톡시}-에틸 에스테르) 를 제조하였다.
1단계: 1-플루오로-4-히드록시-티오크산텐-9-온의 합성
Figure pct00073
티오살리실산(5.1g, 0.033mol)을 20mL 황산(18M)에 분취하여 첨가하였으며, 이로 인해 온도는 30℃로 상승하였다. 이 온도에서, 4-플루오로페놀(11.2g, 0.10mol) 을 상기 현탁액에 분취하여 가하였다. 이 반응 혼합물을 80℃로 가열한 후 12시간 동안 교반하였다. 반응 종료 후, 상기 반응 혼합물을 얼음(150g)에 가하였다. 침전된 1-플루오로-4-히드록시-티오크산텐-9-온을 여과에 의해 상기 매질로부터 분리하였다. 상기 조생성물인 1-플루오로-4-히드록시-티오크산텐-9-온을 수산화칼륨 수용액을 사용하여 pH=14에서 물에 용해시킨 후 60분간 교반하였다. 아세트산을 사용하여 이 혼합물을 pH = 4로 산성화시켰다. 1-플루오로-4-히드록시-티오크산텐-9-온을 여과에 의해 분리하고 건조시켜 1-플루오로-4-히드록시-티오크산텐-9-온 5.5g을 수득하였다.
2단계: 아크릴산 2-{2-[1-(1-플루오로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-에톡시]-에톡시}-에틸 에스테르의 합성
Figure pct00074
1-플루오로-4-히드록시-티오크산텐-9-온(2.5g, 0.01mol), 2,6-디-tert-부틸-4-메틸페놀(0.07g, 0.32mmol) 및 트리플루오로아세트산(0.1g = 92.4μL, 1.2mmol)을 2-(2'-비닐옥시에톡시)에틸아크릴레이트(27.6g)에 가하였다. 이 반응 혼합물을 70℃로 가열한 후 4시간 동안 교반하였다. 실온까지 냉각한 후, 활성화 Lewatit M600 MB (10g)를 가하고 1시간 동안 교반하였다. 여과 후, 2-(2'-비닐옥시에톡시)에틸아크릴레이트 중의 아크릴산 2-{2-[1-(1-플루오로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-에톡시]-에톡시}-에틸 에스테르의 15중량% 용액을 수득하고, 이것을 본 발명에 따른 방사선 경화성 조성물에 직접 사용하였다.
실시예 1b
하기 합성 방법에 따라 중합성 광개시제 FITX-2 (아크릴산 2-아크릴로일옥시-3-(1-플루오로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-프로필 에스테르)를 제조하였다.
1단계: 4-(2,3-디히드록시-프로폭시)-1-플루오로-티오크산텐-9-온의 합성
Figure pct00075
실시예 1a에서 상술한 바와 같이 반응물 1-플루오로-4-히드록시-티오크산텐-9-온을 준비하였다. 아세토니트릴(3500mL) 중의 1-플루오로-4-히드록시-9H-티오크산텐-9-온 (92%) (306g, 1.14mol) 현탁액에 탄산칼륨(464g, 3.36mol)을 격렬하게 교반하면서 가하였다. 3-클로로-1,2-프로판디올(371g, 3.36mol)을 30분에 걸쳐 적가하였다. 이 반응 혼합물을 가열하여 환류시키고 24시간 동안 교반하였다. 상기 혼합물을 여과하여 얻어진 잔사를 따뜻한 아세토니트릴(500mL) (70℃)로 세척하였다. 감압하에 상기 여과물을 증발시켰다. 잔류 오일을 메틸-tert-부틸에테르(400mL) 및 아세톤(40ml)의 혼합물로 처리한 후 약 1시간 동안 교반하였다. 조생성물인 4-(2,3-디히드록시-프로폭시)-1-플루오로-티오크산텐-9-온을 여과에 의해 분리한 후 건조시켰다. 상기 조생성물인 4-(2,3-디히드록시-프로폭시)-1-플루오로-티오크산텐-9-온을 60℃에서 1000 mL 물로 2회 처리한 후 여과에 의해 분리하고 건조시켰다.
2단계: 아크릴산 2-아크릴로일옥시-3-(1-플루오로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-프로필 에스테르의 합성
Figure pct00076
4-(2,3-디히드록시-프로폭시)-1-플루오로-티오크산텐-9-온(2.9g, 9mmol), 3-클로로프로피오닐 클로라이드(9.5g, 75mmol), 탄산칼륨(10.4g, 75mmol) 및 2,6-디-tert-부틸-4-메틸페놀(0.1g, 0.00045mol)을 아세토니트릴(35mL)에 가하였다. 이 반응 혼합물을 81℃로 가열한 후 6시간 동안 교반하였다. 실온까지 냉각한 후, 디클로로메탄(200 mL)을 가한 후, 이 반응 혼합물을 증류수(200 mL)로 추출하였다. 유기층을 분리하고, MgSO4로 건조한 후, 감압하에 증발시켰다. 용리액으로 디클로로메탄 / 에틸 아세테이트 (98/2), 충전재로서 Kromasil Si60A 10㎛을 사용하여 Prochrom LC 80 컬럼 상에서 상기 생성물을 정제하여 아크릴산 2-아크릴로일옥시-3-(1-플루오로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-프로필 에스테르 1.2g을 수득하였다.
실시예 1c
하기 합성 방법에 따라 중합성 광개시제 FITX-3 (아크릴산 2-(2-{1-[2-(2-아크릴로일옥시-에톡시)-에톡시]-에톡시}-3-(1-플루오로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-프로폭시)에톡시}-에틸 에스테르)를 제조하였다.
Figure pct00077
실시예 1b에서 기술한 바에 따라 4-(2,3-디히드록시-프로폭시)-1-플루오로-티오크산텐-9-온을 제조하였다. 4-(2,3-디히드록시-프로폭시)-1-플루오로-티오크산텐-9-온 (97.8%)(117.9g, 0.36mol), 2,6-디-tert-부틸-4-메틸페놀(1.6g, 7.2mol) 및 트리플루오로아세트산(1.64g = 1.07mL, 14.4mol)을 2-(2'-비닐옥시에톡시)에틸아크릴레이트(998g)에 가하였다. 이 용액을 70℃로 가열하고 6시간 동안 교반하였다. 실온까지 냉각한 후, 활성화 LewatitTM M600MB(16.4g)을 가하여 1시간 동안 교반하였다. 여과에 의해 LewatitTM M600MB을 제거한 후, 2-(2'-비닐옥시에톡시)에틸아크릴레이트 중의 아크릴산 2-(2-{1-[2-(2-아크릴로일옥시-에톡시)-에톡시]-에톡시}-3-(1-플루오로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-프로폭시)에톡시}-에틸 에스테르의 25중량% 용액을 수득하고, 이것을 본 발명에 따른 방사선 경화성 조성물에 직접 사용하였다.
실시예 1d
하기 합성 방법에 따라 중합성 광개시제 FITX-4 (아크릴산 4-{3-[2-(1-플루오로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-아세톡시]-2-히드록시-프로폭시}-부틸 에스테르 )를 제조하였다.
1단계: 1-플루오로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-아세트산의 합성
Figure pct00078
-5℃로 냉각한 60mL의 황산(18M)에, 2,2'-디티오살리실산(6.1g, 0.02mol) 을 분취하여 가한 후, 이어서 4-플루오로페녹시아세트산(11.9g, 0.07mol)을 가하여 걸쭉한 황색 현탁액을 형성하였다. 이 반응 혼합물을 60℃까지 가열한 후 6시간 동안 교반하였다. 반응 종료 후, 상기 반응 혼합물을 얼음(300g) 및 증류수(100mL)에 가하였다. 조생성물인 (1-플루오로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-아세트산을 여과에 의해 분리하였다. 상기 조생성물인 (1-플루오로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-아세트산을 250mL의 아세토니트릴로부터 재결정하였다. (1-플루오로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-아세트산을 여과에 의해 분리하고 건조시켜, 4.5g (38.9%)의 (1-플루오로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-아세트산을 수득하였다.
2단계: 아크릴산 4-{3-[2-(1-플루오로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-아세톡시]-2-히드록시-프로폭시}-부틸 에스테르의 합성
Figure pct00079
(1-플루오로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-아세트산(4.0g, 13mmol), 아세토니트릴(65mL), 디메틸아세트아미드(30ml), 테트라부틸암모늄 브로마이드(0.4g, 1.3mol), 2,6-디-tert-부틸-4-메틸페놀(0.03g, 0.00013mol) 및 4-히드록시부틸아크릴레이트 글리시딜에테르(2.6g, 13mmol)를 포함하는 반응 혼합물을 가열하여 환류시켰다(94℃). 이 혼합물을 환류 온도에서 24시간 동안 교반하였다. 감압하에 용매를 증발시켰다. 잔류 오일을 디클로로메탄(100mL)에 용해시키고, 증류수(50ml) 및 수산화나트륨 수용액(1N) (50mL)의 혼합물을 사용하여 추출하였다. 유기층을 분리한 후 MgSO4상에서 건조하였다. 감압하에 용매를 증발시켜 조생성물인 아크릴산 4-{3-[2-(1-플루오로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-아세톡시]-2-히드록시-프로폭시}-부틸 에스테르 7.5g을 수득하였다. 용리액으로서 디클로로메탄/에틸 아세테이트 (75/25)를 사용하는 Merck Super Vario Prep 컬럼 상에서 상기 생성물을 정제하여 4-{3-[2-(1-플루오로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-아세톡시]-2-히드록시-프로폭시}-부틸 에스테르 2.8g을 황색 오일로서 수득하였다.
실시예 1e
이하의 합성 방법에 따라 중합체성 광개시제 PTX-2를 제조하였다.
Figure pct00080
실시예 1d에서 상술한 바와 같이 (1-플루오로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-아세트산을 제조하였다. 톨루엔(350mL) 중의 (1-플루오로-9-옥소-9H-티오크산텐-4-일옥시)-아세트산(12.2g, 0.04mol), 펜타에리쓰리톨 에톡실레이트(15/4 EO/OH), Mn~797 (8.0g, 0.01mol) 및 p-톨루엔설폰산 1수화물(9.0g, 0.055mol)의 혼합물을 환류 온도에서 6시간 동안 가열하면서, 공비 증류(azeotropic distillation) 하에 물을 제거하였다. 상기 반응 혼합물을 실온까지 냉각하고, 감압하에 용매를 증발시켰다. 잔류 오일을 디클로로메탄(300mL)에 용해시키고, 수산화나트륨 수용액(1N) (100mL) 및 증류수(500mL)의 혼합물을 사용하여 5회 추출하였다. 유기층을 분리한 후 MgSO4상에서 건조하였다. 용매를 증발시켜 조생성물인 PTX-2 21.9g을 갈색 오일로서 수득하였다. 메틸렌 클로라이드에서 메틸렌 클로라이드/에틸 아세테이트 90/10까지의 구배 용리(gradient elution)를 사용하는 Graceresolv NP-Flash 컬럼 상에서 상기 중합체를 정제하였다. 14.35g의 PTX-2를 분리하였다. 이 중합체를 500ml 메틸렌 클로라이드에 재용해시킨 후, 500ml의 1M Na2CO3로 추출하였다. 유기물 분획을 분리하고, MgSO4로 건조한 후, 감압하에 증발시켰다. 14.16g의 PTX-2를 분리하였다.
실시예 2
이 실시예는 UV-LED 및 수은 램프 방사선 모두에 대하여 본 발명에 따른 방사선 경화성 조성물의 높은 경화 속도를 실증한다.
방사선 경화성 조성물의 제조
우선 농축한 안료 분산액 DISP1을 준비하였다. 2-(2'-비닐옥시에톡시)에틸아크릴레이트 중의 30중량% DB162 용액을 준비하였다. 1w/w% GenoradTM 16을 첨가하였다. DISPERLUX 분배기(dispenser)로 교반하면서, 99.27g의 Special Black 550 및 35.73g의 HostapermTM BlueP-BFS을 306g의 2-(2'-비닐옥시에톡시)에틸아크릴레이트, 450g의 DB162 용액 및 9g의 GenoradTM 16 혼합물에 가하였다. 30분간 계속 교반하였다. 0.4mm 이트륨 안정화 지르코니아 비드 ("high wear resistant zirconia grinding media", TOSOH Co.에서 입수)로 50%가 충전된 Netzsch Mini-Zeta에 상기 용기를 연결하였다. 이 혼합물을 150mL/분의 유속 및 약 10.4m/s의 밀 회전 속도에서 4시간 동안 밀 상에서 순환시켰다. 완전한 밀링 절차 동안, 밀 내의 내용물을 28℃의 온도까지 냉각하였다. 밀링 이후, 분산액 DISP-1을 2L-용기에 배출시켰다. 표 14에 따른 얻어진 농축 안료 분산액 DISP-1은 102mm의 평균 입자 크기를 나타냈다.
성분 중량%
Special BlackTM 550 11
HostapermTM Blue P-BFS 4
DB162 15
GenoradTM 16 1
VEEA 69
비교 대상인 방사선 경화성 조성물 COMP-1 및 본 발명의 방사선 경화성 조성물 INV-1 내지 INV-4를 표 15에 따라 제조하였다. 중량%(wt%)는 방사선 경화성 조성물의 총중량을 기준으로 하였다.
중량% COMP-1 INV-1 INV-2 INV-3 INV-4
VEEA 59 31 59 44 59
M600 6 6 6 6 6
SC7040 5 5 5 5 5
IC819 3 3 3 3 3
COMPINI-1 5 - - - -
FITX-1
(VEEA 중의 15중량%)		 - 33 - - -
FITX-2 - - 5 - -
FITX-3
(VEEA 중의 25중량%)		 - - - 20 -
FITX-4 - - - - 5
DISP1 20 20 20 20 20
BykTM UV3510 1 1 1 1 1
GenoradTM 16 1 1 1 1 1
평가 및 결과
비교 대상인 방사선 경화성 조성물 COMP-1 및 본 발명의 방사선 경화성 조성물 INV-1 내지 INV-4의 점도는, 45℃ 및 분당 12회전 (90s-1의 전단 속도에 해당)에서 Brookfield DV-II+ 점도계를 사용하여 측정하였다. 측정된 점도를 표 16에 기재한다.
방사선 경화성 조성물 점도
(mPa.s)
COMP-1 6.5
INV-1 6.4
INV-2 6.7
INV-3 6.6
INV-4 6.0
표 16으로부터, 모든 방사선 경화성 조성물이 단시간 포장물 잉크젯 인쇄에 적합한 점도를 가짐을 명백히 알 수 있다.
비교 대상인 방사선 경화성 조성물 COMP-1 및 본 발명의 방사선 경화성 조성물 INV-1 내지 INV-4의 수은 램프 노광 및 LED 노광에 대한 경화 속도를 평가하였다. 상기 경화 속도에 대한 평가 결과를 표 17에 요약하여 기재한다.
방사선 경화성 조성물 경화 속도 D-벌브 경화 속도 LED
COMP-1 55 % 1
INV-1 55 % 1
INV-2 45 % 0
INV-3 50 % 0
INV-4 60 % 1
본 발명에 따른 방사선 경화성 조성물은 수은 램프 노광 및 LED 노광 모두에서 높은 경화 속도를 나타냈다. 특히, 하나보다 많은 중합성 기를 함유하는 중합성 광개시제를 포함하는 방사선 경화성 조성물 INV-2 및 INV-3에서 높은 경화속도가 관찰됨을 알 수 있다.
실시예 3
이 실시예는, 본 발명에 따른 방사선 경화성 조성물을 경화시킨 후 이동성 분해산물의 형성이 감소되었음을 보여준다.
방사선 경화성 조성물의 제조
비교 대상인 방사선 경화성 조성물 COMP-2 및 COMP-3 및 본 발명의 방사선 경화성 조성물 INV-5 및 INV-6를 표 18에 따라 제조하였다. 중량%(wt%)는 방사선 경화성 조성물의 총중량을 기준으로 하였다.
중량% COMP-2 COMP-3 INV-5 INV-6
VEEA 45 45 32 45
M600 20 20 20 20
Type I 9 9 9 9
PCI-1 5 5 5 5
COMPINI-2
(VEEA 중의 25중량%)		 20 - - -
COMPINI-3
(VEEA 중의 25중량%)		 - 20 - -
FITX-1
(VEEA 중의 15중량%)		 - - 33 -
FITX-3
(VEEA 중의 25중량%)		 - - - 20
디부틸 프탈레이트 1 1 1 1
평가 및 결과
점도
25℃ 및 6RPM에서 Brookfield DV-II+ 점도계를 사용하여, 상기 방사선 경화성 조성물 COMP-2, COMP-3, INV-5 및 INV-6의 점도를 측정한 결과 17 내지 18 mPa.s의 범위 내에 존재하는 것으로 밝혀졌으며, 이들은 단시간 포장물 잉크젯 잉크에 적합하였다.
경화
바 코터 및 10㎛ 와이어 바를 사용하여, 유리 라디칼 경화성 조성물 COMP-2, COMP-3, INV-5 및 INV-6 를 PET 100 기재 상에 코팅하였다. Fusion VPS/I600 램프 (D-벌브)가 장착된, Fusion DRSE-120 컨베이어를 사용하여 각 코팅 샘플을 경화시켰으며, 이때 상기 컨베이어는 컨베이어 벨트 상의 샘플을 상기 UV-램프 아래로 10m/min의 속도에서 수송하였다. 상기 램프는 최대 출력에서 사용하였다.
추출성 잔사의 결정
COMP-2, COMP-3, INV-5 및 INV-6의 7.068cm2의 두 샘플을 50ml 비이커에 넣고, 초음파를 사용하여 30분간 4.5mL 아세토니트릴로 추출하였다. 추출물을 5mL 부피 플라스크에 옮겼다. 상기 샘플을 소량의 아세토니트릴로 2회 세척하고, 부피가 5 mL로 조절될 때까지 상기 세척 용매를 5mL 부피 플라스크에 옮겼다. 상기 용액을 완전히 혼합한 후 0.45㎛ 필터로 여과하였다. 각 샘플 10μL를 HPLC에 주입하였다.
이 크로마토그래피 방법은 Alltech에 의해 공급된 AlltimeTM C185㎛ 컬럼(150 x 3.2 mm)을 사용하였다. 40℃의 온도에서 0.5mL/분의 유속을 사용하였다. 291nm에서 DAD 검출기를 사용하여 추출된 개시제 및 공개시제를 검출하였다. 모든 샘플에 대해 사용된 HPLC-방법은 표 19에 기재된 바와 같이 엔드 런 = 30분으로 적용된 구배를 가졌다.
시간 (분) % 용리액 A % 용리액 B % 용리액 C % 용리액 D
0 70 30 0 0
6 70 30 0 0
11 0 100 0 0
20 0 100 0 0
21 0 0 100 0
24 0 0 100 0
25 0 0 0 100
30 0 0 0 100
31 70 30 0 0
38 70 30 0 0
여기서
용리액 A: H2O + 0.02M KH2PO4 pH=2.5 (H3PO4 사용)
용리액 B: H2O + 0.02M KH2PO4 pH=2.5 (H3PO4 / CH3CN [40/60](v/v) 사용)
용리액 C: H2O / CH3CN [40/60](v/v)
용리액 D: H2O / CH3CN [10/90](v/v).
상기 비교대상인 방사선 경화성 조성물 COMP-2 및 COMP-3의 HPLC-분석 결과는 상당한 함량의 분해산물이 형성되었음을 나타냈다. 상기 조성물의 초기 성분 중 하나가 아닌, 특정한 한 화합물이 고농도로 검출되었다. 이 화합물은 IrgacureTM 127로 규명되었다. IrgacureTM 127은 비교대상 및 본 발명의 방사선 경화성 조성물 모두에서 정량화되었다. 그 결과를 표 20에 나타낸다.
방사선 경화성 조성물 IrgacureTM 127이 추출된 양(mg/m²)
COMP-2 180
COMP-3 101
INV-5 < 2 (존재시)
INV-6 < 2 (존재시)
표 20로부터 분명히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 방사선 경화성 조성물의 경화는 분해산물을 낮은 함량으로 형성하는 반면, 대응하는 1-클로로-4-알콕시-티오크산텐-9-온 유도체를 포함하는 비교 조성물은 허용불가능한 수준의 이동성 분해 산물을 형성한다.

Claims (15)

  1. a) 적어도 하나의 비닐 에테르기 및 적어도 하나의 (메트)아크릴레이트기를 포함하는 적어도 1종의 단량체; 및
    b) 중합체성 광개시제, 다관능성 광개시제 및 중합성 광개시제로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1종의 확산 억제 광개시제(diffusion hindered photoinitiator)를 포함하며,
    상기 확산 억제 광개시제가 화학식 (I)에 따른 적어도 하나의 구조 모이어티를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 경화성 조성물:
    Figure pct00081
    화학식 (I),
    식중:
    상기 R1 및 R2는 수소, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 알키닐기, 치환 또는 비치환된 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 알크아릴기, 치환 또는 비치환된 아릴 또는 헤테로아릴기, 할로겐, 에테르기, 티오에테르기, 알데히드기, 케톤기, 에스테르기, 아미드기, 아민기 및 니트로기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되며;
    상기 R1 및 R2는 5원환 내지 8원환을 형성하는데 필요한 원자를 나타낼 수 있고; 및
    상기 점선은 상기 확산 억제 광개시제에 대한 화학식 (I)에 따른 구조 모이어티의 공유결합을 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 비닐 에테르기 및 적어도 하나의 (메트)아크릴레이트를 포함하는 적어도 1종의 단량체가 화학식 (II)에 따른 단량체인 방사선 경화성 조성물:
    Figure pct00082
    화학식 (II),
    식중:
    m 및 n은 독립적으로 1 내지 5의 값을 갖는 정수를 나타내고;
    X는 O, S 또는 NR4를 나타내며;
    R3 및 R4는 독립적으로 수소, 혹은 치환 또는 비치환된 알킬기를 나타내고;
    단, X = NR4인 경우 L 및 R4는 함께 고리 시스템을 형성할 수 있으며; 및
    L은 연결기를 나타낸다.
  3. 제2항에 있어서, 상기 화학식 (II)에 따른 단량체가 화학식 (III)에 따른 구조를 갖는 방사선 경화성 조성물:
    Figure pct00083
    화학식 (III),
    식중:
    R5는 수소 또는 메틸기이고; 및
    L은 치환 또는 비치환된 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기 및 에테르 함유 알킬렌기로 이루어진 군에서 선택된 2가 연결기를 나타낸다.
  4. 제3항에 있어서, 상기 화학식 (III)에 따른 단량체가 화학식 (IV)에 따른 구조를 갖는 방사선 경화성 조성물:
    Figure pct00084
    화학식 (IV),
    식중:
    R5는 수소 또는 메틸기를 나타내고; 및
    n은 0 내지 4의 정수를 나타낸다.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 확산 억제 광개시제가 화학식 (V)에 따른 구조를 갖는 방사선 경화성 조성물:
    Figure pct00085
    화학식 (V),
    식중:
    R1 및 R2는 수소, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 알키닐기, 치환 또는 비치환된 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 알크아릴기, 치환 또는 비치환된 아릴 또는 헤테로아릴기, 할로겐, 에테르기, 티오에테르기, 알데히드기, 케톤기, 에스테르기, 아미드기, 아민기 및 니트로기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고;
    R1 및 R2는 5원환 내지 8원환을 형성하는데 필요한 원자를 나타낼 수 있으며;
    L은 1 내지 30개의 탄소원자를 포함하는 (n+m)-가 연결기를 나타내고;
    A는 아크릴레이트기, 메타크릴레이트기, 스티렌기, 아크릴 아미드기, 메타크릴 아미드기, 말레에이트기, 푸마레이트기, 이타코네이트기, 비닐 에테르기, 알릴 에테르기, 비닐 에스테르기 및 알릴 에스테르기로 이루어진 군으로부터 선택된 라디칼 중합성 기를 나타내며; 그리고
    n 및 m은 독립적으로 1 내지 5의 정수를 나타낸다.
  6. 제5항에 있어서, 상기 R1 및 R2가 모두 수소이를 나타내는 방사선 경화성 조성물.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 A가 아크릴레이트기 및/또는 메타크릴레이트기를 나타내는 방사선 경화성 조성물.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 A가 아크릴레이트기인 방사선 경화성 조성물.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 m이 2 내지 4의 정수를 나타내는 방사선 경화성 조성물.
  10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 m이 정수 2를 나타내는 방사선 경화성 조성물.
  11. 제5항에 있어서, 상기 확산 억제 광개시제가 화학식 (VI)으로 표시되는 방사선 경화성 조성물:
    Figure pct00086
    화학식 (VI),
    식중:
    L은 1 내지 30개의 탄소원자를 갖는 3가 연결기이며; 및
    R6 및 R7은 독립적으로 수소 또는 메틸기를 나타낸다.
  12. 제5항에 있어서, 상기 확산 억제 광개시제가 이하의 군으로부터 선택되는 방사선 경화성 조성물:
    Figure pct00087

    Figure pct00088

    Figure pct00089

    Figure pct00090

    Figure pct00091

    Figure pct00092

    Figure pct00093

    Figure pct00094

    Figure pct00095


    Figure pct00096

    여기서 n은 평균적으로 3을 나타낸다.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사선 경화성 조성물이 45℃ 및 90 s-1의 전단 속도에서 10 mPa.s보다 작은 점도를 갖는 잉크젯 잉크인 방사선 경화성 조성물.
  14. a) 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 방사선 경화성 조성물을 잉크젯 인쇄장치에 제공하는 단계;
    b) 상기 방사선 경화성 조성물을 상기 잉크젯 인쇄장치로 잉크 수용체 상에 침착(depositing)하는 단계; 및
    c) 360 nm보다 큰 파장을 갖는 UV 방사선을 이용하여 상기 방사선 경화성 조성물을 적어도 부분적으로 경화하는 단계;를 포함하는 잉크젯 인쇄 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 잉크젯 인쇄장치가 360 nm보다 큰 파장을 갖는 하나 이상의 UV LED를 구비하는 잉크젯 인쇄 방법.
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