WO2004056579A1

WO2004056579A1 - インクジェット記録方法

Info

Publication number: WO2004056579A1
Application number: PCT/JP2003/016152
Authority: WO
Inventors: Atsushi Nakajima
Original assignee: Konica Minolta Holdings, Inc.
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2004-07-08
Also published as: EP1574352A1; EP1574352A4; US7429103B2; US20060055752A1; DE60321382D1; EP1574352B1

Abstract

水性媒体中に少なくとも色材、紫外線重合性物質、光重合開始剤を含有する紫外線硬化性インクを用いて、基材にインクジェットにて記録する記録方法において、該インクが該基材に着弾してから、該基材に対する該インクのブリストウ法による液体転移量が20ml/mm2未満となる接触時間内に紫外線を照射することを特徴とするインクジェット記録方法。上記方法により、水性媒体からなるUV硬化インクと、水性媒体吸収性の基材を用いているにかかわらず、画像滲みや硬化不良、乾燥負荷が改善されたインクジェット記録方法を提供することができる。

Description

明細書インクジエツト記録方法技術分野

本発明は紫外線を照射することによって、反応'硬化可能な紫外線硬化性ィンクを用いるインクジェット記録方式により画像を形成し、定着する画像形成方法に関するものである。特に、水性媒体からなる紫外線硬化性インクを使用し、高品位の画像を得ることが出来るインクジェット記録方法に関するものである。背景技術

近年、特別なィンク受像層を持たない基材に対しても記録出来るインクジェット記録方式として、 U V硬化型インクを用いる U V I J記録方式が開発され、現在、その改良が盛んに行われている。

U V硬化型ィンクは、非硬化性の溶剤を殆ど含まない無溶剤型の UVィンクと、水性媒体などに光重合性の組成物を溶解あるいは分散した水性 U Vィンクとに大別される。

無溶剤型の U Vィンクは、紫外線照射のみでィンクを硬化、乾燥できることから高速記録に適することや、 V O Cなど有害物質の発生がない等の利点があり、既に実用化されている。

し力しながら、無溶剤型の U Vインクは硬化後の体積収縮がないため、記録基材上でインクが盛り上がったままの状態で固着され、凹凸感が生じてしまう。 U V照射のタイミングゃインク物性の改良でインクをレべリングさせることで、ある程度の凹凸感は解消される力その場合でもドット間の滲みや過度の光沢により一般の印刷と質感が異なってしまうという問題がある。

一方、水性媒体を用いた水性 U Vインクは水性溶媒にて希釈されているため、無溶剤型の UVインクに比べ、高粘度の重合性化合物が使える、 U V硬化後に水性媒体を揮発させることで、インク体積を減少させて基材上の質感を向上できる、サーマルタイプのインクジェット記録方式を利用できるといった特徴がある。

しかし、対象となる基材に水性媒体の吸収性が乏しいと、ドット間の滲みや、 u

V硬化時のィンク膜物性が弱いものとなるとともに、後工程で行う水性媒体の乾燥に過大な負荷が生じる。逆に水性媒体の吸収性が大き過ぎると、インクおよびインクに含まれる重合性化合物が基材の深部まで浸透してしまい、十分な画像濃度が得られない、また、紫外線が基材の深部まで届かずに、硬化不良を起こしてしまう。さらに硬化不良は、刺激性のモノマーが残留することを意味し、安全上の問題となる。

上記の如き UVインクジェット記録方式の特徴、課題などは、例えば、色材、 Ί 5、（8 )、 3 9 4〜 4 0 0 ( 2 0 0 2 ) 「U Vインクジェット技術の展望」に概説されている。

いずれにしろ水性 U Vインクは、インク体積を減少できることから、無溶剤 U V インクより凹凸感の少ない画像が得られる利点があるものの、その利点を生かして性能を発揮するためには、基材との相性を鑑みて、何らかの工夫が必要であり、それなくして実用化は困難である。

特開 2 0 0 0— 1 1 7 9 6 0号公報には、水性 U Vィンクを用い、高濃度で、光沢、彩度の良好な画像を得る為に、ィンク吸収性の無い基材もしくはィンク吸収性の乏しい基材に対して、基材に対するインク液の接触角を≤ 6 0度とする印刷方法が提案されている。

しかしながら、上記文献では、インク着弾後数秒以上経過しての紫外線照射例が示されており、インク液滴の混合による滲みが問題となる。又、基材にインク吸収性が乏しいもののみを使用しなければならないため、溶媒成分除去の乾燥負荷が非常に大きいという課題を有している。

【特許文献 1】

特開 2002— 117960号公報

【非特許文献 1】

色材、 75、（8)、 394〜 400 (2002)

「uvインクジェット技術の展望」発明の開示

本発明の目的は、水性媒体からなる UV硬化インクと、水性媒体吸収性の基材を用いているにかかわらず、画像滲みや硬化不良、乾燥負荷が改善されたインクジェット記録方法を提供することにある。

(1) 上記目的を達成するため、本発明の一実施例は、水性媒体中に少なくとも色材、紫外線重合性物質、光重合開始剤を含有する紫外線硬化性ィンクを用いて、基材にィンクジェットにて記録する記録方法において、該ィンクが該基材に着弾してから、該基材に対する該インクのプリストウ法による液体転移量が 2 Om 1 /m m ²未満となる接触時間内に紫外線を照射することを特徴とするインクジェット記録方法である。

(2) さらに、ブリストウ法による基材とインクの接触時間が 2秒のときの液体転移量が 2 Om lZmm 以上であることを特徴とする前記（1)記載のインクジエツト記録方法である。

(3) さらに、紫外線硬化後に、水性媒体を除去する工程を備えたことを特徴とする前記（1) 又は（2) 記載のインクジェット記録方法である。

即ち、（1) に規定する構成のごとくすることにより、インク吸収が起こりきらない接触時間内に、紫外線を照射することで、インクの色材を基材表面に留め、高濃度を得ることが出来、また、十分な硬化性を得ることが出来る。

このためには、基材のインク吸収速度が速ければ、インク着弾後早いタイミングで紫外線を照射する。タイミングは液体転移量が 20m l Zmm 未満となる接触時間内とする。より好ましくは、 1 Om lZmm²未満となる接触時間内である。又、液体転移量が 5 m 1 /mm ²以上となるタイミングで紫外線を照射することが好ましい。液体転移量が 5 m 1 /mm ²未満となるタイミングで紫外線を照射すると、十分なドット径が得られなかったり、乾燥性が劣るなどの問題が生じることがある。ブリストウ法による測定で、粗さ指数 K r (m l /mm ) が 5 m 1 /m m ²以上の基材であれば、着弾直後に紫外線を照射してもよい。

さらに（2) に規定する如く、プリストゥ法による基材とインクの接触時間が 2 秒のときの液体転移量が 20m l /mm 以上であれば、紫外線照射、ィンク硬化後も残留する水性媒体を基材が吸収できるため、乾燥負荷が大幅に軽減され好ましレヽ。より好ましくは 2 5m 1 /mm²以上がよい。

尚、ブリストウ法による液体転移量の測定は、 J AP AN TAP P I UM4 0 5に従ってブリストウ試験機（B r i s t ow T e s t e r ) により測定することができる。

即ち、（1)、 (2) より、基材としてはインク吸収性は大きいが、インク吸収速度の小さい基材が適していることになる。更に又、（3 ) に規定する如く、基材が吸収した水性媒体を、乾燥により除去することで、形成画像の強度向上を行うことができる。発明を実施するための最良の形態

〔紫外線硬化性インク〕

本発明に用いる水性媒体中に少なくとも色材、紫外線重合性物質、光重合開始剤を含有する紫外線硬化性ィンクは、特開 2 0 0 0 _ 1 1 7 9 6 0号公報に記載されているインク材料の構成をそのまま採用することができる。

代表的なィンクの構成は、色材としてビグメントイエロー 7 4、ビグメントレツド 1 2 2、ピグメントブルー 1 5 : 3、ピグメントブラック 7などの顔料を水中に分散し、これに水溶性の紫外線重合性物質として、下記「化 1」に示す低粘度、高反応性で水溶性の化合物、

UVM-1

画- 2

また、水溶性光重合開始剤として、下記「化 2」に示す化合物を組み合わせた構成である。

WB-1

HO十 CH₂CH₂0- _CH₂CHゥ O また、本発明においては、基材に対するプリストゥ吸収速度が、紫外線照射の適正なタイミングへ大きく影響を与える。ィンクに各種の界面活性剤、水溶性溶媒を適宜添加すれば、基材へのィンクの吸収性を制御することが可能である。

mm

本発明はインク着弾から、 2 O m 1 Zmm "未満のインクを吸収する接触時間内に、紫外 f泉を照射するが、最終的にはブリストウ法による基材とインクの接触時間が 2秒のときの液体転移量が 2 0 m l /mm ²以上であるのが好ましい。液体転移量が 2 0 m 1 /mm ²より小さいと、乾燥負荷が大きくなり、半硬化ィンクが搬送部材を汚染するなどの問題が生じる可能性がある。

着弾から紫外線照射までの時間は、液体転移量が 5〜 2 0 m 1 /mm ²未満となる接触時間内であるが、更にインク同士の滲みを考慮すると、通常、 0 . 0 1〜5 秒、更に好ましくは 0 . 0 1〜2秒である。即ち、インク吸収の絶対量は大きいがインク吸収速度は遅いものが好ましい。

具体的には、水性媒体の吸収性が高いセルロースを主体とした紙類を用い、これをサイズ化するなどして、水浸透性を低下させたものが好ましい。印刷用のァート紙、コート紙、マット紙、上質紙、微塗工紙、コピー用紙、水性樹脂や微粒子にて表面処理された基材を適宜使用することができる。

ィンクと基材の吸収速度および吸収量は、ィンクの表面張力およぴ基材の表面濡れ性、耐水性、多孔性を制御することで調整する。

〔紫外線照射〕

本宪明に係わるプリントシステムにおいては、インクジエツト機構に紫外線照射装置が必要である。

紫外線照射装置の、代表的なものとしては、紫外線照射はプリントステーションを出た記録紙に上部あるいは下部、あるいは、上下両方から照射される。透明な基材の場合には、このようなことは比較的容易に行うことが出来る。

照射のタイミングは、液体転移量 2 0 m 1 /mm ²未満となる接触時間内に行う。これより長い時間経過した後に照射すると、インクが基材に浸透してしまい、濃度低下、硬化不良が生じる。

紫外線照射ランプは、水銀の蒸気圧が、点灯中で 1〜 1 0 P aであるような、いわゆる低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、蛍光体が塗布された水銀灯などが好ましい。これらの水銀ランプの紫外線領域の発光スぺクトルは、 1 8 ：〜 4 5 0 n mの範囲であり、黒色あるいは、着色されたインク中の重合性の物質を効率的に反応させるに適している。また、電源をプリンタに搭載する上でも小型の電源を使用できるので、その意味でも適している。水銀ランプには、メタルハイドランプ、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、クセノンフラッシュランプ、ディープ U Vランプなどがある。この他、 U Vレーザー、 UV発光タイプの L E Dなどが実用化されており、発光波長領域としては上記範囲を含むので、電源サイズ、入力強度、ランプ形状などが許されれば基本的には適用可能である。光源は用いる触媒の感度にも合わせて選択する。

インクを紫外線で固着させることによって、良好な定着、擦過性、耐水性などが得られる。それとともに用紙自体のカールなどの変形が抑制され、取り扱い、保存にとつても好ましい。

必要な紫外線強度は、 2〜： L 0 0 O mWZ c m 程度が重合速度のてんから望ましい。積算照射量が不足していると固着したィンクの記録紙への付着力が十分に出ない。また、カラー記録では、耐水性が十分に出ない等、印刷インク画像の堅牢性において不足が生じることとなる。〔乾燥機構〕

本発明の印刷法は基本的に以下の工程を有することが好ましい。

(1) 基材にインクジェットプリンタで印刷する工程（2) 基材に紫外線を照射しインク中の重合性物質を重合する工程（3)基材中の溶媒成分を除去する工程ここで工程 (3) は、（2) の前であっても後であってもよい。ただし、先に述べたように、水溶性で比較的揮発性の高い有機溶媒を用いる場合、あるいは水溶性有機溶媒を用いない場合には（3) の工程がなくてもよい。溶媒成分の除去には、マイクロ波発振装置、遠赤外線ラ !1-ンプ、などの加熱方法を採用することができる。 o [実施例]

(1) インクの作製

.イェローインク処方

【表 1】

成分組成（質量部）

顔料分散液（濃度 10%) 顔料分 3.0

水 27.0

水溶性重合性物質「 - -2J 4.0

水溶性重合性物質「UVM - -U

水溶性光重合開始剤「WB- — 1 ： n=4」 0.5

水 52.5

* ) ビグメントイエロー 74分散体；分散剤：水溶性のポリウレタン樹脂 •マゼンタインク処方

【表 2】

成分組成（質量部）

顔料分散液（濃度 10%) 顔料分 3.0

水 27.0

水溶性重合性物質「UVM - -2J 4.0

水溶性重合性物質「UVM - -1」

水溶性光重合開始剤「 -一 1 ： n = 4J 0.5

水

* ) ビグメントレッド 122分散体；分散剤：水溶性のポリウレタン樹月旨 • シアンインク処方

【表 3】 o

成分組成（質量部）

顔料分散液（濃度 20%) 顔料分 3.0

水 12.0

水溶性重合性物質「 - -2J 4.0

水溶性重合性物質「 - -U 13.0

水溶性光重合開始剤「WB- — 1 ： n = 4」 0.5

67.5

水

*) ピグメントブルー 1 5 ： 3分散体；分散剤：水溶解

•ブラックインク処方

【表 4】

成分組成（質量部）

顔料分散液（濃度 15%) 顔料分 3.0

水 17.0

水溶性重合性物質「胃- -2J 4.0

水溶性重合性物質「UVM- -U 13.0

水溶性光重合開始剤「WB-一 1 ： n = 4」 0.5

62.5

水

* ) ピグメントブラック 7分散体；分散剤：水溶解性のポリゥレタン樹脂 (2) 基材以下の基材を用いた。 ■基材 1 ト紙

上記ィンクによるプリストゥ法で測定した 20 m 1 /mm となる時間は 1. 2 5秒、接触時間 2秒における液体転移量は 24ml /mm ²であった。

なお、プリストゥ法による測定は、 23 °C± 1 °C 50 % ± 2 % R H の条件で行った。試料は、上記条件に 2時間以上なじませたものを用いた。

-基材 2 ：上質紙

プリストゥ法で測定した 20 m 1 /mm ²となる時間は 0. 8秒、接触時間 2秒における液体転移量は 28ml /mm ²であった。

-基材 3 ：親水性処理 P E Tフィルム

表面に、親水性樹脂を塗布した PETフィルムを作製した。プリストゥ法で測定した 2 Om 1 /mm²となる時間は 2秒以上、接触時間 2秒における液体転移量は 15m l /mm であった。

なお、ブリストウ法による測定は、 23°C± 1°C 50%± 2%RH の条件で行った。試料は、上記条件に 2時間以上なじませたものを用いた。

(3) インクジェット記録

実施例 1

ピエゾタイプのインクジェット記録装置にて、基材にイェロー（γ)、マゼンタ (Μ)、シアン（C)、ブラック（K) の一次色、二次色を配した画像パターンを記録し、紫外線照射を行った。

記録密度は 720 d p i (d p iとは、 2. 54 cm当たりのドット数）、 1色当たりのベタ付着最大量は 20 m 1 / c m 各色のィンク着弾から紫外線照射までは、最大 1秒以内とし、紫外 f泉照射はゥシォ製 S P 5光源（3 6 5 n m)、記録面照度 1 0 0 0 mW/ c m ²にて行った。

-評価基準

インク濃度

〇：ベタ部の濃度が高い

X ：基材にインクが浸透し、不鮮明、かつ濃度が低い

滲み

〇：色間の滲みがなく、グラデーションも滑らカ。

△：若干にじみ、グラデーションの一部がざらつく

X ：色間の滲みがあり、グラデーションにざらつきが目立つ

〇：モノマー臭が僅かに感じられる程度

X ：未反応モノマーが多くモノマー臭が強い

乾燥性

〇：紫外線照射後、速やかにインクが固化し、表面タックが減少する

X ：紫外線照射後もインク面には表面タックが残る

結果を下記に示す。

インク濃度滲み臭気乾燥性

基材 1 〇〇〇〇

基材 2 X Δ X 〇

基材 3 〇 Δ 〇 X

実施例 2

実施例 1と同様に画像パターン記録を行ったが、紫外線照射までの時間を最大 0 秒と短縮するよう紫外線照射装置を配置し評価した

結果を下記に示す。

インク濃度滲み臭乾燥性

基材 1 〇〇〇〇

基材 2 〇〇〇〇

基材 3 〇 △ 〇 X

実施例 3

実施例 1と同様に画像パターン記録を行った力紫外線照射までの時間を最大秒とし紫外線照射装置を配置、評価した。

結果を下記に示す。

インク濃度滲み夭' 5¾ 乾燥性

基材 1 X Δ X 〇

基材 2 X △ X 〇

基材 3 〇 X 〇 X

実施例 4

実施例 1と同様に画像パターン記録を行った力紫外線照射までの時間を最大秒となるよう紫外線照射装置を配置し評価を行つた。

結果を下記に示す。

ίンク濃度滲み 5¾ 乾燥性

基材 1 X △ X 〇

基材 2 X △ X 〇

基材 3 〇 X 〇 X

上記評価結果から明らかな如く、実施例 1における基材 1、実施例 2における基材 1及び 2の様に、基材の液体転移量が 2 0 m lノ m ²未満の接触時間内に紫外線を照射したものは、、ずれの特性も良好であることがわかる。

実施例 5

実施例 2で作製した記録物を遠赤外線ヒーターにて乾燥を行った。その結果、基材 1、 2および基材 3のサンプルは、画像の強度が向上し、指で擦っても傷が付かなかつた。しかし、基材 3は、接触時間 2秒における液体転移量が 1 5 m l /mm とやや少ないため、より長時間乾燥させないと、画像の強度は向上しなかった。産業上の利用可能性

本発明により、水性媒体からなる U V硬化ィンクと、水性媒体吸収性の基材を用いているにかかわらず、画像滲みや硬化不良、乾燥負荷が改善されたインクジエツト記録方法を提供することが出来る。

Claims

請求の範囲

1 . 7j性媒体中に少なくとも色材、紫外線重合性物質、光重合開始剤を含有する紫外線硬化性ィンクを用いて、基材にィンクジェットにて記録する記録方法において、該ィンクが該基材に着弾してから、該基材に対する該ィンクのプリストゥ法による液体転移量が 2 0 m l /mm 未満となる接触時間内に紫外線を照射することを特徴とするインクジエツト記録方法。

2 . プリストゥ法による基材とインクの接触時間が 2秒のときの液体転移量が 2 O m l Zmm ²以上であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のインクジェット記録方法。

3 . 紫外線硬化後に、水性媒体を除去する工程を備えたことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のィンクジェット記録方法。

4 . 紫外線硬化後に、水性媒体を除去する工程を備えたことを特徴とする請求の範囲第 2項に記载のィンクジエツト記録方法。