WO2019054478A1 - 近赤外線硬化型インク組成物、近赤外線硬化膜、およびそれらの製造方法、並びに光造形法 - Google Patents

近赤外線硬化型インク組成物、近赤外線硬化膜、およびそれらの製造方法、並びに光造形法 Download PDF

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composite tungsten
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curable ink
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美香 岡田
裕史 常松
長南 武
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住友金属鉱山株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a near infrared curable ink composition, a near infrared curable film, a method for producing them, and an optical shaping method.
  • Patent Documents 7 and 8 propose near infrared curable compositions which are cured by irradiation of near infrared rays instead of ultraviolet rays.
  • the applicant has also disclosed in Patent Document 9 a near infrared curable ink composition containing a composite tungsten oxide.
  • the near infrared ray curable compositions described in Patent Documents 7 and 8 have a problem that all of the near infrared ray absorbing characteristics are not sufficient.
  • the market demand for near infrared curable compositions is increasing. For example, even with a near infrared ray curable ink composition containing a composite tungsten oxide described in Patent Document 9 or a near infrared ray cured film, the market demand for improvement in adhesion to a substrate is continuously satisfied. Was considered to be difficult.
  • the present invention has been made under the above-mentioned circumstances, and the problem to be solved is to provide an adhesive on a predetermined base material, and when it is cured by irradiation with near infrared rays, the adhesion to the base material. And a near infrared curable film obtained by curing the near infrared curable ink composition, a method for producing them, and the near infrared curable ink composition The purpose is to provide a stereolithography method.
  • the inventors of the present invention have enhanced the near infrared absorptivity of the composite tungsten oxide fine particles, and generated heat when the near infrared curable ink composition is irradiated with the near infrared radiation. I thought that it was effective to raise the amount. Then, by the increase of the calorific value, it is possible to increase the curing degree of the ink composition and to improve the adhesion to the substrate.
  • a near infrared curable ink composition comprising composite tungsten oxide fine particles having near infrared absorptivity and an uncured thermosetting resin,
  • the composite tungsten oxide fine particles are composite tungsten oxide fine particles containing a hexagonal crystal structure,
  • the lattice constant of the composite tungsten oxide fine particles is 7.3850 ⁇ or more and 7.4186 ⁇ or less for the a axis and 7.5600 ⁇ or more and 7.6240 ⁇ or less for the c axis.
  • the near-infrared-curable ink composition is characterized in that the average particle diameter of the composite tungsten oxide fine particles is 100 nm or less.
  • the second invention is The near-infrared ray according to the first invention is characterized in that the lattice constant of the composite tungsten oxide fine particles is a-axis 7.40.31 ⁇ or more and 7.4111 ⁇ or less and c-axis 7.589 ⁇ or more and 7.6240 ⁇ or less. It is a curable ink composition.
  • the third invention is The near-infrared curable ink composition according to the first or the second invention, wherein an average particle diameter of the composite tungsten oxide fine particles is 10 nm or more and 100 nm or less.
  • the fourth invention is The near-infrared curable ink composition according to any one of the first to third inventions, wherein a crystallite diameter of the composite tungsten oxide fine particles is 10 nm or more and 100 nm or less.
  • the fifth invention is Furthermore, the near-infrared curable ink composition according to any one of the first to fourth inventions, which further comprises a dispersant.
  • the sixth invention is The near-infrared curable ink composition according to any one of the first to fifth inventions, further comprising a solvent.
  • the seventh invention is The complex tungsten oxide has a general formula M x W y O z (where M is H, He, alkali metal, alkaline earth metal, rare earth element, Mg, Zr, Cr, Mn, Fe, Ru, Co, Rh) , Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, B, F, P, S, Se, Br, Te At least one element selected from Ti, Nb, V, Mo, Ta, Re, Be, Hf, Os, Bi, I, Yb, W is tungsten, O is oxygen, 0.001 ⁇ x
  • the near infrared ray curable ink composition according to any one of the first to sixth inventions, wherein the ink composition is described in the following formula: / y ⁇ 1, 2.0 ⁇ z / y ⁇ 3.0) is there.
  • the eighth invention is The near-infrared-curable ink composition according to the seventh invention, wherein the composite tungsten oxide comprises a composite tungsten oxide in which the M element is at least one selected from Cs and Rb. is there.
  • the ninth invention is At least a part of the surface of the composite tungsten oxide fine particles is covered with a surface covering film containing at least one or more elements selected from Si, Ti, Zr, and Al. It is a near-infrared curable ink composition according to any one of the first to eighth inventions.
  • the tenth invention is The near-infrared curable ink composition according to the ninth invention, wherein the surface coating film contains an oxygen atom.
  • the eleventh invention is Furthermore, the near-infrared curable ink composition according to any one of the first to tenth inventions, which contains at least one selected from organic pigments, inorganic pigments, and dyes.
  • the twelfth invention is A near-infrared cured film characterized in that the near-infrared curable ink composition according to any one of the first to eleventh inventions is cured by being irradiated with near-infrared radiation.
  • the thirteenth invention is A light characterized in that the near-infrared curable ink composition according to any of the first to eleventh inventions is applied onto a substrate to form a coated article, and the coated article is irradiated with near-infrared radiation to be cured.
  • the fourteenth invention is A method of producing a near-infrared curable ink composition comprising: composite tungsten oxide fine particles having near-infrared absorptivity, an uncured thermosetting resin, a dispersant, and a solvent,
  • the composite tungsten oxide fine particles are composite tungsten oxide fine particles containing a hexagonal crystal structure,
  • the composite tungsten oxide fine particles are manufactured so that the lattice constant is in the range of 7.3850 ⁇ to 7.4186 ⁇ in the a axis and 7.5600 ⁇ to 7.6240 ⁇ in the c axis.
  • the fifteenth invention is Complex tungsten oxide has a general formula MxWyOz (where M is H, He, alkali metal, alkaline earth metal, rare earth element, Mg, Zr, Cr, Mn, Fe, Ru, Co, Rh, Ir, Ni, Pd) , Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, B, F, P, S, Se, Br, Te, Ti, Nb, V At least one element selected from Mo, Ta, Re, Be, Hf, Os, Bi, I, and Yb, W is tungsten, O is oxygen, and 0.001 ⁇ x / y ⁇ 1, 2 (14)
  • a method of producing a near-infrared-curable ink composition as described in the fourteenth invention characterized in that 0.ltoreq.z / y.ltoreq.3.0).
  • the sixteenth invention is The near-infrared ray according to any of the fourteenth to fifteenth inventions, wherein the composite tungsten oxide is composed of a composite tungsten oxide in which the M element is at least one selected from Cs and Rb. 1 is a method of producing a curable ink composition.
  • the seventeenth invention is Fourteenth to sixteenth features of the present invention are covering at least a part of the surface of the composite tungsten oxide fine particles with a surface covering film containing at least one element of Si, Ti, Zr, and Al.
  • the near-infrared curable ink composition according to any one of the inventions.
  • the eighteenth invention is The method of producing a near-infrared-curable ink composition according to the seventeenth invention, wherein the surface coating film contains an oxygen atom.
  • the nineteenth invention is Furthermore, in the method of producing a near-infrared curable ink composition according to any of the fourteenth to eighteenth inventions, any one or more selected from organic pigments, inorganic pigments, and dyes are included. is there.
  • the near-infrared curable ink composition according to the present invention is excellent in adhesion to a substrate and is industrially useful.
  • the near-infrared curable ink according to the present invention and the optical forming method using the same will be described in detail in the order of [1] near-infrared curable ink composition, [2] near-infrared cured film and optical forming method .
  • the near-infrared curable ink composition according to the present invention comprises composite tungsten oxide fine particles having near-infrared absorptivity, an uncured thermosetting resin, and optionally other components. And. Therefore, hereinafter, [a] composite tungsten oxide fine particles, [b] composite tungsten oxide fine particle synthesis method, [c] uncured thermosetting resin, [d] other components, [e] near infrared curable ink The composition will be described in order.
  • carbon black powder and tin-doped indium oxide (denoted as “ITO” in the present invention, including composite tungsten oxide fine particles) May be considered powder).
  • ITO tin-doped indium oxide
  • the powder is black, so the degree of freedom in selecting the color of the near infrared curable ink composition decreases.
  • ITO powder is used as near infrared absorbing fine particles, the curability of the near infrared curable ink composition can not be exhibited unless a large amount of the powder is added. Therefore, when a large amount of the ITO powder is added, a problem arises that the color of the near-infrared curable ink composition is affected by the large amount of the powder.
  • the coloring caused by the near infrared absorbing particles is not preferable.
  • the composite tungsten oxide as near infrared absorbing fine particles, free electrons are generated in the composite tungsten oxide, and absorption characteristics derived from free electrons appear in the near infrared region.
  • the composite tungsten oxide fine particles become effective as near infrared absorbing fine particles having a wavelength of about 1000 nm.
  • the composite tungsten oxide fine particle according to the present invention is a composite tungsten oxide fine particle having near infrared absorption characteristics and containing a hexagonal crystal structure, and having a lattice constant of 7.3850 ⁇ or more and 7.4186 ⁇ or less.
  • the c-axis is from 7.5600 ⁇ to 7.6240 ⁇ .
  • the value of [lattice constant of c axis / lattice constant of a axis] is preferably 1.0221 or more and 1.0289 or less.
  • the composite tungsten oxide fine particles according to the present invention have a tetragonal or cubic tungsten bronze structure in addition to a hexagonal crystal, but any structure may be used as a near-infrared absorbing material It is valid.
  • the absorption position in the near infrared region tends to change depending on the crystal structure of the composite tungsten oxide fine particles. That is, the absorption position in the near infrared region tends to move to a longer wavelength side when tetragonal than cubic, and move further to a longer wavelength than tetragonal when it is hexagonal.
  • absorption of light in the visible light region is the least hexagonal and secondly tetragonal, and the cubic is the largest among them.
  • hexagonal tungsten bronze for applications in which light in the visible light region is more transmitted and light in the near infrared region is more absorbed.
  • the composite tungsten oxide particles have a hexagonal crystal structure, the transmittance of the particles in the visible light region is improved, and the absorption in the near infrared region is improved.
  • this hexagonal crystal structure six octahedra formed of WO 6 units are assembled to form a hexagonal void (tunnel), and the M element is disposed in the void to form one unit. , And a large number of units of one unit are assembled to form a hexagonal crystal structure.
  • a unit structure (an octahedron formed of WO 6 units) in the composite tungsten oxide fine particles It is only necessary that six of them are assembled to form a hexagonal void, and the void has a structure in which the M element is disposed.
  • the M element having a large ion radius
  • the hexagonal crystal is formed, and specifically, one or more selected from Cs, Rb, K, Tl, Ba, and In are added.
  • hexagonal crystals are easily formed, which is preferable. Furthermore, in the composite tungsten oxide fine particles to which one or more types selected from Cs and Rb are added among the large M elements of the ion radius, compatibility between absorption in the near infrared region and transmission in the visible light region can be achieved. . When two or more kinds of M elements are selected, one of them is selected from Cs, Rb, K, Tl, Ba, and In, and the rest is selected from one or more elements constituting the M element. Also, it may be hexagonal.
  • the lattice constant thereof is preferably 7.4031 ⁇ or more and 7.4186 ⁇ or less for the a axis and 7.5750 ⁇ or more and 7.6240 ⁇ or less for the c axis
  • the a-axis is 7.4031 ⁇ or more and 7.4111 ⁇ or less
  • the c-axis is 7.5891 ⁇ or more and 7.6240 ⁇ or less.
  • the lattice constant thereof is preferably 7.3850 ⁇ to 7.3950 ⁇ for the a axis and 7.5600 ⁇ to 7.5700 ⁇ for the c axis.
  • the lattice constant is that the a axis is 7.3850 ⁇ or more and 7.4186 ⁇ or less and the c axis is 7.5600 ⁇ or more and 7.6240 ⁇ or less preferable.
  • the M element is not limited to the above Cs and Rb. Even if the M element is an element other than Cs and Rb, it may be present as an added M element in a hexagonal gap formed of a WO 6 unit.
  • Typical examples include Cs 0.33 WO 3 , Cs 0.03 Rb 0.30 WO 3 , Rb 0.33 WO 3 , K 0.33 WO 3 , Ba 0.33 WO 3 and the like. .
  • the present inventors repeatedly conducted researches on measures to further improve the near infrared absorption function of the composite tungsten oxide fine particles, and conceived a configuration to further increase the amount of free electrons contained. That is, as a measure to increase the amount of free electrons, mechanical processing is applied to the composite tungsten oxide fine particles to give appropriate distortion and deformation to the contained hexagonal crystals. In the hexagonal crystal to which the appropriate strain or deformation is given, it is considered that the overlapping state of the electron orbits in the atoms constituting the crystallite structure changes, and the amount of free electrons increases.
  • the present inventors manufacture a composite tungsten oxide fine particle dispersion liquid from particles of the composite tungsten oxide formed in the firing step of "a synthesis method of composite tungsten oxide fine particles" described later.
  • the particles of the composite tungsten oxide are crushed under predetermined conditions to impart distortion or deformation to the crystal structure to increase the amount of free electrons, and the near infrared absorption function of the composite tungsten oxide fine particles to further improve the dispersion process.
  • generated through the baking process were examined paying attention to each particle
  • the inventors of the present invention who have obtained the above-mentioned findings further measure distortion and deformation of the crystal structure of the fine particle by measuring the a-axis and c-axis which are lattice constants in the crystal structure of the complex tungsten oxide fine particle.
  • the optical properties of the particles were studied while grasping the degree.
  • the fine particles have a wavelength of 350 nm to
  • composite tungsten oxide particles have maximum value in the range of 600 nm, light transmittance with light having the minimum value in the range of wavelength 800 nm to 2100 nm, and exhibit excellent near infrared absorption effect. .
  • hexagonal composite tungsten oxide fine particles having a-axis of 7.3850 ⁇ or more and 7.4186 ⁇ or less and c-axis of 7.5600 ⁇ or more and 7.6240 ⁇ or less according to the present invention
  • the value of x / y indicating the addition amount is in the range of 0.001 ⁇ x / y ⁇ 1, preferably in the range of 0.20 ⁇ x / y ⁇ 0.37, particularly excellent near We also found that it exhibits an infrared absorption effect.
  • the composite tungsten oxide fine particles are preferably single crystals in which the volume ratio of the amorphous phase is 50% or less. If the composite tungsten oxide fine particles are a single crystal having a volume ratio of 50% or less of the amorphous phase, the crystallite diameter can be 10 nm or more and 100 nm or less while maintaining the lattice constant within the above-described predetermined range, It is considered that excellent optical properties can be exhibited.
  • the composite tungsten oxide fine particles are a single crystal is confirmed because no grain boundaries are observed inside each fine particle in an electron microscope image by a transmission electron microscope etc., and only a uniform checkered pattern is observed. can do.
  • the volume ratio of the amorphous phase is 50% or less, similarly to the transmission electron microscope image, a uniform checkered pattern is observed throughout the fine particles, and a portion where the checkered pattern is unclear is almost observed It can be confirmed from not being done.
  • the amorphous phase is often present at the outer peripheral portion of each particle, the volume ratio of the amorphous phase can often be calculated by focusing on the outer peripheral portion of each particle.
  • the composite tungsten oxide is oxidized if the thickness is 10% or less of the average particle diameter.
  • the volume ratio of the amorphous phase in the fine particles is 50% or less.
  • the composite tungsten oxide fine particles are dispersed in a matrix of a solid medium such as a resin constituting the composite tungsten oxide fine particle dispersion, crystals are obtained from the average particle diameter of the dispersed composite tungsten oxide fine particles If the value obtained by subtracting the particle size is 20% or less of the average particle size, it can be said that the composite tungsten oxide fine particles are single crystals having a volume ratio of 50% or less of the amorphous phase.
  • the value obtained by subtracting the crystallite diameter from the average particle size of the composite tungsten oxide fine particles dispersed in the composite tungsten oxide fine particle dispersion is 20% or less of the value of the average particle size. It is preferable to appropriately adjust the synthesis step, the grinding step, and the dispersion step of the composite tungsten oxide fine particles according to the manufacturing equipment.
  • the measurement of the crystal structure and lattice constant of the composite tungsten oxide fine particles is included in the fine particles of the composite tungsten oxide fine particles obtained by removing the solvent of the near infrared absorber forming dispersion by X-ray diffraction method.
  • the a-axis length and c-axis length can be calculated as lattice constants by specifying the crystal structure to be used and using the Rietveld method.
  • the composite tungsten oxide fine particles according to the present invention have an average particle size of 100 nm or less. And from the viewpoint of exhibiting more excellent infrared absorption characteristics, the average particle diameter is preferably 10 nm or more and 100 nm or less, more preferably 10 nm or more and 80 nm or less, and still more preferably 10 nm or more and 60 nm or less. If the average particle size is in the range of 10 nm to 60 nm, the most excellent infrared absorption characteristics are exhibited.
  • the average particle size is the value of the diameter of each composite tungsten oxide fine particle which is not aggregated, and is the average particle size of the composite tungsten oxide fine particles contained in the composite tungsten oxide fine particle dispersion described later.
  • the average particle diameter does not include the diameter of the aggregate of the composite tungsten oxide fine particles, and is different from the dispersed particle diameter.
  • the average particle size is calculated from an electron microscopic image of the composite tungsten oxide fine particles.
  • the average particle diameter of the composite tungsten oxide fine particles contained in the composite tungsten oxide fine particle dispersion is the composite tungsten oxide fine particles from the transmission electron microscope image of the exfoliated sample of the composite tungsten oxide fine particle dispersion taken out by cross-sectional processing
  • the particle diameter of 100 particles can be measured by using an image processing apparatus, and the average value can be calculated.
  • a microtome, a cross section polisher, a focused ion beam (FIB) apparatus or the like can be used for cross-sectional processing for taking out the exfoliated sample.
  • the average particle size of the composite tungsten oxide fine particles contained in the composite tungsten oxide fine particle dispersion is the average value of the particle sizes of the composite tungsten oxide fine particles dispersed in the solid medium which is the matrix.
  • the crystallite diameter of the composite tungsten oxide fine particles is preferably 10 nm to 100 nm, more preferably 10 nm to 80 nm, and still more preferably 10 nm to 60 nm. . If the crystallite diameter is in the range of 10 nm to 60 nm, the most excellent infrared absorption characteristics are exhibited.
  • the lattice constant and the crystallite diameter of the composite tungsten oxide fine particles contained in the composite tungsten oxide fine particle dispersion obtained after passing through the crushing treatment, the pulverizing treatment or the dispersion treatment described later are the dispersion of the composite tungsten oxide fine particles.
  • the composite tungsten oxide fine particles obtained by removing volatile components from the liquid and the composite tungsten oxide fine particles contained in the composite tungsten oxide fine particle dispersion obtained from the composite tungsten oxide fine particle dispersion are also maintained. .
  • the effects of the present invention are exhibited even in the composite tungsten oxide fine particle dispersion according to the present invention and the composite tungsten oxide fine particle dispersion containing the composite tungsten oxide fine particles.
  • the composite tungsten oxide fine particles according to the present invention have a general formula MxWyOz (where M is H, He, alkali metal, alkaline earth metal, rare earth element, Mg, Zr, Cr) Mn, Fe, Ru, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, In, T1, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, B, F , P, S, Se, Br, Te, Ti, Nb, V, Mo, Ta, Re, Be, Hf, Os, Bi, I, Yb, one or more elements, W is tungsten, O is preferably a composite tungsten oxide fine particle represented by oxygen, 0.001 ⁇ x / y ⁇ 1, 2.0 ⁇ z / y ⁇ 3.0).
  • the composite tungsten oxide fine particles represented by the general formula MxWyOz will be described.
  • the element M, x, y, z and the crystal structure thereof in the general formula MxWyOz are closely related to the free electron density of the composite tungsten oxide fine particles, and greatly influence the near infrared absorption characteristics.
  • tungsten trioxide has low near infrared absorption characteristics because no effective free electrons exist.
  • the present inventors indicate that the tungsten oxide can be converted into the M element (wherein the M element is H, He, an alkali metal, an alkaline earth metal, a rare earth element, Mg, Zr, Cr, Mn, Fe, Ru, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Al, Ga, In, T1, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, B, F, P, S, Se, At least one element selected from Br, Te, Ti, Nb, V, Mo, Ta, Re, Be, Hf, Os, Bi, I, Yb) to form a composite tungsten oxide
  • free electrons are generated in the composite tungsten oxide, and absorption characteristics derived from free electrons appear in the near infrared region to be effective as a near infrared light absorbing material near a wavelength
  • the M element is preferably Cs, Rb, K, Tl, Ba, or In.
  • the M element is Cs or Rb
  • the composite tungsten oxide can easily have a hexagonal crystal structure.
  • visible light is transmitted and near infrared rays are absorbed and converted to heat, it has also been found that it is particularly preferable for the reason described later.
  • M elements are selected, one of them is selected from Cs, Rb, K, Tl, Ba, and In, and the rest is selected from one or more elements constituting the M element, It may be hexagonal.
  • the present inventors' knowledge about the value of x which shows the addition amount of M element is demonstrated.
  • x / y is 0.001 or more
  • a sufficient amount of free electrons can be generated to obtain the desired near infrared absorption characteristics.
  • the amount of free electrons supplied increases as the amount of M element added increases, and the near infrared absorption characteristics also increase, but the effect is also saturated when the value of x / y is about 1.
  • the value of x / y is 1 or less, generation of an impurity phase in the composite tungsten fine particles can be avoided, which is preferable.
  • the present inventors' knowledge about the value of z which shows control of oxygen amount is demonstrated.
  • the value of z / y is preferably 2.0 ⁇ z / y ⁇ 3.0, more preferably 2.2 ⁇ z / y ⁇ 3. It is 0, more preferably 2.6 ⁇ z / y ⁇ 3.0, and most preferably 2.7 ⁇ z / y ⁇ 3.0. If the value of z / y is 2.0 or more, it is possible to avoid the appearance of the crystal phase of WO 2 other than the purpose in the composite tungsten oxide, and at the same time, the chemical stability of the material is improved.
  • At least a part of the surface of the composite tungsten oxide fine particles is selected from silicon, zirconium, titanium and aluminum in order to improve the weather resistance of the composite tungsten oxide fine particles It is also preferable to coat with a surface coating film containing one or more elements. These surface coating films are basically transparent, and their addition does not reduce the visible light transmittance.
  • the coating method is not particularly limited, it is possible to coat the surface of the composite tungsten oxide particles by adding an alkoxide of a metal containing the above element to a solution in which the composite tungsten oxide particles are dispersed. In this case, the surface coating film contains oxygen atoms, but it is more preferable that the surface coating film is made of an oxide.
  • the lattice constant, the average particle diameter, and the crystallite diameter of the composite tungsten oxide fine particles described above in detail can be controlled by predetermined synthesis conditions.
  • the temperature (sintering temperature) at which the fine particles are formed, the formation time (sintering time), the formation atmosphere (sintering atmosphere) Control can be performed by appropriate setting of synthesis conditions such as form, annealing after formation, doping with an impurity element, and the like.
  • the content of the volatile component of the composite tungsten oxide fine particles is controlled by the storage method and storage atmosphere of the fine particles, the temperature at the time of drying the fine particle dispersion, and the appropriate setting of manufacturing conditions such as drying time and drying method. It is possible.
  • the content of the volatile component of the composite tungsten oxide fine particles does not depend on the crystal structure of the composite tungsten oxide fine particles or the synthesis method such as the thermal plasma method or the solid phase reaction described later.
  • Thermal Plasma Method The thermal plasma method will be described in the order of (i) raw materials used for the thermal plasma method, (ii) thermal plasma method and conditions thereof.
  • tungsten oxide fine particles according to the present invention are synthesized by the thermal plasma method, a mixed powder of a tungsten compound and an M element compound can be used as a raw material.
  • a tungsten compound tungstic acid (H 2 WO 4 ), ammonium tungstate, tungsten hexachloride, hydrate of tungsten obtained by hydrolysis after adding water to tungsten hexachloride dissolved in alcohol and then evaporating the solvent, It is preferable that it is 1 or more types chosen from.
  • the M element compound it is preferable to use one or more selected from oxides, hydroxides, nitrates, sulfates, chlorides, and carbonates of M elements.
  • the mixed powder of M element compound and a tungsten compound is obtained by drying the obtained liquid mixture.
  • the mixed powder can be used as a raw material of the thermal plasma method.
  • the composite tungsten oxide obtained by the first-step firing is used as a raw material of the thermal plasma method in the mixed gas atmosphere of an inert gas alone or a mixed gas of an inert gas and a reducing gas. It can also be done.
  • firing is performed in a mixed gas atmosphere of an inert gas and a reducing gas
  • the fired product in the first step is fired under an inert gas atmosphere.
  • the composite tungsten oxide obtained by the step firing can also be used as a raw material of the thermal plasma method.
  • thermal plasma method and conditions thereof any of direct current arc plasma, high frequency plasma, microwave plasma, low frequency alternating current plasma, or a superposition of these plasmas, or A plasma generated by an electrical method in which a magnetic field is applied to a direct current plasma, a plasma generated by irradiation of a high power laser, a plasma generated by a high power electron beam or an ion beam can be applied.
  • thermal plasma it is preferably a thermal plasma having a high temperature portion of 10000 to 15000 K, and in particular, a plasma capable of controlling the generation time of the fine particles.
  • the raw material supplied into the thermal plasma having the high temperature part evaporates instantaneously in the high temperature part. Then, the evaporated raw material is condensed in the process of reaching the plasma tail flame portion, and is rapidly solidified outside the plasma flame to generate composite tungsten oxide fine particles.
  • the synthesis method will be described with reference to FIG. 1 by taking a high frequency plasma reaction apparatus as an example.
  • a reaction system constituted by a water-cooled quartz double pipe and the inside of the reaction vessel 6 is evacuated to about 0.1 Pa (about 0.001 Torr) by an evacuation apparatus.
  • the inside of the reaction system is filled with argon gas to form an argon gas flow system at 1 atm.
  • any gas selected from argon gas, mixed gas of argon and helium (Ar-He mixed gas), or mixed gas of argon and nitrogen (Ar-N 2 mixed gas) as plasma gas in the reaction vessel Is introduced from the plasma gas supply nozzle 4 at a flow rate of 30 to 45 L / min.
  • Ar—He mixed gas is introduced from the sheath gas supply nozzle 3 at a flow rate of 60 to 70 L / min as a sheath gas to be flowed just outside the plasma region.
  • an alternating current is applied to the high frequency coil 2 to generate a thermal plasma 1 by a high frequency electromagnetic field (frequency 4 MHz). At this time, the high frequency power is set to 30 to 40 kW.
  • the mixed powder of the M element compound and the tungsten compound obtained by the above synthesis method from the powder supply nozzle 5 or the composite tungsten oxide is supplied from the gas supply device with an argon gas of 6 to 98 L / min as a carrier.
  • the gas is introduced into the thermal plasma at a supply rate of 25 to 50 g / min and reacted for a predetermined time.
  • the produced composite tungsten oxide fine particles pass through the suction pipe 7 and are deposited on the filter 8 and are collected.
  • the carrier gas flow rate and the raw material supply rate greatly affect the generation time of the particles. Therefore, it is preferable to set the carrier gas flow rate to 6 L / min to 9 L / min and the raw material supply rate to 25 to 50 g / min.
  • the plasma gas flow rate is preferable to set to 30 L / min to 45 L / min and the sheath gas flow rate to 60 L / min to 70 L / min.
  • the plasma gas has a function of maintaining a thermal plasma region having a high temperature portion of 10000 to 15000 K, and the sheath gas has a function of cooling the inner wall surface of the quartz torch in the reaction vessel to prevent melting of the quartz torch.
  • the flow rate of these gases is an important parameter for shape control of the plasma region.
  • the shape of the plasma region extends in the gas flow direction and the temperature gradient of the plasma tail becomes gentle, so the generation time of generated particles is extended and particles with good crystallinity are generated. become able to.
  • the composite tungsten oxide obtained by the thermal plasma method has a crystallite diameter exceeding 200 nm, or the composite tungsten oxide particle dispersion obtained from the composite tungsten oxide obtained by the thermal plasma method
  • the pulverization / dispersion treatment described later can be performed.
  • the composite tungsten oxide is synthesized by the thermal plasma method, the plasma conditions and the subsequent pulverization / dispersion treatment conditions are appropriately selected, and the average particle diameter, crystallite diameter and a axis of lattice constant of the composite tungsten oxide are selected.
  • the effect of the present invention is exhibited by determining the pulverizing conditions (particulated conditions) to which the length and the c-axis length can be imparted.
  • Solid Phase Reaction Method The solid phase reaction method will be described in the order of (i) raw materials used in the solid phase reaction method, (ii) calcination in the solid phase reaction method and conditions thereof.
  • tungsten compound and an M element compound are used as a raw material.
  • Tungsten compounds are hydrolyzed by adding tungstic acid (H 2 WO 4 ), ammonium tungstate, tungsten hexachloride, tungsten hexachloride dissolved in alcohol to water by adding water, and then evaporating the solvent, the hydrate of tungsten, It is preferable that it is 1 or more types chosen from.
  • MxWyOz (wherein M is one or more elements selected from Cs, Rb, K, Tl, Ba, In), which is a more preferable embodiment, 0.001 ⁇ x / y ⁇ 1, 2.
  • M element compounds used for producing the raw material of the composite tungsten oxide fine particles shown by 0 ⁇ z / y ⁇ 3.0) include oxides, hydroxides, nitrates, sulfates, chlorides, and carbonates of M elements. It is preferable that it is 1 or more types chosen from,.
  • a compound containing one or more impurity elements selected from Si, Al, and Zr may be included as a raw material.
  • the impurity element compound does not react with the composite tungsten compound in the later firing step, and suppresses the crystal growth of the composite tungsten oxide to prevent the coarsening of the crystal.
  • the compound containing the impurity element is preferably at least one selected from oxides, hydroxides, nitrates, sulfates, chlorides, and carbonates, and colloidal silica and colloidal alumina having a particle diameter of 500 nm or less are particularly preferable. preferable.
  • the impurity element compound is contained as a raw material, the impurity element compound is wet mixed so as to be 0.5% by mass or less. Then, the obtained mixed liquid is dried to obtain a mixed powder of the M element compound and the tungsten compound, or a mixed powder of the M element compound and the tungsten compound containing the impurity element compound.
  • (Ii) Firing in the solid phase reaction method and conditions thereof A mixed powder of an M element compound and a tungsten compound produced by the wet mixing, or a mixed powder of an M element compound and an tungsten compound containing an impurity element compound
  • the firing is performed in one step under an atmosphere of active gas alone or a mixed gas of an inert gas and a reducing gas.
  • the firing temperature is preferably close to the temperature at which the composite tungsten oxide fine particles begin to crystallize, and specifically, the firing temperature is preferably 1000 ° C. or less, more preferably 800 ° C. or less, 800 ° C. or less 500 ° C. The above temperature range is more preferable.
  • the reducing gas is not particularly limited, but H 2 is preferable.
  • H 2 is used as the reducing gas, its concentration may be appropriately selected according to the calcination temperature and the amount of the starting material, and is not particularly limited. For example, it is 20% by volume or less, preferably 10% by volume or less, more preferably 7% by volume or less. If the concentration of the reducing gas is 20% by volume or less, it is possible to avoid the generation of WO 2 having no solar radiation absorbing function by rapid reduction.
  • the average particle diameter, the crystallite diameter, and the a-axis length and c-axis length of the lattice constant of the composite tungsten oxide fine particles according to the present invention can be set to predetermined values by controlling the firing conditions.
  • tungsten trioxide may be used instead of the tungsten compound.
  • the present invention If the average particle diameter, crystallite diameter, and a-axis length and c-axis length of the lattice constant of the composite tungsten oxide fine particles obtained through the pulverization and dispersion treatment can realize the range of the present invention, the present invention
  • the composite tungsten oxide fine particle dispersion according to the present invention and the composite tungsten oxide fine particle dispersion obtained from the dispersion thereof can realize excellent near infrared absorption characteristics.
  • the composite tungsten oxide fine particles according to the present invention have an average particle diameter of 100 nm or less.
  • the average particle diameter of the composite tungsten oxide fine particles obtained by the method described in “[b] Synthesis method of composite tungsten oxide fine particles” exceeds 100 nm, it is pulverized and dispersed into fine particles.
  • a process of producing a composite tungsten oxide fine particle dispersion grinding / dispersion treatment process, and drying the produced composite tungsten oxide fine particle dispersion to remove volatile components (mostly solvents);
  • Composite tungsten oxide particles according to the invention can be produced.
  • the description will be made in the order of (i) pulverization / dispersion treatment step, and (ii) drying step.
  • the composite tungsten oxide fine particles together with a dispersant to be described later may be introduced into a monomer of a thermosetting resin in an appropriate uncured state or into an appropriate solvent to be described later. This is a step of uniformly dispersing without aggregation.
  • the pulverization / dispersion treatment step is performed such that the average particle diameter of the composite tungsten oxide fine particles can be 100 nm or less, preferably 10 nm to 100 nm, and the lattice constant of the crystal preferably has an a axis of 7.3850 ⁇ or more.
  • c-axis is 7.5600 ⁇ or more and 7.6240 ⁇ or less, more preferably the value of [lattice constant of c-axis / lattice constant of a-axis] can be secured within the range of 1.0221 to 1.0289. It is.
  • a grinding / dispersion treatment method for a predetermined time using an apparatus such as a bead mill, a ball mill, a sand mill, a paint shaker, and an ultrasonic homogenizer may be mentioned.
  • grinding and dispersing with a medium stirring mill such as a bead mill, a ball mill, a sand mill, a paint shaker or the like using a medium such as beads, balls, or Ottawa sand is for obtaining desired average particle size and dispersed particle size. It is preferable because the time required is short.
  • dispersion of the composite tungsten oxide fine particles in the dispersion liquid by pulverization / dispersion processing using a medium stirring mill pulverization by the collision of the composite tungsten oxide fine particles or the collision of the medium with the fine particles also progresses
  • the composite tungsten oxide fine particles can be further micronized and dispersed (i.e., crushed and dispersed).
  • the mechanical dispersion treatment process using these equipment while the composite tungsten oxide particles are simultaneously dispersed into the solvent, the composite tungsten oxide particles collide with each other, etc.
  • the composite tungsten oxide particles are Strain or deformation is imparted to the crystal structure of the included hexagonal crystal, the overlapping state of the electron orbitals in the atoms constituting the crystallite structure changes, and the increase of the amount of free electrons proceeds.
  • a pulverizing apparatus capable of imparting the predetermined average particle diameter, crystallite diameter, and a-axis length and c-axis length of lattice constant to composite tungsten oxide fine particles by performing experimental pulverization in advance, pulverizing conditions It is important to ask for
  • the state of the composite tungsten oxide fine particle dispersion can be confirmed by measuring the dispersion state of the composite tungsten oxide fine particles when the tungsten oxide fine particles are dispersed in a solvent.
  • the composite tungsten oxide fine particles according to the present invention may be confirmed by sampling a sample from a solution in which fine particles and fine particles are present in a state of aggregation in a solvent and measuring them using various commercially available particle size distribution analyzers. it can.
  • the particle size distribution analyzer for example, a known measuring device such as ELS-8000 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd. based on the dynamic light scattering method can be used.
  • the dispersed particle diameter of the composite tungsten oxide fine particles according to the present invention is preferably 200 nm or less, and more preferably 10 nm or more and 200 nm or less.
  • the near-infrared absorbing component containing the composite tungsten oxide fine particles according to the present invention largely absorbs light in the near-infrared region, particularly, in the vicinity of a wavelength of 900 to 2200 nm. It may be.
  • the dispersed particle diameter of the composite tungsten oxide fine particles contained in the infrared ray absorbing layer is 1 to 200 nm, light in the visible light region of wavelength 380 nm to 780 nm is not scattered by geometric scattering or Mie scattering. The reason is that the infrared ray absorbing layer reduces coloration due to light scattering and can increase visible light transmittance.
  • the scattered light is reduced in proportion to the sixth power of the particle diameter, so the scattering is reduced as the dispersed particle diameter is reduced, and the transparency is improved. Therefore, when the dispersed particle size is 200 nm or less, the scattered light is extremely reduced and the transparency is further increased, which is preferable.
  • the dispersed particle size of the fine particles is made smaller than 200 nm, the transparency can be secured, and the near infrared curable ink composition becomes easy to color.
  • the dispersed particle size is preferably 150 nm or less, more preferably 100 nm or less. On the other hand, if the dispersed particle size is 10 nm or more, industrial production is easy.
  • the dispersed particle size of the composite tungsten oxide fine particles means the particle size of single particles of the composite tungsten oxide fine particles dispersed in the solvent, or particles (aggregated particles) in which the composite tungsten oxide fine particles are aggregated. It can be measured by various commercially available particle size distribution analyzers. For example, a sample of the composite tungsten oxide fine particle dispersion can be collected, and the sample can be measured using ELS-8000 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd. based on the principle of dynamic light scattering.
  • the composite tungsten oxide fine particle dispersion having a content of 0.01% by mass or more and 80% by mass or less of the composite tungsten oxide microparticles obtained by the above synthesis method is excellent in liquid stability.
  • an appropriate liquid medium, dispersant, coupling agent or surfactant is selected, gelation of the dispersion or sedimentation of the particles does not occur for 6 months or more even when placed in a thermostatic chamber at a temperature of 40 ° C.
  • the dispersed particle size can be maintained in the range of 10 to 200 nm.
  • the dispersed particle diameter of the composite tungsten oxide particle dispersion liquid may be different from the average particle diameter of the composite tungsten oxide particles dispersed in the composite tungsten oxide particle dispersion. This is because, even if the composite tungsten oxide fine particles are aggregated in the composite tungsten oxide fine particle dispersion, the composite tungsten oxide fine particles are processed from the composite tungsten oxide fine particle dispersion to a composite tungsten oxide fine particle dispersion. It is because aggregation is solved.
  • an air drier As drying equipment, from the viewpoint that heating and / or depressurization is possible and mixing and recovery of the fine particles are easy, an air drier, a universal mixer, a ribbon mixer, a vacuum flow drier, a vibration flow drier Preferred are, but not limited to, machines, lyophilizers, ribocones, rotary kilns, spray dryers, Palcon dryers, and the like.
  • the uncured thermosetting resin according to the present invention is an uncured liquid at the time of the near-infrared curable ink composition, but when it is irradiated with near-infrared radiation Is a thermosetting resin which is cured by being given thermal energy from composite tungsten oxide fine particles.
  • the uncured thermosetting resin include, for example, non-e.g. Epoxy resin, urethane resin, acrylic resin, urea resin, melamine resin, phenol resin, ester resin, polyimide resin, silicone resin, unsaturated polyester resin, etc. Cured resin is mentioned.
  • the uncured thermosetting resin may contain monomers and oligomers which form the thermosetting resin by a curing reaction, and a known curing agent which is appropriately added. Furthermore, a known curing accelerator may be added to the curing agent.
  • the near-infrared curable ink composition according to the present invention further contains other components such as a pigment, a solvent, and a dispersant, as desired. Therefore, the following will be described in the order of (1) pigment and dye, (2) dispersant, and (3) solvent.
  • pigments can be used without particular limitation.
  • organic pigments such as insoluble pigments and lake pigments and inorganic pigments such as carbon black can be preferably used. These pigments are preferably present in the near infrared curable ink composition according to the present invention in a dispersed state.
  • known methods can be used without particular limitation.
  • the insoluble pigment is not particularly limited, but, for example, azo, azomethine, methine, diphenylmethane, triphenylmethane, quinacridone, anthraquinone, perylene, indigo, quinophthalone, isoindolinone, isoindoline, azine, oxazine, Thiazines, dioxazines, thiazoles, phthalocyanines, diketopyrrolopyrroles etc. are preferred insoluble pigments.
  • pigments for magenta or red include C.I. I. Pigment red 2, C.I. I. Pigment red 3, C.I. I. Pigment red 5, C.I. I. Pigment red 6, C.I. I. Pigment red 7, C.I. I. Pigment red 15, C.I. I. Pigment red 16, C.I. I. Pigment red 48: 1, C.I. I. Pigment red 53: 1, C.I. I. Pigment red 57: 1, C.I. I. Pigment red 122, C.I. I. Pigment red 123, C.I. I. Pigment red 139, C.I. I. Pigment red 144, C.I. I.
  • Pigment red 149 C.I. I. Pigment red 166, C.I. I. Pigment red 177, C.I. I. Pigment red 178, C.I. I. Pigment red 202, C.I. I. Pigment red 222, C.I. I. Pigment violet 19 and the like.
  • pigment for orange or yellow for example, C.I. I. Pigment orange 31, C.I. I. Pigment orange 43, C.I. I. Pigment yellow 12, C.I. I. Pigment yellow 13, C.I. I. Pigment yellow 14, C.I. I. Pigment yellow 15, C.I. I. Pigment yellow 15: 3, C.I. I. Pigment yellow 17, C.I. I. Pigment yellow 74, C.I. I. Pigment yellow 93, C.I. I. Pigment yellow 128, C.I. I. Pigment yellow 94, C.I. I. Pigment yellow 138 and the like.
  • pigment for green or cyan for example, C.I. I. Pigment blue 15, C.I. I. Pigment blue 15: 2, C.I. I. Pigment blue 15: 3, C.I. I. Pigment blue 16, C.I. I. Pigment blue 60, C.I. I. Pigment green 7 and the like.
  • pigment for black for example, C.I. I. Pigment black 1, C.I. I. Pigment black 6, C.I. I. Pigment black 7 and the like.
  • the inorganic pigment is not particularly limited, but carbon black, titanium dioxide, zinc sulfide, zinc oxide, zinc phosphate, mixed metal oxide phosphate, iron oxide, manganese iron oxide, chromium oxide, ultramarine Nickel or Chromium antimony titanium oxide, cobalt oxide, aluminum, aluminum oxide, silicon oxide, silicate, zirconium oxide, mixed oxide of cobalt and aluminum, molybdenum sulfide, rutile mixed phase pigment, rare earth sulfide, vanadic acid
  • An extender pigment made of bismuth, aluminum hydroxide or barium sulfate is a preferable inorganic pigment.
  • the dispersed particle diameter of the pigment in the dispersed state contained in the near-infrared curable ink composition according to the present invention is preferably 10 nm or more and 200 nm or less. If the dispersed particle diameter of the pigment dispersion is 10 nm or more and 200 nm or less, the storage stability in the near-infrared curable ink composition is good.
  • the dye used in the present invention is not particularly limited, and any of oil-soluble dyes and water-soluble dyes can be used, and yellow dyes, magenta dyes, cyan dyes and the like can be preferably used.
  • yellow dyes for example, phenols, naphthols, anilines, pyrazolones, pyridones, aryl or heterylazo dyes having open chain active methylene compounds as coupling components;
  • azomethine dyes having open-chain active methylene compounds as coupling components For example, methine dyes such as benzylidene dyes and monomethine oxonol dyes;
  • quinone dyes such as naphthoquinone dyes and anthraquinone dyes.
  • Other dye species may include quinophthalone dyes, nitro-nitroso dyes, acridine dyes, acridinone dyes and the like.
  • the counter cation may be an alkali metal, an inorganic cation such as ammonium, or an organic cation such as pyridinium or quaternary ammonium salt. Furthermore, it may be a polymer cation having them in a partial structure.
  • magenta dyes include phenols, naphthols, and aryl or heterylazo dyes having anilines as a coupling component;
  • azomethine dyes having pyrazolones, pyrazolotriazoles as coupling components For example, methine dyes such as arylidene dyes, styryl dyes, merocyanine dyes, oxonol dyes;
  • carbonium dyes such as diphenylmethane dyes, triphenylmethane dyes, xanthene dyes;
  • quinone dyes such as naphthoquinone, anthraquinone, anthrapyridone and the like; Examples thereof include condensed polycyclic dyes such as dioxazine dyes and the like.
  • the counter cation may be an alkali metal or an inorganic cation such as ammonium.
  • organic cations such as pyridinium and quaternary ammonium salts may be used.
  • it may be a polymer cation having them in a partial structure.
  • cyan dyes for example, indoaniline dyes, azomethine dyes such as indophenol dyes; Polymethine dyes such as cyanine dyes, oxonol dyes, merocyanine dyes; Carbonium dyes such as diphenylmethane dyes, triphenylmethane dyes, xanthene dyes; Phthalocyanine dyes; anthraquinone dyes; for example, phenols, naphthols, aryl or heteryl azo dyes having anilines as coupling components, and indigo thioindigo dyes can be mentioned. These dyes may exhibit cyan only after part of the chromophore dissociates.
  • the counter cation may be an alkali metal, an inorganic cation such as ammonium, or an organic cation such as pyridinium or quaternary ammonium salt. Furthermore, it may be a polymer cation having them in a partial structure. Also, black dyes such as polyazo dyes can be used.
  • the water-soluble dye used in the present invention is not particularly limited, and direct dyes, acid dyes, food dyes, basic dyes, reactive dyes, and the like can be preferably used.
  • Acid Violet 5 34, 43, 47, 48, 90, 103, 126, C.
  • Reactive Blue 2 3, 5, 8, 10, 13, 14, 15, 17, 18, 19, 21, 25, 26, 27, 28, 29, 38, C.
  • Reactive black 4 5, 8, 14, 21, 23, 26, 31, 32, 34, C.
  • Basic Violet 1 2, 3, 7, 10, 15, 16, 20, 21, 25, 27, 28, 35, 37, 39, 40, 48, C.
  • Basic Blue 1 3, 5, 7, 9, 22, 22, 41, 45, 46, 47, 54, 57, 60, 62, 65, 66, 69, 71, C. I. Basic Black 8, etc. may be mentioned.
  • the particle diameter of the pigment of the coloring material and the composite tungsten oxide fine particles contained in the near infrared curable ink described above is preferably determined in consideration of the characteristics of the coating device of the near infrared curable ink composition.
  • the near-infrared curable ink composition according to the present invention is a concept including the above-described near-infrared curable ink composition containing no pigment and dye.
  • the composite tungsten oxide fine particles according to the present invention may be dispersed together with an appropriate dispersant into a monomer of a thermosetting resin in an appropriate uncured state, or in an appropriate solvent described later.
  • an appropriate dispersant By adding an appropriate dispersant, the composite tungsten oxide fine particles can be easily dispersed in the near infrared curable ink, and suppression of variation in curing in the coating film of the near infrared curable ink can be expected.
  • a commercially available dispersing agent can be suitably used as the dispersing agent
  • a polyester based, polyacrylic based, polyurethane based, polyamine based, polycaptolactone based, polystyrene based main chain can be used as the molecular structure of the dispersing agent.
  • Those having an amino group, an epoxy group, a carboxyl group, a hydroxyl group, a sulfo group or the like as a functional group are preferable.
  • the dispersant having such a molecular structure is hard to deteriorate when the coating film of the near-infrared curable ink according to the present invention is intermittently irradiated with near-infrared radiation for several tens of seconds. Therefore, problems such as coloring due to the deterioration do not occur.
  • solvent in the near-infrared curable ink composition according to the present invention, it is also preferable to use a solvent together with the monomer of the thermosetting resin in the uncured state.
  • a solvent of the near-infrared curable ink composition an epoxy group or the like which reacts with the monomer or oligomer of the thermosetting resin contained in the uncured resin at the curing reaction of the thermosetting resin described later
  • a reactive organic solvent provided with a functional group of The viscosity of the near-infrared curable ink composition can be appropriately adjusted by the addition of the solvent. And, as a result of this, it is possible to easily ensure the coating property and the smoothness of the coating film.
  • Examples of the solvent of the near-infrared curable ink composition according to the present invention include water, alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, isopropyl alcohol, isobutyl alcohol and diacetone alcohol, methyl ether, ethyl ether, propyl ether Various organic solvents such as ethers, esters, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, cyclohexanone and inbutyl ketone, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, polyethylene glycol and polypropylene glycol can be used. is there.
  • the composite tungsten oxide fine particles according to the present invention are added to an uncured thermosetting resin, or the composite tungsten oxide fine particles according to the present invention are suitably used. After being dispersed in a solvent, an uncured thermosetting resin is added to obtain a near-infrared curable ink composition according to the present invention.
  • the near-infrared curable ink composition according to the present invention is provided on a predetermined base material, and when it is irradiated with near-infrared light and cured, it has excellent adhesion to the base material.
  • the near-infrared curable ink composition according to the present invention is applied to a predetermined amount in addition to the use as a conventional ink, and is irradiated with near-infrared radiation to be cured and stacked there, and a three-dimensional object described later is formed It is a near-infrared curable ink composition that is most suitable for the photofabrication method to be carried out.
  • the solvent is removed from the near infrared curable ink composition containing the composite tungsten oxide fine particles and containing the solvent, the dispersant, and the uncured thermosetting resin, or without using the solvent It is also a preferable configuration to obtain a near infrared curable ink composition containing composite tungsten oxide fine particles, and containing a dispersant and an uncured thermosetting resin.
  • a near-infrared curable ink composition containing composite tungsten oxide fine particles and containing a dispersant and an uncured thermosetting resin without using the solvent eliminates the step related to the volatilization of the solvent in the subsequent step. And the efficiency of the curing reaction is good.
  • the method for removing the solvent is not particularly limited, but a heating distillation method or the like to which a pressure reduction operation is added can be used.
  • the amount of the composite tungsten oxide fine particles contained in the near-infrared curable ink according to the present invention may be appropriately added such that the uncured thermosetting resin can be cured in the curing reaction. Therefore, the amount of the composite tungsten oxide particles per application area of the near-infrared curable ink may be determined in consideration of the application thickness of the near-infrared curable ink.
  • the method for dispersing the composite tungsten oxide fine particles in a solvent is not particularly limited, but it is preferable to use a wet medium mill. However, also at this time, experimental dispersion is performed in advance to obtain composite tungsten oxide fine particles having an average particle diameter of 100 nm or less, a lattice constant of 7.3850 ⁇ or more and 7.4186 ⁇ or less, and c axis of 7 Dispersion equipment capable of providing 1.0221 or more and 1.0289 or less as the value of [lattice constant of c axis / lattice constant of a axis] more preferably 5600 ⁇ or more and 7.6240 ⁇ or less, and dispersion conditions are determined .
  • the near infrared curable ink according to the present invention has visible light transparency, a predetermined amount of the near infrared curable ink composition is applied to obtain a coated film, By curing by irradiation with near-infrared rays, a near-infrared cured film according to the present invention exhibiting excellent adhesion to a predetermined substrate can be obtained.
  • a colored film can be easily obtained by adding at least one or more of various pigments and dyes to the near-infrared curable ink. In the colored film, since the composite tungsten oxide fine particles hardly affect the color, the colored film can be used as a color filter of a liquid crystal display or the like.
  • the factor for obtaining the excellent adhesion mentioned above is that the composite tungsten oxide fine particles absorb the emitted near infrared radiation and generate heat, and the heat energy of the heat generation is a monomer contained in the uncured thermosetting resin or This is because the curing reaction of the thermosetting resin occurs by promoting reactions such as polymerization reaction, condensation reaction, addition reaction and the like by oligomers and the like.
  • the volatilization of the solvent is also carried out by the heat generation of the composite tungsten oxide fine particles by the irradiation of near infrared rays.
  • the near infrared cured film according to the present invention is further irradiated with near infrared radiation, the cured film does not melt again.
  • the near-infrared cured film according to the present invention contains the thermosetting resin obtained by curing the uncured thermosetting resin, and therefore, even if the composite tungsten oxide fine particles generate heat due to the irradiation of the near-infrared, they do not remelt. is there.
  • This property cures and stacks a predetermined amount of the near-infrared curable ink composition according to the present invention, and repeats the application of the near-infrared curable ink and the repeated lamination of the near-infrared radiation to form a three-dimensional object.
  • it is particularly effective in combination with the excellent adhesion to the substrate described above.
  • it is also preferable to obtain a near-infrared cured film according to the present invention by applying a predetermined amount of the near-infrared curable ink composition according to the present invention on a substrate and irradiating the substrate with near-infrared radiation to cure.
  • the material of the base material used in the present invention is not particularly limited, for example, paper, PET, acrylic, urethane, polycarbonate, polyethylene, ethylene vinyl acetate copolymer, vinyl chloride, fluorocarbon resin, polyimide, polyacetal, polypropylene, nylon etc. And can be preferably used according to various purposes. In addition to paper and resin, glass can be preferably used.
  • infrared irradiation is preferable, and near-infrared irradiation is more preferable.
  • the near infrared radiation has a high energy density, and can efficiently impart the energy necessary for curing the resin in the ink composition. It is also preferable to perform curing of the near-infrared curable ink composition according to the present invention by combining infrared irradiation and any method selected from known methods. For example, methods such as heating, air blowing, and irradiation of electromagnetic waves may be used in combination with infrared irradiation.
  • infrared refers to an electromagnetic wave having a wavelength in the range of 0.1 ⁇ m to 1 mm
  • near infrared refers to infrared having a wavelength of 0.75 to 4 ⁇ m
  • far infrared refers to infrared having a wavelength of 4 to 1000 ⁇ m.
  • the effects of the present invention can be obtained regardless of which infrared light is generally called far infrared light or near infrared light.
  • the near infrared ray is irradiated, the thermosetting resin can be efficiently cured in a short time.
  • microwave refers to an electromagnetic wave having a wavelength in the range of 1 mm to 1 m.
  • the microwave to be irradiated preferably has a power of 200 to 1000 W. If the power is 200 W or more, the vaporization of the organic solvent remaining in the ink is promoted. If the power is 1000 W or less, the irradiation conditions are mild, and there is no risk of deterioration of the substrate or the thermosetting resin.
  • the preferred infrared irradiation time for the near-infrared curable ink composition according to the present invention varies depending on the energy and wavelength of the irradiation, the composition of the near-infrared curable ink, and the coating amount of the near-infrared curable ink. Irradiation for 1 second or more is preferred. When the irradiation time is 0.1 seconds or more, it is possible to carry out infrared irradiation within a range that falls within the above-described preferable power. By prolonging the irradiation time, it is possible to perform sufficient drying of the solvent in the ink composition, but when printing or application at high speed is included in the field of view, the irradiation time is within 30 seconds. Preferably, it is more preferably within 10 seconds.
  • the infrared radiation source may be obtained directly from a heat source, or may be interposed with a heat medium to obtain effective infrared radiation therefrom.
  • an infrared ray can be obtained by heating a discharge lamp of mercury, xenon, cesium, sodium or the like, a carbon dioxide gas laser, or an electric resistor such as platinum, tungsten, nichrome, Kanthal or the like.
  • a halogen lamp is mentioned as a preferable radiation source.
  • the halogen lamp has advantages such as high thermal efficiency and quick start-up.
  • Irradiation of infrared rays to the near-infrared curable ink composition according to the present invention may be performed from the near-infrared-curable ink coated surface side or from the back surface side. It is also preferable to perform irradiation simultaneously from both sides, and it is also preferable to combine with temperature-rising drying and air-drying. Moreover, it is more preferable to use a light collector as needed. By combining these methods, it becomes possible to cure by infrared irradiation for a short time.
  • the dispersed particle size of the fine particles in the composite tungsten oxide fine particle dispersion liquid is the dynamic light scattering method by observing fluctuation of scattered light of laser using ELS-8000 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.
  • the autocorrelation function was determined by (photon correlation method), and the average particle size (hydrodynamic size) was calculated by the cumulant method.
  • a near infrared curable ink composition is applied to a blue plate glass plate having a thickness of 3 mm, and a cured film containing composite tungsten oxide fine particles is irradiated with near infrared light. Made.
  • the optical properties of the cured film were measured using a spectrophotometer U-4100 (manufactured by Hitachi, Ltd.). The visible light transmittance was measured in accordance with JIS R 3106: 1998.
  • the average particle diameter of the composite tungsten oxide particles dispersed in the near-infrared curable ink composition is a transmission electron in the cross section of the cured film described above It measured by observing a microscope image.
  • the transmission electron microscope image was observed using a transmission electron microscope (HF-2200 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation).
  • the transmission electron microscope image was processed by an image processing apparatus, the particle diameter of 100 composite tungsten oxide microparticles was measured, and the average value was defined as the average particle diameter.
  • Example 1 A solution was obtained by dissolving 7.43 kg of cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ) in 6.70 kg of water. The solution was added to 34.57 kg of tungstic acid (H 2 WO 4 ), sufficiently stirred and mixed, and then dried with stirring (the molar ratio of W to Cs is equivalent to 1: 0.33). The dried product was heated while supplying 5% by volume of H 2 gas using N 2 gas as a carrier, and baked at a temperature of 800 ° C. for 5.5 hours, and then the supplied gas was switched to only N 2 gas. The temperature was lowered to room temperature to obtain composite tungsten oxide particles (hereinafter referred to as particle a).
  • particle a composite tungsten oxide particles
  • a fine particle dispersion of particles a obtained by loading the mixture into a paint shaker (manufactured by Asada Iron Works Co., Ltd.) containing 0.3 mm ⁇ ⁇ ZrO 2 beads and pulverizing / dispersing for 7 hours (Hereafter, it describes as the fine particle dispersion a).
  • pulverization / dispersion treatment was performed using 300 parts by mass of 0.3 mm ⁇ ZrO 2 beads with respect to 100 parts by mass of the mixture.
  • the dispersed particle diameter of the fine particles a in the fine particle dispersion a was 70 nm when measured by a particle size measurement device (ELS-8000 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) based on the dynamic light scattering method.
  • ELS-8000 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.
  • the lattice constant of the fine particle a after removing the solvent from the fine particle dispersion a was measured, the a axis was 7.4008 ⁇ and the c axis was 7.6122 ⁇ .
  • the crystallite diameter was 24 nm. And the crystal structure of a hexagonal crystal was confirmed.
  • thermosetting ink (trade name: MEG screen ink (medium) manufactured by Teikoku Ink Mfg. Co., Ltd.) containing a commercially available one-component uncured thermosetting resin A near-infrared curable ink according to Example 1 (hereinafter referred to as ink A) was prepared.
  • Ink A is coated on a 3 mm thick blue sheet glass using a bar coater (No. 10), and the line heater HYP-14N (output 980 W) manufactured by Hybeck Co., Ltd.
  • a cured film A is used as the near infrared radiation source from the coated surface It was installed at a height of 5 cm and irradiated with near infrared rays for 10 seconds to obtain a cured film (hereinafter referred to as a cured film A) according to Example 1.
  • the adhesion of the cured film A was evaluated by the method shown below. Apply 100 grid-like cuts using a cutter guide with a gap of 1 mm, and attach an 18 mm wide tape (Nichiban Co., Ltd. Serotape (registered trademark) CT-18) to the cut surface on the grid, 2 . 20 kg of a 0 kg roller were completely attached, and then peeled off rapidly at a peeling angle of 180 degrees, and the number of peeled squares was counted. The number of peeled squares was zero.
  • Example 2 A Cs tungsten oxide film according to Example 2 was operated in the same manner as in Example 1 except that predetermined amounts of tungstic acid and cesium carbonate were weighed such that the molar ratio of W to Cs was 1: 0.31. Fine particles (hereinafter referred to as fine particles b) were obtained. A dispersion liquid of fine particles b (hereinafter, referred to as fine particle dispersion liquid b) was obtained in the same manner as in Example 1 except that fine particles a were used instead of fine particles a. Next, a near-infrared curable ink according to Example 2 (hereinafter referred to as ink B) is operated in the same manner as in Example 1 except that fine particle dispersion b is used instead of fine particle dispersion a.
  • ink B a near-infrared curable ink according to Example 2
  • Example 2 A cured film (hereinafter referred to as a cured film B) according to Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that ink A was used instead of ink A.
  • the fine particle dispersion b and the cured film B were evaluated in the same manner as in Example 1.
  • a hexagonal crystal structure was confirmed. The above results are shown in Tables 1 and 2.
  • Example 3 Cs tungsten oxide according to Example 3 operated in the same manner as in Example 1 except that predetermined amounts of tungstic acid and cesium carbonate were weighed such that the molar ratio of W to Cs was 1: 0.35. Fine particles (hereinafter referred to as fine particles c) were obtained. A dispersion liquid of fine particles c (hereinafter referred to as fine particle dispersion c) was obtained in the same manner as in Example 1 except that fine particles a were replaced with fine particles c.
  • Example 3 a near-infrared curable ink according to Example 3 (hereinafter referred to as ink C) according to Example 3 is operated in the same manner as Example 1 except that fine particle dispersion c is used instead of fine particle dispersion a.
  • a cured film (hereinafter, referred to as a cured film C) according to Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that Ink A was used instead of Ink A.
  • the fine particle dispersion c and the cured film C were evaluated in the same manner as in Example 1. In the composite tungsten oxide fine particle sample, a hexagonal crystal structure was confirmed. The above results are shown in Tables 1 and 2.
  • Example 4 A Cs tungsten oxide film according to Example 3 was operated in the same manner as in Example 1 except that predetermined amounts of tungstic acid and cesium carbonate were weighed such that the molar ratio of W to Cs was 1: 0.37. Fine particles (hereinafter referred to as fine particles d) were obtained. A dispersion liquid of fine particles d (hereinafter referred to as particle dispersion d) was obtained in the same manner as in Example 1 except that fine particles a were replaced with fine particles d. Next, a near-infrared curable ink according to Example 4 (hereinafter referred to as Ink D) according to Example 4 was operated in the same manner as Example 1, except that fine particle dispersion d was used instead of fine particle dispersion a.
  • Ink D near-infrared curable ink according to Example 4
  • Example 4 A cured film (hereinafter referred to as a cured film D) according to Example 4 was obtained in the same manner as in Example 1 except that Ink A was used instead of Ink A.
  • the fine particle dispersion d and the cured film D were evaluated in the same manner as in Example 1.
  • a hexagonal crystal structure was confirmed. The above results are shown in Tables 1 and 2.
  • Example 5 Cs tungsten oxide according to Example 5 operated in the same manner as in Example 1 except that predetermined amounts of tungstic acid and cesium carbonate were weighed such that the molar ratio of W to Cs was 1: 0.21. Fine particles (hereinafter referred to as fine particles e) were obtained. A dispersion liquid of fine particles e (hereinafter referred to as fine particle dispersion e) was obtained in the same manner as in Example 1 except that fine particles a were replaced with fine particles e.
  • Example 5 a near-infrared curable ink according to Example 5 (hereinafter referred to as ink E) was prepared.
  • a cured film (hereinafter referred to as a cured film E) according to Example 5 was obtained in the same manner as in Example 1 except that Ink A was used instead of Ink A.
  • the fine particle dispersion e and the cured film E were evaluated in the same manner as in Example 1. In the composite tungsten oxide fine particle sample, a hexagonal crystal structure was confirmed. The above results are shown in Tables 1 and 2.
  • Example 6 Fine particles of Cs tungsten oxide according to Example 6 (following Example 6) in the same manner as Example 1 except that baking was carried out at a temperature of 550 ° C. for 9.0 hours while supplying 5% H 2 gas using N 2 gas as a carrier. , And described as fine particles f).
  • a dispersion liquid of fine particles f (hereinafter referred to as fine particle dispersion f) was obtained in the same manner as in Example 1 except that fine particles a were used instead of fine particles a.
  • Example 6 a near-infrared curable ink according to Example 6 (hereinafter referred to as ink F) was prepared.
  • a cured film (hereinafter referred to as a cured film F) according to Example 6 was obtained in the same manner as in Example 1 except that Ink A was used instead of Ink A.
  • the fine particle dispersion f and the cured film F were evaluated in the same manner as in Example 1. In the composite tungsten oxide fine particle sample, a hexagonal crystal structure was confirmed. The above results are shown in Tables 1 and 2.
  • Example 7 A near-infrared curable ink according to Example 7 (the following procedure was carried out in the same manner as Example 1) except that 30 parts by mass of the fine particle dispersion a and 70 parts by mass of a commercially available one-component thermosetting ink were mixed. An ink G) was prepared. A cured film (hereinafter referred to as a cured film G) according to Example 7 was obtained in the same manner as in Example 1 except that ink A was used instead of ink A. The cured film G was evaluated in the same manner as in Example 1. The above results are shown in Tables 1 and 2.
  • Example 8 A near-infrared curable ink according to Example 8 (the operation is the same as in Example 1) except that 35 parts by mass of the fine particle dispersion a and 65 parts by mass of a commercially available one-component thermosetting ink are mixed. , Ink G) was prepared. A cured film (hereinafter, referred to as cured film H) according to Example 8 was obtained in the same manner as in Example 1 except that Ink A was used instead of Ink A. The cured film H was evaluated in the same manner as in Example 1. The above results are shown in Tables 1 and 2.
  • Example 9 The same operation as in Example 1 except that 25 parts by mass of the fine particle dispersion a, 37.5 parts by mass of the uncured bisphenol A type epoxy resin, and 37.5 parts by mass of the curing agent to which the curing accelerator is added are mixed. Then, a near-infrared curable ink according to Example 9 (hereinafter referred to as ink I) was prepared.
  • the curing agent is a mixture of a phenol resin and imidazole (curing accelerator).
  • a cured film (hereinafter, referred to as a cured film I) according to Example 9 was obtained in the same manner as in Example 1 except that Ink A was used instead of Ink A.
  • the cured film I was evaluated in the same manner as in Example 1. The above results are shown in Tables 1 and 2.
  • Example 10 20 parts by weight of the particle a, 65 parts by weight of methyl isobutyl ketone, and 15 parts by weight of an acrylic dispersant were mixed to obtain a mixture.
  • the mixture is loaded on a paint shaker (manufactured by Asada Iron Works Co., Ltd.) containing 0.3 mm ⁇ ZrO 2 beads, pulverized and dispersed for 20 minutes, and a fine particle dispersion of fine particles a (hereinafter referred to as fine particle dispersion p) is obtained. Obtained.
  • fine particle dispersion p fine particle dispersion treatment was performed using 300 parts by mass of 0.3 mm ⁇ ZrO 2 beads with respect to 100 parts by mass of the mixture.
  • a near-infrared curable ink according to Example 10 (hereinafter referred to as ink P) was prepared in the same manner as in Example 1 except that fine particle dispersion liquid p was used instead of fine particle dispersion liquid a. .
  • a cured film (hereinafter referred to as a cured film P) according to Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that ink A was used instead of ink A.
  • the fine particle dispersion p and the cured film P were evaluated in the same manner as in Example 1. In the composite tungsten oxide fine particle sample, a hexagonal crystal structure was confirmed. The above results are shown in Tables 1 and 2.
  • Comparative Example 1 A Cs tungsten oxide film according to Comparative Example 1 was operated in the same manner as in Example 1 except that predetermined amounts of tungstic acid and cesium carbonate were weighed such that the molar ratio of W to Cs was 1: 0.15. Fine particles (hereinafter referred to as fine particles j) were obtained. A dispersion liquid of fine particles j (hereinafter referred to as fine particle dispersion j) was obtained in the same manner as in Example 1 except that fine particles a were replaced with fine particles j.
  • Example 1 Next, the procedure of Example 1 is repeated except that the fine particle dispersion j is used instead of the fine particle dispersion a, and a near infrared curable ink according to Comparative Example 1 (hereinafter referred to as ink J) was prepared.
  • a cured film (hereinafter, referred to as a cured film J) according to Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1 except that Ink A was used instead of Ink A.
  • the fine particle dispersion j and the cured film J were evaluated in the same manner as in Example 1. The above results are shown in Tables 1 and 2.
  • Comparative Example 2 A Cs tungsten oxide film according to Comparative Example 2 was operated in the same manner as in Example 1 except that predetermined amounts of tungstic acid and cesium carbonate were weighed such that the molar ratio of W to Cs was 1: 0.39. Fine particles (hereinafter referred to as fine particles k) were obtained. A dispersion of fine particles k (hereinafter, referred to as fine particle dispersion k) was obtained in the same manner as in Example 1 except that fine particles a were used instead of fine particles a.
  • ink K a near-infrared curable ink according to Comparative Example 2
  • ink K a near-infrared curable ink according to Comparative Example 2
  • ink K a near-infrared curable ink according to Comparative Example 2
  • ink K a near-infrared curable ink according to Comparative Example 2
  • a cured film (hereinafter, referred to as a cured film K) according to Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1 except that Ink A was used instead of Ink A.
  • the fine particle dispersion k and the cured film K were evaluated in the same manner as in Example 1. The above results are shown in Tables 1 and 2.
  • Comparative Example 3 A predetermined amount of tungstic acid and cesium carbonate was weighed such that the molar ratio of W to Cs was 1: 0.23, and firing was performed at a temperature of 400 ° C. for 5.5 hours as in Example 1. By operation, Cs tungsten oxide fine particles (hereinafter, described as fine particle l) according to comparative example 3 were obtained. Next, a near-infrared curable ink according to Comparative Example 3 (hereinafter referred to as ink L) according to Comparative Example 3 was operated in the same manner as in Example 1 except that fine particle dispersion 1 was used instead of fine particle dispersion a. Was prepared.
  • a cured film (hereinafter, referred to as a cured film L) according to Comparative Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1 except that Ink A was used instead of Ink A.
  • the fine particle dispersion l and the cured film L were evaluated in the same manner as in Example 1. The above results are shown in Tables 1 and 2.
  • Comparative Example 4 A predetermined amount of tungstic acid and cesium carbonate was weighed such that the molar ratio of W to Cs was 1: 0.23, and the same as Example 1, except that firing was performed at a temperature of 600 ° C. for 5.5 hours. By operation, Cs tungsten oxide fine particles (hereinafter, described as fine particle m) according to Comparative Example 4 were obtained. Next, 20 parts by mass of fine particles m, 65 parts by mass of methyl isobutyl ketone, and 15 parts by mass of an acrylic dispersant were mixed to obtain a mixture.
  • the mixture was loaded into a paint shaker (manufactured by Asada Iron Works Co., Ltd.) and dispersed for 10 minutes to obtain a dispersion of fine particles m (hereinafter referred to as fine particle dispersion m).
  • a near-infrared curable ink (hereinafter referred to as ink M) according to Comparative Example 4 was prepared in the same manner as in Example 1 except that fine particle dispersion m was used instead of fine particle dispersion a. .
  • a cured film (hereinafter referred to as a cured film M) according to Comparative Example 4 was obtained in the same manner as in Example 1 except that Ink A was used instead of Ink A.
  • the fine particle dispersion m and the cured film M were evaluated in the same manner as in Example 1. The above results are shown in Tables 1 and 2.
  • Comparative Example 5 20 parts by mass of the fine particles a, 65 parts by mass of methyl isobutyl ketone, and 15 parts by mass of an acrylic dispersant are mixed to form a mixture.
  • the mixture is loaded into a paint shaker (manufactured by Asada Iron Works Co., Ltd.) containing 0.3 mm ⁇ ⁇ ⁇ ZrO 2 beads and pulverized and dispersed for 50 hours to obtain a dispersion of fine particles a (hereinafter referred to as fine particle dispersion n).
  • fine particle dispersion n a dispersion of fine particles a
  • pulverization / dispersion treatment was performed using 300 parts by mass of 0.3 mm ⁇ ZrO 2 beads with respect to 100 parts by mass of the mixture.
  • a near infrared curable ink according to Comparative Example 5 (hereinafter referred to as ink N) was prepared in the same manner as in Example 1 except that fine particle dispersion n was used instead of fine particle dispersion a. .
  • a cured film (hereinafter referred to as a cured film N) according to Comparative Example 5 was obtained in the same manner as in Example 1 except that Ink A was used instead of Ink A.
  • the fine particle dispersion n and the cured film N were evaluated in the same manner as in Example 1. The above results are shown in Tables 1 and 2.
  • Comparative Example 6 20 parts by mass of fine particles m, 65 parts by mass of methyl isobutyl ketone, and 15 parts by mass of an acrylic dispersant were mixed to obtain a mixture.
  • the mixture was loaded on a paint shaker containing 0.3 mm ⁇ ZrO 2 beads, and was pulverized and dispersed for 4 hours to obtain a dispersion of fine particles m (hereinafter referred to as fine particle dispersion o).
  • fine particle dispersion o a dispersion of fine particles m
  • pulverization / dispersion treatment was performed using 300 parts by mass of 0.3 mm ⁇ ZrO 2 beads with respect to 100 parts by mass of the mixture.
  • a near-infrared curable ink according to Comparative Example 6 (hereinafter referred to as ink O) was prepared in the same manner as in Example 1 except that fine particle dispersion o was used instead of fine particle dispersion a. .
  • a cured film (hereinafter, referred to as a cured film O) according to Comparative Example 6 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the ink A was used instead of the ink A.
  • the fine particle dispersion o and the cured film O were evaluated in the same manner as in Example 1. The above results are shown in Tables 1 and 2.

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Abstract

十分な近赤外線吸収能を有し、かつ基材への密着性に優れる複合タングステン酸化物微粒子を含有する近赤外線硬化型インク組成物、近赤外線硬化膜、および当該近赤外線硬化型インク組成物を用いた光造形法を提供する。近赤外線吸収能を持つ複合タングステン酸化物と、未硬化の熱硬化性樹脂とを含む近赤外線硬化型インク組成物であって、前記複合タングステン酸化物は六方晶の結晶構造を含み、前記複合タングステン酸化物の格子定数は、a軸が7.3850Å以上7.4186Å以下、c軸が7.5600Å以上7.6240Å以下であり、前記複合タングステン酸化物の平均粒子径が、100nm以下である近赤外線硬化膜、および当該近赤外線硬化型インク組成物を用いた光造形法を提供する。

Description

近赤外線硬化型インク組成物、近赤外線硬化膜、およびそれらの製造方法、並びに光造形法
 本発明は、近赤外線硬化型インク組成物、近赤外線硬化膜、およびそれらの製造方法、並びに光造形法に関する。
 紫外線を用いて硬化させる紫外線硬化型塗料は、加熱することなく印刷が可能である。この為、近年、環境対応型塗料として広く知られるようになり、例えば、特許文献1~6に記載されるような提案や開示がされている。
 しかしながら本発明者らの検討によると、紫外線硬化型のインクや塗料として、紫外線照射によりラジカル重合が行われる組成物を用いた場合には、酸素が存在すると重合(硬化)が阻害される。他方、紫外線の照射によりカチオン重合が行われる組成物を用いた場合には、その重合中に強酸が発生する、という課題があった。
 さらに、印刷面や塗布面の耐光性を高める為、一般的に、当該印刷面や塗布面へは紫外線吸収剤が添加される。しかし、紫外線硬化型のインクや塗料へ紫外線吸収剤を添加した場合には、紫外線照射による硬化が阻害されるという課題があった。
 上述の課題を解決する為、特許文献7、8には、紫外線ではなく近赤外線の照射により硬化する近赤外線硬化型組成物が提案されている。
 また、出願人は特許文献9において、複合タングステン酸化物を含む近赤外線硬化型インク組成物を開示している。
特開平7-100433号公報 特許第3354122号公報 特許第5267854号公報 特許第5626648号公報 特許第3494399号公報 特開2004-18716号公報 特許第5044733号公報 特開2015-131928号公報 国際公開第2017/047736号
 しかしながら本発明者らの更なる検討によると、特許文献7、8に記載の近赤外線硬化型組成物は、いずれも近赤外線吸収特性が十分でないといった課題を有していた。
 一方、近赤外線硬化型組成物に対する市場の要求は高まっている。例えば、特許文献9に記載の複合タングステン酸化物を含む近赤外線硬化型インク組成物や近赤外線硬化膜をもってしても、基材への密着性の向上を求めるという市場の要求を満足させ続けることは、困難になることが考えられた。
 本発明は上述の状況の下で為されたものであり、その解決しようとする課題は、所定の基材上に設けられ、近赤外線を照射させて硬化した際、当該基材への密着性に優れた近赤外線硬化型インク組成物と、当該近赤外線硬化型インク組成物を硬化して得られた近赤外線硬化膜、およびそれらの製造方法、並びに当該近赤外線硬化型インク組成物を用いた光造形法を提供することを目的とする。
 上述の課題を解決する為、本発明者らは研究を行った結果、複合タングステン酸化物微粒子の近赤外線吸収能を高めて、近赤外線硬化型インク組成物に近赤外線が照射された際の発熱量を上昇させることが有効であることに想到した。そして当該発熱量の上昇により、当該インク組成物の硬化度を上げ、基材への密着性を上げることを実現出来たものである。
 即ち、上述の課題を解決する為の第1の発明は、
 近赤外線吸収能を持つ複合タングステン酸化物微粒子と、未硬化の熱硬化性樹脂とを含む近赤外線硬化型インク組成物であって、
 前記複合タングステン酸化物微粒子が、六方晶の結晶構造を含む複合タングステン酸化物微粒子であり、
 前記複合タングステン酸化物微粒子の格子定数が、a軸は7.3850Å以上7.4186Å以下、c軸は7.5600Å以上7.6240Å以下であり、
 前記複合タングステン酸化物微粒子の平均粒子径が100nm以下であることを特徴とする近赤外線硬化型インク組成物である。
 第2の発明は、
 前記複合タングステン酸化物微粒子の格子定数が、a軸は7.4031Å以上7.4111Å以下、c軸は7.5891Å以上7.6240Å以下であることを特徴とする第1の発明に記載の近赤外線硬化型インク組成物である。
 第3の発明は、
 前記複合タングステン酸化物微粒子の平均粒子径が、10nm以上100nm以下であることを特徴とする第1または第2の発明に記載の近赤外線硬化型インク組成物である。
 第4の発明は、
 前記複合タングステン酸化物微粒子の結晶子径が、10nm以上100nm以下であることを特徴とする第1から第3の発明のいずれかに記載の近赤外線硬化型インク組成物である。
 第5の発明は、
 さらに、分散剤を含むことを特徴とする第1から第4の発明のいずれかに記載の近赤外線硬化型インク組成物である。
 第6の発明は、
 さらに、溶媒を含むことを特徴とする第1から第5の発明のいずれかに記載の近赤外線硬化型インク組成物である。
 第7の発明は、
 前記複合タングステン酸化物が、一般式M(M元素は、H、He、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、I、Ybのうちから選択される1種類以上の元素、Wはタングステン、Oは酸素で、0.001≦x/y≦1、2.0≦z/y≦3.0)で記載されるものであることを特徴とする第1から第6の発明のいずれかに記載の近赤外線硬化型インク組成物である。
 第8の発明は、
 前記複合タングステン酸化物が、M元素がCs、Rbのうちから選択される1種類以上である複合タングステン酸化物からなることを特徴とする第7の発明に記載の近赤外線硬化型インク組成物である。
 第9の発明は、
 前記複合タングステン酸化物微粒子の表面の少なくとも一部が、Si、Ti、Zr、Alから選択される少なくとも1種類以上の元素を含有する表面被覆膜により、被覆されていることを特徴とする第1から第8の発明のいずれかに記載の近赤外線硬化型インク組成物である。
 第10の発明は、
 前記表面被覆膜が、酸素原子を含有することを特徴とする第9の発明に記載の近赤外線硬化型インク組成物である。
 第11の発明は、
 さらに、有機顔料、無機顔料、染料から選択されるいずれか1種類以上を含むことを特徴とする第1から第10の発明のいずれかに記載の近赤外線硬化型インク組成物である。
 第12の発明は、
 第1から第11の発明のいずれかに記載の近赤外線硬化型インク組成物が近赤外線照射を受けて、硬化したものであることを特徴とする近赤外線硬化膜である。
 第13の発明は、
 第1から第11の発明のいずれかに記載の近赤外線硬化型インク組成物を基材上へ塗布して塗布物とし、当該塗布物へ近赤外線を照射して硬化させることを特徴とする光造形法である。
 第14の発明は、
 近赤外線吸収能をもつ複合タングステン酸化物微粒子と、未硬化の熱硬化性樹脂と、分散剤と、溶剤とを含む近赤外線硬化型インク組成物の製造方法であって、
 前記複合タングステン酸化物微粒子が、六方晶の結晶構造を含む複合タングステン酸化物微粒子であり、
 前記複合タングステン酸化物微粒子を、その格子定数がa軸は7.3850Å以上7.4186Å以下、c軸は7.5600Å以上7.6240Å以下の範囲となるように製造し、
 前記複合タングステン酸化物微粒子において前記格子定数の範囲を保ちながら、平均粒子径を100nm以下とする粉砕・分散処理工程を行うことを特徴とする近赤外線硬化型インク組成物の製造方法である。
 第15の発明は、
 複合タングステン酸化物が、一般式MxWyOz(M元素は、H、He、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、I、Ybのうちから選択される1種類以上の元素、Wはタングステン、Oは酸素で、0.001≦x/y≦1、2.0≦z/y≦3.0)で記載されるものであることを特徴とする第14の発明に記載の近赤外線硬化型インク組成物の製造方法である。
 第16の発明は、
 前記複合タングステン酸化物が、M元素がCs、Rbのうちから選択される1種類以上である複合タングステン酸化物からなることを特徴とする第14から第15の発明のいずれかに記載の近赤外線硬化型インク組成物の製造方法である。
 第17の発明は、
 前記複合タングステン酸化物微粒子の表面の少なくとも一部を、Si、Ti、Zr、Alのいずれか1種類以上の元素を含有する表面被覆膜により、被覆することを特徴とする第14から第16の発明のいずれかに記載の近赤外線硬化型インク組成物の製造方法である。
 第18の発明は、
 前記表面被覆膜が酸素原子を含有することを特徴とする第17の発明に記載の近赤外線硬化型インク組成物の製造方法である。
 第19の発明は、
 さらに、有機顔料、無機顔料、染料から選択されるいずれか1種類以上を含ませることを特徴とする第14から第18の発明のいずれかに記載の近赤外線硬化型インク組成物の製造方法である。
 本発明に係る近赤外線硬化型インク組成物は、基材への密着性に優れており工業的に有用である。
本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子の製造に用いられる高周波熱プラズマ反応装置の一実施態様の装置概念図である。
 以下、本発明に係る近赤外線硬化型インクとそれを用いた光造形法について、[1]近赤外線硬化型インク組成物、[2]近赤外線硬化膜および光造形法、の順に詳細に説明する。
[1]近赤外線硬化型インク組成物
 本発明に係る近赤外線硬化型インク組成物は、近赤外線吸収能をもつ複合タングステン酸化物微粒子と、未硬化の熱硬化性樹脂と、所望によりその他の成分とを含む。そこで以下、[a]複合タングステン酸化物微粒子、[b]複合タングステン酸化物微粒子の合成方法、[c]未硬化の熱硬化性樹脂、[d]その他の成分、[e]近赤外線硬化型インク組成物、の順に説明する。
[a]複合タングステン酸化物微粒子
 近赤外線硬化型インク組成物に用いる近赤外線吸収微粒子としては、複合タングステン酸化物微粒子を初めとして、カーボンブラック粉や錫添加酸化インジウム(本発明において「ITO」と記載する場合がある。)粉が考えられる。しかしながら、近赤外線吸収微粒子としてカーボンブラック粉を用いると、当該粉は黒色なので近赤外線硬化型インク組成物の色の選択の自由度が低くなる。一方、近赤外線吸収微粒子としてITO粉を用いた場合は、当該粉を多量に添加しないと近赤外線硬化型インク組成物の硬化性が発揮できない。そこで、当該ITO粉を多量に添加すると、今度は多量添加された当該粉により、近赤外線硬化型インク組成物の色調へ影響を与えるという問題が発生してしまう。
 近赤外線吸収微粒子を含む近赤外線硬化膜において、当該近赤外線吸収微粒子に起因する着色が好ましくないことから、本発明においては、近赤外線吸収微粒子として当該微粒子に起因する着色が発生しない複合タングステン酸化物微粒子を含有させることに想到した。
 複合タングステン酸化物を近赤外線吸収微粒子とすることで、当該複合タングステン酸化物中に自由電子が生成され、近赤外線領域に自由電子由来の吸収特性が発現する。この結果、複合タングステン酸化物微粒子は、波長1000nm付近の近赤外線吸収微粒子として有効となる。
 本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子は、近赤外線吸収特性を有し、六方晶の結晶構造を含む複合タングステン酸化物微粒子であり、格子定数が、a軸は7.3850Å以上7.4186Å以下、c軸は7.5600Å以上7.6240Å以下のものである。
 さらに、本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子においては、[c軸の格子定数/a軸の格子定数]の値が1.0221以上1.0289以下であることが好ましい。
 以下、本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子について、(1)結晶構造と格子定数、(2)粒子径および結晶子径、(3)複合タングステン酸化物微粒子の組成、(4)複合タングステン酸化物微粒子の表面被覆(5)まとめ、の順に説明する。
 (1)結晶構造と格子定数
 本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子は、六方晶以外に、正方晶、立方晶のタングステンブロンズの構造を取るが、いずれの構造をとるときも近赤外線吸収材料として有効である。しかしながら、当該複合タングステン酸化物微粒子がとる結晶構造によって、近赤外線領域における吸収位置が変化する傾向がある。即ち、近赤外線領域の吸収位置は、立方晶よりも正方晶のときが長波長側に移動し、六方晶のときは正方晶のときよりも、さらに長波長側へ移動する傾向がある。また、当該吸収位置の変動に付随して、可視光線領域の光の吸収は六方晶が最も少なく、次に正方晶であり、立方晶はこの中では最も大きい。
 以上の知見から、可視光領域の光をより透過させ、近赤外線領域の光をより吸収する用途には、六方晶のタングステンブロンズを用いることが最も好ましい。複合タングステン酸化物微粒子が六方晶の結晶構造を有する場合、当該微粒子の可視光領域の透過率が向上し、近赤外領域の吸収が向上する。この六方晶の結晶構造において、WO単位にて形成される8面体が、6個集合して六角形の空隙(トンネル)が構成され、当該空隙中にM元素が配置して1箇の単位を構成し、この1箇の単位が多数集合して六方晶の結晶構造を構成する。
 本発明に係る、可視光領域の透過を向上させ、近赤外領域の吸収を向上させる効果を得るためには、複合タングステン酸化物微粒子中に、単位構造(WO単位で形成される8面体が6個集合して六角形の空隙が構成され、当該空隙中にM元素が配置した構造)が含まれていれば良い。
 この六角形の空隙にM元素の陽イオンが添加されて存在するとき、近赤外線領域の吸収が向上する。ここで、一般的には、イオン半径の大きなM元素を添加したとき当該六方晶が形成され、具体的には、Cs、Rb、K、Tl、Ba、Inから選択される1種類以上を添加したとき六方晶が形成され易く好ましい。
 さらに、これらイオン半径の大きなM元素のうちでもCs、Rbから選択される1種類以上を添加した複合タングステン酸化物微粒子においては、近赤外線領域の吸収と可視光線領域の透過との両立が達成できる。
 尚、M元素として2種類以上を選択し、その内の1つをCs、Rb、K、Tl、Ba、Inから選択し、残りを、M元素を構成する1以上の元素から選択した場合にも、六方晶となることがある。
 M元素としてCsを選択したCsタングステン酸化物微粒子の場合、その格子定数は、a軸が7.4031Å以上7.4186Å以下、c軸が7.5750Å以上7.6240Å以下であることが好ましく、より好ましくはa軸が7.4031Å以上7.4111Å以下、c軸が7.5891Å以上7.6240Å以下である。
 M元素としてRbを選択したRbタングステン酸化物微粒子の場合、その格子定数は、a軸が7.3850Å以上7.3950Å以下、c軸が7.5600Å以上7.5700Å以下であることが好ましい。
 M元素としてCsとRbとを選択したCsRbタングステン酸化物微粒子の場合、その格子定数は、a軸が7.3850Å以上7.4186Å以下、c軸が7.5600Å以上7.6240Å以下であることが好ましい。
 尤も、M元素が上記CsやRbに限定される訳ではない。M元素がCsやRb以外の元素であっても、WO単位で形成される六角形の空隙に添加M元素として存在すれば良い。
 本発明に係る六方晶の結晶構造を有する複合タングステン酸化物微粒子を一般式MxWyOzで表記したとき、当該複合タングステン酸化物微粒子が均一な結晶構造を有するとき、添加M元素の添加量は、0.001≦x/y≦1、好ましくは0.2≦x/y≦0.5、更に好ましくは0.20≦x/y≦0.37、最も好ましくはx/y=0.33である。これは、理論上z/y=3のとき、x/y=0.33となることで、添加M元素が六角形の空隙の全てに配置されると考えられた為である。典型的な例としてはCs0.33WO、Cs0.03Rb0.30WO、Rb0.33WO、K0.33WO、Ba0.33WOなどを挙げることができる。
 ここで、本発明者らは、複合タングステン酸化物微粒子の近赤外線吸収機能をより向上させる方策について研究を重ね、含有される自由電子の量をより増加させる構成に想到した。
 即ち、当該自由電子量を増加させる方策として、当該複合タングステン酸化物微粒子へ機械的な処理を加え、含まれる六方晶へ適宜な歪みや変形を付与することに想到したものである。当該適宜な歪みや変形を付与された六方晶においては、結晶子構造を構成する原子における電子軌道の重なり状態が変化し、自由電子の量が増加するものと考えられる。
 上述した想到に基づき、本発明者らは後述する「[b]複合タングステン酸化物微粒子の合成方法」の焼成工程において生成した複合タングステン酸化物の粒子から、複合タングステン酸化物微粒子分散液を製造する際の分散工程において、複合タングステン酸化物の粒子を所定条件下にて粉砕することにより結晶構造へ歪みや変形を付与し、自由電子量を増加させて、複合タングステン酸化物微粒子の近赤外線吸収機能をさらに向上させることを研究した。
 そして当該研究から、焼成工程を経て生成した複合タングステン酸化物の粒子について、各々の粒子に着目して検討した。すると、当該各々の粒子間において、格子定数も、構成元素組成も、各々ばらつきが生じていることを知見した。
 さらなる研究の結果、当該各々の粒子間における格子定数や構成元素組成のばらつきにも拘わらず、最終的に得られる複合タングステン酸化物微粒子において、その格子定数が所定の範囲内にあれば、所望の光学特性を発揮することを知見した。
 上述した知見を得た本発明者らは、さらに、当該複合タングステン酸化物微粒子の結晶構造における格子定数であるa軸とc軸とを測定することによって、当該微粒子の結晶構造の歪みや変形の度合いを把握しつつ、当該微粒子が発揮する光学的特性について研究した。
 そして当該研究の結果、六方晶の複合タングステン酸化物微粒子において、a軸が7.3850Å以上7.4186Å以下、c軸が7.5600Å以上7.6240Å以下であるとき、当該微粒子は、波長350nm~600nmの範囲に極大値を有し、波長800nm~2100nmの範囲に極小値を有する光の透過率を示し、優れた近赤外線吸収効果を発揮する複合タングステン酸化物微粒子であるとの知見を得た。
 さらに、本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子のa軸が7.3850Å以上7.4186Å以下、c軸が7.5600Å以上7.6240Å以下を有する六方晶の複合タングステン酸化物微粒子において、M元素の添加量を示すx/yの値が0.001≦x/y≦1の範囲内にあるとき、好ましくは0.20≦x/y≦0.37の範囲内にあるとき、特に優れた近赤外線吸収効果を発揮することも知見した。
 また、複合タングステン酸化物微粒子においては、アモルファス相の体積比率が50%以下の単結晶であることが好ましいことも知見した。
 複合タングステン酸化物微粒子が、アモルファス相の体積比率50%以下の単結晶であると、格子定数を上述した所定の範囲内に維持しながら、結晶子径を10nm以上100nm以下とすることができ、優れた光学的特性を発揮することができるものと考えられる。
 尚、複合タングステン酸化物微粒子が単結晶であることは、透過型電子顕微鏡等による電子顕微鏡像において、各微粒子内部に結晶粒界が観察されず、一様な格子縞のみが観察されることから確認することができる。また、複合タングステン酸化物微粒子においてアモルファス相の体積比率が50%以下であることは、同じく透過型電子顕微鏡像において、微粒子全体に一様な格子縞が観察され、格子縞が不明瞭な箇所が殆ど観察されないことから確認することができる。
 さらに、アモルファス相は各微粒子外周部に存在する場合が多いので、各微粒子外周部に着目することで、アモルファス相の体積比率を算出可能な場合が多い。例えば、真球状の複合タングステン酸化物微粒子において、格子縞が不明瞭なアモルファス相が当該微粒子外周部に層状に存在する場合、その平均粒子径の10%以下の厚さであれば、当該複合タングステン酸化物微粒子におけるアモルファス相の体積比率は、50%以下である。
 一方、複合タングステン酸化物微粒子が、複合タングステン酸化物微粒子分散体を構成する樹脂等の固体媒体のマトリックス中で分散している場合、当該分散している複合タングステン酸化物微粒子の平均粒子径から結晶子径を引いた値が、当該平均粒子径の20%以下であれば、当該複合タングステン酸化物微粒子は、アモルファス相の体積比率50%以下の単結晶であると言える。
 以上のことから、複合タングステン酸化物微粒子分散体に分散された複合タングステン酸化物微粒子の平均粒子径から結晶子径を引いた値が、当該平均粒子径の値の20%以下になるように、複合タングステン酸化物微粒子の合成工程、粉砕工程、分散工程を、製造設備に応じて適宜調整することが好ましい。
 なお、複合タングステン酸化物微粒子の結晶構造や格子定数の測定は、近赤外線吸収体形成用分散液の溶媒を除去して得られる複合タングステン酸化物微粒子に対し、X線回折法により当該微粒子に含まれる結晶構造を特定し、リートベルト法を用いることにより格子定数としてa軸長およびc軸長を算出することが出来る。
 (2)粒子径および結晶子径
 本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子は、その平均粒子径が100nm以下のものである。そして、より優れた赤外線吸収特性を発揮させる観点から、当該平均粒子径は10nm以上100nm以下であるのが好ましく、より好ましくは10nm以上80nm以下、さらに好ましくは10nm以上60nm以下である。平均粒子径が10nm以上60nm以下の範囲であれば、最も優れた赤外線吸収特性が発揮される。
 ここで、平均粒子径とは凝集していない個々の複合タングステン酸化物微粒子がもつ径の値であり、後述する複合タングステン酸化物微粒子分散体に含まれる複合タングステン酸化物微粒子の平均粒子径である。
 一方、当該平均粒子径は、複合タングステン酸化物微粒子の凝集体の径を含むものではなく、分散粒子径とは異なるものである。
 尚、平均粒子径は複合タングステン酸化物微粒子の電子顕微鏡像から算出される。
 複合タングステン酸化物微粒子分散体に含まれる複合タングステン酸化物微粒子の平均粒子径は、断面加工で取り出した複合タングステン酸化物微粒子分散体の薄片化試料の透過型電子顕微鏡像から、複合タングステン酸化物微粒子100個の粒子径を、画像処理装置を用いて測定し、その平均値を算出することで求めることが出来る。当該薄片化試料を取り出すための断面加工には、ミクロトーム、クロスセクションポリッシャ、集束イオンビーム(FIB)装置等を用いることが出来る。尚、複合タングステン酸化物微粒子分散体に含まれる複合タングステン酸化物微粒子の平均粒子径とは、マトリックスである固体媒体中で分散している複合タングステン酸化物微粒子の粒子径の平均値である。
 また、優れた赤外線吸収特性を発揮させる観点から、複合タングステン酸化物微粒子の結晶子径は10nm以上100nm以下であることが好ましく、より好ましくは10nm以上80nm以下、さらに好ましくは10nm以上60nm以下である。結晶子径が10nm以上60nm以下の範囲であれば、最も優れた赤外線吸収特性が発揮されるからである。
 尚、後述する解砕処理、粉砕処理または分散処理を経た後に得られる複合タングステン酸化物微粒子分散液中に含まれる複合タングステン酸化物微粒子の格子定数や結晶子径は、当該複合タングステン酸化物微粒子分散液から揮発成分を除去して得られた複合タングステン酸化物微粒子や、当該複合タングステン酸化物微粒子分散液から得られる複合タングステン酸化物微粒子分散体中に含まれる複合タングステン酸化物微粒子においても維持される。
 この結果、本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子分散液や複合タングステン酸化物微粒子を含む複合タングステン酸化物微粒子分散体においても本発明の効果は発揮される。
 (3)複合タングステン酸化物微粒子の組成
 本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子は、一般式MxWyOz(但し、Mは、H、He、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、I、Ybの内から選択される1種以上の元素、Wはタングステン、Oは酸素、0.001≦x/y≦1、2.0≦z/y≦3.0)で表記される、複合タングステン酸化物微粒子であることが好ましい。
 当該一般式MxWyOzで示される複合タングステン酸化物微粒子について説明する。
 一般式MxWyOz中のM元素、x、y、zおよびその結晶構造は、複合タングステン酸化物微粒子の自由電子密度と密接な関係があり、近赤外線吸収特性に大きな影響を及ぼす。
 一般に、三酸化タングステン(WO)中には有効な自由電子が存在しないため近赤外線吸収特性が低い。
 ここで本発明者らは、当該タングステン酸化物へ、M元素(但し、M元素は、H、He、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、I、Ybの内から選択される1種以上の元素)を添加して複合タングステン酸化物とすることで、当該複合タングステン酸化物中に自由電子が生成され、近赤外線領域に自由電子由来の吸収特性が発現し、波長1000nm付近の近赤外線吸収材料として有効なものとなること、且つ、当該複合タングステン酸化物は化学的に安定な状態を保ち、耐候性に優れた近赤外線吸収材料として有効なものとなることを知見したものである。さらに、M元素は、Cs、Rb、K、Tl、Ba、Inが好ましく、なかでも、M元素がCs、Rbであると、当該複合タングステン酸化物が六方晶構造を取り易くなる。この結果、可視光線を透過し、近赤外線を吸収して熱に変換することから、後述する理由により特に好ましいことも知見したものである。尚、M元素として2種類以上を選択し、その内の1つをCs、Rb、K、Tl、Ba、Inから選択し、残りを、M元素を構成する1以上の元素から選択した場合、六方晶となることがある。
 ここで、M元素の添加量を示すxの値についての本発明者らの知見を説明する。
 x/yの値が0.001以上であれば、十分な量の自由電子が生成され目的とする近赤外線吸収特性を得ることが出来る。そして、M元素の添加量が多いほど、自由電子の供給量が増加し、近赤外線吸収特性も上昇するが、x/yの値が1程度で当該効果も飽和する。また、x/yの値が1以下であれば、複合タングステン微粒子に不純物相が生成されるのを回避できるので好ましい。
 次に、酸素量の制御を示すzの値についての本発明者らの知見を説明する。
 一般式MxWyOzで示される複合タングステン酸化物微粒子において、z/yの値は、2.0≦z/y≦3.0であることが好ましく、より好ましくは2.2≦z/y≦3.0であり、さらに好ましくは2.6≦z/y≦3.0、最も好ましくは2.7≦z/y≦3.0である。このz/yの値が2.0以上であれば、当該複合タングステン酸化物中に目的以外であるWOの結晶相が現れるのを回避することが出来ると共に、材料としての化学的安定性を得ることが出来るので、有効な赤外線吸収材料として適用できるためである。一方、このz/yの値が3.0以下であれば、当該タングステン酸化物中に必要とされる量の自由電子が生成され、効率よい赤外線吸収材料となる。
 (4)複合タングステン酸化物微粒子の表面被覆膜
  複合タングステン酸化物微粒子の耐候性を向上させるために、複合タングステン酸化物微粒子の表面の少なくとも一部をケイ素、ジルコニウム、チタン、アルミニウムから選択される1種類以上の元素を含む表面被覆膜により、被覆することも好ましい。これらの表面被覆膜は基本的に透明であり、添加したことで可視光透過率を低下させることはない。被覆方法は特に限定されないが、当該複合タングステン酸化物微粒子を分散した溶液中へ上記元素を含む金属のアルコキシドを添加することで、当該複合タングステン酸化物微粒子の表面を被覆することが可能である。この場合、当該表面被覆膜は酸素原子を含有するが、当該表面被覆膜が酸化物で構成されていることがより好ましい。
 (5)まとめ
 以上、詳細に説明した、複合タングステン酸化物微粒子の格子定数や平均粒子径、結晶子径は、所定の合成条件によって制御可能である。具体的には、後述する熱プラズマ法や固相反応法などにおいて、当該微粒子が生成される際の温度(焼成温度)、生成時間(焼成時間)、生成雰囲気(焼成雰囲気)、前駆体原料の形態、生成後のアニール処理、不純物元素のドープなどの合成条件の適宜な設定によって制御可能である。一方、複合タングステン酸化物微粒子の揮発成分の含有率は、当該微粒子の保存方法や保存雰囲気、当該微粒子分散液を乾燥させる際の温度、乾燥時間、乾燥方法などの製造条件の適宜な設定によって制御可能である。尚、複合タングステン酸化物微粒子の揮発成分の含有率は、複合タングステン酸化物微粒子の結晶構造や、後述する熱プラズマ法や固相反応等の合成方法に依存しない。
[b]複合タングステン酸化物微粒子の合成方法
 本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子の合成方法について説明する。
 本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子の合成方法としては、熱プラズマ中にタングステン化合物の出発原料を投入する熱プラズマ法や、タングステン化合物出発原料を還元性ガス雰囲気中で熱処理する固相反応法が挙げられる。熱プラズマ法や固相反応法で合成された複合タングステン酸化物微粒子は、分散処理または粉砕・分散処理される。
 以下、(1)熱プラズマ法、(2)固相反応法、(3)合成された複合タングステン酸化物微粒子、の順に説明する。
 (1)熱プラズマ法
 熱プラズマ法について(i)熱プラズマ法に用いる原料、(ii)熱プラズマ法とその条件、の順に説明する。
  (i)熱プラズマ法に用いる原料
 本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子を熱プラズマ法で合成する際には、タングステン化合物と、M元素化合物との混合粉体を原料として用いることができる。
 タングステン化合物としては、タングステン酸(HWO)、タングステン酸アンモニウム、六塩化タングステン、アルコールに溶解した六塩化タングステンに水を添加して加水分解した後溶媒を蒸発させたタングステンの水和物、から選ばれる1種以上であることが好ましい。
 また、M元素化合物としては、M元素の酸化物、水酸化物、硝酸塩、硫酸塩、塩化物、炭酸塩、から選ばれる1種以上を用いることが好ましい。
 上述したタングステン化合物と上述したM元素化合物とを含む水溶液とを、M元素とW元素の比が、MxWyOz(但し、Mは前記M元素、Wはタングステン、Oは酸素、0.001≦x/y≦1.0、2.0≦z/y≦3.0)のM元素とW元素の比となるように湿式混合する。そして、得られた混合液を乾燥することによって、M元素化合物とタングステン化合物との混合粉体が得られる。当該混合粉体は、熱プラズマ法の原料とすることが出来る。
 また、当該混合粉体を、不活性ガス単独または不活性ガスと還元性ガスとの混合ガス雰囲気下にて、1段階目の焼成によって得られる複合タングステン酸化物を、熱プラズマ法の原料とすることもできる。他にも、1段階目で不活性ガスと還元性ガスとの混合ガス雰囲気下で焼成し、当該1段階目の焼成物を、2段階目にて不活性ガス雰囲気下で焼成する、という2段階の焼成によって得られる複合タングステン酸化物を、熱プラズマ法の原料とすることも出来る。
  (ii)熱プラズマ法とその条件
 本発明で用いる熱プラズマとして、例えば、直流アークプラズマ、高周波プラズマ、マイクロ波プラズマ、低周波交流プラズマ、のいずれか、または、これらのプラズマの重畳したもの、または、直流プラズマに磁場を印加した電気的な方法により生成するプラズマ、大出力レーザーの照射により生成するプラズマ、大出力電子ビームやイオンビームにより生成するプラズマ、が適用出来る。尤も、いずれの熱プラズマを用いるにしても、10000~15000Kの高温部を有する熱プラズマであり、特に、微粒子の生成時間を制御できるプラズマであることが好ましい。
 当該高温部を有する熱プラズマ中に供給された原料は、当該高温部において瞬時に蒸発する。そして、当該蒸発した原料は、プラズマ尾炎部に至る過程で凝縮し、プラズマ火炎外で急冷凝固されて、複合タングステン酸化物微粒子を生成する。
 高周波プラズマ反応装置を用いる場合を例として、図1を参照しながら合成方法について説明する。
 先ず、真空排気装置により、水冷石英二重管内と反応容器6内とで構成される反応系内を、約0.1Pa(約0.001Torr)まで真空引きする。反応系内を真空引きした後、今度は、当該反応系内をアルゴンガスで満たし、1気圧のアルゴンガス流通系とする。
 その後、反応容器内にプラズマガスとして、アルゴンガス、アルゴンとヘリウムの混合ガス(Ar-He混合ガス)、またはアルゴンと窒素の混合ガス(Ar-N混合ガス)から選択されるいずれかのガスを、プラズマガス供給ノズル4から30~45L/minの流量で導入する。一方、プラズマ領域のすぐ外側に流すシースガスとしてAr-He混合ガスを、シースガス供給ノズル3から60~70L/minの流量で導入する。
 そして、高周波コイル2に交流電流をかけて、高周波電磁場(周波数4MHz)により熱プラズマ1を発生させる。このとき、高周波電力は30~40kWとする。
 さらに、粉末供給ノズル5より、上記合成方法で得たM元素化合物とタングステン化合物との混合粉体、または、複合タングステン酸化物を、ガス供給装置から供給する6~98L/minのアルゴンガスをキャリアガスとして、供給速度25~50g/minの割合で、熱プラズマ中に導入して所定時間反応を行う。反応後、生成した複合タングステン酸化物微粒子は、吸引管7を通過してフィルター8に堆積するので、これを回収する。
 キャリアガス流量と原料供給速度は、微粒子の生成時間に大きく影響する。そこで、キャリアガス流量を6L/min以上9L/min以下とし、原料供給速度を25~50g/minとするのが好ましい。
 また、プラズマガス流量を30L/min以上45L/min以下、シースガス流量を60L/min以上70L/min以下とすることが好ましい。プラズマガスは10000~15000Kの高温部を有する熱プラズマ領域を保つ機能があり、シースガスは反応容器内における石英トーチの内壁面を冷やし、石英トーチの溶融を防止する機能がある。それと同時に、プラズマガスとシースガスはプラズマ領域の形状に影響を及ぼすため、それらのガスの流量はプラズマ領域の形状制御に重要なパラメータとなる。プラズマガスとシースガス流量を上げるほどプラズマ領域の形状がガスの流れ方向に延び、プラズマ尾炎部の温度勾配が緩やかなるので、生成される微粒子の生成時間を長くし、結晶性の良い微粒子を生成できるようになる。
 熱プラズマ法で合成し得られる複合タングステン酸化物が、その結晶子径が200nmを超える場合や、熱プラズマ法で合成し得られる複合タングステン酸化物から得られる複合タングステン酸化物微粒子分散液中の複合タングステン酸化物の分散粒子径が200nmを超える場合は、後述する、粉砕・分散処理を行うことができる。熱プラズマ法で複合タングステン酸化物を合成する場合は、そのプラズマ条件や、その後の粉砕・分散処理条件を適宜選択して、複合タングステン酸化物の平均粒子径、結晶子径、格子定数のa軸長やc軸長が付与できる、粉砕条件(微粒子化条件)を定めることにより、本発明の効果が発揮される。
 (2)固相反応法
 固相反応法について(i)固相反応法に用いる原料、(ii)固相反応法における焼成とその条件、の順に説明する。
  (i)固相反応法に用いる原料
 本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子を固相反応法で合成する際には、原料としてタングステン化合物およびM元素化合物を用いる。
 タングステン化合物は、タングステン酸(HWO)、タングステン酸アンモニウム、六塩化タングステン、アルコールに溶解した六塩化タングステンに水を添加して加水分解した後、溶媒を蒸発させたタングステンの水和物、から選ばれる1種以上であることが好ましい。
 また、より好ましい実施形態である一般式MxWyOz(但し、Mは、Cs、Rb、K、Tl、Ba、Inから選択される1種類以上の元素、0.001≦x/y≦1、2.0≦z/y≦3.0)で示される複合タングステン酸化物微粒子の原料の製造に用いるM元素化合物には、M元素の酸化物、水酸化物、硝酸塩、硫酸塩、塩化物、炭酸塩、から選ばれる1種以上であることが好ましい。
 また、Si、Al、Zrから選ばれる1種以上の不純物元素を含有する化合物(本発明において「不純物元素化合物」と記載する場合がある。)を、原料として含んでもよい。当該不純物元素化合物は、後の焼成工程において複合タングステン化合物と反応せず、複合タングステン酸化物の結晶成長を抑制して、結晶の粗大化を防ぐ働きをするものである。不純物元素を含む化合物は、酸化物、水酸化物、硝酸塩、硫酸塩、塩化物、炭酸塩、から選ばれる1種以上であることが好ましく、粒径が500nm以下のコロイダルシリカやコロイダルアルミナが特に好ましい。
 上記タングステン化合物と、上記M元素化合物を含む水溶液とを、M元素とW元素の比が、MxWyOz(但し、Mは前記M元素、Wはタングステン、Oは酸素、0.001≦x/y≦1.0、2.0≦z/y≦3.0)のM元素とW元素の比となるように湿式混合する。不純物元素化合物を原料として含有させる場合は、不純物元素化合物が0.5質量%以下になるように湿式混合する。そして、得られた混合液を乾燥することによって、M元素化合物とタングステン化合物との混合粉体、もしくは不純物元素化合物を含むM元素化合物とタングステン化合物との混合粉体が得られる。
  (ii)固相反応法における焼成とその条件
 当該湿式混合で製造したM元素化合物とタングステン化合物との混合粉体、もしくは不純物元素化合物を含むM元素化合物とタングステン化合物との混合粉体を、不活性ガス単独または不活性ガスと還元性ガスとの混合ガス雰囲気下、1段階で焼成する。焼成温度は複合タングステン酸化物微粒子が結晶化し始める温度に近いことが好ましく、具体的には焼成温度が1000℃以下であることが好ましく、800℃以下であることがより好ましく、800℃以下500℃以上の温度範囲がさらに好ましい。
 還元性ガスは特に限定されないがHが好ましい。また、還元性ガスとしてHを用いる場合、その濃度は焼成温度と出発原料の物量に応じて適宜選択すれば良く特に限定されない。例えば、20容量%以下、好ましくは10容量%以下、より好ましくは7容量%以下である。還元性ガスの濃度が20容量%以下であれば、急速な還元により日射吸収機能を有しないWOが生成するのを回避できるからである。このとき、この焼成条件の制御により、本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子の平均粒子径、結晶子径、格子定数のa軸長やc軸長を所定の値に設定することが出来る。
 尤も、当該複合タングステン酸化物微粒子の合成において、前記タングステン化合物に替えて、三酸化タングステンを用いても良い。
  (3)合成された複合タングステン酸化物微粒子
 熱プラズマ法や固相反応法による合成法で得られた複合タングステン酸化物微粒子を用いて、後述する複合タングステン酸化物微粒子分散液を作製した場合、当該分散液に含有されている微粒子の分散粒子径が200nmを超える場合は、後述する複合タングステン酸化物微粒子分散液を製造する工程において、粉砕・分散処理すればよい。そして、粉砕・分散処理を経て得られた複合タングステン酸化物微粒子の平均粒子径、結晶子径、格子定数のa軸長やc軸長の値が本発明の範囲を実現できていれば、本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子やその分散液から得られる複合タングステン酸化物微粒子分散体は、優れた近赤外線吸収特性を実現できるのである。
 上述したように、本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子は、その平均粒子径が100nm以下のものである。
 ここで、「[b]複合タングステン酸化物微粒子の合成方法」にて説明した方法で得られた複合タングステン酸化物微粒子の平均粒子径が100nmを超えた場合は、粉砕・分散処理して微粒化し、複合タングステン酸化物微粒子分散液を製造する工程(粉砕・分散処理工程)と、製造された複合タングステン酸化物微粒子分散液を乾燥処理して揮発成分(ほとんどが溶媒)を除去することで、本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子を製造することができる。
 以下、(i)粉砕・分散処理工程、(ii)乾燥工程、の順に説明する。
  (i)粉砕・分散処理工程、
 複合タングステン酸化物微粒子の粉砕・分散の工程は、当該複合タングステン酸化物微粒子を、後述する分散剤と共に、適宜な未硬化の状態にある熱硬化性樹脂のモノマーや、後述する適宜な溶媒中へ凝集させることなく、均一に分散させる工程である。
 当該粉砕・分散処理工程は、当該複合タングステン酸化物微粒子の平均粒子径を100nm以下、好ましくは10nm以上100nm以下に出来るものであること、結晶の格子定数において、好ましくはa軸が7.3850Å以上7.4186Å以下、c軸が7.5600Å以上7.6240Å以下、さらに好ましくは[c軸の格子定数/a軸の格子定数]の値が、1.0221以上1.0289以下の範囲に担保出来ることである。
 具体的には、ビーズミル、ボールミル、サンドミル、ペイントシェーカー、超音波ホモジナイザー等の装置を用いた、所定時間の粉砕・分散処理方法が挙げられる。その中でも、ビーズ、ボール、オタワサンドといった媒体メディアを用いる、ビーズミル、ボールミル、サンドミル、ペイントシェーカー等の媒体攪拌ミルで粉砕、分散させることは、所望とする平均粒子径や分散粒子径を得る為に要する時間が短いことから好ましい。
 媒体攪拌ミルを用いた粉砕・分散処理によって、複合タングステン酸化物微粒子の分散液中への分散と同時に、複合タングステン酸化物微粒子同士の衝突や媒体メディアの該微粒子への衝突などによる微粒子化も進行し、複合タングステン酸化物微粒子をより微粒子化して分散させることができる(即ち、粉砕・分散処理される)。
 これらの器材を用いた機械的な分散処理工程によって、複合タングステン酸化物微粒子の溶媒中への分散と同時に複合タングステン酸化物粒子同士の衝突などにより微粒子化が進むとともに、当該複合タングステン酸化物粒子に含まれる六方晶の結晶構造へ歪みや変形を付与し、当該結晶子構造を構成する原子における電子軌道の重なり状態が変化して、自由電子量の増加が進行する。
 尚、当該複合タングステン酸化物粒子の微粒子化、および、六方晶の結晶構造における格子定数であるa軸長やc軸長の変動は、粉砕装置の装置定数により異なる。従って、予め、試験的な粉砕を実施して、複合タングステン酸化物微粒子へ、上述した所定の平均粒子径、結晶子径、格子定数のa軸長やc軸長を付与できる粉砕装置、粉砕条件を求めておくことが肝要である。
 複合タングステン酸化物微粒子分散液の状態は、タングステン酸化物微粒子を溶媒中に分散した時の複合タングステン酸化物微粒子の分散状態を測定することで確認することができる。例えば、本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子が、溶媒中において微粒子および微粒子の凝集状態として存在する液から試料をサンプリングし、市販されている種々の粒度分布計で測定することで確認することができる。粒度分布計としては、例えば、動的光散乱法を原理とした大塚電子(株)社製ELS-8000等の公知の測定装置を用いることができる。
 本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子の分散粒子径は、200nm以下であることが好ましく、さらに好ましい分散粒子径は10nm以上200nm以下である。
 本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子を含有する近赤外線吸収成分は、近赤外線領域、特に、波長900~2200nm付近の光を大きく吸収するため、その可視光線での透過色調が青色系から緑色系となる場合ある。一方、赤外線線吸収層に含まれる複合タングステン酸化物微粒子の分散粒子径が1~200nmであれば、幾何学散乱またはミー散乱によって波長380nm~780nmの可視光線領域の光を散乱することがないので、赤外線線吸収層は光の散乱による呈色が減少し、可視光透過率の増加を図ることが出来るからである。さらに、レイリー散乱領域では、散乱光は粒子径の6乗に比例して低減するため、分散粒子径の減少に伴い散乱が低減し透明性が向上する。そこで、分散粒子径が200nm以下となると散乱光は非常に少なくなり、より透明性が増すことになり好ましい。
 以上より、当該微粒子の分散粒子径を200nmよりも小さくすれば透明性を確保することができるため、近赤外線硬化型インク組成物を着色し易くなる。当該透明性を重視する場合には分散粒子径を150nm以下、さらに好ましくは100nm以下とすることが好ましい。一方、分散粒子径が10nm以上であれば、工業的な製造は容易である。
 ここで、複合タングステン酸化物微粒子分散液中における、当該複合タングステン酸化物微粒子の分散粒子径について簡単に説明する。複合タングステン酸化物微粒子の分散粒子径とは、溶媒中に分散している複合タングステン酸化物微粒子の単体粒子や、当該複合タングステン酸化物微粒子が凝集した粒子(凝集粒子)の粒子径を意味するものであり、市販されている種々の粒度分布計で測定することができる。例えば、当該複合タングステン酸化物微粒子分散液のサンプルを採取し、当該サンプルを、動的光散乱法を原理とした大塚電子(株)製ELS-8000を用いて測定することができる。
 また、上記の合成方法で得られる複合タングステン酸化物微粒子の含有量が0.01質量%以上80質量%以下である複合タングステン酸化物微粒子分散液は、液安定性に優れる。適切な液状媒体や、分散剤、カップリング剤、界面活性剤を選択した場合は、温度40℃の恒温槽に入れたときでも6ヶ月以上分散液のゲル化や粒子の沈降が発生せず、分散粒子径を10~200nmの範囲に維持できる。
 尚、複合タングステン酸化物微粒子分散液の分散粒子径と、複合タングステン酸化物微粒子分散体に分散された複合タングステン酸化物微粒子の平均粒子径が異なる場合がある。これは、複合タングステン酸化物微粒子分散液中では複合タングステン酸化物微粒子が凝集しても、複合タングステン酸化物微粒子分散液から複合タングステン酸化物微粒子分散体に加工される際に複合タングステン酸化物微粒子の凝集が解されるからである。
  (ii)乾燥工程
 乾燥工程は、上述した粉砕・分散工程で得られる複合タングステン酸化物微粒子分散液を、乾燥処理して当該分散液中の揮発成分を除去し、本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子を得るものである。
 乾燥処理の設備としては、加熱および/または減圧が可能で、当該微粒子の混合や回収がし易いという観点から、大気乾燥機、万能混合機、リボン式混合機、真空流動乾燥機、振動流動乾燥機、凍結乾燥機、リボコーン、ロータリーキルン、噴霧乾燥機、パルコン乾燥機、等が好ましいが、これらに限定されない。
[c]未硬化の熱硬化性樹脂
 本発明に係る未硬化の熱硬化性樹脂は、近赤外線硬化型インク組成物の時点では未硬化の液体状であるが、近赤外線の照射を受けた際には、複合タングステン酸化物微粒子からの熱エネルギーを付与されて硬化する熱硬化性樹脂である。
 当該未硬化の熱硬化性樹脂の具体例としては、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エステル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの未硬化樹脂が挙げられる。
 尚、当該未硬化の熱硬化性樹脂には、硬化反応によって熱硬化性樹脂を形成するモノマーやオリゴマー、および適宜添加される公知の硬化剤が含まれる場合がある。さらに硬化剤へは公知の硬化促進剤を加えてもよい。
[d]その他の成分
 本発明に係る近赤外線硬化型インク組成物は、さらに所望により、顔料、溶媒、分散剤といったその他の成分を含むものである。
 そこで以下、(1)顔料および染料、(2)分散剤、(3)溶媒、の順に説明する。
(1)顔料および染料
 本発明に係る近赤外線硬化型インク組成物を着色する為に使用できる顔料としては、公知の顔料を特に制限なく使用出来る。具体的には、不溶性顔料、レーキ顔料等の有機顔料およびカーボンブラック等の無機顔料を好ましく用いることができる。
 これらの顔料は、本発明に係る近赤外線硬化型インク組成物中に分散された状態で存在させることが好ましい。これらの顔料の分散方法としては、公知の方法を特に限定なく使用することが出来る。
 上述したように不溶性顔料は特に限定するものではないが、例えば、アゾ、アゾメチン、メチン、ジフェニルメタン、トリフェニルメタン、キナクリドン、アントラキノン、ペリレン、インジゴ、キノフタロン、イソインドリノン、イソインドリン、アジン、オキサジン、チアジン、ジオキサジン、チアゾール、フタロシアニン、ジケトピロロピロール等は好ましい不溶性顔料である。
 ここで、好ましく用いられる市販の顔料名を以下に挙げる。
 マゼンタまたはレッド用の顔料としては、例えば、C.I.ピグメントレッド2、C.I.ピグメントレッド3、C.I.ピグメントレッド5、C.I.ピグメントレッド6、C.I.ピグメントレッド7、C.I.ピグメントレッド15、C.I.ピグメントレッド16、C.I.ピグメントレッド48:1、C.I.ピグメントレッド53:1、C.I.ピグメントレッド57:1、C.I.ピグメントレッド122、C.I.ピグメントレッド123、C.I.ピグメントレッド139、C.I.ピグメントレッド144、C.I.ピグメントレッド149、C.I.ピグメントレッド166、C.I.ピグメントレッド177、C.I.ピグメントレッド178、C.I.ピグメントレッド202、C.I.ピグメントレッド222、C.I.ピグメントバイオレット19等が挙げられる。
 オレンジまたはイエロー用の顔料としては、例えば、C.I.ピグメントオレンジ31、C.I.ピグメントオレンジ43、C.I.ピグメントイエロー12、C.I.ピグメントイエロー13、C.I.ピグメントイエロー14、C.I.ピグメントイエロー15、C.I.ピグメントイエロー15:3、C.I.ピグメントイエロー17、C.I.ピグメントイエロー74、C.I.ピグメントイエロー93、C.I.ピグメントイエロー128、C.I.ピグメントイエロー94、C.I.ピグメントイエロー138等が挙げられる。
 グリーンまたはシアン用の顔料としては、例えば、C.I.ピグメントブルー15、C.I.ピグメントブルー15:2、C.I.ピグメントブルー15:3、C.I.ピグメントブルー16、C.I.ピグメントブルー60、C.I.ピグメントグリーン7等が挙げられる。
 ブラック用の顔料としては、例えば、C.I.ピグメントブラック1、C.I.ピグメントブラック6、C.I.ピグメントブラック7等が挙げられる。
 上述したように無機顔料は特に限定するものではないが、カーボンブラック、二酸化チタン、硫化亜鉛、酸化亜鉛、リン酸亜鉛、混合酸化金属リン酸塩、酸化鉄、酸化マンガン鉄、酸化クロム、ウルトラマリン、ニッケルまたはクロムアンチモンチタン酸化物、酸化コバルト、アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、ケイ酸塩、酸化ジルコニウム、コバルトとアルミニウムの混合酸化物、硫化モリブデン、ルチル混合相顔料、希土類の硫化物、バナジン酸ビスマス、水酸化アルミニウムや硫酸バリウムからなる体質顔料等は、好ましい無機顔料である。
 本発明に係る近赤外線硬化型インク組成物中に含有される分散状態の顔料の分散粒子径は、10nm以上、200nm以下であることが好ましい。顔料分散液の分散粒子径が10nm以上、200nm以下であれば、近赤外線硬化型インク組成物中の保存安定性が良好だからである。
 本発明において使用される染料としては、特に制限はなく、油溶性染料または水溶性染料のいずれでも使用することができ、イエロー染料、マゼンタ染料、シアン染料など等を好ましく用いることができる。
 イエロー染料としては、例えばカップリング成分としてフェノール類、ナフトール類、アニリン類、ピラゾロン類、ピリドン類、開鎖型活性メチレン化合物類を有するアリールもしくはヘテリルアゾ染料;
 例えばカップリング成分として開鎖型活性メチレン化合物類を有するアゾメチン染料;
 例えばベンジリデン染料やモノメチンオキソノール染料等のようなメチン染料;
 例えばナフトキノン染料、アントラキノン染料等のようなキノン系染料などがある。これ以外の染料種としてはキノフタロン染料、ニトロ・ニトロソ染料、アクリジン染料、アクリジノン染料等を挙げることができる。
 これらの染料は、クロモフォアの一部が解離して初めてイエローを呈するものであってもよい。その場合のカウンターカチオンはアルカリ金属や、アンモニウムのような無機のカチオンであっても良いし、ピリジニウム、4級アンモニウム塩のような有機のカチオンであってもよい。さらには、それらを部分構造に有するポリマーカチオンであっても良い。
 マゼンタ染料としては、例えば、カップリング成分としてフェノール類、ナフトール類、アニリン類を有するアリールもしくはヘテリルアゾ染料;
 例えば、カップリング成分としてピラゾロン類、ピラゾロトリアゾール類を有するアゾメチン染料;
 例えば、アリーリデン染料、スチリル染料、メロシアニン染料、オキソノール染料のようなメチン染料;
 例えば、ジフェニルメタン染料、トリフェニルメタン染料、キサンテン染料のようなカルボニウム染料;
 例えば、ナフトキノン、アントラキノン、アントラピリドンなどのようなキノン系染料;
 例えば、ジオキサジン染料等のような縮合多環系染料;等を挙げることができる。
 これらの染料は、クロモフォアの一部が解離して初めてマゼンタを呈するものであってもよい。その場合のカウンターカチオンはアルカリ金属や、アンモニウムのような無機のカチオンであっても良い。また、ピリジニウム、4級アンモニウム塩のような有機のカチオンであっても良い。さらには、それらを部分構造に有するポリマーカチオンであっても良い。
 シアン染料としては、例えばインドアニリン染料、インドフェノール染料のようなアゾメチン染料;
 シアニン染料、オキソノール染料、メロシアニン染料のようなポリメチン染料;
 ジフェニルメタン染料、トリフェニルメタン染料、キサンテン染料のようなカルボニウム染料;
 フタロシアニン染料;アントラキノン染料;例えばカップリング成分としてフェノール類、ナフトール類、アニリン類を有するアリールもしくはヘテリルアゾ染料、インジゴ・チオインジゴ染料を挙げることができる。
 これらの染料は、クロモフォアの一部が解離して初めてシアンを呈するものであっても良い。その場合のカウンターカチオンはアルカリ金属や、アンモニウムのような無機のカチオンであっても良いし、ピリジニウム、4級アンモニウム塩のような有機のカチオンであっても良い。さらにはそれらを部分構造に有するポリマーカチオンであっても良い。また、ポリアゾ染料などのブラック染料も使用することができる。
 本発明において使用される水溶性染料としては、特に制限はなく、直接染料、酸性染料、食用染料、塩基性染料、反応性染料、等を好ましく用いることができる。
 水溶性染料として、好ましく用いられる具体的染料名を以下に挙げる。
 C.I.ダイレクトレッド2、4、9、23、26、31、39、62、63、72、75、76、79、80、81、83、84、89、92、95、111、173、184、207、211、212、214、218、21、223、224、225、226、227、232、233、240、241、242、243、247、
 C.I.ダイレクトバイオレット7、9、47、48、51、66、90、93、94、95、98、100、101、
 C.I.ダイレクトイエロー8、9、11、12、27、28、29、33、35、39、41、44、50、53、58、59、68、86、87、93、95、96、98、100、106、108、109、110、130、132、142、144、161、163、
 C.I.ダイレクトブルー1、10、15、22、25、55、67、68、71、76、77、78、80、84、86、87、90、98、106、108、109、151、156、158、159、160、168、189、192、193、194、199、200、201、202、203、207、211、213、214、218、225、229、236、237、244、248、249、251、252、264、270、280、288、289、291、
 C.I.ダイレクトブラック9、17、19、22、32、51、56、62、69、77、80、91、94、97、108、112、113、114、117、118、121、122、125、132、146、154、166、168、173、199、
 C.I.アシッドレッド35、42、52、57、62、80、82、111、114、118、119、127、128、131、143、151、154、158、249、254、257、261、263、266、289、299、301、305、336、337、361、396、397、
 C.I.アシッドバイオレット5、34、43、47、48、90、103、126、
 C.I.アシッドイエロー17、19、23、25、39、40、42、44、49、50、61、64、76、79、110、127、135、143、151、159、169、174、190、195、196、197、199、218、219、222、227、
 C.I.アシッドブルー9、25、40、41、62、72、76、78、80、82、92、106、112、113、120、127:1、129、138、143、175、181、205、207、220、221、230、232、247、258、260、264、271、277、278、279、280、288、290、326、
 C.I.アシッドブラック7、24、29、48、52:1、172、
 C.I.リアクティブレッド3、13、17、19、21、22、23、24、29、35、37、40、41、43、45、49、55、
 C.I.リアクティブバイオレット1、3、4、5、6、7、8、9、16、17、22、23、24、26、27、33、34、
 C.I.リアクティブイエロー2、3、13、14、15、17、18、23、24、25、26、27、29、35、37、41、42、
 C.I.リアクティブブルー2、3、5、8、10、13、14、15、17、18、19、21、25、26、27、28、29、38、
 C.I.リアクティブブラック4、5、8、14、21、23、26、31、32、34、
 C.I.ベーシックレッド12、13、14、15、18、22、23、24、25、27、29、35、36、38、39、45、46、
 C.I.ベーシックバイオレット1、2、3、7、10、15、16、20、21、25、27、28、35、37、39、40、48、
 C.I.ベーシックイエロー1、2、4、11、13、14、15、19、21、23、24、25、28、29、32、36、39、40、
 C.I.ベーシックブルー1、3、5、7、9、22、26、41、45、46、47、54、57、60、62、65、66、69、71、
 C.I.ベーシックブラック8、等が挙げられる。
 以上説明した、近赤外線硬化型インクに含まれる着色材の顔料や複合タングステン酸化物微粒子の粒径は、近赤外線硬化型インク組成物の塗布装置の特性を考慮して定めることが好ましい。
 尚、本発明に係る近赤外線硬化型インク組成物は、上述した顔料および染料を含有しない近赤外線硬化型インク組成物も含む概念である。
(2)分散剤
 本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子を適宜な分散剤と共に、適宜な未硬化の状態にある熱硬化性樹脂のモノマーや、後述する適宜な溶媒中へ分散させてもよい。適宜な分散剤の添加により、複合タングステン酸化物微粒子を容易に近赤外線硬化型インクに分散出来、近赤外線硬化型インクの塗布膜における硬化のバラつきの抑制が期待出来るからである。
 尚、当該分散剤としては、適宜市販の分散剤を用いることができるが、分散剤の分子構造として、ポリエステル系、ポリアクリル系、ポリウレタン系、ポリアミン系、ポリカプトラクトン系、ポリスチレン系の主鎖を有し、官能基に、アミノ基、エポキシ基、カルボキシル基、水酸基、スルホ基等を有するものが好ましい。このような分子構造を有する分散剤は、本発明に係る近赤外線硬化型インクの塗布膜に近赤外線を数十秒間断続的に照射する際、変質し難い。従って、当該変質に起因する着色等の不具合が発生することが無いからである。
 このような分散剤には、
 日本ルーブリゾール社製、SOLSPERSE(登録商標)(以下同じ)3000、5000、9000、11200、12000、13000、13240、13650、13940、16000、17000、18000、20000、21000、24000SC、24000GR、26000、27000、28000、31845、32000、32500、32550、32600、33000、33500、34750、35100、35200、36600、37500、38500、39000、41000、41090、53095、55000、56000、71000、76500、J180、J200、M387等;
 SOLPLUS(登録商標)(以下同じ)D510、D520、D530、D540、DP310、K500、L300、L400、R700等;
 ビックケミー・ジャパン社製、Disperbyk(登録商標)(以下同じ)-101、102、103、106、107、108、109、110、111、112、116、130、140、142、145、154、161、162、163、164、165、166、167、168、170、171、174、180、181、182、183、184、185、190、191、192、2000、2001、2009、2020、2025、2050、2070、2095、2096、2150、2151、2152、2155、2163、2164;
 Anti-Terra(登録商標)(以下同じ)-U、203、204等;
 BYK(登録商標)(以下同じ)-P104、P104S、P105、P9050、P9051、P9060、P9065、P9080、051、052、053、054、055、057、063、065、066N、067A、077、088、141、220S、300、302、306、307、310、315、320、322、323、325、330、331、333、337、340、345、346、347、348、350、354、355、358N、361N、370、375、377、378、380N、381、392、410、425、430、1752、4510、6919、9076、9077、W909、W935、W940、W961、W966、W969、W972、W980、W985、W995、W996、W9010、Dynwet800、Siclean3700、UV3500、UV3510、UV3570等;
 エフカアディデブズ社製、EFKA(登録商標)(以下同じ)2020、2025、3030、3031、3236、4008、4009、4010、4015、4046、4047、4060、4080、7462、4020、4050、4055、4300、4310、4320、4400、4401、4402、4403、4300、4320、4330、4340、5066、5220、6220、6225、6230、6700、6780、6782、8503;
 BASFジャパン社製、JONCRYL(登録商標)(以下同じ)67、678、586、611、680、682、690、819、-JDX5050等;
 大塚化学社製、TERPLUS(登録商標)(以下同じ) MD1000、D 1180、D 1130等;
 味の素ファインテクノ社製、アジスパー(登録商標)(以下同じ)PB-711、PB-821、PB-822等;
 楠本化成社製、ディスパロン(登録商標)(以下同じ)1751N、1831、1850、1860、1934、DA-400N、DA-703-50、DA-325、DA-375、DA-550、DA-705、DA-725、DA-1401、DA-7301、DN-900、NS-5210、NVI-8514L等;
 東亞合成社製、アルフォン(登録商標)(以下同じ)UC-3000、UF-5022、UG-4010、UG-4035、UG-4070等;が挙げられる。
(3)溶媒
 本発明に係る近赤外線硬化型インク組成物において、未硬化の状態にある熱硬化性樹脂のモノマーと共に溶媒を用いることも好ましい構成である。
 この場合、近赤外線硬化型インク組成物の溶媒として、後述する熱硬化性樹脂の硬化反応時に未硬化の状態にある樹脂に含まれる当該熱硬化性樹脂のモノマーやオリゴマーと反応する、エポキシ基などの官能基を備えた反応性有機溶媒を用いることも好ましい。
 当該溶媒の添加により、近赤外線硬化型インク組成物の粘性を適宜に調整出来る。そして、この結果として塗布性や、塗布膜の平滑性を容易に確保出来るからである。
 本発明に係る近赤外線硬化型インク組成物の溶媒としては、例えば、水やメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソプロピルアルコール、イソブチルアルコール、ジアセトンアルコールなどのアルコール類、メチルエーテル、エチルエーテル、プロピルエーテルなどのエーテル類、エステル類、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、シクロヘキサノン、インブチルケトンなどのケトン類、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、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールといった各種の有機溶媒が使用可能である。
[e]近赤外線硬化型インク組成物
 上述したように、本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子を未硬化の熱硬化性樹脂へ添加する、または、本発明に係る複合タングステン酸化物微粒子を適宜な溶媒中に分散した後、未硬化の熱硬化性樹脂を添加する、ことにより、本発明に係る近赤外線硬化型インク組成物が得られる。本発明に係る近赤外線硬化型インク組成物は、所定の基材上に設けられ、近赤外線を照射されて硬化した際、当該基材への密着性に優れたものである。
 そして、本発明に係る近赤外線硬化型インク組成物は、従来のインクとしての用途に加え、所定量を塗布し、ここへ近赤外線を照射して硬化させて積み上げ、後述する3次元物体を造形する光造形法に最適な近赤外線硬化型インク組成物である。
 上述したように、複合タングステン酸化物微粒子を含み、溶媒と、分散剤と、未硬化の熱硬化性樹脂とを含む近赤外線硬化型インク組成物から溶媒を除去する、または、溶媒を使用しないで、複合タングステン酸化物微粒子を含み、分散剤と、未硬化の熱硬化性樹脂とを含む近赤外線硬化型インク組成物を得ることも好ましい構成である。
 当該溶媒を使用せず、複合タングステン酸化物微粒子を含み、分散剤と、未硬化の熱硬化性樹脂とを含む近赤外線硬化型インク組成物は、後工程において、溶媒の揮発に係る工程を省くことができ、硬化反応の効率がよい。
 一方、溶媒を除去する場合の方法としては、特に限定されるものではないが、減圧操作を加えた加熱蒸留法等を用いることが出来る。
 本発明に係る近赤外線硬化型インクに含まれる、複合タングステン酸化物微粒子の量は、硬化反応の際に未硬化の熱硬化性樹脂が、硬化を行える量を適宜添加すれば良い。従って、近赤外線硬化型インクの塗布厚みも考慮して、近赤外線硬化型インクの塗布面積当たりの複合タングステン酸化物微粒子量を定めれば良い。
 複合タングステン酸化物微粒子を溶媒中に分散させる方法については特に限定されないが、湿式媒体ミルを用いることが好ましい。但し、このときも、予め、試験的な分散を実施して、複合タングステン酸化物微粒子へ、平均粒子径が100nm以下、格子定数としてa軸は7.3850Å以上7.4186Å以下、c軸は7.5600Å以上7.6240Å以下であり、さらに好ましくは[c軸の格子定数/a軸の格子定数]の値として1.0221以上、1.0289以下を付与できる分散装置、分散条件を求めておく。
[2]近赤外線硬化物および光造形法
 本発明に係る近赤外線硬化型インクは可視光透過性を有するため、当該近赤外線硬化型インク組成物の所定量を塗布して塗布膜を得、ここへ近赤外線を照射して硬化させることにより、所定の基材へ優れた密着性を発揮する本発明に係る近赤外線硬化膜が得られる。また、当該近赤外線硬化型インクへ各種顔料や染料を少なくとも1種類以上添加することで着色膜を容易に得ることができる。当該着色膜においては複合タングステン酸化物微粒子による色味への影響もほとんどない為、当該着色膜は液晶ディスプレイのカラーフィルター等に用いることが可能となる。
 上述した優れた密着性が得られる要因は、複合タングステン酸化物微粒子が、照射された近赤外線を吸収して発熱し、当該発熱の熱エネルギーが、未硬化の熱硬化性樹脂に含まれるモノマーやオリゴマー等による重合反応や縮合反応や付加反応などの反応を促進して、熱硬化性樹脂の硬化反応が起こることによる。また、近赤外線の照射による複合タングステン酸化物微粒子の発熱により、溶媒の揮発も行われる。
 一方、本発明に係る近赤外線硬化膜へ、さらに近赤外線を照射しても当該硬化膜が再融解することはない。本発明に係る近赤外線硬化膜は、未硬化の熱硬化性樹脂が硬化した熱硬化性樹脂が含まれるので、近赤外線の照射により複合タングステン酸化物微粒子が発熱しても、再融解はしないのである。
 この特性は、本発明に係る近赤外線硬化型インク組成物の所定量を硬化させて積み上げ、近赤外線硬化型インクの塗布と近赤外線照射を繰り返し行う積層を繰り返して、3次元物体を造形する光造形法へ適用する際には、上述した基材への優れた密着性と相俟って、特に有効である。
 勿論、本発明に係る近赤外線硬化型インク組成物の所定量を基材上に塗布し、ここへ近赤外線を照射して硬化させることにより本発明に係る近赤外線硬化膜を得ることも好ましい。
 本発明に用いる基材の材料は特に限定されないが、例えば、紙、PET、アクリル、ウレタン、ポリカーボネート、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル、フッ素樹脂、ポリイミド、ポリアセタール、ポリプロピレン、ナイロン等が、各種目的に応じて好ましく使用可能である。また、紙、樹脂以外ではガラスを好ましく用いることができる。
 本発明に係る近赤外線硬化型インク組成物の硬化方法としては、赤外線照射が好ましく、近赤外線照射がより好ましい。近赤外線はエネルギー密度が大きく、当該インク組成物中の樹脂が硬化するのに必要なエネルギーを効率的に付与することができる。
 赤外線照射と、公知の方法から選ばれる任意の方法とを組み合わせて、本発明に係る近赤外線硬化型インク組成物の硬化を行なうことも好ましい。例えば、加熱や送風、電磁波の照射といった方法を、赤外線照射と組み合わせて使用しても良い。
 尚、本発明において、赤外線とは0.1μm~1mmの範囲の波長を有する電磁波を指し、近赤外線とは波長0.75~4μmの赤外線を指し、遠赤外線は波長4~1000μmの赤外線を指す。一般的に遠赤外線、近赤外線と呼ばれるどちらの赤外線を照射した場合であっても、本発明の効果は得ることが出来る。尤も、近赤外線を照射した場合には、より短時間で効率良く前記熱硬化性樹脂を硬化できる。
 また、本発明において、マイクロ波とは1mm~1mの範囲の波長を有する電磁波を指す。
 照射するマイクロ波は200~1000Wのパワーを有することが好ましい。パワーが200W以上あれば、インクに残留する有機溶剤の気化が促進される、1000W以下であれば照射条件が穏和であり、基材や前記熱硬化性樹脂が変質する恐れが無い。
 本発明に係る近赤外線硬化型インク組成物への好ましい赤外線照射時間は、照射するエネルギーや波長、近赤外線硬化型インクの組成、近赤外線硬化型インク塗布量によって異なるが、一般的には0.1秒間以上の照射が好ましい。照射時間が0.1秒間以上あることで、上述した好ましいパワーに収まる範囲での赤外線照射実施が可能となる。照射時間を長くすることで、当該インク組成物中の溶媒の十分な乾燥を行うことも可能であるが、高速での印刷や塗布を視野に入れると、照射時間は30秒間以内であることが好ましく、10秒間以内であることがより好ましい。
 赤外線の放射源としては、熱源から直接得ても良いし、熱媒体を介在させてそこから有効な赤外線放射を得ても良い。例えば、水銀、キセノン、セシウム、ナトリウム等の放電灯や、炭酸ガスレーザー、さらに白金、タングステン、ニクロム、カンタル等の電気抵抗体の加熱、等により赤外線を得ることが出来る。尚、好ましい放射源としてハロゲンランプが挙げられる。ハロゲンランプは熱効率も良く、立ち上がりが早い等の利点がある。
 本発明に係る近赤外線硬化型インク組成物への赤外線の照射は、近赤外線硬化型インク塗布面側から行っても、裏面側から行なっても良い。両面から同時に照射を行なうことも好ましく、昇温乾燥や送風乾燥と組み合わせることも好ましい。また、必要に応じて集光板を用いるのがより好ましい。これらの方法を組み合わせることで、短時間の赤外線照射で硬化させることが可能となる。
 以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。但し、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
(1)結晶構造の測定方法、格子定数および結晶子径の算出方法
 複合タングステン酸化物微粒子の被測定試料としては、近赤外線吸収体形成用分散液から溶媒を除去して得られる複合タングステン酸化物微粒子を用いた。そして当該複合タングステン酸化物微粒子のX線回折パターンを、粉末X線回折装置(スペクトリス(株)PANalytical製X’Pert-PRO/MPD)を用いて粉末X線回折法(θ―2θ法)により測定した。得られたX線回折パターンから当該微粒子に含まれる結晶構造を特定し、さらにリートベルト法を用いて格子定数と結晶子径とを算出した。
(2)分散粒子径
 複合タングステン酸化物微粒子分散液中における当該微粒子の分散粒子径は、大塚電子(株)製ELS-8000を用い、レーザーの散乱光の揺らぎを観測し、動的光散乱法(光子相関法)により自己相関関数を求め、キュムラント法で平均粒子径(流体力学的径)を算出した。
(3)複合タングステン酸化物微粒子を含む硬化膜についての評価
 厚さ3mmの青板ガラス板へ近赤外線硬化型インク組成物を塗布し、近赤外線を照射して複合タングステン酸化物微粒子を含む硬化膜を作製した。当該硬化膜の光学特性を、分光光度計U-4100(日立製作所(株)製)を用いて測定した。可視光透過率は、JIS R 3106:1998に従って測定を行った。
(4)複合タングステン酸化物微粒子を含む硬化膜中の平均粒子径
 近赤外線硬化型インク組成物中に分散された複合タングステン酸化物微粒子の平均粒子径は、上述した硬化膜の断面における透過型電子顕微鏡像を観察することによって測定した。透過型電子顕微鏡像は、透過型電子顕微鏡((株)日立ハイテクノロジーズ製 HF-2200)を用いて観察した。当該透過型電子顕微鏡像を画像処理装置にて処理し、複合タングステン酸化物微粒子100個の粒子径を測定して、その平均値を平均粒子径とした。
[実施例1]
 水6.70kgに、炭酸セシウム(CsCO)7.43kgを溶解して溶液を得た。当該溶液を、タングステン酸(HWO)34.57kgへ添加して十分撹拌混合した後、撹拌しながら乾燥した(WとCsとのモル比が1:0.33相当である。)。当該乾燥物を、Nガスをキャリアーとした5容量%Hガスを供給しながら加熱し、800℃の温度で5.5時間焼成した、その後、当該供給ガスをNガスのみに切り替えて、室温まで降温して複合タングステン酸化物粒子(以下、粒子aと記載する)を得た。
 粒子aを20質量部と、メチルイソブチルケトン65質量部と、アクリル系分散剤15質量部とを混合し混合物とした。当該混合物を、0.3mmφZrOビーズを入れたペイントシェーカー(浅田鉄工社製)に装填し、7時間粉砕・分散処理して微粒子化した粒子a(以下、微粒子aと記載する)の微粒子分散液(以下、微粒子分散液aと記載する)を得た。このとき、当該混合物100質量部に対し、0.3mmφZrOビーズを300質量部用いて粉砕・分散処理を行った。
 ここで、微粒子分散液a内における微粒子aの分散粒子径を、動的光散乱法に基づく粒径測定装置(大塚電子(株)製ELS-8000)により測定したところ70nmであった。また、微粒子分散液aから溶媒を除去した後の微粒子aの格子定数を測定したところ、a軸は7.4008Å、c軸は7.6122Åであった。また、結晶子径は24nmであった。そして、六方晶の結晶構造が確認された。
 微粒子分散液a25質量部と、市販の一液タイプで未硬化の熱硬化性樹脂を含む熱硬化型インク(帝国インキ製造社製、MEG スクリーンインキ(メジウム))75質量部とを混合して、実施例1に係る近赤外線硬化型インク(以下、インクAと記載する)を調製した。
 インクAを、厚さ3mmの青板ガラス上にバーコーター(No.10)を用いて塗布し、近赤外線の照射源として(株)ハイベック社製ラインヒーター HYP-14N(出力980W)を塗布面から5cmの高さに設置し、10秒間、近赤外線を照射して実施例1に係る硬化膜(以下、硬化膜Aと記載する)を得た。
 硬化膜A中に分散された複合タングステン酸化物微粒子の平均粒子径を、透過型電子顕微鏡像を用いた画像処理装置によって算出したところ、25nmであった。
 硬化膜Aの密着性は、以下に示す方法で評価した。
 100個の升目状の切り傷を、隙間間隔1mmのカッターガイドを用いて付け、18mm幅のテープ(ニチバン(株)製セロテープ(登録商標)CT-18)を升目上の切り傷面に貼り付け、2.0kgのローラーを20往復して完全に付着させた後、180度の剥離角度で急激に剥がし、剥がれた升目の数を数えた。
 剥がれた升目の数は0であった。
 硬化膜Aへ、上述した近赤外線硬化型インク硬化の際と同条件の近赤外線を20秒間照射しても、当該硬化膜が再融解することはなかった。
 以上の結果を表1、2に示す。
[実施例2]
 タングステン酸と炭酸セシウムとを、WとCsとのモル比が1:0.31となるように所定量を秤量した以外は実施例1と同様に操作して、実施例2に係るCsタングステン酸化物微粒子(以下、微粒子bと記載する)を得た。
 微粒子aに替えて、微粒子bを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、微粒子bの分散液(以下、微粒子分散液bと記載する)を得た。
 次に、微粒子分散液aに替えて、微粒子分散液bを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、実施例2に係る近赤外線硬化型インク(以下、インクBと記載する)を調製した。
 インクAに替えて、インクBを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、実施例2に係る硬化膜(以下、硬化膜Bと記載する)を得た。
 実施例1と同様に、微粒子分散液bおよび硬化膜Bを評価した。尚、複合タングステン酸化物微粒子試料には、六方晶の結晶構造が確認された。
 以上の結果を表1、2に示す。
[実施例3]
 タングステン酸と炭酸セシウムとを、WとCsとのモル比が1:0.35となるように所定量を秤量した以外は実施例1と同様に操作して、実施例3に係るCsタングステン酸化物微粒子(以下、微粒子cと記載する)を得た。
 微粒子aに替えて、微粒子cを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、微粒子cの分散液(以下、微粒子分散液cと記載する)を得た。
 次に、微粒子分散液aに替えて、微粒子分散液cを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、実施例3に係る近赤外線硬化型インク(以下、インクCと記載する)を調製した。
 インクAに替えて、インクCを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、実施例3に係る硬化膜(以下、硬化膜Cと記載する)を得た。
 実施例1と同様に、微粒子分散液cおよび硬化膜Cを評価した。尚、複合タングステン酸化物微粒子試料には、六方晶の結晶構造が確認された。
 以上の結果を表1、2に示す。
[実施例4]
 タングステン酸と炭酸セシウムとを、WとCsとのモル比が1:0.37となるように所定量を秤量した以外は実施例1と同様に操作して、実施例3に係るCsタングステン酸化物微粒子(以下、微粒子dと記載する)を得た。
 微粒子aに替えて、微粒子dを用いた点以外は実施例1と同様に操作して微粒子dの分散液(以下、粒子分散液dと記載する)を得た。
 次に、微粒子分散液aに替えて、微粒子分散液dを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、実施例4に係る近赤外線硬化型インク(以下、インクDと記載する)を調製した。
 インクAに替えて、インクDを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、実施例4に係る硬化膜(以下、硬化膜Dと記載する)を得た。
 実施例1と同様に、微粒子分散液dおよび硬化膜Dを評価した。尚、複合タングステン酸化物微粒子試料には、六方晶の結晶構造が確認された。
 以上の結果を表1、2に示す。
[実施例5]
 タングステン酸と炭酸セシウムとを、WとCsのとモル比が1:0.21となるように所定量を秤量した以外は実施例1と同様に操作して、実施例5に係るCsタングステン酸化物微粒子(以下、微粒子eと記載する)を得た。
 微粒子aに替えて、微粒子eを用いた点以外は実施例1と同様に操作して微粒子eの分散液(以下、微粒子分散液eと記載する)を得た。
 次に、微粒子分散液aに替えて、微粒子分散液eを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、実施例5に係る近赤外線硬化型インク(以下、インクEと記載する)を調製した。
 インクAに替えて、インクEを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、実施例5に係る硬化膜(以下、硬化膜Eと記載する)を得た。
 実施例1と同様に、微粒子分散液eおよび硬化膜Eを評価した。尚、複合タングステン酸化物微粒子試料には、六方晶の結晶構造が確認された。
 以上の結果を表1、2に示す。
[実施例6]
 Nガスをキャリアーとした5%Hガスを供給しながら550℃の温度で9.0時間焼成した以外は、実施例1と同様にして、実施例6に係るCsタングステン酸化物微粒子(以下、微粒子fと記載する)を得た。
 微粒子aに替えて、微粒子fを用いた点以外は実施例1と同様に操作して微粒子fの分散液(以下、微粒子分散液fと記載する)を得た。
 次に、微粒子分散液aに替えて、微粒子分散液fを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、実施例6に係る近赤外線硬化型インク(以下、インクFと記載する)を調製した。
 インクAに替えて、インクFを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、実施例6に係る硬化膜(以下、硬化膜Fと記載する)を得た。
 実施例1と同様に、微粒子分散液fおよび硬化膜Fを評価した。尚、複合タングステン酸化物微粒子試料には、六方晶の結晶構造が確認された。
 以上の結果を表1、2に示す。
[実施例7]
 微粒子分散液a30質量部と、市販の一液タイプの熱硬化型インク70質量部とを混合した以外は実施例1と同様に操作して、実施例7に係る近赤外線硬化型インク(以下、インクGと記載する)を調製した。
 インクAに替えて、インクGを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、実施例7に係る硬化膜(以下、硬化膜Gと記載する)を得た。
 実施例1と同様に、硬化膜Gを評価した。
 以上の結果を表1、2に示す。
[実施例8]
 微粒子分散液a35質量部と、市販の一液タイプの熱硬化型インク65質量部とを混合した以外は、実施例1と同様に操作して、実施例8に係る近赤外線硬化型インク(以下、インクGと記載する)を調製した。
 インクAに替えて、インクHを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、実施例8に係る硬化膜(以下、硬化膜Hと記載する)を得た。
 実施例1と同様に、硬化膜Hを評価した。
 以上の結果を表1、2に示す。
[実施例9]
 微粒子分散液a25質量部と、未硬化のビスフェノールA型エポキシ樹脂37.5質量部と、硬化促進剤を添加した硬化剤37.5質量部とを混合した以外は、実施例1と同様に操作して実施例9に係る近赤外線硬化型インク(以下、インクIと記載する)を調製した。尚、前記硬化剤は、フェノール樹脂とイミダゾール(硬化促進剤)との混合物である。
 インクAに替えて、インクIを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、実施例9に係る硬化膜(以下、硬化膜Iと記載する)を得た。
 実施例1と同様に、硬化膜Iを評価した。
 以上の結果を表1、2に示す。
[実施例10]
 粒子aを20質量部と、メチルイソブチルケトン65重量部質量部と、アクリル系分散剤15重量部質量部とを混合し混合物とした。当該混合物を、0.3mmφZrOビーズを入れたペイントシェーカー(浅田鉄工社製)に装填し、20分間粉砕・分散処理して微粒子aの微粒子分散液(以下、微粒子分散液pと記載する)を得た。このとき、当該混合物100質量部に対し、0.3mmφZrOビーズを300質量部用いて粉砕・分散処理を行った。
 微粒子分散液aに替えて、微粒子分散液pを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、実施例10に係る近赤外線硬化型インク(以下、インクPと記載する)を調製した。
 インクAに替えて、インクPを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、実施例3に係る硬化膜(以下、硬化膜Pと記載する)を得た。
 実施例1と同様に、微粒子分散液pおよび硬化膜Pを評価した。尚、複合タングステン酸化物微粒子試料には、六方晶の結晶構造が確認された。
 以上の結果を表1、2に示す。
[比較例1]
 タングステン酸と炭酸セシウムとを、WとCsとのモル比が1:0.15となるように所定量を秤量した以外は実施例1と同様に操作して、比較例1に係るCsタングステン酸化物微粒子(以下、微粒子jと記載する)を得た。
 微粒子aに替えて、微粒子jを用いた点以外は実施例1と同様に操作して微粒子jの分散液(以下、微粒子分散液jと記載する)を得た。
 次に、微粒子分散液aに替えて、微粒子分散液jを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、比較例1に係る近赤外線硬化型インク(以下、インクJと記載する)を調製した。
 インクAに替えて、インクJを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、比較例1に係る硬化膜(以下、硬化膜Jと記載する)を得た。
 実施例1と同様に、微粒子分散液jおよび硬化膜Jを評価した。
 以上の結果を表1、2に示す。
[比較例2]
 タングステン酸と炭酸セシウムとを、WとCsとのモル比が1:0.39となるように所定量を秤量した以外は実施例1と同様に操作して、比較例2に係るCsタングステン酸化物微粒子(以下、微粒子kと記載する)を得た。
 微粒子aに替えて、微粒子kを用いた点以外は実施例1と同様に操作して微粒子kの分散液(以下、微粒子分散液kと記載する)を得た。
 次に、微粒子分散液aに替えて、微粒子分散液kを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、比較例2に係る近赤外線硬化型インク(以下、インクKと記載する)を調製した。
 インクAに替えて、インクKを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、比較例2に係る硬化膜(以下、硬化膜Kと記載する)を得た。
 実施例1と同様に、微粒子分散液kおよび硬化膜Kを評価した。
 以上の結果を表1、2に示す。
[比較例3]
 タングステン酸と炭酸セシウムとを、WとCsとのモル比が1:0.23となるように所定量を秤量し、400℃の温度で5.5時間焼成した以外は実施例1と同様に操作して、比較例3に係るCsタングステン酸化物微粒子(以下、微粒子lと記載する)を得た。
 次に、微粒子分散液aに替えて、微粒子分散液lを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、比較例3に係る近赤外線硬化型インク(以下、インクLと記載する)を調製した。
 インクAに替えて、インクLを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、比較例3に係る硬化膜(以下、硬化膜Lと記載する)を得た。
 実施例1と同様に、微粒子分散液lおよび硬化膜Lを評価した。
 以上の結果を表1、2に示す。
[比較例4]
 タングステン酸と炭酸セシウムとを、WとCsとのモル比が1:0.23となるように所定量を秤量し、600℃の温度で5.5時間焼成した以外は実施例1と同様に操作して、比較例4に係るCsタングステン酸化物微粒子(以下、微粒子mと記載する)を得た。
 次に、微粒子mを20質量部と、メチルイソブチルケトン65質量部と、アクリル系分散剤15質量部とを混合して混合物とした。当該混合物を、ペイントシェーカー(浅田鉄工社製)に装填し10分間分散処理して、微粒子mの分散液(以下、微粒子分散液mと記載する)を得た。
 微粒子分散液aに替えて、微粒子分散液mを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、比較例4に係る近赤外線硬化型インク(以下、インクMと記載する)を調製した。
 インクAに替えて、インクMを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、比較例4に係る硬化膜(以下、硬化膜Mと記載する)を得た。
 実施例1と同様に、微粒子分散液mおよび硬化膜Mを評価した。
 以上の結果を表1、2に示す。
[比較例5]
 微粒子aを20質量部と、メチルイソブチルケトン65質量部と、アクリル系分散剤15質量部とを混合して混合物とする。当該混合物を、0.3mmφZrOビーズを入れたペイントシェーカー(浅田鉄工社製)に装填し50時間粉砕・分散処理して、微粒子aの分散液(以下、微粒子分散液nと記載する)を得た。このとき、当該混合物100質量部に対し、0.3mmφZrOビーズを300質量部用いて粉砕・分散処理を行った。
 微粒子分散液aに替えて、微粒子分散液nを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、比較例5に係る近赤外線硬化型インク(以下、インクNと記載する)を調製した。
 インクAに替えて、インクNを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、比較例5に係る硬化膜(以下、硬化膜Nと記載する)を得た。
 実施例1と同様に、微粒子分散液nおよび硬化膜Nを評価した。
 以上の結果を表1、2に示す。
[比較例6]
 微粒子mを20質量部と、メチルイソブチルケトン65質量部と、アクリル系分散剤15質量部とを混合して混合物とした。当該混合物を、0.3mmφZrO2ビーズを入れたペイントシェーカーに装填し4時間粉砕・分散処理して、微粒子mの分散液(以下、微粒子分散液oと記載する)を得た。このとき、当該混合物100質量部に対し、0.3mmφZrOビーズを300質量部用いて粉砕・分散処理を行った。
 微粒子分散液aに替えて、微粒子分散液oを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、比較例6に係る近赤外線硬化型インク(以下、インクOと記載する)を調製した。
 インクAに替えて、インクOを用いた点以外は実施例1と同様に操作して、比較例6に係る硬化膜(以下、硬化膜Oと記載する)を得た。
 実施例1と同様に、微粒子分散液oおよび硬化膜Oを評価した。
 以上の結果を表1、2に示す。
[まとめ]
 以上に示した実施例1~10、比較例1~6の結果によると、実施例1~10に係る硬化膜はいずれも近赤外線領域の光を効率良く吸収し、基材への密着性が高いことが確認できた。
 これに対して、比較例1~6に係る硬化膜はいずれも近赤外線特性が十分でなく、基材への密着性は低かった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 
  1 熱プラズマ
  2 高周波コイル
  3 シースガス供給ノズル
  4 プラズマガス供給ノズル
  5 原料粉末供給ノズル
  6 反応容器
  7 吸引管
  8 フィルター
 
 

Claims (19)

  1.  近赤外線吸収能をもつ複合タングステン酸化物微粒子と、未硬化の熱硬化性樹脂とを含む近赤外線硬化型インク組成物であって、
     前記複合タングステン酸化物微粒子が、六方晶の結晶構造を含む複合タングステン酸化物微粒子であり、
     前記複合タングステン酸化物微粒子の格子定数が、a軸は7.3850Å以上7.4186Å以下、c軸は7.5600Å以上7.6240Å以下であり、
     前記複合タングステン酸化物微粒子の平均粒子径が100nm以下であることを特徴とする近赤外線硬化型インク組成物。
  2.  前記複合タングステン酸化物微粒子の格子定数が、a軸は7.4031Å以上7.4111Å以下、c軸は7.5891Å以上7.6240Å以下であることを特徴とする請求項1に記載の近赤外線硬化型インク組成物。
  3.  前記複合タングステン酸化物微粒子の平均粒子径が、10nm以上100nm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の近赤外線硬化型インク組成物。
  4.  前記複合タングステン酸化物微粒子の結晶子径が、10nm以上100nm以下であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の近赤外線硬化型インク組成物。
  5.  さらに、分散剤を含むことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の近赤外線硬化型インク組成物。
  6.  さらに、溶媒を含むことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の近赤外線硬化型インク組成物。
  7.  前記複合タングステン酸化物が、一般式M(M元素は、H、He、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、I、Ybのうちから選択される1種類以上の元素、Wはタングステン、Oは酸素で、0.001≦x/y≦1、2.0≦z/y≦3.0)で記載されるものであることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の近赤外線硬化型インク組成物。
  8.  前記複合タングステン酸化物が、M元素がCs、Rbのうちから選択される1種類以上である複合タングステン酸化物からなることを特徴とする請求項7に記載の近赤外線硬化型インク組成物。
  9.  前記複合タングステン酸化物微粒子の表面の少なくとも一部が、Si、Ti、Zr、Alから選択される少なくとも1種類以上の元素を含有する表面被覆膜により、被覆されていることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の近赤外線硬化型インク組成物。
  10.  前記表面被覆膜が、酸素原子を含有することを特徴とする請求項9に記載の近赤外線硬化型インク組成物。
  11.  さらに、有機顔料、無機顔料、染料から選択されるいずれか1種類以上を含むことを特徴とする、請求項1から10のいずれかに記載の近赤外線硬化型インク組成物。
  12.  請求項1から11のいずれかに記載の近赤外線硬化型インク組成物が近赤外線照射を受けて、硬化したものであることを特徴とする近赤外線硬化膜。
  13.  請求項1から11のいずれかに記載の近赤外線硬化型インク組成物を基材上へ塗布して塗布物とし、当該塗布物へ近赤外線を照射して硬化させることを特徴とする光造形法。
  14.  近赤外線吸収能をもつ複合タングステン酸化物微粒子と、未硬化の熱硬化性樹脂と、分散剤と、溶剤とを含む近赤外線硬化型インク組成物の製造方法であって、
     前記複合タングステン酸化物微粒子が、六方晶の結晶構造を含む複合タングステン酸化物微粒子であり、
     前記複合タングステン酸化物微粒子を、その格子定数がa軸は7.3850Å以上7.4186Å以下、c軸は7.5600Å以上7.6240Å以下の範囲となるように製造し、
     前記複合タングステン酸化物微粒子において前記格子定数の範囲を保ちながら、平均粒子径を100nm以下とする粉砕・分散処理工程を行うことを特徴とする近赤外線硬化型インク組成物の製造方法。
  15.  複合タングステン酸化物が、一般式MxWyOz(M元素は、H、He、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Mg、Zr、Cr、Mn、Fe、Ru、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、B、F、P、S、Se、Br、Te、Ti、Nb、V、Mo、Ta、Re、Be、Hf、Os、Bi、I、Ybのうちから選択される1種類以上の元素、Wはタングステン、Oは酸素で、0.001≦x/y≦1、2.0≦z/y≦3.0)で記載されるものであることを特徴とする請求項14に記載の近赤外線硬化型インク組成物の製造方法。
  16.  前記複合タングステン酸化物が、M元素がCs、Rbのうちから選択される1種類以上である複合タングステン酸化物からなることを特徴とする請求項14から15のいずれかに記載の近赤外線硬化型インク組成物の製造方法。
  17.  前記複合タングステン酸化物微粒子の表面の少なくとも一部を、Si、Ti、Zr、Alのいずれか1種類以上の元素を含有する表面被覆膜により、被覆することを特徴とする請求項14から16のいずれかに記載の近赤外線硬化型インク組成物の製造方法。
  18.  前記表面被覆膜が酸素原子を含有することを特徴とする請求項17に記載の近赤外線硬化型インク組成物の製造方法。
  19.  さらに、有機顔料、無機顔料、染料から選択されるいずれか1種類以上を含ませることを特徴とする、請求項14から18のいずれかに記載の近赤外線硬化型インク組成物の製造方法。
     
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