JP5806306B2 - 増強した光沢とより低い粘度とを有する印刷用インク - Google Patents
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Description
(a) 処理済み無機顔料を形成するためのポリシロキサンおよびポリシロキサンブロックポリマーからなる群から選択される少なくとも1種のシリコン系表面処理剤とアルミナで表面処理される無機顔料であって、シリコン系表面処理剤が、処理済み無機顔料の総重量に基づいて約0.3〜約1%の量で存在する、無機顔料と、
(b) 50℃(122°F)未満のガラス転移温度を有し、少なくとも1つの接着促進基を含むバインダー樹脂、典型的には熱可塑性バインダーと、
(c) MPa1/2単位を用いて、約15.9超のδd、約9.1未満のδpおよび約12.1未満のδhという溶解度パラメータを有する溶剤型インクビヒクルと
を含むインク組成物を提供している。
本開示は、主として二酸化チタンである無機顔料粒子に関する。他の無機顔料は、金属酸化物、混合金属酸化物、金属水酸化物、金属硫化物、金属カーボネート、金属サルフェート、シリカおよびその混合物からなる群から選択されてよく、ここで金属はCa、Mg、Ti、Ba、Zn、Zr、Fe、Mo、CeまたはAl、より詳細には、Ti、ZnまたはFe、最も詳細にはTiである。
アルミナ処理済みのTiO2粒子は、ポリシロキサンおよびポリシロキサンブロックポリマーからなる群から選択されるシリコン系処理剤を用いて、さらに処理される。好適なポリシロキサンは、下記式、
R3SiO−(SiR2O)n−SiR3
を有し、式中Rは有機基であり、nは約2〜約6000、典型的には2〜約1000、そしてより典型的には5〜約500である。有機基は、アルキル、アリールまたはアリール−アルキル基、典型的にはメチルまたはエチル基からなる群から選択される。
バインダー樹脂、典型的には熱可塑性ポリマーは、約50℃未満、より典型的には約25℃未満のガラス転移温度を有し、少なくとも1つの接着促進基を含む。1つ以上のバインダー樹脂が存在し得る。バインダー樹脂として適切であるのは、フィルム形成特性、基材に対する接着力を提供し顔料粒子を充分に分散した状態に保つために使用される可溶性または分散型ポリマーであるポリマーである。
溶剤型インクビヒクルとは、非水性溶剤または非水性溶剤の混合物(極性プロトン性、極性非プロトン性および非極性)で実質的に構成されているビヒクルを意味し、この溶剤は本開示において典型的には主に非極性でなければならない。溶剤型インクビヒクルは、ハンセン溶解度パラメータ(Charles M.Hansen、I&EC Product Research and Development Vol.8、No1、March、1969およびA.F.M.Barton、Chemical Reviews、1975、Vol.75、No.6、731−753頁参照)に基づく溶解度パラメータによって特徴づけされる有機溶剤または有機溶剤の混合物である、すなわち、
δ2=δd 2+δp 2+δh 2
なお式中、δdは、分散構成成分、δpは極性構成成分、そしてδhは水素結合構成成分(MPa1/2単位を使用)である。溶剤混合物については、溶解度パラメータは、全ての構成成分が類似のモル体積を有することを条件として体積分率(Φi)に基づいた加重平均を用いて計算され近似された:すなわち
δi=ΣiΦijδij
なお式中、「j」は分散(d)、極性(p)または水素−結合(h)構成成分を表わし、「i」は溶剤混合物中の各々の溶剤を表わす。
本開示において使用される二酸化チタン含有インク、典型的にはインクジェットインクは、任意選択により1つ以上の添加剤を含んでいてよい。例えば、二酸化チタン含有インクは任意選択により、分散剤、レオロジー改質剤、表面活性剤、殺菌剤、殺真菌剤、殺藻剤、金属イオン封鎮剤、腐食防止剤、光安定剤、カール防止剤および、関連技術分野において周知のアジュバントを含んでいてよい。
一実施形態において、この開示のインク中に使用される二酸化チタンスラリーは、混合用容器内で構成成分を混合することによって調製可能である。構成成分は、任意の順序で順次または同時に添加可能である。以下ではスラリーを調製するための典型的プロセスを提供するが、これを限定的なものとみなすべきではない。典型的には、第1の混合ステップとそれに続く第2の練磨ステップが関与する2段階プロセスが使用される。第1のステップは、全ての成分すなわち二酸化チタン顔料、バインダー、インクビヒクルおよび任意選択的なあらゆる添加剤を混合して配合済み「プレミックス」を提供するステップを含む。混合は、一般に、撹拌型容器内で行なわれる。混合ステップ用として高速分散機が特に好適である。典型的には、バインダーは、他の成分の混合物中に導入する前に組合わされる。組合せたバインダーは、典型的には、増分的に添加される。
本開示のインクは、典型的には上述の通りの乾燥二酸化チタンまたはそのスラリーから、当該技術分野において公知の従来のプロセスによって製造される。すなわち、酸化チタンスラリーは、日常的作業によって処理されて、フレキソ印刷、グラビア印刷システムなどの産業用インク送出システムから首尾よく送出可能なまたはインクジェットシステムから噴射可能なインクとなる。
インクの送出および安定性は、インクの表面張力および粘度により大幅に影響される。インクジェットインクは典型的には、25℃で約20dyne/cm〜約60dyne/cmの範囲内の表面張力を有する。本開示のインク組成物は、約0.015〜約13ポアズ、より典型的には約0.02〜約3ポアズ、最も典型的には約0.02〜約1.7ポアズの粘度を有する。
インクセットは、上述のインクと複数の他のカラーインクとを含む。インクセットの非白色インクは、他の着色剤、例えば、Romanらの米国特許第7,041,163号明細書中に記述されているシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックを含む。
一実施形態において、印刷方法は、手持ち式プルーファローラー(Pamarco Co.、Palmyra NJ USA)、光沢度のための不透明な基材(black Mylar(登録商標)または白色ドローダウンカード(white draw−down card)、Leneta Co.)を含む。インクは、アニロックスローラーとゴムローラーの間にピペットを用いて付加され、プルーファを均一速度、定圧で基材上にひき降ろすことによってプルーフが作製された。プルーフは、数時間空気乾燥させられ、その後光沢度読取りが行なわれた。このプロセスは、フレキソ印刷などのアナログ印刷方法をシミュレートしている。
(i)デジタルデータ信号に応答するプリンタ、典型的にはインクジェットプリンタを提供するステップ、
(ii)印刷すべき基材をプリンタに装填するステップ、
(iii)プリンタに、上述のインクおよび/またはインクセットを装填するステップ、
(iv)デジタルデータ信号に応答してインクセットを用いて基材上に印刷を行なうステップ。
インクおよびインクセットは、紙、特にカラー紙、包装材料、繊維製品およびポリマー基材を含めた多くの基材に印刷する目的で使用可能である。本開示は、1〜30ミルの厚みのポリマー(非多孔質)基材例えばポリビニルブチラール中間層、スパンボンデッドポリオレフィン(例えばTyvek(登録商標)、DuPont)、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレートポリエステル(例えばMylar(登録商標)、DuPont)、ポリフッ化ビニルポリマー、などの上に印刷するために特に有利である。
フラットパン上で、可能なかぎり均一に顔料表面を被覆するように勢いよく混合しながら酢酸エチル中のポリジメチルシロキサン、PDMS SF18−350(Momentive Performance Materials、Albany、NYの15%溶液150gを、2000gの白色顔料(TiPure(登録商標)R−900、DuPont))に噴霧した。湿潤な顔料を最低48時間乾燥させた。次に、Vコーンブレンダーを用いて、処理済みの乾燥した顔料の塊をことごとく崩壊させた。Vコーンタンブル+インテンシファイア=10分間、Vコーンタンブルのみ=5分間の要領で配合を実施した。その後、顔料を、蒸気対顔料比4:1、入口蒸気温度300℃で8インチの流体エネルギーミル(微粉化機)上で微粉化した。乾燥顔料上の最終的PDMS含有量は0.6wt%であった。
フラットパン上で、可能なかぎり均一に顔料表面を被覆するように勢いよく混合しながら酢酸エチル中のBYK331(BYK−Chemie、Wesel Germany)15%溶液40.8gを、2000gの白色顔料(TiPure(登録商標)R−900、DuPont)に噴霧した。湿潤な顔料を最低48時間乾燥させた。次に、Vコーンブレンダーを用いて、処理済みの乾燥した顔料の塊をことごとく崩壊させた。Vコーンタンブル+インテンシファイア=10分間、Vコーンタンブルのみ=5分間の要領で配合を実施した。その後、顔料を、蒸気対顔料比4:1、入口蒸気温度300℃で8インチの流体エネルギーミル(微粉化機)上で微粉化した。乾燥顔料上の最終的BYK331含有量は0.3wt%であった。
顔料処理P3は、使用された白色顔料がTiPure(登録商標)R−960(DuPont、Wilmington、DEであったという点を除いて、顔料処理P1中に記載の通りに調製した。
1qt入りのフリクショントップ(friction top)缶内に、30%のポリエステルウレタン/尿素樹脂(PU)溶液(Burnock(登録商標)18−472、大日本インキ化学工業株式会社、日本)120g、メチルエチルケトン(MEK)24g、そしてトルエン(Tol)24gを添加し、完全に均質化した。これに対して、TiO2処理済み顔料(顔料処理P1)120gと0.2mmのガラスビーズ(練磨媒体)440gとを加えた。容器を密封し、中心を外してRed Devil塗料振盪機上に置き、45分間振盪した。最後に、30gのトルエンと30gのMEKの混合物を添加し、容器を再度密封し、さらに10分間振盪した。使い捨ての100メッシュスクリーナー(Louis M.Gerson Inc.、Middleboro、MA)を通してインクを濾過し練磨媒体を分離し、インクはいつでも試験できる状態となった。
使用した顔料が顔料処理P2であったという点を除いて、インク例1を反復した。
MEK/トルエン/シクロヘキサン混合物(MEK/Tol/C)中38%のポリ塩化ビニル/ポリ酢酸ビニル(PVC/PVAc、Scientific Polymer Products Inc.Ontario、NY USA)ワニス樹脂溶液75gを、1qt入りフリクショントップ缶内に秤量した。10.5gのトルエンと27gのMEKの混合物を添加し、完全に均質化した。これに対して、TiO2処理済み顔料(顔料処理P1)37.5gと0.25mmのガラスビーズ(練磨媒体)150gとを加えた。容器を密封し、中心を外して塗料振盪機(例えばRed Devil)上に置き、90分間振盪した。使い捨ての100メッシュスクリーナー(Louis M.Gerson Inc.、Middleboro、MA)を通してインクを濾過し練磨媒体を分離し、インクはいつでも試験できる状態となった。
1qt入りのフリクショントップ缶内に、30%のPU樹脂溶液(Burnock(登録商標)18−472、大日本インキ化学工業株式会社、日本)120g、MEK24g、そしてトルエン24gを添加し、完全に均質化した。これに対して、TiO2顔料(TiPure(登録商標)R−900、DuPont)120gと0.2mmのガラスビーズ(練磨媒体)440gとを加えた。容器を密封し、中心を外してRed Devil塗料振盪機上に置き、45分間振盪した。最後に、30gのトルエンと30gのMEKの混合物を添加し、容器を再度密封し、さらに10分間振盪した。使い捨ての100メッシュスクリーナー(Louis M.Gerson Inc.、USA)を通してインクを濾過し練磨媒体を分離し、インクはいつでも試験できる状態となった。
使用した顔料がTiPure(登録商標)R−960(DuPont)であったという点を除いて、比較用インク例1を反復した。
使用した顔料が顔料処理P3であったという点を除いて、比較用インク例1を反復した。
使用した顔料がTiPure(登録商標)R−900(DuPont)であったという点を除いて、インク例3を反復した。
光沢度性能は、Leneta白色カード(The Leneta Company、Mahwah、NJ)またはMylar(登録商標)シート上で、0.006’’のクリアランスのBirdアプリケータまたはワイヤーロッド(Paul N.Gardner Company、Inc.、FL)を用いて、インクドローダウンを行なうことにより容易に試験できる。
Dimatix/Fujifilmテストベッド(Spectraプリントヘッドが備わったもの)に、表2由来の白色インク(それぞれ、発明例および比較例)を装填する。
Claims (32)
- 0.02〜13ポアズの粘度を有するインク組成物であって、
(a)処理済み無機顔料を形成するためのポリシロキサンおよびポリシロキサンブロックポリマーからなる群から選択される少なくとも1種のシリコン系表面処理剤とアルミナで表面処理された無機顔料であって、前記シリコン系表面処理剤が、前記処理済み無機顔料の総重量に基づいて0.3〜1%の量で存在する、無機顔料と、
(b)50℃未満のガラス転移温度を有し、少なくとも1つの接着促進基を含むバインダー樹脂と、
(c)MPa1/2単位を用いて、15.9超のδd、9.1未満のδpおよび12.1未満のδhという溶解度パラメータを有する溶剤型インクビヒクルとを含み、
前記接着促進基が、アクリレートモノマー由来のカルボキシレート基、メタクリレートモノマー由来のカルボキシレート基、ウレタン基、尿素基、ニトロセルロース由来の硝酸エステル基、オレフィン基、エステル基、アミド基、イミド基、シロキサン基、塩化ビニルモノマー由来の塩素基および酢酸ビニルモノマー由来のアセチルオキシ基およびその混合物からなる群から選択される、
インク組成物。 - 前記無機顔料が、金属酸化物、混合金属酸化物、金属水酸化物、金属硫化物、金属カーボネート、金属サルフェート、シリカおよびその混合物からなる群から選択され、前記金属がCa、Mg、Ti、Ba、Zn、Zr、Fe、Mo、CeおよびAlからなる群から選択される、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記金属がTi、ZnおよびFeからなる群から選択される、請求項2に記載のインク組成物。
- 前記金属がTiである、請求項3に記載のインク組成物。
- 前記無機酸化物が0.1μ〜0.5μの中央粒径を有する、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記アルミナ処理剤が多孔質または高密度である、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記ポリシロキサンが、下記式、
R3SiO−(SiR2O)n−SiR3
を有し、式中Rが有機基であり、nが2〜6000である、請求項1に記載のインク組成物。 - 前記式により表わされる前記ポリシロキサンが、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、ビニルフェニルメチル末端ジメチルシロキサン、ジビニルメチル末端ポリジメチルシロキサンおよびその混合物からなる群から選択される、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記ポリシロキサンがポリジメチルシロキサン(PDMS)である、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記ポリシロキサンブロックポリマーがポリジメチルシロキサンブロックコポリマーである、請求項10に記載のインク組成物。
- 前記シリコン系処理剤が、前記処理済み無機酸化物粒子の総重量に基づいて、0.3〜1.0%の量で存在している、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記バインダー樹脂が熱可塑性バインダーである、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記熱可塑性バインダーがポリ塩化ビニル/ポリ酢酸ビニルである、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記熱可塑性バインダーが可撓性ポリエステルウレタン/尿素である、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記熱可塑性バインダーが5,000〜100,000(g/mol)の重量平均分子量を有する、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記接着促進基が、ウレタン基、尿素基、塩化ビニルモノマー由来の塩素基および酢酸ビニルモノマー由来のアセチルオキシ基およびその混合物からなる群から選択される、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記アルミナが、前記処理済み無機顔料の総重量に基づいて1〜5%の量で存在する、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記アルミナが、湿式処理プロセスを用いた沈降アルミナであり、前記沈降アルミナは結晶質アルミナ、非晶質アルミナからなる群から選択される、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記アルミナがco−oxアルミナであり、前記TiO2顔料が塩化物プロセスを用いて調製される、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記溶剤型インクビヒクルは、少なくとも1種の非極性溶剤が存在することを条件として、極性プロトン性、極性非プロトン性および非極性溶剤からなる群から選択される非水性溶剤または非水性溶剤混合物である、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記溶剤型インクビヒクルは非極性溶剤を含む、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記溶剤型インクビヒクルが、MPa1/2単位を用いて、16.0超のδd、8.9未満のδpおよび8.0未満のδhという溶解度パラメータを有する、請求項1に記載のインク組成物。
- 前記インク内の溶剤型ビヒクルの量が、前記インク組成物の総重量に基づいて、40%と80%の量で存在する、請求項1に記載のインク組成物。
- 0.02〜3ポアズの粘度を有する、請求項1に記載のインク組成物。
- (a)処理済み無機顔料を形成するためのポリシロキサンおよびポリシロキサンブロックポリマーからなる群から選択される少なくとも1種のシリコン系表面処理剤とアルミナで表面処理された無機顔料であって、前記シリコン系表面処理剤が、前記処理済み無機顔料の総重量に基づいて0.3〜1%の量で存在する、無機顔料と、
(b)50℃未満のガラス転移温度を有し、少なくとも1つの接着促進基を含むバインダー樹脂と、
(c)MPa1/2単位を用いて、15.9超のδd、9.1未満のδpおよび12.1未満のδhという溶解度パラメータを有する溶剤型インクビヒクルと
を含むインク組成物であって、
(a)、(b)および(c)を含まないインク組成物に比べて2〜20%の粘度低下を提供し、
前記接着促進基が、アクリレートモノマー由来のカルボキシレート基、メタクリレートモノマー由来のカルボキシレート基、ウレタン基、尿素基、ニトロセルロース由来の硝酸エステル基、オレフィン基、エステル基、アミド基、イミド基、シロキサン基、塩化ビニルモノマー由来の塩素基および酢酸ビニルモノマー由来のアセチルオキシ基およびその混合物からなる群から選択される、
インク組成物。 - シリカが存在する場合、それは、前記処理済み無機酸化物粒子に基づいて0超〜0.2%のシリカという量で存在する、請求項26に記載のインク組成物。
- 0.02〜13ポアズの粘度を有し、
(a)処理済み無機顔料を形成するためのポリシロキサンおよびポリシロキサンブロックポリマーからなる群から選択される少なくとも1種のシリコン系表面処理剤とアルミナで表面処理された無機顔料であって、前記シリコン系表面処理剤が、前記処理済み無機顔料の総重量に基づいて0.3〜1%の量で存在する、無機顔料と、
(b)50℃未満のガラス転移温度を有し、少なくとも1つの接着促進基を含むバインダー樹脂と、
(c)MPa1/2単位を用いて、15.9超のδd、9.1未満のδpおよび12.1未満のδhという溶解度パラメータを有する溶剤型インクビヒクルとを含み、
前記接着促進基が、アクリレートモノマー由来のカルボキシレート基、メタクリレートモノマー由来のカルボキシレート基、ウレタン基、尿素基、ニトロセルロース由来の硝酸エステル基、オレフィン基、エステル基、アミド基、イミド基、シロキサン基、塩化ビニルモノマー由来の塩素基および酢酸ビニルモノマー由来のアセチルオキシ基およびその混合物からなる群から選択される、インク組成物を含むインクセット。 - 前記無機顔料が金属酸化物であり、前記金属がTiである、請求項28に記載のインクセット。
- (i)デジタルデータ信号に応答するプリンタ、典型的にはインクジェットプリンタを提供するステップと、
(ii)印刷すべき基材を前記プリンタに装填するステップと、
(iii)前記プリンタに、0.02〜13ポアズの粘度を有し、
(a)処理済み無機顔料を形成するためのポリシロキサンおよびポリシロキサンブロックポリマーからなる群から選択される少なくとも1種のシリコン系表面処理剤とアルミナで表面処理された無機顔料であって、前記シリコン系表面処理剤が、前記処理済み無機顔料の総重量に基づいて0.3〜1%の量で存在する、無機顔料と、
(b)50℃未満のガラス転移温度を有し、少なくとも1つの接着促進基を含むバインダー樹脂と、
(c)MPa1/2単位を用いて、15.9超のδd、9.1未満のδpおよび12.1未満のδhという溶解度パラメータを有する溶剤型インクビヒクルとを含むインク組成物を含むインクセットを装填するステップと、
(iv)前記デジタルデータ信号に応答して前記インクセットを用いて前記基材上に印刷を行なうステップと、を含み、
前記接着促進基が、アクリレートモノマー由来のカルボキシレート基、メタクリレートモノマー由来のカルボキシレート基、ウレタン基、尿素基、ニトロセルロース由来の硝酸エステル基、オレフィン基、エステル基、アミド基、イミド基、シロキサン基、塩化ビニルモノマー由来の塩素基および酢酸ビニルモノマー由来のアセチルオキシ基およびその混合物からなる群から選択される、印刷方法。 - 前記基材が、コーティングされていないポリ塩化ビニルまたはポリエチレンテレフタレートである請求項30に記載の方法。
- 0.02〜13ポアズの粘度を有するインク組成物を含むインクセットを用いて調製される印刷された基材において、前記インク組成物が、
(a)処理済み無機顔料を形成するためのポリシロキサンおよびポリシロキサンブロックポリマーからなる群から選択される少なくとも1種のシリコン系表面処理剤とアルミナで表面処理された無機顔料であって、前記シリコン系表面処理剤が、前記処理済み無機顔料の総重量に基づいて0.3〜1%の量で存在する、無機顔料と、
(b)50℃未満のガラス転移温度を有し、少なくとも1つの接着促進基を含むバインダー樹脂と、
(c)MPa1/2単位を用いて、15.9超のδd、9.1未満のδpおよび12.1未満のδhという溶解度パラメータを有する溶剤型インクビヒクルとを含み、
前記接着促進基が、アクリレートモノマー由来のカルボキシレート基、メタクリレートモノマー由来のカルボキシレート基、ウレタン基、尿素基、ニトロセルロース由来の硝酸エステル基、オレフィン基、エステル基、アミド基、イミド基、シロキサン基、塩化ビニルモノマー由来の塩素基および酢酸ビニルモノマー由来のアセチルオキシ基およびその混合物からなる群から選択される、(a)、(b)および(c)を含まないインク組成物に比べた場合に、20〜40光沢度単位の光沢改善を提供する、印刷された基材。
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