JP5779964B2 - インクジェット記録用インク組成物、活性エネルギー線硬化型組成物、インクジェット装置 - Google Patents
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Description
また、昇華記録方式、熱転写記録方式は、紙などの被記録媒体以外には、昇華リボン、熱転写リボンなどのサプライがあればよいことから、システムも電子写真方式に比べると簡素な記録方式である。しかし、両方式ともインク成分をPETフィルム等の支持体上に全面塗布したインクリボンを用いることから、非画像部に該当する部分のインクリボンも消費され、実際のランニングコストは高くなってしまう。また、使用後のインクリボン(いわゆる抜け殻)が発生するため、廃棄物発生及び秘密保持上の問題が生じてくる。
このような中、水の代わりに速乾性の有機溶剤を用いたソルベントタイプのインクを用いたインクジェット記録方式が登場したが、インクの溶剤として揮発性の高い有機溶剤を用いるため、引火性が高く取扱上の危険が生じてしまう上に、有機溶剤が印刷乾燥過程で蒸発するため、印刷を行うオペレーターの健康への悪影響、大気中へ放出されることによる環境への悪影響が懸念されている。また、揮発性の有機溶剤を用いているため、ヘッド周辺でのインク固化による目詰まりが発生しやすく、装置のメンテナンスにおいても問題点を有している。
また、設備面においても、紫外線などの活性エネルギー線を出力できる光源があればよいことから、熱による乾燥、蒸発した有機溶剤の回収に比べると簡素な仕組みであるといえる。また、光源としてLEDランプを用いることにより、更なる省エネルギー化が可能となり、環境負荷の大幅な低減を期待することができる。
このように、インクを構成するモノマー成分は、硬化速度(感度)、インク粘度、硬化後の膜特性などの点から複数のモノマーを用いており、粘度が低く反応性に優れる低分子量のモノマーと、多官能で分子量の大きなモノマーを組み合わせて用いていることが多い。モノマーはインクジェット記録用インク組成物の80重量%近くを占める主成分であることから、材料開発に加えて、その配合(組み合わせ)に関する開発も活発に行われている。
更に、モノマー材料の親水性や顔料の分散性を向上させる目的で、スルホン酸構造、スルホン酸エステル構造(特許文献7、8)や、リン酸構造、リン酸エステル構造(特許文献9、10)を分子構造内に含むモノマー化合物も各種提案されている。
一般に化学物質の臭気は空気中に飛散した化合物分子を人間がその嗅覚で検知することによって認識されるものであるから、モノマー化合物のような特有の臭気を持つものに対しては、化合物自身が空気中に飛散しにくいものであることが臭気を抑える点で重要である。そこで、例えばモノマー化合物の分子量を大きくすることや、極性の官能基を導入して分子間相互作用を強くすることは、モノマー化合物が空気中に飛散するのを抑制する効果があり、臭気を改善する方法の一つになると考えられる。
即ち、上記課題は次の1)〜7)の発明によって解決される。
1) 下記式(1)〜(3)で表される(メタ)アクリル酸のエステルから選ばれた少なくとも1種を含むことを特徴とするインクジェット記録用インク組成物。
2) 前記式(1)〜(3)におけるmが2であることを特徴とする1)記載のインクジェット記録用インク組成物。
3) 前記式(1)のモノマーにおけるXが炭素数1〜4のアルキル基であることを特徴とする2)記載のインクジェット記録用インク組成物。
4) 前記式(1)のモノマーが下記式(4)で表わされるものであることを特徴とする3)記載のインクジェット記録用インク組成物。
7) 1)〜5)のいずれかに記載のインクジェット記録用インク組成物を備え、該インク組成物をインクジェット方式で吐出する手段を備えたインクジェット装置。
まず、本発明のインクジェット記録用インク組成物(以下、「インク組成物」ということもある)に含有される各成分について説明する。
<(メタ)アクリル酸エステル>
本発明のインク組成物に使用するモノマーは、前記式(1)〜(3)で表される(メタ)アクリル酸のエステルから選ばれた少なくとも1種である。
式(1)〜(3)におけるXはアルキル基であり、炭素数1〜4の直鎖又は分岐アルキル基が好ましい。Yはアルキレン基であり、炭素数1〜6の直鎖又は分岐アルキレン基が好ましい。Wはアルキレン基であり、炭素数1〜4のアルキレン基が好ましい。また、Zは酸素原子である。R1は水素原子又はメチル基である。
また、前記モノマーは、1種のみを用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明のインク組成物における重合開始剤としては、ラジカル重合開始剤、カチオン重合開始剤、アニオン重合開始剤を用いることができるが、前記モノマーとの組み合わせにおいては、ラジカル重合開始剤とアニオン重合開始剤が好ましく、特にラジカル重合開始剤が好ましい。
重合開始剤は、モノマーの種類やインク組成物の使用目的に応じて、適宜選択することができる。本発明のインク組成物に使用する重合開始剤は、外部エネルギーを吸収して重合開始種を生成する化合物である。重合を開始するために使用される外部エネルギーは、熱又は活性エネルギー線に大別され、それぞれ熱重合開始剤又は光重合開始剤が使用される。活性エネルギー線には、γ線、β線、電子線、紫外線、可視光線、赤外線を例示できる。また、熱重合開始剤及び光重合開始剤としては公知の化合物が使用できる。
好ましいラジカル重合開始剤としては(a)芳香族ケトン類、(b)アシルホスフィンオキシド化合物、(c)芳香族オニウム塩化合物、(d)有機過酸化物、(e)チオ化合物、(f)ヘキサアリールビイミダゾール化合物、(g)ケトオキシムエステル化合物、(h)ボレート化合物、(i)アジニウム化合物、(j)メタロセン化合物、(k)活性エステル化合物、(l)炭素ハロゲン結合を有する化合物、(m)アルキルアミン化合物等が挙げられる。これらのラジカル重合開始剤は単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
本発明のインク組成物には、上記した成分に加えて、本発明の効果を損なわない限りにおいて、物性向上などの目的で、他の成分を併用することができる。以下、これらの任意成分について説明する。
本発明のインク組成物は着色剤を含有してもよく、これにより着色画像を形成することができる。着色剤については特に制限はなく、顔料、油溶性染料、水溶性染料、分散染料等の任意の公知の着色剤から適宜選択して用いることができる。
着色剤としては、耐候性に優れ、色再現性に富む顔料や油溶性染料が好ましく、顔料がより好ましい。また、本発明のインク組成物に好適に使用し得る着色剤は、活性エネルギー線による硬化反応の感度を低下させないという観点から、硬化反応である重合反応に対して重合禁止剤として機能しない化合物を選択することが好ましい。
本発明に使用できる顔料としては、特に限定されるわけではないが、例えばカラーインデックスに記載される下記の番号の有機又は無機顔料が挙げられ、目的に応じて適宜選択して使用できる。
青又はシアン顔料としては、例えば、Pigment Blue 1,15,15:1,15:2,15:3,15:4,15:6,16,17−1,22,27,28,29,36,60、等が挙げられる。
緑顔料としては、例えば、Pigment Green 7,26,36,50、等が挙げられる。
黄顔料としては、例えば、Pigment Yellow 1,3,12,13,14,17,34,35,37,55,74,81,83,93,94,95,97,108,109,110,137,138,139,153,154,155,157,166,167,168,180,185,193、等が挙げられる。
黒顔料としては、例えば、Pigment Black 7,28,26、等が挙げられ、白色顔料としては、例えば、Pigment White 6,18,21、等が挙げられる。
油溶性染料のうち、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若しくはヘテリルアゾ染料、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、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、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等が挙げられ、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。
油溶性染料のうち、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或いはカップリング成分としてピロロトリアゾール類を有するアゾメチン染料、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、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若しくはヘテリルアゾ染料、インジゴ・チオインジゴ染料等を挙げることができる。
油溶性染料の好ましい具体例としては、C.I.ソルベント・ブラック 3,7,27,29及び34、C.I.ソルベント・イエロー 14,16,19,29,30,56,82,93及び162、C.I.ソルベント・レッド 1,3,8,18,24,27,43,49,51,72,73,109,122,132及び218、C.I.ソルベント・バイオレット 3、C.I.ソルベント・ブルー 2,11,25,35,38,67及び70、C.I.ソルベント・グリーン 3及び7、C.I.ソルベント・オレンジ 2等が挙げられる。
また、着色剤を分散させる際に分散剤を添加することも可能である。分散剤の種類には特に制限はないが、高分子分散剤が好ましい。これらの分散剤は、着色剤100重量部に対し、1〜50重量部添加することが好ましい。
着色剤は、インク組成物の使用目的に応じて1種又は2種以上を適宜選択して用いればよい。なお、インク組成物中において、固体のまま存在する顔料などの着色剤を使用する際には、着色剤粒子の平均粒径は、好ましくは0.005〜0.5μm、より好ましくは0.01〜0.45μm、更に好ましくは、0.015〜0.4μmとなるように、着色剤、分散剤、分散媒体の選定、分散条件、ろ過条件を設定することが好ましい。この粒径管理によって、ヘッドノズルの詰まりを抑制し、インクの保存安定性、透明性及び硬化感度を維持することが好ましい。
着色剤の含有量は、インク組成物の使用目的により適宜選択されるが、インク物性や着色性を考慮すれば、一般的には、インク組成物全体の重量に対して、0.5〜10重量%であることが好ましく、1〜8重量%であることがより好ましい。なお、酸化チタン等の白色顔料を着色剤とする白色インク組成物である場合には、着色剤の含有量は、隠蔽性を確保するために、インク組成物全体の重量に対して、5〜30重量%であることが好ましく、10〜25重量%であることがより好ましい。
本発明のインク組成物は、前記モノマー以外の重合性化合物を含むことも可能である。併用可能な重合性化合物としてはラジカル重合性化合物、カチオン重合性化合物、アニオン重合性化合物が挙げられる。
ラジカル重合性化合物は、ラジカル重合可能なエチレン性不飽和結合を有する化合物であり、分子中にラジカル重合可能なエチレン性不飽和結合を少なくとも1つ有する化合物であれば特に限定されず、モノマー、オリゴマー、ポリマー等の化学形態を持つものが含まれる。併用するラジカル重合性化合物は1種を単独で用いてもよく、また目的とする特性を向上させるために任意の比率で2種以上を併用してもよい。
ラジカル重合性化合物の例としては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、マレイン酸等の不飽和カルボン酸、それらの塩及び、これらから誘導される化合物、エチレン性不飽和基を有する無水物、アクリロニトリル、スチレン、更に種々の不飽和ポリエステル、不飽和ポリエーテル、不飽和ポリアミド、不飽和ウレタン等のラジカル重合性化合物が挙げられる。
具体的には、2−エチルヘキシルジグリコールアクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート、2−ヒドロキシブチルアクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジアクリレート、2−アクリロイロキシエチルフタル酸、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、テトラメチロールメタントリアクリレート、2−アクリロイロキシエチル−2−ヒドロキシエチルフタル酸、ジメチロールトリシクロデカンジアクリレート、エトキシ化フェニルアクリレート、2−アクリロイロキシエチルコハク酸、ノニルフェノールエチレンオキシド付加物アクリレート、変性グリセリントリアクリレート、ビスフェノールAジグリシジルエーテルアクリル酸付加物、変性ビスフェノールAジアクリレート、フェノキシポリエチレングリコールアクリレート、2−アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、ビスフェノールAのプロピレンオキシド付加物ジアクリレート、ビスフェノールAのエチレンオキシド付加物ジアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレートトリレンジイソシアナートウレタンプレポリマー、ラクトン変性可撓性アクリレート、ブトキシエチルアクリレート、プロピレングリコールジグリシジルエーテルアクリル酸付加物、ペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアナートウレタンプレポリマー、2−ヒドロキシエチルアクリレート、メトキシジプロピレングリコールアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアナートウレタンプレポリマー、ステアリルアクリレート、イソアミルアクリレート、イソミリスチルアクリレート、イソステアリルアクリレート、ラクトン変性アクリレート等が挙げられる。
カチオン重合性化合物としては、光酸発生剤から発生する酸により重合反応を開始し、硬化する化合物であれば特に制限はなく、光カチオン重合性モノマーとして知られる各種公知のカチオン重合性モノマーを使用することができる。その例としては、非特許文献1などに記載されている各種エポキシ化合物、ビニルエーテル化合物、オキセタン化合物などが挙げられる。また、上記カチオン重合性化合物と併用するカチオン重合開始剤(光酸発生剤)としては、公知の各種材料を用いることができ、例えば、ジアゾニウム、アンモニウム、ヨードニウム、スルホニウム、ホスホニウムなどの芳香族オニウム化合物のB(C6F5)4 −、PF6 −、AsF6 −、SbF6 −、CF3SO3 −塩、スルホン酸を発生するスルホン化物、ハロゲン化水素を光発生するハロゲン化物、鉄アレン錯体等が挙げられる。上記カチオン重合開始剤は単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
本発明のインク組成物には、前記重合開始剤の活性光線照射による分解を促進させるために増感剤を添加することができる。増感剤は、特定の活性エネルギー線を吸収して電子励起状態となるものである。電子励起状態となった増感剤は、重合開始剤と接触して、電子移動、エネルギー移動、発熱などの作用を生じることにより、重合開始剤の化学変化(分解、ラジカル、酸又は塩基の生成)を促進させる。増感剤としては、重合開始剤に開始種を発生させる活性エネルギー線の波長に応じた化合物を使用すればよい。増感剤としては増感色素が好ましく、例えば以下のような、350〜450nm域に吸収波長を有するものを挙げることができる。
多核芳香族類(例えばピレン、ペリレン、トリフェニレン)、キサンテン類(例えば、フルオレッセイン、エオシン、エリスロシン、ローダミンB、ローズベンガル)、シアニン類(例えばチアカルボシアニン、オキサカルボシアニン)、メロシアニン類(例えば、メロシアニン、カルボメロシアニン)、チアジン類(例えばチオニン、メチレンブルー、トルイジンブルー)、アクリジン類(例えばアクリジンオレンジ、クロロフラビン、アクリフラビン)、アントラキノン類(例えばアントラキノン)、スクアリウム類(例えば、スクアリウム)、クマリン類(例えば、7−ジエチルアミノ−4−メチルクマリン)
本発明のインク組成物は、共増感剤を含有することもできる。共増感剤は、増感色素の活性エネルギー線に対する感度を一層向上させたり、酸素による重合性化合物の重合阻害を抑制する等の作用を有する。共増感剤の例としては、トリエタノールアミン、p−ジメチルアミノ安息香酸エチルエステル、p−ホルミルジメチルアニリン、p−メチルチオジメチルアニリン等のアミン系化合物、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾオキサゾール、2−メルカプトベンゾイミダゾール、2−メルカプト−4(3H)−キナゾリン、β−メルカプトナフタレン等のチオール及びスルフィド類を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
本発明のインク組成物には、必要に応じて、重合禁止剤、溶剤等のその他の成分を添加することができる。重合禁止剤は、インク組成物の保存性(保管安定性)を高める観点から添加する。また、本発明のインク組成物は、必要に応じて加熱し低粘度化して吐出することができ、その場合の熱重合によるヘッド詰まりを防ぐためにも重合禁止剤を添加することが好ましい。その例としては、ハイドロキノン、ベンゾキノン、p−メトキシフェノール、TEMPO、TEMPOL、クペロンAl等を挙げることができる。重合禁止剤の添加量は、インク組成物全量に対し、200〜20,000ppmが好ましい。
本発明のインク組成物は、活性エネルギー線硬化型インク組成物のため、溶剤を含まないことが好ましいが、硬化後のインクと記録媒体との接着性等の特性を向上させる目的で、インク組成物の硬化速度等に影響がない場合に限り、溶剤を含有させることもできる。溶剤としては有機溶剤や水が使用できる。有機溶剤の含有量は、インク組成物全体の重量に対し、0.1〜5重量%、好ましくは0.1〜3重量%の範囲である。
更に、必要に応じて、公知の添加剤である界面活性剤、レベリング添加剤、マット剤、膜物性を調整するためのポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、ゴム系樹脂、ワックス類等を、適宜選択して添加することができる。また、ポリオレフィンやPET等に対する接着性を改善するために、重合阻害のない粘着付与剤(タッキファイヤー)を含有させることも可能である。
調製したインク組成物は、本発明で用いる重合性化合物(モノマー)の効果をより明確にするため、着色剤を始めとする各種添加成分を含まない組成とした。
1H−NMRは、JEOL製1H−NMR(500MHz)を用いて測定し、IRは、PERKIN ELMER製FT−IR SpectrumGXを用いて測定した。
<2−アクリロキシエチルエチルスルホキシド(A−03)の合成>
酸化タングステン(IV)(0.20g)を蒸留水(80mL)中に加え、50%水酸化ナトリウム水溶液を数滴加えてpHを10〜11にした後、酢酸を数滴加えてpHを5〜6に調整し、次いで2−(エチルチオ)エタノール(12.74g,120mmol)を加えた。得られた混合物を約60℃に加熱し、30%過酸化水素水(13.54g,0.99eq)を系内温度が60〜67℃になるように冷却しながらゆっくりと滴下した。反応液のヨウ化カリウムでんぷん紙の反応が陰性であることを確認した後に濾過を行い、得られた濾液を減圧下で濃縮した。この濃縮物をアセトン(200mL)で抽出し、抽出物を減圧下で濃縮し、次いで、酢酸エチル(100mL)で抽出した。この抽出液を濾過後、減圧下で濃縮して、2−ヒドロキシエチルエチルスルホキシドを無色油状物(9.9g)として得た。収率は約68%。
次に、2−ヒドロキシエチルエチルスルホキシド(3.05g,25mmol)を脱水ジクロロメタン(70mL)中に加え、フラスコ内をアルゴンガスで置換した後、トリエチルアミン(3.64g,36mmol)を加えた。混合物を約−10℃に冷却した後、アクリル酸クロライド(2.72g,30mmol)を系内温度が、−10〜−5℃になるようにゆっくりと滴下し、その後、2時間室温下で攪拌した。析出物を濾過によって取り除き、濾液を水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥させた後、減圧下で濃縮して黄色油状物を得た。得られた油状物をカラムクロマトグラフィー(Wakogel C300 200g)により精製して、淡黄色油状物(3.8g)を得た。この淡黄色油状物は、下記1H−NMR及びIRから2−アクリロキシエチルエチルスルホキシドであることが確認された。収率は約86%。
1H−NMR(CDCl3)δ1.37(t,3H),2.74−2.86(m,2H),2.93−2.99(m,1H),3.02−3.08(m,1H),4.54−4.59(m,1H),4.63−4.68(m,1H),5.89−5.91(dd,1H),6.11−6.17(m,1H),6.44−6.47(dd,1H)
IR(NaCl)3456,2982,2935,1740,1634,1455,1375,1319,1244,1144,1046,1021,942,808,644cm−1
<2−アクリロキシエチルエチルスルホン(C−03)の合成>
酸化タングステン(IV)(0.12g)を蒸留水(80mL)中に加え、50%水酸化ナトリウム水溶液を数滴加えてpHを10〜11にした後、酢酸を数滴加えてpHを5〜6に調整し、次いで、2−(エチルチオ)エタノール(4.43g,42mmol)を加えた。得られた混合物を約60℃に加熱し、30%過酸化水素水(4.7g,0.99eq)を系内温度が60〜65℃になるように冷却しながらゆっくりと滴下した。反応混合物を63℃で約1時間反応させ、反応液のヨウ化カリウムでんぷん紙の反応が陰性であることを確認した。次いで、反応混合物を約75℃に加熱した後、30%過酸化水素水(4.73g,1.0eq)をゆっくりと滴下した。反応混合物を約75℃で2.5時間反応させた後の反応液はヨウ化カリウムでんぷん紙の反応で陽性を示した。加熱を止め、反応液のヨウ化カリウムでんぷん紙の反応が陰性になるまで亜硫酸水素ナトリウムを加えた。反応液を濾過して不溶物を除去した後の濾液を減圧下で濃縮し、酢酸エチル(200mL)で抽出した。この抽出液を硫酸ナトリウムで乾燥させた後、減圧下で濃縮して2−ヒドロキシエチルエチルスルホンを無色油状物(5.7g)として得た。収率は約98%。
次に、2−ヒドロキシエチルエチルスルホン(3.45g,25mmol)を脱水ジクロロメタン(70mL)中に加え、フラスコ内をアルゴンガスで置換した後、トリエチルアミン(3.64g,36mmol)を加えた。混合物を約−10℃に冷却した後、アクリル酸クロライド(2.72g,30mmol)を系内温度が、−10〜−5℃になるようにゆっくりと滴下し、その後、2時間室温下で攪拌した。析出物を濾過によって取り除き、濾液を水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥させた後、減圧下で濃縮して茶色油状物を得た。得られた油状物を、カラムクロマトグラフィー(Wakogel C300 200g)により精製して、淡黄色油状物(3.3g)を得た。この淡黄色油状物は、下記1H−NMR及びIRから、2−アクリロキシエチルエチルスルホンであることが確認された。収率は約69%。
1H−NMR(CDCl3)δ1.42(t,3H),3.08(q,2H),3.35(t,2H),4.61(t,2H),5.92−5.94(dd,1H),6.11−6.16(m,1H),6.45−6.48(dd,1H)
IR(NaCl)3617,2985,2945,1728,1635,1621,1459,1410,1317,1273,1187,1128,1075,985,809,789,730cm−1
<2−アクリロキシエチルメチルスルホン(C−01)の合成>
酸化タングステン(IV)(0.12g)を蒸留水(80mL)中に加え、50%水酸化ナトリウム水溶液を数滴加えてpHを10〜11にした後、酢酸を数滴加えてpHを5〜6に調整し、次いで、2−(メチルチオ)エタノール(3.87g,42mmol)を加えた。得られた混合物を約60℃に加熱し、30%過酸化水素水(4.7g,0.99eq)を系内温度が60〜65℃になるように冷却しながらゆっくりと滴下した。反応混合物を63℃で約1時間反応させ、反応液のヨウ化カリウムでんぷん紙の反応が陰性であることを確認した。次いで、反応混合物を約75℃に加熱した後、30%過酸化水素水(4.73g,1.0eq)をゆっくりと滴下した。反応混合物を約75℃で2.5時間反応させた後の反応液はヨウ化カリウムでんぷん紙の反応で陽性を示した。加熱を止め、反応液のヨウ化カリウムでんぷん紙の反応が陰性になるまで亜硫酸水素ナトリウムを加えた。反応液を濾過して不溶物を除去した後の濾液を減圧下で濃縮し、酢酸エチル(200mL)で抽出した。この抽出液を硫酸ナトリウムで乾燥させた後、減圧下で濃縮して2−ヒドロキシエチルメチルスルホンを無色油状物(4.90g)として得た。収率は約94%。
次に、2−ヒドロキシエチルメチルスルホン(6.21g,50mmol)を脱水ジクロロメタン(70mL)中に加え、フラスコ内をアルゴンガスで置換した後、トリエチルアミン(7.3g,72mmol)を加えた。混合物を約−10℃に冷却した後、アクリル酸クロライド(5.43g,60mmol)を系内温度が、−10〜−5℃になるようにゆっくりと滴下し、その後、2時間室温下で攪拌した。析出物を濾過によって取り除き、濾液を水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥させた後、減圧下で濃縮して茶色油状物を得た。得られた油状物をカラムクロマトグラフィー(Wakogel C300 200g)により精製して、淡黄色油状物(7.0g)を得た。この淡黄色油状物は、下記1H−NMR及びIRから、2−アクリロキシエチルメチルスルホンであることが確認された。収率は約79%。
1H−NMR(CDCl3)δ3.00(s,3H),3.39(t,2H),4.63(t,2H)5.93−5.95(dd,1H),6.12−6.17(m,1H),6.45−6.49(dd,1H)
IR(NaCl)3016,2934,1728,1635,1621,1461,1410,1314,1295,1187,1132,1074,984,964,809,742,665cm−1
<2−メタクリロキシエチルエチルスルホキシド(B−03)の合成>
合成例1におけるアクリル酸クロライドの代りに、メタクリル酸クロライドを用いた点以外は、合成例1と同様にして淡黄色油状物を得た。この淡黄色油状物は、下記1H−NMR及びIRから、2−メタクリロキシエチルエチルスルホキシドであることが確認された。収率は約56%。
1H−NMR(CDCl3)δ1.37(t,3H),1.96(s,3H),2.74−2.82(m,2H),2.95−2.99(m,1H),3.02−3.08(m,1H),4.52−4.58(m,1H),4.62−4.67(m,1H),5.61−5.64(m,1H),6.14−6.16(m,1H)
IR(NaCl)2977,2934,1721,1637,1455,1404,1377,1321,1297,1161,1055,1021,947,815,651cm−1
<2−メタクリロキシエチルメチルスルホン(D−01)の合成>
合成例3におけるアクリル酸クロライドの代りに、メタクリル酸クロライドを用いた点以外は、合成例3と同様にして淡黄色油状物を得た。この淡黄色油状物は、下記1H−NMR及びIRから、2−メタクリロキシエチルメチルスルホンであることが確認された。収率は約85%。
1H−NMR(CDCl3)δ1.96(t,3H),3.00(s,3H),3.39(t,2H),4.62(t,2H),5.65−5.67(m,1H),6.13−6.15(m,1H)
IR(NaCl)2933,1722,1637,1455,1407,1315,1295,1165,1131,1068,1017,962,814,661cm−1
<ビス(2−アクリロキシエチル)スルホキシド(F−01)の合成>
酸化タングステン(IV)(0.12g)を蒸留水(80mL)中に加え、50%水酸化ナトリウム水溶液を数滴加えてpHを10〜11にした後、酢酸を数滴加えてpHを5〜6に調整し、次いで、2,2′−チオジエタノール(8.55g,70mmol)を加えた。得られた混合物を約60℃に加熱し、30%過酸化水素水(7.9g,0.99eq)を系内温度が60〜67℃になるように冷却しながらゆっくりと滴下した。反応液のヨウ化カリウムでんぷん紙の反応が陰性であることを確認した後に濾過を行い、得られた濾液を減圧下で濃縮した。この濃縮物にアセトン(200mL)を加えて洗浄し、アセトンに不溶の無色結晶(7.3g)をビス(2−ヒドロキシエチル)スルホキシドとして得た。収率は約76%。
次に、ビス(2−ヒドロキシエチル)スルホキシド(4.15g,30mmol)を脱水ジクロロメタン(70mL)中に加え、フラスコ内をアルゴンガスで置換した後、トリエチルアミン(8.74g,86mmol)を加えた。混合物を約−10℃に冷却した後、アクリル酸クロライド(6.52g,72mmol)を系内温度が、−10〜−5℃になるようにゆっくりと滴下し、その後、2時間室温下で攪拌した。析出物を濾過によって取り除き、濾液を水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥させた後、減圧下で濃縮して茶色油状物を得た。得られた油状物をカラムクロマトグラフィー(Wakogel C300 200g)により精製して淡黄色油状物(5.0g)得た。この淡黄色油状物は、下記1H−NMR及びIRから、ビス(2−アクリロキシエチル)スルホキシドであることが確認された。収率は約68%
1H−NMR(CDCl3)δ3.04−3.10(m,2H),3.12−3.19(m,2H),4.54−4.61(m,2H),4.65−4.70(m,2H),5.89−5.92(dd,2H),6.11−6.17(m,2H),6.43−6.48(dd,2H)
IR(NaCl)3442,2961,1726,1635,1620,1455,1409,1297,1269,1189,1046,986,810cm−1
<ビス(2−アクリロキシエチル)スルホン(H−01)の合成>
酸化タングステン(IV)(0.16g)を蒸留水(100mL)中に加え、50%水酸化ナトリウム水溶液を数滴加えてpHを10〜11にした後、酢酸を数滴加えてpHを5〜6に調整し、次いで、2,2′−チオジエタノール(12.2g,100mmol)を加えた。得られた混合物を約60℃に加熱し、30%過酸化水素水(11.28g,0.99eq)を系内温度が60〜65℃になるように冷却しながらゆっくりと滴下した。反応混合物を63℃で約1時間反応させ、反応液のヨウ化カリウムでんぷん紙の反応が陰性であることを確認した。次いで、反応混合物を約75℃に加熱した後、30%過酸化水素水(11.34g,1.0eq)をゆっくりと滴下した。反応混合物を約75℃で2.5時間反応させた後の反応液はヨウ化カリウムでんぷん紙の反応で陽性を示した。加熱を止め、反応液のヨウ化カリウムでんぷん紙の反応が陰性になるまで亜硫酸水素ナトリウムを加えた。反応液を濾過して不溶物を除去した後の濾液を減圧下で濃縮し、アセトン(200ml)で抽出した。この抽出液を硫酸ナトリウムで乾燥させた後、減圧下で濃縮して、ビス(2−ヒドロキシエチル)スルホンを無色油状物(15.0g)として得た。収率は約97%。
次に、ビス(2−ヒドロキシエチル)スルホン(3.75g,25mmol)を脱水ジクロロメタン(70mL)中に加え、フラスコ内をアルゴンガスで置換した後、トリエチルアミン(7.29g,72mmol)を加えた。混合物を約−10℃に冷却した後、アクリル酸クロライド(5.43g,60mmol)を系内温度が、−10〜−5℃になるようにゆっくりと滴下し、その後、2時間室温下で攪拌した。析出物を濾過によって取り除き、濾液を水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥させた後、減圧下で濃縮して茶色油状物を得た。得られた油状物をカラムクロマトグラフィー(Wakogel C300 200g)により精製して、淡黄色油状物(3.9g)得た。この淡黄色油状物は、下記1H−NMR及びIRから、ビス(2−アクリロキシエチル)スルホンであることが確認された。収率は約59%。
1H−NMR(CDCl3)δ3.45(t,4H),4.62(t,4H),5.91−5.94(dd,2H),6.11−6.17(m,2H),6.43−6.47(dd,2H)
IR(NaCl)2990,2937,1728,1635,1621,1457,1411,1323,1296,1271,1184,1127,1072,984,809,723cm−1
<2−アクリロキシエチルエチルスルフィド(参考例1)の合成>
合成例1における2−ヒドロキシエチルエチルスルホキシドの代りに、2−(エチルチオ)エタノールを用いた点以外は、合成例1と同様にして無色油状物を得た。この無色油状物は、下記1H−NMR及びIRから、下記〔化14〕に示す2−アクリロキシエチルエチルスルフィドであることが確認された。収率は約83%。
1H−NMR(CDCl3)δ1.28(t,3H),2.61(q,2H),2.80(t,2H),4.32(t,2H),5.84−5.87(dd,2H),6.11−6.16(m,2H),6.41−6.45(dd,2H)
IR(NaCl)2967,2929,1727,1636,1620,1454,1407,1297,1269,1183,1056,983,810,666cm−1
<2−メタクリロキシエチルエチルスルフィド(参考例2)の合成>
参考合成例1におけるアクリル酸クロライドの代りに、メタクリル酸クロライドを用いた点以外は、参考合成例1と同様にして無色油状物を得た。この無色油状物は、下記1H−NMR及びIRから、下記〔化15〕に示す2−メタクリロキシエチルエチルスルフィドであることが確認された。収率は約82%。
1H−NMR(CDCl3)δ1.28(t,3H),1.95−1.96(dd,3H),2.61(q,2H),2.80(t,2H),4.31(t,2H),5.58−5.59(m,1H),6.12−6.13(m,1H)
IR(NaCl)2965,2929,1785,1719,1637,1453,1404,1376,1320,1296,1160,1049,1011,975,942,814,653cm−1
モノマー化合物(表1記載の化合物)を950mg、重合開始剤2−メチル−1−〔4−(メチルチオ)フェニル〕−2−モルフォリノプロパン−1−オン(チバジャパン製IRGACURE−907)を50mgの比率で混合したものをマグネティックスターラーで混合して評価用試料を調製した。
これらの試料について、以下のようにして、光重合反応性、光硬化性及びインク組成物の臭気を評価した。評価結果を表1に示す。
SII製DSC−7020とHAYASHI WATCH−WORKS製スポット光源(LA−410UV)を組み合わせた測定装置(以下、Photo−DSCという)を用いて、評価用試料の光重合反応性評価を実施した。尚、照射光には波長365nmの光を用い、光量は200mW/cm2とした。
光照射後に進行する重合反応に伴う発熱量をPhoto−DSCで測定したが、モノマー化合物の重合反応が終了するのに十分な時間光照射した場合の発熱量の測定を、一つの試料に対して二度繰り返して実施した。一回目の測定で得られる発熱量は、モノマー化合物の重合反応に伴う発熱量に加えて、光照射に伴う発熱量も含んでいる。そこで、一回目の測定で重合反応が終了している試料に対して、同じ条件で再度光照射を行ってモノマーの重合反応熱以外の発熱量を測定した。そして、一回目と二回目の発熱量の差から、モノマー化合物の重合反応に伴う発熱量を得た。
この発熱特性において、光照射開始から最大発熱量に到達するまでの時間をT1(sec.)として、光重合反応の速さを比較する指標とした。
REOLOGICA製粘弾性測定装置VAR200ADと浜松ホトニクス製LED光源(LIGHTNINGCURE LC−L1)を組み合わせた測定装置(以下、Photoレオメーター)を用いて評価用試料の光重合による硬化性の評価を実施した。
測定は、φ20mmコーンプレートを用いて10μmのギャップに試料を挟み、LEDを光源とする光(365nm、50mW/cm2)を照射して、硬化に伴う粘弾性の変化を測定し、弾性率(Pa)が飽和した点で硬化終了とした。測定結果から弾性率の到達点を求め硬化レベルの指標とした。通常、1×104(Pa)のレベルで十分硬化しているレベルにあると言える。また、弾性率が飽和するまでに照射された光エネルギー(硬化エネルギー)は、照射光強度(ここでは、50mW/cm2)と光を照射した時間(sec.)の積によって算出される。
評価用試料(インク組成物)の臭いを嗅いだときの不快感を次の基準で評価した。
〔判定基準〕
○:臭いをほとんど感じず不快ではない。
×:特有の悪臭により不快感が生じる。
△:○と△の中間
このような視点で比較例を見ると、比較例1〜3はいずれも不快な臭気を有し実用に適さない。更に、比較例1では、光重合反応性に優れるものの、重合反応後の硬化物は弾性率が低く硬化不十分である。また、比較例2では、重合反応後も全く硬化しない。
Claims (7)
- 前記式(1)〜(3)におけるmが2であることを特徴とする請求項1記載のインクジェット記録用インク組成物。
- 前記式(1)のモノマーにおけるXが炭素数1〜4のアルキル基であることを特徴とする請求項2記載のインクジェット記録用インク組成物。
- 請求項1〜5のいずれかに記載のインクジェット記録用インク組成物を備え、該インク組成物をインクジェット方式で吐出する手段を備えたインクジェット装置。
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