(57)【要約】【課題】ホットメルトインクに有用な優れたキャリア材料、およびそのようなキャリア材料を有するインクを提供すること。【解決手段】ホットメルトインク用の固体ジエステルは、重合脂肪酸を、必要に応じてジアミンの存在下で長鎖第一級一価アルコールと反応させることによって調製される。この長鎖アルコールは、少なくとも約20個の炭素原子を有し、好適には24個またはそれより多くの炭素原子を有する。液体重合脂肪酸を一価アルコールとエステル化することによって、室温では固体であり且つ約150℃より低い融点を有するジエステルを提供する。このジエステルは、着色剤および／または他の画像生成材料を用いて処方され、ホットメルト印刷、例えばホットメルトインクジェット印刷、グラビア印刷、または凹版印刷用のインクを提供することが可能である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
約２当量の液体重合脂肪酸を、約ｘ当量のC20+一価直鎖第一級アルコールおよび約ｙ当量のジアミンと反応させることによって調製され、ｘ＋ｙが約２に等しく且つｙが０〜約１である、固体ジエステル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、ホットメルトインク、その成分、およびそのようなインクを用いた印刷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
ホットメルトインクは、室温では固体であり、ホットメルトインクが基材に付与する高温では融解していることを特徴とする。ホットメルトインクは、インクジェットプリンタにおいて幅広く使用されており、また凹版印刷およびグラビア印刷における使用を提案されてきた。
【０００３】
インクジェット印刷は、紙、プラスチックフィルム、金属箔等の基材に接触せずに印刷する周知のプロセスである。一般に、インクジェット印刷は、非常に小さなオリフィスを介して液体インクの噴流を噴出する。噴出後、この噴流は、分散距離として公知のオリフィスから一定の距離において、一様な大きさの微小な液滴に分かれる。このインクの液滴は基材に当たるまで空気中を進み、それによりインクが基材上に画像を形成する。
【０００４】
ジェットインクを印刷装置の印刷ヘッドから基材に画像様式で方向づけるために、様々な技術が開発されてきた。即時滴下（drop-on-demand）と呼ばれる１つの技術では、印刷ヘッドは基材の上方を通過し、インクが基材上に望ましく配置されるときにその場所においてのみインクの液滴を噴出する。即時滴下技術は、一般に卓上インクジェットプリンタに使用される。
【０００５】
対照的に、連続噴流ジェット印刷（continuous stream jet printing）として公知のプロセスでは、印刷ヘッドは、基材の上方を通過する間または基材が印刷ヘッドを通過する間、絶えずインク液滴を噴出している。案内システムが印刷ヘッドと基材との間に配置されているので、インク液滴は、基材上の特定の位置か、または、噴出している液滴を基材に接触させてはならない場合には、再循環溝かのいずれかに方向づけられる。典型的な連続噴流インクジェットプリンタは電荷を与えられることが可能なインクを使用し、案内システムは帯電したインク液滴と相互に作用し且つインク液滴を所望の位置に方向づける静電界である。連続噴流ジェットインク印刷は、卓上印刷よりも産業印刷において、より一般的に見られる。
【０００６】
即時滴下または連続噴流のいずれかのインクジェット印刷に適したジェットインクは、液体ジェットインクまたはホットメルトジェットインクのいずれかに分類することが可能である。どちらのタイプのインクも、典型的には着色剤およびキャリアの両方を含む。ここで、キャリアとは、着色剤を溶解または懸濁する何らかの材料である。液体ジェットインクは、室温では液体であり、噴出される前に印刷ヘッドに貯蔵されるときには、典型的にはほぼ室温である。単純な液体ジェットインクは、水性のキャリアおよび着色剤としての水溶性の染料から成る。液体ジェットインクが基材に接触した後、溶剤は、典型的には着色剤から蒸発または逃げ、それによりインクが最初に基材に接触した場所に、着色剤が目に見える状態で残る。
【０００７】
対照的に、ホットメルトジェットインクは、室温では固体であり、インクジェット印刷ヘッドから噴出される前に融解状態まで加熱される。融解ホットメルトインクは、典型的には室温である基材に接触すると冷却し、そして凝固する。単純なホットメルトインクは、キャリアとしてのワックスおよび着色剤としての顔料または染料から成る。ホットメルトインクのすべてまたはほぼすべての成分は、融解インクが基材に接触した場所に残る。すなわち、ホットメルトインクは、ほとんどまたは全く逃げるまたは蒸発することがない。
【０００８】
ジェットインク印刷に使用されるインク組成物は、一定の特性を有していなければならない。インク組成物は、ジェットインク印刷プロセス中に使用される特定の１組の条件のもとで、一貫した分散の長さ、液滴の粘度、および、少なくとも連続噴流ジェット印刷においては、一定した液滴の電荷を表すことが非常に望ましい。これらの要件を満たすために、ジェットインク組成物は、安定した粘度および抵抗の特性を有していなければならず、時間が経つにつれて乾燥してしまってはならない。
【０００９】
液体ジェットインクが直面する主要な問題点の１つは、インクが相当量の水および／または有機溶剤を含むことによるものである。水および／または有機溶剤は静置されると蒸発するので、これらのインク組成物は乾いて固まる。これにより、印刷ヘッドのオリフィスが塞がれてしまう。さらなる問題点は、揮発性溶剤の損失によって、インクの粘度が増大し、それによりインクの性能を実質的に変化させることである。また、紙などの多孔質の基材は、多量の液体ジェットインクを用いて印刷すると、しわが寄る、および／または歪む傾向がある。さらに、液体ジェットインク中に存在する有機溶剤は、基材に接触した後に蒸発し得、これにより付近にいる人々に健康上の問題を引き起こし得る。
【００１０】
液体ジェットインク中の揮発性溶剤の存在に関連する別の問題点は、溶剤が、典型的には多孔質である印刷された基材内部に着色剤を滲出させ、その結果、印刷の解像度が乏しくなることである。特殊コーティングを施した多孔質基材はこの問題を克服し得るが、そのような特殊な基材は高価であり、「普通紙」すなわち標準的なコーティングされていないシート上で良く機能する、例えば複写印刷などの他のタイプの印刷には通常必要ではない。少なくとも事務所の設定においては、インクジェット印刷を含むすべての印刷が、「普通紙」または標準的なスライド（transparency）上に行われることが非常に望ましい。
【００１１】
ホットメルトインクは、液体インクに優る多くの利点を提供する。例えば、液体インクが多孔質基材上に着色剤を配置するために使用される場合、着色剤は、液体キャリアが基材内部に入り込む際に基材内部に運ばれる傾向にある。これは、印刷の密度の低下および印刷の解像度の若干の低下を引き起こす。しかし、ホットメルトインクが急速に凝固することによって、着色剤が基材表面に固定され、それに対応して印刷の密度および解像度が増大する。さらなる利点は、ホットメルトインクの印刷に関連してしわが寄ることがほとんどまたは全くないことである。この利点は、液体インクを印刷する状況と明確な対照を成す。さらに別の利点は、ホットメルトインクは、こぼさずに運搬することが液体インクよりも容易なことである。
【００１２】
いくつかの理由から、着色剤の基材への付着もまた、ホットメルト印刷において優れ得る。例えば、ホットメルトインク中のキャリアはすべて、液体インクを用いた印刷において起きるように着色剤から蒸発するまたは逃げるのではなく、着色剤と共に印刷された基材の表面にとどまるので、ホットメルトキャリアの方が、着色剤の基材表面への固定を補助するのに有効である。また、室温において固体のキャリアは当然、液体キャリアよりも良い固定特性を有する。
【００１３】
ジェットインク印刷を具体的に見てみると、ホットメルトインクは、本質的に揮発性の成分を有していないという利点を提供する。それゆえ、ホットメルトインクでは成分の蒸発がなく、したがって、液体インクに関して見られた成分の蒸発に対応するインクの粘度変化、固化、および溶剤の蒸発による健康上の危険性に関する問題がない。
【００１４】
かなりの程度に、キャリアの特性はジェットインクの特性を決定する。従来技術は、ホットメルトジェットインクにおいて、ときにビヒクル、バインダ、または固体有機溶剤と呼ばれるキャリアとして使用され得るいくつかの材料を開示している。特許文献１は、セバシン酸のジエステル（固体直鎖（solid linear）、C10ジカルボン酸）および12またはそれより少ない炭素を有するパラフィン族アルコールの使用を開示している。特許文献２は、天然ワックスの使用を開示している。特許文献３は、C20-24酸またはアルコールの使用を開示している。特許文献４は、芳香族スルホンアミドの使用を開示している。特許文献５は、短鎖ポリアミドの使用を開示している。特許文献６は、ステアリン酸のエチルエステル（固体直鎖、C18カルボン酸）の使用を開示している。特許文献７は、トール油ロジンの使用を開示している。上記は、ホットメルトインクキャリアに関する従来技術の例示である。
【００１５】
特許文献８は、エステルワックスの調製を開示している。このエステルワックスは、固体脂肪族ワックスアルコール（約70℃の凝固点を有する天然または合成の炭化水素の酸化によって得られる）と反応させた、固体脂肪族モノカルボン酸と固体脂肪族ジカルボン酸との混合物（パラフィンおよび／またはモンタン蝋の酸化によって調製される）から調製される。このワックスエステルは、床磨きに有用であると言われている。
【００１６】
特許文献９は、最少28の炭素原子を有する第一級分枝アルコールをポリマー性脂肪酸と反応させることによって調製された、高分子量のエステルを開示している。このエステルは、室温では液体であり、それゆえホットメルトインクには不適であるが、潤滑剤、剥離剤、可塑剤、溶剤、またはそのような組成物用の変性添加剤（modifieradditive）として有用であると言われている。
【特許文献１】米国特許第3,653,932号明細書
【特許文献２】米国特許第4,390,369号明細書
【特許文献３】米国特許第4,659,383号明細書
【特許文献４】米国特許第4,820,346号明細書
【特許文献５】米国特許第4,830,671号明細書
【特許文献６】米国特許第5,151,120号明細書
【特許文献７】米国特許第5,354,368号明細書
【特許文献８】英国特許第909,363号明細書
【特許文献９】国際公開第86/00300号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ホットメルトインク用のキャリアの分野においてかなり多くの研究が行われてきたにも関わらず、当該分野においては、ホットメルトインクに有用な優れたキャリア材料、およびそのようなキャリア材料を有するインクが依然として必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
発明の要旨
本発明は、約２当量の液体重合脂肪酸を、約ｘ当量のC20＋一価直鎖アルコールおよび約ｙ当量のジアミンと反応させることによって調製される、固体ジエステルに関する。ここで、ｘ＋ｙは約２と等しく、ｙは０〜約１である。
【００１９】
本発明はまた、約２当量の液体重合脂肪酸を、約ｘ当量のC20＋一価直鎖第一級アルコールおよび約ｙ当量のジアミンと反応させる、固体ジエステルを調製するプロセスに関する。ここで、ｘ＋ｙは約２と等しく、ｙは０〜約１である。
【００２０】
本発明の別の局面は、画像形成成分および上記の固体ジエステルを含む、ホットメルトインク組成物に関する。
【００２１】
本発明のさらに別の局面は、ジェット印刷の方法である。この方法は、画像形成成分を上記の固体ジエステルと混合し、それによりホットメルトインクを調製する工程と、ホットメルト印刷用に設計された印刷ヘッドの内部で上記のホットメルトインクを融解する工程と、融解ホットメルトインクを上記の印刷ヘッドから基材上に噴射する工程とを包含する。
【００２２】
本発明のさらなる局面は、グラビア印刷および凹版印刷の方法である。この方法は、画像形成成分を上記の固体ジエステルと混合し、それによりホットメルトインクを調製する工程と、ホットメルトインクを融解して融解インクを調製する工程と、グラビアまたは凹版印刷板を融解インクと接触させて、板上に融解インクを有する印刷板を提供する工程と、次いで板上に融解インクを有する印刷板を基材と接触させ、印刷板から基材に画像を転写する工程とを包含する。
【００２３】
本発明によると、以下が提供され、上記目的が達成される。
（項目１）約２当量の液体重合脂肪酸を、約ｘ当量のC20+一価直鎖第一級アルコールおよび約ｙ当量のジアミンと反応させることによって調製され、ｘ＋ｙが約２に等しく且つｙが０〜約１である、固体ジエステル。
（項目２）約40℃〜約150℃の融点を有する、項目１に記載のジエステル。
（項目３）約60℃〜約130℃の融点を有する、項目１に記載のジエステル。
（項目４）150℃において約300cPより低い粘度を有する、項目１に記載のジエステル。
（項目５）130℃において約100cPより低い粘度を有する、項目１に記載のジエステル。
（項目６）約20より小さい酸価を有する、項目１に記載のジエステル。
（項目７）前記重合脂肪酸が約180〜約200の酸価を有する、項目１に記載のジエステル。
（項目８）前記重合脂肪酸が水素添加した重合脂肪酸である、項目１に記載のジエステル。
（項目９）前記重合脂肪酸が、約10重量パーセントより少量の三量体酸と約90重量パーセントより多量の二量体酸とを含む、項目１に記載のジエステル。
（項目１０）前記ジアミンがH2N-R-NH2の分子式を有し、ＲがC2〜約C36炭化水素およびC2〜約C36ポリ（アルキレンオキシ）から選択される、項目１に記載のジエステル。
（項目１１）前記ジアミンが、エチレンジアミン、1,6-ヘキサンジアミン、および1,10-デカンジアミンから成る群より選択される、項目１に記載のジエステル。
（項目１２）前記一価アルコールが20〜約26個の炭素原子を有する、項目１に記載のジエステル。
（項目１３）前記一価アルコールが一価アルコールの混合物であり、該混合物が約60〜約180の水酸基価を有する、項目１に記載のジエステル。
（項目１４）前記混合物が約70〜130の水酸基価を有する、項目１３に記載のジエステル。
（項目１５）ｙが約0.33より小さい、項目１に記載のジエステル。
（項目１６）ｙが０である、項目１に記載のジエステル。
（項目１７）画像形成成分と項目１に記載のジエステルとを含む、ホットメルトインク組成物。
（項目１８）前記画像形成成分が着色剤である、項目１７に記載のホットメルトインク組成物。
（項目１９）約75℃〜約175℃の温度で約1cP〜約50cPの粘度を有する、項目１７に記載のホットメルトインク組成物。
（項目２０）約110℃〜約130℃の温度で約5cP〜約15cPの粘度を有する、項目１７に記載のホットメルトインク組成物。
（項目２１）画像形成成分を項目１に記載のジエステルと混合してホットメルトインクを調製する工程と、ホットメルト印刷用に設計された印刷ヘッド内部に該ホットメルトインクを融解状態で貯蔵する工程と、融解ホットメルトインクを該印刷ヘッドから基材上に噴射する工程とを包含する、印刷方法。
（項目２２）画像形成成分を項目１のジエステルと混合してホットメルトインクを調製する工程と、該ホットメルトインクを融解して融解インクを調製する工程と、グラビア印刷板または凹版印刷板を該融解インクと接触させて、該融解インクをその上に有する印刷板を提供する工程と、次いで該融解インクをその上に有する該印刷板を基材と接触させて、該印刷板から該基材に画像を転写する工程とを包含する、印刷方法。
（項目２３）約２当量の液体重合脂肪酸を、約ｘ当量のC20+一価直鎖第一級アルコールおよび約ｙ当量のジアミンと反応させる工程を包含し、ｘ＋ｙが約２に等しく且つｙが０〜約１である、固体ジエステルを調製するプロセス。
（項目２４）ｙが０である、項目２３に記載のプロセス。
（項目２５）前記ジアミンがH2N-R-NH2の分子式を有し、ＲがC2〜約C36炭化水素およびC2〜約C36ポリ（アルキレンオキシ）から選択され、前記一価アルコールが20〜約26個の炭素原子を有する、項目２３に記載のプロセス。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
発明の詳細な説明
本発明は、ホットメルトインクの成分として有用な固体ジエステルに関し、特に、インクジェット印刷、凹版印刷、およびグラビア印刷用のホットメルトインクに関する。このジエステルは、液体重合脂肪酸、主としてジカルボン酸（二塩基酸としても公知である）を、必要に応じてジアミンの存在下で長鎖直鎖一価アルコールとエステル化することによって調製される。そのようなジカルボン酸と一価アルコールとの反応によって、室温では固体であり、約150℃より低い融点を有するジエステルが供給される。このジエステルは、着色剤および／または他の画像形成成分と処方され、ホットメルト印刷用のインクを提供することが可能である。
【００２５】
本発明の固体ジエステルの形成に使用される重合脂肪酸は、周知であり且つ商業的に古くからある材料であるので、非常に詳細には説明する必要はない。重合脂肪酸は、典型的には、長鎖不飽和脂肪酸、例えばC18モノカルボン酸を、脂肪酸が重合するように、粘土触媒の存在下で約200〜約250℃まで加熱することによって形成される。生成物は、典型的には、脂肪酸の二量体化によって形成された二量体酸、すなわちC36ジカルボン酸と、脂肪酸の三量体化によって形成された三量体酸、すなわちC54トリカルボン酸とを含む。重合脂肪酸は、典型的には、個々の二量体酸が飽和、不飽和、環状、非環状等であり得る構造の混合物である。脂肪酸の重合についてのより詳細な議論は、例えば米国特許第3,157,681号、およびNavalStores-Production, Chemistry and Utilization, D.F. Zinkel および J. Russel(eds.), Pulp. Chem. Assoc. Inc., 1989, 第２３章に見られる。
【００２６】
脂肪酸の重合は、三量体酸よりもはるかに多くの二量体酸を形成するので、たとえ三量体酸、さらにはより高重合生成物が二量体酸とともに存在していようと、当業者はしばしば重合脂肪酸を二量体酸と呼び得る。好適には、重合脂肪酸は、重合脂肪酸の総重量に基づいて約10重量パーセントよりも少ない三量体酸を含み、しかも二量体酸が重合脂肪酸の少なくとも約90重量パーセントを構成する。より好適には、二量体酸は、本質的に重合脂肪酸の全体を構成する。
【００２７】
重合脂肪酸を形成するために使用される典型的な不飽和脂肪酸には、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸等が含まれる。トール油脂肪酸は、木材パルプ加工の副生成物として得られる長鎖不飽和脂肪酸を含む混合物であり、本発明において有用な重合脂肪酸の調製に好適である。トール油脂肪酸が好適な長鎖脂肪酸供給源である一方で、重合脂肪酸は、その代わりに他の供給源（例えば大豆またはアブラナ）の不飽和脂肪酸の重合によっても調製され得る。
【００２８】
トール油脂肪酸は、典型的には幾らかの樹脂酸を含む。それゆえ、トール油脂肪酸の重合は、二量体酸を樹脂酸、二量体化樹脂酸、および脱カルボン酸樹脂酸などの不純物と組み合わせて形成し得る。これらの不純物は、本発明に有用な重合脂肪酸内に存在し得る。本発明に有用な典型的な重合脂肪酸の酸価は、約180〜約200のオーダーである。
【００２９】
本発明に有用な重合脂肪酸は、その幾つかの成分、例えば三量体酸および／または樹脂酸二量体が固体または半固体であろうと、液体である。しかし、二量体酸とともに存在する任意の成分との組み合わせは、25℃では液体である。
【００３０】
本発明の重合脂肪酸は、エステル化反応の前に水素添加され得る。または、エステル化反応の生成物が水素添加され得る。いずれにしても、水素添加は、わずかに高い融点をジエステルに提供する傾向にあり、また、ジエステルに幾分高い酸化安定性を持たせる傾向にある。
【００３１】
重合脂肪酸、二量体酸、およびその水素添加した変形物は、多くの業者から得られ得る。例えば、Union Camp Corporation (Wayne NJ)は、UNIDYME(R)の商標で重合脂肪酸を販売している。
【００３２】
本発明のジエステルは、ほぼ上記のような重合脂肪酸と長鎖直鎖一価アルコールとの反応生成物である。本発明に有用な長鎖アルコールは、少なくとも20個の炭素原子を有する。この長鎖アルコールは、典型的には約60個より多くの炭素原子を有することはないが、30個、40個、またはそれより多くの炭素原子を有し得る。C20+という記号は、本明細書においては、本発明に有用な一価アルコールに少なくとも20個の炭素原子、そして必要に応じて20個より多くの炭素原子があることを意味する。
【００３３】
本発明に有用なC20+一価アルコールは、25℃においては固体である。好適には、C20+一価アルコールは、分子式CnH2n+2Oを有する第一級飽和直鎖アルコールであり、ここでｎは少なくとも20である。
【００３４】
C20+一価アルコールは、このアルコールから形成されるジエステルが、少なくとも約40℃、好適には少なくとも約50℃、より好適には少なくとも約60℃の融点を有する固体であるように選択される。さらに、一価アルコールは、このアルコールから調製されるジエステルの融点が、約150℃より低く、好適には約140℃より低く、より好適には約130℃より低くなるように選択される。
【００３５】
本発明の組成物を調製する際に有用な適切な一価直鎖アルコールは、少なくとも約20個の炭素原子を有する本質的に純粋な一価アルコールであり得る。好適には、この本質的に純粋な一価アルコールは、単一の分子構造の少なくとも約90重量パーセントであり、より好適には単一の分子構造の少なくとも約95重量パーセントである。20個〜約26個の炭素原子を有する本質的に純粋な一価アルコールは、本発明における使用に十分適している。好適には、この本質的に純粋な一価アルコールは、少なくとも約22個の炭素原子、より好適には少なくとも約24個の炭素原子を有する。この本質的に純粋な一価アルコールに存在するすべての不純物の炭素原子の数は、好適には約10個より多く、より好適には約14個より多く、さらにより好適には約18個より多い。
【００３６】
20より多くの炭素原子を有する本質的に純粋な一価直鎖アルコールは、AldrichChemical Co., Inc. (Milwaukee, WI)およびM. Michel and Company, Inc. (New York, NY)を含む、多くの業者により市販されている。適切な純一価アルコールは、M.Michel and Company, Inc. (New York, NY)よりCachalot(R)として市販されている、ベヘニルアルコールである。
【００３７】
あるいは、一価直鎖アルコールは、ジカルボン酸と一価アルコール混合物との反応生成物が固体である限り、すなわち少なくとも約室温の融点を有する限り、一価アルコール混合物であり得る。好適には、一価アルコール混合物中の少なくとも約90％の一価アルコールが少なくとも約20個の炭素原子を有し、より好適には少なくとも約24個の炭素原子を有する。一価アルコール混合物中の残り10％の不純物は、一価アルコール混合物が少なくとも約60、好適には約70〜約130の水酸基価を有する限り、20個より少ない炭素原子を有し得る。
【００３８】
他の多くの技術の中でも、蒸気圧浸透圧測定（VPO）が、アルコール混合物の数平均分子量をキャラクタライズするために使用され得る。本発明において有用な一価アルコールの混合物は、VPOによって約200〜約800、好適には約300〜約600の数平均分子量を有する。純粋なC22一価直鎖アルコールは、VPOによって326の数平均分子量を有する。
【００３９】
適切なアルコール混合物は、例えばPetrolite Corporation (Tulsa, OK)からUNILIN(R)の商標で市販されている。
【００４０】
一価アルコールは、本質的に純粋なアルコールとして存在しようと、または一価アルコールの混合物中に存在しようと、直鎖アルキル基を有する。本発明において有用な例示的なアルコールには、1-エイコサノール（C20）、1-ドコサノール（C22、ベヘニルアルコールとしても公知である）、ドトリアコンタノール（C32）、テトラトリアコンタノール（C34）、ペンタトリアコンタノール（C35）、テトラコンタノール（C40）、テトラアコンタノール（C44）、ドペンタアコンタノール（C54）、テトラヘキサアコンタノール（C64）、ドヘキサアコンタノール（C72）等が含まれる。
【００４１】
ジアミンが、重合脂肪酸および一価アルコールを含む反応混合物に加えられ得る。本明細書で使用するジアミンという用語は、反応性アミン基を２つだけ有する有機分子を意味する。ジアミンが存在する場合、ジアミンによってアミドジエステルの形成が可能になる。しかし、重合脂肪酸と一価アルコールとの反応混合物中に存在するジアミンは、ほんの微量でなければならない。さもないと、得られるアミドジエステルの融解粘度が高くなりすぎてしまう。それゆえ、ジアミンと一価アルコールの混合物の総反応当量のわずかに約50％が、ジアミン成分によって寄与され得る。
【００４２】
言い換えれば、本質的に中性の生成物を形成するように、反応混合物が約２当量の重合脂肪酸、約ｘ当量の一価アルコール、および約ｙ当量のジアミンを含み、ｘ＋ｙ＝約２であるならば、ｙは約１より小さい。好適には、重合脂肪酸と反応性である当量の３分の１のみがジアミン成分から生じるように、ｙは約0.33より小さい。より好適には、ｙは0.25より小さく、さらにより好適にはｙは０に等しい。ｙが０であるとき、反応生成物はアミド結合を含まない。２当量の二塩基酸が反応に使用される場合にｘ＋ｙは正確に２に等しい必要はないが、好適には、生成物は本質的に中性、すなわち約20より小さい、好適には約10より小さい酸価を有する。
【００４３】
必要に応じてのジアミン成分は、反応性アミン基を２つだけ有し、この反応性アミン基は、好適には第一級アミン基である。反応性アミン基は、炭素、水素、および必要に応じて酸素原子から形成される有機成分と結合する。ここで、有機成分は、2〜約36個の炭素原子を有する。エチレンジアミンが2個の炭素原子を有する例示的なジアミンであるのに対し、二量体ジアミンは36個の炭素原子を有する例示的なジアミンである。ジアミン成分の炭素骨格は、飽和または不飽和であり得、例えば、1,6-ヘキサンジアミン（ヘキサメチレンジアミンとしても公知である）および1,12-ドデカンジアミンにおける直鎖アルキレン、イソホロンジアミンにおける環状アルキレン、またはキシレンジアミンにおけるアリールが挙げられる。Texaco,Inc. (Houston, TX)製のJEFFAMINE(R)ジアミン、すなわちポリ（アルキレンオキシ）ジアミンは、ポリエーテルジアミンとしても公知であり、アミン基が結合する有機成分中に炭素および酸素の両方を有する例示的なジアミンである。
【００４４】
1,6-ヘキサンジアミン、エチレンジアミンおよび1,10-デカンジアミンなどの好適なジアミンは、2〜約12個の炭素原子を有する。
【００４５】
本発明の固体ジエステルを調製するために、重合脂肪酸、一価アルコール、および必要に応じてジアミン成分が合わせされ得、生成混合物が加熱され得る。合わせる順番はいずれも適しており、加熱速度は特に重要ではない。最終加熱温度は、約200℃〜約250℃が適している。反応の進行状況は、試料を採取し、それらの試料の酸価および融解粘度を測定することによってモニターされる。
【００４６】
加熱の際、エステル化、および必要に応じてアミド化反応が起こるにつれて、水蒸気が放出される。好適には、水蒸気は、形成されるとすぐに凝縮されて反応混合物から除去され、それにより反応を完了させる。Dean-Starkトラップが、この目的のために適切に使用される。あるいは、水蒸気は、約20〜約200mtorrの適度な真空を適用することによって除去される。
【００４７】
エステル化またはエステル／アミド化反応の速度を上げるために、触媒が使用され得る。ここで、適切な触媒は、当該分野において周知であり、硫酸、リン酸、およびその他の無機酸と、酸化スズおよびチタン酸イソプロポキシドのような水酸化金属およびアルコキシドと、スズまたは亜鉛塩などの二価金属塩とを含む。触媒が存在する場合、触媒は少量、例えば反応混合物の総質量の約5重量％より少量、好適には反応混合物の総質量の約2％より少量、より好適には約1％より少量で使用するべきである。触媒の量が必要以上に多いと、ジエステルまたはアミドジエステルの調製コストが増大し、また、ホットメルトインクが配置される環境、例えば印刷ヘッドに有害であり得る残渣を残すことが多い。
【００４８】
ジエステルは、ホットメルトインク、特にジェットインクの成分として十分に適したものになるような、融点および融解粘度の特性を有する。それゆえ、ジエステルは室温では固体であり、約40℃〜約150℃、好適には約50℃〜約140℃、より好適には約60℃〜約130℃の融点を有し得る。ジエステルは、150℃で約300センチポアズ（cP）より低い、好適には140℃で約200cPより低い、より好適には130℃で約100cPより低い融解粘度をさらに有する。
【００４９】
本発明の好適なジエステルは、少なくとも部分的に透明であり、それゆえ、インク中の着色剤または他の画像形成成分の外見を妨げる、汚す、または隠すことがない。さらに、好適なジエステルは硬性であり、油性ではなく、そして非粘着性である。
【００５０】
本発明の別の局面は、画像形成成分と上記のようなジエステルとを含むホットメルトインク組成物である。画像形成成分は、任意の手段によって検出または観察され得る材料である。着色剤は、好適な画像形成成分であり、ここでは人間の目、または光学式文字読み取り装置によって視覚的に検出され得る。染料および顔料の両方とも適切な着色剤であり、本発明のホットメルトインクでの使用に適切な特定の染料および顔料の広範なリストは、米国特許第5,286,288号および同第5,122,187号の両方に記述されている。これら２つの特許の開示のすべてを、本明細書において参考のため援用する。
【００５１】
あるいは、画像形成成分は、適切な読み取り器によって走査可能な磁性材料、または特定の波長の光に露光すると検出可能な蛍光性材料であり得る。まれに、キャリア自体が画像形成成分の役割を果たし得る場合もあるが、より典型的には、キャリアは、高温において画像形成成分を懸濁および分散するように主として機能し、そして、印刷後に画像形成成分を基材に固定するのを助ける透明な材料である。
【００５２】
キャリアは、典型的には、ホットメルトインク組成物の約0.5〜約97重量パーセント、好適にはホットメルトインク組成物の約80〜約97重量パーセントを構成する。画像形成成分は、典型的には、ホットメルトインク組成物の約0.1〜約3重量パーセント、好適には約0.3〜約2重量パーセントを構成する。
【００５３】
本発明のホットメルトインク組成物は、着色剤およびジエステルの他に成分を含み得る。例えば、ホットメルトインクが連続ジェットインク印刷に使用される場合、インクは電解質を含み得る。電解質を含む場合、帯電したインクの粒子が通過しなければならない静電界を調節することによって、ホットメルトインクは、電荷を保有するようにされ得、帯電したホットメルトインクの液滴は、印刷用の基材、または再循環用の溝のいずれかに向けられ得る。本発明のホットメルトインク組成物に適切な電解質は、例えば米国特許第5,286,288号に開示されているような無機塩である。電解質が無機塩である場合、同様に米国特許第5,286,288号に開示されているような電解質溶媒和化合物および解離化合物が、好適にはホットメルトインク組成物中に存在する。
【００５４】
本発明のホットメルトインク組成物中に存在し得る他の成分には、腐食抑制剤、殺生剤、可塑剤、粘着性付与剤、界面活性剤、分散物質、酸化防止剤、レオロジー変性剤、およびUV安定剤のうちの１つまたはそれより多くが含まれる。
【００５５】
本発明のホットメルトインク組成物は概して、単に所望の成分を合わせて混合物を形成し、その混合物を撹拌しながら加熱して、ホットメルトインク組成物である融解した均一な組成物を形成することによって調製され得る。典型的には、約90℃〜約150℃の温度が、約5秒〜約10分間の撹拌後に均一な組成物を達成するのに適している。インクの一成分、例えばキャリアを融解し、次いで撹拌しながら他の成分を加えることも可能である。顔料がホットメルトインク組成物に含まれる場合には、成分の混合物を粉砕してインク中に顔料の均一な分散をもたらす必要があり得る。粉砕は、ボールミルまたはアトライタ（atritor）によって適切に達成され得る。
【００５６】
本明細書で使用する「ホットメルトインク」という用語は、室温では固体であり、ホットメルトインクを使用するプリンタの作動温度では液体であるインクを示す。ホットメルトインク用の典型的なプリンタは、インクを約110℃〜約130℃まで加熱する。それゆえ、本発明のホットメルトインクは、約75℃〜約175℃の温度で約1センチポアズ（cP）〜約50cPの粘度を有し、より好適には約90℃〜約150℃の温度で約2cP〜約20cPの粘度を有し、さらにより好適には約110℃〜約130℃の温度で約5cP〜約15cPの粘度を有する。
【００５７】
本発明のホットメルトインクは、多孔質または非多孔質であり得る多種多様の基材上に印刷するために使用され得る。例示的な基材には、プラスチック、プラスチックラミネート、ガラス、金属、紙、木材等が含まれる。このインクは、即時滴下プリンタおよび連続インクジェットプリンタに使用され得る。これらのプリンタは、多くの業者により市販されている。
【００５８】
ホットメルトインクはまた、グラビア印刷および凹版印刷に使用され得る。ホットメルトインクを用いてそのような印刷を達成するためには、上記のようなホットメルトインクを融解し、融解したインクをリザーバに貯蔵する。印刷板は、典型的にはホットメルトインクの融点より高温またはほぼ同じ温度まで温められ、次いで、この印刷版を、プールされた融解したホットメルトインクに接触させる。このようにして、液体インクを印刷板に移す現在の方法と本質的に同じ方法で、融解したインクをグラビア印刷板または凹版印刷板に移す。
【００５９】
次いで、インクを画像様式で基材に移すために、融解したホットメルトインクをその上に有する印刷板を基材に接触させる。基材は、典型的には室温であり、すぐにホットメルトインクの冷却を起こし、それによりインクを基材に固定させる。
【００６０】
以下の実施例は、本発明を説明する手段として記述されるものであり、本発明の限定と見なされるものではない。
【実施例】
【００６１】
実施例１
ジ（C38）アルキル二量体酸塩の調製
21.4gのEMPOL(R)1008二量体酸（HenkelCorp., Emery Group, Cincinnati, OH, 約72 meqの酸基）と、50.7gのUNILIN(R)550アルコール（PetroliteCorporation, Polymers Division, Tulsa, OK, 550の蒸気圧浸透圧測定（VPO）数平均分子量と85％の推定官能基純度と水酸基価76とを有するアルコール混合物；69meqの水酸基）とを220〜225℃まで加熱して３時間保持し、それにより硬性で、脆く、オフホワイトの、非粘着の、ほぼ不透明の固体を形成した。この固体の軟化点は99℃であり、粘度は130℃で21cPであった。
【００６２】
実施例２
1,6-ヘキサンジアミンを用いて変性したジ（C38）アルキル二量体酸塩の調製
53.1gのEMPOL(R)1008二量体酸（約180meqの酸）と、94.2gのUNILIN(R)550アルコール（128 meqの水酸基）と、2,7gの1,6-ヘキサンジアミン（ヘキサメチレンジアミンとも呼ばれる、HMDA、AldrichChemical, Milwaukee, WI, 46 meqのアミン）とを220〜225℃まで加熱して３時間保持し、それにより硬性で、脆く、黄褐色の、非粘着性の、半透明の固体を形成した。この固体の軟化点は103℃であり、粘度は130℃で28cPであった。
【００６３】
実施例３
1,6-ヘキサンジアミンを用いて変性したジ（C26）アルキル二量体酸塩の調製
29.5gのEMPOL(R)1008二量体酸（約104meqの酸基）と、22.5gのUNILIN(R)350アルコール（375の蒸気圧浸透圧測定（VPO）数平均分子量と85％の推定官能基純度と水酸基価129とを有するアルコール混合物；52meqの水酸基）と、3.0gのHMDA（52 meqのアミン）とを220〜225℃まで加熱して３時間保持し、それによりわずかに軟性で、可撓性の、黄褐色の、非粘着性の、半透明の固体を形成した。この固体は9未満の酸価と、77℃の軟化点と、130℃で45cPの粘度とを有していた。
【００６４】
実施例４
28.3gのEMPOL(R)1008二量体酸（約96meqの酸基）と、19.4gのCachalot BE(1-ドコサノール、M. Michel and Company, New York, NY, 58meq.)と、2.3gのHMDA（38 meqのアミン）とを220〜225℃まで加熱して３時間保持し、それにより半透明で硬性の固体を形成した。この固体の軟化点は73℃であり、粘度は130℃で33cPであった。
【００６５】
比較例１
ステアリルアルコール（Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI, 15.02g, 56 megの水酸基）と、二量体酸（EMPOL(R)1008,31.76g, 112 meqの酸）と、HMDA（3.23g, 56 meqのアミン）との混合物を、窒素を静かに吹きつけ（sweep）ながら223〜228℃まで３時間加熱する。室温まで冷却した生成物は透明で、ほぼ無色の、軟性の固体であった。この固体の手触りは脂を含んでおり、軟化点は75℃で、粘度は130℃で53cPであった。この材料は、これらの物理的特性により、ジェットインクにおける使用に不適切である。なぜなら、この材料は、軟らかすぎるため適切な摩擦抵抗を有することができず、脂を多く含むため適切な付着力を有することができず、そして非常に硬質であるためフィルムのような基材を湿らせることができないからである。
【００６６】
上記の実施形態における発明の広い概念から逸脱することなく、上記実施形態に変更を行うことが可能であることは、当業者によって理解される。したがって、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されず、添付された請求項によって規定される本発明の精神および範囲内において、改変を包含することを意図することが理解される。