JP2019217680A - 印刷物 - Google Patents

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【課題】 本発明は、活性エネルギー線硬化型インク中のモノマーが浸透しにくい受理層を用いた場合であっても、活性エネルギー線硬化型インクと受理層の付着性に優れ、印刷物からの未反応モノマーの放散量が少ない印刷物を提供することを目的とする。【解決手段】 基材上に、重合性化合物を含む活性エネルギー線硬化性インクによるインク層を有し、該インク層の上に表面保護層を積層してなる印刷物であって、該インク層のモノマー放散速度が10.0μg/m2・h以下であり、該表面保護層のモノマー放散速度が1.0μg/m2・h以下である印刷物。【選択図】なし

Description

本発明は、基材上に、活性エネルギー線硬化性インクからなるインク層および表面保護層を積層してなる印刷物に関する。
従来より、プラスチックや建築板等の基材を加飾するため、インクジェットプリンターを用いる印刷方法が利用されている。インクジェットプリンターによる加飾においては、基材上に直接インクを印刷する場合もあるが、インク受理層を基材上に設けて該インク受理層上で印刷を行うことも広く行われている。近年では、硬化時間が短く、生産性に優れる活性エネルギー線硬化型インクが着目されており、活性エネルギー線硬化性インクを用いた印刷システムの開発が行われている。
このような活性エネルギー線硬化性インクにより加飾された印刷物は、製造後間もない期間は独特の臭気が伴う場合があり、インクまたは印刷物の臭気の低減が求められる。特に用いられたインクに含まれるモノマー放散量の低減が課題であった。特許文献1には、インク中に含まれるモノマーと光重合開始剤の含有量を調整することでモノマー臭の低減を図っているインクが開示されている。特許文献2には、インク塗布ユニットにオゾン発生手段を設けることによりモノマー臭気を抑えることが開示されている。
特開2005−154537号公報 特開2010−208042号公報
活性エネルギー線硬化性インクを用いた印刷を行った場合、活性エネルギー線硬化性インク中のモノマーが未硬化の状態でインク層内に残存し、加飾後の製品から未反応モノマーが放散する場合がある。特に、吸収性基材上やインク受理層上に印刷を行った場合には、活性エネルギー線硬化性インク中のモノマーが未硬化の状態でインク層だけでなく受理層内にも残存しやすいため、加飾後の製品から未反応モノマーが多く放散しやすい。
また、活性エネルギー線硬化性インクの観点から、インク硬化後の未反応モノマーを少なくする方法として、モノマーと光重合開始剤の含有量を調整する方法や照射エネルギー量を多くする方法があるが、これらの方法では光重合開始剤を過剰量使用したり、過剰な照射エネルギー量が必要になるため、無駄が多く、場合によってはインク膜の耐候性、発色性等の膜特性が低下する可能性もある。また、吸収性基材上やインク受理層上に活性エネルギー線硬化性インクを印刷する場合においては、これらの方法だけでは受理層内に残存する未反応モノマーを少なくするには十分ではない。
また、臭気の少ないモノマーを使用する方法もあるが、インクの設計幅が十分に得られず、インク膜の耐候性、発色性等の膜特性を十分に満足することが難しい場合がある。また、インク塗布ユニットにオゾン発生手段を設ける方法も開示されているが、製造設備のコスト増加につながる懸念がある。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、活性エネルギー線硬化性インクを用いた印刷物からの未反応モノマーの放散量が少ない印刷物を提供することを目的とする。
本発明者らは、下記によって本発明の目的が達成されることを見出した。
(1) 基材上に、重合性化合物を含む活性エネルギー線硬化性インクによるインク層を有し、該インク層の上に表面保護層を積層してなる印刷物であって、該インク層のモノマー放散速度が10.0μg/m・h以下であり、該表面保護層積層後のモノマー放散速度が1.0μg/m・h以下である印刷物。
(2) 前記インク層は、溶解度パラメータ(以下SP値ともいう)が9.50〜13.0であるエチレン性不飽和モノマー由来の少なくとも1種の構造単位を25〜85質量%含有する重合体を含むインク受理層上に設けられる前記1記載の印刷物。
(3) 前記重合性化合物に含まれる単官能モノマーの割合が50質量%以上である前記1または2に記載の印刷物。
(4) 前記インク層を形成するエチレン性不飽和モノマーのSP値の質量平均値と、前期表面保護層を形成する表面保護層形成組成物中に含まれる有機溶剤成分のSP値の差の絶対値が0.70以下である印刷物。
本発明によれば、活性エネルギー線硬化性インクを用いた印刷物からの未反応モノマーの放散が少ない印刷物を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について詳細に述べる。
<印刷物>
本発明の印刷物は、基材上に、重合性化合物を含む活性エネルギー線硬化性インクによるインク層を有し、該インク層の上に表面保護層を積層してなる印刷物であって、該インク層のモノマー放散速度が10.0μg/m・h以下であり、該表面保護層積層後のモノマー放散速度が1.0μg/m・h以下であることを特徴とする。
≪モノマー放散速度≫
本発明では、インク層のモノマー放散速度が10.0μg/m・h以下であり、表面保護層を設けた後のモノマー放散速度が1.0μg/m・h以下である。本発明のインク層のモノマー拡散速度が10.0μg/m・hであっても、表面保護層を設け、インク層に含まれるモノマーのSP値の質量平均値と、表面保護層形成組成物中に含まれる有機溶剤成分のSP値との差の絶対値を0.70以下とすることにより、モノマー放散速度が1.0μg/m・h以下を達成することができる。特にさらにインク受理層を使用した場合、効果が顕著である。
≪インク層≫
本発明のインク層は、活性エネルギー線硬化性インクを、例えば、インクジェットプリンターによる印刷(即ち、インクジェット方式)等の印刷手段によって、後述するインク受理層上に印刷した後、硬化させることで形成することができる。インク層の厚みは、特に制限されず、例えば5〜50μmである。
本発明で硬化のために使用される活性エネルギー線としては、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ又は紫外線LEDが挙げられ、照射する活性エネルギー線の波長は、光重合開始剤の吸収波長と重複していることが好ましく、活性エネルギー線の主波長が360〜425nmであることが好ましい。
≪インク受理層≫
本発明においては、基材上に、重合性化合物を含む活性エネルギー線硬化性インクによるインク層を直接形成してもよいが、基材とインク層の付着性やインク層の発色性の観点から、インク受理層を設けることが好ましい。
本発明のインク受理層は、基材表面にインク受理層用塗料を塗布し、その後、乾燥等により成膜させることによって形成することができる。
本発明のインク受理層用塗料は、樹脂を含む樹脂粒子の水分散体を含み、この樹脂において、環状構造を有するモノマー由来の構造単位の比率が0を超えて28質量%以下であるものが好ましく使用される。
上記樹脂としては、特に限定されず、例えば、環状構造を有しないモノマー由来の構造単位を含むポリマー、環状構造を有しないモノマー由来の構造単位と環状構造を有するモノマー由来の構造単位とを含むポリマーが挙げられる。環状構造を有しないモノマー由来の構造単位及び環状構造を有するモノマー由来の構造単位の各々は、単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
環状構造を有するモノマーとしては、例えば、脂環式基含有不飽和炭化水素、芳香環含有不飽和炭化水素、脂環式基含有不飽和カルボン酸、脂環式基含有不飽和カルボン酸エステル、脂環式基含有不飽和カルボン酸アミド、芳香環含有不飽和カルボン酸、芳香環含有不飽和カルボン酸エステル、芳香環含有不飽和カルボン酸アミド、脂環式基含有アルコキシシラン、芳香環含有アルコキシシラン等が挙げられる。上記脂環式基及び上記芳香環は、環中に窒素原子、酸素原子等のヘテロ原子を有してもよいし、置換基を有してもよい。
上記脂環式基としては、特に限定されず、例えば、シクロアルキル基(例えば、シクロヘキシル基)、シクロアルケニル基(例えば、シクロヘキセニル基)等の脂環式炭化水素基;ピペリジル基等の脂環式複素環基が挙げられる。上記芳香環としては、特に限定されず、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環等の芳香族炭素環;ピリジン環等の芳香族複素環が挙げられる。
脂環式基含有不飽和炭化水素の具体例としては、ビニルシクロヘキサン等が挙げられる。芳香環含有不飽和炭化水素の具体例としては、スチレン等が挙げられる。脂環式基含有不飽和カルボン酸の具体例としては、3−シクロヘキシルアクリル酸等が挙げられる。脂環式基含有不飽和カルボン酸エステルの具体例としては、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、グリシジルメタクリレート、1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジルメタアクリレート等が挙げられる。
脂環式基含有不飽和カルボン酸アミドの具体例としては、N−シクロヘキシル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。芳香環含有不飽和カルボン酸の具体例としては、3−フェニル(メタ)アクリル酸等が挙げられる。芳香環含有不飽和カルボン酸エステルの具体例としては、フェニル(メタ)アクリレート等が挙げられる。芳香環含有不飽和カルボン酸アミドの具体例としては、N−フェニル(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。脂環式基含有アルコキシシランの具体例としては、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
芳香環含有アルコキシシランの具体例としては、3−フェノキシプロピルトリメトキシシラン、3−フェノキシプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。インク受理層の発色性の観点等から、シクロヘキシルメタクリレート、スチレン、グリシジルメタクリレート、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジルメタアクリレート等が好ましい。
環状構造を有しないモノマーとしては、特に限定されず、例えば、直鎖状又は分岐状の不飽和炭化水素、直鎖状又は分岐状の不飽和カルボン酸、直鎖状又は分岐状の不飽和カルボン酸エステル、直鎖状又は分岐状の不飽和カルボン酸アミド等が挙げられる。直鎖状又は分岐状の不飽和炭化水素の具体例としては、エチレン、プロピレン等が挙げられる。直鎖状又は分岐状の不飽和カルボン酸の具体例としては、(メタ)アクリル酸等が挙げられる。
直鎖状又は分岐状の不飽和カルボン酸エステルの具体例としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート等のアルキル(メタ)アクリレート;アリル(メタ)アクリレート等のアルケニル(メタ)アクリレート;3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン等の3−(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリアルコキシシラン等が挙げられる。直鎖状又は分岐状の不飽和カルボン酸アミドの具体例としては、ダイアセトン(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。
環状構造を有しないモノマーとしては、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、ブチルメタクリレート、メタクリル酸、ダイアセトンアクリルアミド、3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、アリルメタクリレートが好ましい。
なお、本明細書において、(メタ)アクリル酸とは、アクリル酸又はメタクリル酸を意味し、(メタ)アクリレートとは、アクリレート又はメタクリレートを意味し、(メタ)アクリルアミドとは、アクリルアミド又はメタクリルアミドを意味する。
上記樹脂において、環状構造を有するモノマー由来の構造単位の比率は、0を超えて28質量%以下、好ましくは0.01〜26質量%、より好ましくは0.1〜25質量%である。環状構造を有するモノマーのわずかな存在は、ドット径の調整に効果が期待できる。
上記樹脂は、溶解度パラメータが9.50〜13.0であるエチレン性不飽和モノマー由来の少なくとも1種の構造単位を好ましくは25〜85質量%含有する重合体である。
なお、本明細書において、エチレン性不飽和モノマーとは、分子中に二重結合を有し、かつ、この二重結合への付加を通じて重合反応を起こすモノマーをいう。エチレン性不飽和モノマーとしては、特に限定されず、例えば、環状構造を有しないモノマー及び環状構造を有するモノマーとして上記で例示したもののうち、上記二重結合を有するものが挙げられる。
上記樹脂の計算ガラス転移温度としては、未反応モノマーを減少させる観点から、好ましくは−15〜85℃であり、より好ましくは−10〜50℃であり、更により好ましくは−5〜40℃である。上記計算ガラス転移温度が−15℃以上であると、乾燥後に粘着感が残りにくい。
上記計算ガラス転移温度が85℃以下であると、乾燥が遅くなりにくい。本明細書において、計算ガラス転移温度とは、Foxの式により計算されたガラス転移温度をいう。
上記樹脂を含む樹脂粒子の水分散体の製造方法は、例えば、常法に従い、水を主成分とする水性媒体中で、環状構造を有しないモノマー、環状構造を有しないモノマーと環状構造を有するモノマーとの組み合わせ等を乳化重合に供することにより製造することができる。
上記樹脂の含有量はインク受理層を形成する成分に対して、10〜60質量%が好ましく、20〜45質量%が更に好ましい。上記含有量が10〜60質量%であると、当該印刷を行った後にモノマーが残存しにくく、発色性に優れる性能を保持しつつ、インク受理層とインク層又はインク受理層と表面保護層との付着性を高めることができる。
本発明に係るインク受理層用塗料は、上記水分散体の他に、顔料を含んでもよい。顔料としては、特に限定されず、塗料業界において一般的に使用される着色顔料(例えば、白色顔料)、防錆顔料、体質顔料等が挙げられる。
着色顔料、防錆顔料、及び体質顔料の具体例としては、酸化チタン、ベンガラ、黄色酸化鉄、カーボンブラック、トリポリりん酸アルミニウム、りん酸亜鉛、縮合りん酸アルミニウム、メタホウ酸バリウム、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、カオリン、タルク、クレー、マイカ、アルミナ、ミョウバン、白土、水酸化マグネシウム、及び酸化マグネシウム等の無機顔料や、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ナフトールレッド、キナクリドンレッド、ベンズイミダゾロンイエロー、ハンザイエロー、ベンズイミダゾロンオレンジ、及びジオキサジンバイオレット等の有機顔料が挙げられる。顔料は、単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記顔料の含有量はインク受理層を形成する成分に対して、35〜85質量%が好ましく、40〜75質量%が更に好ましい。上記含有量が35〜85質量%であると、当該印刷を行った後にモノマーが残存しにくく、発色性に優れる性能を保持しつつ、インク受理層とインク層又はインク受理層と表面保護層との付着性を高めることができる。
本発明に係るインク受理層用塗料は、更に、成膜助剤を含んでもよい。成膜性の観点から、成膜助剤の含有量は、上記塗料に対し、好ましくは0〜10質量%である。
本発明に係るインク受理層用塗料には、上記した成分以外にも、塗料業界で通常使用される添加剤、例えば、光重合開始剤、光安定剤、重合禁止剤、有機溶剤、酸化防止剤、シランカップリング剤、可塑剤、消泡剤、表面調整剤、湿潤分散剤、レオロジーコントロール剤、紫外線吸収剤、粘度調整剤、防腐剤等を本発明の目的を害しない範囲内で適宜選択して配合してもよい。
本発明に係るインク受理層用塗料の乾燥物からなる塗膜の吸インク率は、100%以下であり、好ましくは90%以下であり、より好ましくは85%以下である。上記吸インク率が100%以下であると、活性エネルギー線硬化性インク中のモノマーが未硬化の状態で受理層内に残存する量を低減でき、当該受理層を備える加飾後の製品から臭気が発生するのを効果的に抑えることができる。なお、本明細書において、吸インク率とは、実施例中に記載する方法により測定される量をいう。
また、本発明に係るインク受理層用塗料の乾燥物からなる塗膜の伸び率を10%以上に調整することにより、塗膜の靱性が得られる傾向がある。塗膜の伸び率については、後述する樹脂の分子間架橋密度や顔料の含有量により、調整することができる。
本発明に係るインク受理層用塗料中の上記樹脂粒子において、上記樹脂の分子間に架橋が存在することが好ましい。上記樹脂の分子間に架橋が存在すると、(1)架橋密度が高まるほど、インク受理層への活性エネルギー線硬化性インクの浸透が抑えられるので、上記インク中のモノマーが未硬化の状態で受理層内に残存する量を低減しやすく、当該受理層を備える加飾後の製品から臭気が発生するのを効果的に抑えることができ、また、(2)上記モノマーや溶剤に対するインク受理層の耐溶解性が向上しやすい。
上記樹脂の分子間における架橋は、上記樹脂を製造する際の原料モノマーとして、架橋性のモノマー、例えば、3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、グリシジルメタクリレート、アリルメタクリレート等を併用することで、導入することができる。例えば、エポキシ基はアクリル酸やメタクリル酸などのカルボキシル基と反応する。上記樹脂の分子間における架橋の導入に用いられる架橋性のモノマーは、単独で用いることも、2種以上を併用することもできる。
本発明に係るインク受理層用塗料において、上記粒子間に架橋が存在することが好ましい。上記粒子間に架橋が存在すると、架橋密度が高まるほど、インク受理層への活性エネルギー線硬化性インクの浸透が抑えられるので、上記インク中のモノマーが未硬化の状態で受理層内に残存する量を低減しやすく、当該受理層を備える加飾後の製品から臭気が発生するのを効果的に抑えることができる。
上記粒子間における架橋は、上記樹脂を製造する際の原料モノマーとして、架橋性のモノマー、例えば、ダイアセトンアクリルアミド、N−(ブトキシメチル)アクリルアミド等を併用することで、導入することができる。
粒子間における架橋としては、例えば、オキサゾリン基を有する化合物、アジピン酸ジヒドラジド等の架橋剤を介して導入されるもの、樹脂同士が粒子間で自己架橋することにより導入されるものも挙げられる。オキサゾリン基を有する化合物を用いる場合には、樹脂中のカルボキシル基が架橋反応に関与する。アジピン酸ジヒドラジドを用いる場合には、樹脂中のカルボニル基が架橋反応に関与する。
原料モノマー中にN−(ブトキシメチル)アクリルアミドが含まれる場合には、加熱することにより、ブトキシ基が脱離し、メチロール基が生成した後に、互いに異なる粒子上に存在する樹脂同士で自己架橋する。上記粒子間における架橋の導入に用いられる架橋性のモノマー及び架橋剤の各々は、単独で用いることも、2種以上を併用することもできる。
≪活性エネルギー線硬化性インク≫
本発明の活性エネルギー線硬化性インクは、着色顔料を含む。着色顔料としては、公知の材料が使用でき、例えば、カーボンブラック、黄色酸化鉄、弁柄、複合酸化物(ニッケル・チタン系、クロム・チタン系、ビスマス・バナジウム系、コバルト・アルミニウム系、コバルト・アルミニウム・クロム系、ウルトラマリンブルー)、酸化チタン等の無機顔料や、キナクリドン系、ジケトピロロピロール系、ベンズイミダゾロン系、イソインドリノン系、アンスラピリミジン系、フタロシアニン系、スレン系、ジオキサジン系、アゾ系等の有機顔料が挙げられる。なお、耐候性の観点から、無機顔料を用いることが好ましい。
上記インク中において、上記着色顔料の含有量は、特に限定されるものではない。上記含有量は、インクの発色性の観点から、2〜20質量%であることが好ましい。
上記インクは、分散剤を含むことが好ましい。分散剤としては、アニオン性分散剤、カチオン性分散剤及びノニオン性分散剤が好ましい。なお、分散剤は、市販品を好適に使用することができる。
≪重合性化合物≫
本発明の活性エネルギー線硬化性インクは、活性エネルギー線重合性モノマー等の重合性化合物を含む。活性エネルギー線重合性モノマーとは、紫外線等の活性エネルギー線の照射により重合反応を起こすモノマーであり、例えば、活性エネルギー線照射時に反応性を示す官能基として、アクリロイルオキシ基や、メタクリロイルオキシ基やビニル基を有するものが好適である。
活性エネルギー線重合性モノマー等の重合性化合物の重合後に得られる硬化物は、バインダーとして機能する。
本発明の重合性化合物は、ガラス転移温度(以下Tgと略することもある)が−35〜35℃であることを特徴とする。このTgの重合性化合物とすることにより、活性エネルギー線硬化性インクに含まれるモノマーが浸透しにくい受理層を用いた場合であっても、受理層との付着性に優れたインク層を形成することができる。
活性エネルギー線重合性モノマーは、官能基数が1である単官能モノマー、官能基数が2である2官能モノマー及び官能基数が3以上の多官能モノマーを使用することができる。
上記活性エネルギー線重合性モノマーのうち、単官能モノマーは、その分子量が1000以下であるものが好ましく、具体例としては、アクリロイルモルホリン、ステアリルアクリレート、トリデシルアクリレート、ラウリルアクリレート、デシルアクリレート、イソデシルアクリレート、オクチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、N,N−ジメチルアクリルアミド、2−フェノキシエチルアクリレート、イソボルニルアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、ジシクロペンテニルアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、イソアミルアクリレート、2−エチルヘキシル−ジグリコールアクリレート、EO(エチレンオキシド)変性2−エチルヘキシルアクリレート、ネオペンチルグリコールアクリル酸安息香酸エステル、N−ビニル−2−ピロリドン、N−ビニルカプロラクタム、N−ビニルイミダゾール、テトラヒドロフルフリルアクリレート、メトキシジプロピレングリコールアクリレート、(2−メチル−2−エチル−1,3−ジオキソラン−4−イル)メチルアクリレート、環状トリメチロールプロパンフォルマルアクリレート、エトキシ−ジエチレングリコールアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート等が挙げられる。なお、これら単官能モノマーは、一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記活性エネルギー線重合性モノマーのうち、2官能モノマーは、その分子量が1000以下であるものが好ましく、具体例としては、1,10−デカンジオールジアクリレート、2−メチル−1,8−オクタンジオールジアクリレート、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオールジアクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、1,8−オクタンジオールジアクリレート、1,7−ヘプタンジオールジアクリレート、ポリテトラメチレングリコールジアクリレート、3−メチル−1,5−ペンタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、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、トリプロピレングリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、及びジプロピレングリコールジアクリレート等が挙げられる。なお、これら2官能モノマーは、一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記活性エネルギー線重合性モノマーのうち、3官能以上の多官能モノマーは、その分子量が2000以下であるものが好ましく、具体例としては、トリメチロールプロパントリアクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、プロポキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、エトキシ化グリセリントリアクリレート、テトラメチロールメタントリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、EO変性ジグリセリンテトラアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、及びジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等が挙げられる。なお、これら多官能モノマーは、一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記インク中において、活性エネルギー線重合性モノマーの含有量は、反応性の観点から、1〜95質量%であることが好ましく、70〜95質量%であることが更に好ましい。また、残存モノマーを低減させる観点から、単官能モノマーの含有量は、20〜85質量%であることが好ましく、さらには50〜85質量%であることが好ましい。
上記インクは、アクリレートオリゴマーを使用してもよい。アクリレートオリゴマーとは、アクリロイルオキシ基(CH=CHCOO−)を一つ以上有するオリゴマーであり、官能基数は2〜6であることが好ましい。また、アクリレートオリゴマーは、分子量が2000〜20000であることが好ましい。なお、該分子量は、ポリスチレン換算の重量平均分子量である。
アクリレートオリゴマーの具体例としては、アミノアクリレートオリゴマー[アミノ基(−NH)を複数持つアクリレートオリゴマー]、ウレタンアクリレートオリゴマー[ウレタン結合(−NHCOO−)を複数持つアクリレートオリゴマー]、エポキシアクリレートオリゴマー[エポキシ化合物とアクリル酸との反応により得られるエポキシアクリレートを複数持つオリゴマー]、シリコーンアクリレートオリゴマー[シロキサン結合(−SiO−)を複数持つアクリレートオリゴマー]、エステルアクリレートオリゴマー[エステル結合(−COO−)を複数持つアクリレートオリゴマー]及びブタジエンアクリレートオリゴマー[ブタジエン単位を複数持つアクリレートオリゴマー]等が挙げられる。上記インク中において、アクリレートオリゴマーの含有量は、例えば0.4〜20.0質量%である。
上記インクには、光重合開始剤、光安定剤、重合禁止剤等を配合することが好ましく、更には、上述した成分以外にも、インク業界で通常使用される添加剤、例えば、水、有機溶剤、酸化防止剤、シランカップリング剤、可塑剤、防錆剤、pH調整剤、消泡剤、荷電制御剤、応力緩和剤、浸透剤、表面調整剤等を本発明の目的を害しない範囲内で適宜選択して配合してもよい。
上記インクにおいて、印刷時の温度における表面張力は20〜35mN/mであることが好ましく、また、印刷時の温度における粘度は、5〜15mPa・sであることが好ましい。なお、印刷時のインクの温度は、特に制限されないが、環境温度に影響されず、安定的に管理可能な範囲、例えば35〜50℃であることが好ましい。
上記インクは、上記着色顔料と、活性エネルギー線重合性モノマーと、必要に応じて適宜選択される各種成分とを混合することによって調製できる。
≪表面保護層(クリアー層ともいう)形成組成物≫
本発明の表面保護層は、例えば、表面保護層用のクリアー塗料組成物をインク層と、場合により露出した基材又はインク受理層の表面に塗布し、その後、乾燥等により成膜させることによって形成できる。本発明の表面保護層形成に使用される塗料組成物としては、溶剤系塗料、水系塗料各種クリアー塗料を使用することができる。
本発明におけるクリアー塗料とは、透明性の塗料を指し、下層の塗膜層を着色により隠蔽しない塗料を意味するが、下述のように、光沢及び/又は意匠等の仕上がり外観を調整するために、各種体質顔料又は樹脂ビーズ等を適宜添加することができる。
本発明のクリアー塗料組成物には、インク層を形成する活性エネルギー線硬化性インクに含まれる重合性モノマーの質量平均SP値に対し、SP値差の絶対値が0.70以下である有機溶剤成分を含む。活性エネルギー線硬化性インクに含まれる重合性モノマーの質量平均SP値と、クリアー塗料に含まれる有機溶剤成分のSP値差の絶対値を0.70以下とすることにより、モノマー放散量の少ない印刷物を得ることができる。
この機構としては、インク層中に残存したモノマー成分とクリアー塗料に含まれる有機溶剤成分のSP値の差を小さくすることによって、インク層中に残存したモノマー成分は、クリアー塗料含まれる有機溶剤成分に溶出し易くなり、クリアー塗料の乾燥・硬化工程の際に、効率よく共沸するため、印刷物のモノマー放散量が低減すると考えられる。有機溶剤成分は、インク層を形成する活性エネルギー線硬化性インクに合わせて、適宜選択することができる。
なお、SP値の質量平均値は下記式で表される。
質量平均値=SP1×W1/ρ1+SP2×W2/ρ2+・・・+SPn×Wn/ρ
式中、SP1、SP2、・・・、SPnは、各モノマーのSP値であり、W1、W2、・・・、Wnは、重合性化合物における各モノマーの質量分率であり、ρ1、ρ2、・・・、ρnは、各モノマーの密度である。
本発明のクリアー塗料組成物に使用される樹脂としては、アクリル樹脂、アルキッド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂及びフッ素樹脂等の各種合成樹脂を使用することができるが、特に限定されない。これらの樹脂の内、2種類以上の樹脂を組み合わせて用いることもできる。
本発明のクリアー塗料組成物としては、表面保護を主目的とするが、その他に下記に示すような各種機能性を付与するための添加剤等を使用することができる。
耐候性向上を目的として、クリアー塗料組成物へ、紫外線吸収剤等の光安定剤を使用することができ、それら光安定剤の内2種以上を組み合わせて使用することもできる。
光沢及び意匠等の仕上がり外観を調整するために、各種体質顔料又は樹脂ビーズ等を添加することができ、これら2種以上を組み合わせることができる。
下層のインク層及び/またはインク受理層及び/または基材との付着性を向上させるために、シランカップリング剤等を添加してもよい。
その他にも、塗料分野で一般的に使用される増粘剤、分散剤、消泡剤、沈降防止剤、防カビ剤又は防腐剤等を適宜添加することができる。
本発明のクリアー塗料組成物の塗布方法としては、従来公知の塗布方法を特に制限無く使用することができ、具体的には、エアスプレー塗装、エアレススプレー塗装、静電塗装、ロールコーター塗装、フローコーター塗装等が挙げられる。
本発明のクリアー塗料組成物の乾燥・硬化方法としては、クリアー塗料組成物の種類に応じて、常温乾燥、熱風や赤外線照射による強制乾燥、活性エネルギー線照射等が挙げられる。インク層中の残存モノマー成分を効率よく低減するために、熱エネルギーを伴う乾燥・硬化手法がより好適である。
≪基材≫
基材としては、特に限定されず、例えば、単板、合板、パーティクルボード、中密度繊維板(MDF)等の木材を原料とする木質建材板;窯業系サイディングボード、フレキシブルボードや、珪酸カルシウム板、石膏スラグバーライト板、木片セメント板、石綿セメント板、パルプセメント板、プレキャストコンクリート板、軽量気泡コンクリート(ALC)板、石膏ボード等の窯業建材板;及びアルミニウム、鉄、ステンレス等の金属建材板等が挙げられる。基材の表面性状は、特に制限はなく、表面が平滑なものであっても、凹凸形状を有するものであってもよい。また、基材は、シーラーやプライマー等によって下地処理が施されていてもよい。基材の厚みは、特に制限されず、例えば3〜30mmである。
≪インク受理層の形成方法≫
本発明のインク受理層は、本発明に係るインク受理層用塗料を上記基材上に塗布し、乾燥、硬化させることで形成することができる。塗布の方法としては、特に限定されず、例えば、エアスプレー塗装、エアレススプレー塗装、静電塗装、ロールコーター塗装、フローコーター塗装等が挙げられる。インク受理層の厚みは、特に制限されず、例えば10〜50μmである。
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。なお、実施例中、「部」及び「%」は、特に断らない限り、それぞれ質量部及び質量%を意味するものとする。
<樹脂粒子水分散体1の調製(合成例1)>
攪拌機、還流冷却管、温度計、滴下装置、窒素導入管を備えた5つ口フラスコに、イオン交換水386部及びポリオキシエチレン−1−(アリルオキシメチル)アルキルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩(第一工業製薬(株)製;アクアロンKH10)10部を仕込み、反応器内を窒素で置換しながら、80℃まで昇温した。その後、反応器に、過硫酸アンモニウムを4部加え、次いで予め別容器にて撹拌混合しておいた、スチレン97部、KBM403を29部、LA82を10部、メチルメタクリレート473部、ブチルアクリレート280部、メタクリル酸39部、ダイアセトンアクリルアミド49部、イオン交換水579部を3.5時間かけて連続滴下した。その後、撹拌を続けながら80℃で5時間熟成した後、室温まで冷却した。その後、28質量%アンモニア水溶液を用いてpH9まで中和し、樹脂粒子水分散体1(表1に記載)を得た。
本発明において計算Tgは、次のFOX式により求められる理論計算値である。
1/Tg=W1/Tg1+W2/Tg2+・・・+Wn/Tgn
式中、Tgは、計算Tg(°K)であり、W1、W2、・・・、Wnは、各モノマーの質量分率であり、Tg1、Tg2、・・・、Tgnは、各モノマーのホモポリマーのガラス転移温度(°K)である。
Figure 2019217680
・ST;スチレン
・KBM403;3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製)
・LA82;1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジルメタアクリレート(ADEKA社製)
・MMA;メチルメタクリレート
・BA;ブチルアクリレート
・MAA;メタクリル酸
・DAAM;ダイアセトンアクリルアミド
<インク受理層用塗料1の調製>
表2に示す配合に従い、原料とチタニアビーズとを混合した後、ビーズミルで分散した。分散後、チタニアビーズを取り除き、インク受理層用塗料1を調製した。
Figure 2019217680
1)酸化チタン、密度3.8g/cm、(TITONE R−62N,堺化学社製)
2)重質炭酸カルシウム、密度2.7g/cm、平均粒子径 2μm(丸尾カルシウム製)
3)SNデフォーマー1316(サンノプコ社製)
4)ASE−60(ロームアンドハース社製)
5)Proxel AM(アーチケミカルズ社製)
6)TINUVIN 1130(BASF社製)
7)サノール LS−292(三共化成社製)
<活性エネルギー線硬化性インクの調製>
表3に示す配合処方に従い、原料とジルコニアビーズ(φ0.5mm)とを混合した後、ビーズミルで分散した。分散後、ジルコニアビーズを取り除き、黒色のUVインク(以下、UVインクともいう。)を調製した。
Figure 2019217680
8)MA100(カーボンブラック顔料、三菱化学(株)製商品名)
9)ライトアクリレートPO−A(フェノキシエチルアクリレート、共栄社化学(株)製商品名)比重:1.2,官能基数:1、Tg:−22℃、SP値:10.4
10)ライトアクリレートP2H−A(フェノキシジエチレングリコールアクリレート、共栄社化学(株)製商品名)比重:1.2,官能基数:1、Tg:−35℃、SP値:10.2
11)ライトアクリレートIB−XA(イソボルニルアクリレート、共栄社化学(株)製商品名)比重:1.2,官能基数:1、Tg:94℃、SP値:8.87
12)ライトアクリレートEC−A(エトキシ-ジエチレングリコールアクリレート、共栄社化学(株)製商品名)比重:1.2,官能基数:1、Tg:−70℃、SP値:9.96
13)ライトアクリレートDPM−A(メトキシジプロピレングルコールアクリレート、共栄社化学(株)製商品名)比重:1.2,官能基数:1、Tg:−30℃、SP値:9.69
14)CTFA(環状トリメチロールプロパンホルマールアクリレート、大阪有機化学工業(株)製商品名)比重:1.2,官能基数:1、Tg:27℃、SP値:9.95
15)4−HBA(4-ヒドロキシブチルアクリレート、大阪有機化学工業(株)製商品名)比重:1.2,官能基数:1、Tg:−32℃、SP値:10.8
16)ライトアクリレートTHF−A(テトラヒドロフルフリルアクリレート、共栄社化学(株)製商品名)比重:1.2,官能基数:1、Tg:−12℃、SP値:10.1
17)プラクセルFA−2D(ラクトン変性アクリレート、(株)ダイセル製商品名)比重:1.2,官能基数:1、Tg:−40℃、SP値:10.5
18)DAAM(ダイアセトンアクリルアミド、日本化成(株)製商品名)比重:1.2,官能基数:1、Tg:77℃、SP値:11.5
19)HEA(2-ヒドロキシエチルアクリレート、大阪有機化学工業(株)製商品名)比重:1.2,官能基数:1、Tg:−15℃、SP値:11.4
20)IDAA(イソデシルアクリレート、大阪有機化学工業(株)製商品名)比重:1.2,官能基数:1、Tg:−62℃、SP値:8.98
21)ライトアクリレート1,6HX−A(1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、共栄社化学(株)製商品名)比重:1.2,官能基数:2、Tg:63℃、SP値:9.82
22)ライトアクリレート1,9ND−A(1,9−ノナンジオールジアクリレート、共栄社化学(株)製商品名)比重:1.2,官能基数:2、Tg:68℃、SP値:9.63
23)ライトアクリレートDCP−A(ジメチロール-トリシクロデカンジアクリレート、共栄社化学(株)製商品名)比重:1.2,官能基数:2、Tg:187℃、SP値:9.72
24)ライトアクリレートTMP−A(トリメチロールプロパントリアクリレート、共栄社化学(株)製商品名)比重:1.2,官能基数:3、Tg:62℃、SP値:9.90
25)IRGACURE TPO(アシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤、BASF製商品名)
26)IRGACURE 184(アルキルフェノン系光重合開始剤、BASF製商品名)
27)KAYACURE DETX−S(2,4−ジエチルチオキサントン、日本化薬(株)製商品名)
28)DISPERBYK−2155(BYK社製商品名)
29)BYK−UV3500(BYK社製商品名)
なお、活性エネルギー線硬化性インクの表面張力は、温度45℃にて表面張力計(協和界面化学製CBVP−Z)を用いて測定した。また、活性エネルギー線硬化性インクの粘度は、温度45℃、ずり速度10s−1にてレオメーター(AntonpaarPysica社製MCR301)を用いて測定した。
<表面保護層用塗料組成物(以下、「クリアー塗料」という。)の調製例>
表4、5に示す配合処方に従い、原料を混合して、クリアー塗料を調製した。
Figure 2019217680
Figure 2019217680
30)ポリデュレックスG613(アクリルシリコーン樹脂系エマルジョン、旭化成(株)製商品名)
31)ルミフロン FE−4400(フッ素樹脂エマルション、旭硝子(株)製商品名)
32)アクリセット EX−41(アクリル樹脂エマルション、(株)日本触媒製商品名)
33)ユーダブル E−670(HALS含有アクリル樹脂エマルション、(株)日本触媒製商品名)
34)JONCRYL 538(アクリル樹脂エマルション、BASF製商品名)
<建築板(加飾試験板)の製造例>
1.基材
スレート板(150mm×70mm×5mm、TP技研社製)の表面に水系シーラー(大日本塗料製、製品名:水性マイティーシーラーマルチ)を塗布量100g/mとなるようにエアスプレーで塗装し、室温で2時間乾燥することにより、基材を作製した。
2.インク受理層
シーラー塗装済みの基材を60℃に加温した状態で、基材のシーラー塗装面に、上述のインク受理層用塗料を塗布量120g/m(乾燥膜厚30μm相当)となるようにエアレススプレーで塗装した。その後、100℃で3分間乾燥させて、インク受理層を形成させた。なお、基材温度の測定は、赤外線放射型非接触温度計(ISK−8700II、アズワン(株)社製)を用いて行った。
3.インク層
インク受理層を作製した後、基材温度を50〜60℃に調整した状態で、インクジェットプリンターを用いて、上記で調製したUVインク(黒色)の階調パターン(記録濃度を10%から100%まで20%刻みで段階的に記録したベタ画像)を形成させた。この際、インク吐出時のインクの温度は45℃であった。パターン形成後、メタルハライドランプにより、ピーク照度800mW/cmで積算光量300mJ/cmの紫外線を照射して、インクを硬化させた。なお、基材温度の測定は、赤外線放射型非接触温度計(ISK−8700II、アズワン(株)社製)を用いて行った。
4.表面保護層
インクを硬化させた後、硬化塗膜の表面温度が50℃になるよう調整した状態で、上述のクリアー塗料を塗布量が80g/m(乾燥膜厚25μm相当)になるよう塗装した。塗装後、80℃で20分乾燥させ、表面保護層を形成させた。なお、表面温度の測定は、赤外線放射型非接触温度計(ISK−8700II、アズワン(株)社製)を用いて行った。
[評価方法]
以下の方法で、表面保護層積層後の印刷物の発色性、付着性、耐水性、耐候性、インク層積層後の印刷物のモノマー放散速度、表面保護層積層後の印刷物のモノマー放散速度を評価した。測定結果を表11〜13に示す。なお、特に指定の無い場合は、23℃50%RHの雰囲気下で評価を行った。
(1)発色性
加飾試験板作製1日後の階調パターンについて、肉眼及びマイクロスコープで観察することによって、発色性を評価した。評価基準は以下の通りである。
〇:インク本来の色が、ムラなく均一に印刷されており滲みもない。
×:階調パターンにムラ、擦れ、及び/又は滲みがある。
(2)付着性(JIS K5600−5−6:1999に準拠)
作製した印刷物にカッターナイフを用いて縦横2mm間隔で切れ目を入れ、100マス目を作製して、セロテープ(登録商標)剥離試験を行った。なお、評価基準は以下の通りである。
○:分類0〜1
△:分類2
×:分類3〜5
なお、JIS K 5600−5−6:1999の8.3に記載される分類0〜5は以下の通りである。
・分類0:カットの縁が完全に滑らかで、どの格子の目にもはがれがない。
・分類1:積層塗膜の残存率が95〜99%。
・分類2:積層塗膜の残存率が85%以上95%未満。
・分類3:積層塗膜の残存率が65%以上85%未満。
・分類4:積層塗膜の残存率が0%%以上65%未満。
・分類5:分類4でも分類できないはがれ程度のいずれか。
(3)耐水性(JIS K 5600−6−2:1999に準拠)
作製した印刷物を、40℃に保った恒温水槽中に浸漬し、240時間後に取り出して乾燥させた。その後、発生した膨れ、白化等の外観の観察をし、また、付着性を上記(2)の方法と同様の方法で評価した。なお、評価基準は以下の通りである。
◎:膨れ、白化等の外観異常が無く、付着性が分類0である。
○:膨れ、白化等の外観異常が無く、付着性が分類1である
△:膨れ、白化等の外観異常が無く、付着性が分類2〜3である。
×:膨れ、白化等の外観異常が見られる。付着性が分類4〜5である。
(4)促進耐候性(JIS K 5600−7−7:2008に準拠)
作製した印刷物を、JIS K 5600−7−7に記載のキセノンランプ法に従い、ウェザオメーターCi4000(アトラス社製)により促進耐侯性試験を実施した。試験時間1000時間まで実施し、塗膜外観を目視で評価し、付着性を上記(2)の方法と同様の方法で評価した。なお、評価基準は以下の通りである。
〇:膨れ、白亜化、クラック等の外観異常が無く、付着性が分類0〜1である。
△:膨れ、白亜化、クラック等の外観異常が無く、付着性が分類2〜3である。
×:膨れ、白亜化、クラック等の外観異常が見られる。付着性が分類4〜5である。
(5)モノマー放散速度
JIS A 1901:2015に準じ、小型チャンバーを用いたガスクロマトグラフィー測定によりインク層積層後の印刷物、及び表面保護層積層後の印刷物のモノマー放散速度を算出した。モノマー放散速度が1.0μg/m・h以下であれば、モノマー放散量が少ないといえる。
1.20Lチャンバー内を温度28℃、湿度50%RH、換気回数0.5回/hに設定し、1時間安定化させた。
2. チャンバー内の空気を採取し、試験体をセットする前のモノマー検出量(バックグラウンド)を測定した。
3.試験体をチャンバー内にセットし、モノマーを2時間放散させた。測定は、試験体作製から1時間後に、試験体温度が28℃まで低下した時点で行った。
4.チャンバー内の空気を採取し、試験体を入れた後のモノマー検出量を測定した。
5.標準試薬から作成した検量線を用いてモノマー濃度を算出し、下式より各モノマーの放散速度を算出した。
(式)
EFa=Ct×n/L
EFa:単位面積当たりのモノマー放散速度(μg/m・h)
n:換気回数(回/h)
Ct:経過時間tにおけるチャンバー内のモノマーの濃度
L: 試料負荷率(m/m)(試験片の表面積に対する小型チャンバー容積の比率)
<評価結果>
Figure 2019217680
Figure 2019217680
Figure 2019217680
Figure 2019217680
Figure 2019217680
Figure 2019217680
上記の通り、実施例の印刷物は、未反応モノマーの放散量が少ない印刷物であり、印刷物の外観及び耐久性にも優れている。一方で、比較例1〜9は、重合性化合物の溶解性パラメータ(A)と水系塗料に含まれる有機溶剤成分の溶解性パラメータ(B)の差 |(A)−(B)|が0.70を超えており、表面保護層のモノマー放散速度が大きい結果となった。また、表面保護層を形成する水系塗料を塗装後、表面保護層のガラス転移温度以上の温度で乾燥させなかった比較例10においても、表面保護層のモノマー放散速度が大きい結果となった。

Claims (4)

  1. 基材上に、重合性化合物を含む活性エネルギー線硬化性インクによるインク層を有し、該インク層の上に表面保護層を積層してなる印刷物であって、該インク層のモノマー放散速度が10.0μg/m・h以下であり、該表面保護層形成後のモノマー放散速度が1.0μg/m・h以下である印刷物。
  2. 前記インク層は、溶解度パラメータが9.50〜13.0であるエチレン性不飽和モノマー由来の少なくとも1種の構造単位を25〜85質量%含有する重合体を含むインク受理層上に設けられる請求項1記載の印刷物。
  3. 前記重合性化合物に含まれる単官能モノマーの割合が50質量%以上である請求項1または2に記載の印刷物。
  4. 前記活性エネルギー線硬化性インクに含まれる重合性モノマーの溶解度パラメータの質量平均値と、前記表面保護層を形成する組成物に含まれる有機溶剤成分の溶解度パラメータの差の絶対値が0.70以下である請求項1に記載の印刷物。




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