JP2021155548A - 活性エネルギー線硬化性組成物、活性エネルギー線硬化性印刷インキ及び印刷物 - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、非反応性樹脂としてDAP樹脂を使用した印刷インキは、ポリエチレンテレフタレート樹脂製フィルム(以下「PETフィルム」という)への密着性が不十分である。そのため、DAP樹脂の代わりにポリエステル樹脂を使用してPETフィルムへの密着性を向上する方法が検討されている。
また、本発明は、前記活性エネルギー線硬化性組成物であって、さらに顔料を含有する活性エネルギー線硬化性印刷インキである。
また、本発明は、前記活性エネルギー線硬化性印刷インキの硬化物が基材の表面に定着している印刷物である。
また、本発明は、前記活性エネルギー線硬化性印刷インキを基材に印刷し、活性エネルギー線を照射して硬化させて当該インキを定着させる工程を含む前記の印刷物の製造方法である。
ポリエステル樹脂(A)は、少なくとも多価カルボン酸又はその無水物若しくはそのエステルを含むカルボン酸又はその無水物若しくはそのエステルである原料(a1)と、少なくとも多価アルコールを含むアルコールである原料(a2)を用いて得られたポリエステル樹脂である。
ポリエステル樹脂(A)において、原料(a2)由来の構成単位のモル数は、原料(a1)由来の構成単位のモル数以上である。
また、ポリエステル樹脂(A)において、(a1)由来の構成単位100モルに対して、3価以上のアルコール由来の構成単位は70モル以上である。3価以上のアルコール由来の構成単位の割合をこのようにすると、印刷インキに用いた場合に印刷適性におけるミスチング性が良好となる。また、ポリエステル樹脂(A)の3官能以上のラジカル重合性化合物(B)への溶解性が良好となる傾向がある。
原料(a1)は、カルボン酸又はその無水物若しくはそのエステル(以下、まとめて「カルボン酸類」ということがある)であり、少なくとも多価カルボン酸又はその無水物若しくはそのエステルを含む。原料(a1)は、一価のカルボン酸類を含んでいてもよい。多価カルボン酸としては、2価のカルボン酸を含むことが好ましい。
原料(a2)は、アルコールであり、少なくとも多価アルコールを含む。原料(a2)は、1価のアルコールを含んでいてもよい。ポリエステル樹脂(A)には、原料(a1)由来の構成単位100モルに対して、3価以上のアルコール由来の構成単位を70モル%以上含む必要があるので、原料(a2)としては3価以上のアルコールを用いる必要がある。
3価以上のアルコールとしては、例えば、ソルビトール、1,2,5,6−ヘキサンテトラオール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセロール、2−メチル−1,2,3−プロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼンなどが挙げられる。これらの中でも、グリセロール、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパンが好ましく、重合速度の調整しやすさの観点より、グリセロール、トリメチロールプロパンが特に好ましい。これらは1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
印刷インキの印刷適正をより向上させるためには、原料(a2)として3価以上のアルコールと2価のアルコールを併用することが好ましい。
1価のアルコールとしては、例えば、ベンジルアルコール等の炭素数30以下の芳香族アルコール;オレイルアルコール、ラウリルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール、ベヘニルアルコール等の炭素数30以下の脂肪族アルコールなどが挙げられる。これら1価のアルコールは、それぞれ1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
ポリエステル樹脂(A)の酸価(AV)は、0.1〜90mgKOH/gが好ましく、0.1〜85mgKOH/gがより好ましく、0.1〜80mgKOH/gがさらに好ましい。AVは、高いほど重合速度の制御が容易になる傾向にあり、低いほど吸湿を抑制できる傾向にある。AVは、後述する実施例に記載の方法により測定できる。
ポリエステル樹脂(A)のピークトップ分子量(Mp)は、700〜20000が好ましく、800〜10000がより好ましく、900〜5000がさらに好ましい。
ポリエステル樹脂のMw及びMpは、後述する実施例に記載の方法により測定できる。
ポリエステル樹脂(A)は、例えば、重合触媒の存在下に、原料(a1)及び原料(a2)と、必要に応じて他の成分を配合した原料単量体混合物を公知のポリエステル重合方法により重合することで製造できる。
ポリエステル樹脂(A)の製造に用いられる重合触媒としては、公知の触媒が利用できる。なかでもチタン系触媒は反応活性が高いのでポリエステル樹脂の生産性が高くなることに加えて、オリゴマー量を低減できる点で好ましい。ポリエステル樹脂の着色を低減させたい場合には、ゲルマニウム系触媒を使用してもよい。スズ系触媒やアンチモン系触媒は反応活性が高いという点で好ましい。
有機チタン化合物としては、例えば、アルコキシ基を有するチタンアルコキシド、カルボン酸チタン、カルボン酸チタニル、カルボン酸チタニル塩、チタンキレートが挙げられる。
有機チタン化合物は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
無機チタン化合物は1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
ポリエステル樹脂(A)の製造において、原料単量体混合物の各原料の仕込み比率は得られるポリエステル樹脂(A)の構成単位の比率と必ずしも一致しないので、得られるポリエステル樹脂(A)が次の条件を満足するように仕込み比率を設定する必要がある。
前述したように、ポリエステル樹脂(A)において、原料(a2)由来の構成単位のモル数は、原料(a1)由来の構成単位のモル数以上である。
また、ポリエステル樹脂(A)の3価以上のアルコール由来の構成単位は、原料(a1)由来の構成単位100モルに対して70モル%以上であり、70〜180モルが好ましく、75〜150モルがより好ましい。
ポリエステル樹脂(A)は2価のアルコール由来の構成単位を有していてもよく、2価のアルコール由来の構成単位及び3価以上のアルコール由来の構成単位の総量は、原料(a1)由来の構成単位100モルに対して100〜200モルが好ましく、105〜180モルがより好ましく、110〜170モルがさらに好ましく、50〜150モルが最も好ましい。
3官能以上のラジカル重合性化合物(B)(以下「化合物(B)」という)は、(メタ)アクリロイル基やビニル基などのラジカル重合性基を1分子中に3個以上有する化合物である。化合物(B)としては、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート及びペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート等の3官能の(メタ)アクリレート;ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート等の4官能の(メタ)アクリレート;ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート等の5官能の(メタ)アクリレート;ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等の6官能の(メタ)アクリレート、並びに、これら3官能以上の(メタ)アクリレートのアルキレンオキサイド付加変性物又はε−カプロラクトン開環付加変性物等の各種変性物が挙げられる。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は、ポリエステル樹脂(A)と化合物(B)を含む。ポリエステル樹脂(A)と化合物(B)の合計に対して、ポリエステル樹脂(A)は1〜80質量%が好ましく、10〜70質量%がより好ましい。また、化合物(B)は20〜99質量%が好ましく、30〜90質量%がより好ましい。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は、例えば、ポリエステル樹脂(A)を化合物(B)に溶解させることにより製造できる。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は開始剤(C)を含んでいてもよい。開始剤(C)としては、例えば、分子内開裂型光重合開始剤及び水素引き抜き型光重合開始剤等の光重合開始剤が挙げられる。
これらの光重合開始剤は、単独で用いることも、2種以上を併用することもできる。
活性化エネルギー線硬化型樹脂組成物に紫外線を照射して硬化する場合、前記の開始剤(C)の他に、光増感剤を配合することで硬化性を一層向上させることが可能である。光増感剤としては、例えば、脂肪族アミン等のアミン化合物、o−トリルチオ尿素等の尿素類、ナトリウムジエチルジチオホスフェート、s−ベンジルイソチウロニウム−p−トルエンスルホネート等の硫黄化合物が挙げられる。光増感剤の配合量は、硬化性向上の点から活性エネルギー線硬化性組成物中のポリエステル樹脂(A)と化合物(B)の合計100質量部に対して1〜20質量部が好ましい。
本発明の活性エネルギー線硬化性組成物は、活性エネルギー線硬化性印刷インキとして有用である。印刷インキとして用いる場合、顔料、染料、体質顔料、有機フィラー、無機フィラー、帯電防止剤、消泡剤、粘度調整剤、耐光安定剤、耐候安定剤、耐熱安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、レベリング剤、顔料分散剤、ワックス等の添加剤を配合することができる。
活性エネルギー線としては、紫外線、電子線、α線、β線、γ線等の電離放射線が挙げられる。これらのなかでも硬化性の点から紫外線が好ましい。活性エネルギー線のエネルギー源又は硬化装置としては、例えば、殺菌灯、紫外線用蛍光灯、UV−LED、カーボンアーク、キセノンランプ、複写用高圧水銀灯、中圧又は高圧水銀灯、超高圧水銀灯、無電極ランプ、メタルハライドランプ、自然光等を光源とする紫外線、又は走査型、カーテン型電子線加速器による電子線が挙げられる。
本発明の印刷物は、本発明の活性エネルギー線硬化性印刷インキの硬化物が基材の表面に定着している印刷物である。この印刷物は、本発明の活性エネルギー線硬化性印刷インキを基材に印刷し、活性エネルギー線を照射して硬化させて当該インキを定着させる工程を経て製造することができる。その際の印刷方法としては、例えば、平版オフセット印刷、凸版印刷、グラビア印刷、グラビアオフセット印刷、フレキソ印刷、スクリーン印刷が挙げられる。
樹脂の酸価は、以下のようにして測定した。
樹脂約0.2gを枝付き三角フラスコ内に精秤し(A(g))、ベンジルアルコール10mLを加え、窒素雰囲気下として230℃のヒーターにて15分加熱しポリエステル樹脂を溶解した。室温まで放冷後、ベンジルアルコール10mL、クロロホルム20mL、フェノールフタレイン溶液数滴を加え、0.02規定のKOH溶液にて滴定した(滴定量=B(mL)、KOH溶液の力価=p)。ブランク測定を同様に行い(滴定量=C(mL))、以下の式に従って算出した。
酸価(mgKOH/g)={(B−C)×0.02×56.11×p}/A
樹脂の水酸基価は、以下のようにして測定した。
樹脂約5.0gを三角フラスコ内に精秤し(A(g))、THF50mL加え、完全に溶解させた。ジメチルアミノピリジン/THF溶液30mLを加え、無水酢酸/THF溶液10mLを加えた後、15分撹拌した。さらに蒸留水3mLを加え、15分撹拌した後、THF50mL及び0.5規定のKOH溶液25mLを加えた。指示薬としてフェノールフタレイン溶液数滴を加え、0.5規定のKOH溶液にて滴定した(滴定量=B(mL)、KOH溶液の力価=f)。ブランク測定を同様に行い(滴定量=C(mL))、以下の式に従って算出した。
水酸基価(mgKOH/g)=(C−B)×56.11×f÷A+酸価
GPC法により、得られた溶出曲線のピーク値に相当する保持時間からピークトップ分子量(Mp)及び、各平均分子量(Mn、Mw)を標準ポリスチレン換算により求めた。なお、溶出曲線のピーク値とは、溶出曲線が極大値を示す点であり、極大値が2点以上ある場合は、溶出曲線が最大値を与える点のことである。
装置:東ソー製、HLC8020
カラム:東ソー製、TSKgelGMHXL(カラムサイズ:7.8mm(ID)×30.0cm(L))を3本直列に連結
オーブン温度:40℃
溶離液:THF
試料濃度:4mg:樹脂/10mL:THF
濾過条件:0.45μmテフロン(登録商標)メンブレンフィルターで試料溶液を濾過
流速:1mL/分
注入量:0.1mL
検出器:RI
検量線作成用標準ポリスチレン試料:東洋ソーダ工業製TSK standard、A−500(分子量5.0×102)、A−2500(分子量2.74×103)、F−2(分子量1.96×104)、F−20(分子量1.9×105)、F−40(分子量3.55×105)、F−80(分子量7.06×105)、F−128(分子量1.09×106)、F−288(分子量2.89×106)、F−700(分子量6.77×106)、F−2000(分子量2.0×107)。
超伝導核磁気共鳴装置を用いて分析を行った。
装置:日本電子製 Excalibur 270 超伝導FT−NMR
マグネット:JNM−GSX270型 超伝導マグネット
スペクトロメーター:JNM−EX270型
観測周波数:1H 270MHz、13C 67MHz
溶媒:重クロロホルム溶液
温度:35℃
積算回数:1H:16回、13C:1024回
1H−NMR、13C−NMRを測定し、各構成単位由来の帰属ピークの積分比からカルボン酸、多価ポリオールの共重合比率を求めた。
ポリエステル樹脂(A)を20質量部、化合物(B)としてジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(日本化薬社製「KAYARAD DPHA」、以下「DPHA」という)20質量部、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート(Miwon社製「Miramer M410」、以下「DTMPTA」という)60質量部を配合し、70℃に加温して混合して得られた混合物の状態を目視で観察した。溶解性の評価は次の2段階で行った。
〇:不溶解物は無かった。
×:不溶解物が見られた。
(ミスチング評価)
溶解性の評価に用いた混合物と同様に配合した混合物をインコメーター((株)東洋精機製作所社製)に1.31mlのせ、32℃において400rpmで60秒間、その後800rpmで60秒間、1200rpmで60秒間を連続的に回転させ、ロール下に置いた定型紙への飛散量を目視で観察した。飛散量の評価は次の3段階で行った。
A:わずかしかミスチングしない。
B:少しミスチングする。
X:ミスチングが多い。
溶解性の評価に用いた混合物と同様に配合した混合物を規格平行板粘度計で25℃、一分後のインキの流動半径値(ミリメートル)を測定した。
溶解性の評価に用いた混合物と同様に配合した混合物の25℃におけるE型粘度をE型粘度計TVE−20H(東機産業社製)を用いて測定した。
ポリエステル樹脂(A)を20質量部、化合物(B)としてDPHA 20質量部及びDTMPTA 60質量部、開始剤(C)としてベンゾフェノン(大同化成社製、以下「BNP」という)4質量部、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキシド(iGM社製「Omnirad TPO H」、以下「TPO」という)1質量部、顔料として酸化チタン(石原産業社製「CR−97」)を5質量部配合した。硬化性組成物をガラス基材上に、硬化後の厚みが10μmとなるように、バーコーターを用いて塗布した。高圧水銀灯を用いて照射強度50mW/cm2、積算光量50mJ/cm2で紫外線を照射して硬化させた。得られた硬化物の指触乾燥性到達(タックフリー)までの積算光量を算出した。
〇:積算光量250mJ/cm2
△:積算光量300mJ/cm2
<ポリエステル樹脂の製造>
表1に示す仕込み組成のカルボン酸及びアルコールを含む原料単量体混合物と、全カルボン酸重量対して500ppmのテトラブトキシチタンを蒸留塔備え付けの反応容器に投入した。
次いで昇温を開始し、反応系内の温度が265℃になるように加熱し、この温度を保持し、反応系からの水の留出がなくなるまでエステル化反応を行った。次いで、反応系内の温度を200℃とし、反応容器内を減圧し、反応系からポリアルコールを留出させながら縮合反応を行った。縮合反応は減圧開始時を0分(大気圧)として、20分後に1.0kPa以下になる様に減圧操作を実施後、反応装置の攪拌を停止し、装置内部を常圧(大気圧)とし、次いで装置内部を窒素により加圧して装置下部より反応物を取り出して100℃以下に冷却し、ポリエステル樹脂(A)を製造した。
得られたポリエステル樹脂(A)の構成単位の組成分析を行った結果を共重合組成として表1に示した。また、ポリエステル樹脂(A)の酸価、水酸基価、分子量を測定し、結果を表1に示した。また、ポリエステル樹脂(A)の溶解性について評価を行った結果を表1に示した。
ポリエステル樹脂(A)20部に対して、化合物(B)としてDPHA 20質量部及びDTMPTA 60質量部、光重合開始剤(C)としてBNP 4質量部及びTPO 1質量部、顔料として酸化チタン(TiO2)5質量部を70℃に加温して均一になるよう混合することにより活性エネルギー線硬化性樹脂組成物(印刷インキ)を製造した。得られた活性エネルギー線硬化性樹脂組成物の硬化性について評価を行った結果を表1に示した。また、BNP、TPO及び顔料を含まない状態の活性エネルギー線硬化性樹脂組成物の流動特性について評価を行った結果も表1に示した。
表1に示す仕込み組成に変更した以外は実施例1と同様の手順で実施例2〜4、比較例1を行った。製造したポリエステル樹脂の共重合組成、酸価、水酸基価、分子量を測定した。これらの結果を表1に示した。また、ポリエステル樹脂(A)の溶解性、並びに活性エネルギー線硬化性樹脂組成物の流動特性及び硬化性についての評価結果を表1に示した。なお、比較例3では、ポリエステル樹脂が化合物(B)に溶解しなかったので、活性エネルギー線硬化性樹脂組成物の評価は実施しなかった。
表1に示す仕込み組成のカルボン酸及びアルコールを含む原料単量体混合物と、全カルボン酸重量対して500ppmのテトラブトキシチタンを蒸留塔備え付けの反応容器に投入した。
次いで昇温を開始し、反応系内の温度が265℃になるように加熱し、この温度を保持し、反応系からの水の留出がなくなるまでエステル化反応を行った。次いで、反応系内の温度を235℃とし、反応容器内を減圧し、反応系からポリアルコールを留出させながら縮合反応を行った。縮合反応の終点は、反応途中に約2gの樹脂をサンプリングして分子量測定を行い表1記載の所定の分子量になった時点とした。重合終点となった時点で反応装置の攪拌を停止し、装置内部を常圧(大気圧)とし、次いで装置内部を窒素により加圧して装置下部より反応物を取り出して100℃以下に冷却し、ポリエステル樹脂を製造した。
得られたポリエステル樹脂の構成単位の組成分析を行った結果を共重合組成として表1に示した。また、ポリエステル樹脂の酸価、水酸基価、分子量を測定し、結果を表1に示した。また、ポリエステル樹脂の溶解性の評価を行ったところ、化合物(B)に溶解しなかったので、流動特性と硬化性の評価は実施しなかった。
<比較例3>
表1に示す仕込み組成のカルボン酸及びアルコールを含む原料単量体混合物と、全カルボン酸重量対して500ppmのテトラブトキシチタンを蒸留塔備え付けの反応容器に投入した。
次いで昇温を開始し、反応系内の温度が265℃になるように加熱し、この温度を保持し、反応系からの水の留出がなくなるまでエステル化反応を行った。次いで、反応系内の温度を200℃とし、反応容器内を減圧し、反応系からポリアルコールを留出させながら縮合反応を行った。縮合反応は減圧開始時を0分(大気圧)として、攪拌翼にトルクが出始めた5分後(75kPa到達)に減圧操作及び、反応装置の攪拌を停止し、装置内部を常圧(大気圧)とし、次いで装置内部を窒素により加圧して装置下部より反応物を取り出して100℃以下に冷却し、ポリエステル樹脂(A)を製造した。
得られたポリエステル樹脂(A)の構成単位の組成分析を行った結果を共重合組成として表1に示した。また、ポリエステル樹脂(A)の酸価、水酸基価、分子量を測定し、結果を表1に示した。また、ポリエステル樹脂(A)の溶解性について評価を行った結果を表1に示した。また、ポリエステル樹脂の溶解性の評価を行ったところ、化合物(B)に溶解しなかったので、流動特性と硬化性の評価は実施しなかった。
比較例2では、製造したポリエステル樹脂が原料(a1)由来の構成単位100モルに対して、3価以上のアルコール由来の構成単位が5モルと非常に少なかったので、溶解性が低位であった。
比較例3では、製造したポリエステル樹脂が原料(a2)由来の構成単位のモル数が原料(a1)由来の構成単位のモル数未満であったので、溶解性が低位であった。
Claims (7)
- ポリエステル樹脂(A)及び3官能以上のラジカル重合性化合物(B)を含む活性エネルギー線硬化性組成物であって、
前記ポリエステル樹脂(A)が、少なくとも多価カルボン酸又はその無水物若しくはそのエステルを含むカルボン酸又はその無水物若しくはそのエステルである原料(a1)と、少なくとも多価アルコールを含むアルコールである原料(a2)を用いて得られたポリエステル樹脂であって、原料(a2)由来の構成単位のモル数が原料(a1)由来の構成単位のモル数以上であり、かつ、原料(a1)由来の構成単位100モルに対して、3価以上のアルコール由来の構成単位が70モル以上である、
活性エネルギー線硬化性組成物。 - 前記活性エネルギー線硬化性組成物の25℃におけるE型粘度が1500〜100000mPa・sである請求項1に記載の活性エネルギー線硬化性組成物。
- 前記ポリエステル樹脂(A)の重量平均分子量が1500〜20000である請求項1又は2に記載の活性エネルギー線硬化性組成物。
- さらに、開始剤(C)を含有する請求項1〜3のいずれか一項に記載の活性エネルギー線硬化性組成物。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の活性エネルギー線硬化性組成物であって、さらに顔料を含有する活性エネルギー線硬化性印刷インキ。
- 請求項5に記載の活性エネルギー線硬化性印刷インキの硬化物が基材の表面に定着している印刷物。
- 請求項5に記載の活性エネルギー線硬化性印刷インキを基材に印刷し、活性エネルギー線を照射して硬化させて当該インキを定着させる工程を含む請求項6に記載の印刷物の製造方法。
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WO2024034497A1 (ja) * | 2022-08-09 | 2024-02-15 | 東洋インキScホールディングス株式会社 | 金属印刷用活性エネルギー線硬化型オフセットインキ組成物および積層体 |
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