JP2022053104A - 版印刷用水性インキ - Google Patents
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Abstract
Description
従来、グラビア印刷等の版印刷には油性インキが多用されているが、労働環境上、地球環境上、防災上の問題等があり、また、版印刷では、多品種、小ロット化の市場ニーズに応えにくいという問題がある。そこで、水性インキを用いる版印刷が注目されている。
しかし、水性インキにおいては、乾燥不良や表面張力による版面へのインキ濡れ不良のために、高品質の印刷物を得られ難いという問題があり、それを改善すべく、種々の提案がなされている。
特許文献1に記載の水性インキは、樹脂フィルム等の低吸水性印刷基材に版印刷する際に生じる泡発生の抑制や、印刷画像の耐擦過性の向上が十分ではなく、改善の余地があった。
本発明は、消泡性に優れ、画像濃度、耐擦過性に優れる印刷物を得ることができる版印刷用水性インキ、及び該水性インキを含むインキセットを提供することを課題とする。
すなわち、本発明は、次の[1]及び[2]を提供する。
[1]顔料、定着樹脂、界面活性剤、水溶性有機溶剤、及び水を含有する版印刷用水性インキであって、界面活性剤が、後述する一般式(1)で表されるシリコーン系界面活性剤を含み、インキ中の該シリコーン系界面活性剤の含有量が0.05質量%以上4質量%以下であり、インキ中の該水溶性有機溶剤の含有量が12質量%以下である、版印刷用水性インキ。
[2]前記[1]に記載の水性インキと白色インキとを含む、インキセット。
本発明の版印刷用水性インキは、顔料、定着樹脂、界面活性剤、水溶性有機溶剤、及び水を含有する版印刷用水性インキ(以下、「本発明インキ」ともいう)であって、
界面活性剤が、下記一般式(1)で表されるシリコーン系界面活性剤を含み、インキ中の該シリコーン系界面活性剤の含有量が0.05質量%以上4質量%以下であり、
インキ中の該水溶性有機溶剤の含有量が12質量%以下である、
版印刷用水性インキ。
式(b)中、R6は水素原子又は炭素数1~4のアルキル基を示し、dは2以上20以下の数であり、eは1以上20以下の数である。〕
なお、「水性」とは、媒体中で、水が最大割合を占めていることを意味する。
本発明インキは、印刷版を用いるグラビア印刷、フレキソ印刷、活版印刷等に好適に使用できるが、グラビア印刷用として使用することがより好ましい。
本発明インキは、特定のシリコーン系界面活性剤を0.05質量%以上4質量%以下含み、水溶性有機溶剤を12質量%以下含むことにより、印刷基材上でのインキの濡れ拡がりが阻害されずに表面凹凸のない均一なインキ塗膜が形成できるため、画像濃度及び耐擦過性が優れると考えられる。また、特定のシリコーン系界面活性剤と水溶性有機溶剤を含むことにより、消泡性が改善され、製造時の不具合を抑制できると考えられる。
本発明インキに用いられる顔料は、水性インキ中で250nm以下の粒子径で分散状態を保つことができるものが好ましい。この顔料の好適な形態としては、(i)分散剤なしで分散状態を保つことができる顔料、すなわち自己分散型顔料の形態、(ii)顔料を低分子又は高分子の界面活性剤で分散させた顔料粒子の形態、(iii)顔料を含有するポリマー粒子の形態が挙げられる。これらの中では、消泡性を向上し、得られる印刷物の画像濃度、耐擦過性を改善する観点から、顔料を含有するポリマー粒子の形態が好ましく、顔料を含有する水不溶性ポリマー粒子の形態がより好ましい。
本明細書において、顔料を含有するポリマー粒子とは、ポリマーが顔料を包含した形態の粒子、ポリマーと顔料からなる粒子の表面に顔料の一部が露出している形態の粒子、ポリマーが顔料の一部に吸着している形態の粒子を意味し、これらの混合物であってもよい。これらの中では、ポリマーが顔料を包含した形態の粒子がより好ましい。
本発明で用いられる顔料は、無機顔料及び有機顔料のいずれであってもよい。
無機顔料としては、例えば、カーボンブラック、金属酸化物等が挙げられ、黒色インキにおいては、カーボンブラックが好ましい。カーボンブラックとしては、ファーネスブラック、サーマルランプブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック等が挙げられる。白色インキにおいては、二酸化チタン、酸化亜鉛、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム等の金属酸化物等が挙げられる。
有機顔料としては、例えば、アゾ顔料、ジアゾ顔料、フタロシアニン顔料、キナクリドン顔料、イソインドリノン顔料、ジオキサジン顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料、チオインジゴ顔料、アントラキノン顔料、キノフタロン顔料等が挙げられる。
色相は特に限定されず、有彩色インキにおいては、イエロー、マゼンタ、シアン、レッド、ブルー、オレンジ、グリーン等の有彩色顔料をいずれも用いることができる。
前記顔料は単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
顔料を含有するポリマー粒子を構成するポリマー(以下、「ポリマーa」ともいう)は、少なくとも顔料分散能を有するものであれば特に制限はない。
顔料を含有するポリマー粒子(以下、「顔料含有ポリマー粒子」ともいう)は、顔料を含有するポリマー粒子を更に架橋剤で架橋してなる、顔料を含有する架橋ポリマー粒子(以下、「顔料含有架橋ポリマー粒子」ともいう)であることがより好ましい。
架橋前のポリマーaは、水溶性ポリマーでも水不溶性ポリマーでもよいが、水不溶性ポリマーがより好ましい。使用するポリマーが水溶性ポリマーであっても、架橋処理すれば該ポリマーは水不溶性ポリマーとなる。
本明細書においてポリマーの「水不溶性」とは、105℃で2時間乾燥させ、恒量に達したポリマーを、25℃の水100gに溶解させたときに、その溶解量が10g未満であることを意味し、ポリマーの前記溶解量は、好ましくは5g以下、より好ましくは1g以下である。ポリマーがアニオン性ポリマーの場合、その溶解量は、ポリマーのアニオン性基を水酸化ナトリウムで100%中和した時の溶解量である。
ポリマーaは、水を主成分とする水系媒体に顔料を分散させる顔料分散能を有するポリマーである。ポリマーaは任意の構造をとることができるが、本発明インキの保存安定性を向上させる観点から、ビニル化合物、ビニリデン化合物、ビニレン化合物等のビニル単量体の付加重合により得られるビニル系ポリマーが好ましい。
ビニル系ポリマーとしては、(a-1)イオン性モノマー(以下「(a-1)成分」ともいう)に由来する構成単位を含有することが好ましく、(a-1)成分と、(a-2)疎水性モノマー(以下「(a-2)成分」ともいう)とを含むモノマー混合物A(以下、「モノマー混合物A」ともいう)を共重合させてなるビニル系ポリマーがより好ましい。該ビニル系ポリマーは、(a-1)成分由来の構成単位と(a-2)成分由来の構成単位を有する。
(a-1)イオン性モノマーは、本発明インキ中の顔料の分散安定性を向上させる観点から、ポリマーaのモノマー成分として用いることが好ましい。(a-1)イオン性モノマーとしては、アニオン性モノマー及びカチオン性モノマーが挙げられ、アニオン性モノマーが好ましい。
アニオン性モノマーとしては、カルボン酸モノマー、スルホン酸モノマー、リン酸モノマー等が挙げられる。カルボン酸モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸等が挙げられる。
これらの中でも、上記と同様の観点から、カルボン酸モノマーがより好ましく、アクリル酸及びメタクリル酸から選ばれる1種以上が更に好ましい。
(a-2)疎水性モノマーは、本発明インキ中の顔料の分散安定性を向上させる観点から、(a-1)成分に加えて、さらにモノマー成分として用いることが好ましい。
(a-2)成分の具体例としては、特開2018-83938号公報の段落〔0020〕~〔0022〕に記載のものが挙げられる。これらの中では、炭素数1以上22以下のアルキル基を有するアルキル(メタ)アクリレート、スチレン、α-メチルスチレン、及びベンジル(メタ)アクリレートから選ばれる1種以上が好ましい。
(a-3)ノニオン性モノマー(以下「(a-3)成分」ともいう)は、本発明インキ中の顔料の分散安定性をより向上させる観点から用いることができる。
(a-3)成分は、水や水溶性有機溶剤との親和性が高いモノマーであり、例えば水酸基やポリアルキレングリコール鎖を含むモノマーである。
(a-3)成分の具体例としては、特開2018-83938号公報の段落〔0018〕に記載のものが挙げられる。これらの中では、メトキシポリエチレングリコール(n=1~30)(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(n=2~30)(メタ)アクリレートから選ばれる1種以上が好ましい。
上記(a-1)~(a-3)成分は、それぞれ、各成分に含まれるモノマー成分を単独で又は2種以上を混合して用いることができる。
ポリマーa製造時における、(a-1)~(a-3)成分のモノマー混合物A中の含有量(未中和量としての含有量。以下同じ)又はポリマーa中における(a-1)~(a-3)成分由来の構成単位の含有量は、顔料の分散安定性、及び本発明インキの保存安定性を向上させる観点から、次のとおりである。
(a-1)成分の含有量は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは15質量%以上であり、そして、好ましくは40質量%以下、より好ましくは30質量%以下、更に好ましくは20質量%以下である。
(a-2)成分の含有量は、好ましくは30質量%以上、より好ましくは40質量%以上、更に好ましくは50質量%以上であり、そして、好ましくは90質量%以下、より好ましくは80質量%以下、更に好ましくは75質量%以下である。
(a-3)成分を含有する場合、その含有量は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上であり、そして、好ましくは30質量%以下、より好ましくは25質量%以下である。
(a-2)成分に対する(a-1)成分の質量比[(a-1)/(a-2)]は、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.2以上、更に好ましくは0.25以上であり、そして、好ましくは1.2以下、より好ましくは1.0以下、更に好ましくは0.8以下である。
本発明においてポリマーa中における(a-1)~(a-3)成分由来の構成単位の含有量は、測定により求めることができるし、ポリマーaの製造時における(a-1)~(a-3)成分を含む原料モノマーの仕込み比率で代用することもできる。
ポリマーaは、モノマー混合物Aを公知の重合法により共重合させることによって製造することができる。重合法としては溶液重合法が好ましい。
溶液重合法で用いる溶媒に制限はないが、水、脂肪族アルコール、ケトン類、エーテル類、エステル類等の極性溶媒が好ましく、水、メタノール、エタノール、アセトン、メチルエチルケトン等がより好ましい。
重合の際には、重合開始剤や重合連鎖移動剤を用いることができる。重合開始剤としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩や水溶性アゾ重合開始剤等が挙げられ、重合連鎖移動剤としてはメルカプタン類等が挙げられる。
重合温度は、使用する重合開始剤、モノマー、溶媒の種類等によって異なるが、好ましくは30℃以上、より好ましくは50℃以上であり、そして、好ましくは95℃以下、より好ましくは80℃以下である。
重合雰囲気は、好ましくは窒素ガスや不活性ガス雰囲気である。
ポリマーaは、後述するように中和剤で中和することが好ましい。
ポリマーaの酸価は、上記と同様の観点から、好ましくは50mgKOH/g以上、より好ましくは70mgKOH/g以上、更に好ましくは80mgKOH/g以上であり、そして、好ましくは300mgKOH/g以下、より好ましくは280mgKOH/g以下、更に好ましくは260mgKOH/g以下である。
重量平均分子量及び酸価の測定は、実施例に記載の方法により行うことができる。
顔料含有ポリマー粒子は、効率的に製造する観点から、下記の工程I、更に必要に応じて工程IIを有する方法により、顔料含有ポリマー粒子を水系媒体に分散させた顔料分散体Aとして、製造することが好ましい。
工程I:ポリマーaを溶媒に溶解してポリマーaの溶液を得た後、顔料、及び必要に応じて中和剤、界面活性剤等を加えて混合し、顔料混合物からなる顔料分散体Aを得る工程
顔料を効率的にポリマー粒子に含有させるために、工程Iにおいては溶媒が有機溶剤を含むことが好ましい。溶媒が有機溶剤を含む場合は、工程Iに加えて、更に下記工程IIを有してもよい。
工程II:工程Iで得られた顔料混合物から有機溶剤を除去して、顔料分散体Aを得る工程
また、前記工程I及びIIに加えて、更に下記工程IIIを行うことが好ましい。
工程III:工程I又は工程IIで得られた顔料分散体Aと、架橋剤aとを混合し、架橋処理した顔料含有架橋ポリマー粒子を得る工程
本明細書において顔料分散体Aは、顔料含有ポリマー粒子が水系媒体に分散されているものと、顔料含有架橋ポリマー粒子が水系媒体に分散されているものの両方を意味する。
工程Iにおいて、ポリマーaを溶解させる溶媒に制限はないが、顔料への濡れ性、ポリマーaの溶解性、及び顔料への吸着性の観点から、水、炭素数1以上3以下の脂肪族アルコール、ケトン類、エーテル類、エステル類等から選ばれる1種以上が好ましい。ポリマーaを溶液重合法で合成した場合には、重合で用いた溶媒をそのまま用いてもよい。
ポリマーaがアニオン性ポリマーの場合、中和剤を用いて、pHが7以上11以下になるようにアニオン性基を中和することが好ましい。中和剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、各種アミン等の塩基が挙げられる。またポリマーaを予め中和しておいてもよい。
ポリマーaのアニオン性基の中和度は、本発明インキの保存安定性を向上させる観点から、ポリマーaのアニオン性基のモル当量数に対する中和剤のモル当量の比で、好ましくは30モル%以上、より好ましくは40モル%以上、更に好ましくは50モル%以上であり、そして、好ましくは300モル%以下、より好ましくは200モル%以下、更に好ましくは150モル%以下である。
分散処理を行う場合、分散圧力等を制御することにより、顔料を所望の粒径になるように調整することができる。
工程IIは、任意の工程である。得られた顔料分散体A中の有機溶剤は実質的に除去されていることが好ましいが、本発明の目的を損なわない限り、残存していてもよい。残留有機溶剤の量は、好ましくは0.1質量%以下、より好ましくは0.01質量%以下である。
顔料分散体A中の顔料含有ポリマー粒子の平均粒径は、保存安定性を向上させる観点、高精細な印刷を行う観点から、好ましくは50nm以上、より好ましくは100nm以上、更に好ましくは120nm以上であり、そして、好ましくは350nm以下、より好ましくは320nm以下、更に好ましくは300nm以下である。
下記の工程IIIで、架橋処理した場合も、得られる顔料分散体A中の顔料含有架橋ポリマー粒子の平均粒径は、前記顔料含有ポリマー粒子の平均粒径と同等である。
なお、前記平均粒径は、実施例に記載の方法により測定される。
工程IIIで、顔料含有ポリマー粒子を構成するポリマーaのカルボキシ基の一部を架橋し、顔料含有ポリマー粒子の表層部の一部又は全部に架橋構造を形成させ、顔料含有ポリマー粒子を顔料含有架橋ポリマー粒子とすることができる。この架橋処理により顔料の分散安定性に悪影響を与えるポリマーaの膨潤や収縮が抑制されて、本発明インキの保存安定性、得られる印刷物の耐擦過性がより改善されると考えられる。
架橋剤aの好適例としては、分子中に2以上のエポキシ基、オキサゾリン基、又はイソシアネート基を有する化合物等が挙げられる。これらの中でも、水溶率が50質量%以下、好ましくは40質量%以下の水不溶性で、分子中に2以上4以下のエポキシ基を有する化合物が好ましく、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル及びペンタエリスリトールポリグリシジルエーテルから選ばれる1種以上がより好ましく、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル(水溶率27質量%)が更に好ましい。ここで「水溶率」とは、25℃のイオン交換水90質量部に架橋剤10質量部を溶解したときの溶解率(質量%)をいう。
架橋処理の温度は、架橋反応の完結と経済性の観点から、好ましくは40℃以上、より好ましくは55℃以上であり、そして、好ましくは95℃以下、より好ましくは80℃以下である。
得られる顔料分散体Aの固形分濃度は、顔料分散体の分散安定性を向上させる観点から、好ましくは10質量%以上、より好ましくは15質量%以上であり、そして、好ましくは45質量%以下、より好ましくは40質量%以下である。
固形分濃度は、実施例に記載の方法により測定される。
本発明インキは、消泡性を向上し、得られる印刷物の画像濃度、耐擦過性を向上させる観点から、定着樹脂を含有する。
定着樹脂は、樹脂のみで構成されていることがより好ましい。すなわち、定着樹脂は、顔料を含有しない樹脂粒子(以下、「樹脂粒子B」ともいう)であることが好ましい。
樹脂粒子Bは、必要に応じて、架橋処理をすることもできる。
樹脂粒子Bを構成するポリマー(以下、「ポリマーb」ともいう)としては、ウレタンポリマー、ビニルポリマー、ポリエステルポリマー等が挙げられる。これらの中では、得られる印刷物の画像濃度、耐擦過性を向上させる観点から、ウレタンポリマーが好ましく、水不溶性ポリウレタン樹脂がより好ましい。
ここで、「水不溶性」とは、前記ポリマーaにおける前記定義と同じである。
本発明で用いられるポリウレタン樹脂は、1分子中に2個以上のアルコール性水酸基を有するポリオールとポリイソシアネートとを重付加反応させて得ることができる。
(ポリオール)
前記ポリオールに特に制限はないが、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール、及びポリエステルポリオールから選ばれる1種以上が好ましく、ポリエーテルポリオールがより好ましい。
すなわち、ポリウレタン樹脂は、ポリエーテル系ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート系ポリウレタン樹脂、及びポリエステル系ポリウレタン樹脂から選ばれる1種以上が好ましく、ポリエーテル系ポリウレタン樹脂がより好ましい。
カーボネート化合物としては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジフェニルカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチレンカーボネート等が挙げられる。
ジオールとしては、低級アルコールで置換されていてもよい脂肪族ジオール;シクロヘキサンジオール、水添キシリレングリコール等の脂環式ジオール;キシリレングリコール等の芳香族ジオールが挙げられる。これらの中でも、脂肪族ジオールが好ましく、1,4-ブタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ヘプタンジオール、オクタンジオール、ノナンジオール等の炭素鎖長が4以上9以下の脂肪族ジオールがより好ましい。
低分子のジオールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,4-ブタンジオール等が挙げられるが、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール等が好ましい。
ジカルボン酸としては、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ブラシル酸等の脂肪族二塩基酸;イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸等の芳香族二塩基酸が挙げられる。これらの中でも、脂肪族二塩基酸が好ましく、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸等のメチレン鎖長が4以上8以下の二塩基酸がより好ましい。
ポリイソシアネートとしては、テトラメチレンジイソシアネート、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート等の鎖状の脂肪族ジイソシアネート;イソホロンジイソシアナート、水添キシリレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン4,4’-ジイソシアナート等の環状構造を有する脂肪族ジイソシアネート;キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート等の芳香環を有する脂肪族ジイソシアネート;トリレンジイソアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート;これらジイソシアネートの変性物(カルボジイミド、ウレトジオン、ウレトイミン含有変性物等)等が挙げられる。
これらの中でも、脂肪族ジイソシアネート、芳香族ジイソシアネートが好ましい。
ポリウレタン樹脂はエマルションとして用いることが好ましく、該エマルションは必要に応じて界面活性剤のような分散剤を含有していてもよい。
ポリウレタン樹脂の酸価は、本発明インキの保存安定性、定着性、耐擦過性を向上させる観点から、好ましくは1mgKOH/g以上、より好ましくは2mgKOH/g以上、更に好ましくは4mgKOH/g以上であり、そして、好ましくは40mgKOH/g以下、より好ましくは20mgKOH/g以下、更に好ましくは10mgKOH/g以下である。
前記平均粒径は、実施例に記載の方法により測定される。
本発明インキは、印刷基材上でのインキの濡れ拡がり性を改善し、画像濃度及び耐擦過性を向上させる観点から、シリコーン系界面活性剤を含有する。シリコーン系界面活性剤とは、ポリシロキサン構造を有する界面活性剤を意味し、側鎖、末端等に、親水性基、親水性ポリマー鎖等を有していてもよい。
前記シリコーン系界面活性剤は、下記一般式(1)で表されるシリコーン系界面活性剤を含み、インキ中の該シリコーン系界面活性剤の含有量は0.05質量%以上4質量%以下である。
R2は式(a)で表される基を示し、R3は式(b)で表される基を示す。
kは1以上500以下の数であり、好ましくは5以上400以下の数であり、更に好ましくは10以上300以下の数である。
mは1以上500以下の数であり、好ましくは1以上300以下の数であり、更に好ましくは2以上200以下の数である。
nは0以上100以下の数であり、好ましくは0以上75以下の数であり、更に好ましくは0以上50以下の数である。
R5はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1~4のアルキル基又は炭素数1~4のアシル基を示し、好ましくは水素原子である。
平均付加モル数aは1以上20以下の数であり、好ましくは1以上3以下、より好ましくは1である。
平均付加モル数bは0以上50以下の数であり、好ましくは1以上3以下、より好ましくは1である。
平均付加モル数cは0以上50以下の数であり、好ましくは0以上3以下、より好ましくは0である。
平均付加モル数dは2以上20以下の数であり、好ましくは2以上16以下の数であり、より好ましくは2~12である。
平均付加モル数eは1以上20以下の数であり、好ましくは2以上16以下の数であり、より好ましくは2~12である。
本発明において一般式(1)で表されるシリコーン系界面活性剤は、耐擦過性を向上させる観点から、k:m:nの比は、好ましくは60~90:40~10:10~0、より好ましくは65~85:35~13:0~5、更に好ましくは70~85:30~15:0~2である。
前記一般式(1)で表されるシリコーン系界面活性剤は、耐擦過性を向上させる観点から、一般式(1)におけるnが0以上であること、すなわち式(b)で表される基を有することが好ましい。
アセチレングリコール系界面活性剤としては、炭素数8以上22以下のアセチレングリコール及び該アセチレングリコールのエチレン付加物が好ましく、炭素数8以上22以下のアセチレングリコールがより好ましい。前記アセチレングリコールの炭素数は、好ましくは10以上、より好ましく12以上であり、そして、好ましくは20以下、より好ましくは18以下、更に好ましくは16以下である。より具体的には、2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオール、3,6-ジメチル-4-オクチン-3,6-ジオール、及び2,5-ジメチル-3-ヘキシン-2,5-ジオールから選ばれる1種以上のアセチレングリコール、及び該アセチレングリコールのエチレンオキシド付加物が挙げられる。これらの中でも、2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオールが好ましい。
ここで、HLB(親水性親油性バランス)値は、界面活性剤の水及び油への親和性を示す値であり、グリフィン法により求めることができる。
アセチレングリコール系界面活性剤の市販品例としては、Air Products & Chemicals社のサーフィノール104(2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオール)、同104E(サーフィノール104のエチレングリコール50%希釈品)、同104PG-50(サーフィノール104のプロピレングリコール50%希釈品)、サーフィノール420(サーフィノール104のEO平均付加モル数:1.3)、川研ファインケミカル株式会社製のアセチレノールE13T(EO平均付加モル数:1.3)等が挙げられる。
上記の界面活性剤は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
本発明インキで用いられる水溶性有機溶媒は、25℃で液体であっても固体であってもよいが、該有機溶媒を25℃の水100mlに溶解させたときに、その溶解量は10ml以上である。
水溶性有機溶媒は、消泡性を向上し、得られる印刷物の画像濃度、耐擦過性を改善する観点から、その含有量が12質量%以下であり、好ましくは10質量%未満である。
水溶性有機溶剤の沸点は、インキの濡れ拡がり性を向上させる観点から、好ましくは100℃以上、より好ましくは120℃以上、更に好ましくは140℃以上であり、そして、好ましくは260℃以下、より好ましくは250℃以下、更に好ましく240℃以下である。
水溶性有機溶媒としては、アルキレングリコールエーテル等のグリコールエーテル、プロピレングリコール等の多価アルコール、アミド化合物等が挙げられる。これらの中では、アルキレングリコールエーテルが好ましい。
これらの中では、消泡性を向上し、得られる印刷物の画像濃度、耐擦過性を改善する観点から、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、及びジプロピレングリコールモノメチルエーテルから選ばれる1種以上が好ましく、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテルがより好ましい。
本発明インキ中の顔料、定着樹脂、界面活性剤、水溶性有機溶剤、及び水の含有量は、消泡性を向上し、得られる印刷物の画像濃度、耐擦過性を改善する観点から、以下のとおりである。
なお、以下の各成分の含有量は、印刷時におけるインキ中の各成分の含有量をいう。本発明インキは、各成分を印刷時の含有量に調整してそのまま用いてもよく、予め調製したベースインキを水等で希釈し、印刷時の含有量に調整して用いてもよい。
本発明インキ中の顔料含有ポリマー粒子の含有量は、好ましくは3質量%以上、より好ましくは5質量%以上、更に好ましくは8質量%以上であり、そして、好ましくは30質量%以下、より好ましくは25質量%以下、更に好ましくは20質量%以下である。
本発明インキ中の顔料に対するポリマー(ポリマーaとポリマーbの総量)の質量比〔ポリマー/顔料〕は、好ましくは0.2以上、より好ましくは0.3以上、更に好ましくは0.4以上であり、そして、好ましくは3以下、より好ましくは2以下、更に好ましくは1.5以下である。
アセチレングリコール系界面活性剤を使用する場合、その含有量は、インキ中、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.2質量%以上、更に好ましくは0.3質量%以上であり、そして、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下、更に好ましくは1.5質量%以下である。
本発明インキは、その用途に応じて、任意成分として、pH調整剤、粘度調整剤、消泡剤、防腐剤、防錆剤等の各種添加剤を含有することができる。
顔料、定着樹脂、界面活性剤、水溶性有機溶剤及び水以外の他の任意成分をインキ中に含有する場合は、水の含有量の一部を他の成分に置き換えて含有することができる。
20℃における本発明インキのpHは、分散安定性を向上させる観点から、好ましくは5.5以上、より好ましくは6.0以上、更に好ましくは6.5以上であり、そして、部材耐性、皮膚刺激性の観点から、好ましくは11.0以下、より好ましくは10.5以下、更に好ましくは10.0以下である。
本発明のインキセットは、本発明インキと白色インキとを含む。
この場合、本発明インキの顔料は有彩色顔料又は黒色顔料である。
本発明の版印刷用水性インキ及びインキセットは、グラビア版を用いるグラビア印刷に好適に使用することができる。本発明インキを、グラビア印刷方式により印刷基材に印刷することにより、画像濃度、耐擦過性に優れる高精細なグラビア印刷物を得ることができる。
グラビア印刷で用いる印刷基材としては、コート紙、アート紙、合成紙、加工紙等の紙;ポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ナイロンフィルム等の樹脂フィルム等が挙げられる。
印刷基材としては、印刷基材上でのインキの濡れ拡がり性の観点から、樹脂フィルムが好ましく、印刷物を製造した後の打ち抜き加工等の後加工適性の観点から、ポリエステルフィルム及びポリプロピレンフィルムが好ましい。これらの樹脂フィルムは、二軸延伸フィルム、一軸延伸フィルム、無延伸フィルムであってもよい。
また、グラビア印刷適性を向上させる観点から、コロナ処理、プラズマ処理等の放電加工による表面処理を行った樹脂フィルムを用いてもよい。
N,N-ジメチルホルムアミドに、リン酸及びリチウムブロマイドをそれぞれ60mmol/Lと50mmol/Lの濃度となるように溶解した液を溶離液として、ゲルクロマトグラフィー法〔東ソー株式会社製GPC装置(HLC-8320GPC)、東ソー株式会社製カラム(TSKgel SuperAWM-H、TSKgel SuperAW3000、TSKgel guardcolum Super AW-H)、流速:0.5mL/min〕により、標準物質として分子量既知の単分散ポリスチレンキット〔PStQuick B(F-550、F-80、F-10、F-1、A-1000)、PStQuick C(F-288、F-40、F-4、A-5000、A-500)、東ソー株式会社製〕を用いて測定した。
測定サンプルは、ガラスバイアル中に樹脂0.1gを前記溶離液10mLと混合し、25℃で10時間、マグネチックスターラーで撹拌し、シリンジフィルター(DISMIC-13HP PTFE 0.2μm、アドバンテック株式会社製)で濾過したものを用いた。
電位差自動滴定装置(京都電子工業株式会社製、電動ビューレット、型番:APB-610)にポリマーをトルエンとアセトン(2:1)を混合した滴定溶剤に溶かし、電位差滴定法により0.1N水酸化カリウム/エタノール溶液で滴定し、滴定曲線上の変曲点を終点とした。 水酸化カリウム溶液の終点までの滴定量から酸価を算出した。
赤外線水分計「FD-230」(株式会社ケツト科学研究所製)を用いて、測定試料5gを乾燥温度150℃、測定モード96(監視時間2.5分/変動幅0.05%)の条件で固形分濃度を測定した。
レーザー粒子解析システム「ELS-8000」(大塚電子株式会社製)を用いてキュムラント解析を行い測定した。測定する粒子の濃度が約5×10-3重量%になるよう水で希釈した分散液を用いた。測定条件は、温度25℃、入射光と検出器との角度90°、積算回数100回であり、分散溶媒の屈折率として水の屈折率(1.333)を入力し、得られたキュムラント平均粒径を顔料含有ポリマー粒子、ポリマー粒子の平均粒径とした。
(1)2Lフラスコにイオン交換水236部を計り取り、顔料分散ポリマーとして水不溶性スチレン-アクリルポリマー(BASF社製、商品名:ジョンクリル690、重量平均分子量:16500、酸価:240mgKOH/g)を60部、5N水酸化ナトリウム溶液を36.5部(ナトリウム中和度:60モル%)投入した。アンカー翼を用いて200rpmで2時間撹拌し、スチレン-アクリルポリマー水溶液332.5部(固形分濃度:19.9%)を得た。
ディスパー翼を有する容積が2Lのベッセルに上記水溶液331.7部及びイオン交換水448.3部を投入し、0℃の水浴で冷却しながら、ディスパー(淺田鉄工株式会社製、ウルトラディスパー:商品名)を用いて1400rpmで15分間撹拌した。
(2)次いでシアン顔料(C.I.ピグメント・ブルー15:3)220部を加え、6400rpmで1時間撹拌した。得られた分散液を、ジルコニアビーズ(株式会社ニッカトー社製、商品名:XTZボール、0.3mmφ)を80体積%充填した湿式分散機(株式会社広島メタル&マシナリー製、商品名:ウルトラアペックスミル UAM05)に投入し、5℃の冷却水で冷却しながら周速8m/s、流量200g/分で5パス分散後、200メッシュ金網を用いて濾過を行った。
(3)上記で得られた濾液500部(顔料110部、ポリマー33部)にデナコールEX-321L(ナガセケムテックス株式会社製、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、エポキシ当量:129)7.3部(ポリマー中のアクリル酸に含有する架橋反応点となるカルボン酸に対し40モル%相当)、プロキセルLV(S)(ロンザジャパン株式会社製、防黴剤、有効分濃度:20%)1部を添加し、更に固形分濃度が28.6%になるようにイオン交換水17.9部を添加し、70℃で3時間撹拌した後、200メッシュ金網で濾過し、顔料含有架橋ポリマー粒子の顔料分散体A1(顔料含有架橋ポリマー粒子の含有量:28.6%、平均粒径:164nm)526.2部を得た。
表1に記載の組成となるように、製造容器内に製造例1で得られた顔料分散体A1の47.5部(水性インキ中の顔料含有量:10.0部、顔料分散ポリマーaの含有量:3.6部)に、定着樹脂(ポリマーb)としてウレタンエマルション、NeoRez R-650(DSM Coating Resins社製、酸価:5.6mgKOH/g、平均粒径:60nm、固形分濃度:38%)21.1部を加え、150rpmで撹拌した。
更にジエチレングリコールモノイソブチルエーテル(iBDG:日本乳化剤株式会社製、沸点220℃)5.0部、界面活性剤として一般式(1)で表されるシリコーン化合物(エボニック社製、商品名:TEGO Twin 4100)0.5部、粘度調整剤(株式会社ADEKA社製、ノニオン高分子界面活性剤、商品名:アデカノールUH-420、有効分濃度30%水溶液)1.3部、及びイオン交換水23.6部を加え、室温下で30分撹拌を行った後、ステンレス金網(200メッシュ)で濾過し、水性インキ1を得た。
なお、各成分の配合量の合計は100部である。
実施例I-1において、表1に示す配合組成とした以外は、実施例I-1と同様にして、水性インキ2~17を得た。
表1中の界面活性剤、水溶性有機溶剤の詳細は以下のとおりである。
・シリコーン系活性剤(1):エボニック社製、一般式(1)で表される有機変性シロキサンコポリマー、TEGO twin 4100(一般式(1)中、R1=メチル基、k=1~500、m=1~500、n=1~100、k:m:n=71:27:2、式(a)中、R4=水素原子、R5=水素原子、a=1、b=1、c=0、式(b)中、R6=水素原子、d=3、e=1~20)
・シリコーン系活性剤(2):エボニック社製、一般式(1)で表される有機変性シロキサンコポリマー、TEGO twin 4000(一般式(1)中、R1=メチル基、k=1~500、m=1~500、n=0、k:m:n=85:15:0、式(a)中、R4=水素原子、R5=水素原子、a=1、b=1、c=0)
・シリコーン系活性剤(3):エボニック社製、一般式(1)で表されるものではないポリエチレングリコールエーテル変性シロキサンコポリマー、TEGO Wet 240
・シリコーン系活性剤(4):信越化学工業株式会社製、一般式(1)で表されるものではないポリエチレングリコールエーテル変性シロキサンコポリマー、KF642
・アセチレングリコール系界面活性剤:Air Products & Chemicals社製、サーフィノール104PG-50、2,4,7,9-テトラメチル-5-デシン-4,7-ジオール(HLB:3.0)のプロピレングリコール50%溶液
・iBDG:ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、沸点220℃
・BDG:ジエチレングリコールモノブチルエーテル、沸点230℃
・MFDG:ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、沸点187℃
以上の水溶性有機溶剤は日本乳化剤株式会社製である。
50mLスクリュー管に得られた水性インキを各30g入れ、スクリュー管を横にしてマルチシェーカー(東京理化機械株式会社製、商品名:MMS-210)にて150rpm、300秒間の条件で振とうし、その直後から目視により消泡するまでの時間を測定し、以下の評価基準で消泡性を評価した。結果を表1に示す。
(評価基準)
5:消泡までの時間が5秒未満
4:消泡までの時間が5秒以上10秒未満
3:消泡までの時間が10秒以上30秒未満
2:消泡までの時間が30秒以上60秒未満
1:消泡までの時間が60秒以上
消泡までの時間が短いほど、消泡性に優れ、実用上優れることを意味する。
評価基準3以上であれば、消泡性は実用上問題ない。
(1)画像濃度の評価
実施例I-1~I-13、比較例I-1~I-4で得られた水性インキを用いて、OPPフィルム(フタムラ化学株式会社製、FOR-AQ#20、ラミネートグレード)のコロナ放電処理面にグラビア印刷を行った。印刷は、卓上グラビア印刷テスト機(松尾産業株式会社製、Kプリンティングプルーファー)を用いて、レーザー製版方式のグラビア250線、8μmのプレート(ナベプロセス株式会社製)でベタ印刷を行った。
ベタ印刷は、印刷インキ1(有彩色インキ)をベタ印刷して、60℃に設定した乾燥機(ヤマト科学株式会社、Drying Oven DSV402)内で10分間乾燥して行った。
分光光度計(グレタグマクベス社製、商品名:SpectroEye)を用いて、測定モード(DIN,Abs)にて印刷部の画像濃度を測定し、以下の評価基準で評価した。結果を表1に示す。
(評価基準)
A:画像濃度が1.7以上
B:画像濃度が1.5以上1.7未満
C:画像濃度が1.5未満
評価結果がB以上であれば実用上問題はない。
実施例I-1~I-13、比較例I-1~I-4で得られた水性インキを用いて、OPPフィルム(フタムラ化学株式会社製、FOR-AQ#20、ラミネートグレード)のコロナ放電処理面に、バーコーター(SA-203、RODNo.4、テスター産業株式会社製)で水性インキを塗布して印刷物を作製した。
得られた印刷物は60℃に設定した乾燥器(DVS402,ヤマト科学株式会社製)に入れ、1分間乾燥を行い、学振型摩擦試験機(RT-300、株式会社大栄科学精機製作所製)を用いて、染色堅ろう試験用添付白布(呼び番号3-1、日本規格協会製)で500g荷重/50回擦った後、剥離の面積率を目視により観察し、以下の評価基準で耐擦過性を評価した。結果を表1に示す。
(評価基準)
A:塗工面に傷及び剥がれがない。
B:塗工面にわずかな剥離がある。
C:塗工面に50%以上の剥離がある。
評価B以上で実用に供することができる。
Claims (9)
- 顔料、定着樹脂、界面活性剤、水溶性有機溶剤、及び水を含有する版印刷用水性インキであって、
界面活性剤が、下記一般式(1)で表されるシリコーン系界面活性剤を含み、インキ中の該シリコーン系界面活性剤の含有量が0.05質量%以上4質量%以下であり、
インキ中の該水溶性有機溶剤の含有量が12質量%以下である、
版印刷用水性インキ。
〔式(1)中、R1は水素原子又は炭素数1~4のアルキル基を示し、R2は式(a)で表される基を示し、R3は式(b)で表される基を示す。kは1以上500以下の数であり、mは1以上500以下の数であり、nは0以上100以下の数である。〕
〔式(a)中、R4はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1~4のアルキル基を示し、R5はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1~4のアルキル基又は炭素数1~4のアシル基を示す。aは1以上20以下の数であり、bは0以上50以下の数であり、cは0以上50以下の数である。
式(b)中、R6は水素原子又は炭素数1~4のアルキル基を示し、dは2以上20以下の数であり、eは1以上20以下の数である。〕 - 顔料が、顔料を含有するポリマー粒子の形態である、請求項1に記載の版印刷用水性インキ。
- 顔料が有彩色顔料又は黒色顔料である、請求項1又は2に記載の版印刷用水性インキ。
- 水溶性有機溶剤の含有量が10質量%未満である、請求項1~3のいずれかに記載の版印刷用水性インキ。
- 水溶性有機溶剤の沸点が、100℃以上260℃以下である、請求項1~4のいずれかに記載の版印刷用水性インキ。
- 定着樹脂が水不溶性ポリウレタン樹脂である、請求項1~5のいずれかに記載の版印刷用水性インキ。
- 界面活性剤が、更にアセチレングリコール系界面活性剤を含む、請求項1~6のいずれかに記載の版印刷用水性インキ。
- グラビア印刷用である、請求項1~7のいずれかに記載の版印刷用水性インキ。
- 請求項3~8のいずれかに記載の水性インキと白色インキとを含む、インキセット。
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