JP3968803B2

JP3968803B2 - コーティング組成物及びその製造法、用途

Info

Publication number: JP3968803B2
Application number: JP25364096A
Authority: JP
Inventors: 賢中谷; 秀一郎陸
Original assignee: 高松油脂株式会社
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2016-09-26
Also published as: JPH1095952A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、コーティング組成物、その製造法及び用途に関する。更に詳しくは、本発明はプラスチックフィルム、合成紙等の基材に塗工することにより、これらの基材面に印刷性や親水性を付与することができるコーティング組成物、及びその製造法を提供するものである。
【０００２】
また上記コーティング組成物は、インクジェット記録シートへの印刷性を向上させることができ、また基材面に親水性を付与してＰＶＡやゼラチン等の親水性物質の接着性を向上させるアンカーコート剤としての用途に好適である。
【０００３】
【従来の技術】
インクジェット記録方式は高速記録が可能であること、印刷基材に非接触であるため衝撃音が少いこと、印刷基材には普通紙を初め種々のものが使用可能であること、カラー記録が可能であることなどの利点から近年大いに活用されている。しかし、印字記録された画像はコントラストが高く、滲みのない鮮明画像であることが要求され、この要求を満たすため種々のインキが提案されているし、また塗工紙についても改良がなされているが、満足できるものは得られていない。
【０００４】
一方、最近では印刷物の美粧性の要望が益々高くなり、印刷基材として紙以外のプラスチックフィルムや合成紙が多く使用されるようになっているが、これらは印刷表面が非浸透性であるため、通常のインクジェット記録用インキである水性インキが浸透せず、印刷が不可能であるという問題点を有する。
【０００５】
この問題を解決する方法としては被印刷体表面に水性インキの受容層を塗工する方法が挙げられる。この塗工剤としてはポリビニルアルコール、ゼラチン、メチルセルロース等の水溶性樹脂が挙げられる。これらの水溶性樹脂は、水性インキの吸収性は良好であるが、疎水性のポリエステルフィルム等プラスチックフィルムへの接着性が劣るため、あらかじめプラスチックフィルムの表面に接着性向上のためのコート剤を塗工した後、これらの水溶性樹脂を塗工する方法がとられている。しかし、この方法では２回コートしなければ被印刷体が得られず、工程が煩雑になるという欠点がある。
【０００６】
また一方、プラスチックフィルムや合成紙に接着性の良い樹脂をバインダーとしてシリカ、炭酸カルシウム、カオリンクレー、タルク、雲母等の無機フィラーやポリアクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル系の有機フィラーを配合した塗工剤が検討されているが、これらは皮膜が不透明となるため、透明性が要求される用途、例えばＯＨＰフィルム用などの用途には不適当である。
【０００７】
従って、１回のコーティングのみで水性インキの接着性が良好になるコーティング剤の開発が強く望まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、以上の問題点を解決し、一つは、透明性が良好で、かつ水性インキによる印刷、特にインクジェット記録方式による印刷を可能ならしめるコーティング組成物を得ることにある。そして該コーティング組成物をプラスチックフィルムや合成紙等の被印刷体に塗工することにより、被印刷体に対する接着性が良好でブロッキングがなく、被印刷体の透明性を損なわず、かつ鮮明で滲みのない高画像が得られるコーティング組成物を提供することにある。
さらにもう一つはポリビニルアルコール等の親水性物質をプラスチックフィルムに塗工する時のアンカーコート剤として有用なコーティング組成物を得ることにある。
【０００９】
【問題を解決するための手段】
本発明者らは上記問題を解決するべく鋭意検討した結果、水溶性ポリエステル樹脂の水分散液中で親水性のラジカル重合性ビニルモノマーをグラフト重合することにより、プラスチックへの接着性、耐水性が良好で、かつ水性インキの吸収性および親水性物質との親和力のある組成物が得られることを見出した。
【００１０】
更に本発明者らは、重合時にポリビニルアルコールを混合しておくことにより、さらにインキの吸収性を高めることができ、印字後短時間でフィルムを重ね合わせた場合でもブロッキングや色移りのないインキ受容層が得られることを見出した。
【００１１】
即ち、本発明は、（Ａ）数平均分子量４０００〜３００００の水溶性もしくは水分散性ポリエステル樹脂と（Ｂ）ケン化度が７５〜１００％、重合度が５００〜５０００のポリビニルアルコールの混合された水溶液もしくは水分散液中において、（Ｃ）親水性のラジカル重合性ビニルモノマー１００〜６０重量％と他の共重合可能なビニルモノマー０〜４０重量％をグラフト重合して得られるコーティング組成物及びその製造法、更にこの組成物のインクジェット記録用紙、アンカーコート剤への用途を開示するものである。
【００１２】
以下本発明について詳細に説明する。
本発明において使用される水溶性もしくは水分散性ポリエステル樹脂（以下、総称して「水溶性ポリエステル」と略称する）としては数平均分子量が４０００〜３００００のポリエステル樹脂が使用される。
本発明の水溶性ポリエステルは公知の製造技術によりジカルボン酸とジオールとをエステル化（エステル交換）、重縮合させることによって製造されるが、その製造方法についてはなんら限定されるものではない。
【００１３】
ジカルボン酸成分としては、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、ナフタリンジカルボン酸のような芳香族ジカルボン酸またはそのエステルを主体とすることが好ましい。これは、芳香族ジカルボン酸の芳香核が、疎水性のプラスチックと親和性が大きいために密着性が向上する利点があるからである。特にテレフタル酸を用いた水溶性ポリエステルはポリエチレンテレフタレート系ポリエステルの成型物に対して密着性が大きく、好ましい水溶性ポリエステルである。
【００１４】
本発明に使用される水溶性ポリエステルを構成するジカルボン酸成分としては、上記のような芳香族ジカルボン酸、またはそのエステルを使用することが好ましいが、これら以外にアジピン酸、コハク酸、セバチン酸、ドデカン二酸のような脂肪族ジカルボン酸、ヒドロキシ安息香酸のようなヒドロキシカルボン酸またはこれらのエステルを、ジカルボン酸成分としてもしくはその一部として使用することもできる。
エステルを使用する場合には、メチルエステル、エチルエステル等の低級アルキルエステルが使用される。これらのエステルはモノエステルでもジエステルでも差支えない。
【００１５】
一方、ジオール成分としては、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、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール
、シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノール類が使用される。
【００１６】
更に本発明においては水溶性を付与するために、親水性基を有する成分が共重合される。これらの具体例としては、５−ナトリウムスルホイソフタル酸等のジカルボン酸成分や、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール等のジオール成分が例示できる。その使用量は５−ナトリウムスルホイソフタル酸では、ジカルボン酸成分中に２〜１５モル％が好ましく、ジオール成分ではジオール成分中０〜１００モル％である。
【００１７】
本発明の水溶性ポリエステルは、既に述べたとおり数平均分子量が４０００〜３００００であるが、この際数平均分子量が４０００以下では耐水性、耐ブロッキング性、密着性等の樹脂物性が低下するし、３００００以上では水への均一な溶解もしくは分散が難しく、時間の経過とともにゲル化する傾向がある。
ことに数平均分子量が５０００〜２５０００のものが好ましい。
【００１８】
本発明の水溶性ポリエステルは、好ましくは５０〜９０℃の加温下、水もしくは水と水溶性有機溶剤の混合物に溶解もしくは分散させる。水溶性有機溶剤としては、低級アルコール類、多価アルコール類及びそのアルキルエーテルまたはアルキルエステル類などが挙げられ、具体的には、メタノール、エタノール、ノルマルプロパノール、イソプロパノール等の低級アルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン等の多価アルコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル等が使用できる。
【００１９】
本発明において使用されるポリビニルアルコールは、一般にポリ酢酸ビニルを酸ケン化法またはアルカリケン化法によりケン化することにより得られるもので
、ケン化度が７５〜１００％のものが適している。
また重合度は５００〜５０００のものが好ましく、重合度、ケン化度の異なったものを混合して用いてもよい。
【００２０】
本発明において使用される親水性のラジカル重合性ビニルモノマーとしては、親水基として下記化学式で表わされるものを有するモノマーが使用される。
【化２】

【００２１】
具体的に本発明において使用される親水性のラジカル重合性ビニルモノマーとしては、アクリル酸ヒドロキシエチル、メタクリル酸ヒドロキシエチル、アクリル酸ヒドロキシプロピル、メタクリル酸ヒドロキシプロピル等のヒドロキシアクリル酸エステル、エチレングリコールアクリレート、エチレグリコールメタクリリレート、ポリエチレングリコールアクリレート、ポリエチレングリコールメタクリレート等のグリコールエステル、アクリルアミド、メククリルアミド、メチロールアクリルアミド、メトキシメチロールアクリルアミド等のアクリルアミド系化合物、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル等のグリシジルアクリレート系化合物、ビニルピリジン、ビニルイミダゾール、ビニルピロリドン等の含窒素ビニル系化合物、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸、イタコン酸、クロトン酸等の不飽和酸及びその塩、アクリル酸アミノアルキル、メタクリル酸アミノアルキルエステル及びその４級アンモニウム塩等のカチオン系モノマー等が例示できる。
【００２２】
以上の親水性ラジカル重合性モノマーは単独で用いてもよいし、数種組み合わせて用いてもよい。更にこれらの親水性モノマーに他の共重合可能なビニルモノマーを併用することもできる。
【００２３】
共重合可能な他のビニルモノマーとしては酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル、塩化ビニル、臭化ビニル等のハロゲン化ビニル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル等の不飽和カルボン酸エステル、ジメチルビニルメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等のビニルシラン、エチレン、プロピレン、スチレン、ブタジエン等のオレフィンやジオレフィン化合物等が挙げられる。
【００２４】
本発明のコーティング組成物は上記水溶性ポリエステルとポリビニルアルコールに親水性のラジカル重合性ビニルモノマー１００〜６０重量％と他の共重合可能なビニルモノマー０〜４０重量％をグラフト重合して得られる。親水性ビニルモノマーが６０重量％以下になると水性インキの吸収性が悪くなる。
【００２５】
本発明のコーティング組成物を得るための重合方法としては、従来公知の方法を用いることができる。例えば上記水溶性ポリエステルとポリビニルアルコールの水分散液中に重合開始剤と必要に応じて少量の乳化分散剤を添加し、７０〜８０℃に保ちながらラジカル重合性ビニルモノマーを攪拌しながら徐々に添加し、その後２〜５時間熟成して重合を完結し、本発明のコーティング組成物を得る方法が挙げられる。ラジカル重合性ビニルモノマーは水溶性ポリエステル及びポリビニルアルコールにグラフト重合しているため、本発明のコーティング組成物は水性インキの吸収性に優れるとともに、ポリエステル樹脂の特徴である密着性、耐水性、透明性、強靱性等の性質を合わせ持っている。
【００２６】
重合開始剤としては一般的なラジカル重合開始剤、例えば過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素等の水溶性過酸化物、又は過酸化ベンゾイルやｔ−ブチルハイドロパーオキサイド等の油溶性過酸化物、あるいはアゾジイソブチロニトリル等のアゾ化合物が使用できる。
【００２７】
水溶性ポリエステルとポリビニルアルコールとラジカル重合性ビニルモノマーの割合は、固形分比にして水溶性ポリエステル１００重量部に対してポリビニルアルコールが１０〜５００重量部、好ましくは２０〜３００重量部であり、ラジカル重合性ビニルモノマーが１０〜５００重量部、好ましくは２０〜３００重量部である。
ポリビニルアルコールが１０重量部以下では画像の鮮明性、インキ吸収性が不十分になるし、５００重量部以上ではポリエステルフィルム等プラスチックフィルムへの密着性及び耐水性が不良となる。またラジカル重合性ビニルモノマーが１０重量部以下ではインキ吸収性が不良となるし、５００重量部以上になると耐水性が不良となるばかりかプラスチックフィルム等の基材への密着性も不良となる。
【００２８】
以上のようにして得られる本発明のコーティング組成物には、必要に応じてエポキシ樹脂、アミノ樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂等の樹脂成分、イソシアネート系化合物、シランカップリング剤等の架橋剤、シリカ、タルク、カオリンクレー等の無機顔料や有機顔料、造膜助剤、増粘剤、レベリング剤、ブロッキング防止剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、抗酸化剤等従来公知の添加剤を添加することができる。
【００２９】
本発明のコーティング組成物は、次に述べる基材に塗工し乾燥される。
基材としては、プラスチックフィルム、合成紙、各種印刷用紙が使用できる。プラスチックフィルムとしてはポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリスチレン、セロファン、トリアセテート等が、また合成紙としてはポリプロピレン系、ポリエチレン系、ポリスチレン系、ポリエステル系のものが挙げられるが、特に本発明のコーティング組成物はポリエステルフィルムに対する接着性が優れていることが特徴である。なお、本発明のコーティング組成物を上記以外の通常の印刷用紙に塗工することはなんら差し支えない。
【００３０】
本発明のコーティング組成物は、通常、水もしくは水を主体とする溶液もしくは分散液として使用され、その濃度は１０〜５０重量％が好適である。通常のロールコーター、グラビアコーター、バーコーター、ナイフコーター等により被印刷物の片面もしくは両面に塗工、乾燥される。塗布量としては通常、インクジェット記録の受容層の場合は乾燥後の膜厚で１〜１５μ、親水性物質のアンカーコート剤の場合は０．１〜５μの範囲で使用される。
【００３１】
以上のようにして得られる塗工物はブロッキングがなく、コーティング層と基材の接着性が良好で、基材の透明性を損なわない。そして水性インキ、特にインクジェット記録方式による印刷により印字記録された画像は鮮明で滲みがなく又印字後の保存安定性が良好であるため、本用途のコーティング組成物として有用である。
【００３２】
以下実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
水溶性ポリエステルの製造
下記、表１に記したカルボン酸成分、グリコール成分を用いて、酢酸亜鉛と三酸化アンチモンを触媒として反応容器中で１７０〜２２０℃で３時間エステル交換を行なった後、２６０℃まで昇温しつつ反応系内を徐々に減圧して、１時間に５ｍｍＨｇとし、更に減圧下（０．２ｍｍＨｇ）で所定粘度が得られるまで重縮合を行なった。なお、樹脂Ｃは樹脂Ａと同じ組成で反応を進め、樹脂の粘度が上がる前に反応系から取り出して低分子量のポリエステルを得たものである。
【００３３】
【表１】

上記表１のポリエステル樹脂Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれ１６０重量部を水２４０重量部に６５〜８５℃で攪拌しつつ均一に溶解し、固形分濃度４０重量％の水溶液を得た。
【００３４】
インクジェット記録用コート剤の製造
［実施例１、２及び比較例１〜５］
冷却管付き反応容器に、下記表２の組成にてポリエステル樹脂水溶液、ポリビニルアルコール水溶液、水を仕込み、２０分間窒素ガスを吹き込んで十分脱酸素を行なった。次に開始剤を添加して７０〜８０℃に昇温し１時間をかけてラジカル重合性ビニルモノマーを滴下し、さらに同温度にて３時間熟成し、コーティング液を得た。
【００３５】
【表２】

【００３６】
［比較例６］
比較例２にて得られたコーティング剤１００重量部に対して、１０％ゴーセノールＧＨ−１７水溶液を２５重量部配合した。
【００３７】
得られたコーティング液を、膜厚１００μの二軸延伸ポリエステル（ＰＥＴ）フィルムに乾燥後の塗膜厚さが５μになるよう塗布し、１００℃で５分間乾燥して加工フィルムを得た。このようにして得られた加工フィルムについて下記の試験を行なった。
【００３８】
１）ＰＥＴフィルムへの密着性
碁盤目テープ法（ＪＩＳＫ５４００８．５．２）に準じ、加工面の上からセロハンテープを貼り付け、１８０゜方向に速やかに引き剥がした後の樹脂残存率を測った。
〇：残存率１００％
△：残存率９９〜８０％
×：残存率７９％以下
２）耐ブロッキング性
加工面と未加工面を重ね合わせて１ｋｇ／ｃｍ2の荷重を掛け、４０℃、ＲＨ９０％の条件下に２４時間放置後、剥離時の状況から耐ブロッキング性を評価した。
〇：全く抵抗がなく剥離する
△：やや抵抗がある
×：かなり抵抗がある
３）透明性
塗工面の曇りを目視にて判定した
〇：完全に透明
△：僅かに曇りのあるもの
×：完全に不透明なもの
４）画像の鮮明性
キャノン社製のカラーインクジェットプリンターＢＪＣ−２１０を用いて加工面に印字を行い、画像滲み、色調、濃度を目視により判断した。
〇：滲みがなく鮮明 ×：滲みがある
５）インキの浸透性
印字後の画像に一定条件で濾紙を押し付けインキが濾紙に転写しなくなるまでの時間を測定した。
〇：３０秒以内で浸透する ×：３０秒以内に浸透しない
６）耐水性
塗工面にピペットにて水滴を１滴落とし、３０秒後ティッシュペーパーにてふき取り皮膜の残存具合を判定した。
〇：皮膜が残存 ×：皮膜が溶解
【００３９】
結果は表３の通りである。すなわち実施例１、２においてはインクジェット印刷用のＰＥＴフィルムとして要求されるべき性能をすべて満たしていた。それに対して本発明のコーティング組成物の条件から外れる比較例１〜６においては何らかの欠点があった。
【００４０】
【表３】

【００４１】
ポリビニルアルコールのアンカーコート剤［実施例３及び比較例７］
［実施例３］
アンカーコート剤として実施例２のコーティング液を膜厚１００μの二軸延伸ポリエステルフィルムに乾燥後の塗布厚さが０．５μになるよう塗布し、１００℃で１分間乾燥した。次にこの上に５％ＰＶＡ水溶液（ゴーセノールＧＭ−１４日本合成化学工業社製）を乾燥後の塗布厚さが２．５μになる様に塗布し、８０℃で２分間乾燥した。碁盤目テープ法（ＪＩＳＫ５４００８．５．２）により塗膜の密着性試験を行ったところ良好な密着性を示した。
【００４２】
［比較例７］
アンカーコート剤として比較例４のコーティング液を用いる以外は実施例３と同様にしてアンカーコート剤及びＰＶＡ水溶液のコーティングを行い、碁盤目試験法により塗膜の密着性試験をしたところ密着不良であった。
【００４３】
【効果】
以上説明したように、本発明のコーティング組成物は疎水性被印刷物に対しても密着性が良好であり、かつ水溶性インキに対しても印刷性が良好であり、かつ基材の透明性を損なわない。
【００４４】
従って、本発明のコーティング組成物を用いてアンダーコーティングすることによって疎水性基材に対しても水性インキで鮮明で滲みがなく、安定した印刷を施すことができる。
【００４５】
そのためインクジェット記録シートやアンダーコーティング剤として極めて好適な組成物である。

Claims

（Ａ）数平均分子量４０００〜３００００の水溶性もしくは水分散性ポリエステル樹脂と（Ｂ）ケン化度が７５〜１００％、重合度が５００〜５０００のポリビニルアルコールの混合された水溶液もしくは水分散液中において、（Ｃ）親水性のラジカル重合性ビニルモノマー１００〜６０重量％と他の共重合可能なビニルモノマー０〜４０重量％をグラフト共重合して得られ、固形分比にて（Ａ）１００重量部に対して（Ｂ）１０〜５００重量部、（Ｃ）１０〜５００重量部であるコーティング組成物。
数平均分子量５０００〜２５０００の水溶性もしくは水分散性ポリエステル樹脂を用いる請求項1記載のコーティング組成物。
水溶性もしくは水分散性ポリエステル樹脂のジカルボン酸成分が芳香族ジカルボン酸を主体とするものである請求項１もしくは2記載のコーティング組成物。
水溶性もしくは水分散性ポリエステル樹脂の親水性基を有する成分として５−ナトリウムスルホイソフタル酸をジカルボン酸成分中に２〜１５モル％含有する請求項１ないし３記載のコーティング組成物。
親水性のラジカル重合性ビニルモノマーの親水性基として下記（ａ）〜（ｆ）の化学式で表わされるものを使用する請求項１ないし４記載のコーティング組成物。
請求項１に記載された（Ａ）のポリエステル樹脂、（Ｂ）のポリビニルアルコール及び（Ｃ）のラジカル重合性ビニルモノマーの固形分比が、（Ａ）１００重量部に対して（Ｂ）２０〜３００重量部、（Ｃ）２０〜３００重量部である請求項１ないし５記載のコーティング組成物。
（Ａ）数平均分子量４０００〜３００００の水溶性もしくは水分散性ポリエステル樹脂と（Ｂ）ケン化度が７５〜１００％、重合度が５００〜５０００のポリビニルアルコールを含有する水溶液もしくは水分散液を作成し、次いでこの液中で（Ｃ）親水性ラジカル重合性ビニルモノマー１００〜６０重量％と他の共重合可能なビニルモノマー０〜４０重量％をグラフト共重合させることを特徴とするコーティング組成物の製造法。
請求項１ないし６記載のコーティング組成物を主体とする疎水性基体を親水性とするアンダーコーティング剤。
請求項１ないし６記載のコーティング組成物を主体とするインクジェット記録用基体の表面処理剤。