JP4186089B2 - Printing ink composition for laminating, and laminate product using the same. - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、ラミネート用印刷インキ組成物およびそれを用いたラミネート加工物に関し、より詳しくは、表面に珪素酸化物が薄膜状に積層されたプラスチックフィルム(以下、珪素酸化物積層フィルムとは、このフィルムを表わす)に対する接着性が良好で、さらにボイル・レトルト加工に適用可能なラミネート用印刷インキ組成物、および、それを用いた、高いラミネート強度を有するラミネート加工物に関する。
【0002】
【従来の技術】
食品包装容器の高機能化の一つに、空気や水蒸気を遮断して、酸化や吸湿による内容物の変質を防止するガスバリア性の付与がある。そのために、従来よりプラスチックフィルムの表面に、ポリ塩化ビニリデンやアルミニウムなどのガスバリア層を設ける方法が利用されてきた。
【0003】
しかし、最近では、環境問題などによって塩素系化合物の利用が敬遠されるようになり、また、透明性の面からアルミ積層プラスチックフィルムが使用できない用途もあることから、それに代わる材料として、珪素酸化物の積層されたプラスチックフィルムを利用する方法が注目されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、珪素酸化物積層フィルムに、従来の印刷インキ組成物を印刷し、ラミネート加工された包装容器では、高いラミネート強度が得られず、また、ボイル・レトルト適性も乏しくなるという問題がある。
【0005】
そこで、本発明は、珪素酸化物積層フィルムに対する接着性に優れ、さらにボイル・レトルト処理に適用可能なラミネート用印刷インキ組成物と、その印刷インキ組成物が印刷された、高いラミネート強度を有するラミネート加工物を提供する事を目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項1にかかる発明は、イソシアネート基と反応可能な官能基を分子内に有するポリウレタン樹脂、イソシアネート基と反応可能な官能基を分子内に有するシランカップリング剤、およびイソシアネート系硬化剤を含有し、珪素酸化物が薄膜状に積層されたプラスチックフィルムに印刷される事を特徴とする3液型ラミネート用印刷インキ組成物に関するものである。なお、本発明における“3液型”とは、樹脂系の反応に関与する成分として、ポリウレタン樹脂、シランカップリング剤およびイソシアネート系硬化剤の3成分が配合されている事を意味するもので(通常は3成分とも液状で使用される)、その配合の時期は印刷する直前に限定されるものではない。
【0007】
また、請求項2にかかる発明は、前記ポリウレタン樹脂およびシランカップリング剤におけるイソシアネート基と反応可能な官能基が、1級または2級のアミノ基である請求項1に記載の3液型ラミネート用印刷インキ組成物に関するものである。
【0008】
また、請求項3にかかる発明は、珪素酸化物が薄膜状に積層されたプラスチックフィルムの珪素酸化物積層面に、請求項1または2に記載の3液型ラミネート用印刷インキ組成物を印刷した後、印刷面に必要に応じてアンカーコート剤を塗工し、熱溶融ポリマーを積層して得られるラミネート加工物に関するものである。
【0009】
また、請求項4にかかる発明は、珪素酸化物が薄膜状に積層されたプラスチックフィルムの珪素酸化物積層面に、請求項1または2に記載の3液型ラミネート用印刷インキ組成物を印刷した後、印刷面に接着剤を塗工し、ポリマーフィルムを積層して得られるラミネート加工物に関するものである。以下に本発明をさらに詳細に説明する。
【0010】
【発明の実施の形態】
従来より、ラミネート用印刷インキ組成物としては、顔料、ポリウレタンに代表されるバインダー樹脂、有機溶剤などから構成される1液型、あるいはイソシアネート系硬化剤を添加した2液型のものが利用されてきたが、本発明では、さらにシランカップリング剤を加えて、3液型ラミネート用印刷インキ組成物としたことを特徴とするものである。
【0011】
まず、本発明のインキ組成物で利用できる顔料としては、一般に、印刷インキや塗料で使用されている各種の無機顔料(例えば、酸化チタン、ベンガラ、アンチモンレッド、カドミウムイエロー、コバルトブルー、紺青、群青、カーボンブラック、黒鉛など有色顔料、および、炭酸カルシウム、カオリン、クレー、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、タルクなどの体質顔料など)や有機顔料(例えば、溶性アゾ顔料、不溶性アゾ顔料、アゾレーキ顔料、縮合アゾ顔料、銅フタロシアニン顔料、縮合多環顔料など)を挙げる事ができる。これら顔料の含有量としては、インキ組成物中に0.5〜50重量%が適量である。
【0012】
次に、本発明のインキ組成物で利用できるポリウレタン樹脂としては、有機ジイソシアネート化合物と高分子ジオール化合物とを反応させてウレタンプレポリマーを合成し、さらに鎖伸長剤、反応停止剤を反応させて得られるものである。
【0013】
ポリウレタン樹脂を合成するために利用可能な有機ジイソシアネート化合物としては、脂肪族ジイソシアネート化合物(例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートなど)、脂環族ジイソシアネート化合物(例えば、イソホロンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネートなど)、芳香脂肪族ジイソシアネート化合物(キシリレンジイソシアネート、α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネートなど)、芳香族ジイソシアネート化合物(例えば、トルイレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートなど)を挙げる事ができる。
【0014】
その中でも、反応の制御が簡単で、得られるポリウレタン樹脂の性能のバランスが良好であるという点から、脂環族または芳香脂肪族ジイソシアネート化合物を使用する事が好ましく、とりわけ、イソホロンジイソシアネートおよびα,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネートが好ましい。
【0015】
ポリウレタン樹脂を合成するために利用可能な高分子ジオール化合物として、まず、ポリエステルジオール化合物としては、低分子ジオール成分(例えば、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオールなどの直鎖状グリコール類、1,2−プロパンジオール、ネオペンチルグリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオールなどの分岐グリコール類、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなどのエーテル系ジオール類)と、ジカルボン酸成分(例えば、コハク酸、アジピン酸、マレイン酸などの飽和および不飽和脂肪族ジカルボン酸類、フタル酸などの芳香族ジカルボン酸類)とを反応させて得られるポリエステルジオール化合物を挙げる事ができる。
【0016】
また、ポリエーテルジオール化合物としては、環状エステル化合物(例えばラクトンなど)を開環反応させて得られるポリエステルジオール化合物、ジオール化合物(例えば、直鎖状あるいは側鎖を有するポリアルキレングリコール化合物、アルキレングリコール、ビスフェノールなど)にオキシアルキレン(例えば、酸化エチレン、酸化プロピレンなど)やテトラヒドロフランなどを重付加させて得られるポリエーテルジオール化合物を挙げる事ができ、さらに、ポリカーボネートジオール化合物、ポリブタジエングリコール化合物なども利用可能である。
【0017】
その中でも、得られるインキ組成物のボイル・レトルト適性を良好とするためには、ポリエステルジオール化合物を利用する事が好適である。
【0018】
これらの高分子ジオール化合物の分子量としては、得られるポリウレタン樹脂の皮膜物性の面から400以上、また、反応性の面から10,000以下が好適であり、より好ましくは1,000〜6,000である。
【0019】
ポリウレタン樹脂を合成するために利用可能な鎖伸長剤としては、イソシアネート基と反応可能な官能基を2つ以上有する化合物である。具体的に、アミノ基含有化合物としては、1級アミノ基を2つ有するジアミン化合物(例えば、エチレンジアミン、1,4−ブタンジアミン、イソホロンジアミンなど)、1級のアミノ基と2級のアミノ基を1つずつ有するジアミン化合物(例えば、2−エチルアミノエチルアミン、アミノエチルエタノールアミンなど)、および1級のアミノ基2つと2級のアミノ基を1つ以上有するポリアミン化合物(例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなど)などを挙げる事ができる。
【0020】
また、水酸基含有化合物としては、水酸基を2つ有するジオール化合物(例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなど)などを挙げる事ができる。さらに、ヒドラジン残基含有化合物としては、ヒドラジン基を2つ有するジヒドラジン化合物(例えば、エチレンジヒドラジン、ブチレンジヒドラジンなど)、ヒドラジド基を2つ有するジヒドラジド化合物(例えば、コハク酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジドなど)を挙げる事ができ、さらにヒドラジンなども利用できる。
【0021】
ポリウレタン樹脂を合成するために利用可能な反応停止剤は、イソシアネート基と反応可能な官能基を1つ以上有する化合物で、鎖伸長後のポリウレタン樹脂1モルに対して、2モルの比率で反応させるものである。具体的には、アルキルアミン化合物(例えば、n−ブチルアミン、ジ−n−ブチルアミンなど)、アルカノールアミン化合物(例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミンなど)、モノアルコール化合物(メタノール、エタノールなど)を挙げる事ができる。さらに、前記鎖伸長剤として挙げた化合物も反応停止剤として用いる事ができる。
【0022】
さらに、本発明で利用するポリウレタン樹脂は、イソシアネート基と反応可能な官能基を分子内に含有することが必要であり、そのために次の方法が利用できる。例えば、1級のアミノ基を含有するポリウレタン樹脂を得るためには、前記の1級のアミノ基を2つ有するジアミン化合物、1級のアミノ基2つと2級のアミノ基を1つ以上有するポリアミン化合物(この場合、2級のアミノ基も導入される)を反応停止剤として用いる方法などが利用できる。
【0023】
また、2級のアミノ基を含有するポリウレタン樹脂を得るためには、前記1級のアミノ基2つと2級のアミノ基を1つ以上有するポリアミン化合物を鎖伸長剤として用いる方法、前記の1級のアミノ基と2級のアミノ基を1つずつ有するジアミン化合物を反応停止剤として用いる方法などが利用できる。
【0024】
さらに、水酸基を含有するポリウレタン樹脂を得るためには、アミノエチルエタノールアミンを鎖伸長剤として用いる方法、水酸基を2つ有するジオール化合物、アルカノールアミン化合物を反応停止剤として用いる方法などが利用できる。
【0025】
なお、イソシアネート系硬化剤との反応性が高いという観点から、ポリウレタン樹脂の分子内に1級または2級のアミノ基を有するものが好適であり、さらに1級のアミノ基を有するものがより好適である。
【0026】
以上の反応成分を用いてポリウレタン樹脂を合成する方法として、例えば、有機ジイソシアネート化合物と高分子ジオール化合物を1.3:1.0〜3.0:1.0、より好ましくは1.5:1.0〜2.0:1.0のモル比率で反応させてウレタンプレポリマーを合成し、鎖伸長剤を残存するイソシアネート基に対して、概ね0.5〜0.95当量の範囲で反応させ、さらに反応停止剤を反応させる方法、鎖伸長剤と反応停止剤を一括して反応させる方法などが利用できる。なお、各反応段階における反応温度は、使用する材料に応じて30〜140℃の範囲から選択でき、また、必要に応じて溶剤、触媒などを使用する事もできる。
【0027】
本発明のインキ組成物において、ポリウレタン樹脂の分子量は、重量平均分子量として5,000〜50,000が好ましく、10,000〜30,000がより好ましい。さらに、インキ組成物中の含有量としては、1〜40重量%が好適である。
【0028】
次に、本発明のインキ組成物で利用できるシランカップリング剤は、分子内にイソシアネート基と反応可能な官能基を有するシランカップリング剤であり、実用性の面から、アミノ基を有するシランカップリング剤が好適である。具体的には、1級と2級アミノ基を有するシランカップリング剤(例えば、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリエトキシシラン)、1級アミノ基を有するシランカップリング剤(例えば、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン)、2級アミノ基を有するシランカップリング剤(例えばN−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランなど)を挙げる事ができる。さらに、イソシアネート硬化剤との反応性が高いという観点から、1級のアミノ基を有するものがより好適である。
【0029】
本発明におけるシランカップリング剤の好ましい使用量は、インキ組成物に対して0.1〜5重量%、より好ましくは0.3〜3重量%であり、使用量が前記の範囲より少なくなると、珪素酸化物積層フィルムに対する接着性やボイル・レトルト適性が低くなり、一方、5重量%より多く添加してもかまわないが、効果が変わらず、経済的に不利となる。
【0030】
なお、過去から、あらかじめシランカップリング剤を反応させたポリウレタン樹脂を用いた、1液型のインキ組成物が知られているが、このインキ組成物は効果対経済性などの理由により、最初から珪素酸化物積層フィルムの用途に限定されてしまうという点で不利である。
【0031】
それに対して、本発明では、シランカップリング剤を個別の材料として使用するため、まず、非添加系のインキ組成物を製造して、通常のプラスチックフィルムに印刷する場合にはそのまま利用し、珪素酸化物積層フィルムに印刷されることが確定してから、シランカップリング剤を添加する方法が利用できる。
【0032】
例えば、前記用途での注文を受けてインキを出荷する際、あるいはインキが印刷機にセットされる際に、適性付与のためにシランカップリング剤を添加するという方法を利用すると、インキの汎用性が高くなり、また、在庫管理なども容易になるという利点がある。もちろん、最初から珪素酸化物積層フィルム用途として、シランカップリング剤を添加したインク組成物を製造してもよい。
【0033】
次に、本発明のインキ組成物で利用できるイソシアネート系硬化剤としては、ポリオール化合物(例えばトリメチロールプロパンなど)に、水酸基の数だけジイソシアネート化合物(例えば、イソホロンジイソシアネート、トルイレンジイソシアネートなど)を反応させたポリオール化合物のイソシアネート付加体、各種ビュレット化合物やイソシアヌレート化合物などがあり、その添加量は、通常、インキ組成物100重量部に対して1〜10重量部程度である。
【0034】
なお、イソシアネート系硬化剤は、官能基の失効やインキのゲル化を防止するために、できるだけ印刷直前、例えば、印刷機にインキをセットする際、あるいはインキをセットした後に添加混合される事が好ましい。
【0035】
次に、本発明のインキ組成物で利用できる有機溶剤としては、ケトン系有機溶剤(例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)、エステル系有機溶剤(例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチルなど)、脂肪族炭化水素系有機溶剤(例えば、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタンなど)、芳香族炭化水素系有機溶剤(例えば、トルエン、キシレンなど)、脂環族炭化水素系有機溶剤(例えば、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロオクタンなど)、アルコール系有機溶剤(例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、ブタノールなど)、およびジオール化合物とその誘導体(例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールモノエチルエーテルなど)が利用でき、インキの印刷適性や乾燥性などを考慮して、混合利用することが好ましい。
【0036】
さらに、ハードレジン、顔料分散剤、界面活性剤などの各種インキ用添加剤の添加は任意である。
【0037】
これらの材料を利用して印刷インキを製造する方法としては、まず、顔料、ポリウレタン樹脂、有機溶剤および必要に応じて、顔料分散剤、界面活性剤などを攪拌混合した後、各種練肉機、例えば、ビーズミル、サンドミル、パールミル、ボールミル、アトライター、ロールミルなどを利用して練肉し、さらに、残りの材料を添加混合する方法が利用される。
【0038】
次に、本発明の3液型ラミネート用印刷インキ組成物の利用方法について説明する。本発明のインキ組成物は、必要に応じて希釈溶剤などで印刷に適する粘度に調整された後、主としてグラビア印刷方式で珪素酸化物積層フィルムに印刷されるものである。ここで、珪素酸化物積層フィルムとしては、現在、ポリエステルフィルムが主流であり、テックバリア U、テックバリア T(前者はボイル用途、後者はレトルト用途、どちらも三菱化学興人パックス(株)製)、MOS−TB(ボイル用途、尾池工業(株))、ファインバリヤーK((株)麗光製)などが市販されている。
【0039】
さらに、本発明ではインキ組成物が印刷された後、シーラントと呼ばれるポリマーを積層するラミネート加工が行われるものであり、主として2つの方法が利用されている。その一つは、印刷面に必要に応じてアンカーコート剤(例えばイミン系など)を塗布し、熱溶融ポリマー(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなど)を薄膜状に積層させる押出しラミネート加工である。もう一つは、印刷面に接着剤(例えば、イソシアネート系など)を塗工した後、無延伸プラスチックフィルム(例えば、無延伸ポリエチレンフィルム、無延伸ポリプロピレンフィルムなど)を積層させるドライラミネート加工である。その中でも、熱応力による珪素酸化物層のひび割れなどを防止するという観点から、ドライラミネート加工が好適である。
【0040】
この様な方法から得られたラミネート加工物は、最終的にシーラント面同士がヒートシーラーなどで溶封されて包装容器となる。
【0041】
さらに、ボイル適性、レトルト適性を有する珪素酸化物積層フィルムを選択する事により、包装容器に詰められた内容物のボイル処理、レトルト処理が可能である。通常、ボイル処理では60〜95℃、レトルト処理では110〜130℃の(加圧)熱水中に、包装容器が数分〜1時間程度浸漬処理されるが、本発明のインキ組成物は、良好なボイル・レトルト適性を有するものである。
【0042】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、実施例などにおいて、「部」および「%」は特に断りのない限り「重量部」および「重量%」を表わす。
【0043】
<ポリウレタン樹脂ワニスの製造>
(製造例1)
撹拌機、冷却管および窒素ガス導入管を備えた四つ口フラスコに、平均分子量2,000の3−メチル−1,5−ペンチレンアジペートジオール200部およびイソホロンジイソシアネート44.4部を仕込み、窒素ガスを導入しながら100〜105℃で6時間反応させた。室温近くまで放冷し、トルエン243部、メチルエチルケトン243部、イソプロパノール122部を加えた後、イソホロンジアミン13.6部を加えて鎖伸長反応させ、さらにエチレンジアミン2.4部を加えて反応停止させて、ポリウレタン樹脂ワニスA(固形分30%、ポリウレタン樹脂の重量平均分子量16,000、分子内に含まれるイソシアネート基と反応可能な官能基=1級アミノ基)を得た。
【0044】
(製造例2)
撹拌機、冷却管および窒素ガス導入管を備えた四つ口フラスコに、平均分子量2,000の3−メチル−1,5−ペンチレンアジペートジオール200部およびイソホロンジイソシアネート44.4部を仕込み、窒素ガスを導入しながら100〜105℃で6時間反応させた。室温近くまで放冷し、トルエン243部、メチルエチルケトン243部、イソプロパノール122部を加えた後、イソホロンジアミン13.6部を加えて鎖伸長反応させ、さらに2−エチルアミノエチルアミン3.4部を加えて反応停止させて、ポリウレタン樹脂ワニスB(固形分30%、ポリウレタン樹脂の重量平均分子量16,000、分子内に含まれるイソシアネート基と反応可能な官能基=2級アミノ基)を得た。
【0045】
(製造例3)
撹拌機、冷却管および窒素ガス導入管を備えた四つ口フラスコに、平均分子量2,000の3−メチル−1,5−ペンチレンアジペートジオール200部およびイソホロンジイソシアネート44.4部を仕込み、窒素ガスを導入しながら100〜105℃で6時間反応させた。室温近くまで放冷し、トルエン243部、メチルエチルケトン243部、イソプロパノール122部を加えた後、イソホロンジアミン13.6部を加えて鎖伸長反応させ、さらにモノエタノールアミン2.4部を加えて反応停止させて、ポリウレタン樹脂ワニスC(固形分30%、ポリウレタン樹脂の重量平均分子量16,000、分子内に含まれるイソシアネート基と反応可能な官能基=水酸基)を得た。
【0046】
(製造例4)
撹拌機、冷却管および窒素ガス導入管を備えた四つ口フラスコに、平均分子量2,000の3−メチル−1,5−ペンチレンアジペートジオール200部およびイソホロンジイソシアネート44.4部を仕込み、窒素ガスを導入しながら100〜105℃で6時間反応させた。室温近くまで放冷し、トルエン243部、メチルエチルケトン243部、イソプロパノール122部を加えた後、イソホロンジアミン13.6部を加えて鎖伸長反応させ、さらにジブチルアミン4.8部を加えて反応停止させて、ポリウレタン樹脂ワニスD(固形分30%、ポリウレタン樹脂の重量平均分子量16,000、分子内に含まれるイソシアネート基と反応可能な官能基=なし)を得た。
【0047】
<実施例1〜8および比較例1〜4の調製>
酸化チタン(R−960、デュポン(株)製)40部、ポリウレタン樹脂ワニス15部、混合溶剤10部の混合物をレッドデビル社製ペイントコンディショナーを用いて混練し、さらに表1に記載した配合処方の残りの材料を加え、実施例1〜8、比較例1〜4の試験インキを調製した。
【表1】
【0048】
なお、シランカップリング剤としては、A:N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、B:γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、C:N−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン(いずれも50%酢酸エチル溶液)、そして、イソシアネート系硬化剤としては、コロネートHL(40%酢酸エチル溶液、日本ポリウレタン(株)製)を用いた。
【0049】
接着性
各試験インキ100部に表1記載の混合溶媒30部を加えて希釈し、粘度調整を行った後、グラビア校正機((株)東谷製作所製、版深度32μm)にて、片面にシリカ蒸着処理が施こされたポリエステルフィルム(テックバリアT、フィルム厚12μm、三菱化学興人パックス(株)製)の蒸着面に印刷した。室温で1日経時させた印刷物の印刷面に、セロファンテープを貼り付け、すばやく剥がした時にインキが印刷面から剥離した面積(インキ剥離面積)により、インキのフィルムに対する接着性を評価した。
A:インキが全く剥離しないもの。
B:インキ剥離面積がテープ接着面積の20%未満のもの。
C:インキ剥離面積がテープ接着面積の20〜70%のもの。
D:インキ剥離面積がテープ接着面積の70%を超えるもの。
【0050】
ラミネート強度
さらに、印刷面にイソシアネート系接着剤(ディックドライLX−703A/KR−90、大日本インキ化学工業(株))を、固形分として3g/m2となる塗布量で塗布した後、ドライラミネート機を用いて無延伸ポリエチレンフィルム(RXC−3、フィルム厚60μm、東セロ(株)製)を積層し、40℃で3日経時させた。このラミネート物を15mm幅の試料片に切断し、剥離試験機(安田精機(株)製)を用いてT字剥離強度を測定した。評価結果には、強度の実測値(g/15mm)を記載した。なお、5000ov.は測定上限値500g/15mmを超える数値である事を示す。
【0051】
ボイル適性、レトルト適性
上記の方法で得たラミネート物を製袋し、水を詰めた後に端部を溶封し、ボイル適性試験では90℃の熱水中に30分、レトルト適性試験では120℃の加圧熱水中に15分間浸漬し、ラミ浮きの有無からボイル適性およびレトルト適性を評価した。
A:全くラミ浮きが見られないもの。
B:ピンホール状もしくは一部に細くて短いラミ浮きがみられるもの。
C:長い筋状のラミ浮きが全面にみられるもの。
D:完全にCPPフィルムが印刷面から剥がれているもの。
【0052】
以上の評価結果を表1に記載した。なお、接着性、ボイル適性およびレトルト適性についてはB評価以上、また、ラミネート強度については200g/15mm以上のものを、良好な性能を有すると判断した。
【表1】
【0053】
【発明の効果】
以上、実施例を挙げて具体的に説明したように、本発明のインキ組成物は、珪素酸化物積層フィルムに対する接着性に優れ、ボイル・レトルト用途にも適用可能で、さらに、後加工して得られたラミネート加工物は、高いラミネート強度を有するものである。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a printing ink composition for laminating and a laminated product using the same, and more specifically, a plastic film (hereinafter referred to as a silicon oxide laminated film) in which silicon oxide is laminated in a thin film shape on the surface. The present invention relates to a laminating printing ink composition that has good adhesion to (represents a film) and can be applied to boil retort processing, and a laminated product having high laminating strength using the same.
[0002]
[Prior art]
One of the enhancements in the functionality of food packaging containers is the provision of gas barrier properties that block air and water vapor and prevent the contents from being altered by oxidation or moisture absorption. Therefore, a method of providing a gas barrier layer such as polyvinylidene chloride or aluminum on the surface of a plastic film has been conventionally used.
[0003]
However, recently, the use of chlorinated compounds has been shunned due to environmental problems, and there are applications where aluminum laminated plastic films cannot be used due to their transparency, so silicon oxide is an alternative material. A method using a laminated plastic film is attracting attention.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, a packaging container obtained by printing a conventional printing ink composition on a silicon oxide laminated film and laminating it has a problem that a high laminate strength cannot be obtained and the suitability for boil and retort is poor.
[0005]
Accordingly, the present invention provides a printing ink composition for laminating that has excellent adhesion to a silicon oxide laminated film and can be applied to boil / retort processing, and a laminate having high laminating strength on which the printing ink composition is printed. The purpose is to provide a processed product.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
That is, the invention according to claim 1 includes a polyurethane resin having a functional group capable of reacting with an isocyanate group in the molecule, a silane coupling agent having a functional group capable of reacting with the isocyanate group in the molecule, and an isocyanate curing agent. The present invention relates to a three-component laminating printing ink composition characterized in that it is printed on a plastic film in which a silicon oxide is laminated in a thin film shape. The “three-component type” in the present invention means that three components of a polyurethane resin, a silane coupling agent, and an isocyanate curing agent are blended as components involved in the resin-based reaction ( Usually, all three components are used in a liquid state), but the blending time is not limited to just before printing.
[0007]
Further, in the invention according to claim 2, the functional group capable of reacting with the isocyanate group in the polyurethane resin and the silane coupling agent is a primary or secondary amino group. The present invention relates to a printing ink composition.
[0008]
According to a third aspect of the invention, the three-component laminating printing ink composition according to the first or second aspect is printed on a silicon oxide laminated surface of a plastic film in which silicon oxide is laminated in a thin film shape. Thereafter, the present invention relates to a laminate product obtained by applying an anchor coating agent to the printing surface as necessary and laminating a hot-melt polymer.
[0009]
According to a fourth aspect of the present invention, the three-component laminating printing ink composition according to the first or second aspect is printed on a silicon oxide laminated surface of a plastic film in which silicon oxide is laminated in a thin film shape. Thereafter, the present invention relates to a laminate product obtained by applying an adhesive to the printing surface and laminating a polymer film. The present invention is described in further detail below.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Conventionally, as a printing ink composition for laminating, a one-component type composed of a pigment, a binder resin typified by polyurethane, an organic solvent, or the like, or a two-component type added with an isocyanate curing agent has been used. However, in the present invention, a silane coupling agent is further added to form a three-component laminating printing ink composition.
[0011]
First, as pigments that can be used in the ink composition of the present invention, various inorganic pigments generally used in printing inks and paints (for example, titanium oxide, bengara, antimony red, cadmium yellow, cobalt blue, bitumen, ultramarine blue). , Colored pigments such as carbon black and graphite, and extender pigments such as calcium carbonate, kaolin, clay, barium sulfate, aluminum hydroxide and talc) and organic pigments (eg soluble azo pigments, insoluble azo pigments, azo lake pigments, condensation) Azo pigments, copper phthalocyanine pigments, condensed polycyclic pigments, etc.). The content of these pigments is 0.5 to 50% by weight in the ink composition.
[0012]
Next, the polyurethane resin that can be used in the ink composition of the present invention is obtained by reacting an organic diisocyanate compound with a polymer diol compound to synthesize a urethane prepolymer, and further reacting with a chain extender and a reaction terminator. It is what
[0013]
Examples of organic diisocyanate compounds that can be used to synthesize polyurethane resins include aliphatic diisocyanate compounds (eg, hexamethylene diisocyanate, 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate), alicyclic diisocyanate compounds (eg, isophorone diisocyanate). , Hydrogenated xylylene diisocyanate, etc.), araliphatic diisocyanate compounds (xylylene diisocyanate, α, α, α ′, α′-tetramethylxylylene diisocyanate, etc.), aromatic diisocyanate compounds (eg, toluylene diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate) Etc.).
[0014]
Among them, it is preferable to use an alicyclic or araliphatic diisocyanate compound from the viewpoint that the reaction control is simple and the performance balance of the obtained polyurethane resin is good, and in particular, isophorone diisocyanate and α, α , Α ′, α′-tetramethylxylylene diisocyanate is preferred.
[0015]
As a high molecular diol compound that can be used for synthesizing a polyurethane resin, first, as a polyester diol compound, a low molecular diol component (for example, ethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, etc.) Chain glycols, 1,2-propanediol, neopentyl glycol, branched glycols such as 3-methyl-1,5-pentanediol, 2,4-diethyl-1,5-pentanediol, diethylene glycol, triethylene glycol Obtained by reacting a dicarboxylic acid component (for example, saturated and unsaturated aliphatic dicarboxylic acids such as succinic acid, adipic acid, and maleic acid, and aromatic dicarboxylic acids such as phthalic acid). List polyester diol compounds .
[0016]
Further, as the polyether diol compound, a polyester diol compound obtained by ring-opening reaction of a cyclic ester compound (for example, lactone), a diol compound (for example, a polyalkylene glycol compound having a linear or side chain, alkylene glycol, Polyether diol compounds obtained by polyaddition of oxyalkylene (for example, ethylene oxide, propylene oxide, etc.) or tetrahydrofuran to bisphenol, etc., and polycarbonate diol compounds, polybutadiene glycol compounds, etc. are also available. is there.
[0017]
Among these, in order to improve the boil / retort suitability of the obtained ink composition, it is preferable to use a polyester diol compound.
[0018]
The molecular weight of these polymer diol compounds is preferably 400 or more from the viewpoint of the film properties of the obtained polyurethane resin, and 10,000 or less from the viewpoint of reactivity, more preferably 1,000 to 6,000. It is.
[0019]
The chain extender usable for synthesizing the polyurethane resin is a compound having two or more functional groups capable of reacting with an isocyanate group. Specifically, as the amino group-containing compound, a diamine compound having two primary amino groups (for example, ethylenediamine, 1,4-butanediamine, isophoronediamine, etc.), a primary amino group and a secondary amino group are used. Diamine compounds having one each (for example, 2-ethylaminoethylamine, aminoethylethanolamine, etc.), and polyamine compounds having two primary amino groups and one or more secondary amino groups (for example, diethylenetriamine, triethylenetetramine) Etc.).
[0020]
Examples of the hydroxyl group-containing compound include diol compounds having two hydroxyl groups (for example, ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, etc.). Further, examples of the hydrazine residue-containing compound include dihydrazine compounds having two hydrazine groups (for example, ethylene dihydrazine, butylene dihydrazine, etc.), dihydrazide compounds having two hydrazide groups (for example, succinic dihydrazide, adipic dihydrazide). Etc.) and hydrazine can also be used.
[0021]
A reaction terminator that can be used for synthesizing a polyurethane resin is a compound having at least one functional group capable of reacting with an isocyanate group, and is reacted at a ratio of 2 mol with respect to 1 mol of the polyurethane resin after chain extension. Is. Specific examples include alkylamine compounds (eg, n-butylamine, di-n-butylamine), alkanolamine compounds (eg, monoethanolamine, diethanolamine), and monoalcohol compounds (methanol, ethanol, etc.). it can. Furthermore, the compounds mentioned as the chain extender can also be used as a reaction terminator.
[0022]
Furthermore, the polyurethane resin used in the present invention needs to contain a functional group capable of reacting with an isocyanate group in the molecule. For this purpose, the following method can be used. For example, in order to obtain a polyurethane resin containing a primary amino group, the diamine compound having two primary amino groups, a polyamine having two primary amino groups and one or more secondary amino groups. A method of using a compound (in this case, a secondary amino group is also introduced) as a reaction terminator can be used.
[0023]
In order to obtain a polyurethane resin containing a secondary amino group, a method using a polyamine compound having two primary amino groups and one or more secondary amino groups as a chain extender, the primary A method using a diamine compound having one amino group and one secondary amino group as a reaction terminator can be used.
[0024]
Furthermore, in order to obtain a polyurethane resin containing a hydroxyl group, a method using aminoethylethanolamine as a chain extender, a diol compound having two hydroxyl groups, a method using an alkanolamine compound as a reaction terminator, and the like can be used.
[0025]
From the viewpoint of high reactivity with the isocyanate curing agent, those having a primary or secondary amino group in the molecule of the polyurethane resin are preferred, and those having a primary amino group are more preferred. It is.
[0026]
As a method of synthesizing a polyurethane resin using the above reaction components, for example, an organic diisocyanate compound and a polymer diol compound are 1.3: 1.0 to 3.0: 1.0, more preferably 1.5: 1. The urethane prepolymer is synthesized by reacting at a molar ratio of 0.0 to 2.0: 1.0, and the chain extender is reacted in the range of approximately 0.5 to 0.95 equivalent to the remaining isocyanate group. Further, a method of reacting a reaction terminator, a method of reacting a chain extender and a reaction terminator in a lump can be used. In addition, the reaction temperature in each reaction stage can be selected from the range of 30-140 degreeC according to the material to be used, and a solvent, a catalyst, etc. can also be used as needed.
[0027]
In the ink composition of the present invention, the molecular weight of the polyurethane resin is preferably 5,000 to 50,000, more preferably 10,000 to 30,000 as a weight average molecular weight. Furthermore, as content in an ink composition, 1 to 40 weight% is suitable.
[0028]
Next, the silane coupling agent that can be used in the ink composition of the present invention is a silane coupling agent having a functional group capable of reacting with an isocyanate group in the molecule. From the practical aspect, a silane coupling agent having an amino group. A ring agent is preferred. Specifically, silane coupling agents having primary and secondary amino groups (for example, N-β (aminoethyl) γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-β (aminoethyl) γ-aminopropyltrimethoxysilane) , N-β (aminoethyl) γ-aminopropylmethyldiethoxysilane, N-β (aminoethyl) γ-aminopropyltriethoxysilane), a silane coupling agent having a primary amino group (for example, γ-aminopropyl) Examples thereof include silane coupling agents having a secondary amino group (for example, N-phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilane). Furthermore, those having a primary amino group are more preferred from the viewpoint of high reactivity with isocyanate curing agents.
[0029]
The preferred amount of the silane coupling agent used in the present invention is 0.1 to 5% by weight, more preferably 0.3 to 3% by weight, based on the ink composition. When the amount used is less than the above range, Adhesiveness to the silicon oxide laminated film and suitability for boil and retort are lowered. On the other hand, it may be added in an amount of more than 5% by weight, but the effect is not changed and it is economically disadvantageous.
[0030]
In addition, from the past, a one-component ink composition using a polyurethane resin that has been reacted with a silane coupling agent in advance has been known. This is disadvantageous in that it is limited to the use of the silicon oxide laminated film.
[0031]
On the other hand, in the present invention, since a silane coupling agent is used as an individual material, first, an unadded ink composition is manufactured and used as it is when printing on a normal plastic film. A method of adding a silane coupling agent can be used after it is determined that the oxide laminated film is printed.
[0032]
For example, when a method of adding a silane coupling agent for imparting suitability when an ink is shipped in response to an order for the above application or when the ink is set in a printing machine, the versatility of the ink is obtained. There is an advantage that the stock management becomes high and inventory management becomes easy. Of course, you may manufacture the ink composition which added the silane coupling agent from the beginning for a silicon oxide laminated film use.
[0033]
Next, as an isocyanate curing agent that can be used in the ink composition of the present invention, a diisocyanate compound (for example, isophorone diisocyanate, toluylene diisocyanate, or the like) is reacted with a polyol compound (for example, trimethylolpropane) by the number of hydroxyl groups. In addition, there are isocyanate adducts of polyol compounds, various burette compounds and isocyanurate compounds, and the addition amount is usually about 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the ink composition.
[0034]
The isocyanate curing agent may be added and mixed as much as possible immediately before printing, for example, when setting ink in a printing machine or after setting ink, in order to prevent functional group expiration and ink gelation. preferable.
[0035]
Next, examples of the organic solvent that can be used in the ink composition of the present invention include ketone organic solvents (for example, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, etc.), ester organic solvents (for example, methyl acetate, ethyl acetate, n-acetate). Propyl, n-butyl acetate, isobutyl acetate, etc.), aliphatic hydrocarbon organic solvents (eg, n-hexane, n-heptane, n-octane, etc.), aromatic hydrocarbon organic solvents (eg, toluene, xylene, etc.) ), Alicyclic hydrocarbon organic solvents (eg, cyclohexane, methylcyclohexane, cyclooctane, etc.), alcohol organic solvents (eg, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, butanol, etc.), and diol compounds and derivatives thereof (Eg, ethylene glycol, propylene Recall, ethylene glycol monoethyl ether, etc.) are available, in consideration of printability and drying of the ink, it is preferred to mix utilized.
[0036]
Furthermore, the addition of various ink additives such as hard resin, pigment dispersant, and surfactant is optional.
[0037]
As a method for producing a printing ink using these materials, first, a pigment, a polyurethane resin, an organic solvent and, if necessary, a pigment dispersant, a surfactant, and the like after stirring and mixing, For example, a method of kneading using a bead mill, a sand mill, a pearl mill, a ball mill, an attritor, a roll mill, etc., and further adding and mixing the remaining materials is used.
[0038]
Next, a method for using the three-component laminating printing ink composition of the present invention will be described. The ink composition of the present invention is printed on a silicon oxide laminated film mainly by a gravure printing method after being adjusted to a viscosity suitable for printing with a diluent solvent or the like as necessary. Here, as the silicon oxide laminated film, polyester films are currently mainstream, and Tech Barrier U and Tech Barrier T (the former is for boil use and the latter is for retort use, both manufactured by Mitsubishi Chemical Kojin Pax Co., Ltd.) MOS-TB (for boil use, Oike Kogyo Co., Ltd.), Fine Barrier K (manufactured by Reiko Co., Ltd.), etc. are commercially available.
[0039]
Furthermore, in the present invention, after the ink composition is printed, a lamination process is performed in which a polymer called a sealant is laminated, and two methods are mainly used. One of them is an extrusion laminating process in which an anchor coating agent (for example, imine type) is applied to the printing surface as needed, and a hot-melt polymer (for example, polyethylene, polypropylene, etc.) is laminated in a thin film. The other is a dry laminating process in which an adhesive (for example, isocyanate type) is applied to the printing surface, and then an unstretched plastic film (for example, unstretched polyethylene film, unstretched polypropylene film, etc.) is laminated. Among these, from the viewpoint of preventing cracking of the silicon oxide layer due to thermal stress, dry laminating is preferable.
[0040]
The laminated product obtained from such a method is finally sealed with a heat sealer or the like between the sealant surfaces to form a packaging container.
[0041]
Furthermore, by selecting a silicon oxide laminated film having boil suitability and retort suitability, it is possible to boil and retort the contents packed in the packaging container. Usually, the packaging container is immersed in hot water at 60 to 95 ° C. in the boil treatment and 110 to 130 ° C. in the retort treatment (pressurized) for about several minutes to 1 hour. It has good boil and retort suitability.
[0042]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely using an Example, this invention is not limited to this. In Examples and the like, “parts” and “%” represent “parts by weight” and “% by weight” unless otherwise specified.
[0043]
<Manufacture of polyurethane resin varnish>
(Production Example 1)
A four-necked flask equipped with a stirrer, a condenser tube and a nitrogen gas inlet tube was charged with 200 parts of 3-methyl-1,5-pentylene adipatediol having an average molecular weight of 2,000 and 44.4 parts of isophorone diisocyanate, The reaction was carried out at 100 to 105 ° C. for 6 hours while introducing gas. Allow to cool to near room temperature, add 243 parts of toluene, 243 parts of methyl ethyl ketone and 122 parts of isopropanol, then add 13.6 parts of isophoronediamine to cause chain extension, and then add 2.4 parts of ethylenediamine to stop the reaction. Polyurethane resin varnish A (solid content 30%, weight average molecular weight of polyurethane resin 16,000, functional group capable of reacting with isocyanate group contained in molecule = primary amino group) was obtained.
[0044]
(Production Example 2)
A four-necked flask equipped with a stirrer, a condenser tube and a nitrogen gas inlet tube was charged with 200 parts of 3-methyl-1,5-pentylene adipatediol having an average molecular weight of 2,000 and 44.4 parts of isophorone diisocyanate, The reaction was carried out at 100 to 105 ° C. for 6 hours while introducing gas. After allowing to cool to near room temperature, 243 parts of toluene, 243 parts of methyl ethyl ketone and 122 parts of isopropanol were added, then 13.6 parts of isophoronediamine was added to cause chain extension reaction, and 3.4 parts of 2-ethylaminoethylamine was further added. The reaction was stopped to obtain polyurethane resin varnish B (solid content 30%, weight average molecular weight of polyurethane resin 16,000, functional group capable of reacting with isocyanate group contained in molecule = secondary amino group).
[0045]
(Production Example 3)
A four-necked flask equipped with a stirrer, a condenser tube and a nitrogen gas inlet tube was charged with 200 parts of 3-methyl-1,5-pentylene adipatediol having an average molecular weight of 2,000 and 44.4 parts of isophorone diisocyanate, The reaction was carried out at 100 to 105 ° C. for 6 hours while introducing gas. After cooling to near room temperature, 243 parts of toluene, 243 parts of methyl ethyl ketone and 122 parts of isopropanol were added, then 13.6 parts of isophoronediamine was added to cause chain extension reaction, and then 2.4 parts of monoethanolamine was added to stop the reaction. Thus, polyurethane resin varnish C (solid content 30%, weight average molecular weight of polyurethane resin 16,000, functional group capable of reacting with isocyanate group contained in the molecule = hydroxyl group) was obtained.
[0046]
(Production Example 4)
A four-necked flask equipped with a stirrer, a condenser tube and a nitrogen gas inlet tube was charged with 200 parts of 3-methyl-1,5-pentylene adipatediol having an average molecular weight of 2,000 and 44.4 parts of isophorone diisocyanate, The reaction was carried out at 100 to 105 ° C. for 6 hours while introducing gas. After cooling to near room temperature, 243 parts of toluene, 243 parts of methyl ethyl ketone and 122 parts of isopropanol were added, then 13.6 parts of isophoronediamine was added to cause chain extension reaction, and 4.8 parts of dibutylamine was added to stop the reaction. Thus, polyurethane resin varnish D (solid content 30%, weight average molecular weight of polyurethane resin 16,000, functional group capable of reacting with isocyanate group contained in molecule = none) was obtained.
[0047]
<Preparation of Examples 1-8 and Comparative Examples 1-4>
A mixture of 40 parts of titanium oxide (R-960, manufactured by DuPont), 15 parts of a polyurethane resin varnish, and 10 parts of a mixed solvent was kneaded using a paint conditioner manufactured by Red Devil Co. The remaining materials were added to prepare test inks of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 4.
[Table 1]
[0048]
As silane coupling agents, A: N-β (aminoethyl) γ-aminopropyltrimethoxysilane, B: γ-aminopropyltrimethoxysilane, C: N-phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilane ( Both were 50% ethyl acetate solution), and Coronate HL (40% ethyl acetate solution, manufactured by Nippon Polyurethane Co., Ltd.) was used as the isocyanate curing agent.
[0049]
Adhesiveness After adding 100 parts of each test ink to 30 parts of the mixed solvent shown in Table 1 for dilution and adjusting the viscosity, a gravure proofing machine (manufactured by Toya Seisakusho Co., Ltd., plate depth: 32 μm) is used to prepare silica on one side. It printed on the vapor deposition surface of the polyester film (Tech barrier T, film thickness 12 micrometers, Mitsubishi Chemical Kojin Pax Co., Ltd. product) to which the vapor deposition process was given. Cellophane tape was affixed to the printed surface of the printed matter aged at room temperature for 1 day, and the adhesiveness of the ink to the film was evaluated based on the area where the ink peeled off the printed surface when quickly removed (ink peeling area).
A: The ink does not peel at all.
B: The ink peeling area is less than 20% of the tape adhesion area.
C: The ink peeling area is 20 to 70% of the tape adhesion area.
D: The ink peeling area exceeds 70% of the tape adhesion area.
[0050]
Laminate strength Further, an isocyanate adhesive (Dick Dry LX-703A / KR-90, Dainippon Ink & Chemicals, Inc.) was applied to the printing surface at a coating amount of 3 g / m 2 as a solid content, and then dried. Using a laminating machine, an unstretched polyethylene film (RXC-3, film thickness 60 μm, manufactured by Tosero Co., Ltd.) was laminated and aged at 40 ° C. for 3 days. This laminate was cut into 15 mm wide sample pieces, and the T-shaped peel strength was measured using a peel tester (manufactured by Yasuda Seiki Co., Ltd.). In the evaluation result, the actually measured value (g / 15 mm) of the strength was described. In addition, 5000 ov. Indicates that the value exceeds the upper limit of measurement of 500 g / 15 mm.
[0051]
Boil suitability and retort suitability After making a bag of the laminate obtained by the above method and filling with water, the ends are sealed. In the boil suitability test, 30 minutes in hot water at 90 ° C, and 120 ° C in the retort suitability test. Was immersed in hot water under pressure for 15 minutes, and the suitability for boil and retort were evaluated based on the presence or absence of lami.
A: The one that does not show any lambs.
B: A pinhole shape or a part of which is thin and has a short lami float.
C: A long streaky Lami float is observed on the entire surface.
D: The CPP film is completely peeled off from the printing surface.
[0052]
The above evaluation results are shown in Table 1. In addition, about adhesiveness, boil suitability, and retort suitability, it was judged that the thing of B evaluation or more and a laminate strength 200g / 15mm or more have favorable performance.
[Table 1]
[0053]
【The invention's effect】
As described above in detail with reference to the examples, the ink composition of the present invention has excellent adhesion to the silicon oxide laminated film, and can be applied to boil and retort applications. The obtained laminated product has a high laminate strength.
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