JP4466163B2

JP4466163B2 - 水性印刷ワニス組成物およびその印刷物

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Publication number: JP4466163B2
Application number: JP2004103946A
Authority: JP
Inventors: 英幸石野; 浩二大谷; 一雄久田; 正男五邊
Original assignee: Toyo Ink SC Holdings Co Ltd
Current assignee: Toyo Ink SC Holdings Co Ltd
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005290078A

Description

本発明は段ボールや紙器等の紙を対象とするフレキソあるいはグラビア印刷等で使用可能な水性印刷ワニスであり、流動性、貯蔵安定性に優れ、特にライナー原紙に印刷した後に中芯及び裏ライナー紙をコルゲーターで貼り合わせるプレプリント方式の段ボールに使用されるオーバーコート用ワニスとしてフレキソ印刷を行った際に、良好な光沢、レベリング性を有し、印刷時のインキのブリードが無いため高速印刷性に優れ、コルゲーター加工に必要な耐熱性を有し、耐水性、耐摩擦性に優れた品質の印刷物を得るのに適した水性印刷ワニス組成物に関する。

段ボール、カートン紙器等でフレキソ印刷やグラビア印刷が行われている分野、特にプレプリント方式の段ボールに使用されるオーバーコート用ワニスは、印刷外観の美粧性、および段ボール箱の耐性を付与する目的から、光沢、レベリング性および耐熱性、耐水性、耐摩擦性に優れたワニスの要望が強まっている。

また印刷作業性向上の観点から、高速印刷可能なワニスが要望されている。オーバーコート用ワニスを印刷した際の下地インキのブリード性が劣る場合は、ワニスがインキにより着色し、美粧性を損なうため印刷速度は上げることが出来ず、ブリードの無いあるいは極力少ないワニスが望まれている。

従来よりプレプリント方式の段ボール用の印刷インキおよびオーバーコートワニスには、環境への配慮および安全性、衛生性等の作業環境面において有利である水性タイプが使用されており、オーバーコートワニスのバインダー樹脂に、高屈折率のスチレン系あるいはスチレン−アクリル系共重合樹脂エマルジョンを使用すると印刷した際に高光沢が得られることが知られている。

これらの樹脂エマルジョンの含有量が多くなる程、より高光沢は得られる。単純にガラス転移点（Tg点）を高くすると、コルゲーター加工に必要な耐熱性は有するが、凝集力低下により耐摩擦性、耐水性は不充分である。一方、凝集力を向上させる目的で、樹脂エマルジョンのガラス転移点（Tg点）を下げた場合、耐水性は向上するが、耐熱性は低下するため、コルゲーター加工に支障を生じる。

またオーバーコート用ワニスを印刷した際の下地インキのブリード性については、下地インキが水性タイプの場合、オーバーコート用ワニスにより、再溶解し、印刷画像の滲み、あるいは溶解したインキがオーバーコートワニスに混ざり、オーバーコートワニスが着色し、支障を生じることがある。改善方法として、下地インキの乾燥性を上げることが考えられるが、インキの乾燥性を上げた場合、フレキソおよびグラビア印刷版で乾きやすくなり、インキ転移不良、詰まり等印刷適性低下を招くことになる。またオーバーコート用ワニスのインキ塗膜の溶解性を低下させ、再溶解しにくくする方法も考えられるが、オーバーコートワニス自体の再溶解性も低下し、印刷適性の低下を招くため印刷上問題がある。

本発明の目的は、主としてプレプリント方式の段ボールに使用されるオーバーコート用ワニスとして印刷を行った際に、良好な光沢、レベリング性を有し、印刷時のインキのブリードが無く、コルゲーター加工に必要な耐熱性を有し、耐水性、耐摩擦性に優れた品質の印刷物を得るのに適した水性印刷ワニス組成物を提供するものである。

本発明者らは、上記した目的にかなう水性ワニスについて、鋭意研究を行った結果、水性エマルジョン樹脂を主体とするワニスに、油脂およびリン酸エステル系活性剤を配合することで、凝集力低下による耐摩擦性、耐水性を損なうことなく、コルゲーター加工に必要な耐熱性および印刷時のインキのブリードが著しく向上することを見出し、本発明に至った。

即ち、本願発明は、水性印刷ワニスの構成成分として、ガラス転移点が３０〜１００℃の水性エマルジョン樹脂(a)と油脂（ｂ）、一般式（ｃ−１），（ｃ−２）；
（式中、ｎ，ｍはエチレンオキサイドの付加モル数で１〜３０、Ｒ₃，Ｒ₄はアルキルまたはアルキルアリール基である）で表わされるリン酸エステル系活性剤を含み、油脂（ｂ）の量が０.１〜５重量％、リン酸エステル系活性剤を０.１〜２重量％含むことを特徴とする水性印刷ワニス組成物である。

また、本発明は、水性エマルジョン樹脂がアクリル系エマルジョンであり、酸価が５０〜３００ｍｇＫＯＨ／ｇであることを特徴とする上記水性印刷ワニス組成物である。

さらに本発明は、オーバーコートワニス用途である上記水性印刷ワニス組成物および上記水性印刷ワニス組成物を用いて得られる印刷物である。

本発明により、プレプリント方式の段ボール印刷等に使用されるオーバーコート用ワニスとして、良好な光沢、レベリング性を有し、印刷時のインキのブリードが無いため高速印刷可能であり、印刷作業性に優れ、またコルゲーター加工に必要な耐熱性を有し、耐水性、耐摩擦性に優れた品質の印刷物の提供が可能となった。

以下本発明の構成について詳しく説明する。
本発明の水性エマルジョン樹脂を構成する成分としては、スチレン−アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、スチレン−ブタジエン系樹脂、ブタジエン系樹脂、スチレン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリブテン系樹脂、各種ワックス類等が挙げられる。これらの中で、スチレン−アクリル系樹脂からなる水性エマルジョン樹脂が光沢、流動性、再溶解性の点でより好ましく使用される。

スチレン−アクリル系樹脂としては、アクリル系共重合体またはスチレン−アクリル系共重合体またはスチレン−マレイン酸系共重合体からなり、用いられるモノマーに特に制限はなく、通常の芳香族ビニルモノマー類、エチレン性不飽和カルボン酸エステル類、エチレン性不飽和カルボン酸アミド類、エチレン性不飽和カルボン酸等のラジカル重合可能なビニルモノマーを使用できる。

該樹脂は、アニオン系活性剤、ノニオン系活性剤或いはポリマー粒子の分散保護能を有するアルカリ可溶型水溶性樹脂のような高分子活性剤等の界面活性剤の存在下、上記記載のラジカル重合可能なビニルモノマーを乳化重合することにより得ることができるが、水性ワニスに使用する場合、光沢、レベリング性、流動性、再溶解性の点から、アルカリ可溶型水溶性樹脂を乳化重合時に用いたエマルジョンが好ましい。

芳香族ビニルモノマー類としてはスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン等のスチレン類が挙げられ、これらは１種又は２種以上の混合物として使用できる。

エチレン性不飽和カルボン酸エステル類としては、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート等の（メタ）アクリル酸のアルキル（好ましくは炭素数 1〜22のアルキル）エステル類、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート等の水酸基含有エチレン性不飽和化合物、グリシジル（メタ）アクリレート，メチルグリシジル（メタ）アクリレート等のエポキシ基含有エチレン性不飽和化合物等が挙げられる。

エチレン性不飽和カルボン酸アミド類及びその誘導体としては、N-メチロール（メタ）アクリルアミド、N-ジメチロール（メタ）アクリルアミド、N-ブトキシメチル（メタ）アクリルアミド、N-メトキシメチル（メタ）アクリルアミド、N-エトキシメチル（メタ）アクリルアミド等が挙げられる。例えばメチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、酢酸ビニル、塩化ビニル、アクリロニトリルおよび塩化ビニリデンなどが挙げられる。

エチレン性不飽和カルボン酸類としては、（メタ）アクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸、クロトン酸やこれらの無水物類が挙げられ、これらは１種又は２種以上の混合物として使用できる。

重合開始剤としては通常のラジカル重合開始剤、例えば過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩類、過酸化ｔ−ブチル等の有機過酸化物等を用いることができる。使用量は、モノマー総重量成分100 重量部あたり0.1 〜5 重量部が適当である。

水性エマルジョン樹脂のガラス転移点は、耐水性、耐摩擦性を確保可能な皮膜凝集力とコルゲーター加工に必要な耐熱性を充分に発現させる観点から３０〜１００℃の範囲であることが必要であり、より好ましくは５０〜１００℃である。

酸価は５０〜３００ｍｇＫＯＨ／ｇであることが好ましく、充分な流動性、再溶解性を得る観点から１００ｍｇＫＯＨ／ｇ以上、良好な乾燥性、耐水性を得る観点から２５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下が好ましい。

ここで、ガラス転移点とは、示差走査熱量計を用いて昇温温度１０℃／分で測定したときのガラス転移温度近傍の吸熱曲線の接線とベースラインとの接点の値をいい、酸価とは、樹脂１ｇ中に含有するカルボキシル基を中和するのに必要とする水酸化カリウムのｍｇ数で、ＪＩＳＫ０７０に従い行った値である。

また本発明に使用される油脂は、１個のグリセリンと３個の脂肪酸がエステル結合したトリグリセリドであり、一般的には１個のグリセリンと結合している３個の脂肪酸は同じ種類ではなく、いくつかの種類が混在している。
脂肪酸の種類としては、飽和脂肪酸として、酪酸、カプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミスチリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸等が挙げられ、不飽和脂肪酸としては、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、リシノレン酸等が挙げられる。

これらを含む本発明に使用できる油脂の具体例としては、やし油（ラウリン酸を約45%含有）、ひまし油（リシノレン酸を約90%含有）、大豆油（リノール酸を約50%含有）、パーム油（パルミチン酸を約45%、オレイン酸を約40%含有）等が挙げられ、添加量は０.１〜５重量％が好ましく使用される。これらは単独もしくは２種以上併用して使用可能である。

油脂の添加量が０.１重量％より少ない場合、印刷時のインキのブリード防止効果が乏しく、また添加量が５重量％より多い場合は、ワニスの安定性、流動性が損なわれ、印刷時のレベリング性低下を招き不適である。

また本発明に使用されるリン酸エステル系界面活性剤としては、一般式（ｃ−１），（ｃ−２）；

（式中、ｎ，ｍはエチレンオキサイドの付加モル数、Ｒ₃，Ｒ₄はアルキルまたはアルキルアリール基である）で表わされるリン酸エステル系活性剤であり、分子内にポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル基を有するリン酸エステル、またはそのナトリウム塩、カリウム塩、バリウム塩、トリエタノールアミン塩などの塩が用いられる。一般式（ｃ−１）のモノエステルおよび一般式（ｃ−２）のジエステルともに、コルゲーター加工に必要な耐熱性、即ちワニス印刷面が接触する熱版との離型性の点より、エチレンオキサイドの付加モル数（式中のｎ，ｍ）が１〜３０、とくに３〜２０であるのが望ましい。なお、一般式（ｃ−１）のモノエステルと一般式（ｃ−２）のジエステルは、それぞれを単独で用いても、両者を混合して用いてもよい。

リン酸エステル系界面活性剤は、水性印刷ワニスの構成成分として０.１〜２重量％、好ましくは０.５〜２重量％が好ましく使用される。０.１重量％未満では、コルゲーター加工に必要な耐熱性は不十分であり、また２重量％を超えると、ワニスの安定性、流動性が損なわれ、印刷時のレベリング性低下を招き不適である。

本発明の水性印刷ワニスは、上記必須構成成分および必要に応じて消泡剤、界面活性剤、増粘剤、レベリング剤、高沸点溶剤等の添加剤や、水性エマルジョン樹脂以外の水溶性樹脂を用いて製造することができる。

水性エマルジョン樹脂以外の水溶性樹脂としては、スチレン−アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂等のアルカリ可溶型水溶性樹脂が挙げられる。

上記の成分を所定量配合し、粘度調整、pH調整を行い本発明の水性ワニス組成物が製造される。

以下、実施例により本発明をより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。以下、実施例及び表中における「部」は「重量部」を、「％」は「重量％」をそれぞれ表す。

［実施例１〜７および比較例１〜４］
表１に示す配合処方で混合、ディスパーにて撹拌し、水性印刷ワニス組成物実施例１〜７、比較例１〜４を調整した。

［実施例１〜７および比較例１〜４の評価］
実施例１〜７および比較例１〜４で得られた水性印刷ワニス組成物の流動性、貯蔵安定性の評価試験を行った。また得られた水性印刷ワニス組成物をフレキソ印刷機にて、Ｋライナー（大昭和製紙製、ＳＳＳ−Ｋ、坪量１６０ｇ／ｍ²）を原紙として使用し、印刷速度１５０ｍ／分にて、水性紅インキ（プリンクＧ紅、東洋インキ製造（株）製）の上にオーバーコート印刷を行い印刷物を作成した。印刷物の光沢、レベリング性、ブリード性、および耐摩擦性、耐水性、耐熱性の評価を行った。その評価結果を表１に示す。

表中、ＰＤＸ−７６３０Ａはジョンソンポリマー製スチレン／アクリル系水性エマルジョン樹脂（固形分３２％、Ｔｇ点５３℃、酸価２００）、ジョンクリル７６４０はジョンソンポリマー製スチレン／アクリル系水性エマルジョン樹脂（固形分４２％、Ｔｇ点８５℃、酸価６４）、ジョンクリル７４Ｊはジョンソンポリマー製スチレン／アクリル系水性エマルジョン樹脂（固形分４５％、Ｔｇ点２２℃、酸価５１）、プライサーフＤＢ−０１は第一工業製薬（株）製リン酸エステル（一般式（ｃ−１）と（ｃ−２）の混合物、有効成分３０％）、フォスファノールＲＳ−７１０は東邦化学工業（株）製リン酸エステル（一般式（ｃ−１）と（ｃ−２）の混合物、有効成分９９％＜）、ケミパールＷ−３００は三井化学製ポリエチレンディスパージョン（固形分４０％）である。

評価方法および判断基準は以下の通りである。
流動性：Ｂ型粘度計を用い、各水性印刷ワニスの粘度を６回転および６０回転で測定し、その比（η6/η60）を比較。
Ａ: η6/η60＝1.0 〜1.1
Ｂ: η6/η60＝1.1 〜1.3
Ｃ: η6/η60＝1.3 以上

貯蔵安定性：水性印刷ワニス組成物の４０℃で７日間保存後の状態を評価。
Ａ: 沈殿、分離、および凝集物の発生などの異常なし。
Ｂ: 沈殿、分離は僅かに発生しているが、軽い攪拌で均一となる。
Ｃ: 著しい沈殿、分離および凝集物は発生、充分に攪拌しても均一とならない。

光沢：印刷物表面光沢をグロスメーター（MICRO-TRI-GROSS）にて測定。
Ａ：光沢値８.０以上（実用上良好な光沢値）
Ｂ：光沢値５.０〜８.０
Ｃ：光沢値５.０未満

レベリング性：印刷物の泳ぎ、塗布ムラの程度を目視にて判定。
Ａ: 泳ぎ、塗布ムラが認められないもの
Ｂ: 僅かに泳ぎ、塗布ムラが認められるもの
Ｃ：泳ぎ、塗布ムラが著しいもの

ブリード性：印刷物の紅インキの滲み程度を目視にて判定。
Ａ: 紅インキの滲みが認められないもの
Ｂ: 僅かに紅インキの滲みが認められるもの
Ｃ：紅インキの滲みが著しく、画質が変化している

耐摩擦性：サザーランド型摩擦試験機で２ポンド荷重にて、１００回上質紙で擦り、紅インキの取られ具合を目視で評価した。
Ａ：擦った上質紙に紅インキがつかない。
Ｂ：擦った上質紙に紅インキがわずかに付着。
Ｃ：擦った上質紙に紅インキが著しく付着。

耐水性：サザーランド型摩擦試験機で２ポンド荷重にて、５回水を含ませた
綿布で擦り、紅インキの取られ具合を目視で評価した。
Ａ：擦った綿布に紅インキがつかない。
Ｂ：擦った綿布に紅インキがわずかに付着。
Ｃ：擦った綿布に紅インキが著しく付着。

耐熱性：印刷面にアルミ箔を被せて、ヒートシール試験機（テスター産業（株）製）
を使用し、２Ｋg／ｃｍ２の圧を３秒間掛け、ワニスがアルミ箔面に
付着し始める温度を測定。
Ａ：２００℃以上でアルミ箔面へのワニス付着が認められる。
Ｂ：１５０℃〜２００℃でアルミ箔面へのワニス付着が認められる。
Ｃ：１５０℃以下でアルミ箔面へのワニス付着が認められる。

Claims

水性印刷ワニスの構成成分として、ガラス転移点が３０〜１００℃の水性エマルジョン樹脂(a)と油脂（ｂ）、一般式（ｃ−１），（ｃ−２）；
（式中、ｎ，ｍはエチレンオキサイドの付加モル数で１〜３０、Ｒ₃，Ｒ₄はアルキルまたはアルキルアリール基である）で表わされるリン酸エステル系活性剤を含み、油脂（ｂ）を０.１〜５重量％、リン酸エステル系活性剤を０.１〜２重量％含むことを特徴とする水性印刷ワニス組成物。
水性エマルジョン樹脂がアクリル系エマルジョンであり、酸価が１５０〜３００ｍｇＫＯＨ／ｇであることを特徴とする請求項１記載の水性印刷ワニス組成物。
水性オーバーコートワニス用途である請求項１または２記載の水性印刷ワニス組成物。
請求項１ないし３いずれか記載の水性印刷ワニス組成物を用いて得られる印刷物。