JP4556101B2 - ポリスチレントレイ用水性グラビアインキ及び該インキを用いたポリスチレントレイ成型用積層シート - Google Patents

ポリスチレントレイ用水性グラビアインキ及び該インキを用いたポリスチレントレイ成型用積層シート Download PDF

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本発明は、残留溶剤が少なく、耐熱性及び成型性に優れる、ポリスチレントレイ用水性グラビアインキ及び該インキを用いたポリスチレントレイ成型用積層シートに関する。
近年、食品包装用を始め各種の成型トレイが用いられている。トレイ成型用積層シートとして、ポロプロピレン系、ポリスチレン系等が広く用いられている。各種トレイには意匠性を付与するために用いられるグラビアインキとして、従来から溶剤系インキが使用されてきているが、溶剤系インキは、残留溶剤の存在、耐油性の低下等の問題点がある。昨今、環境対応で水性化が期待され始め、残留溶剤量を低減できる水性グラビアインキを用いた成型トレイの検討が始まっている。水性グラビアインキとしては、バインダー樹脂に水性ポリウレタン樹脂を使用したインキがある(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、成型性が未だ充分と言えない。特にポリスチレン系素材に適用する際に充分な成型性が得られていない。
特開平10−130560号公報
本発明の課題は、耐熱性及び成型性に優れるポリスチレントレイ用水性グラビアインキ及び該インキ皮膜層を有するポリスチレントレイ成型用積層シートを提供することにある。
本発明者らは、鋭意検討の結果、ポリスチレン系基材に対して、特定のコアシェル型エマルジョン樹脂を用いたインキを用いることにより、上記の課題を解決することを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明は第一に、コア部分がガラス転移温度(Tg)50〜80℃のスチレン−アクリル共重合樹脂であり、シェル部分がガラス転移温度(Tg)60〜80℃のアクリル樹脂であるコアシェル型エマルジョン樹脂を含有することを特徴とするポリスチレントレイ用水性グラビアインキを提供する。
本発明は第二に、無延伸ポリスチレンフィルム層、印刷インキ層及びポリスチレン系シート層をこの順に有するポリスチレントレイ成型用積層シートであって、該印刷インキ層が、バインダー樹脂として、コア部分がガラス転移温度(Tg)50〜80℃のスチレン−アクリル共重合樹脂であり、シェル部分がガラス転移温度(Tg)60〜80℃のアクリル樹脂であるコアシェル型エマルジョン樹脂を含有する水性グラビアインキの皮膜からなることを特徴とするポリスチレントレイ成型用積層シートを提供する。
本発明により、残留溶剤が低減され環境に優しく、耐熱性、成型性に優れるポリスチレントレイ用水性グラビアインキ及び該インキ層を有するポリスチレントレイ成型用積層シートを提供することが出来る。
本発明は、ポリスチレントレイ用水性グラビアインキ及び無延伸ポリスチレンフィルム上に該水性グラビアインキの皮膜を有するポリスチレントレイ成型用積層シートに関する。まず、本発明のポリスチレントレイ用水性グラビアインキについて以下に詳述する。
本発明のポリスチレントレイ用水性グラビアインキに使用するバインダー樹脂は、スチレン−アクリル酸共重合体コアシェル型エマルジョン樹脂で構成され、コア部分がガラス転移温度(Tg)50〜80℃のスチレン−アクリル共重合樹脂であり、シェル部分がガラス転移温度(Tg)60〜80℃のアクリル樹脂であることを特徴としている。コア部分のガラス転移点が50℃未満になると、ラミネート、成型加工後にインキ乾燥皮膜/ポリスチレンのシート間で浮きが発生もしくはラミネート強度が著しく低下し実用上問題となる。またガラス転移点が80℃を超えてもフィルムへの密着性、ラミネート強度が低下する。シェル部分のガラス転移点が60℃未満になると、成型加工後にインキの乾燥皮膜/ポリスチレンのシート間で浮きが発生もしくはラミネート強度が著しく低下し事実上問題となる。またガラス転移点が80℃を超えてもフィルムへの密着性、ラミネート強度が低下する。
前記したコアシェル型エマルジョン樹脂のコア部分を形成するスチレン−アクリル樹脂中のスチレンの比率が60〜90質量%であることが好ましい。より好ましくは、80〜90質量%である。また、コアシェル型エマルジョン樹脂中のコア部分の比率が40〜50質量%であることが好ましい。コアシェル型エマルジョン樹脂全体の中でスチレンの割合が30質量%以上であることが好ましい。30質量%未満では熱ラミネート強度の低下やラミネート浮きが発生する。
本発明のポリスチレントレイ用水性グラビアインキ中での前記したコアシェル型エマルジョン樹脂の配合比率は、40〜60質量%であることが好ましい。
本発明のポリスチレントレイ用水性グラビアインキに用いる顔料ベース成分としては、アゾ系、ジアゾ系、フタロシアニン系等の顔料を分散剤であるアクリル酸樹脂、溶剤イソプロピルアルコール、水とで練肉した高濃度顔料ベースが好ましく用いられる。顔料ベース中の不揮発分に対する顔料の含有割合は、40〜70質量%であることが好ましい。
本発明のポリスチレントレイ用水性グラビアインキに用いる溶剤は、水を基本として、他に水系の溶剤として、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ノルマルプロピルアルコール等のアルコールを併用することが出来る。配合比は、水:アルコールで100:0〜30:70であることが好ましい。
本発明のポリスチレントレイ用水性グラビアインキには、必要に応じて、他に、分散剤、消泡剤、レベリング剤、抗菌剤、防黴剤、有機溶剤等の添加剤を用いることが出来る。
本発明のポリスチレントレイ用水性グラビアインキは、通常グラビア用印刷インキに使用されるアトライター、サンドミル、ビーズミル、ボールミル、高速印刷機等で練肉され所定の粘度になるように調整する事により製造される。得られたポリスチレントレイ用水性グラビアインキは印刷時に適性粘度になるまで希釈して、主として、ポリスチレンフィルムに印刷され、成型用積層シートの印刷層を構成するために用いられる。希釈液は水、メタノール、エタノール、ノルマルプロピルアルコール、イソプロピルアルコール等の低級アルコールを任意に配合したもの、または1種類を用いることができる。
次に、本発明のポリスチレントレイ成型用積層シートについて詳述する。本発明のポリスチレントレイ成型用積層シートは、無延伸ポリスチレンフィルム層、前記したポリスチレントレイ用水性グラビアインキ印刷層及びポリスチレン系シート層をこの順に有することを特徴としている。基材フィルムとしては、無延伸のポリスチレンフィルムが用いられる。フィルムの厚さは、20〜80μm程度が好ましく、20〜40μmがより好ましい。フィルムの表面は、放電コロナ処理が施されていることが好ましい。
成型用積層シートの印刷層の厚みは、乾燥状態で、0.1〜5.0μm程度になるように印刷又は塗工することが望ましい。より好ましくは、0.1〜2.0μm程度である。
印刷乃至は塗工方式としては、従来公知の、正転乃至はリバースグラビア印刷方式が適用できる。グラビアコーターとしては、ナチュラルリバーススクイズコーター、ナチュラルリバースロールコーター、ナチュラルロールコーター、リバースロールコーター等があり、正転グラビアコーター方式が好ましく用いることができる。
ポリスチレン系シートとしては、ポリスチレンを原料とし、厚さ50〜300μmに発泡させたシートが好ましい。より好ましくは100〜150μm程度である。また、表面は平滑性があるものが好ましい。
基材フィルムである無延伸ポリスチレンフィルムに前記したポリスチレントレイ用水性グラビアインキの印刷層を設けた後、ポリスチレン系シート層を熱圧着ラミネート方式で印刷層に積層する方法等が採られる。
熱ラミネートの条件は、150〜190℃、ニップ圧1〜10kg/cmラミネート速度50〜100m/min程度が好ましい。より好ましくは、160〜180℃程度である。
本発明のポリスチレントレイ成型用積層シートは、例えば、食品用トレイ、弁当箱用トレイ等に用いられる形状に成型される。成型方法としては主として真空成型法が用いられる。真空成型の中でも詳しくは、ストレート法、ドレープ法、エアースリップ法、プラグアシスト法等が好ましく用いられる。
本発明のポリスチレントレイ成型用積層シートを用いて成型したトレイは、成型加工後もインキ乾燥皮膜/ポリスチレンのシート間の密着性に優れ、インキ乾燥皮膜の浮きの発生も防止することができる。
以下に、実施例を用いて、本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定するものではない。部及び%は特に断らない限り質量部、質量%を表すものとする。
(実施例1)
ステンレスタンクに水性藍顔料ベースを40部、固形分40%に調整したコアシェル型のコア部分のガラス転移温度60℃、シェル部分のガラス転移温度70℃のスチレン−アクリル酸エマルジョン樹脂50部、消泡剤0.1部、ワックス2部、イソプロピルアルコール2部、水5.9部を加え、30分攪拌し、実施例1インキを得た。この実施例1インキ100部を、水/エタノール=4/6の混合溶剤で希釈し、インキ粘度をザーンカップ#3で16〜18秒に調整した。この調整インキを、コロナ処理した厚さ25μmの無延伸ポリスチレンフィルムに乾燥膜厚が1μmになるようにグラビア印刷し、この印刷物を厚さ100μmのポリスチレンシートと180℃の熱を掛けて熱ラミネートして成型用積層シートを得た。
(実施例2)
ステンレスタンクに水性藍顔料ベースを40部、コア部分のガラス転移温度が70℃であり、且つスチレンの比率が80重量%の固形分30%に調整したスチレン−アクリル酸エマルジョン樹脂50部、消泡剤0.1部、ワックス2部、イソプロピルアルコール2部、水5.9部を加え、30分攪拌し、実施例2インキを得た。この実施例2インキ100部を、水/エタノール=4/6の混合溶剤で希釈し、インキ粘度をザーンカップ#3で16〜18秒に調整した。この調整インキを用いて実施例1と同様に成型用積層シートを得た。
(実施例3)
ステンレスタンクに水性藍顔料ベースを40部、コアシェル型のコア部分の比率が45重量%であり、且つガラス転移温度が70℃の固形分40%に調整したスチレン−アクリル酸エマルジョン樹脂50部、消泡剤0.1部、ワックス2部、イソプロピルアルコール2部、水5.9部を加え、30分攪拌し、実施例3インキを作成した。この実施例3インキ100部を、水/エタノール=4/6の混合溶剤で希釈し、インキ粘度をザーンカップ#3で16〜18秒に調整した。この調整インキを用いて実施例1と同様に成型用積層シートを得た。
(実施例4)
ステンレスタンクに水性藍顔料ベースを40部、固形分40%に調整したコアシェル型のコア部分のガラス転移温度60℃、シェル部分のガラス転移温度70℃、コア部分のアクリル成分を2−エチルヘキシルアクリレートで合成したスチレン−アクリル酸エマルジョン樹脂50部、消泡剤0.1部、ワックス2部、イソプロピルアルコール2部、水5.9部を加え、30分攪拌し、実施例4インキを得た。この実施例4インキ100部を、水/エタノール=4/6の混合溶剤で希釈し、インキ粘度をザーンカップ#3で16〜18秒に調整した。この調整インキを用いて実施例1と同様に成型用積層シートを得た。
(比較例1)
ステンレスタンクに水性藍顔料ベースを40部、コアシェル型でありコア部分のガラス転移温度40℃、シェル部分のガラス転移温度40℃である固形分40%に調整したスチレン−アクリル酸エマルジョン樹脂50部、消泡剤0.1部、ワックス2部、イソプロピルアルコール2部、水5.9部を加え、30分攪拌し比較例1インキを作成した。この比較例1インキ100部を、水/エタノール=4/6の混合溶剤で希釈し、インキ粘度をザーンカップ#3で16〜18秒に調整した。この調整インキを用いて実施例1と同様に成型用積層シートを得た。
(比較例2)
ステンレスタンクに水性藍顔料ベースを40部、コアシェル型でありコア部のガラス転移温度90℃、シェルコア部のコア部の比率が30重量%、且つスチレンの比率が50重量%である固形分40%に調整したスチレン−アクリル酸エマルジョン樹脂50部、消泡剤0.1部、ワックス2部、イソプロピルアルコール2部、水5.9部を加え、30分攪拌し比較例2インキを作成した。この比較例2インキ100部を、水/エタノール=4/6の混合溶剤で希釈し、インキ粘度をザーンカップ#3で16〜18秒に調整した。この調整インキを用いて実施例1と同様に成型用積層シートを得た。
(比較例3)
ステンレスタンクに水性藍顔料ベースを40部、ガラス転移温度30℃である固形分40%に調整したアクリル酸エマルジョン樹脂50部、消泡剤0.1部、ワックス2部、イソプロピルアルコール2部、水5.9部を加え、30分攪拌し比較例3インキを作成した。この比較例3インキ100部を、水/エタノール=4/6の混合溶剤で希釈し、インキ粘度をザーンカップ#3で16〜18秒に調整した。この調整インキを用いて実施例1と同様に成型用積層シートを得た。
(比較例4)
ステンレスタンクに溶剤型藍顔料ベースを30部、セルロースとアクリル樹脂50部、消泡剤0.1部、ワックス2部、トルエン10部、イソプロピルアルコール7.9部、30分攪拌し比較例4インキを作成した。この比較例5インキ100部を、トルエン/酢酸エチル/イソプロピルアルコール=5/3/2の混合溶剤で希釈し、インキ粘度をザーンカップ#3で16〜18秒に調整した。この調整インキを用いて実施例1と同様に成型用積層シートを得た。
(フィルム密着性)
厚さ25μmの無延伸ポリスチレンフィルムに本発明の実施例インキ1〜4及び比較例1〜4の調整インキで乾燥膜厚が1μmになるようにグラビア印刷した。セロハン粘着テープ25mmを印刷面に均一になるように押さえつけ、次にセロハン粘着テープを印刷面より素早く剥離する。この時、セロハン粘着テープに取られたインキ塗膜の割合を調べる。
(◎):インキ取られ無し。
(○):インキが全体の10%以内取られる。
(△):インキが全体の10%〜25%取られる。
(×):インキが全体の25%以上取られる。
実施例1〜4及び比較例1〜4の成型用積層シートにつき、成型加工性(成型割れ・ラミネート接着性)、フィルム密着性、印刷物の残留溶剤量を評価した結果を表1に示す。尚、評価方法及びその判定基準は以下のとおりである。
成型加工性について、成型用積層シートを真空成型機のドレープ法で成型した時の「割れ」及び「ラミネート接着性」を下記の基準で評価した。
(割れ) ;目視判定 良(○) 不良(×)
(ラミネート接着性)
前記したように、厚さ25μmの無延伸ポリスチレンフィルムに、本発明の実施例インキ1〜4及び比較例1〜4の調整インキで乾燥膜厚が1μmになるようにグラビア印刷し、この印刷物を厚さ100μmのポリスチレンシートと180℃の熱を掛けて熱ラミネートして成型用積層シートを得た。得られた成型用積層シートを真空成型機のドレープ法でトレイ状に成型した後、セロハン粘着テープ25mmをフィルム面に均一になるように押さえつけ、次にセロハン粘着テープをフィルム面より素早く剥離する。この時、セロハン粘着テープに取られたフィルムの割合を調べる。
(◎):フィルム取られ無し。
(○):フィルムが全体の10%以内取られる。
(△):フィルムが全体の10%〜30%取られる。
(×):フィルムが全体の50%以上取られる。
(残留溶剤)
無延伸のポリスチレンフィルムにグラビア印刷機でインキの乾燥膜厚1μmで実施例1〜4(調整)インキ及び比較例1〜4(調整)インキをベタ印刷し、巻き取った後にガスクロマトグラフィーで残留溶剤量を確認する。残留溶剤量の単位は、mg/mで表示する。
Figure 0004556101
上記の実験結果から、本発明のポリスチレントレイ用水性グラビアインキ及びそれを用いたポリスチレン成型用積層シートは、優れた成型加工適性、密着性及び低残留溶剤量を有していることが示される。
本発明のポリスチレントレイ用水性グラビアインキは、食品包装用を始め各種の環境対応型ポリスチレン成型トレイ用途に広く使用することができる。

Claims (4)

  1. コア部分がガラス転移温度(Tg)50〜80℃のスチレン−アクリル共重合樹脂であり、シェル部分がガラス転移温度(Tg)60〜80℃のアクリル樹脂であるコアシェル型エマルジョン樹脂を含有するポリスチレントレイ用水性グラビアインキであって、前記したコア部分を形成するスチレン−アクリル共重合樹脂中のスチレンの比率が60〜90質量%であることを特徴とするポリスチレントレイ用水性グラビアインキ。
  2. 前記したコアシェル型エマルジョン樹脂中のコア部分の比率が40〜50質量%である請求項1に記載のポリスチレントレイ用水性グラビアインキ。
  3. 前記したコア部分を形成するスチレン−アクリル樹脂中のアクリル成分が2−エチルヘキシルアクリレート、ブチルアクリレート、メチルメタクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、シクロヘキシルメタクリレートからなる群から選ばれる1種以上のアクリルモノマーである請求項1に記載のポリスチレントレイ用水性グラビアインキ。
  4. 無延伸ポリスチレンフィルム層、印刷インキ層及びポリスチレン系シート層をこの順に有するポリスチレントレイ成型用積層シートであって、該印刷インキ層が、バインダー樹脂として、コア部分がガラス転移温度(Tg)50〜80℃のスチレン−アクリル共重合樹脂であり、シェル部分がガラス転移温度(Tg)60〜80℃のアクリル樹脂であるコアシェル型エマルジョン樹脂を含有し、前記したコア部分を形成するスチレン−アクリル共重合樹脂中のスチレンの比率が60〜90質量%である水性グラビアインキの皮膜からなることを特徴とするポリスチレントレイ成型用積層シート。
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