JP5028442B2 - インクジェットインキ、その製造方法およびその使用方法 - Google Patents
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Description
食品用の材料でなくても良い場合、カーボンブラックや、粒子径の大きな無機粒子の利用も考えられる。しかしながら、これらを利用すると、食品や食品と接触する材料を記録対象物とする場合は、当然、制約があって本来の安全性に対する配慮が果たせなくなる。
特許文献3には、バインダーとしてアカロイド樹脂を用い、可食性色材として炭末を用いた可食性インキおよびプラスチックへの印刷物が示されている。しかしながら、アカロイド樹脂は特殊な天然樹脂であり、食品衛生法による食品添加物として認可されるか否かの判断がつけにくい。
また、特許文献5には、植物由来の炭粉末を用いる塗料が示されているものの、アクリルエマルジョンを用いるものであり、これも食品ないし食品用のインキとして使用するまでの技術的開示はない。
特許文献13には、木炭を次亜塩素酸にて処理する方法が示されている。このインキについて具体的な調製処方の開示はないが、水を主体とする水性のインキを対象とするものと認められる。フィルム等における乾燥性の適性については記載されていない。
特許文献14には、木炭と非極性である非水性の溶剤とからなるインキが示されている。これにも木炭を定着させるような成分についての記載は見当たらない。
尚、本発明の対象は、口にいれて食しても問題のないものを食品として対象とするが、健康食品や薬事法で制約されるような錠剤等も口にいれるものであるため、食品と同様の記録対象物として取り扱う。
そして、本発明に係るインクジェットインキの使用方法によれば、エタノール、水、および炭酸アンモニウムを含んでなる希釈溶剤で、適宜インクジェットインキを希釈しながらインクジェットプリンタで使用するので、インクジェットプリンタで過酷な連続印字を行なう場合でも、プリンタ内でのインキの濃縮を防ぐことができ、pHをアルカリサイドに保持できる。これにより、インキ中でセラック樹脂の溶解性低下をもたらすことがなく、インキの安定性が確保されて長期の連続印字性能を安定に継続することができる。
本発明に係るインクジェットインキは記録対象物にインキを噴き付けて印刷記録するインクジェットプリンタ用のインキであり、全ての成分が食品添加物として認可されたもので構成されている。そして、このインキは、炭末色素を可食性の色素および不透明性の材料として用いている。
本発明で用いる炭末色素は、食品添加物として認可されたものであれば特に限定されないが、例えば植物を炭化して得た炭素を主成分とするものが食品関連用途の観点から好ましい。このような植物由来の炭末色素としては、カカオ果実の殻を焙焼したものが一般的に知られている。そして、例えば、植物を水蒸気賦活法で高温に加熱して炭化させて得たもの、植物油脂を燃焼させて得たもの等も、食品添加物色素として認められている。また、竹の炭化物である竹炭や、広葉樹や針葉樹等の木炭等も植物炭末色素として挙げられる。
本発明で使用するセラック樹脂は、ラックカイガラ虫由来の樹脂状物質を精製して得た可食性樹脂であり、多種類の樹脂酸およびそのエステル化物、ワックス、色素等の混合物とされていて、アルコール可溶性タイプのものが特に好ましく用いられる。このセラック樹脂は、本発明にて使用する炭末色素の分散および耐水性を有する定着に寄与し、アルコールに溶解してインキの粘度を上昇させる働きも有する。また、このセラック樹脂は、水/アルコール混合系の溶剤にも溶解する。このように水を一部混合した溶剤に使える点でも好ましいバインダーとして寄与する。
インキのpHを上記範囲内に調整するpH調整剤としては、食品添加物であって印字後に揮発していく成分であることが耐水性の観点より好ましく、例えば水酸化アンモニウム、炭酸アンモニウム、塩化アンモニウム等が挙げられる。なかでも、残留が問題にならない観点から、水酸化アンモニウムないし炭酸アンモニウムを用いてpHを調整することが好ましい。
本発明では、前記したセラック樹脂とともにセルロース系樹脂が併用される。このセルロース系樹脂は、水単独、あるいは水とアルコールの混合溶剤に溶解させて用いられる。
また、セラック樹脂への分散の前に、予め炭末色素をセルロース系樹脂の水溶液に分散させたのち、これをセラック樹脂溶液に分散させると、良好な分散安定性を維持することができる。この分散安定性を良好に維持させるには、水およびアルコールに対して溶解性を有するセルロース系樹脂が適しており、なかでも水およびアルコールのいずれにも溶解性の高いヒドロキシプロピルセルロースが好ましい。
このセルロース系樹脂は種々の分子量のものを用いることができるが、この分散および粘度の適性から低分子量のものを用いることが好ましい。特に、20℃における2重量%濃度の水溶液において、1〜7mPa・sの粘度を示す分子量のものを用いると、いっそう好ましい。
このように、セルロース系樹脂に予め炭末色素を分散させるには、セルロース系樹脂を、水単独、あるいは水とアルコールの混合溶剤に溶解させた樹脂溶液に炭末色素を分散させる。この際、セルロース系樹脂を溶解させる液としては、水を50重量%以上含有し、エタノールを50重量%未満含有する溶剤を用いる。この溶剤中のエタノール含有量が50重量%以上になると、溶剤中での炭末色素の分散が安定しなくなる。特に、次の第2工程におけるセラック樹脂溶液へ分散させたときの分散安定性が低下したり、更には導電剤を添加した際に分散の破壊を招きやすくする。
尚、炭末色素10重量部に対して2〜5重量部のセルロース系樹脂を用いると、優れた分散性が得られる。セルロース系樹脂の含有量が2重量部よりも少ないと、炭末色素の分散を十分に行なうことができない、また、セルロース系樹脂の含有量が5重量部を超えると、樹脂そのものの溶解性が不十分となり、分散時の粘度が高くなりすぎる等の問題を生じるおそれがある。
本発明のインクジェットインキは、1種類以上の溶剤を含むことができる。溶剤はインキ全体の50〜90重量%用いることができる。本発明では、乾燥性において優位なエタノールを多く用いる。本発明のインキは、エタノールをインキ全体の50重量%以上含むアルコールインキとすることが、乾燥性、耐水性のインキに適した処方になる。本発明において使用できるエタノールは、食品用の発酵エタノールまたは変性エタノールである。
また、本発明のインクジェットインキでは、他の成分の含有重量部と関連するが、水を3〜20重量部含有させる。この水は、炭末色素の分散において、セルロース系樹脂を溶解し、炭末色素の分散に供する。また、インキ化処方(第2工程)において、プリンタの適性に応じた導電率を調整するための導電剤の溶解性を高め、所望の導電率を得るために用いられる。前記のような含有量にてインキ中に使用されるが、水の含有量が3重量部よりも少ないと、炭末色素の分散の安定性が得られない。また、水の含有量が20重量部よりも多いと、乾燥性の低下を招き、エタノールインキとする目的の「早い乾燥性」の特性が得られなくなる。
また、溶剤としては、記録時の乾燥性を低下させない範囲において、さらにはノズルでの乾燥性を調整するため、プロピレングリコールのような湿潤剤を用いても構わない。このような湿潤剤は、インキの乾燥性の調整、インキ粘度の調整等の役目をなす。また、被記録物の下地によっては、浸透性を調整する効果も使用目的として適している。このようなプロピレングリコールは、インキ全体の0〜10重量%の範囲で用いると、記録対象物への適度な浸透、乾燥の調整が可能となる。プロピレングリコールの含有量が10重量%を超えると、目的とする乾燥性の向上が果たせなくなる。
本発明において、インキ成分として、食品添加可能な乳化剤を更に含むことができる。このような乳化剤としては、例えばソルビタン脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、レシチン等が挙げられる。これらの乳化剤は可食性で水系での安定性に優れるものであり、インキ中における炭末色素の分散安定性に寄与する。
これらの乳化剤はアルコール溶剤への溶解性から、インキ全体の5重量%以下で使用することが好ましく、その範囲内の使用により十分な効果が得られる。
これらの乳化剤のうち、非イオン活性剤は記録対象物の種類に応じてインキのHLBの適性があるため、記録対象物が包装用のフィルムである場合は、HLB8〜16が、また、油脂分の多い食材に対しては、HLB1〜2のようなインキ調整とすることが、記録の適性を有する。
本発明のインクジェットインクは、コンティニュアスタイプのインクジェットプリンタとオンデマンドタイプのインクジェットプリンタのいずれにも使用できるが、コンティニュアスタイプのインクジェットプリンタに用いるインキの場合は、使用するプリンタに応じた導電率の調整が行われる。かかる導電率の調整には導電剤が使用される。
このような導電剤は食品添加物として認可されたものが用いられ、例えば乳酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、パントテンサンナトリウム等が挙げられる。なかでも、乳酸ナトリウムは、アルコール含有溶剤によく溶解し、プリンタにおけるインキの液滴の導電率を適度に保つ役割を少量にて達成することができる。
導電剤の添加量は、他の成分の含有重量部と関連するが、0.2〜2.0重量部であることが好ましい。この範囲内の使用により、インキの導電率を適正な0.5m〜5mS/cm程度にすることができる。前記の範囲内であっても少量使用での調整が好ましい。導電剤の添加量が2.0重量部を超えると、色素の凝集を招くおそれがある。
本発明のインキは、食品に直に、食品に接触する材料、または食品用包装材料に対して、特に好ましく使用することができる。このような包装材料は、必要に応じて表面処理を施したポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチック材料、または不織布、紙等が例示される。
[実施例1]
本実施例のインクジェットインキを調製するにあたり、樹脂溶液の調製、分散体の調製、セラック溶液の調製、および、インキの調製を行なった。
まず、「樹脂溶液の調製の調製」として、ヒドロキシプロピルセルロース(2重量%水溶液、20℃、2.5mPa・s)3重量部を水87重量部(第1溶液)に溶解させてヒドロキシプロピルセルロース水溶液(樹脂溶液)を得た。
次に、「分散体の調製」として、前記のヒドロキシプロピルセルロース水溶液90重量部と、うばめかし由来の備長炭10重量部とを混合してミルベースを作製したのち、ジルコニアビーズを収容した横型ミルにて2時間分散して、備長炭の平均粒子径が0.34μmである分散体1を得た(第1工程、後述の表1参照)。
続いて、「セラック溶液の調製」として、99度の発酵エタノール(第2溶剤)にセラック樹脂を加えて撹拌し、25重量%セラック樹脂のエタノール溶液(25%セラック溶液)を得た。
そして、「インキの調製」として、20重量部の分散体1に、25%セラック溶液28重量部、炭酸アンモニウム1重量部、50重量%乳酸ナトリウム水溶液1重量部、およびエタノール50重量部を加え、横型ミルにて分散体1中の備長炭を微細化して更に分散させた(第2工程、後述の表2参照)。得られた分散液をNo.63のフィルターにて濾過した。次いで開目0.8μmのフィルターで濾過してインクジェットインキを得た。
20重量部の分散体1の代わりに、下記の表1に示した分散体2(うばめかしの備長炭)の10重量部を用い、第2工程で加えるエタノールの量を10重量部増やしたこと以外は、実施例1と同様に処理してインクジェットインキを調製した。
分散体2の代わりに、下記の表1に示した分散体3(うばめかしの備長炭)を用い、第2工程で用いるセラック溶液の量を1重量部減らし、エタノールの量を1重量部増やしたこと以外は、実施例2と同様に処理してインクジェットインキを調製した。
分散体2の代わりに、下記の表1に示した分散体4(あらかしの備長炭)を用いたこと以外は、実施例2と同様に処理してインクジェットインキを調製した。
分散体2の代わりに、下記の表1に示した分散体5(タケスミ)を用い、第2工程で加えるエタノールの量を5重量部減らし、プロピレングリコール5重量部を加えたこと以外は、実施例2と同様に処理してインクジェットインキを調製した。
分散体2の代わりに、下記の表1に示した分散体6(うばめかしの備長炭)を用い、第2工程で用いるセラック溶液の量を2重量部増やし、エタノールの量を2.3重量部減らし、50%乳酸ナトリウムの量を0.3重量部増やしたこと以外は、実施例2と同様に処理してインクジェットインキを調製した。
分散体6の代わりに、下記の表1に示した分散体7(うばめかしの備長炭)を用い、グリセリン脂肪酸エステルを0.5重量部加え、第2工程で加えるエタノールの量を0.5重量部減らしたこと以外は、実施例6と同様に処理してインクジェットインキを調製した。
分散体7の代わりに、下記の表1に示した分散体8(うばめかしの備長炭)を用い、ソルビタン脂肪酸エステルを0.5重量部加え、50%乳酸ナトリウムの量を0.2重量部増やし、第2工程で加えるエタノールの量を0.7重量部減らしたこと以外は、実施例7と同様に処理してインクジェットインキを調製した。
10重量部の分散体6の代わりに、下記の表1に示した分散体9(うばめかしの備長炭)の15重量部を用い、50%乳酸ナトリウムの量を0.2重量部増やし、炭酸アンモニウムの量を0.5重量部増やし、プロピレングリコール3重量部を加え、第2工程で加えるエタノールの量を8.7重量部減らしたこと以外は、実施例6と同様に処理してインクジェットインキを調製した。
下記の表3に示した分散体1A(あらかしの備長炭)の20重量部、グリセリン脂肪酸エステル0.5重量部、乳酸ナトリウム2重量部、および精製水77.5重量部を用いて、インクジェットインキを製造した。
下記の表3に示した分散体2A(あらかしの備長炭)の25重量部を用い、グリセリン脂肪酸エステルと精製水を省略し、25%セラック溶液40重量部とエタノール33重量部を加えたこと以外は、比較例1と同様にしてインクジェットインキを調製した。
下記の表3に示した分散体3A(あらかしの備長炭)の10重量部を用い、炭酸アンモニウム1重量部および精製水5重量部を加え、25%セラック溶液の量を10重量部増やしたこと以外は、比較例2と同様にしてインクジェットインキを調製した。
下記の表3に示した分散体4A(うばめかしの備長炭)の20重量部を用い、25%セラック溶液の量を10重量部減らしたこと以外は、比較例3と同様にしてインクジェットインキを調製した。
下記の表3に示した分散体5A(うばめかしの備長炭)の20重量部を用い、精製水を省略し、25%セラック溶液の量を10重量部増やし、エタノールの量を5重量部減らしたこと以外は、比較例4と同様にしてインクジェットインキを調製した。
下記の表3に示した分散体6A(うばめかしの備長炭)の20重量部を用い、炭酸アンモニウムを省略し、25%セラック溶液の量を10重量部減らし、乳酸ナトリウムの量を2重量部増やし、エタノールの量を8重量部増やしたこと以外は、比較例5と同様にしてインクジェットインキを調製した。
下記の表3に示した分散体7A(タケスミ)の20重量部を用い、炭酸アンモニウム1.5重量部を加え、乳酸ナトリウムの量を2重量部減らし、エタノールの量を0.5重量部増やしたこと以外は、比較例6と同様にしてインクジェットインキを調製した。
下記の表3に示した分散体8A(うばめかしの備長炭)の20重量部を用い、25%セラック溶液の量を12重量部減らし、炭酸アンモニウムの量を0.3重量部減らし、エタノールの量を12.3重量部増やしたこと以外は、比較例7と同様にしてインクジェットインキを調製した。
下記の表3に示した分散体9A(うばめかしの備長炭)の20重量部を用いたこと以外は、比較例8と同様にしてインクジェットインキを調製した。
尚、表中に示した物性項目のうち、
「再分散性」は、放置しておいたインキを20回振とうさせたのちに濾過し、そのときの分散状態で評価した。
「耐水性」は、印字した記録対象物の印字面を水で湿らせたときのインキの溶け出しの有無、水の着色および印字面を拭ったティッシュペーパへの着色により確認した。
「密着性」は、食品用ポリアミドフィルムにインキを塗布し、塗布部分を綿棒で擦ったときの剥離の有無により確認した。
「印字濃度」は、PPC用紙へインキを印字し、この印字部分の反射濃度をマクベス反射濃度計(GretagMacbeth社製の型式RD918)で測定した。
「連続吐出性」は、上記のように調製したインキを、連続式インクジェットプリンタ(紀州技研工業社製の型式KGK JET CCS−N)に装填し、連続して印字テストを行なったときのトラブル(ノズルの詰り、印字不良(異常フォント)、噴出圧力異常など)の有無で判定した。この連続式インクジェットプリンタにて、菓子、りんご、マンゴー、食品用ポリアミドフィルム、錠剤に印字し、黒色感の良好な印字物を得た。
「高温環境での印字性能」は、室温を45℃に保持した環境室内でインクジェットプリンタで印字テストを行なったときの印字結果の状態を評価した。
「低温環境での印字性能」は、室温を5℃に保持した環境室内でインクジェットプリンタで印字テストを行なったときの印字結果の状態を評価した。
尚、各表中で、処方を示す数値は重量部を表している。また、表1、表3中で( )内に示した数値は、インクジェットインキを調製したときのインキ全体量における重量部を示している。表2、表4中の25%セラック溶液の欄で( )内に示した数値は、インキ全体量におけるセラック樹脂そのものの重量部を示している。表1、表3中で、HPCはヒドロキシプロピルセルロースを示し、(*1)を付したものは2wt%HPC水溶液の粘度が2.5mPa・sとなるものである。(*2)を付したものは2wt%HPC水溶液の粘度が3.85mPa・sとなるものである。表3中で、CMCはカルボキシメチルセルロースを示す。
尚、連続吐出性テストで長期の連続吐出を実施している過程において、インキからのアルコール分の蒸発によるインキの濃縮に対して、溶剤の補給分として、エタノール90重量部と水10重量部よりなるエタノール/水混合液に炭酸アンモニウム1.1重量部を溶解させた液を希釈液として用いた。この希釈液のpHは10.4であった。このときのインキのpHは9以上とアルカリサイドであるため、インキ中でのセラック樹脂の溶解性低下もなく、インキの安定性が確保され、長期の連続印字の安定性を継続することができている。
Claims (7)
- いずれも食品添加物として認可されている、炭末色素、セラック樹脂、セルロース系樹脂、エタノール、および水を含んでなり、前記炭末色素が備長炭の粉末であるとともに、前記セルロース系樹脂として、ヒドロキシプロピルセルロースを前記炭末色素10重量部に対して2〜5重量部の割合で含むことを特徴とするインクジェットインキ。
- 食品添加物として認可された導電剤を更に含んでいる請求項1に記載のインクジェットインキ。
- いずれも食品添加物として認可されている、炭末色素1〜20重量部、セラック樹脂1〜20重量部、セルロース系樹脂0.1〜10重量部、エタノール40〜90重量部、水3〜20重量部、および導電剤0.1〜2重量部を含んでなり、前記炭末色素が備長炭の粉末であるとともに、前記セルロース系樹脂として、ヒドロキシプロピルセルロースを前記炭末色素10重量部に対して2〜5重量部の割合で含むことを特徴とするインクジェットインキ。
- 導電剤が乳酸ナトリウムであることを特徴とする請求項2または請求項3に記載のインクジェットインキ。
- 食品添加物として認可されたpH調整剤を更に含んでいる請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載のインクジェットインキ。
- 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載のインクジェットインキを製造する方法であって、水を溶剤全体の50重量%以上含有する第1溶剤にセルロース系樹脂を溶解させた樹脂溶液に、炭末色素を分散させて分散体を得る第1工程と、エタノールを溶剤全体の50重量%以上含有する第2溶剤にセラック樹脂を溶解させたセラック溶液と前記第1工程で得られた分散体を混合する第2工程とを備えていることを特徴とするインクジェットインキの製造方法。
- 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載のインクジェットインキを用いてインクジェットプリンタで食品関連の記録対象物に記録するにあたり、エタノール、水、および炭酸アンモニウムを含んでなる希釈溶剤でインクジェットインキを希釈してインクジェットプリンタで用いることを特徴とするインクジェットインキの使用方法。
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