JP5121288B2 - 有機溶剤性印刷インキ組成物の印刷システム、及びその印刷システムで利用する有機溶剤性印刷インキ組成物 - Google Patents
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Description
上記有機溶剤性印刷インキ組成物中のエステル系溶剤及びアルコール系溶剤の溶剤組成が、質量比率として、
1.00≦エステル系溶剤/アルコール系溶剤<8.95
であり、上記有機溶剤性印刷インキ組成物の印刷に伴って蒸発する有機溶剤を回収する際、予め水分を除くことを特徴とする有機溶剤性印刷インキ組成物の印刷システムに関する。
また、本発明は、(2)蒸発した有機溶剤をまず吸着剤に吸着させ、次いで加熱により吸着剤から気化・脱着させた当該有機溶剤を、不活性ガスを用いて処理槽内に送り込み、更に冷却して有機溶剤を凝縮させる装置を用いて、有機溶剤を回収する上記(1)に記載の有機溶剤性印刷インキ組成物の印刷システムに関する。
また、本発明は、(3)回収した有機溶剤に新たに有機溶剤を添加混合して、所定の組成に調整した後に有機溶剤性印刷インキ組成物中に希釈溶剤として添加混合する上記(1)又は(2)に記載の有機溶剤性印刷インキ組成物の印刷システムに関する。
また、本発明は、(4)ポリウレタン樹脂及びセルロース系樹脂からなる群より選択される少なくとも1種、エステル系溶剤、並びに、アルコール系溶剤を含有し、上記エステル系溶剤及びアルコール系溶剤の溶剤組成が質量比率として、1.17≦エステル系溶剤/アルコール系溶剤<8.95(但し、エステル系溶剤/アルコール系溶剤が3である場合を除く)であり、上記エステル系溶剤は、酢酸エチルであり、上記アルコール系溶剤は、イソプロピルアルコールであり、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の有機溶剤性印刷インキ組成物の印刷システムで利用することを特徴とする有機溶剤性印刷インキ組成物に関する。
以下、更に本発明を詳細に説明する。
本発明は、印刷インキの有機溶剤としてエステル系溶剤とアルコール系溶剤の2種を併用し、更に溶剤回収装置の特性に応じて、必要であれば後から成分調整を行う工程を付加することにより、印刷適性を十分に有する範囲で、回収した有機溶剤を印刷インキ中と同じ組成で添加混合して再利用できる印刷システムである。
これらの技術について、個々にその特徴を説明する。
上記有機溶剤性印刷インキ組成物としては、エステル系溶剤とアルコール系溶剤とを特定組成で含み、更に、顔料、バインダー樹脂、他の有機溶剤等を含むもの等が用いられる。
以下、有機溶剤性印刷インキ組成物中のこれらの成分について具体的に述べる。
<顔料>
顔料としては印刷インキで一般的に用いられている各種無機顔料、有機顔料等が使用できる。無機顔料としては、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、黒鉛等の有色顔料、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、タルク等の体質顔料を挙げることができる。有機顔料としては、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、縮合多環顔料等を挙げることができる。有機溶剤性印刷インキ組成物における、これら顔料の含有量は無機顔料では1〜60質量%、有機顔料では0.5〜30質量%が好適である。
バインダー樹脂としては印刷インキで一般的に用いられているものを特に限定されることなく使用することができ、例えば、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂等を挙げることができる。
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の反応によりウレタンプレポリマーを合成し、これに必要に応じて鎖伸長剤、反応停止剤を反応させて得られるポリウレタン樹脂が好適に使用できる。
更に、ポリウレタン樹脂がゲル化しない範囲で、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン等のポリアミン類を併用することができる。
なお、それぞれの成分の分子量や化学構造、また当量比が異なると、得られるポリウレタン樹脂の硬さも異なることから、これら成分を適宜組み合わせによって、接着性や印刷物の耐ブロッキング性を調節することが可能である。
セルロース系樹脂としては、ニトロセルロース(ニトロ基置換体)、セルロースアセテート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート等の低級アシル基置換体、メチルセルロース、エチルセルロース等の低級アルキル基置換体を挙げることができる。
更にアクリル樹脂、ポリアミド樹脂や粘着性樹脂等を補助的に添加することができる。
特にアクリル系樹脂としては、質量平均分子量30,000〜100,000、水酸基価20〜110、ガラス転移温度(以下、Tgという)が−35〜100℃の範囲にあるアクリル系樹脂が好適に使用される。Tgが40℃以下であると、柔軟なアクリル樹脂となり、一方、Tgが60℃以上になると硬質のアクリル樹脂となる傾向があり、インキの接着性や耐ブロッキング性等の必要性能に応じて、使い分けることが好ましい。
1/Tg=(W1/T1)+(W2/T2)+(W3/T3)+・・・・・・
(式中、Tgはアクリル系樹脂のガラス転移温度(絶対温度)を示し、W1、W2、W3・・・・はアクリル系樹脂中における単量体の重量分率を示し、T1、T2、T3・・・・はその単量体からなる単一重合体のガラス転移温度(絶対温度)を示す)
その他の粘着性樹脂としては、ダイマー酸系樹脂、コーパル樹脂、ダンマー樹脂等が利用できる。
上記有機溶剤性印刷インキ組成物は、有機溶剤成分として、エステル系溶剤とアルコール系溶剤とを含有するものである。本発明では、特定組成のエステル系溶剤とアルコール系溶剤とを併用した印刷インキを用いて印刷した場合、蒸発により排出されるインキ中の有機溶剤を回収し、インキの希釈溶剤として良好に再利用できる。また、特定組成のエステル系溶剤とアルコール系溶剤とを併用しているため、良好な印刷適性を維持することも可能である。
1.00≦エステル系溶剤/アルコール系溶剤<8.95
となる量である。アルコール系溶剤の使用比率が上記範囲より高くなると、インキ中でのバインダー樹脂の溶解性の不良に伴う保存安定性の低下や、アルコールの回収性の低い回収装置を利用した時の大気中に排出される有機溶剤量が増加するといった問題が生じ、一方、上記範囲より低くなると、印刷適性が低下する等の問題が生じる。なお、エステル系溶剤とアルコール系溶剤のより好ましい比率の範囲は、質量比で、
2.00≦エステル系溶剤/アルコール系溶剤≦5.67
となる量である。
上記有機溶剤性印刷インキ組成物は、更に粘着付与剤、架橋剤、滑剤、耐ブロッキング剤、帯電防止剤、界面活性剤等の各種添加剤を添加することができる。
プラスチックフィルムにインキを印刷し、包装袋を製造する際に印刷面が袋の表の面になるような分野の印刷物(表刷り印刷物)においては、光沢、耐ブロッキング性、耐熱性等が要求される。そこで、表刷り印刷インキのバインダー樹脂としては、硬度があり光沢の付与等が可能なセルロース樹脂に、接着性等の付与が可能な軟質のポリウレタン樹脂や軟質のアクリル樹脂を組み合わせて利用することが好ましい。この場合、併用比率は、セルロース系樹脂:(ポリウレタン樹脂又はアクリル樹脂)が5:95〜95:5の質量比率となる量である。そして、得られるインキ組成物の耐熱性の面から、セルロース系樹脂としてニトロセルロースが、プラスチックフィルムに対する接着性の面から、セルロースアセテート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート等が好適である。更にインキ組成物中における両方の樹脂を合わせた含有量は、1〜30質量%が適量である。
また、顔料の含有量としては、比重の大きい無機顔料の場合は0.5〜70質量%、比重の小さい有機顔料の場合は0.1〜40質量%程度が適量である。更に有機溶剤の含有量としては、28〜95質量%程度が適量である。
プラスチックフィルムにインキを印刷し、印刷面を別のプラスチック材料(シーラント)でラミネートし、包装袋を製造する際にラミネート面を貼り合わせるような分野の印刷物(裏刷り印刷物)においては、ラミネート強度(シーラントとの接着性)やボイル・レトルト適性等が要求される。そこで、裏刷り印刷インキのバインダー樹脂としては、接着性等の付与が可能な軟質〜硬質のポリウレタン樹脂を主体として、必要に応じてセルロース系樹脂等を補助的に併用することが好ましい。
有機溶剤性印刷インキ組成物における、これらバインダー樹脂の含有量は1〜30質量%が好適である。また、顔料の含有量としては、比重の大きい無機顔料の場合は0.5〜70質量%、比重の小さい有機顔料の場合は0.1〜40質量%程度が適量である。更に有機溶剤の含有量としては、28〜95質量%程度が適量である。
次に、上記有機溶剤性印刷インキ組成物を印刷する方法、印刷する基材について述べる。
上記のインキ組成物を印刷する方法としては、一般的な印刷方法を特に限定されることなく適用でき、例えば、グラビア或いはフレキソ印刷方式が利用できる。また、印刷用基材としては、特に限定されず、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンフィルム、ポリエチレンテレフタレート、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン等のポリエステルフィルム、ナイロン、ビニロンといった各種印刷用プラスチックフィルムを対象とするものである。もちろん、本発明の主旨からして、通常のフィルムであっても、熱収縮フィルムであってもよく、印刷後にラミネートや収縮処理等の後加工を行うこともできる。
次に、印刷に伴って蒸発する有機溶剤の回収方法について述べる。
印刷の際にインキから蒸発する溶剤蒸気は、雰囲気の空気と一緒に吸気ダクト等で吸引して、溶剤の回収装置に送り、回収装置で再び溶剤を液化させて回収する。
ここで蒸発した有機溶剤を回収する方法としては、冷却法、圧縮法、吸着・脱着法のいずれでもよいが、簡便な冷却法と回収率の高い吸着・脱着法の利用が好適である。
また、圧縮法は、処理槽内で溶剤の蒸気圧以上に加圧して溶剤蒸気を凝縮させ、液化した溶剤を回収する方法である。
以下、この回収溶剤の再利用について述べる。
本発明において、回収した有機溶剤は希釈溶剤としてインキ中に添加して再利用するものである。上記の冷却法や圧縮法で回収する方法では、沸点や蒸発速度の近似するアルコールとエステルの溶剤をインキ溶剤として利用すると、回収された溶剤はインキ中と類似する組成のものが得られる。したがって、この様な場合はそのまま希釈溶剤等で利用が可能である。それに対して、吸着・脱着法の吸着剤の能力に依存してアルコールの回収が十分にできない場合は、極力、蒸発速度の遅いアルコール系溶剤を利用してアルコールの蒸発自体を抑える方法、アルコールをより多く含む濃縮インキ組成物を調製しておき、エステル成分をより多く含む回収溶剤でそのまま希釈する方法等による対処も可能であるが、より確実な方法として、回収した溶剤にアルコール系溶剤を足して、インキ中と同一の組成となるように調整してから希釈する方法が好ましい。
この様に回収した有機溶剤を、印刷時にインキ中に希釈剤として添加して再利用することにより、大気中への排出が抑えられ、環境負荷の軽減と省資源の両方が可能となる。
(有機溶剤性印刷用インキ組成物の製造)
ポリウレタン樹脂ワニス製造例1
攪拌機、冷却管及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2000の3−メチル−1,5−ペンチレンアジペートジオール100質量部、平均分子量2000のポリプロピレングリコール100質量部、及びイソホロンジイソシアネート44.4質量部を仕込み、窒素ガスを導入しながら100〜105度で6時間反応させた。室温近くまで放冷し、酢酸エチル518質量部、イソプロピルアルコール91質量部を加えた後、イソホロンジアミン15.6質量部を加えて鎖伸長させ、更にモノエタノールアミン1.1質量部を加えて反応停止させ、重量平均分子量30,000のポリウレタン樹脂ワニスA(固形分30質量%)を得た。
攪拌機、冷却管及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2000の3−メチル−1,5−ペンチレンアジペートジオール100質量部、平均分子量2000のポリプロピレングリコール100質量部、及びイソホロンジイソシアネート44.4質量部を仕込み、窒素ガスを導入しながら100〜105度で6時間反応させた。室温近くまで放冷し、酢酸n−プロピル518質量部、n−プロピルアルコール91質量部を加えた後、イソホイソホロンジアミン15.6質量部を加えて鎖伸長させ、更にモノエタノールアミン1.1質量部を加えて反応停止させ、重量平均分子量30,000のポリウレタン樹脂ワニスB(固形分30質量%)を得た。
ニトロセルロース(1/4H、旭化成(株)製)30質量部を、酢酸n−プロピル70質量部に混合溶解させて、ニトロセルロースワニス(固形分30質量%)を得た。
顔料30重量部とポリウレタン樹脂ワニスA30質量部の混合物を、ペイントコンデショナーを用いて混練し、更に表1の配合にしたがって残余の溶剤を添加混合し、実施インキ1〜5、比較インキ1〜4を調製した。また、顔料30重量部とポリウレタン樹脂ワニスB30質量部の混合物を、ペイントコンデショナーを用いて混練し、更に表1の配合にしたがって残余の溶剤を添加混合し、実施インキ6を調製した。また、顔料30重量部とポリウレタン樹脂ワニスB12質量部、ニトロセルロースワニス18質量部の混合物を、ペイントコンデショナーを用いて混練し、更に表1の配合にしたがって残余の溶剤を添加混合し、実施インキ7、比較インキ5、6を調製した。なお、顔料としては酸化チタン(商品名:タイピュアR−960、デュポン(株)製)を用いた。
<評価方法>
実施インキ1〜7、比較インキ1〜6の各々をガラス瓶に採取し、40℃の雰囲気温度で14日間保存した時の顔料の沈降の有無から、インキの保存安定性を評価し、その結果を表1に示した。
<評価基準>
A:沈降が見られず、インキの保存安定性は良好である。
B:沈降が見られ、インキの保存安定性は不良である。
<評価方法>
実施インキ1〜7、比較インキ1〜6の各々100質量部に対して、同一溶剤組成からなる希釈溶剤を50質量部添加して希釈した。そして、全ベタの版深度5μmの印刷版を備えたグラビア校正機((株)東谷製作所製)にて、片面にコロナ放電処理を施した二軸延伸ポリプロピレンフィルム(商品名:パイレン P−2160、厚さ25μm、東洋紡績(株)製、以後、OPPフィルムと記載)の処理面に、印刷速度100m/分で30分間印刷を行った。印刷終了時の印刷部分における、版にインキが詰まったことに起因するカスレの面積の割合から印刷適性を評価し、その結果を表1に示した。
<評価基準>
A:カスレの面積が0%(カスレが全くみられない)である。
B:カスレの面積が10%未満である(ただし、Aの条件を除く)。
C:カスレの面積が10%以上、30%未満である。
D:カスレの面積が30%以上、50%未満である。
E:カスレの面積が50%以上である。
回収試験1
印刷適性試験と同じグラビア校正機及びOPPフィルムを用いて以下の試験を行った。
インキの保存安定性及び印刷適性が良好であった実施インキ1〜7の各々の100質量部に対して、同一溶剤組成からなる希釈溶剤を50質量部添加して希釈し、全ベタの版深度30μmの印刷版を備えたグラビア校正機にてOPPフィルムの処理面に、印刷速度100m/分で30分間印刷した。この印刷においては乾燥装置の空気噴出し口における空気の温度を120℃に設定し、乾燥ボックス及び巻き取り部までをほぼフィルムで覆った。更に印刷の間に、フィルムで覆った中の有機溶剤蒸気を含む空気を吸引しながら、まず、シリカゲルの充填した管、続いて5℃の冷却水で管壁を冷却した管に導入することにより、有機溶剤を凝縮させて回収した。この操作によって回収した有機溶剤の回収率は14〜19質量%であり、エステル系溶剤とアルコール系溶剤の比率から、そのまま、もとのインキの希釈剤として利用することとした。
印刷適性試験と同じグラビア校正機及びOPPフィルムを用いて以下の試験を行った。
まず、実施インキ1〜7の各々の100質量部に対して、同一溶剤組成からなる希釈溶剤を50質量部添加して希釈し、全ベタの版深度30μmの印刷版を備えたグラビア校正機にてOPPフィルムの処理面に、印刷速度100m/分で30分間印刷した。この印刷においては乾燥装置の空気噴出し口における空気の温度を120℃に設定し、乾燥ボックス及び巻き取り部までをほぼフィルムで覆った。更に印刷の間に、フィルムで覆った中の有機溶剤蒸気を含む空気を吸引しながら、活性炭(クレハ球状活性炭 クレハ社製)を充填した管に導入して溶剤蒸気を吸着させた。
上記の操作により溶剤蒸気を吸着させた活性炭を充填した管に、120℃に加熱した窒素ガスを流入して、溶剤を活性炭から脱着させ、更に、溶剤蒸気を含む窒素ガスを5℃に冷却した冷却槽内で冷却することにより、有機溶剤を凝縮させて回収した。この操作によって回収した有機溶剤の回収率は22〜27質量%であり、回収した有機溶剤のエステル系溶剤の含有比率が高くなっているため、もとのインキと同一の溶剤組成となるまでアルコールを添加して希釈剤とすることが好ましいと判断した。
回収率(質量%)=
回収した有機溶剤の質量〔g〕×100/(印刷によって消費したインキの質量〔g〕×インキ中に含まれる有機溶剤の質量比率)
ガスクロマトグラフィー分析
機種: HP―6890 (ヒューレットパッカード社製)
カラム: DB−1 (J&W社製)
検出器: FID
温度: カラム50−110℃、気化室 120℃、検出器 230℃
流量: ヘリウム 3ml/min、水素 30ml/min、空気 400ml/min
上記の実施インキ1〜7の各々について、回収試験1で回収した有機溶剤をそのまま希釈剤として利用し、インキ100質量部に対して希釈剤50質量部添加して、印刷適性試験1と同じ印刷条件で印刷適性試験を行った結果、印刷適性試験1と全く同じ印刷適性であった。この結果から、回収した有機溶剤はそのまま希釈溶剤として利用できると判断した。
上記の実施インキ1〜7の各々について、印刷時の有機溶剤の回収試験2で回収した有機溶剤に、アルコールを添加してそれぞれのインキと同一の溶剤組成として希釈剤を調製し、インキ100質量部に対して希釈剤50質量部添加して、印刷適性試験1と同じ印刷条件で印刷適性試験を行った結果、印刷適性試験1と全く同じ印刷適性であった。
この結果から、吸着剤を利用して回収した有機溶剤は、直接、冷却した管で有機溶剤を回収するより高い回収率であり、インキと同一組成となるように調製することにより希釈溶剤として利用できると判断した。
Claims (4)
- 有機溶剤性印刷インキ組成物の印刷に伴って蒸発する有機溶剤を回収し、更に後の印刷において、有機溶剤性印刷インキ組成物中に前記の回収した有機溶剤を希釈溶剤として添加混合することにより、回収した有機溶剤を再利用する有機溶剤性印刷インキ組成物の印刷システムであって、
前記有機溶剤性印刷インキ組成物中のエステル系溶剤及びアルコール系溶剤の溶剤組成が、質量比率として、
1.00≦エステル系溶剤/アルコール系溶剤<8.95
であり、
前記有機溶剤性印刷インキ組成物の印刷に伴って蒸発する有機溶剤を回収する際、予め水分を除く
ことを特徴とする有機溶剤性印刷インキ組成物の印刷システム。 - 蒸発した有機溶剤をまず吸着剤に吸着させ、次いで加熱により吸着剤から気化・脱着させた当該有機溶剤を、不活性ガスを用いて処理槽内に送り込み、更に冷却して有機溶剤を凝縮させる装置を用いて、有機溶剤を回収する請求項1に記載の有機溶剤性印刷インキ組成物の印刷システム。
- 回収した有機溶剤に新たに有機溶剤を添加混合して、所定の組成に調整した後に有機溶剤性印刷インキ組成物中に希釈溶剤として添加混合する請求項1又は2に記載の有機溶剤性印刷インキ組成物の印刷システム。
- ポリウレタン樹脂及びセルロース系樹脂からなる群より選択される少なくとも1種、エステル系溶剤、並びに、アルコール系溶剤を含有し、前記エステル系溶剤及びアルコール系溶剤の溶剤組成が質量比率として、1.17≦エステル系溶剤/アルコール系溶剤<8.95(但し、エステル系溶剤/アルコール系溶剤が3である場合を除く)であり、前記エステル系溶剤は、酢酸エチルであり、前記アルコール系溶剤は、イソプロピルアルコールであり、請求項1〜3のいずれかに記載の有機溶剤性印刷インキ組成物の印刷システムで利用することを特徴とする有機溶剤性印刷インキ組成物。
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