JP5523762B2 - 非食用油脂を含有する印刷用インキ - Google Patents

Description

本発明は、ジャトロファ油等の非植物油成分を含有することを特徴とする印刷用インキに関する。

印刷インキに使用される油脂及び溶剤は従来、鉱物油由来成分を使用していた。しかし、エコロジーや廃食用油リサイクルの観点から鉱物油由来成分を植物由来成分に置き換える試みがなされている。

さらに、印刷インキには、その製造過程における環境負荷が少ないことも、昨今の世界的な趨勢として求められている。例えば、印刷インキ用油脂の原料が化石燃料由来であるよりも植物由来であるものの方が、製造過程における二酸化炭素の排出量が少なく、環境負荷が少ないと考えられている。また、当該印刷インキ用油脂が使用後に河川へ排出された際、当該印刷インキ用油脂の原料が植物由来であると、河川や土壌中の微生物等によって容易に分解されやすく、環境負荷が少ないと考えられている。
さらには、植物などの現生生物体の構成物質を起源とする産業資源に含まれる炭素は、化石燃料に含まれる炭素とは異なり、その現生生物体が成長過程で光合成により大気中から吸収した二酸化炭素に由来する。そのため、これらの産業資源を使用しても、大気中の二酸化炭素総量の増減には影響を与えないと考えられている。
以上のことから、当該印刷インキ用油脂の原料が植物由来であると、当該印刷インキ用油脂が使用後に環境中に排出された際も、環境負荷が少ないと考えられる。

一方、近年カーボンニュートラルの考え方から石油代替資源として注目を浴び、需要が増大しているものとして、バイオディーゼル等の代替燃料に代表される、油糧種子植物を原料とした石油資源代替油糧種子資源がある。これらの油糧種子植物の具体的種類としては、主としてトウモロコシやサトウキビ、ジャガイモ等が代表的に使用されている。しかしこれらは元来食用として利用されている植物であり、それらの食物を燃料や石油製品用として消費してしまうことについては様々議論や提言が行われている。現実に発生している問題としては、上記油糧種子植物の生産量を上げるために、熱帯雨林が伐採開墾される事による熱帯雨林の減少による地球環境の悪化や、穀物が石油資源代替油糧種子資源として消費されることによる食料危機発生等の可能性等である。

このような状況から、非食用の油糧植物の印刷用インキ用への応用は大きなメリットがある。
非食用油糧植物は、その種子中に３０〜５０質量％の油分を含み、搾油により簡便にその油分を回収できることが知られているが、有効に利用されていないのが現状である。

非食用の油糧植物の一種であるジャトロファの正式名称はJatropha Curcasであり、別名ナンヨウアブラギリとも呼ばれ比較的高温多湿の熱帯低地に育つ。バイオエネルギーの需要が高まるにつれ、多くの原料について食糧との競合が起こることが懸念されるが、ジャトロファは食用植物ではなく、また本来食用品の生産に適さない不毛な土地での生産が可能であるため食糧との競合を起こさない点で近年注目を浴びている。ジャトロファの大きな特徴はその成長の早さである。ジャトロファは約1年ほどで実をつけ、種子を採集することが出来る。さらにジャトロファは早熟なだけでなく、成長後約50年に渡って実をつけ、石油代替油糧資源となる種子を繰り返し生産することが可能である。暖かい地方で育てればさらに年2回の実の収穫が可能である。ジャトロファはその成長途中で大気中の二酸化炭素を吸収することから、燃料として使用されたときに二酸化炭素を排出したとしても、プラスマイナスで考えればその大気中の量を増やさないカーボンニュートラルな資源であると言え、温暖化対策へもつながることが期待される油糧種子資源である。

以上述べたように環境に負荷をかけず、食糧との競合を起こす心配が無いという特徴から、従来石油等に代表される鉱物油由来成分が利用されてきた製品や分野でジャトロファを鉱物油代替原料として印刷用インキに応用することは地球環境保全の見地から大きなメリットがある。

また印刷インキは紙媒体への印刷後の速乾性が要求される。
インキの速乾性を高めるため、印刷インキ用油脂として鉱物油にかえて植物油を使用する場合には、乾きやすいヨウ素価１３０以上の乾性植物油が使用される事が多い。しかし代表的な乾性油である桐油はコストが高く鉱物油代替油脂としては普及しにくいという状況がある（特許文献１）。

一方、廃食用油を再生処理して、印刷インキ用油脂として利用する研究もなされているが、これも廃食用油の回収や再生処理にかかる手間やコストを考えると産業的には難しい面があった（特許文献２）。

また従来、インキに用いられていた溶剤は、石油系の炭化水素，ＩＰＡ等のアルコール，グリコール化合物，ケトン類，酢酸エステルがある。中でも、沸点２００℃以上の高沸点溶剤に用いられる溶剤は、石油系の炭化水素が主体であった。石油系炭化水素以外の高沸点溶剤としては、トリデカノール，ジエチレングリコール，トリエチレングリコール，ジプロピレングリコール，グリセリン，ジエチレングリコールモノブチルエーテル，ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート，ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートがある。

近年、インキ取扱者の健康に対する配慮や残存するインキの溶剤成分による印刷物の安全性の観点から、これらの溶剤を減らし、安全性を高めたいという要望がある。これらの溶剤を減らし、安全性を高める方法としては、インキのビヒクル構成成分であるアマニ油等の動植物油脂の含量を高め、溶剤の使用比率を低減する方法がある。しかしながら、インキ中の動植物油脂成分を高めると、インキの粘度が著しく上昇してしまう。従って、動植物油脂の比率を高めたインキは、従来のインキより流動性がなく、使用性が悪い。また、特に浸透乾燥が要求されるインキは、ビヒクルの粘度が高いと浸透速度が遅く、乾燥性が悪くなる。従来の技術で、これらの問題を解決するには、石油系等の従来使用されていた溶剤もある程度使わざるを得ないという問題があった。

特開２００２−３３８８６８ 特許第３６４３７２０号

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、従来の鉱物油代替油脂として、環境に負荷をかけず、食糧との競合を起こさない特徴を持つジャトロファを含有した、低コストで速乾性のある印刷用インキを提供することを課題とする。更に、従来の石油系溶剤を用いずに、安全性が高く、従来のインキの性能を損なわないインキ用溶剤を含有した印刷用インキを得ることにある。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の第一の様態は、非食用の植物油を３〜６０質量％含有する印刷用インキである。
本発明の第二の様態は、下記の一般式化１で示される脂肪酸モノエステルを含有することを特徴とする前記本発明の第一の様態に記載の印刷用インキである。

本発明の第３の様態は、アマニ油を含有することを特徴とする前記本発明の第１又は第２の様態に記載の印刷用インキである。
本発明の第４の様態は、本発明の印刷用インキに含有される油脂成分のヨウ素価が１００〜１８０であることを特徴とする前記本発明の第１〜第３のいずれかの様態に記載の印刷用インキである。

本発明の、印刷用インキは従来使用されてきた鉱物油代替油脂としてジャトロファ油、ひまし油、カポック油等の非食用の植物油含有する事により、環境に負荷をかけず、食糧との競合を起こさず、低コストである。

さらに本発明の脂肪酸モノエステルを石油系溶剤の代替品として使用する事により、さらに印刷用インキにおける鉱物由来の油脂や溶剤の使用量を減らすことが出来る。またジャトロファ油等の非食用の植物油と、アマニ油又は両者の混合油脂と本発明の脂肪酸モノエステルとの含有量を一定の割合に調整することによって、粘度、乾燥性、紙への浸透速度が優れた印刷用インキを得る事が出来る。

以下、本発明の実施の形態について詳しく説明する。

(非食用の植物油について）
本発明の印刷用インキに使用される非食用の植物油としては、ジャトロファ油、ひまし油、カポック油等を用いる事が出来る。中でも世界的に生産量が伸びており、栽培が簡単なため低価格での供給が期待できるジャトロファ油を使用する事が望ましい。

（ジャトロファ油について）
ジャトロファの種子は、約３５質量％程度の油を含有しており、搾油機等で比較的容易に油を絞ることが可能である。得られた油は常温で液状であり、植物油としての扱いが容易であるが、食用に適さない成分を含むため、非食用油脂と位置づけることができる。
本発明に使用するジャトロファ油は通常の植物油と同様の方法で抽出及び精製したものを使用することが出来る。また本発明の印刷用インキの機能を損なわない範囲でジャトロファ油の誘導体を含有させる事が出来る。
本発明の印刷用インキに使用するジャトロファ油の含量は３〜６０質量％であり、好ましくは１０〜４０質量％であり、より好ましくは２５〜３５質量％である。

（脂肪酸モノエステルについて）
次に脂肪酸モノエステルについて述べる。下記の一般式化１で示される脂肪酸モノエステルを主成分とするインキ用溶剤を従来の石油系溶剤の代替として印刷インキに使用することで、ジャトロファ油やアマニ油の使用と合わせ、鉱物由来の油脂や溶剤の使用量を減らすことが出来る。またジャトロファ油、アマニ油又は両者の混合油脂と本発明の脂肪酸モノエステルとの含有量を一定の割合に調整することによって、粘度、乾燥性、紙への浸透速度が優れた印刷用インキを得る事が出来る。

本発明における脂肪酸モノエステルを構成する脂肪酸は、アルキル残基の炭素数５〜２１、即ち、カプロン酸，カプリル酸，カプリン酸，イソオクタン酸，イソノナン酸，ラウリン酸，ミリスチン酸，パルミチン酸，パルミトオレイン酸，ステアリン酸，イソステアリン酸，ヒドロキシステアリン酸，オレイン酸，リノール酸，リシノール酸，リノレイン酸，エレオステアリン酸，アラキジン酸，アラキドン酸，ベヘン酸，エルカ酸等である。これらの脂肪酸は、混合物で充分で、実用上も価格の安い混合物が望ましい。また、これらの脂肪酸は、主に動植物油脂由来であり、実際上は、ヤシ油脂肪酸，パーム油脂肪酸，ナタネ油脂肪酸，大豆油脂肪酸，水添大豆油脂肪酸，アマニ油脂肪酸，桐油脂肪酸，トール油脂肪酸，牛脂脂肪酸，魚油脂肪酸，ダイマー酸等、あるいは、その蒸留等による分別脂肪酸が使用可能である。

本発明における脂肪酸モノエステルを構成するアルコールは、アルキル基の炭素数１〜４、即ち、メタノール，エタノール，プロパノール，イソプロパノール，ブタノール，イソブチルアルコール等である。

エステル化は、油脂からのアルコリシス、あるいは脂肪酸の直接エステル化を常法で行うことにより、容易に得られる。得られたエステルは、蒸留，脱色，脱臭等の精製を行っても良い。

本発明のエステルの沸点は、最も低いカプロン酸メチルで約２０６℃、その後炭素数の増加に伴い沸点も上昇する。粘度についても同様な傾向にあり、インキの用途に合わせてエステルの組成を選択できる。本発明のエステルは、いずれもインキの樹脂成分であるロジン，フェノール樹脂，石油樹脂等を充分に溶解する。インキの粘度，溶剤の沸点については、エステルのアルキル基組成を変えることにより、コントロール可能である。従って、従来の石油系高沸点溶剤を充分に置き換えることが可能である。本発明のエステルは、エステル結合が生態系で容易に分解され、分解物である脂肪酸とアルコールもその由来から安全性が高いという利点がある。以上の様に、本発明のインキ用溶剤を用いたインキは、特に、高沸点溶剤を用い、浸透乾燥が要求される新聞インキ等の平版インキ、あるいは凸版インキに安全性の高い溶剤として使用可能である。

本発明の脂肪酸モノエステルを適宜含有させることにより印刷用インキの粘度や乾燥速度を任意に調整する事が出来る。例えば、印刷用インキの粘度を低減させたい場合あるいは乾燥速度を高めたい場合は、本発明の脂肪酸モノエステルを適宜量含有させれば良い。本発明の脂肪酸モノエステルの印刷用インキ中における好ましい含有量は、20〜40質量％である。

本発明の印刷用インキには、必要に応じ、アマニ油を含有する事が出来る。一般にアマニ油はヨウ素価が１７５以上であり、乾性油に分類される。その印刷用インクの油性成分のアマニ油の割合を上げることにより、インキの速乾性や固まりやすさを向上させる事が出来る。
前述のジャトロファ油とともにアマニ油や脂肪酸モノエステルを適切な含量を混ぜることにより、印刷用インキの乾燥速度や粘度等を自由に調整出来ることが本発明の大きな特徴である。
本発明のアマニ油の印刷用インキ中における好ましい含有量は、５〜40質量％である。

本発明の印刷用インキに含有される油脂成分のヨウ素価を調整することにより、印刷用インキの乾燥速度を調整することが出来る。より具体的には油脂成分に含まれるジャトロファ油とアマニ油の配合割合及びトータルの配合量を調整することにより油脂成分のヨウ素価を最適な値に調整することが出来る。一般にヨウ素価が高ければ印刷用インキの乾燥速度は速くなる。
印刷用インキに含有される油脂成分の好ましいヨウ素価は１００〜１８０であり特に好ましくは１１０〜１８０、更に好ましくは１２０〜１８０である。
なおここで言う油脂成分とはジャトロファ油、アマニ油、脂肪酸モノエステルのみに限定されす、通常油脂として分類されているものを含むものである。

次に実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
大豆油を、メタノールでアルコリシスし、大豆脂肪酸メチルエステルを得た。このエステルの沸点は、３００℃以上であった。大豆脂肪酸メチルエステル３０質量％，ジャトロファ油３０質量％，ロジン４０質量％を、窒素気流下、１８０℃で加熱攪拌した結果、均一に溶解した。このビヒクルの粘度は、４２Stであった。

＜実施例２＞
ヤシ油脂肪酸を蒸留して得たカプリル酸を、メタノールで直接エステル化し、カプリル酸メチルエステルを得た。このエステルの沸点は、２３０〜２５０℃であった。カプリル酸メチルエステル３０質量％，ジャトロファ油３０質量％，ロジン変性フェノール樹脂４０質量％を、窒素気流下、１８０℃で加熱攪拌した結果、均一に溶解した。このビヒクルの粘度は、１１Stであった。

＜実施例３＞
牛脂ダイマー酸を蒸留して得たイソステアリン酸を、イソブチルアルコールと直接エステル化し、イソステアリン酸イソブチルエステルを得た。このエステルの沸点は、３００℃以上であった。イソステアリン酸イソブチルエステル３０質量％，ジャトロファ油１５質量％，アマニ油１５質量％，ロジン変性フェノール樹脂４０質量％を、窒素気流下、１８０℃で加熱攪拌した結果、均一に溶解した。このビヒクルの粘度は、１０７Stであった。

＜実施例４＞
実施例１，２，３および比較例１のそれぞれのビヒクル８０質量％に、カーボンブラック２０質量％を練り込み、インキ様のペーストを作成した。このペーストを新聞紙に薄く塗布し、一昼夜放置した結果、いずれも同様な乾燥状態が得られた。

＜比較例１＞
通常使用されているインキ組成物を、比較のため調合した。高沸点石油系溶剤（沸点：２９０〜３１０℃）３０質量％，アマニ油３０質量％，ロジン変性フェノール樹脂４０質量％を、窒素気流下、１８０℃で加熱溶解した。このビヒクルの粘度は、８３Stであった。

Claims (3)

1. ジャトロファ油を１０〜４０質量％、脂肪酸モノエステルを２０〜４０質量％、アマニ
   油を５〜４０質量％含有する印刷用インキ。
2. 下記の一般式化１で示される脂肪酸モノエステルを含有することを特徴とする請求項１
   記載の印刷用インキ。
   

   
3. 前記印刷用インキに含有される油脂成分のヨウ素価が１００〜１８０であることを特徴
   とする請求項1〜２のいずれか１項に記載の印刷用インキ。