JP6168080B2 - 印刷インキ積層体 - Google Patents

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Description

本発明は印刷インキ積層体に関し、さらに詳細には、異なる樹脂系のインキ皮膜層を組み合わせて用いることにより優れた各種塗膜物性を兼ね備えた印刷インキ積層体に関する。
商品の包装には、表面保護や販売時に消費者の購買意欲を高めるために印刷インキによる印刷が施されることがほとんどである。これら包装は主にプラスチックフィルム基材へフレキソ印刷あるいはグラビア印刷等の方式で印刷した後に、内容物に応じた加工を施すことで得られる。
プラスチック包装のうち、特に衛生用品包装や食品包装の多くは、印刷面が内容物に触れないように包装を加工する。プラスチックフィルム基材に印刷インキが表刷りされた包装では、印刷インキ層が外側に剥き出しとなるため、加工、充填、流通の各段階において印刷インキ層が物理的に摩擦される。一方、プラスチックフィルム基材に印刷インキが裏刷りされた包装では、プラスチック基材と印刷インキ層からなる印刷物と、シーラントフィルムとを接着剤を介してラミネートするため、印刷インキ層が直接内容物に触れることはないが、ラミネート適性が必要となる。
表刷り印刷では摩擦に抗して、印刷インキ層の上にオーバープリントワニス層を設けることで塗膜強度を強固なものにする手法が一般的に行われている。一方、裏刷り印刷ではラミネート適性確保のため、印刷インキ層の下にアンカーコートワニス層を設けることで、プラスチックフィルム基材と印刷インキ層との密着性を向上させる手法が一般的に行われている。
また、近年ではプラスチック包装の高画質化に加え、印刷インキ層には密着性、耐摩擦性、耐水性、耐ブロッキング性に代表されるような塗膜物性が高い品位で要求されている。さらに、印刷時の環境負荷低減、安全性への要求が高まりから、印刷インキ層に含有する揮発性有機化合物の低減、水性化が求められている。
これらの課題に対して、既知の水性アクリル樹脂系をバインダー樹脂として用いる場合は、塗膜が硬く様々な基材への密着性、追従性が劣るといった問題がある。それに対して、既知の水性ポリウレタン樹脂系をバインダー樹脂として用いる場合は、塗膜が柔軟であり耐摩擦性、耐ブロッキング性が劣るといった問題に加え、顔料分散性や再溶解性が低いことが課題としてある。
そのため、近年様々な試みが行われている。特に、特許文献1のように、水性アクリル樹脂系の色インキ皮膜層と水性ポリウレタン樹脂系の白インキ皮膜層を組み合わせることで、これまで得ることが出来なかった塗膜物性、インキ物性を得ることが出来るようになっている。しかし、これらのインキ皮膜層の組み合わせ構成は、オーバープリントワニス層あるいはアンカーコートワニス層を必須とするため、印刷時の生産性に関して課題が残っている。
特開2005−225083号公報
本発明は、オーバープリントワニス層およびアンカーコートワニス層を用いることなく、優れた各種塗膜物性を兼ね備えた印刷インキ積層体を提供することを目的とする。
本発明者は前記課題に対して鋭意研究を重ねた結果、以下に記載の異なる樹脂系のインキ皮膜層を組み合わせて用いることで解決することを見出し、本発明を成すに至った。
すなわち本発明は、
プラスチックフィルム(X)に、第一のインキ皮膜層(Y)と、第二のインキ皮膜層(Z)と、さらに接着剤を介してシーラントフィルムとを順に積層してなる印刷インキ構成体(I)(ただし、アンカーコートワニス層を含む場合を除く)
または
プラスチックフィルム(X)に、第二のインキ皮膜層(Z)と、第一のインキ皮膜層(Y)とを順に積層してなる印刷インキ構成体(II)(ただし、オーバープリントワニス層を含む場合を除く)
を有する印刷インキ積層体であって、下記(1)〜(3)であることを特徴とする印刷インキ積層体に関する。
(1)第一のインキ皮膜層(Y)が、酸価が50〜140mgKOH/gのアクリル樹脂(A)、有機顔料および/またはカーボンブラックを含有する。
(2)第二のインキ皮膜層(Z)が、ポリウレタン樹脂(B)、無機顔料を含有する。
(3)アクリル樹脂(A)と、ポリウレタン樹脂(B)の酸価の差が90mgKOH/g以下である。
さらに、本発明は、
ポリウレタン樹脂(B)の酸価が25〜50KOHmg/gであることを特徴とする上記印刷インキ積層体に関する。
さらに、本発明は、
インキ皮膜層(Y)およびインキ皮膜層(Z)が、フレキソ印刷方式により形成されてなることを特徴とする上記印刷物インキ積層体に関する。
本発明により、アクリル樹脂とポリウレタン樹脂の酸価を規定し、それぞれの樹脂からなるインキ皮膜層を最適な組合せで用いることで、表刷り印刷構成においてはオーバープリントワニス層なしで、裏刷り印刷構成においてはアンカーコートワニス層無しで優れた各種塗膜物性を兼ね備えた印刷インキ積層体を提供することが可能となった。
以下、本発明について詳しく説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限りこれらの内容に限定されない。
本発明における印刷インキ積層体は、プラスチックフィルム(X)、第一のインキ皮膜層(Y)と、第二のインキ皮膜層(Z)を含有し、印刷用途(表刷り印刷または裏刷り印刷)に合わせて(X)、(Y)、(Z)を最適な順位で積層する。更に、裏刷り印刷においては、(X)、(Y)、(Z)に加え、接着剤を介してシーラントフィルムを積層する。
裏刷り構成における印刷インキ積層体は、プラスチックフィルム(X)、第一のインキ皮膜層(Y)、第二のインキ皮膜層(Z)、さらに接着剤を介してシーラントフィルムを順に積層してなる印刷インキ構成体(I)である。
表刷り構成における印刷インキ積層体は、プラスチックフィルム(X)、第二のインキ皮膜層(Z)、第一のインキ皮膜層(Y)、を順に積層してなる印刷インキ構成体(II)である。
本発明におけるプラスチックフィルム(X)は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン等の延伸および無延伸ポリオレフィン、ポリエステル、ナイロン、セロファン、ビニロンなどを使用することができる。ポリオレフィンフィルムの場合、水酸基、カルボニル基等の官能基を有する表面処理ポリオレフィンフィルムを用いることが好ましい。
本発明における第一のインキ皮膜層(Y)は、アクリル樹脂(A)、有機顔料および/またはカーボンブラックを含有する印刷インキ(y)より形成されるインキ皮膜層である。使用される印刷インキ(y)は、水性であることが好ましい。
アクリル樹脂(A)は、酸価が50〜140mgKOH/gのアクリル樹脂を使用することが出来る。酸価が50mgKOH/g未満であると、顔料分散力が低下するため、インキ安定性が悪化し、印刷時のプラスチックフィルムへのインキ転移量が減少する。そのため、印刷塗膜の耐スクラッチ性、耐ブロッキング性、耐摩擦性、耐水摩擦性が悪化する。一方で140mgKOH/gを超えた場合にも、アクリル樹脂の水への分散・溶解性が良好となりインキ安定性が良くなるが、耐水摩擦性、ラミネート適性が悪化する。アクリル樹脂(A)は、インキの安定性、塗膜物性を確保するのに充分な量、すなわちインキ組成物100重量%中に、固形分換算で10〜35重量%の割合で含まれることが好ましい。
有機顔料としては、アゾ系、フタロシアニン系、アントラキノン系、ペリレン系、ペリノン系、キナクリドン系、チオインジゴ系、ジオキサジン系、イソインドリノン系、キノフタロン系、アゾメチンアゾ系、ジクトピロロピロール系、イソインドリン系などの顔料が挙げられる。藍インキには銅フタロシアニンが使用されることが着色力の点から好ましい。透明黄インキにはコスト・耐光性の点からC.I.PigmentNoYellow83を用いることが好ましい。有機顔料は、インキの濃度・着色力を確保するのに充分な量、すなわちインキ組成物100重量%中に、10〜25重量%の割合で含まれることが好ましい。墨インキでは、有機顔料の混合によっても墨インキが得られるが、黒色度の観点からカーボンブラックを使用することが好ましい。
印刷インキ(y)は必要に応じて添加剤を使用することもできる。例えば、レベリング剤、消泡剤、ワックス、シランカップリング剤、可塑剤、赤外線吸収剤、紫外線吸収剤、芳香剤、難燃剤などの添加剤を使用することができる。
印刷インキ(y)は接着助剤を使用することができる。接着助剤としては、ヒドラジド基を含有する化合物が好ましい。例えば、アジピン酸ジヒドラジド(ADH)が挙げられる。後述するが、樹脂中や硬化剤のケト基と相互作用して、プラスチックフィルムへの密着性、インキ皮膜強度が良化する。
さらに印刷インキ(y)は硬化剤を使用することができる。硬化剤としては、例えば、カルボジイミド基やケト基などの反応性基を含有する樹脂微粒子分散体などが挙げられる。市販の反応性基含有樹脂微粒子分散体としては、例えば、日清紡社製、カルボジライトE−02、SV−02、V−02、V−02−L2、V−04、BASF社製、アクロナールYJ2716D、YJ2720D、YJ2727DN、YJ2741D、YJ2746DS、DSMネオレジン社製、NEOCRYLA−1127、A−1125、A−1120、A−1131などが挙げられる。
上記の硬化剤は、基材への密着性、インキ皮膜強度をさらに向上させる目的で、本発明の水性インキ組成物の保存安定性や樹脂同士の相溶性に悪影響を及ぼさない範囲で使用することができる。添加量は、インキ組成物100重量%中、固形分換算で0.5〜15重量%程度使用するのが好ましい。
印刷インキ(y)には溶剤として、水、アルコール類を使用するのが好ましい。アルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、iso−ブタノール等が挙げられる。食品包材に適用する場合は安全衛生性と残留臭気の点から、アルコール類ではエタノール、1−プロパノールまたは2−プロパノールを使用することが好ましい。本発明における印刷インキ(y)は水性インキであるので、水単独及び水とエタノール、1−プロパノールまたは2−プロパノールの内1種類以上を混合して使用する。
更に、乾燥調整を目的とした溶剤としてエチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコールおよびこれらのモノまたはジエーテル類を必要に応じて使用することができる。
印刷インキ(y)はアクリル樹脂と他の水性樹脂を使用することもできる。水性樹脂として、例えば、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、塩素化ポリオレフィン樹脂、スチレンマレイン酸樹脂などが挙げられる。上記併用できる水性樹脂は、水性インキ組成物100重量%中、固形分換算で0.5〜15重量%程度使用するのが好ましい。
本発明における第二のインキ皮膜層(Z)は、ポリウレタン樹脂(B)を含有する印刷インキ(z)より形成されるインキ皮膜層である。印刷インキ(z)は、水性であることが好ましい。印刷インキ(z)には、無機顔料を加えてもよい。
ポリウレタン樹脂(B)の酸価は25〜50mgKOH/gの範囲であることが好ましい。
酸価が25mgKOH/g未満であると、ポリウレタン樹脂の水への分散・溶解性が劣るため、インキ安定性が悪化し、印刷時のプラスチックフィルムへのインキ転移量が減少する。そのため、印刷塗膜の耐スクラッチ性、耐ブロッキング性、耐摩擦性、耐水摩擦性が悪化する。また、酸価が50mgKOH/gを超えた場合にも、ポリウレタン樹脂の水への分散・溶解性が良好となり安定性が良くなるが、耐水摩擦性が悪化する。ウレタン樹脂(B)は、インキの安定性、塗膜物性を確保するのに充分な量、すなわちインキ組成物100重量%中に、固形分換算で10〜35重量%の割合で含まれることが好ましい。
無機顔料としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、硫化亜鉛、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、酸化クロム、シリカなどが挙げられる。無機顔料は、インキの濃度・着色力を確保するのに充分な量、すなわち印刷インキにおいて、インキ組成物100重量%中、10〜50重量%の割合で含まれることが好ましい。
印刷インキ(z)に必要に応じて用いられる添加剤、接着助剤、硬化剤、さらに溶剤は印刷インキ(y)で挙げたものと同等のものを利用することができる。
印刷インキ(z)はウレタン樹脂と他の水性樹脂を使用することもできる。水性樹脂として、例えば、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合樹脂、塩素化ポリオレフィン樹脂、スチレンマレイン酸樹脂などが挙げられる。上記併用できる水性樹脂は、水性インキ組成物100重量%中、固形分換算で0.5〜15重量%程度使用するのが好ましい。
印 刷インキ(y)および印刷インキ(z)は、上記の原料を、一般に使用される分散機、例えば、ローラーミル、ボールミル、ペブルミル、アトライター、サンドミルなどを用いて製造することができる。
印刷インキ中に気泡や予期せずに粗大粒子などが含まれる場合は、印刷物品質を低下させるため、濾過などにより取り除くことが好ましい。濾過器は従来公知のものを使用することができる。
印刷インキの粘度は、顔料の沈降を防ぎ、適度に分散させる観点から10mPa・s以上、インキ製造時や印刷時の作業性効率の観点から1000mPa・s以下の範囲であることが好ましい。なお、上記粘度はトキメック社製B型粘度計で25℃において測定された粘度である。
印刷の塗工方式としては、公知のフレキソ印刷方式およびグラビア印刷方式が適用できる。印刷インキ層の厚みは、乾燥状態で、0.1〜5μm程度になるように印刷または塗工することが好ましい。より好ましくは、0.1〜2μm程度である。
印刷インキ構成体(I)(裏刷り構成)と印刷インキ構成体(II)(表刷り構成)において、異なる樹脂系から成るインキ皮膜層を規定の順で積層させることで、優れた塗膜物性(テープ密着性、ラミネート適性、耐水摩擦性等)が得られる。同系統の樹脂から成るインキ皮膜層を積層した場合、塗膜物性が悪化する。
印刷インキ構成体(I)(裏刷り構成)において、アクリル樹脂から成るインキ皮膜層同士を積層させた場合、インキ積層体の柔軟性が低下するため、ラミネート適性が悪化する。ポリウレタン樹脂から成るインキ皮膜層同士を積層させた場合、耐スクラッチ性、耐ブロッキング性が悪化する。一方、ウレタンアクリル樹脂またはウレタン樹脂とアクリル樹脂の混合系から成るインキ皮膜層同士を積層させた場合、ラミネート適性が悪化する。
印刷インキ構成体(II)(表刷り構成)において、アクリル樹脂から成るインキ皮膜層同士を積層させた場合、インキ積層体の柔軟性が低下するため、テープ密着性および耐揉み性が悪化する。一方、ポリウレタン樹脂から成るインキ皮膜層同士を積層させた場合、耐スクラッチ性、耐ブロッキング性が悪化する。更に、インキ積層体の皮膜強度が低いため、耐摩擦性、耐スクラッチ性および耐ブロッキング性が悪化する。一方、ウレタンアクリル樹脂またはウレタン樹脂とアクリル樹脂の混合系から成るインキ皮膜層同士を積層させた場合、テープ密着性や耐摩擦性等が悪化する。
本発明における、インキ皮膜層(Y)に含有されるアクリル樹脂(A)と、インキ皮膜層(Z)に含有されるポリウレタン樹脂(B)は、酸価の差(アクリル樹脂(A)の酸価−ポリウレタン樹脂(B)の酸価)が90mgKOH/g以下となる組み合わせで使用することが出来る。酸価の差が90mgKOH/gを超えると、印刷インキ構成体(I)(裏刷り構成)においては、テープ密着性、ラミネート適性が悪化し、印刷インキ構成体(II)(表刷り構成)においては、耐水摩擦性、耐揉み性が悪化する。
さらに、先に塗工される下地インキと、後から塗工される上地インキの樹脂系が異なることで、極性差が生じ、同じ樹脂系同士のインキを重ね印刷に比べトラッピングが良好となる。尚トラッピングとは、下地インキの上にインキを重ねて印刷した際の、上地インキが濡れ広がる状態をあらわす。均一な印刷皮膜が形成されることで、塗膜物性が良化する。
本発明における印刷インキ構成体(I)(裏刷り構成)は、印刷物と、シーラントフィルムとを接着剤を介してラミネ−トした後に、エ−ジングして得られる。ラミネート加工には様々な加工法があるが、代表的なものとして、ノンソルラミネート法(NL)、ドライラミネート法(DL)、押出しラミネート法(EL)等が挙げられる。
ノンソルラミネート法とは、無溶剤の接着剤を、得られた印刷物の印刷面に塗布し、シーラントと圧着して積層する方法である。接着剤としてはポリオール/イソシアネートの2液型が主流であり、具体的には東洋モートン社製・EA−N373A/EA−N373Bなどが挙げられる。シーラントとしては、基材で用いた前記各種フィルム、紙、アルミニウム箔、もしくはこれらの複合材料からなるフィルム状、またはシート状のものが挙げられる。具体的には、三井化学東セロ株式会社製TUX-FCD(LLDPE)、東レ社製ZK93KM(CPP)、麗光社製ダイアラスター(VMPET)、東レ社製2203(VMCPP)等がある。
ドライラミネート法とは、接着剤を有機溶剤で適当な粘度に希釈して、得られた印刷物の印刷面に塗布し、乾燥後シーラントと圧着して積層する方法である。接着剤としてはポリオール/イソシアネートの2液型が主流であり、具体的には東洋モートン社製・TM−250HV/CAT−RT86L−60、TM−550/CAT−RT37、TM−314/CAT−14B等が挙げられる。シーラントとしては、上記ノンソルラミネート法と同等のものを利用することができる。
押出しラミネート法とは、得られた印刷物の印刷面に、熱可塑性樹脂を溶融して、Tダイと呼ばれるスリット状のダイからフィルム状に押し出したものを、基材に積層する方法である。印刷物の印刷面には、予めアンカーコート剤を塗布してから、ラミネートすることが多い。また、溶融樹脂を印刷物の印刷面に押し出し、別の巻出し機からシーラントを貼り合わせることもできる。アンカーコート剤としてはイミン系、ブタジエン系、
イソシアネート系のアンカーコート剤が使用できる。具体的には、東洋モートン社製・EL−420(イミン系)、EL−452(ブタジエン系)、EL−530A/B(イソシアネート系)、EL−540/CAT−RT32(イソシアネート系)等が挙げられる。溶融樹脂としては低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等が使用できる。具体的には、日本ポリエチレン社製ノバテックLD LC600A(低密度ポリエチレン)等が挙げられる。シーラントとしては、上記ノンソルラミネート法と同等のものを利用することができる。
上記の方法で得られた印刷インキ構成体(I)(裏刷り構成)は、シーラント面同士がヒートシールされることで包装袋となる。そのため、包装袋での最も内側に当たるシーラントには、ヒートシール性を付与するためのフィルムが使用される。例えば、無延伸のポリエチレンもしくはポリプロピレン等のポリオレフィン等が挙げられる。
印刷インキ構成体(II)の使用方法
印刷インキ積層体(II)(表刷り構成)においても、非印刷面がヒートシール性のフィルムを使用することで、包装材として加工することができる。ヒートシール性のフィルムとして、具体的には、フタムラ化学社製FOH、東洋紡社製P3162等が挙げられる。
続いて、本発明のアクリル樹脂(A)ついて説明する。本発明のアクリル樹脂(A)としては、水溶型アクリル樹脂(A−1)や、エマルジョン型(以下Em型と略す)アクリル樹脂(A−2)などが挙げられる。
本発明におけるアクリル樹脂(A)は、水溶型アクリル樹脂(A−1)、Em型アクリル樹脂(A−2)を単独で用いても良いし、これらを2種以上混合して用いても良い。
上記混合物の場合の酸価は、用いた各々のアクリル樹脂の酸価と重量比率の積の和から算出するものとする。
まず水溶型アクリル樹脂(A−1)について説明する。水溶型アクリル樹脂(A−1)は、従来既知の方法に従い、溶液重合や塊状重合で得る事ができる。
水溶型アクリル樹脂(A−1)の製造方法として、例えば、スチレン−(メタ)アクリル酸−(メタ)アクリル酸アルキルエステル共重合体についてあげる。反応槽に有機溶剤を仕込み、昇温させる。有機溶剤は、反応時ならびにその後の処理に悪影響が無く、得られた樹脂を溶解するものであれば任意のものを使用する事ができる。昇温後、窒素雰囲気下で、スチレン、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸アルキルエステルを滴下しながら、ラジカル開始剤を加えてラジカル重合を行う。得られた樹脂溶液については、塩基性化合物で中和後、そのままイオン交換水で希釈しても良いし、有機溶剤をイオン交換水に溶剤置換してもかまわない。以上の工程により水溶型アクリル樹脂を得る事ができる。
水溶型アクリル樹脂(A−1)は、積層体における良好な耐水摩擦性、耐スクラッチ性の観点から、芳香族骨格を有し、カルボキシル基を有するものが好ましい。芳香族エチレン性不飽和単量体(a−1)、カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a−2)およびこれらと共重合可能なエチレン性不飽和単量体(a−3)を含むエチレン性不飽和単量体(a)をラジカル開始剤により、溶液重合もしくは塊状重合する事で得る事ができる。
得られた樹脂は、塩基性化合物で中和して水性化する事ができる。
芳香族エチレン性不飽和単量体(a−1)としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、o−メチルスチレン、p−メチルスチレン、m−メチルスチレン、ビニルナフタレン、ベンジルアクリレート、ベンジルメタクリレート、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシエチルメタクリレート、フェノキシジエチレングリコールアクリレート、フェノキシジエチレングリコールメタクリレート、フェノキシテトラエチレングリコールアクリレート、フェノキシテトラエチレングリコールメタクリレート、フェノキシヘキサエチレングリコールアクリレート、フェノキシヘキサエチレングリコールメタクリレート、フェニルアクリレート、フェニルメタクリレート等があげられる。
カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a−2)としては、例えば、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、または、これらのアルキルもしくはアルケニルモノエステル、ヘキサヒドロフタル酸β−(メタ)アクリロキシエチルモノエステル、コハク酸β−(メタ)アクリロキシエチルモノエステル、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、けい皮酸等があげられる。エチレン性不飽和単量体は、上記で定めた芳香族エチレン性不飽和単量体(a−1)、ならびにエチレン性不飽和単量体(a−2)の含有量を逸脱しない範囲で、それらと共重合可能なエチレン性不飽和単量体(a−3)を併用する事ができる。
共重合可能なエチレン性不飽和単量体(a−3)としては、例えば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、tーブチルメタクリレート、ペンチル(メタ)アクリレート、ヘプチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、ノニル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、ウンデシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、テトラデシル(メタ)アクリレート等の直鎖または分岐アルキル基含有エチレン性不飽和単量体;シクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボニル(メタ)アクリレート等の脂環式アルキル基含有エチレン性不飽和単量体;トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、ヘプタデカフルオロデシル(メタ)アクリレート等のフッ素化アルキル基含有エチレン性不飽和単量体;(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、N−プロポキシメチル−(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−ペントキシメチル−(メタ)アクリルアミド、N,N−ジ(メトキシメチル)アクリルアミド、N−エトキシメチル−N−メトキシメチルメタアクリルアミド、N,N−ジ(エトキシメチル)アクリルアミド、N−エトキシメチル−N−プロポキシメチルメタアクリルアミド、N,N−ジ(プロポキシメチル)アクリルアミド、N−ブトキシメチル−N−(プロポキシメチル)メタアクリルアミド、N,N−ジ(ブトキシメチル)アクリルアミド、N−ブトキシメチル−N−(メトキシメチル)メタアクリルアミド、N,N−ジ(ペントキシメチル)アクリルアミド、N−メトキシメチル−N−(ペントキシメチル)メタアクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、N,N−ジエチルアミノプロピルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド等のアミド基含有エチレン性不飽和単量体;2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、グリセロールモノ(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシビニルベンゼン、1−エチニル−1−シクロヘキサノール、アリルアルコール等のヒドロキシル基含有エチレン性不飽和単量体;ダイアセトン(メタ)アクリルアミド、アセトアセトキシ(メタ)アクリレー等のケト基含有エチレン性不飽和単量体;等が挙げられる。
ラジカル開始剤には公知の油溶性重合開始剤を使用でき、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、tert−ブチルパーオキシベンゾエート、tert−ブチルハイドロパーオキサイド、tert−ブチルパーオキシ(2−エチルヘキサノエート)、tert−ブチルパーオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、ジ−tert−ブチルパーオキサイドなどの有機過酸化物;2,2'−アゾビスイソブチロニトリル、2,2'−アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル、2,2'−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、1,1'−アゾビス−シクロヘキサン−1−カルボニトリルなどのアゾビス化合物を挙げることができる。
中和剤として使用する塩基性化合物としては、アンモニア;モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリイソプロピルアミン、トリブチルアミン、トリエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、モノエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、モルホリン、N−メチルモルホリン、2−アミノ−2−エチル−1-プロパノール等の有機アミン類;水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の無機アルカリ類等が挙げられ、1種または2種以上を組み合わせて用いられるが、乾燥後の印刷塗膜の耐水摩擦性を向上させるためには、水溶性であり、かつ熱によって容易に解離する揮発性の高いものが好ましく、特にアンモニア、ジメチルエタノールアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミンが好ましい。
エチレン性不飽和単量体100重量%中、芳香族エチレン性不飽和単量体(a−1)は10〜70重量%である事が好ましい。10重量%未満であると、顔料分散性が低下し、インキの保存安定性が低下する。一方で70重量%を超えた場合にも、水溶型アクリル樹脂(A−1)の分散力が低下するため、凝集物が発生しやすくなり、樹脂安定性が低下する。その結果、インキの保存安定性および塗膜物性に悪影響がでる。
エチレン性不飽和単量体100重量%中、カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a−2)は10〜40重量%である事が好ましい。10重量%未満であると、水溶型アクリル樹脂(A−1)の分散力が低下するため、凝集物が発生しやすくなり、インキの保存安定性が悪化する。一方で40重量%を超えると、印刷塗膜における、乾燥不良の発生や、水への溶出成分の増加により、塗膜物性が悪化する。
さらに水溶型アクリル樹脂(A−1)の重量平均分子量(Mw)は5000〜30000である事が好ましい。重量平均分子量が5000未満であると、樹脂微粒子分散体の分散安定性が低下して、インキの保存安定性が低下したり、水への溶出成分の増加により塗膜物性に悪影響を及ぼす場合がある。一方、重量平均分子量(Mw)が30000を超えた場合にも、増粘が著しくなり、インキの保存安定性が低下したり、塗膜物性に悪影響を及ぼす場合がある。ここで言う重量平均分子量(Mw)は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)測定によるポリスチレン換算の値をいう。
次にEm型アクリル樹脂(A−2)について説明する。Em型アクリル樹脂(A−2)は、界面活性剤や高分子分散剤を乳化剤として、エチレン性不飽和単量体(a−4)を乳化重合する事で得る事ができる。これらの中でも積層体の優れた被膜耐性の観点から、前記の水溶型アクリル樹脂を乳化剤としたEm型アクリル樹脂を使用する事が好ましい。
具体的に、水溶型アクリル樹脂(A−1)を高分子乳化剤に使用したEm型アクリル樹脂の製造方法について挙げる。まず、反応槽に水性媒体と水溶型アクリル樹脂(A−1)を仕込み、昇温して溶解させる。その後、窒素雰囲気下でエチレン性不飽和単量体(a−4)を滴下しながら、ラジカル重合開始剤を添加する。反応開始後、反応槽の溶液の色が青白くなるので、粒子核の形成が確認できる。エチレン性不飽和単量体の滴下完了後、更に数時間反応させる事で目的のEm型アクリル樹脂(A−2)を得る事ができる。エチレン性不飽和単量体はそのまま反応槽に滴下しても良いし、水性媒体であらかじめ乳化液にしてから滴下しても構わない。水溶型アクリル樹脂(A−1)は水性媒体中で保護コロイド(シェル成分)として働き、生成する粒子核(コア成分)を安定化する。この方法により得られるEm型アクリル樹脂は、ニュート二アンに近い粘性を有するため印刷適性に大変優れている。
エチレン性不飽和単量体(a−4)としては、前記の芳香族エチレン性不飽和単量体(a−1)、カルボキシル基含有エチレン性不飽和単量体(a−2)、これらと共重合可能なエチレン性不飽和単量体(a−3)、架橋性エチレン不飽和単量体が挙げられる。
架橋性エチレン性不飽和単量体としては、例えば、
アリル(メタ)アクリレート、1−メチルアリル(メタ)アクリレート、2−メチルアリル(メタ)アクリレート、1−ブテニル(メタ)アクリレート、2−ブテニル(メタ)アクリレート、3−ブテニル(メタ)アクリレート、1,3−メチル−3−ブテニル(メタ)アクリレート、2−クロルアリル(メタ)アクリレート、3−クロルアリル(メタ)アクリレート、o−アリルフェニル(メタ)アクリレート、2−(アリルオキシ)エチル(メタ)アクリレート、アリルラクチル(メタ)アクリレート、シトロネリル(メタ)アクリレート、ゲラニル(メタ)アクリレート、ロジニル(メタ)アクリレート、シンナミル(メタ)アクリレート、ジアリルマレエート、ジアリルイタコン酸、ビニル(メタ)アクリレート、クロトン酸ビニル、オレイン酸ビニル,リノレン酸ビニル、2−(2’−ビニロキシエトキシ)エチル(メタ)アクリレート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコール(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコール(メタ
)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、1,1,1−トリスヒドロキシメチルエタンジアクリレート、1,1,1−トリスヒドロキシメチルエタントリアクリレート、1,1,1−トリスヒドロキシメチルプロパントリアクリレート、ジビニルベンゼン、アジピン酸ジビニル、イソフタル酸ジアリル、フタル酸ジアリル、マレイン酸ジアリル等の2個以上のエチレン性不飽和基を有するエチレン性不飽和単量体;
グリシジル(メタ)アクリレート、3,4−エポキシシクロヘキシル(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単量体;γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリブトキシシラン、γ−メタクリロキシプロ
ピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、γ−アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシメチルトリメトキシシラン、γ−アクリロキシメチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリブトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン等のアルコキシシリル基含有エチレン性不飽和単量体;N−メチロール(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチロール(メタ)アクリルアミド、アルキルエーテル化N−メチロール(メタ)アクリルアミド等のメチロール基含有エチレン性不飽和単量体が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。これらは1種類または2種以上を併用して用いることができる。
上記で示した共重合可能なエチレン性不飽和単量体(a−4)の中でも、ケト基含有エチレン性不飽和単量体を併用する事で、インキ皮膜のテープ密着性、耐水摩擦性を相乗効果によりさらに向上させる事ができる。エチレン性不飽和単量体由来のケト基が、インキ組成物中のヒドラジド化合物と反応して、乾燥時にケト・ヒドラジド架橋を形成する
エチレン性不飽和単量体100重量%中、ケト基含有エチレン性不飽和単量体は1〜3重量%含まれることが好ましい。1重量%未満であると、塗膜物性において、架橋の効果が確認できない場合がある。一方で3重量%を超えた場合には、シェル成分とコア成分の相溶性が悪くなり、逆に塗膜物性に悪影響を及ぼす場合がある。
本発明で使用するエマルジョン型アクリル樹脂(A−2)を得るに際して用いられる重合開始剤としては、ラジカル重合を開始する能力を有するものであれば特に制限はなく、公知の油溶性重合開始剤や水溶性重合開始剤を使用することができる。
油溶性重合開始剤としては特に限定されず、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、tert−ブチルパーオキシベンゾエート、tert−ブチルハイドロパーオキサイド、tert−ブチルパーオキシ(2−エチルヘキサノエート)、tert−ブチルパーオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、ジ−tert−ブチルパーオキサイドなどの有機過酸化物;2,2'−アゾビスイソブチロニトリル、2,2'−アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル、2,2'−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、1,1'−アゾビス−シクロヘキサン−1−カルボニトリルなどのアゾビス化合物を挙げることができる。これらは1種類または2種類以上を混合して使用することができる。
本発明においては水溶性重合開始剤を使用することが好ましく、例えば、過硫酸アンモニウム(APS)、過硫酸カリウム(KPS)、過酸化水素、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)ジハイドロクロライドなど、従来既知のものを好適に使用することができる。
また、乳化重合を行うに際して、所望により重合開始剤とともに還元剤を併用することができる。これにより、乳化重合速度を促進したり、低温において乳化重合を行ったりすることが容易になる。
このような還元剤としては、例えば、アスコルビン酸、エルソルビン酸、酒石酸、クエン酸、ブドウ糖、ホルムアルデヒドスルホキシラートなどの金属塩等の還元性有機化合物、チオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸ナトリウム、メタ重亜硫酸ナトリウムなどの還元性無機化合物、塩化第一鉄、ロンガリット、二酸化チオ尿素などを例示できる。これら還元剤は、エチレン性不飽和単量体100重量%中、0.05〜5.0%含まれることが好ましい。なお、前記した重合開始剤によらずとも、光化学反応や、放射線照射等によっても重合を行うことができる。重合温度は各重合開始剤の重合開始温度以上とする。例えば、過酸化物系重合開始剤では、通常80℃程度とすればよい。重合時間は特に制限されないが、通常2〜24時間である。
さらに必要に応じて、緩衝剤として、酢酸ナトリウム、クエン酸ナトリウム、重炭酸ナトリウムなどが、また、連鎖移動剤としてのオクチルメルカプタン、チオグリコール酸2−エチルヘキシル、チオグリコール酸オクチル、ステアリルメルカプタン、ラウリルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタンなどのメルカプタン類が適量使用できる。
本発明で使用するEm型アクリル樹脂をラジカル重合により得るに際しては、前記の水溶型アクリル樹脂(A−1)の他、各種界面活性剤を使用することができる。これらは1種類または2種以上を併用して用いることができる。
界面活性剤としては例えば、アルキルエーテル系(市販品としては、例えば、第一工業製薬株式会社製アクアロンKH−05、KH−10、KH−20、株式会社ADEKA製アデカリアソープSR−10N、SR−20N、花王株式会社製ラテムルPD−104など)、スルフォコハク酸エステル系(市販品としては、例えば、花王株式会社製ラテムルS−120、S−120A、S−180P、S−180A、三洋化成株式会社製エレミノールJS−2など)、アルキルフェニルエーテル系もしくはアルキルフェニルエステル系(市販品としては、例えば、第一工業製薬株式会社製アクアロンH−2855A、H−3855B、H−3855C、H
−3856、HS−05、HS−10、HS−20、HS−30、株式会社ADEKA製アデカリアソープSDX−222、SDX−223、SDX−232、SDX−233、SDX−259、SE−10N、SE−20N、など)、(メタ)アクリレート硫酸エステル系(市販品としては、例えば、日本乳化剤株式会社製アントックスMS−60、MS−2N、三洋化成工業株式会社製エレミノールRS−30など)、リン酸エステル系(市販品としては、例えば、第一工業製薬株式会社製H−3330PL、株式会社ADEKA製アデカリアソープPP−70など)等のアニオン系反応性乳化剤;
オレイン酸ナトリウムなどの高級脂肪酸塩類、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのアルキルアリールスルホン酸塩類、ラウリル硫酸ナトリウムなどのアルキル硫酸エステル塩類、ポリエキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウムなどのポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩類、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル硫酸ナトリウムなどのポリオキシエチレンアルキルアリールエーテル硫酸エステル塩類、モノオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ポリオキシエチレンラウリルスルホコハク酸ナトリウムなどのアルキルスルホコハク酸エステル塩およびその誘導体類、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル硫酸エステル塩類等のアニオン性非反応性乳化剤;
ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテルなどのポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルなどのポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタントリオレエートなどのソルビタン高級脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレートなどのポリオキシエチレンソルビタン高級脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンモノラウレート、ポリオキシエチレンモノステアレートなどのポリオキシエチレン高級脂肪酸エステル類、オレイン酸モノグリセライド、ステアリン酸モノグリセライドなどのグリセリン高級脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレン・ブロックコポリマー、ポリオキシエチレンジスチレン化フェニルエーテル等のノニオン性非反応性乳化剤;等が挙げられる。
Em型アクリル樹脂(A−2)の平均粒子径は30〜80nm範囲である事が好ましい。平均粒子径が30nm未満であると、インキ組成物中におけるEm型アクリル樹脂の分散安定性が低下してインキの保存安定性、に悪影響を及ぼす。一方、80nmを越えると乾燥時における造膜が不十分となり、塗膜物性(テープ密着性、耐水摩擦性、耐ブロッキング性)が悪化する。ここで言う平均粒子径とはEm型アクリル樹脂(A−2)の水希釈液にレーザー光を照射して、その散乱光から粒子のブラウン運動を検出する動的光散乱法により測定した体積平均粒子径の値である。
Em型アクリル樹脂(A−2)のガラス転移温度(Tg)は10〜65℃の範囲である事が好ましい。Tgが10℃未満であると、インキ皮膜の強度が低下して塗膜物性(テープ密着性、耐水摩擦性、耐ブロッキング性)が悪化する。一方でガラス転移温度が65℃を超えた場合にも、低温乾燥下における分子鎖の運動が阻害されるため、造膜やコア成分とシェル成分の相溶が不十分となり、塗膜物性(テープ密着性、耐水摩擦性)が悪化する。
Em型アクリル樹脂(A−2)の重量平均分子量(Mw)は100000〜600000の範囲である事が好ましい。重量平均分子量が100000未満であると、インキ溶剤中での樹脂微粒子の安定性が低下するため、インキ積層体の皮膜強度が低下して塗膜物性(テープ密着性、耐水摩擦性、耐ブロッキング性)が悪化する場合がある。一方で600000を超えると、低温乾燥下における分子鎖の運動が阻害されるため、造膜やコア成分とシェル成分の相溶が不十分となり、塗膜耐物性(テープ密着性、耐水摩擦性)が悪化する場合がある。
次に、本発明で使用するポリウレタン樹脂(B)について説明する。
ポリウレタン樹脂(B)は、特に限定はされないが、従来既知の方法に従い、ポリオールとポリイソシアネートとを重付加反応させて得ることができる。
ポリウレタン樹脂(B)の原料に使用するポリオールとしては、代表的なものとして例えば、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオールなどが挙げられる。
ポリエステルポリオールとしては、例えば、ポリオール成分と二塩基酸成分とが縮合反応したポリエステルポリオールがある。ポリオールのうちジオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ブチレングリコール、1,6−ヘキサンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、3,3'−ジメチロールヘプタン、ポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、オクタンジオール、ブチルエチルペンタンジオール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、シクロヘキサンジオール、ビスフェノールA等が挙げられ、3個以上の水酸基を有するポリオールとしては、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等が挙げられ、二塩基酸成分としてテレフタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバチン酸、ダイマー酸、水添ダイマー酸、無水フタル酸、イソフタル酸、トリメリット酸等の脂肪族あるいは芳香族二塩基酸、およびそれらの無水物が挙げられる。また、ε−カプロラクトン、ポリ(β−メチル−γ−バレロラクトン)、ポリバレロラクトン等のラクトン類等の環状エステル化合物の開環重合により得られるポリエステルポリオールが挙げられる。
ポリエーテルポリオールとしては、例えば、テトラヒドロフラン、あるいはエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド等のアルキレンオキサイドの重合体、共重合体あるいはグラフト共重合体、またはヘキサンジオール、メチルヘキサンジオール、ヘプタンジオール、オクタンジオールあるいはこれらの混合物の縮合によるポリエーテルポリオール類、プロポキシル化またはエトキシル化されたポリエーテルポリオール類等の水酸基が2個以上のものを用いることができる。これらの中でもエチレンオキサイドの重合体(ポリエチレングリコール)は、親水基として樹脂骨格中に導入される。
ポリカーボネートポリオールとしては、例えば、ポリオールとジアルキルカーボネート、アルキレンカーボネート、ジアリールカーボネートなどのカーボネート化合物との反応により得られるものを挙げることができる。ポリカーボネートポリオールを構成するポリオールとしては、ポリエステルポリオールの構成成分として先に例示したポリオールを用いることができる。また、ジアルキルカーボネートとしてはジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどを、アルキレンカーボネートとしてはエチレンカーボネートなどを、ジアリールカーボネートとしてはジフェニルカーボネートなどを挙げることができる。
この他に、ポリブタジエンポリオール、アクリルポリオール、ポリシロキサンポリオール、ひまし油ポリオールなども挙げられる。
これらのポリオールは、1種だけを用いてもよいし、あるいは、複数種を併用してもよい。
ポリウレタン樹脂を水媒体中に溶解または分散させるためには、樹脂骨格中に親水基を導入する必要がある。上記で挙げたポリエチレングリコールも親水基として有用ではあるが、エチレンオキサイド鎖のみで、水媒体中に溶解または分散させるためには、樹脂骨格中に大量に導入しなければない。その場合、樹脂被膜の耐水性が大幅に低下するため、積層体の耐水摩擦性も著しく悪化してしまう。したがって、親水基の導入には、アニオン性基を有するポリオールを使用する。アニオン性基を有するポリオールの中でも、乾燥後の優れた耐性発現の観点から、カルボキシル基を有するポリオールを使用する事が望ましい。
カルボキシル基を有するポリオールとしては、例えば、ジメチロール酢酸、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸、2,2−ジメチロール酪酸、2,2−ジメチロールペンタン酸等のジメチロールアルカン酸や、ジヒドロキシコハク酸、ジヒドロキシプロピオン酸、ジヒドロキシ安息香酸等が挙げられる。これらのカルボキシル基含有ポリオールは単独、または複数で使用する事ができる。
また、樹脂骨格中のウレタン結合濃度を上げる、樹脂中に分岐構造や3級アミノ基を導入する等の目的で上記のポリオールに加え、低分子ポリオールを適宜、併用する事ができる。
低分子ポリオールとしては、例えば、
エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、オクタンジオール、2-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオール、1,4-ブチレンジオール、ジプロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、1,2,6-ブタントリオール、ペンタエリスリトール、ソルビトール、N,N-ビス(2-ヒドロキシプロピル)アニリン、などが挙げられる。
更に、同一分子中に少なくとも2個の水酸基と1個の不飽和基を有するエチレン性不飽和単量体を併用する事で、ウレタン骨格中にエチレン性不飽和基を導入する事も可能である。
同一分子中に少なくとも2個の水酸基と1個の不飽和基を有するエチレン性不飽和単量体としては、例えば、グリシドールとアクリル酸の反応物、トリオール、ジイソシアネートと2−ヒドロキシメタアクリレートとの反応物等が挙げられる。
ポリオールと反応させるポリイソシアネートとして、芳香族、脂肪族、脂環式のポリイソシアネートが用いられる。
芳香族ポリイソシアネートとしては、例えば、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、m−フェニレンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、3,3'−ジメチル−4,4'−ビフェニレンジイソシアネート、3,3'−ジメトキシ−4,4'−ビフェニレンジイソシアネート、3,3' −ジクロロ−4,4'−ビフェニレンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、1,5−テトラヒドロナフタレンジイソシアネート等が挙げられる。
脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等が挙げられる。
脂環式ポリイソシアネートとしては、例えば、イソホロンジイソシアネート、1,4−シクロヘキシレンジイソシアネート、4,4'−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。これらは、1種だけを用いてもよいし、あるいは、複数種を併用してもよい。
イソシアネートと水酸基の反応に用いられる触媒としては、ジブチル錫ジラウレート、オクトエ酸錫、ジブチル錫ジ(2−エチルヘキソエート)、2−エチルヘキソエート鉛、チタン酸2−エチルヘキシル、チタンエチルアセテート、2−エチルヘキソエート鉄、2−エチルヘキソエートコバルト、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、テトラ−n−ブチル錫、塩化第一錫、塩化第二錫、塩化鉄等が挙げられる。
本発明で使用するウレタン樹脂は、必要に応じて鎖延長反応をおこなっても構わない。鎖延長反応は、イソシアネート基過剰のウレタンプレポリマーを製造した後、ジアミンなど、イソシアネート基と反応する二官能以上の活性水素含有化合物を鎖延長剤として反応させる。この反応は、樹脂溶液の著しい増粘の観点から、樹脂を中和して水性化する際におこなう事が好ましい。鎖延長により、ポリウレタン樹脂の更なる高分子量化が可能である。また、ウレア結合が導入される事で、樹脂の更なる凝集力向上も期待できる。したがって、この樹脂を使用した積層体の各種塗膜耐性も向上する。
鎖延長剤としては、例えば、
ヒドラジン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、キシリレンジアミン、イソホロンジアミン、ピペラジンおよびその誘導体、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシレンジアミン、アジピン酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジドなどのジアミン類;
ジエチレントリアミンなどのトリアミン類;
エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−ビス(β−ヒドロキシエトキシ)ベンゼン、1,4−シクロヘキサンジオール、ビス(β−ヒドロキシエチル)テレフタレート、キシリレングリコールなどのジオール類;
トリメチロールプロパンなどのトリオール類;
ペンタエリスリトールなどのペンタオール類;
N−(β−アミノエチル)エタノールアミンなどのアミノアルコール類
などの公知の鎖延長剤を使用できる。
単官能のモノアミンまたはモノオールを併用すれば、鎖延長の停止による分子量の制御も可能である。
ポリウレタン樹脂(B)のエチレンオキシド単位含有量(以下EO%と略す)は4〜40の範囲である事が好ましい。EO%が5未満であると、先に述べた酸価が25未満の場合と同様の問題に加えて、新水性が低いためインキ皮膜層間のトラッピング性が低下するため、塗膜物性が悪化する。また、EO%が40を超えた場合、耐水摩擦性、テープ密着性が劣り、さらにポリウレタン樹脂(B)の粘度が高くなりインキ中のバインダー有効量が過少となるため、インキ皮膜の強度低下を招く問題を生じる。EO%は、ポリウレタン樹脂(B)中のポリエチレングリコールの固形分重量比率である。
かくして得られたポリウレタン樹脂を塩基性化合物で中和して水性化、さらに必要に応じて脱溶剤することにより、ポリウレタン樹脂(B)溶液が製造できる。
ポリウレタン樹脂(B)の重量平均分子量は、5000〜100000の範囲内とすることが好ましい。ポリウレタン樹脂の分子量が5000未満の場合には、形成された印刷塗膜の耐摩擦性、耐水摩擦性が劣る傾向にあり、100000を越える場合には、得られる水性印刷インキの粘度が高くなりインキ中のバインダー有効量が過少となるため、印刷塗膜の強度低下を招く問題を生じる。
ポリウレタン樹脂(B)に組み込まれた陰イオン性基を中和する塩基性化合物としては、水溶型アクリル樹脂を中和する際に使用する上記の塩基性化合物と同じものを使用する事ができる。
本発明で用いられるイソシアネートに対して不活性でかつ親水性の有機溶剤としては、例えばテトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、酢酸エチル等のエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ジメチルホルムアミド、N-メチルピロリドン等のアミド類等が挙げられるが、ポリウレタンの水性化後は通常減圧蒸留により除去されるため、また、脱溶剤しないで使用する場合でも乾燥速度を早めるため、好ましくは水より低沸点の溶剤の使用が望ましい。
以下に、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明の技術思想を逸脱しない限り、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。なお、実施例における「部」は「重量部」、「%」は「重量%」を表す。なお、製造例34、実施例1、実施例14は、それぞれ、参考製造例、参考例である。
<水溶型アクリル樹脂(A−1)の製造>
[製造例1]
攪拌器、温度計、2つの滴下ロート、還流器を備えた反応容器に窒素ガスを導入しながら、メチルイソブチルケトン95.0部を仕込み、温度100℃まで昇温した。次に、2つの滴下ロートにおいて、一方からは、スチレン60.0部、アクリル酸30.0部、シクロヘキシルメタクリレート10.0部を3時間かけて滴下した。もう一方からは、ジメチル2,2’−アゾビスイソブチレート6.0部をメチルイソブチルケトン12.0部に溶解させ、4時間かけてそれを滴下した。滴下完了後、更に10時間反応させて反応を完了した。冷却後、得られた水溶性樹脂溶液に25%アンモニア水23.3部を加えて中和した。更にイオン交換水を加えて、加熱しながら溶剤置換をおこない、水溶型アクリル樹脂(Ac1)溶液を得た。最後にイオン交換水により、水溶型アクリル樹脂(Ac1)溶液の固形分を35.0%に調整した。水溶型アクリル樹脂(Ac1)の酸価は220mgKOH/g、ガラス転移温度(Tg)は98℃、重量平均分子量(Mw)は15000であった。
なお、酸価、ガラス転移温度(Tg)および重量平均分子量(Mw)は下記方法で評価した。
[酸価]
樹脂1g中に含まれる酸性成分を中和するのに要する水酸化カリウムのミリグラム数。乾燥させた水溶型アクリル樹脂(A−1)について、JISK2501に記載の方法に従い、水酸化カリウム・エタノール溶液で電位差滴定をおこない算出した。
[ガラス転移温度]
ガラス転移温度とは下のFOXの式より計算した理論値の事をさす。
<FOX式>1/Tg=W1/Tg1+W2/Tg2+…+Wi/Tgi+…+Wn/Tgn
〔上記FOX式は、n種の単量体からなる重合体を構成する各モノマーのホモポリマーのガラス転移温度をTgi(K)とし、各モノマーの質量分率を、Wiとしており、(W1+W2+…+Wi+…Wn=1)である。〕
[重量平均分子量(Mw)]
重量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)測定によるポリスチレン換算の値である。乾燥させた樹脂をテトラヒドロフランに溶解させ、0.1%溶液を調製し、以下の装置ならびに測定条件により重量平均分子量を測定した。
装置:HLC−8320−GPCシステム(東ソー社製)
カラム;TSKgel-SuperMultiporeHZ−M0021488
4.6 mmI.D.×15 cm×3本(分子量測定範囲2千〜約200万)
溶出溶媒;テトラヒドロフラン
標準物質;ポリスチレン(東ソー社製)
流速;0.6mL/分、試料溶液使用量;10μL、カラム温度;40℃。
[製造例2〜6]
表1に示す配合組成で、製造例1と同様の方法で水溶型アクリル樹脂(Ac2〜6)の溶液を調製した。中和剤である25%アンモニア水は、水溶型アクリル樹脂(Ac2〜6)のカルボキシル基とアンモニアが等モルになるようにおのおの添加した。さらに製造例1と同様の操作をおこない、固形分35%の水溶型アクリル樹脂(Ac2〜6)溶液を調製した。得られた水溶型アクリル樹脂(Ac2〜6)について、酸価、ガラス転移温度(Tg)および重量平均分子量(Mw)を測定した。
Figure 0006168080
<Em型アクリル樹脂(A−2)の製造>
[製造例7]
攪拌器、温度計、2つの滴下ロート、還流器を備えた反応容器に窒素ガスを導入しながら、イオン交換水100.0部と製造例1で調製した固形分35%の水溶型アクリル樹脂(Ac1)溶液757.1部仕込み、温度80℃まで昇温した。次に、2つの滴下ロートにおいて、一方からは、スチレン20.0部、ベンジルメタクリレート20.0部、n−ブチルアクリレート60.0部を2時間かけて滴下した。もう一方からは、過硫酸アンモニウム20%水溶液4.5部を2時間かけて滴下した。滴下完了後、更に4時間反応させてEm型アクリル樹脂(Ac7)溶液を得た。イオン交換水により、Em型アクリル樹脂(Ac7)溶液の固形分を35.0%に調整した。得られたEm型アクリル樹脂(Ac7)の平均粒子径は35nm、重量平均分子量(Mw)は200000、酸価は160mgKOH/g、ガラス転移温度は61℃であった。得られたEm型アクリル樹脂(Ac7)について、酸価、ガラス転移温度(Tg)、および重量平均分子量(Mw)を製造例1と同様の方法で評価し、平均粒子径を下記方法で評価した。
[平均粒子径]
樹脂微粒子分散体を500倍に水希釈し、該希釈液約5mlを動的光散乱測定法(測定装置はナノトラックEX150日機装社製)により測定をおこなった。この時得られた体積粒子径分布データ(ヒストグラム)のピークを平均粒子径とした。
[製造例8〜12]
表2に示す配合組成で、製造例7と同様の方法でEm型アクリル樹脂(Ac8〜12)溶液を調製し、酸価、ガラス転移温度(Tg)、重量平均分子量(Mw)、平均粒子径を評価した。製造例8〜11については、合成後、架橋剤のアジピン酸ジヒドラジドを、Em型アクリル樹脂(Ac12)中におけるケト基に対してヒドラジド基が等モルになるように添加した。Em型アクリル樹脂(Ac8〜12)溶液の固形分は全て35.0%に調整した。
Figure 0006168080
<ポリウレタン樹脂(B)の製造>
[製造例13]
温度計、撹拌機、還流冷却管、撹拌装置、還流器を備えた反応容器に窒素ガスを導入しながら、PTG−3000SN(保土ヶ谷化学製ポリテトラメチレングリコール 官能基数2 数平均分子量3000)11.5部、PEG#200 (日油製ポリエチレングリコール 官能基数2 数平均分子量2000)2.3部、N,N-ビス(2-ヒドロキシプロピル)アニリン0.4部、ジメチロールプロピオン酸3.6部およびイソホロンジイソシアネート7.2部を仕込み、90℃、3時間反応させた。冷却後、得られた水溶性樹脂に25%アンモニア水1.6部とイオン交換水75.0部の混合溶液を徐々に滴下して中和することにより水溶化し、ポリウレタン樹脂(Ur1)の水溶液を得た。得られたポリウレタン樹脂(Ur1)の酸価は60mgKOH/g、EO%は9.2%、重量平均分子量(Mw)は36000であった。なお、酸価、重量平均分子量(Mw)は前述の方法で測定した。
[製造例14]
温度計、撹拌機、還流冷却管、撹拌装置、還流器を備えた反応容器に窒素ガスを導入しながら、PTG−3000SN(保土ヶ谷化学製ポリテトラメチレングリコール 官能基数2 数平均分子量3000)7.4部、PEG#200 (日油製ポリエチレングリコール 官能基数2 数平均分子量2000)3.0部、N,N-ビス(2-ヒドロキシプロピル)アニリン0.5部、ジメチロールプロピオン酸3.0部、イソホロンジイソシアネート9.6部およびメチルエチルケトン60.0部を仕込み、80℃へ昇温し3時間反応させた。得られた末端イソシアネート基ウレタンプレポリマー溶液を40℃まで冷却し、撹拌下、N−(β−アミノエチル)エタノールアミン1.5部とアセトン40.0部の混合溶液を30分かけて滴下し、1時間鎖延長反応を行なった。更に、25%アンモニア水1.4部とイオン交換水75.0部を添加し、昇温して100.0部脱溶剤を行い、ポリウレタン樹脂(Ur2)の水溶液を得た。得られたポリウレタン樹脂(Ur2)の酸価は50mgKOH/g、EO%は12.0%、重量平均分子量(Mw)は38000であった。なお、酸価、重量平均分子量(Mw)は前述の方法で測定した。
[製造例15〜18]
表3に示す配合組成で、製造例13と同様の方法でポリウレタン樹脂(Ur3〜6)溶液を調製した。中和剤である25%アンモニア水は、ポリウレタン樹脂(Ur3〜6)のカルボキシル基とアンモニアが等モルになるように添加した。得られたポリウレタン樹脂(Ur3〜6)について、酸価、重量平均分子量を評価した。なお、酸価、重量平均分子量(Mw)は前述の方法で測定した。
Figure 0006168080
<ウレタンアクリル樹脂の製造>
[製造例19]
攪拌器、温度計、還流器を備えた反応容器に窒素ガスを導入しながら、C-2090 (クラレ製MPD/HD/PC系ポリカーボネートポリオール 官能基数2数平均分子量2000)59.7部、ジメチロールブタン酸17.7部、メチルエチルケトン43.0部を仕込み、60℃まで昇温した。次に、イソホロンジイソシアネート22.6部、ジブチル錫ジラウレート0.01部を加え78℃まで昇温し、7時間反応させた。得られたウレタン樹脂(b)の重量平均分子量は12400、酸価は67mgKOH/gであった。反応後、濃度28%のアンモニア水4.0部、イオン交換水233.3部を加え、中和、脱溶剤をおこなった。脱溶剤後、イオン交換水で不揮発成分を35.0重量%に調製した。
[製造例20]
攪拌器、温度計、2つの滴下ロート、還流器を備えた反応容器に窒素ガスを導入しながら、製造例19で得たウレタン樹脂(b)の30.0重量%水溶液1333.3部を加え、温度80℃まで昇温した。次に、2つの滴下ロートを準備し、一方に、エチルアクリレート10.0部、2−エチルヘキシルアクリレート55.0部、α−メチルスチレン35.0部を仕込み2時間かけて滴下した。もう一方からは、過硫酸アンモニウム20%水溶液6.5部を2時間かけて滴下した。滴下完了後、を継続した後反応を終了した。イオン交換水で溶液の不揮発分を35.0重量%に調整して、ウレタンアクリル樹脂(UrAc1)の水分散体を得た。得られた樹脂の酸価は54mgKOH/gであった。酸価は前述の方法で測定した。
<印刷インキ(y)の製造>
[製造例21]
フタロシアニンブルー(リオノールブルーFG−7400、トーヨーカラー社製)20.0部、アクリル樹脂(A)(Em型アクリル樹脂(Ac11))60.0部、水17.5部、およびエタノール2.0部を攪拌混合し、サンドミルを使用して、常法に従い顔料分散を行い印刷インキ(y1)を得た。
[製造例22〜33]
表4に示す構成で、実施例21と同様の方法で印刷インキ(y2〜y13)を得た。なお、製造例27では顔料としてカーボンブラック(REGAL250R、Cabot社製)を使用した。製造例26および27では、顔料分散後に硬化剤としてカルボジライトSV−02(日清紡社製)3.0部を添加した。
Figure 0006168080
<印刷インキ(z)の製造>
[製造例34]
ウレタン樹脂B(Ur2)80.0部、水18.0部、およびエタノール2.0部を攪拌混合し、印刷インキ(z1)を得た。
[製造例35]
酸価チタン(タイペークCR80、石原産業社製)40.0部、ウレタン樹脂B(Ur2)40.0部、水18.0部、およびエタノール2.0部を攪拌混合し、サンドミルを使用して、常法に従い顔料分散を行い、印刷インキ(z2)を得た。
[製造例36〜44]
表5に示す構成で、実施例34と同様の方法で印刷インキ(z3〜z11)を得た。なお、製造例39では顔料分散後に硬化剤としてカルボジライトSV−02(日清紡社製)3.0部を添加した。
Figure 0006168080
<印刷インキ積層体(印刷インキ構成体(I))の作製>
[実施例1]
処理ポリプロピレン(P2161、東洋紡社製)上に、セントラルインプレッション(CI)型のフレキソ印刷機を利用し、アニロックスロールおよび樹脂版により、印刷インキ(y1)、印刷インキ(z1)の順で印刷速度150m/分で印刷した。この印刷物に、ポリイソシアネート系接着剤「EA−N373A/EA−N373B」(東洋モートン社製)を塗布し、ライン速度50m/minでノンスルラミネート機を用いて、塗布面上にシーラントとしCPP(日本ポリケム社製)を貼付け、40℃で48時間エージングを行い、印刷インキ構成体(I―1)を得た。
[実施例2〜13][比較例1〜6]
表6−1および表6−2に示す印刷インキ(y)および印刷インキ(z)を用い、実施例1と同様の方法で印刷インキ構成体(I―2〜I―19)を得た。
<印刷インキ積層体(印刷インキ構成体(II))の作製>
[実施例14]
処理ポリプロピレン(P2161、東洋紡社製)上に、実施例1と同様の印刷方法で、印刷インキ(z1)、印刷インキ(y1)の順で印刷し、印刷インキ構成体(II―1)を得た。
[実施例15〜26][比較例7〜12]
表7−1および表7−2に示す印刷インキ(y)および印刷インキ(z)を用い、実施例14と同様の方法で印刷インキ構成体(II―2〜II―19)を得た。
前記印刷インキ積層体(印刷インキ構成体(I−1〜I−19)および印刷インキ構成体(II−1〜II―19))を用い、印刷インキ構成体(I−1〜I−19)では、テープ密着性、耐スクラッチ性、耐ブロッキング性、ラミネート適性の評価を行い、印刷インキ構成体(II―1〜II―19)では、テープ密着性、耐スクラッチ性、耐ブロッキング性、耐摩擦性、耐水摩擦性、耐もみ性の評価を行った。
<テープ密着性>
得られた印刷インキ積層体のインキ印刷直後のものに対し、インキ塗工面にセロファンテープを貼ったのち、強く引き剥がしてインキの剥離度合いを目視判定した。
なお、実用レベルは○以上である。
◎:インキが全く剥離しなかったもの
○:インキがフィルムから僅かに剥離するもの(20%未満)
△:インキがフィルムから剥離するもの(20%以上、50%未満)
×:インキがフィルムから著しく剥離するもの(50%以上)
<耐スクラッチ性>
得られた印刷インキ積層体のインキ印刷直後のものに対し、爪でインキ塗工面を引掻き、塗膜の傷つき程度から耐スクラッチ性を評価した。
なお、実用レベルは○以上である。
◎:傷が生じなかったもの
○:僅かに傷を生ずるもの
△:傷を生ずるもの
×:著しく傷を生ずるもの(爪を縦にしても剥がれるもの)
<耐ブロッキング性>
得られた印刷インキ積層体のインキ印刷直後のものに対し、4cm×4cmの大きさに切りだし、このインキ塗工面と、これと同じ大きさに切った処理ポリプロピレン(P2161、東洋紡(株)製)の非処理面とを重ね合わせて、10kg/cm2の荷重をかけ、40℃、80%RHの雰囲気で24時間放置後、印刷面とプラスチックフィルムを引き剥がし、インキの剥離の程度から耐ブロッキング性を評価した。
なお、実用レベルは○以上である。
◎:インキが全く剥離しなかったもの
○:インキがフィルムから僅かに剥離するもの(10%未満)
△:インキがフィルムから剥離するもの(10%以上、50%未満)
×:インキがフィルムから著しく剥離するもの(50%以上)
<ラミネート適性>
印刷インキ構成体(I)におけるインキ部を巾15mmで裁断し、インキ面とシーラント層の層間で剥離させた後、剥離強度をインテスコ製201万能引張り試験機にてラミネート適性を評価した。
なお、実用レベルは○(1.0N/15mm以上)以上である。
◎:引張り強度が1.5N/15mm以上のもの
○:引張り強度が1.0N/15mm以上、1.5N/15mm未満のもの
△:引張り強度が0.5N/15mm以上、1.0N/15mm未満のもの
×:引張り強度が0.5N/15mm未満のもの
<耐摩擦性>
得られた印刷インキ構成体(II)について、インキ塗工面を脱脂綿で100回擦った後、インキの剥離度合いを目視判定した。
なお、実用レベルは○以上である。
◎:インキが全く剥離しなかったもの
○:インキがフィルムから僅かに剥離するもの(10%未満)
△:インキがフィルムから剥離するもの(10%以上、50%未満)
×:インキがフィルムから著しく剥離するもの(50%以上)
<耐水摩擦性>
得られた印刷インキ構成体(II)について、インキ塗工面を含水脱脂綿で20回擦った後、インキの剥離度合いを目視判定した。
なお、実用レベルは○以上である。
◎:インキが全く剥離しなかったもの
○:インキがフィルムから僅かに剥離するもの(10%未満)
△:インキがフィルムから剥離するもの(10%以上、50%未満)
×:インキがフィルムから著しく剥離するもの(50%以上)
<耐もみ性>
得られた印刷インキ構成体(II)のインキ塗工面同士を擦り合わせたときのインキの剥離度合いを目視判定した。
なお、実用レベルは○以上である。
◎:30回以上擦り合わせてもインキが全く剥離しなかったもの
○:30回程度擦り合わせた時に、インキがフィルムから僅かに剥離するもの(20%未満)
△:30回程度擦り合わせた時に、インキがフィルムから剥離するもの(20%以上、50%未満)
×:30回程度擦り合わせた時に、インキがフィルムから著しく剥離するもの(50%以上)
Figure 0006168080
Figure 0006168080
Figure 0006168080
Figure 0006168080
評価結果を表6−1、表6−2、表7−1、表7−2に示す。アクリル樹脂(A)を含有するインキ皮膜層(Y)と、ウレタン樹脂Bを含有するインキ皮膜層(Z)を印刷構成に合わせて正順または逆順で積層する実施例1〜26の印刷インキ積層体は、比較例1〜12に比べて、塗膜物性(テープ密着性、耐スクラッチ性、耐ブロッキング性、ラミネート適性、耐摩擦性、耐水摩擦性、耐もみ性)が良好であった。特に、アクリル樹脂(A)を含有するインキ皮膜層(Y)と、酸価25〜50mgKOH/gのポリウレタン樹脂(B)を含有するインキ皮膜層(Z)を併用すると、塗膜物性(テープ密着性、耐スクラッチ性、耐ブロッキング性、ラミネート適性、耐摩擦性、耐水摩擦性、耐もみ性)がさらに良好であった。

Claims (3)

  1. プラスチックフィルム(X)に、第一のインキ皮膜層(Y)と、第二のインキ皮膜層(Z)と、さらに接着剤を介してシーラントフィルムとを順に積層してなる印刷インキ構成体(I)(ただし、アンカーコートワニス層を含む場合を除く)
    または
    プラスチックフィルム(X)に、第二のインキ皮膜層(Z)と、第一のインキ皮膜層(Y)とを順に積層してなる印刷インキ構成体(II)(ただし、オーバープリントワニス層を含む場合を除く)
    を有する印刷インキ積層体であって、下記(1)〜(3)であることを特徴とする印刷インキ積層体。
    (1)第一のインキ皮膜層(Y)が、酸価が50〜140mgKOH/gのアクリル樹脂(A)、有機顔料および/またはカーボンブラックを含有する。
    (2)第二のインキ皮膜層(Z)が、ポリウレタン樹脂(B)、無機顔料を含有する。
    (3)アクリル樹脂(A)と、ポリウレタン樹脂(B)の酸価の差が90mgKOH/g以下である。
  2. ポリウレタン樹脂(B)の酸価が、25〜50mgKOH/gであることを特徴とする請求項1記載の印刷インキ積層体。
  3. インキ皮膜層(Y)およびインキ皮膜層(Z)が、フレキソ印刷方式により形成されてなることを特徴とする請求項1または2記載の印刷物インキ積層体。
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