JP6349438B1 - 絶縁性遮光用印刷インキおよび絶縁性部材 - Google Patents

Abstract

【課題】高絶縁性と高隠蔽性を両立できる、環境に優しい絶縁性遮光用印刷インキを提供する。【解決手段】絶縁性遮光用印刷インキは、竹炭と、バインダー樹脂とを含む。【選択図】なし

Description

本発明は、絶縁性遮光用印刷インキおよび絶縁性部材に関する。

従来、インキには、印刷性に加え、様々な性能が要求されている。なかでも電子機器の分野においては、遮光用途に加え、絶縁性である黒色インキが求められている。かかる黒色インキとしては、一般的に、カーボンブラックや酸化鉄が用いられている。
しかしながら、カーボンブラックを電子機器の分野において用いようとした場合、カーボンブラックは導電性を有するため、充分な抵抗値が得られないといった問題があった。すなわち、カーボンブラックは、その配合量を高めれば遮光効果が得られるものの、導電性が高くなる結果、絶縁性が低下するものであった。かかる問題を解決する技術として、特許文献１には、表面が樹脂で被覆されたカーボンブラックに関する技術が開示されている。

一方、環境保護の観点から、カーボンブラックや酸化鉄に替わる新しいインキ材料が求められている。環境に優しいインキ材料として、例えば、特許文献２には、特定の粒子径の炭素粉末を含む食品に添加可能なインキに関する技術が開示されている。

特開２００１−２０７０７９号公報 特開２００８−１７９７３７号公報

しかしながら、特許文献２に開示された技術は、食品に添加することを目的とするものであり、電子機器の用途に着目したものではなかった。また食品としての安全性を確保する観点から、食品添加可能な特殊なバインダー樹脂を用いることを前提とする等、使用できる材料も限られていた。

本発明者は、従来のカーボンブラックに替わる環境に優しい電子機器用インキを開発すべく鋭意検討を行った結果、竹炭を用いることにより、高隠蔽性および高絶縁性を両立できることを初めて見出した。すなわち、本発明は、竹炭を絶縁性遮光用印刷インキとして使用することに初めて着目し、完成されたものである。

本発明は、竹炭と、バインダー樹脂（食品添加可能な樹脂を除く）とを含み、
前記バインダー樹脂が、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン樹脂、マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、フェノキシ樹脂、および活性エネルギー線硬化型樹脂、ならびにこれらの変性物のなかから選ばれる一種または二種以上であり、前記竹炭の含有量は、前記絶縁性遮光用印刷インキ中の固形分１００質量部に対し、４０質量部以上、９０質量部以下である、絶縁性遮光用印刷インキを提供する。

また、本発明は、基材と、前記基材上に形成された上記絶縁性遮光用印刷インキによる塗布膜と、を備える絶縁性部材を提供する。

本発明によれば、高絶縁性と高隠蔽性を両立できる、環境に優しい絶縁性遮光用印刷インキを提供できる。

＜絶縁性遮光用印刷インキ＞
以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。

本発明の絶縁性遮光用印刷インキは、竹炭と、バインダー樹脂とを含む。

竹炭は、黒色インキとして機能するものであり、竹を焼成したのちに得られる炭である。
竹は、入手しやすく安価でありかつ循環型資源という観点から環境に優しい資材である。竹としては、例えば、一般に、真竹、淡竹（ハチク）、孟宗竹、布袋竹、黒竹、雌竹（メダケ）、根曲竹および淡竹等が挙げられる。これらは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。
竹の焼成方法は、公知の方法が挙げられ、炭窯で焼く方法、またはステンレス等の材質を使用した炭化炉を使って機械的に焼く方法等が挙げられる。なお、炭化炉を使って機械的に焼く方法には、加熱水蒸気を用いて無酸素雰囲気下で加熱処理する方法も含まれる。また焼成条件は、炭窯で焼く場合には４００〜１０００℃で数日〜１週間程度、また炭化炉を使って機械的に焼く場合には、例えば４００〜１０００℃で６〜８時間程度かけて行われる。ただし加熱水蒸気にて加熱処理する場合には１５分〜１時間程度の短時間で行われることがある。

竹炭は、一般に、木炭等よりも微細な孔を多く生成する。かかる微細な孔は、竹の栄養や水分等を吸い上げるための仮導管が炭化結晶化したマクロ管と、その内壁に存在する更に細かいミクロ管とが隙間なく並んだものであり、いわゆるハニカム構造となっている。また、竹は、繊維構造が縦方向に揃い、直線状であるため、かかる微細な孔も互いに直線状に揃いやすい。なお、マクロ管の平均孔径はおおよそ１０〜４０μｍであり、ミクロ管の平均孔径はおおよそ１〜５ｎｍである。
また、竹には珪酸およびカリウムが比較的多く含まれており、これらは、竹炭に焼成された際にガラス状に固まる性質がある。このため、竹炭は、一般に、木炭等よりもガラス状の物質を多く含むと考えられる。

竹炭の比表面積は、例えば窒素吸着によるＢＥＴ多点法を用いた算出値として、好ましくは、１００ｍ^２／ｇ以上であり、より好ましくは２００ｍ^２／ｇ以上である。
一方、竹炭の比表面積は、好ましくは、１，０００ｍ^２／ｇ以下であり、より好ましくは５００ｍ^２／ｇ以下である。これにより、隠蔽性を向上させることができる。
竹炭の比表面積の測定は、ＪＩＳ Ｚ８８３０に準拠して測定できる。

竹炭の５０％粒子径（Ｄ５０）は、好ましくは、０．０５μｍ以上であり、より好ましくは１μｍ以上である。これにより、適切な分散性を得ることができる。
一方、竹炭の５０％粒子径（Ｄ５０）は、好ましくは、１０μｍ以下であり、より好ましくは５μｍ以下である。これにより、適切な塗膜を形成しつつ隠蔽性を向上させることができる。
また、竹炭の９０％粒子径（Ｄ９０）は、２０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。
なお、竹炭の５０％粒子径（Ｄ５０）および９０％粒子径（Ｄ９０）の測定は、例えばレーザー回折・散乱法にて粒度分布を体積基準で測定して求めることができる。

竹炭の含有量は、絶縁性遮光用印刷インキ中の固形分１００質量部に対し、好ましくは４０質量部以上であり、より好ましくは７０質量部以上である。これにより、印刷特性を維持しつつ、隠蔽性を向上させつつ、絶縁性も高めることができる。
一方、竹炭の含有量は、絶縁性遮光用印刷インキ中の固形分１００質量部に対し、好ましくは９０質量部以下であり、より好ましくは８０質量部以下である。これにより、適度な流動性が得られ、良好な印刷ができるようになる。

竹炭は、インキ特性を好適にする観点から、表面を物理的または化学的に処理されたものであってもよい。

バインダー樹脂は、竹炭を分散し印刷塗膜を形成するために用いられる。
バインダー樹脂は、化学的に有機合成させた樹脂であればよく、多様な樹脂を用いることができる。竹炭との相溶性を良好にし、より高水準で高絶縁性および隠蔽性を両立する観点から、バインダー樹脂としては、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂（本明細書において「塩ビ樹脂」ともいう）、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン樹脂、合成ゴム、セルロース樹脂、マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、フェノキシ樹脂、および活性エネルギー線硬化型樹脂、ならびにこれらの変性物、ならびに天然樹脂の変性物のなかから選ばれる一種または二種以上であることが好ましい。なかでも、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂もしくはエポキシ樹脂、またはこれらの変性物であることがより好ましく、ポリエステル樹脂であることがさらに好ましい。

バインダー樹脂の含有量は、竹炭１００質量部に対し、好ましくは１０質量部以上であり、より好ましくは２０質量部以上であり、一方、好ましくは１５０質量部以下であり、より好ましくは１２０質量部以下である。上記下限値以上とすることにより、良好な印刷特性を得ることができ、一方、上限値以下とすることにより、より高水準で絶縁性と隠蔽性を両立できるようになる。

本発明の絶縁性遮光用印刷インキは、竹炭とバインダー樹脂とを含むことで、絶縁性および隠蔽性を両立できる。かかるメカニズムの詳細は明らかではないが、上述したように、竹炭は、一般に、木炭よりも微細な孔を多く含み、いわゆるハニカム構造と呼ばれる微細な孔が隙間なく並んだ構造を有する。そのため、かかる微細な孔の入口付近や孔の内部にバインダー樹脂が入り込むことができる。また、竹炭は、一般に、木炭よりもガラス状の物質を多く含むため、バインダー樹脂との濡れが木炭よりも良好になると考えられる。
その結果、バインダー樹脂が竹炭をコーティングした状態になり、竹炭の配合量を増やして隠蔽性を高めても、抵抗値の低下を抑制できるため、絶縁性および隠蔽性を両立できると推測される。さらには、本発明の絶縁性遮光用印刷インキは、導電性が比較的高い竹炭を用いた場合であっても、上記のように竹炭がバインダー樹脂によりコーティングされるため、良好な絶縁性を得ることができる。

本発明の絶縁性遮光用印刷インキは、以下の条件を満たすことで、より高水準で、絶縁性および隠蔽性を両立できる。かかる理由は明らかではないが、本発明者が、竹炭を用いた絶縁性遮光用印刷インキについて研究を重ねている中で、当該条件における光学濃度（ＯＤ）値を特定の範囲内に制御することが、絶縁性遮光用印刷インキの用途に適した隠蔽性と絶縁性の両立を実現させる指標として有効なことを知見した。
本発明の絶縁性遮光用印刷インキは、ワイヤー径が６ミルのバーコーター（ＲＫ Ｐｒｉｎｔ Ｃｏａｔ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｌｔｄ．製、バーＮｏ．２）を用いて移動速度５０ｍｍ／秒で引いてガラス基材上に塗布し、得られた塗膜の光学濃度（ＯＤ）値が、好ましくは、１．０以上、７．０以下である。当該塗膜は、８０℃で、６０分間にわたって乾燥した後に得られるものである。
当該塗膜の光学濃度（ＯＤ）値は、隠蔽性を得る観点から、より好ましくは、３．５以上である。一方、当該塗膜の光学濃度（ＯＤ）値は、良好なインキ流動性、印刷特性および密着性等を得る観点から、より好ましくは、６．０以下である。

本発明の絶縁性遮光用印刷インキにおいて、当該塗膜の光学濃度（ＯＤ）値を制御するためには、竹炭の焼成温度、平均粒径や比表面積等に応じたバインダー樹脂の種類の特定、竹炭とバインダー樹脂との配合比、バインダー樹脂に対する竹炭の分散度合い等を制御することによって初めて得られる。また分散度合いを制御するには、竹炭とバインダー樹脂との組み合わせ等に応じて、例えば、分散機器でのせん断力の強さおよび処理回数等を選択することで行うことになる。

なお、ＯＤ値とは、光の透過率（Ｔ％）を対数で表した数値である。一般に、ＯＤ値が高いほど、光の透過率が低いことを意味する。
また、ＯＤ値は、例えば、透過濃度計「型式３４１Ｃ」（Ｘ−Ｒｉｔｅ社製）を用いて測定することができる。

また、本発明の絶縁性遮光用印刷インキは、本発明の効果を損なわない範囲で、竹炭以外の顔料をさらに配合してもよい。この場合、全顔料に対する竹炭の含有量は、高絶縁性を得る観点から、５０質量％以上であることが好ましく、８０質量％以上であることがより好ましく、１００質量％としてもよい。

また、本発明の絶縁性遮光用印刷インキは、公知のインキ用添加剤成分を含んでもよい。公知のインキ用添加剤としては、例えば、溶剤、酸化防止剤等の安定剤、レベリング剤、消泡剤、増粘剤、沈降防止剤、湿潤分散剤、帯電防止剤、防曇剤等の界面活性剤類、ワックス、スリップ剤、カップリング剤、シランカップリング剤、近赤外線吸収剤等の各種添加剤などが挙げられる。

絶縁性遮光用印刷インキは、竹炭、およびバインダー樹脂を公知の方法で混合することで形成される。例えば、樹脂バインダーに竹炭を加えて、適当な分散装置を用いて分散させて、インキを得ることができる。このとき、上記の条件における光学濃度（ＯＤ）値を特定の範囲内に制御する観点から、例えば、３本ロールミル分散装置を使用する場合、ロール長当たり線圧を２０Ｎ／ｍｍ〜６０Ｎ／ｍｍに設定して適切なせん断力が加わるようにしたうえで、望ましくは処理回数（パス回数）を２回以上とするのがよい。

本発明の絶縁性遮光用印刷インキは、遮光性が必要とされるスマートフォン、タブレット型パソコン、カーナビゲーションシステムおよびインターホン等の電子機器に設けられているタッチ機能付き保護パネル印刷などの用途に特に好適である。本発明の絶縁性遮光用印刷インキによれば、このような用途において、電子機器におけるバックライトを遮光したり、電子機器内部の電極配線を隠すといった高隠蔽性を得つつ、電子機器の誤動作を防止することができる。

＜絶縁性部材＞
本発明の絶縁性部材は、基材と、基材上に形成された上記の絶縁性遮光用印刷インキによる塗布膜と、を備える。

基材は、特に限定されないが、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、アクリル、ポリウレタン、ポリオレフィン、石英ガラス、ソーダライムガラス、無アルカリガラス、サファイヤガラス、化学強化ガラス、およびそれらの複合材料のなかから選ばれる一種または二種以上を材料として用いて形成されるものが挙げられる。これらの材料から形成された基材は、その表面に曇り止め処理、強化処理、反射防止処理、熱線カット処理、着色処理、またはＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）導電膜処理が施されたものであってもよい。また、基材の形状は特に限定されない。

塗布膜の形成方法は、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。また、塗膜の厚みは、例えば、３〜２００μｍである。

絶縁性部材としては、上述したような電子機器のタッチ機能付き保護パネルなどが挙げられる。

また、絶縁性部材は、基材と、上記の絶縁性遮光用印刷インキによる塗膜層との間に、単層または多層の他の層を有していてもよい。また、上記の絶縁性遮光用印刷インキによる塗膜層を複数層有していてもよい。たとえば、基材上に白色インキによる塗膜層を複数重ね、その上に、上記の絶縁性遮光用印刷インキによる塗膜層を重ねてもよい。

＜竹炭の使用方法＞
本発明の竹炭の使用方法は、竹炭を上記の絶縁性遮光用印刷インキとしての使用するものである。これにより、絶縁性と隠蔽性を両立できる、循環系資源を用いた環境に優しいインキを提供できる。

以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
以下、本発明の参考形態の一例を示す。
＜１＞
竹炭と、バインダー樹脂とを含む絶縁性遮光用印刷インキ。
＜２＞
前記竹炭の含有量は、前記絶縁性遮光用印刷インキ中の固形分１００質量部に対し、４０質量部以上、９０質量部以下である、＜１＞に記載の絶縁性遮光用印刷インキ。
＜３＞
当該絶縁性遮光用印刷インキを、ワイヤー径が６ミルのバーコーターを用いて移動速度５０ｍｍ／秒で引いてガラス基材上に塗布し、得られた塗膜の光学濃度（ＯＤ）値が、１．０以上、７．０以下である、＜１＞または＜２＞に記載の絶縁性遮光用印刷インキ。
＜４＞
前記バインダー樹脂が、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン樹脂、合成ゴム、セルロース樹脂、マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、フェノキシ樹脂、および活性エネルギー線硬化型樹脂、ならびにこれらの変性物、ならびに天然樹脂の変性物のなかから選ばれる一種または二種以上である、＜１＞乃至＜３＞いずれかに記載の絶縁性遮光用印刷インキ。
＜５＞
前記竹炭の５０％粒子径（Ｄ５０）が０．０５μｍ以上、１０μｍ以下である、＜１＞乃至＜４＞いずれかに記載の絶縁性遮光用印刷インキ。
＜６＞
基材と、前記基材上に形成された＜１＞乃至＜５＞いずれかに記載の絶縁性遮光用印刷インキによる塗布膜と、を備える絶縁性部材。
＜７＞
前記基材が、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、アクリル、ポリウレタン、ポリオレフィン、石英ガラス、ソーダライムガラス、無アルカリガラス、サファイヤガラス、化学強化ガラス、およびそれらの複合材料のなかから選ばれる一種または二種以上を用いて形成された、＜６＞に記載の絶縁性部材。
＜８＞
竹炭を、バインダー樹脂と共に絶縁性遮光用印刷インキとして使用する竹炭の使用方法。

次に、実施例により本発明を詳しく説明するが、本発明の内容は実施例に限られるものではない。

（顔料）
実施例および比較例で使用した顔料は、以下の表１、２に示す通りである。

（バインダー樹脂）
実施例および比較例で使用したバインダー樹脂は、以下の表３に示す通りである。

＜実施例１〜１１＞
表４に示す配合（質量部）となるように、バインダー樹脂に有機溶媒（イソホロン、エボニックインダストリー社製）および竹炭を加えて、回転翼式の小型攪拌機にてプレミキシングを行った。その後、３本ロールミル分散装置（ビューラー株式会社製、ＳＤＹ―２００型）を使用し、ロール長当たり線圧を４０Ｎ／ｍｍに設定してパス回数２回という条件で分散させて、インキを得た。

＜比較例１〜９＞
表４に示す配合（質量部）となるように、竹炭の替わりに、ヤシガラ炭Ｄ、カーボンブラックＥまたは酸化鉄Ｆを用いた以外は、実施例１〜９と同様にして、インキを得た。

実施例および比較例で得られたインキについて、以下の測定および評価を行った。結果を、表４、５に示す。
＜測定＞
・インキを、ワイヤー径が６ミルのバーコーター（ＲＫ Ｐｒｉｎｔ Ｃｏａｔ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｌｔｄ．製、バーＮｏ．２）を用いて移動速度５０ｍｍ／秒で引いてガラス基材上に塗布し、８０℃での６０分間の条件で乾燥させ、塗膜を得た。得られた塗膜の光学濃度（ＯＤ）値をそれぞれ測定した。

＜評価＞
・絶縁性：抵抗値（Ω）の測定
インキを、ワイヤー径が６ミルのバーコーター（ＲＫ Ｐｒｉｎｔ Ｃｏａｔ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｌｔｄ．製、バーＮｏ．２）を用いて移動速度５０ｍｍ／秒で引いてガラス基材上に塗布し、８０℃での６０分間の条件で乾燥させ、塗膜を形成した。
超絶縁計「型式ＳＭ−２１Ｅ」（東亜電波工業株式会社製）を使用し、測定端子間の距離を１５ｍｍとして塗膜表面に軽く押し当て、塗膜表面の抵抗値を測定した。測定電圧は１ｋｖとし、３か所の測定を行い、その平均値をとった。なお、測定電圧を１ｋｖとしたときの測定範囲は１．０×１０^６Ω〜２．０×１０^１３Ωであった。

・隠蔽性：目視による官能評価
インキを、ワイヤー径が６ミルのバーコーター（ＲＫ Ｐｒｉｎｔ Ｃｏａｔ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｌｔｄ．製、バーＮｏ．２）を用いて移動速度５０ｍｍ／秒で引いてガラス基材上に塗布し、８０℃での６０分間の条件で乾燥させ、塗膜を形成し、印刷物を得た。
得られた印刷物の印刷面側（塗膜面側）から蛍光灯の光を当て、ガラス基材側から見た蛍光灯の光の隠蔽具合を、熟練した専門家により、４段階評価にて行った。
◎：蛍光灯の光がまったく透過しない。
○：蛍光灯の光がわずかに透過する。
△：蛍光灯の光がある程度透過する。
×：蛍光灯の光が相当量透過する。

Claims (6)

1. 竹炭と、バインダー樹脂（食品添加可能な樹脂を除く）とを含み、
   前記バインダー樹脂が、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン樹脂、マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、フェノキシ樹脂、および活性エネルギー線硬化型樹脂、ならびにこれらの変性物のなかから選ばれる一種または二種以上であり、
   前記竹炭の含有量は、前記絶縁性遮光用印刷インキ中の固形分１００質量部に対し、４０質量部以上、９０質量部以下である、絶縁性遮光用印刷インキ。
2. 当該絶縁性遮光用印刷インキを、ワイヤー径が６ミルのバーコーターを用いて移動速度５０ｍｍ／秒で引いてガラス基材上に塗布し、得られた塗膜の光学濃度（ＯＤ）値が、１．０以上、７．０以下である、請求項１に記載の絶縁性遮光用印刷インキ。
3. 前記竹炭の５０％粒子径（Ｄ５０）が０．０５μｍ以上、１０μｍ以下である、請求項１または２に記載の絶縁性遮光用印刷インキ。
4. 基材と、前記基材上に形成された請求項１乃至３いずれか一項に記載の絶縁性遮光用印刷インキによる塗布膜と、を備える絶縁性部材。
5. 前記基材が、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、アクリル、ポリウレタン、ポリオレフィン、石英ガラス、ソーダライムガラス、無アルカリガラス、サファイヤガラス、化学強化ガラス、およびそれらの複合材料のなかから選ばれる一種または二種以上を用いて形成された、請求項４に記載の絶縁性部材。
6. 竹炭を、バインダー樹脂（食品添加可能な樹脂を除く）と共に絶縁性遮光用印刷インキとして使用する竹炭の使用方法であって、
   前記バインダー樹脂が、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリオレフィン樹脂、マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、フェノキシ樹脂、および活性エネルギー線硬化型樹脂、ならびにこれらの変性物のなかから選ばれる一種または二種以上であり、
   前記竹炭の含有量は、前記絶縁性遮光用印刷インキ中の固形分１００質量部に対し、４０質量部以上、９０質量部以下である、竹炭の使用方法。