JP6380901B2 - 活性光線硬化型スクリーン印刷インキ、積層体、成型体およびその製造方法 - Google Patents
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[1]: (メタ)アクリル酸系モノマーに由来する繰り返し単位を主体とする共重合体であり、側鎖に(メタ)アクリロイル基を1つ有する繰り返し単位を含む、(メタ)アクリロイル基当量が2,000〜40,000であるアクリルアクリレート樹脂と、活性光線照射により前記(メタ)アクリロイル基と架橋し得るラジカル重合性二重結合を有する反応性希釈剤とを含有し、基材に印刷し、前記活性光線を照射して得られる積層体を加熱成型する成型用の活性光線硬化型インキ。
[2]: 前記反応性希釈剤は、(メタ)アクリロイル基を1つ有する化合物を含む[1]に記載の活性光線硬化型インキ。
[3]: 前記アクリルアクリレート樹脂100質量部に対し、前記反応性希釈剤を30〜200質量部含む請求項1又は2に記載の活性光線硬化型インキ。
[4]: 前記アクリルアクリレート樹脂の重量平均分子量が、5,000〜100,000であることを特徴とする[1]〜[3]のいずれかに記載の活性光線硬化型インキ。
[5]: スクリーン印刷用である[1]〜[4]のいずれかに記載の活性光線硬化型インキ。
[6]: 基材と、前記基材上に[1]〜[5]のいずれかに記載の活性光線硬化型インキを印刷して活性光線により硬化せしめられた印刷層とを具備する積層体。
[7]: [6]に記載の積層体の加熱成型物を少なくとも有する成型体。
[8]: 基材上に活性光線硬化型インキを印刷する印刷層形成工程と、前記印刷層を活性光線照射により硬化する硬化層形成工程と、前記硬化層形成工程後または前記硬化層形成と同時に、加熱して成型する加熱成型工程とを含み、
前記活性光線硬化型インキは、(メタ)アクリル酸系モノマーに由来する繰り返し単位を主体とする共重合体であり、側鎖に(メタ)アクリロイル基を1つ有する繰り返し単位を含む、(メタ)アクリロイル基当量が2,000〜40,000であるアクリルアクリレート樹脂と、活性光線照射により前記(メタ)アクリロイル基と架橋し得るラジカル重合性二重結合を有する反応性希釈剤とを含有する成型体の製造方法。
[9]: 前記加熱成型工程は、熱高圧成型、圧縮成型、圧空成型、真空成型、射出成型およびインサート成型のいずれかにより行う[8]に記載の成型体の製造方法。
[10]: 前記印刷層形成工程と、前記硬化層形成工程を複数回行う[8]または[9]に記載の成型体の製造方法。
実施形態に係る活性光線硬化型インキは、基材に印刷し、活性光線を照射して得られる積層体を加熱成型する成型用のインキである。活性光線硬化型インキは、アクリルアクリレート樹脂(A)および反応性希釈剤(B)を少なくとも含有する。多色または単色刷り印刷用のインキとして好適であり、例えば、自動販売機のダミー缶などの曲面形状を有する用途や、自動車のダッシュボードや家電等の加飾シート用途に用いられる。
アクリルアクリレート樹脂(A)は、活性光線硬化型インキのバインダー樹脂として機能し、(メタ)アクリル酸系モノマーに由来する繰り返し単位を主体とする共重合体であり、側鎖に(メタ)アクリロイル基を1つ有する繰り返し単位(以下、「ユニット」ともいう)を含む。ここで「(メタ)アクリル酸系モノマーに由来する繰り返し単位を主体とする」とは、アクリルアクリレート樹脂(A)を構成する全ユニット中に、(メタ)アクリル酸系モノマーに由来する繰り返し単位を30%以上含むものとする。
反応性希釈剤(B)は、前述したように希釈剤としても機能し、且つ活性光線照射によりアクリルアクリレート樹脂中の(メタ)アクリロイル基と架橋し得るラジカル重合性二重結合を有する。反応性希釈剤(B)として1〜3官能(ラジカル重合性二重結合が1〜3個)の化合物を用いることが好ましい。硬化層の架橋密度を均一にし、且つ加熱成型時の積層体の伸びを高める観点から、(メタ)アクリロイル基を1つ有する反応性希釈剤(B)を用いることが好ましい。
活性光線照射型インキには、アクリルアクリレート樹脂(A)と反応性希釈剤(B)を活性光線照射により架橋させるために光重合開始剤を添加することができる。光重合開始剤は必須成分ではなく、光重合開始剤によらずにアクリルアクリレート樹脂(A)と反応性希釈剤(B)との架橋反応が進行する場合には、添加しなくてもよい。光重合開始剤は、活性光線照射により活性光線硬化型インキの硬化を開始する役割を担う。光重合開始剤は公知公用の光重合開始剤を制限なく用いることができる。
活性光線硬化型インキには、通常、顔料または/およびフィラーを添加する。但し、透明層を形成する場合等において、顔料または/およびフィラーを含まない態様も含む。例えば、基材上に多色刷り印刷を行い、最表層に透明層を保護層やニス層として形成することができる。また、基材層に透明層のみを形成するためのインキも本発明の活性光線硬化型インキに含むものとする。
活性光線硬化型インキは、前述した様に無溶剤で用いることができる。なお、ここでいう無溶剤型には、合成上の過程等において不可避的に含まれる溶剤は考慮しないものとする。また、例えば、用途や印刷法により粘度調整等を目的として、活性光線硬化型インキにおいて溶剤を含むことを排除するものではない。
本実施形態の基材は、活性光線硬化性インキを印刷する被印刷物であり、形成された印刷層の硬化層と共に加熱成型可能な素材であればよく、特に限定されない。好適な例として、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂が例示できる。単層から構成されている場合の他、積層体から構成されていてもよい。基材の形状は、加熱成型可能である限りにおいて限定されない。好適な例としてはシート状基材が挙げられる。基材の素材としては、プラスチック、金属基材等が挙げられる。
本実施形態に係る積層体は、基材と、本実施形態に係る活性光線硬化型インキを基材上に印刷して活性光線により硬化せしめられた印刷層とを少なくとも有する。印刷層は、単層または多層からなる。また、基材と印刷層の積層体のみからなる態様の他、接着剤層や粘着剤層等の他の機能層を積層した態様を含む。
本実施形態に係る成型体は、本実施形態の積層体の加熱成型物を少なくとも有する。成型体は、基材と印刷層の積層体のみからなる成型体の他、被着体と基材を接合した成型体を含む。
冷却管、撹拌装置、温度計、窒素導入管を備えた4つ口フラスコに、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルを685部仕込み、窒素雰囲気下で攪拌しながら昇温した。フラスコ内の温度が80℃になったらこの温度を合成温度として維持し、メタクリル酸を12部、メタクリル酸メチルを210部、メタクリル酸イソブチルを78部、ターシャリーブチルパーオキシ2エチルヘキサノエートを15部混合したモノマー溶液を2時間掛けて滴下した。モノマー滴下終了1時間後から1時間毎に、ターシャリーブチルパーオキシ2エチルヘキサノエートを0.3部ずつ加えて反応を続け、溶液中の未反応モノマーが1%以下になるまで反応を続けた。未反応モノマーが1%以下になったら冷却して反応を終了した。その後、上記溶液に、グリシジルメタクリレートを8.7部およびトリフェニルホスフィン1.0g、メチルハイドロキノン1.0gを加えて、100℃で空気/窒素の混合雰囲気下で10時間反応させた。反応終了後、減圧蒸留にて溶媒を留去してアクリルアクリレート樹脂1Aを得た。アクリルアクリレート樹脂1Aは、(メタ)アクリロイル基当量:5,000、ガラス転移温度:80℃、酸価:14mgKOH/g、重量平均分子量:5,000であった。
重量平均分子量は、昭和電工社製 Shodex GPC−104/101システムを用いて測定した。
カラム Shodex KF−805L+KF−803L+KF−802
検出器 示差屈折率計(RI)
カラム温度 40℃
溶離液 テトラヒドロフラン(THF)
流速:1.0mL/min
試料濃度:0.2%
検量線用標準試料 TSK標準ポリスチレン
本実施例のアクリルアクリレート樹脂のガラス転移温度(Tg)は、下記のFox式に従い、各重合体部分の単量体の重量比率により、グリシジルメタクリレートと反応させる前の主鎖のTgを計算することにより求めた。
1/Tg=(W1/Tg1)+(W2/Tg2)+…+(Wm/Tgm)
W1+W2+…+Wm=1
式中、Tgは重合体部分のガラス転移温度を表わし、Tg1,Tg2,…,Tgmは各重合単量体のガラス転移温度を表わす。また、W1,W2,…,Wmは各重合単量体の重量比率を表わす。なお、ガラス転移温度は、DSC(示差走査熱量測定)または動的粘弾性のtanδピークにより測定する方法もあるが、メタアクリル系重合体ブロック(a)とアクリル系重合体ブロック(b)の極性が近すぎたり、ブロックの単量体の連鎖数が少なすぎると、それら測定値と、前記Fox式による計算式とがずれる場合がある。
共栓付き三角フラスコ中に樹脂溶液を約1g精密に量り採り、トルエン/エタノール(容量比:トルエン/エタノール=2/1)混合液50mLを加えて溶解する。これに、フェノールフタレイン試液を指示薬として加え、30秒間保持する。その後、溶液が淡紅色を呈するまで0.1mol/Lアルコール性水酸化カリウム溶液で滴定する。酸価は次式により求めた。酸価は樹脂の乾燥状態の数値とした。
酸価(mgKOH/g)=(a×F×56.1×0.1)/S
S:試料の採取量×(試料の固形分/100)(g)
a:0.1mol/Lアルコール性水酸化カリウム溶液の滴定量(mL)
F:0.1mol/Lアルコール性水酸化カリウム溶液の力価
合成例1Aに対して一部条件を変更し、アクリルアクリレート1B〜1Mを合成した。合成例1Aと同じ比率で、メタクリル酸、メチルメタクリレート、メタクリル酸イソブチルを混合し、表1に記載した重量平均分子量となる様、反応温度、溶剤に対するモノマー比率、開始剤濃度を適宜変更し、主鎖となるアクリル樹脂を合成した。また、表1に記載した(メタ)アクリロイル基当量となる様に、グリシジルメタクリレート濃度を適宜変更し、アクリルアクリレート樹脂1B〜1Mを得た。
(実施例1)
アクリルアクリレート樹脂40部(固形分)に、単官能モノマーである4-アクリロイルモルホリン(ACMO(KJケミカルズ社製))を50部、開始剤である2,4,6−トリメチルベンジル−ジフェニルフォスフィンオキサイド(IGM RESIN社製)を4部、同じく開始剤、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニルケトン(IGM RESIN社製)を5部加え、更に消泡剤として信越シリコンKS69(信越シリコン社製)を1部、顔料30部を加えて撹拌し、実施例1に係る活性光線硬化型インキを得た。
表2、表3に示す組成に従い、各実施例および各比較例に係る活性光線硬化型インキを得た。表中の記号は、実施例1または以下のとおりである。
・IBXA:イソボルニルアクリレート
・TPGDA:トリプロピレングリコールジアクリレート
・TPO:2,4,6−トリメチルベンジル−ジフェニルフォスフィンオキサイド
・イルガキュア184:1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニルケトン
・二酸化チタン:タイペークCR80
・フタロシアニン顔料:LIONOL BLUE FG−7330
・2A:紫光UV3520AC(日本合成化学工業社製)
・2B:紫光UV3700B(日本合成化学工業社製)
・2C:紫光UV3200B(日本合成化学工業社製)
・3A:ダイヤナールBR115(三菱レイヨン社製)
ポリカーボネートからなる500μm厚の基材に、各実施例および比較例に係る活性光線硬化型インキについて、ポリエステル素材の380メッシュの版を用いて其々スクリーン印刷し、積層体を得た。印刷層の積層数を2層とし、各層の厚みを10μmとした。光源はメタルハライドランプ(アイグラフィック社製)を用いた。120W/cm、コンベアースピード5m/分、1灯の条件でUV照射した。以下の硬化性評価を除く各サンプルの積算光量は約1000mJ/cm2とした。
≪硬化性の評価≫
硬化性は、印刷層を1層得るための最少露光量から評価した。即ち、インキ表面を指で触った時に、インキ面が指に貼りついて基材が持ち上がる事のない状態になるまでの露光量である。なお、A+は優良、Aは良好、Bは実用範囲外を示す(以下同様)。
A+:最小露光量が300mJ/cm2以下。
A:最小露光量が300mJ/cm2超、500mJ/cm2以下。
B:最小露光量が500mJ/cm2超。
得られた積層体を、上下2室のチャンバーボックスに分かれた真空成型機の真ん中に、印刷面が下に向くようにセットする。下チャンバーボックスには成型金型をセットする。成型金型は、80mm角の大きさで、立ち上がり100mm、コーナー部が3Rのトレー状である深絞り成型用の金型を用いた。次に真空ポンプでチャンバーボックス内を真空状態にする。チャンバー上部の加熱ヒーターを点灯し、積層体の表面温度が230℃になるまで加熱を続ける。積層体が熱軟化し、垂れ下がり状態になった時に、下チャンバーボックスの金型を上昇させて、金型を積層体が覆った状態にする。
次に、上チャンバーボックスを大気開放状態にする。積層体は気圧差により、金型に密着する。上チャンバーボックスに圧縮空気を送入することにより、積層体は更に大きな力で金型に密着させられる。下チャンバーボックスを大気圧状態に戻し、上チャンバーボックスを上昇させ、冷却してから、金型から予備成型物を取り出す。得られた成型された積層体ムについて、その外観(成型加工性)を下記の基準で評価した。
A+:伸び率が300%以上。
A:伸び率が50%以上、300%未満。
B:伸び率が50%未満。
得られた積層体の印刷層(硬化後のインキ層)の面で、JIS K−5400に準じて碁盤目セロハンテープ剥離法により試験を行い、100枡中の塗膜の残存数により評価した。
A+:80以上〜100以下。
A:50以上〜80未満。
B:0以上〜50未満。
積層体に印刷された一層目の印刷層と、二層目の印刷層の間の層間密着性を、JIS K−5400に準じて碁盤目セロハンテープ剥離法により試験を行い、100枡中の塗膜の残存数により評価した。
A+:80以上〜100以下。
A:50以上〜80未満。
B:0以上〜50未満。
試験前と試験後の積層体の印刷面を反射濃度計にてL*a*b*試験前のb*値と試験後のb*値の差(△b*)から耐候性を評価した。
Gretag Macbeth社製SpectroEyeを用いて試験片の中から3か所を測定し、平均値を求めた。
A+:△b*<0.5
A:0.5<△b*<1.0
B:△b*>1.0
塗膜表面を目視観察し、印刷面に対する、版の貼りつきに起因するメッシュ痕の有無を調査した。
A+:メッシュ痕が全く無い。
A:全体の10%未満にメッシュ痕が見られる。
B:全体の10%以上にメッシュ痕が見られる。
Claims (10)
- (メタ)アクリル酸系モノマーに由来する繰り返し単位を主体とする共重合体であり、
側鎖に(メタ)アクリロイル基を1つ有する繰り返し単位を含む、(メタ)アクリロイル基当量が2,000〜40,000であるアクリルアクリレート樹脂と、
活性光線照射により前記(メタ)アクリロイル基と架橋し得るラジカル重合性二重結合を有する反応性希釈剤とを含有し、
基材に印刷し、前記活性光線を照射して得られる積層体を加熱成型する成型用の活性光線硬化型スクリーン印刷インキ。 - 前記反応性希釈剤は、(メタ)アクリロイル基を1つ有する化合物を含む請求項1に記載の活性光線硬化型スクリーン印刷インキ。
- 前記アクリルアクリレート樹脂100質量部に対し、前記反応性希釈剤を20〜300質量部含む請求項1又は2に記載の活性光線硬化型スクリーン印刷インキ。
- 前記アクリルアクリレート樹脂の重量平均分子量が、5,000〜100,000である請求項1〜3のいずれかに記載の活性光線硬化型スクリーン印刷インキ。
- 前記反応性希釈剤は少なくとも4−アクリロイルモルホリンを含有する請求項1〜4のいずれかに記載の活性光線硬化型スクリーン印刷インキ。
- 基材と、前記基材上に請求項1〜5のいずれかに記載の活性光線硬化型スクリーン印刷インキを印刷して活性光線により硬化せしめられた印刷層とを具備する積層体。
- 請求項6に記載の積層体の加熱成型物を少なくとも有する成型体。
- 基材上に活性光線硬化型スクリーン印刷インキを印刷する印刷層形成工程と、前記印刷層を活性光線照射により硬化する硬化層形成工程と、前記硬化層形成工程後または前記硬化層形成と同時に、加熱して成型する加熱成型工程とを含み、
前記活性光線硬化型スクリーン印刷インキは、
(メタ)アクリル酸系モノマーに由来する繰り返し単位を主体とする共重合体であり、側鎖に(メタ)アクリロイル基を1つ有する繰り返し単位を含む、(メタ)アクリロイル基当量が2,000〜40,000であるアクリルアクリレート樹脂と、
活性光線照射により前記(メタ)アクリロイル基と架橋し得るラジカル重合性二重結合を有する反応性希釈剤とを含有する成型体の製造方法。 - 前記加熱成型工程は、熱高圧成型、圧縮成型、圧空成型、真空成型、射出成型およびインサート成型のいずれかにより行う請求項8に記載の成型体の製造方法。
- 前記印刷層形成工程と、前記硬化層形成工程を複数回行う請求項8または9に記載の成型体の製造方法。
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