JP6867833B2 - インク用バインダー組成物、インク用材料セット及びインク - Google Patents
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Description
ところが、ポリカーボネート樹脂は耐候性に劣るという問題があるため、耐候性に優れたアクリル樹脂を用いたインクが開発されている。例えば、結合剤として少なくとも115℃のビカー軟化温度VST(ISO306B)を有するポリ(メタ)アクリレートを使用するインクが知られている(例えば、特許文献2参照)。
<1> (メタ)アクリル酸アルキルエステルに由来の構成単位(A)、カルボキシ基を有する単量体に由来の構成単位(B)、及び塩基性基を有する単量体に由来の構成単位(C)を含み、ガラス転移温度が23℃以上である(メタ)アクリル系重合体と、架橋剤と、を含有し、前記構成単位(B)に対する前記架橋剤の含有比率が、モル基準で1.0以上であるインク用バインダー組成物。
<2> 前記架橋剤が、金属キレート化合物を含有する<1>に記載のインク用バインダー組成物。
<3> 前記(メタ)アクリル系重合体における前記構成単位(C)の含有率は、全構成単位に対して、2.0モル%以上15モル%以下である<1>又は<2>に記載のインク用バインダー組成物。
<4> 前記(メタ)アクリル系重合体において、前記構成単位(B)に対する前記構成単位(C)の含有比率が、モル基準で0.1以上15以下である<1>〜<3>のいずれか1つに記載のインク用バインダー組成物。
<5> 前記カルボキシ基を有する単量体が、アクリル酸、メタクリル酸及び2−アクリロイルオキシエチルコハク酸からなる群より選択される少なくとも1つを含む<1>〜<4>のいずれか1つに記載のインク用バインダー組成物。
<6> 前記塩基性基を有する単量体が、アミノ基又はアミド基を有する単量体である<1>〜<5>のいずれか1つに記載のインク用バインダー組成物。
<7> 前記塩基性基を有する単量体が、メタクリル酸2−(ジメチルアミノ)エチル及びメタクリル酸2−(ジエチルアミノ)エチルからなる群より選択される少なくとも1つを含む<1>〜<6>のいずれか1つに記載のインク用バインダー組成物。
<8> 射出成形に用いられる<1>〜<7>のいずれか1つに記載のインク用バインダー組成物。
また、本明細書において、組成物中に含まれる各成分の量は、それぞれの成分について複数種を併用する場合は、特に断らない限り、いずれも複数種の成分の合計量を指す。
また、インク層とは、(メタ)アクリル系重合体と架橋剤との架橋反応が終了した後の層であり、例えば固形状の層を指す。
本発明のインク用バインダー組成物は、(メタ)アクリル酸アルキルエステルに由来の構成単位(A)、カルボキシ基を有する単量体に由来の構成単位(B)、及び塩基性基を有する単量体に由来の構成単位(C)を含み、ガラス転移温度が23℃以上である(メタ)アクリル系重合体(以下、単に「(メタ)アクリル系重合体ともいう。)と、架橋剤と、を含有し、構成単位(B)に対する架橋剤の含有比率が、モル基準で1.0以上である。
まず、ポリカーボネート樹脂、ABS樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)に代表される透明フィルムの裏面にインク用バインダー組成物を含有するインクを付与(例えば印刷)し、透明フィルムの裏面にインク層を形成することで加飾フィルムとする。加飾フィルムを圧縮成形にて曲面、凸凹又は平面を有する形状に加工し、加工後の加飾フィルムを金型に装着する。そして、加飾フィルムのインク層の表面に向けて溶融した樹脂を射出し、樹脂と加飾フィルムとを一体化させる射出成形を行う。これにより、射出成形品が製造される。
さらに、(メタ)アクリル系重合体に含まれる構成単位(B)に対する架橋剤の含有比率が、モル基準で1.0以上であることにより、インク層内における凝集破壊を抑制することができる。
なお、インク層の破断強度及び引張伸度と、インク層の被印刷基材に対する密着性とは相関があり、インク層の破断強度及び引張伸度が高ければ、インク層と被印刷基材との密着性は良好であると判断できる。
本発明のインク用バインダー組成物は、(メタ)アクリル系重合体の少なくとも一種を含有する。(メタ)アクリル系重合体を含むことにより、インク層を形成した際に被印刷基材との密着性に優れる。
また、(メタ)アクリル系重合体は、上記に加えて、必要に応じて、更に他の単量体に由来の構成単位を含んでいてもよい。
(メタ)アクリル系重合体は、(メタ)アクリル酸アルキルエステルに由来の構成単位(A)(以下、単に「構成単位(A)」ともいう。)を含む。なお、構成単位(A)は、カルボキシ基又は塩基性基を含まない単位であり、後述する構成単位(B)及び構成単位(C)を含まない。
(メタ)アクリル系重合体は、カルボキシ基を有する単量体に由来の構成単位(B)(以下、単に「構成単位(B)」ともいう。)を含む。
なお、構成単位(B)には、上記の構成単位(A)及び後述する構成単位(C)は含まれない。
なお、上記のカルボキシ基を有する単量体として、単独重合体としたときのガラス転移温度は、それぞれアクリル酸は166℃、メタクリル酸は185℃、2−アクリロイルオキシエチルコハク酸は−40℃、ω−カルボキシ−ポリカプロラクトンモノアクリレート(n≒2)は−30℃である。
(メタ)アクリル系重合体における、カルボキシ基を有する単量体に由来の構成単位(B)は、1種単独で又は、2種以上を組み合わせてもよい。
カルボキシ基を有する単量体に由来の構成単位として、疎水化のためにアルキル鎖の長い構造を配するのではなく、重合体主鎖から分岐した側鎖の末端にカルボキシ基を有する構造の構成単位を有していることで、(メタ)アクリル系重合体の疎水性の向上を図り、耐アルコール性を付与することができる傾向にある。
但し、Lが酸素原子を含む場合、酸素原子は、アルキレン基、アリーレン基及びカルボニル基からなる群より選ばれる少なくとも1種と結合した基が形成され、−COO−及び−CO−と結合する。
R21〜R24における、アリーレン基及びシクロアルキレン基における結合位置は特に制限されない。アリーレン基が例えばフェニレン基である場合又はシクロアルキレン基が例えばシクロヘキシレン基の場合、結合位置は1位と4位、1位と2位、及び1位と3位のいずれであってもよく、1位と2位であることが好ましい。
R21及びR22におけるアルキレン基は、同一であっても異なっていてもよい。
また、R21及びR22におけるアリーレン基は、それぞれ独立に、フェニレン基又はナフチレン基であることが好ましく、フェニレン基であることがより好ましい。
(メタ)アクリル系重合体は、塩基性基を有する単量体に由来の構成単位(C)(以下、単に「構成単位(C)」ともいう。)を含む。
なお、構成単位(C)には、上記の構成単位(A)及び構成単位(B)は含まれない。
(メタ)アクリル系重合体における、塩基性基を有する単量体に由来の構成単位(C)は、1種単独で又は、2種以上を組み合わせてもよい。
なお、上記のアミノ基又はアミド基を有する単量体として、単独重合体としたときのガラス転移温度は、それぞれメタクリル酸2−(ジメチルアミノ)エチルは18℃、メタクリル酸2−(ジエチルアミノ)エチルは20℃である。
(メタ)アクリル系重合体は、上記の構成単位(A)〜(C)以外に、他の共重合性単量体に由来する構成単位を更に含んでいてもよい。
他の共重合性単量体としては、例えば、芳香族ビニル単量体、シアン化ビニル単量体、カルボン酸ビニル単量体、これらの各種誘導体が挙げられる。
芳香族ビニル単量体としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、t−ブチルスチレン、p−クロロスチレン、クロロメチルスチレン、ビニルトルエン、ビニルピリジンが挙げられる。
シアン化ビニル単量体としては、例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリルが挙げられる。
カルボン酸ビニル単量体としては、例えば、蟻酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、「バーサチック酸ビニル」(商品名、ネオデカン酸ビニル)が挙げられる。
重量平均分子量は、重合反応温度、時間、有機溶媒の量などにより調整することができる。
(1)(メタ)アクリル系重合体の溶液を剥離フィルムに塗布し、100℃で2分間乾燥し、フィルム状の(メタ)アクリル系重合体を得る。
(2)上記(1)で得られたフィルム状の(メタ)アクリル系重合体をテトラヒドロフランにて固形分0.2質量%になるように溶解させる。
(3)以下の条件にて、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用い、標準ポリスチレン換算値として(メタ)アクリル系重合体の重量平均分子量(Mw)を測定する。
<条件>
・GPC:HLC−8220 GPC〔東ソー株式会社製〕
・カラム:TSK−GEL GMHXL4本使用
・移動相溶媒:テトラヒドロフラン
・流速:0.6ml/min
・カラム温度:40℃
式中、Tg1、Tg2、・・・・・及びTgnは、単量体1、単量体2、・・・・・及び単量体nそれぞれの単量体を単独重合体としたときの絶対温度(K)で表されるガラス転移温度である。m1、m2、・・・・・及びmnは、それぞれの単量体のモル分率である。
本発明のインク用バインダー組成物は、(メタ)アクリル系重合体とともに架橋剤を含有し、構成単位(B)に対する架橋剤の含有比率は、モル基準で1.0以上である。架橋剤は、一種単独で含有されていてもよく、二種以上が併用されていてもよい。
架橋剤を含むことで、(メタ)アクリル系重合体中に含まれる構成単位(B)中のカルボキシ基と反応して架橋構造が形成される。
なお、本発明のインク用バインダー組成物において、(メタ)アクリル系重合体における構成単位(A)〜(C)の含有率は、例えば、熱分解ガスクロマトグラフィーにより定量することが可能であり、架橋剤の含有率については、例えば、エポキシ化合物、イソシアネート化合物、アジリジン化合物はIR(赤外分光法)により、金属キレート化合物はICP−MASS(誘導結合プラズマ質量分析法)によりそれぞれ定量することが可能である。
これにより、本発明のインク用バインダー組成物において、構成単位(B)に対する架橋剤の含有比率を求めることが可能である。
本発明のインク用バインダー組成物は、有機溶媒を含んでいてもよい。有機溶媒を含むことにより粘度を適宜調整できるため、透明フィルムなどの被印刷基材に対する塗布性(印刷作業性)が向上する。
有機溶媒としては、特に制限はなく、後述するインクに用いられる有機溶媒が挙げられる。
本発明のインク用バインダー組成物は、本発明の効果を著しく損なわない範囲内において、(メタ)アクリル系重合体、架橋剤及び有機溶媒以外の他の成分を更に含んでもよい。
他の成分としては、例えば、シランカップリング剤、タッキファイヤー、可塑剤、軟化剤、染料、顔料、無機充填剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、ヒンダードアミン系化合物などの光安定剤等が挙げられる。
本発明のインク用材料セットは、(メタ)アクリル酸アルキルエステルに由来の構成単位(A)、カルボキシ基を有する単量体に由来の構成単位(B)、及び塩基性基を有する単量体に由来の構成単位(C)を含み、ガラス転移温度が23℃以上である(メタ)アクリル系重合体を含む第1の材料と、架橋剤を含み、前記構成単位(B)に対する前記架橋剤の含有比率が、モル基準で1.0以上である第2の材料と、を有する。
本発明のインク用材料セットは、(メタ)アクリル系重合体を含む材料と、架橋剤を含む材料と、の2つの材料を有する点で、インク用バインダー組成物と区別される。
また、本発明のインク用材料セットは、例えば架橋剤としてイソシアネート化合物、エポキシ化合物、金属キレート化合物等を用いた場合であっても、(メタ)アクリル系重合体を含む第1の材料と、架橋剤を含む第2の材料とが別々のものであるため、保管中に架橋反応が進行せず、貯蔵安定性に優れる。
本発明のインクは、インク用バインダー組成物と、顔料、染料等の着色剤と、を含有する。これにより、インク層を形成した場合に、透明フィルムなどの被印刷基材との密着性を高めることができる。
有機溶媒としては、特に制限はなく、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンに代表される炭化水素系溶媒、ジクロロメタン、トリクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロプロパンに代表されるハロゲン化炭化水素系溶媒、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、ジアセトンアルコールに代表されるアルコール系溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフランに代表されるエーテル系溶媒、アセトン、アセチルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、イソホロン、シクロヘキサノンに代表されるケトン系溶媒、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸アミル、酢酸エチルに代表されるエステル系溶媒、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートに代表されるポリオール系溶媒、並びにこれらの誘導体等が挙げられる。
本発明のインクは、例えばスクリーン印刷、グラビア印刷等の各種印刷に用いることができる。
なお、インク用バインダー組成物に、必要に応じ前述の有機溶媒を加え粘度を調整することでクリアインクとして用いることができる。クリアインクは、本発明のインクと同様に、例えばスクリーン印刷、グラビア印刷等の各種印刷に用いることができる。
(製造例1)
温度計、攪拌機、及び還流冷却管を備えた反応器内に、メタクリル酸メチル(MMA)58質量部(58.8mol%)、アクリル酸エチル(EA)36質量部(36.6mol%)、アクリル酸(AA)1質量部(1.4mol%)、メタクリル酸2−(ジメチルアミノ)エチル(DMMA)5質量部(3.2mol%)、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート67質量部を入れて混合し、反応器内を窒素置換した。その後、得られた混合物を撹拌しながら80℃まで昇温した。その温度を0.5時間保った後、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート50質量部、及び2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)0.33質量部の混合液を3時間にわたって逐次滴下した。
滴下終了後、4時間重合反応を行った。重合反応終了後の反応混合物をエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートで希釈し、重合体の固形分を30質量%に調整した。
このようにして、(メタ)アクリル系重合体の溶液を得た。
製造例1において、(メタ)アクリル系重合体の製造に用いる単量体を下記表1に示す単量体に変更し、表1に示すガラス転移温度(Tg)となるように重合条件を調整したこと以外は、製造例1と同様にして、(メタ)アクリル系重合体の溶液を得た。
なお、表1に記載の組成は、構成単位ごとにモル%の値を記載している。また、表1中のC/Bは、構成単位(B)に対する構成単位(C)の含有比率(構成単位(C)/構成単位(B))を意味する。
・MMA:メタクリル酸メチル((メタ)アクリル酸アルキルエステル)
・EA:アクリル酸エチル((メタ)アクリル酸アルキルエステル)
・BA:アクリル酸n−ブチル((メタ)アクリル酸アルキルエステル)
・AA:アクリル酸(カルボキシ基を有する単量体)
・MAA:メタクリル酸(カルボキシ基を有する単量体)
・HOA−MS:2−アクリロイルオキシエチルコハク酸((一般式(1a)で表される単量体)(商品名:ライトアクリレートHOA−MS(N)、共栄社化学株式会社製)(カルボキシ基を有する単量体)
・M−5300:ω−カルボキシ−ポリカプロラクトン(n≒2)モノアクリレート(一般式(1a)で表される単量体)(商品名:アロニックスM−5300、東亞合成株式会社製)(カルボキシ基を有する単量体)
構造式 : CH2CHCOO(C5H10COO)nH 〔n≒2〕
・DMMA:メタクリル酸2−(ジメチルアミノ)エチル(塩基性基を有する単量体)
・DEMA:メタクリル酸2−(ジエチルアミノ)エチル(塩基性基を有する単量体)
これに対して、製造例16では、(メタ)アクリル系重合体は、塩基性基を有する単量体に由来の構成単位(C)を含んでいない。また、製造例17では、(メタ)アクリル系重合体は、ガラス転移温度が23℃未満である。
上記の製造例1で得た(メタ)アクリル系重合体の溶液333質量部(重合体の固形分30質量%(100質量部))と、架橋剤である金属キレート化合物としてアルミキレートD(川研ファインケミカル株式会社製のアルミニウムキレート:アルミニウムモノアセチルアセトネートビス(エチルアセトアセテート)76質量%イソプロパノール溶液)9.6質量部と、アセチルアセトン(有機溶媒)9.6質量部と、エチレングリコールモノブチルグリコール(有機溶媒)を固形分30質量%になるように適宜調整して容器に計り取り、スパチュラで全体が均一になるまで撹拌混合を行い、バインダー組成物を調製した。
調製されたバインダー組成物に、有機溶媒を加えることで、各種印刷に好ましく用いられる。
なお、カルボキシ基を有する単量体に由来の構成単位(B)に対する金属キレート化合物の含有比率(表1中の「架橋剤/B」)は、モル基準で1.0であった。
まず、シリコーン系離型剤で表面処理された剥離フィルムの離型剤処理面に、乾燥後の塗布量が20μmになるようにバインダー組成物をドクターブレードを用いて塗布した。次いで、剥離フィルム上に塗布されたバインダー組成物を、熱風循環式乾燥機を用いて80℃で1時間乾燥させることにより、剥離フィルム上にインク層を形成したバインダーシートを作製した。
実施例1において、カルボキシ基を有する単量体に由来の構成単位(B)に対する金属キレート化合物の含有比率をそれぞれ3.0又は12.0に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、バインダー組成物を調製し、バインダーシートを作製した。
実施例1において、上記の製造例1で得た(メタ)アクリル系重合体の溶液に代えて上記の製造例2〜15で得た(メタ)アクリル系重合体の溶液をそれぞれ用い、かつ、カルボキシ基を有する単量体に由来の構成単位(B)に対する金属キレート化合物の含有比率を3.0に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、バインダー組成物を調製し、バインダーシートを作製した。
実施例2において、金属キレート化合物及びアセチルアセトンに代えて下記のイソシアネート化合物及びエポキシ化合物をそれぞれ用いたこと以外は、実施例2と同様にして、バインダー組成物を調製し、バインダーシートを作製した。
・イソシアネート化合物:コロネートL−45E、東ソー株式会社製
・エポキシ化合物:TETRAD−C、三菱ガス化学株式会社製
実施例1において、カルボキシ基を有する単量体に由来の構成単位(B)に対する金属キレート化合物の含有比率を0.5に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、バインダー組成物を調製し、バインダーシートを作製した。
実施例2において、上記の製造例1で得た(メタ)アクリル系重合体の溶液に代えて上記の製造例16、17で得た(メタ)アクリル系重合体の溶液をそれぞれ用いたこと以外は、実施例2と同様にして、バインダー組成物を調製し、バインダーシートを作製した。
上記の実施例及び比較例で得られたバインダー組成物及びバインダーシートについて、以下の測定及び評価を行った。測定及び評価の結果は、下記表2に示す。
上述のようにして作製したバインダーシートの破断強度及び引張伸度を以下のようにして測定した。まず、作製したバインダーシートを、30mm×10mmの大きさに切断し、試験片とした。この試験片をテンシロン(AND社製 RTF−1350)で、チャック幅10mm、幅10mmとし、80℃に設定した恒温槽で5分間保持した。次いで80℃雰囲気下で、100mm/minの条件で試験片を引っ張り、試験片が破断するまでの荷重(破断強度)及び伸び(引張伸度)をそれぞれ測定した。そして、下記の評価基準にしたがって破断強度及び引張伸度を評価した。既述のとおり、破断強度及び引張伸度は、いずれも、大きければ被印刷基材との密着性が優れる。評価基準のうち、A又はBが許容範囲である。
<評価基準>
A:破断強度が4MPa以上かつ引張伸度が3×102%以上である。
B:破断強度が1MPa以上4MPa未満かつ引張伸度が3×102%以上である、あるいは、破断強度が4MPa以上かつ引張伸度が1×102%以上3×102%未満である。
C:破断強度が1MPa未満又は引張伸度が1×102%未満である。
それぞれの実施例及び比較例における調製直後のバインダー組成物を測定サンプルとし、測定サンプルの粘度(η1)をBH型粘度計にて測定した。その後、測定サンプルを密閉し、23℃で8時間静置した後、再びBH型粘度計を用い、静置前と同様にして測定サンプルの粘度(η2)を測定した。得られた測定値から、初期粘度(η1)に対する8時間静置後の粘度(η2)の比率(η2/η1)を求め、下記の評価基準にしたがってポットライフを評価した。η2/η1が1に近ければ、粘度変化が小さく、ポットライフが良好であり、印刷作業性に優れる。評価基準のうち、A又はBが許容範囲である。
<評価基準>
A:η2/η1の値が1.1倍以下である。
B:η2/η1の値が1.1倍より大きく、かつ、2倍以下である。
これに対して、比較例で得られたバインダー組成物は、いずれも密着性が十分ではなかった。
より詳細には、比較例1では、構成単位(B)に対する金属キレート化合物の含有比率は1.0未満であるため、破断強度が1MPa未満であり、密着性が十分ではなかった。
次に、比較例2では、(メタ)アクリル系重合体中に構成単位(C)が含まれていないため、破断強度が1MPa未満及び引張伸度が1×102%未満であり、密着性が十分ではなかった。
また、比較例3では、(メタ)アクリル系重合体のガラス転移温度が23℃未満であったため、破断強度が1MPa未満であり、密着性が十分ではなかった。
Claims (9)
- (メタ)アクリル酸アルキルエステルに由来の構成単位(A)、カルボキシ基を有する単量体に由来の構成単位(B)、及び塩基性基を有する単量体に由来の構成単位(C)を含み、ガラス転移温度が23℃以上である(メタ)アクリル系重合体と、
架橋剤と、を含有し、
前記構成単位(B)に対する前記架橋剤の含有比率が、モル基準で1.0以上である射出成形用のフィルムに用いられるインク用バインダー組成物。 - 前記架橋剤が、金属キレート化合物を含有する請求項1に記載のインク用バインダー組成物。
- 前記(メタ)アクリル系重合体における前記構成単位(C)の含有率は、全構成単位に対して、2.0モル%以上15モル%以下である請求項1又は請求項2に記載のインク用バインダー組成物。
- 前記(メタ)アクリル系重合体において、前記構成単位(B)に対する前記構成単位(C)の含有比率が、モル基準で0.1以上15以下である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のインク用バインダー組成物。
- 前記カルボキシ基を有する単量体が、アクリル酸、メタクリル酸及び2−アクリロイルオキシエチルコハク酸からなる群より選択される少なくとも1つを含む請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のインク用バインダー組成物。
- 前記塩基性基を有する単量体が、アミノ基又はアミド基を有する単量体である請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のインク用バインダー組成物。
- 前記塩基性基を有する単量体が、メタクリル酸2−(ジメチルアミノ)エチル及びメタクリル酸2−(ジエチルアミノ)エチルからなる群より選択される少なくとも1つを含む請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のインク用バインダー組成物。
- (メタ)アクリル酸アルキルエステルに由来の構成単位(A)、カルボキシ基を有する単量体に由来の構成単位(B)、及び塩基性基を有する単量体に由来の構成単位(C)を含み、ガラス転移温度が23℃以上である(メタ)アクリル系重合体を含む第1の材料と、
架橋剤を含み、前記構成単位(B)に対する前記架橋剤の含有比率が、モル基準で1.0以上である第2の材料と、
を有する射出成形用のフィルムに用いられるインク用材料セット。 - 請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のインク用バインダー組成物と、着色剤と、を含むインク。
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