説明

印刷インキバインダー

【課題】従来技術の問題点が解消され、印刷物の耐ボイル性、耐レトルト性、印刷適正、および接着性などに優れた印刷物が得ら、さらには温暖化ガス削減の観点から環境対応の印刷インキバインダーを提供すること。
【解決手段】ポリヒドロキシポリウレタン樹脂を主成分とすることを特徴とする印刷インキバインダー。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、グラビアインキなどの印刷インキに用いるバインダーに関する。さらに詳しくは、環境保全性に優れ、印刷物の耐ボイル性、耐レトルト性、印刷適性、接着性に優れた包装用プラスチックフィルムのグラビア印刷などに好適に用いることができる印刷インキ用のバインダーに関する。
【背景技術】
【0002】
近年被包装物の多様化や包装技術の高度化に伴い、包装材料として各種プラスチックフィルムが開発されている。これらプラスチックフィルムに用いるグラビア印刷インキのバインダーは、従来よりロジン変性マレイン酸樹脂、硝化綿、ポリアミド樹脂、塩素化ポリプロピレン、ポリウレタン樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂などが使用されてきたが、環境保全の要求からダイオキシンの発生のない非塩素系樹脂への転換が進む一方、商品包装用インキでは安全性や低臭気の点からポリアミド樹脂よりもポリウレタン系樹脂が多く用いられている。
【0003】
一般に、ポリウレタン系樹脂をバインダーとして使用する印刷インキは、ポリエステルフィルムおよびナイロンフィルムに対しては単独で優れた接着性を有するが、汎用フィルムであるポリエチレンフィルムやポリプロピレンフィルムに印刷する場合は、接着性は不充分であるため、接着性を補うため、さらにはより高い耐久性を要求される場合にはインキにポリイソシアネート化合物を配合せしめた2液反応型インキが使用されている。しかしながら、2液反応型インキはポットライフ(可使時間)の点で実用上の制限があるという不利を有している。
【0004】
そのため種々のプラスチックフィルムに対し接着性が良好であり、かつポリイソシアネート化合物を配合する必要のない1液型インキ用バインダーとして使用し得るポリウレタン樹脂の検討が行われており、接着性の点ではある程度改善されている。
【0005】
しかしながら、例えば、食品を包装した後にボイル殺菌、レトルト殺菌工程などが施される包装材として用いられるプラスチックフィルムの印刷に1液型インキを用いた場合には、かかる印刷物は耐ボイル性および耐レトルト性が依然劣るという問題がある。従って、耐ボイル性や耐レトルト性などが要求される分野では1液型インキは使用しがたく、依然として2液反応型インキが使用されている。
【0006】
さらに、最近では、環境問題に積極的に取り組むメーカーが多くなり、環境保全性に優れた材料を用いて製品を構成する動きがある。例えば、印刷インキでは使用する有機溶剤としてトルエンを選択しない検討や、有機溶剤の代わりに水系溶剤を使用する水性印刷インキの検討も盛んに行われているが現在の地球規模での環境保全性には不充分である(特許文献1および2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2003−221539号公報
【特許文献2】特開2004−115670号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
このような状況下、グラビアインキなどの印刷インキに用いるバインダーには、より一層の印刷物の耐ボイル性、耐レトルト性、印刷適性、および接着性などが求められるとともに、地球規模での環境保全性を持った環境対応製品の開発が要望されている。
【0009】
従って本発明の目的は、印刷物の耐ボイル性、耐レトルト性、印刷適性、および接着性などに優れるとともに、地球環境の観点からも二酸化炭素を取り入れることにより、温暖化ガス削減に寄与することによる環境対応製品としての印刷インキバインダーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的は以下の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、ポリヒドロキシポリウレタン樹脂を主成分とすることを特徴とする印刷インキバインダーを提供する。
【0011】
上記本発明においては、前記ポリヒドロキシポリウレタン樹脂が、5員環環状カーボネート化合物とアミン化合物との反応から誘導された樹脂であること;前記5員環環状カーボネート化合物が、エポキシ化合物と二酸化炭素とを反応させて得られる化合物であること;前記ポリヒドロキシポリウレタン樹脂が、二酸化炭素分を1〜25質量%含有すること;印刷インキバインダーがさらに他の樹脂を含むこと;前記ポリヒドロキシポリウレタン樹脂が、水酸基と反応する架橋剤で架橋されていることが好ましい。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、印刷インキのバインダーにポリヒドロキシポリウレタン樹脂を用いることにより、印刷物の耐ボイル性、耐レトルト性、印刷適性、および接着性などに優れるとともに、地球環境の観点からも二酸化炭素を取り入れることにより、温暖化ガス削減に寄与することによる環境対応製品としての印刷インキバインダーが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】エポキシ化合物(エピコート828)の赤外吸収スペクトル。
【図2】5員環環状カーボネート化合物の赤外吸収スペクトル。
【図3】5員環環状カーボネート化合物のGPC溶出曲線。移動相:THF、カラム:TSK−Gel GMHXL+G2000HXL+G3000HXL、検出器:IR
【発明を実施するための形態】
【0014】
次に好ましい実施の形態を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。本発明の印刷インキバインダーは、5員環環状カーボネート化合物とアミン化合物との反応から誘導されたポリヒドロキシポリウレタン樹脂からなることが特徴である。
【0015】
本発明で使用する5員環環状カーボネート化合物は、下記[式−A]に示すように、エポキシ化合物と二酸化炭素とを反応させて製造することができる。さらに詳しくは、エポキシ化合物を有機溶媒の存在下または不存在下および触媒の存在下、40℃〜150℃の温度で常圧または僅かに高められた圧力下、10〜20時間二酸化炭素と反応させることによって得られる。
【0016】

[参考文献]
N.Kihara,T.Endo,J.Org.Chem.,1993,58,6198
N.Kihara,T.Endo,J.Polymer Sci.,PartA Polmer Chem.,1993,31(12),2765
【0017】
本発明で使用するエポキシ化合物としては、例えば、次の如き化合物が挙げられる。
【0018】

【0019】

【0020】
以上列記したエポキシ化合物は、本発明において使用する好ましい化合物であって、本発明はこれらの例示の化合物に限定されるものではない。従って、上述の例示の化合物のみならず、その他現在市販されており、市場から容易に入手し得る化合物は、いずれも本発明において使用することができる。
【0021】
エポキシ化合物と二酸化炭素との反応において使用される触媒としては塩基触媒およびルイス酸触媒が挙げられる。上記塩基触媒として、例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジアザビシクロウンデセン、ジアザビシクロオクタン、ビリジンなどの三級アミン類、リチウムクロライド、リチウムブロマイド、フッ化リチウム、塩化ナトリウムなどのアルカリ金属塩類、塩化カルシウムなどのアルカリ土類金属塩類、テトラブチルアンモニウムクロライド、テトラエチルアンモニウムブロマイド、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライドなどの四級アンモニウム塩類、炭酸カリウム、炭酸ナトリウムなどの炭酸塩類、酢酸亜鉛、酢酸鉛、酢酸銅、酢酸鉄などの金属酢酸塩類、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛などの金属酸化物、テトラブチルホスホニウムクロリドなどのホスホニウム塩類などが挙げられる。
【0022】
ルイス酸触媒としては、例えば、テトラブチル錫、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、ジブチル錫オクトエートなどの錫化合物が挙げられる。
【0023】
上記触媒の量はエポキシ化合物50質量部当たり、0.1〜50質量部、好ましくは0.3〜20質量部である。上記使用量が0.1質量部未満では、触媒としての効果が小さく、50質量部を越えると最終樹脂の諸性能を低下させる。
【0024】
エポキシ化合物と二酸化炭素との反応において使用できる有機溶媒としては、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホオキシド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドン、テトラヒドロフランなどが挙げられる。また、これら有機溶剤と他の貧溶剤、例えば、メチルエチルケトン、キシレン、トルエン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、シクロヘキサノンなどの混合系で使用してもよい。
【0025】
次に得られた5員環環状カーボネート化合物とアミン化合物とを有機溶媒の存在下、20℃〜150℃の温度下で、下記[式−B]に示すように反応させて本発明で用いるポリヒドロキシポリウレタン樹脂が得られる。
【0026】

【0027】
本発明で使用するアミン化合物としては、従来ポリウレタン樹脂の製造に使用されているものがいずれも使用でき、特に限定されない。例えば、メチレンジアミン、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、1,3−ジアミノプロパン、ヘキサメチレンジアミン、オクタメチレンジアミンなどの脂肪族ジアミン;フェニレンジアミン、3,3’−ジクロロ−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−メチレンビス(フェニルアミン)、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、メタキシリレンジアミン、パラキシリレンジアミンなどの芳香族ジアミン;1,4−シクロヘキサンジアミン、4,4’−ジアミノシクロヘキシルメタン、1,4’−ジアミノメチルシクロヘキサン、イソホロンジアミンなどの脂環族ジアミン;モノエタノールジアミン、エチルアミノエタノールアミン、ヒドロキシエチルアミノプロピルアミンなどのアルカノールジアミンなどが挙げられる。
【0028】
以上列記したアミン化合物は、本発明において使用する好ましい化合物であって、本発明はこれらの例示の化合物に限定されるものではない。従って、上述の例示の化合物のみならず、その他現在市販されており、市場から容易に入手し得る化合物は、いずれも本発明において使用することができる。
【0029】
また、本発明で用いるポリヒドロキシポリウレタン樹脂の数平均分子量(GPCで測定し、標準ポリスチレン換算)は、2,000〜100,000が好ましく、より好ましくは5,000〜70,000である。
【0030】
本発明で使用するポリヒドロキシポリウレタン樹脂の水酸基含有量は、約3〜30質量%(水酸基価25〜300mgKOH/g)であることが好ましい。水酸基含有量が上記範囲未満であると二酸化炭素の削減効果が不足し、一方、水酸基含有量が上記範囲を超えると高分子としての諸物性が不足する。
【0031】
本発明で用いるポリヒドロキシポリウレタン樹脂は、5員環環状カーボネート化合物がアミン化合物と反応して生成する水酸基が、本発明の印刷インキバインダーに対してさらなる性能の向上をもたらすことになる。水酸基は親水性を有しているため、プラスチックフィルムに対しての接着性を格段に向上させるとともに、さらには、従来品では達成できなかった帯電防止効果を得ることができる。そして、水酸基と架橋剤などとの反応を利用してさらなる耐熱性の向上を図ることができる。
【0032】
本発明の印刷インキバインダーとしては、前記ポリヒドロキシポリウレタン樹脂をそのままで使用することができるが、ポリヒドロキシポリウレタン樹脂を架橋剤を用いて架橋被膜として使用することもできる。使用可能な架橋剤としては、水酸基と反応するような架橋剤はすべて使用できるが、例えば、アルキルチタネート化合物やポリイソシアネート化合物が挙げられる。従来ポリウレタン樹脂の架橋に使用されている公知のポリイソシアネート化合物が好ましいが特に限定されない。
【0033】
さらに、本発明で用いるポリヒドロキシポリウレタン樹脂中の水酸基は2級水酸基であるため、架橋剤との反応は温度に依存する。室温(10〜30℃)程度では反応は殆ど進行せず、70℃以上の加熱温度下で反応するという従来にない特徴を有するため、従来の2液反応型インキで欠点となるポットライフの点では実用上問題なく使用できる。
【0034】
架橋剤としては、ポリウレタン樹脂の合成に使用するジイソシアネート化合物とともに、下記のような構造式のポリイソシアネートと他の化合物との付加体などが挙げられる。
【0035】

【0036】

【0037】

【0038】

【0039】
また、印刷インキのブロッキング性や印刷適性、さらには印刷物の擦れに対する耐摩擦性、印刷インキの保存安定性を向上させるため、従来公知のその他の各種樹脂バインダーをポリヒドロキシポリウレタンと混合して使用することができる。その他のバインダーとしては、上記のポリイソシアネート付加物などの架橋剤と化学的に反応し得るものが好ましいが、反応性を有していないものでも本発明では使用することができる。
【0040】
具体的には、ポリヒドロキシポリウレタン樹脂と相溶性を有する樹脂を併用することができ、例えば、アクリル樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、硝化綿、ポリアミド樹脂、塩素化ポリプロピレン、ポリウレタン樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂などが挙げられる。前記樹脂の含有量は前記ポリヒドロキシポリウレタン樹脂に対し1〜100質量%である。さらに印刷インキ中におけるバインダーの総含有量は3〜30質量%が好適である。
【0041】
本発明の印刷インキバインダーを含む印刷インキに用いる着色剤としては、一般のインキ、塗料、および記録剤などに使用されている有機・無機顔料や染料を挙げることができる。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、ジケ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、透明黄インキにはC.I.Pigment yellow 83を用いることが好ましい。
【0042】
無機顔料としては、カーボンブラック、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、ベンガラ、アルミニウム、カオリンクレー、タルク、マイカなどが挙げられる。また、ガラスフレークまたは塊状フレークを母材とした上に金属もしくは金属酸化物をコートした光輝性顔料を使用できる。
【0043】
着色剤は、印刷インキの濃度・着色力を確保するのに充分な量、すなわち、印刷インキの総質量に対して1〜60質量%の割合で含まれることが好ましい。また、着色剤は単独でまたは2種類以上を併用して用いることができる。
【0044】
本発明の印刷インキバインダーを用いた印刷インキは、前記着色剤、溶剤、さらに必要に応じて印刷品質や各種耐性を向上させるために、界面活性剤、顔料分散剤、ワックス、消泡剤、その他添加剤を適宜配合してボールミル、アトライター、サンドミル、ビーズミルなどの通常のインキ製造装置を用いて混練することにより印刷インキを製造することができる。
【実施例】
【0045】
次に参考例、具体的な重合例、実施例および比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。また、以下の各例における「部」および「%」は特に断りのない限り質量基準である。
【0046】
参考例1(5員環環状カーボネート化合物の製造)
攪拌機、温度計、ガス導入管および還流冷却器を備えた反応容器中に、下記式Aで表される2価エポキシ化合物(ジャパンエポキシレジン(株)製、エピコート828;エポキシ当量187g/mol[図1])100部、N−メチルピロリドン100部およびヨウ化ナトリウム1.5部を加え均一に溶解させた後、炭酸ガスを0.5リッター/min.の速度でバブリングしながら80℃で30時間加熱攪拌させた。
【0047】
反応終了後、得られた溶液を300部のn−ヘキサン中に300rpmで高速攪拌しながら徐々に添加し、生成した粉末状生成物をフィルターでろ過、さらにメタノールで洗浄し、N−メチルピロリドンおよびヨウ化ナトリウムを除去した。粉末を乾燥機中で乾燥し、白色粉末の5員環環状カーボネート化合物(1−A)118部(収率95%)を得た。
【0048】
得られた生成物の赤外吸収スペクトル(堀場製作所 FT−720)は、910cm-1付近のエポキシ基由来のピークが生成物ではほぼ消滅し、1,800cm-1付近に原料には存在しない環状カーボネート基のカルボニル基の吸収が確認された([図2])。また、生成物の数平均分子量は414(ポリスチレン換算、東ソー;GPC−8220)であった([図3])。得られた5員環環状カーボネート化合物(1−A)中には、19%の二酸化炭素分が固定化されている。
【0049】

【0050】
参考例2(5員環環状カーボネート化合物の製造)
参考例1で用いた2価エポキシ化合物Aの代わりに、下記式Bで表されるエポキシ化合物(東都化成(株)製、YDF−170;エポキシ当量172g/mol)を使用した以外は参考例1と同様に反応させ白色粉末の5員環環状カーボネート化合物(1−B)121部(収率96%)を得た。生成物は赤外吸収スペクトル、GPC、NMRで確認した。
得られた5員環環状カーボネート化合物(1−B)中には、20.3%の二酸化炭素が固定化されている。
【0051】

【0052】
参考例3(5員環環状カーボネート化合物の製造)
参考例1で用いた2価エポキシ化合物Aの代わりに、下記式Cで表されるエポキシ化合物(ナガセケムテックス(株)製、EX−212;エポキシ当量151g/mol)を使用した以外は参考例1と同様に反応させ無色透明の液状5員環環状カーボネート化合物(1−C)111部(収率86%)を得た。生成物は赤外吸収スペクトル、GPC、NMRで確認した。
得られた5員環環状カーボネート基化合物(1−C)中には、22.5%の二酸化炭素分が固定化されている。
【0053】

【0054】
重合例1〜3(ポリヒドロキシポリウレタン樹脂の製造)
攪拌機、温度計、ガス導入管および還流冷却器を備えた反応容器を窒素置換し、これに参考例1〜3で得られた5員環環状カーボネート化合物、さらに固形分が60%になるように酢酸エチルを加え均一に溶解した。次に表1に記載のアミン化合物を所定当量加え、90℃の温度で10時間攪拌し、アミン化合物が確認できなくなるまで反応させた。反応終了後、酢酸エチル/イソプロピルアルコール(=6/4)の混合溶液を固形分が35%になるように希釈した。得られた3種類のポリヒドロキシポリウレタン樹脂の性状は表1に記載の通りである。
【0055】

【0056】
比較重合例1(ポリウレタン樹脂)
攪拌機、温度計、ガス導入管および還流冷却器を備えた反応容器を窒素置換し、平均分子量約2,000のポリブチレンアジペート150部と1,4−ブタンジオール15部とを200部の酢酸エチルと50部のトルエンからなる混合有機溶剤中に溶解し、60℃でよく攪拌しながら62部の水添加MDIを171部の酢酸エチルに溶解したものを徐々に滴下し、滴下終了後80℃で6時間反応させた。
この溶液は固形分35%で3.2MPa・s(25℃)の粘度を有していた。この溶液から得られたフィルムは破断強度45MPaで破断伸度480%を有し、熱軟化温度は110℃であった。
【0057】
比較重合例2(ポリウレタンポリ尿素樹脂)
比較重合例1と同様の装置を使用し、エチレングリコールとネオペンチルグリコールの混合物(モル比=1/1)とアジピン酸とを反応させて得た平均分子量1,800のポリエステルポリオール606部およびイソホロンジイソシアネート94.1部を仕込み、窒素気流下90℃で10時間反応させ、遊離イソシアネート価1.02質量%のプレポリマーを得、これに酢酸エチル300部を加えてウレタンプレポリマーの溶液とした。次に、イソホロンジアミン18.1部、酢酸エチル530部およびイソプロピルアルコール503部からなる混合物に、前記ウレタンプレポリマー溶液を添加し、45℃で6時間攪拌して反応させて、ポリウレタンポリ尿素樹脂液を得た。この溶液は固形分35%で1.6MPa・s(25℃)の粘度を有し、この溶液から得られたフィルムは破断強度21MPaで破断伸度250%を有し、熱軟化温度は125℃であった。
【0058】
実施例1〜6および比較例1〜4
(印刷インキの調製)
重合例1〜3および比較重合例1〜2の樹脂溶液30部、チタン白(ルチル型)30部、酢酸エチル20部およびイソプロピルアルコール20部からなる組成の混合物をそれぞれペイントシェーカーで練肉して実施例1〜6および比較例1〜4の白色印刷インキを調整した。なお、2液反応型インキとして、得られた白色印刷インキにポリイソシアネート化合物を添加して印刷インキとした(表2)。
【0059】

【0060】
得られた印刷インキを、グラビア印刷したフィルムを用いて、版深35μmのグラビアプレートを備えた簡易グラビア印刷機により、表面コロナ処理延伸ナイロンフィルム(NYフィルム)の放電処理面、表面コロナ処理延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム(PETフィルム)および表面コロナ処理延伸ポリプロピレンフィルム(OPPフィルム)のそれぞれ表面コロナ処理面の片面に乾燥後の厚みが3μmになるようにグラビア印刷して、50℃で乾燥し印刷フィルムを得、下記の性能試験を行って表3の結果を得た。
【0061】
(接着性)
NYフィルム、PETフィルムおよびOPPフィルムに白色印刷インキをグラビア印刷したフィルム片の印刷面にセロハンテープ剥離試験を行い、印刷皮膜の外観より目視判定した。
◎:印刷皮膜が全く剥がれない。
○:印刷皮膜の20%未満が剥がれる。
△:印刷皮膜の20%以上〜50%未満が剥がれる。
×:印刷皮膜の50%以上が剥がれる。
【0062】
NYフィルムおよびPETフィルムに白色印刷インキをグラビア印刷したフィルムの印刷面上に2液型ポリウレタン系接着剤を3μmの厚みになるように塗布し、ラミネーターにより60μmのポリエチレンフィルムを重ね合わせラミネラミネートフィルムを得た。
(ボイル適性)
ラミネートフィルムを90℃の熱水で30分加熱した後の外観変化を観測した。
◎:全くラミ浮きがない。
○:ピンホール状にラミ浮きがでる。
△:すじ状にデラミネーションが生じる。
×:全面にデラミネーションが生じる。
【0063】
(ラミネート強度)
ラミネートフィルムを90℃の熱水で30分加熱した後、15mm巾に切断し剥離試験機にて180°剥離強度(g/15mm)を測定し加熱処理前の強度と比較した。
【0064】
(環境対応性)
環境対応性は、二酸化炭素の固定化の有無で○×判断をした。
【0065】

【産業上の利用可能性】
【0066】
以上の発明によれば、印刷インキのバインダーにポリヒドロキシポリウレタン樹脂を用いることにより、印刷物の耐ボイル性、耐レトルト性、印刷適正、および接着性などに優れるとともに、地球環境の観点からも二酸化炭素を取り入れることにより温暖化ガス削減に寄与することによる環境対応製品としての印刷インキバインダーが提供される。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポリヒドロキシポリウレタン樹脂を主成分とすることを特徴とする印刷インキバインダー。
【請求項2】
前記ポリヒドロキシポリウレタン樹脂が、5員環環状カーボネート化合物とアミン化合物との反応から誘導された樹脂である請求項1に記載の印刷インキバインダー。
【請求項3】
前記5員環環状カーボネート化合物が、エポキシ化合物と二酸化炭素とを反応させて得られる化合物である請求項2に記載の印刷インキバインダー。
【請求項4】
前記ポリヒドロキシポリウレタン樹脂が、二酸化炭素分を1〜25質量%含有する請求項1〜3の何れか1項に記載の印刷インキバインダー。
【請求項5】
さらに他の樹脂を含む請求項1〜4の何れか1項に記載の印刷インキバインダー。
【請求項6】
前記ポリヒドロキシポリウレタン樹脂が、水酸基と反応する架橋剤で架橋されている請求項1〜5の何れか1項に記載の印刷インキバインダー。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2011−105827(P2011−105827A)
【公開日】平成23年6月2日(2011.6.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−261005(P2009−261005)
【出願日】平成21年11月16日(2009.11.16)
【出願人】(000002820)大日精化工業株式会社 (387)
【出願人】(000238256)浮間合成株式会社 (99)
【Fターム(参考)】