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特許6996418水性フレキソインキ、および印刷物の製造方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2021-12-20
(45)【発行日】2022-01-17
(54)【発明の名称】水性フレキソインキ、および印刷物の製造方法
(51)【国際特許分類】
   C09D 11/102 20140101AFI20220107BHJP
   C09D 11/106 20140101ALI20220107BHJP
   C09D 11/033 20140101ALI20220107BHJP
   B41M 1/30 20060101ALI20220107BHJP
【FI】
C09D11/102
C09D11/106
C09D11/033
B41M1/30 D
【請求項の数】 8
(21)【出願番号】P 2018097639
(22)【出願日】2018-05-22
(65)【公開番号】P2019203051
(43)【公開日】2019-11-28
【審査請求日】2021-02-02
(73)【特許権者】
【識別番号】000222118
【氏名又は名称】東洋インキSCホールディングス株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】711004436
【氏名又は名称】東洋インキ株式会社
(72)【発明者】
【氏名】大西 哲雄
(72)【発明者】
【氏名】香川 祐哉
(72)【発明者】
【氏名】三輪 剛之
【審査官】松原 宜史
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第16/175167(WO,A1)
【文献】特開2010-100709(JP,A)
【文献】特表2005-518459(JP,A)
【文献】特開2016-155340(JP,A)
【文献】特開2016-000873(JP,A)
【文献】国際公開第17/169840(WO,A1)
【文献】特開2017-148941(JP,A)
【文献】特開2004-331894(JP,A)
【文献】特開2010-270216(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C09D 11/00-11/54
B41M 1/30
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
顔料、水性ポリウレタン樹脂または水性アクリルウレタン樹脂、並びに水を含有する水性フレキソインキであって、沸点130~280℃であるグリコール溶剤および/またはグリコールモノアルキルエーテル溶剤をインキ総質量中に6~30質量%含有し、かつ、水と前記溶剤の質量比(水:グリコール溶剤および/またはグリコールモノアルキルエーテル溶剤)が55:45~94:6である、水性フレキソインキ。
【請求項2】
更に、融点が90~140℃であり、平均粒子径が0.5~10μmであるポリエチレン粒子を含有する、請求項1に記載の水性フレキソインキ。
【請求項3】
グリコール溶剤はアルキレングリコール、ジアルキレングリコールおよびトリアルキレングリコールから選ばれる少なくとも一種である、請求項1または2に記載の水性フレキソインキ。
【請求項4】
グリコールモノアルキルエーテル溶剤はプロピレングリコールモノアルキルエーテル、ジプロピレングリコールモノアルキルエーテル、トリプロピレングリコールモノアルキルエーテル、およびジエチレングリコールモノアルキルエーテルから選ばれる少なくとも一種である、請求項1~3いずれかに記載の水性フレキソインキ。
【請求項5】
水性ポリウレタン樹脂はポリエチレングリコール由来の構造単位を2~35質量%含有することを特徴とする請求項1~4いずれかに記載の水性フレキソインキ。
【請求項6】
水性アクリルウレタン樹脂はウレタン樹脂部とアクリル樹脂部からなるエマルジョン樹脂であり、当該質量比(ウレタン樹脂部:アクリル樹脂部)は90:10~30:70である請求項1~5いずれかに記載の水性フレキソインキ。
【請求項7】
水性アクリルウレタン樹脂は、連鎖移動剤となるメルカプト基にアクリル樹脂部が結合された構造部位を含有しない水性アクリルウレタン樹脂である、請求項1~6いずれかに記載の水性フレキソインキ。
【請求項8】
請求項1~7いずれかの水性フレキソインキを用いて、版線数が400lpi以上でアニロックス容量が8cc/m以下であるアニロックスと75lpi以上のフレキソ版を使用し印刷するフレキソ印刷物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は水性フレキソインキ、および印刷物の製造方法に関する。
【0002】
更に詳しくは、本発明はプラスチック基材上に印刷される水性フレキソインキにおいて版絡み性および重ね刷りでのドットの広がり(ドットゲインという)が良好である水性フレキソインキに関する。
【背景技術】
【0003】
食品や衛生用品の包装印刷には絵柄を付与する目的としてグラビア印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、インクジェット印刷、シルクスクリーン印刷、ロールコーター印刷等、各種の印刷方式が手法として広く用いられている。特にプラスチックフィルムといった軟包装材に対してはグラビア印刷方式またはフレキソ印刷方式が用いられてきた。フレキソ印刷とは凸版印刷の一種であり、樹脂製の凸版にアニロックスロールを介してインキを付着させ、更に凸版からプラスチック基材等にインキを転移させる印刷方式である。特にフレキソインキは高速印刷性に優れ、更にフレキソ印刷は凸版印刷であるため、インキ転移量が少量であっても細かい文字やシャープな表現を再現することができるため有用である。さらに近年では、印刷絵柄の美粧性向上のみならず、印刷時の有機溶剤排出量削減による環境負荷低減、溶剤火災予防その他の安全性、更に包装体の残留溶剤低減といった要求が高まりから、水性フレキソインキが注目を集めている。
【0004】
水性フレキソインキは一般的に段ボールや紙袋といった紙基材用途で使用されてきたが、紙基材に使用される水性フレキソインキは熱風乾燥(熱風ドライヤーという)による乾燥および紙基材への浸透による乾燥を前提に設計されているところ、プラスチック基材では浸透による乾燥が期待できないため、乾燥不良に起因して印刷層とプラスチック基材との間でブロッキング(インキが裏移りする現象)が発生する可能性がある。また、フレキソ印刷法はインキがアニロックスロールから凸版へ転移して更に凸版から基材へ転移するので印刷の条件や温度湿度等の環境によっては版絡み(印刷汚れ)などが懸念される。版絡みは、版の凸部だけでなく、凸部の側部やそのほかの部分(凹部)にまでインキが入り込み、凹部に溜まったインキにより、印刷物において、本来印刷部分でない箇所にまでインキが転移されてしまう現象である。
【0005】
フレキソ印刷においては、フレキソ版表面は凸部柔軟で潰れやすいため、フレキソ版の凹部がアニロックスロールに接触しやすく、特にインキが低粘度である場合はフレキソ版に転移されやすい。特に、フレキソ版の凸部の面積が小さくなる網点印刷では、版のハイライト凸部がアニロックスロールのセルに浸ってしまう現象(ドット・ディッピングという)が起こり、その影響により、版絡みが促進されて印刷汚れの原因の一つとなっている。また同時に網点は凸部と基材の接触面積でおよそ決定されるが、上記の理由から印刷圧力等で変動しやすく、フレキソ版本来として設計された網点サイズに対して得られるべきである適切なドットゲイン値の範囲から逸脱した過剰に大きなドットゲイン値となる問題がある。なおフレキソ印刷は巻取り方式であるため耐ブロッキング性や耐摩擦性などをも両立しなければ印刷適性として満足するものではない。
【0006】
例えば特許文献1では水性インキのインキ中の水やグリコール類の揮発に対応してグリコール類をアニロックスロールに直接供給することが検討されているが、ダンボール等の紙基材への印刷を前提としており、このような方法で配合された水性フレキソインキまたは同一配合の水性フレキソインキはブロッキング性の懸念からプラスチックフィルム基材へは適合しない。
【0007】
特許文献2ではコート紙に印刷されるバインダー樹脂がアクリル系樹脂であり、グリセリン、グリコール及びグリコール誘導体を10~50質量%及び水50~90質量%を含有することを特徴とする水性フレキソインキの表面張力をコントールすることで浸透乾燥が僅かに期待できるコート紙での速やかな乾燥と重ね刷り適性の向上を検討している。しかしながら、このように得られた配合では浸透乾燥が全く期待できないプラスチックフィルムへの印刷した際の乾燥性の課題とプラスチック基材への十分なバインダー樹脂由来の密着性が確保できず、巻き取り時のブロッキングや基材からのインキ剥がれを起こす課題が残る。
【0008】
従って上記の様な版絡み性、ドットゲイン、並びに耐ブロッキング性および耐摩擦性等の被膜物性について満たすフレキソインキは報告されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】特開平7-205533号公報
【文献】特開2001-146563号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明はプラスチック基材上に印刷される水性フレキソインキにおいて版絡み性およびドットの広がり(ドットゲイン)が良好であり、かつプラスチック基材と印刷層との密着性、耐ブロッキング性および耐水性に優れた水性フレキソインキを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明者らは、鋭意検討の結果所定の水性ポリウレタン樹脂または水性アクリルウレタン樹脂を含有し、グリコール溶剤および/またはグリコールモノアルキルエーテルを所定の範囲で含有する水性フレキソインキを使用することで上記課題を解決することを見出し、本発明を完成するに至った。
【0012】
すなわち本発明は、顔料、水性ポリウレタン樹脂または水性アクリルウレタン樹脂、並びに水を含有する水性フレキソインキであって、インキ総質量中に沸点130~280℃であるグリコール溶剤および/またはグリコールモノアルキルエーテル溶剤を6~30質量%含有し、かつ、水と前記溶剤の質量比(水:グリコール溶剤および/またはグリコールモノアルキルエーテル溶剤)が55:45~94:6である、水性フレキソインキに関する。
【0013】
また、本発明は、更に、融点が90~140℃であり、平均粒子径が0.5~10μmであるポリエチレン粒子を含有する、前記水性フレキソインキに関する。
【0014】
また、本発明は、グリコール溶剤はアルキレングリコール、ジアルキレングリコールおよびトリアルキレングリコールから選ばれる少なくとも一種である、前記水性フレキソインキに関する。
【0015】
また、本発明は、グリコールモノアルキルエーテル溶剤はプロピレングリコールモノアルキルエーテル、ジプロピレングリコールモノアルキルエーテル、トリプロピレングリコールモノアルキルエーテル、およびジエチレングリコールモノアルキルエーテルから選ばれる少なくとも一種である、前記水性フレキソインキに関する。
【0016】
また、本発明は、水性ポリウレタン樹脂はポリエチレングリコール由来の構造単位を2~35質量%含有することを特徴とする前記水性フレキソインキに関する。
【0017】
また、本発明は、水性アクリルウレタン樹脂はウレタン樹脂部とアクリル樹脂部からなるエマルジョン樹脂であり、当該質量比(ウレタン樹脂部:アクリル樹脂部)は90:10~30:70である前記水性フレキソインキに関する。
【0018】
また、本発明は、水性アクリルウレタン樹脂は、連鎖移動剤となるメルカプト基にアクリル樹脂部が結合された構造部位を含有しない水性アクリルウレタン樹脂である、前記水性フレキソインキに関する。
【0019】
また、本発明は、前記水性フレキソインキを用いて、版線数が400lpi以上でアニロックス容量が8cc/m以下であるアニロックスと75lpi以上のフレキソ版を使用し印刷するフレキソ印刷物の製造方法に関する。
【発明の効果】
【0020】
本発明によりプラスチック基材上に印刷される水性フレキソインキにおいて版絡み性およびドットゲインが良好であり、かつプラスチック基材と印刷層との密着性、耐ブロッキング性および耐水性に優れた水性フレキソインキを提供することができた。
【0021】
<顔料>
本発明の水性フレキソインキに使用される顔料としては、一般のインキ、塗料、および記録材などに使用されている有機、無機顔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。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、マイカ(雲母)などが挙げられる。なお、カラーインデックスに収載のC.I.ピグメントとして記載されている顔料を随時使用することができる。
【0022】
これらの顔料は1種類、または2種類以上併用して用いることができる。上記顔料は水性フレキソインキ総質量中に0.05~60質量%含有することが好ましく、有機顔料またはカーボンブラックの場合は0.05~35質量%、酸化チタンや硫酸バリウム等の無機顔料の場合は5~60質量%で含有することが好ましい。酸化チタンは、少なくともシリカまたはアルミナで表面被覆された酸化チタンが好ましい。
【0023】
以下、グリコール溶剤およびグリコールモノアルキルエーテル溶剤について説明する。
グリコール溶剤および/またはグリコールモノアルキルエーテル溶剤はそれらの合計を、水性フレキソインキ総質量中に総量で6~30質量%含有する。10~30質量%含有することがより好ましい。15~30質量%含有することが更に好ましい。
該当範囲であれば、フレキソ版上におけるインキの乾燥に起因する版絡み性が抑制され、更に印刷乾燥後の残留溶剤が少なくなるのでドットゲインおよび耐ブロッキング性が良好となる。また後述のポリエチレン粒子と併用することでその残留溶剤の乾燥除去効果によりドットゲインおよび耐ブロッキング性の良化が促進される。
【0024】
<グリコール溶剤>
本発明の水性フレキソインキに使用されるグリコール溶剤の沸点は130~280℃である。当該グリコール溶剤としてはプロピレングリコール、ブチレングリコールその他のアルキレングリコール、
ジプロピレングリコール、ジエチレングリコールその他のジアルキレングリコール、トリプロピレングリコール、トリエチレングリコールその他のトリアルキレングリコールが好適に挙げられる。中でもプロピレングリコール、ブチレングリコール、ジプロピレングリコールおよびトリプロピレングリコールから選ばれる少なくとも一種を使用することが好ましい。
【0025】
<グリコールモノアルキルエーテル溶剤>
グリコールモノアルキルエーテル溶剤の沸点は130~280℃である。かかるグリコールモノアルキルエーテル溶剤としては、
プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテルその他のプロピレングリコールモノアルキルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルその他のジプロピレンモノアルキルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノエチルエーテルその他のトリプロピレングリコールモノアルキルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルその他のジエチレングリコールモノアルキルエーテルなどが好適であり、以上より選ばれる少なくとも一種を使用することが好ましい。
【0026】
グリコール溶剤および/またはグリコールモノアルキルエーテル溶剤から選ばれる少なくとも1種のものを使用することができ、2種類以上のものを併用して使用することもできる。また、水性フレキソインキ中の水と前記溶剤の質量比(水:グリコール溶剤および/またはグリコールモノアルキルエーテル溶剤)が55:45~94:6であり、70:30~90:10であることがより好ましい。
【0027】
<ポリエチレン粒子>
本発明の水性フレキソインキに使用されるポリエチレン粒子はプラスチックフィルム基材のインキ被膜の耐摩擦性とブロッキング性を向上する目的および水・有機溶剤の乾燥性を向上させる目的で用いられる。かかるポリエチレン粒子は融点が90~140℃であることが好ましく、95~135℃であることがより好ましく、95~125℃であることが更に好ましい。平均粒子径は0.5~10μmであることが好ましく、0.5~8μmであることがより好ましく、0.5~5μmであることが更に好ましい。なお、平均粒子径はコールターカウンター法による測定値である。該当する粒子径および融点では後述の水性ポリウレタン樹脂および水性アクリルウレタン樹脂となじんだ強いインキ被膜を形成し、ドットゲインおよび版絡みの良化を促す。
【0028】
ポリエチレン粒子の使用量は、水性フレキソインキ総質量中で固形分として0.5~5質量%使用することが好ましい。0.5質量%以上で耐摩擦性とブロッキング性の向上効果が向上し、5質量%以下で使用すると水性ポリウレタン樹脂または水性アクリルウレタン樹脂との相溶性が良好となり、更にフレキソインキの経時安定性も良好となる。
【0029】
<水性ポリウレタン樹脂>
水性ポリウレタン樹脂はバインダー樹脂として機能する。水性ポリウレタン樹脂はポリエステル系またはポリエーテル系の水性ポリウレタン樹脂であることが好ましい。なお、ポリエステル系、ポリエーテル系とは水性ポリウレタン樹脂の合成時の主原料としてポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールを用いる水性ポリウレタン樹脂をいう。当該水性ポリウレタン樹脂の酸価が10~60mgKOH/gであることが好ましく、20~50mgKOH/gであることがより好ましい。また、水酸基価が1~35mgKOH/gであることが好ましく、1~25mgKOH/gであることがより好ましい。また、ガラス転移温度(以下Tgと記載する場合がある)は-90~-10℃であることが好ましい。また、-80~-20℃であることがなお好ましい。上記ポリエチレン粒子となじみやすくなるためである。
ここでガラス転移温度とは示差走査熱量測定(DSC)による測定値をいう。なお水性ポリウレタン樹脂の重量平均分子量は10000~100000であることが好ましい。
【0030】
上記水性ポリウレタン樹脂は例えば特開2008-1911号公報や特開2017-8292号公報に記載の方法で適宜製造することができる。例えばポリエステルポリオールおよび/またはポリエーテルポリオール、低分子ジオール、ジヒドロキシ酸、並びに、ポリイソシアネートを反応させることで得られる。なお更にポリアミンを用いて鎖延長された水性ポリウレタン樹脂である場合も好ましい。
【0031】
上記ポリエーテルポリオールとしては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール-ポリプロピレングリコール共重合のポリオール、ポリテトラメチレングリコール等が好適である。ポリエチレングリコールを使用したポリエチレングリコールに由来する構造単位を有する水性ポリウレタン樹脂であることが好ましく、その含有量は水性ポリウレタン樹脂総質量中に2~35質量%含有することが好ましく、4~30質量%含有することがより好ましい。ポリエチレングリコール由来の構造単位を当該範囲で使用すると印刷時の水性フレキソインキの再溶解性が向上することでフレキソ版上の乾燥が抑制されるため版絡みに効果があり、更にドットゲインにも効果的である。グリコール溶剤および/またはグリコールモノアルキルエーテル溶剤が水性ポリウレタン樹脂を相溶安定化させるためであり、印刷適性が向上する。また、ポリエチレングリコール由来の構造単位を有するポリウレタン樹脂とポリエチレン粒子を組み合わせて用いることで、強靭なインキ被膜(印刷層)を得ることができる。
【0032】
上記ポリエステルポリオールとしては二塩基酸と低分子ジオールの縮合物であることが好ましく、当該低分子ジオールとしてはエチレングリコール、ジエチレングリコール、ジ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、ネオペンチルグリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、2-メチル-1,3-プロパンジオール、1,4-ペンタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、2,5-ヘキサンジオール、2-メチル-1,4-ペンタンジオール、2,4-ジエチル-1,5-ペンタンジオール、2-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオール、2-メチル-1,8-オクタンジオール、2,2,4-トリメチル-1,3-ペンタンジオール、2,2,4-トリメチル-1,6-ヘキサンジオール等の分岐構造を有する低分子ジオールが好ましい。なお、分岐構造を有する低分子ジオールとはジオールの有するアルキレン基の少なくとも一つの水素原子がアルキル基に置換された構造を有するジオールをいう。
二塩基酸としては、アジピン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、マレイン酸、フマル酸、コハク酸、シュウ酸、マロン酸、グルタル酸、ピメリン酸、スペリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、トリメリット酸、ピロメリット酸など多価カルボン酸あるいはこれらの無水物が好ましい。中でもアジピン酸、セバシン酸、アセライン酸、コハク酸その他の脂肪族二塩基酸であることが好ましい。
【0033】
低分子ジオールとしては上記のものに加え、1,4-シクロヘキサンジメタノール、1,4-シクロヘキサンジオール等の脂肪族環構造を有するジオールが好適である。
【0034】
上記ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールその他のポリオールの数平均分子量は500~7000であることが好ましく、1000~5000であることがより好ましい。
【0035】
また、水性ポリウレタン樹脂は水性フレキソインキでの効果を大幅に損なわない範囲で水酸基を3個以上有する化合物に由来する構造単位を有することが好ましい。水酸基を3個以上有する化合物としてはトリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、グリセリン、1,2,6-ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール等が好適に挙げられる。中でもトリメチロールプロパンが好ましく、それに由来する構造単位を水性ポリウレタン中に0.1~0.8質量%含有することが好ましい。インキ被膜の凝集力を向上させるためである。
【0036】
<ポリイソシアネート>
上記ポリイソシアネートとしては、公知のものを使用でき、芳香族ジイソシアネート、脂肪族ジイソシアネート、および脂環族ジイソシアネート等が挙げられ、脂肪族ジイソシアネートまたは脂環族ジイソシアネートであることが好ましい。以下に好ましい態様を示す。
芳香族ジイソシアネートとしては例えば、1,5-ナフチ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(MDI)、4,4’-ジベンジルイソシアネート、ジアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、テトラアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、1,3-フェニレンジイソシアネート、1,4-フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、m-テトラメチルキシリ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、および2,6-ジイソシアネート-ベンジルクロライド等が挙げられる。
脂肪族ジイソシアネートとしては例えば、ブタン-1,4-ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソプロピレンジイソシアネート、メチレンジイソシアネート、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、およびリジンジイソシアネート等が挙げられる。
脂環族ジイソシアネートとしては例えば、シクロヘキサン-1,4-ジイソシアネート、水素添加キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジメリールジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン-4,4’-ジイソシアネート、1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート、およびダイマー酸のカルボキシ基をイソシアネート基に転化したダイマージイソシアネート等が挙げられる。
【0037】
上記ジヒドロキシ酸としては、例えば2,2-ジメチロールプロピオン酸、2,2-ジメチロールブタン酸、2,2-ジメチロール吉草酸等のジメチロールアルカン酸;グルタミン、アスパラギン、リジン、ジアミノプロピオン酸、オルニチン、ジアミノ安息香酸、ジアミノベンゼンスルホン酸等のジアミン型アミノ酸類が好適に挙げられる。ジメチロールアルカン酸に由来する構造単位を有することが好ましい。これらは単独または2種以上を混合して用いることができる。ウレタン樹脂合成ではカルボキシル基は50~140℃の温和な反応条件下ではカルボキシル基が残存する。
【0038】
更に上記ジメチロールアルカン酸に由来するカルボキシル基は塩基性化合物で中和されることでポリウレタン樹脂は水溶性化する。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-メチル-1-プロパノール等のアミン化合物;水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の無機酸化物等が好適であり、1種または2種以上を組み合わせて用いられる。中でもアミン化合物が好ましく、アンモニアの使用が好ましい。より水溶性が良好となるためである。
【0039】
なお水性ポリウレタン樹脂は水溶性であっても水性エマルジョンであってもよいが、水溶性であることが好ましい。なお水性エマルジョンとは水へ難溶解性の樹脂が粒子状に乳濁安定化した状態の樹脂液をいう。
【0040】
上記ポリアミンとしては、以下が好適であり、例えば、2-ヒドロキシエチルエチレンジアミン、2-ヒドロキシエチルプロピレンジアミン、ジ-2-ヒドロキシエチルエチレンジアミン、ジ-2-ヒドロキシエチルプロピレンジアミン、2-ヒドロキシプロピルエチレンジアミン、ジ-2-ヒドロキシプロピルエチレンジアミン等のヒドロキシル基を含有する有機ジアミン、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、イソホロンジアミン、ジシクロヘキシルメタン-4,4‘-ジアミン、さらにダイマー酸のカルボキシル基をアミノ基に転化したダイマージアミン等のヒドロキシル基を含有しない有機ジアミンが挙げられる。
【0041】
<水性アクリルウレタン樹脂>
上記水性アクリルウレタン樹脂とは、アクリル樹脂部とウレタン樹脂部からなるバインダー樹脂をいう。アクリル樹脂部とウレタン樹脂部は交互共重合体であってもよいし、主鎖がウレタン樹脂部、側鎖がアクリル樹脂部もしくは主鎖がアクリル樹脂部、側鎖がウレタン樹脂部である、いわゆるグラフト重合体であってもよく、グラフト重合体であることが好ましい。
水性アクリルウレタン樹脂の製造は、例えば特開平04-103614号公報、特開平10-139839号公報等に記載の方法で製造することができる。水性アクリルウレタン樹脂は酸価を有することが好ましく、酸性基を中和することで水性化する。上記水性ポリウレタン樹脂の場合と同様にウレタン樹脂部にジメチロールアルカン酸を用いて、それに由来する酸性基を中和することで水性化してもよいし、アクリル樹脂部を構成するアクリルモノマーにおいて酸性モノマーを共重合して酸性基を導入し、その酸性基を中和することで水性化してもよい。
【0042】
水性アクリルウレタン樹脂の酸価は25~100mg/KOHgであることが好ましい。なお25~80mg/KOHgがより好ましく、30~60mg/KOHgが更に好ましい。また重量平均分子量は10000~120000であることが好ましく、20000~80000であることがより好ましい。また、ウレタン樹脂部とアクリル樹脂部の質量比(ウレタン樹脂部:アクリル樹脂部)は90:10~30:70が好ましい。
【0043】
なお水性アクリルウレタン樹脂は水溶性であっても水性エマルジョンであってもよいが、水性エマルジョンであることが好ましく、その平均粒子径は60nm~1000nmの範囲になることが好ましく、60nm~400nmの範囲が更に好ましい。なお平均粒子径は動的光散乱法による測定値をいう。
【0044】
アクリル樹脂部のガラス転移温度は-10℃~110℃であることが好ましく、40~110℃であることが好ましく、60~110であることが更に好ましい。具体的には、アクリル樹脂部として配合した各モノマーのホモポリマーにおけるガラス転移温度をTg1~Tgm、アクリル樹脂部として使用した各モノマーの重量比率をW1~Wmとしたとき、以下FOX式で表される。
1/Tg=(W1/Tg1)+(W2/Tg2)+…+(Wm/Tgm)
W1+W2+…+Wm=1
なお示差走査熱量測定(DSC)による測定値であってもよい。近しい値となるためである。
【0045】
なお、水性アクリルウレタン樹脂におけるウレタン樹脂部を構成する原料等は上記水性ポリウレタン樹脂の場合と同様のものを適宜使用可能である。ポリエーテルポリオールおよびまたはポリエステルポリオール由来の構造単位をウレタン樹脂部総質量中に50質量%以上含有することが好ましく、60質量%以上含有することがなお好ましい。
【0046】
水性アクリルウレタン樹脂を構成するアクリル樹脂部を構成するアクリルモノマーは以下のものが好ましく、例えば、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の芳香族系アルキル基含有アクリルモノマー、
更には、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、tーブチル(メタ)アクリレート、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アクリルモノマー、
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アクリルモノマー、
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アクリルモノマー、
(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アクリルモノマー、
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アクリルモノマー、
ポリエチレングリコールモノアクリレート(日本油脂社製、ブレンマーPE-90、200、350、350G、AE-90、200、400等)ポリエチレングリコール・ポリプロピレングリコールモノアクリレート(日本油脂社製、ブレンマー50PEP-300、70PEP-350等)、メトキシポリエチレングリコールモノアクリレート(日本油脂社製、ブレンマーPME-400、550、1000、4000等)等のポリエチレンオキサイド基含有アクリルモノマー等を使用することができる。
なお、アクリルモノマー以外で、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、ビニルナフタレン等の芳香族系モノマーを更に含有することが好ましい。
【0047】
アクリル樹脂部は上記モノマーをウレタン樹脂部の存在下でラジカル重合することでグラフト重合樹脂としてエマルジョンを得ることができ、当該ラジカル重合の開始剤には公知の有機過酸化物を使用することができる。有機過酸化物としては、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使用が好ましい。
【0048】
水性アクリルウレタン樹脂の有する酸性基は以下の塩基性化合物で中和されて水性化される。該当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-メチル-1-プロパノール等のアミン化合物;水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の無機酸化物等が好適であり、1種または2種以上を組み合わせて用いられる。中でもアミン化合物が好ましく、アンモニアの使用が好ましい。
【0049】
本発明の水性フレキソインキのアクリルウレタン樹脂のウレタン樹脂部とアクリル樹脂部の質量比(ウレタン樹脂部:アクリル樹脂部)は90:10~30:70が好ましい。アクリル樹脂部が10%以上では表刷り印刷等で耐水摩擦性が要求される場合、十分な耐水性を得る事ができる。アクリル樹脂部が70%以下であればプラスチックフィルムに対する密着性が十分に得ることができ、耐ブロッキング性が充分となる。
【0050】
上記水性アクリルウレタン樹脂はポリオール、ポリイソシアネート、場合によりジメチロールアルカン酸を用いてポリウレタン樹脂を有機溶剤中で製造、当該ポリウレタン樹脂を塩基性化合物で中和したのち、更に溶剤を水に置換後、アクリルモノマーおよびラジカル重合開始剤として有機過酸化物を混合加熱して重合反応を行う事でエマルジョン状の水性アクリルウレタン樹脂を得ることができる。なお、アクリルモノマーはポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールその他のポリオールに由来する構造単位に含まれるアルキレン基上の水素原子による水素引抜反応によりラジカル重合が進むものと考えられる。なお、上記反応は40~140℃で反応を行うことが好ましく、反応時間は30分~10時間程度であることが好ましい。
なお、メルカプト基を有するジオール、ジアミンまたはモノアミンを用いてメルカプト基からの連鎖移動反応にてアクリル樹脂部位を有するジオール、ジアミンまたはモノアミン単位を合成しておいて、余剰の水酸基またはアミノ基と、ポリイソシアネートまたはウレタンプレポリマーと反応させて水溶性のアクリルウレタン樹脂を得る方法も知られているが(例えば特開2017-2222号公報の実施例)、樹脂製造時の取り扱いや加熱乾燥時の臭気等の観点ではこのようなメルカプト基を有する化合物を使用しないことが望ましい。
【0051】
<その他有機溶剤>
本発明における水性フレキソインキはその効果に支障のない範囲で他の有機溶剤を使用してもよく、使用する場合はアルコール系有機溶剤であることが好ましい。かかる有機溶剤は例えばエタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-メチル-1-プロパノール、2-ブタノール、t-ブタノール、2-メチル-2-プロパノール等が挙げられ、本発明の水性フレキソインキにおいて、基材への濡れ性等を制御することができるため好ましい。
【0052】
<その他添加剤>
上記以外で使用できる添加剤としては、ブロッキング防止剤、増粘剤、レオロジー調整剤、消泡剤、レベリング剤、防腐剤、表面張力調整剤、pH調整剤などが好適に挙げられる。
【0053】
本発明の水性フレキソインキは基材への濡れ性(レベリング性)を調節する目的でレベリング調整剤を使用することが好ましい。日信化学社製サーフィノール104E、104H、104A、104PA、104PG-50、104、420、440、465、485、SE、SE-F、PSA-336、61、2502、ダイノール604、607、ビックケミー社製BYK-012、017、190、194、381、3441、302、307、325、331、333、342、345、346、347、348、349、378、3455、Dynwet800Nが挙げられるがこれらに限らない。かかる表面調整剤としてはアセチレングリコール系化合物であることが好ましく、エチレンオキサイド付加されたアセチレングリコール系化合物であることがより好ましい。表面調整剤の添加量は、水性フレキソインキ総質量中、0.1~2質量%使用することが好ましい。
【0054】
本発明の水性フレキソインキはpHが6.5~10.0に調整されていることが好ましい。pHの調整には上記の無機水酸化物またはアミン化合物を使用することが好ましい。
【0055】
<硬化剤>
本発明の水性フレキソインキには、水性ウレタン樹脂または水性アクリルウレタン樹脂に対して硬化剤を用いて架橋させることで基材への密着性向上、インキ塗膜のラミネート強度、耐水性向上させることができる。当該水性ウレタン樹脂または水性アクリルウレタン樹脂はカルボキシル基などの酸性基を有する場合、ヒドラジン系化合物、カルボジイミド化合物またはエポキシ化合物を使用することが好ましい。
ヒドラジン系化合物としてはアジピン酸ジヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジド、イソフタル酸ジヒドラジドその他のジヒドラジド化合物が好ましい。
カルボジイミド化合物とは、カルボジイミド基を有する化合物であり、例えば日清紡社製カルボジライトE-02、E-03A、SV-02、V-02、V02-L2、V-04等が挙げられる。
エポキシ化合物とはエポキシ基を有する化合物をいい、例えばADEKA社製アデカレジンEP-4000、EP-4005、7001などの脂環式エポキシが挙げられる。
当該硬化剤は水性フレキソインキ総質量に対して0.1~5質量%で使用することが好ましく、0.1~3質量%で使用することがより好ましい。
【0056】
水性ウレタン樹脂または水性アクリルウレタン樹脂がアミノ基または水酸基を有する場合、硬化剤としてイソシアネート化合物を使用することが好ましい。具体的には三井化学社製タケネートWD725、タケネートWD730等が挙げられる。なお上述のポリイソシアネートにおいて記載した化合物を使用してもよい。当該硬化剤は水性フレキソインキ総質量に対して0.3~5質量%で使用することが好ましく、0.5~3質量%で使用することがより好ましい。
【0057】
上記の架橋剤の添加量は水性フレキソインキ100質量%中、固形分換算で0.5~15質量%程度使用することが好ましい。
【0058】
<水性フレキソインキの製造方法>
本発明の水性フレキソインキは、水性ポリウレタン樹脂または水性アクリルウレタン樹脂、顔料などを水および規定量のグリコールまたはグリコールモノアルキルエーテル中に溶解および/または分散処理(顔料分散)をすることにより製造することができる。その後、得られた分散体に、必要に応じて添加剤、水および有機溶剤等を配合することにより水性フレキソインキを製造することができる。
【0059】
顔料分散に使用する分散機としては、一般に使用される、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ることができる。サンドミル、ガンマミルその他のビーズミルで分散することが好ましい。
【0060】
水性フレキソ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、ろ過等の処理を行ってもよく、ろ過器は公知のものを使用することができる。
【0061】
前記方法で製造された水性フレキソインキの粘度は、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。尚、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。
【0062】
<フレキソ印刷方法>(アニロックスロール)
本発明のフレキソ印刷物の製造方法に使用されるフレキソ印刷に使用されるアニロックスとしては、セル彫刻が施されたセラミックアニロックスロール、クロムメッキアニロックスロール等を使用することができる。優れたドット再現性を有する印刷物を得るために印刷する際に使用する版線数の5倍以上好ましくは6倍以上の線数を有するアニロックスロールが使用される。例えば、使用する版線数が75lpiの場合は375lpi以上のアニロックスが必要であり、版線数が150lpiの場合は750lpi以上のアニロックスロールが必要である。アニロックス容量については本発明の水性フレキソインキの乾燥性とブロッキング性の観点から1-8cc/mの容量、好ましくは2~6cc/mのアニロックスロールである。
【0063】
<フレキソ印刷方法>(フレキソ版)
本発明のフレキソ印刷物の製造方法に使用されるフレキソ印刷に使用される版としてはUV光源による紫外線硬化を利用する感光性樹脂版またはダイレクトレーザー彫刻方式を使用するエラストマー素材版が挙げられる。フレキソ版の画像部の形成方法に関わらず版のスクリーニング線数において75lpi以上のものが使用される。版を貼るスリーブやクッションテープについては任意のものを使用することができる。
【0064】
<フレキソ印刷方法>(印刷機)
フレキソ印刷機としてはCI型多色フレキソ印刷機、ユニット型多色フレキソ印刷機等があり、インキ供給方式についてはチャンバー方式、2ロール方式が挙げることが出来、適宜の印刷機を使用することができる。
【0065】
<ドットゲイン>
フレキソ印刷方式の画像は黄、紅、藍、墨のプロセス色及び特色の網点パーセントの掛け合わせで表現される。フレキソ印刷においてインキの乾燥抑制が不十分で版上でのタックアップが発生した場合、特に10%以下の網点パーセント部において適正なドットゲインを得ることが出来ずに印刷物画像の特にハイライト部にて汚れや滲みのような現象が起きる。ドットゲインは公知の分光濃度・測色計で測定されることができ、ドットゲインはマーレイ・デービス式で得ることができる。5%網点部分で25%以下、1%網点の網点で20%以下、好ましくは5%網点部分で20%以下、1%網点の網点で15%以下、さらには、5%網点部分で15%以下、1%網点の網点で10%以下であることが好ましい。なおドットゲインとは、印刷版にて設定された網点面積率と印刷物の網点面積率が一致せず、印刷物の網点面積率が大きく刷られた状態を指し、印刷物の網点面積率から印刷版にて設定された網点面積率を差し引いた値をいう。
【0066】
<基材>
本発明の印刷物に使用できる基材はプラスチック基材であり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリ乳酸などのポリエステル、ポリスチレン、AS樹脂、ABS樹脂などのポリスチレン系樹脂、ナイロン、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、セロハン、もしくはこれらの複合材料からなるフィルム状の基材が挙げられる。また、シリカ、アルミナ、アルミニウムなどの無機化合物をポリエチレンテレフタレート、ナイロンフィルムに蒸着した蒸着基材も用いることができ、更に蒸着処理面がポリビニルアルコールなどによるコート処理を施されていても良い。
基材は、印刷される面(印刷層と接する面)が易接着処理されていることが好ましく、易接着処理とは、例えば、コロナ放電処理、紫外線/オゾン処理、プラズマ処理、酸素プラズマ処理、プライマー処理等が挙げられる。例えばコロナ放電処理では基材上に水酸基、カルボキシル基、カルボニル基等が発現する。水素結合を利用できるためインキ中には水酸基やアミノ基、カルボジイミド基といった官能基を有する化合物を含むことが好ましい。
【0067】
<積層体>
上記印刷物の印刷層上に、更に異なる基材を、接着剤を介して貼り合わせる(ラミネート)事でラミネート積層体を得ることもできる。積層体は例えば工業用袋、軟包装用袋を製造するために用いられることに有用である。
【実施例
【0068】
以下、実施例をあげて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、本発明における部および%は、特に注釈の無い場合、質量部および質量%を表す。
【0069】
(水酸基価)
なお、水酸基価は、樹脂中の水酸基を過剰のアセチル化試薬にてアセチル化し、残存する酸をアルカリで逆滴定して算出した樹脂1g中の水酸基量を、水酸化カリウムのmg数に換算した値で、JISK0070に従って行った値である。
【0070】
(ガラス転移温度・融点)
示差走査熱量計(DSC)測定によりベースラインシフトにおける変曲点の温度をガラス転移温度とし、融点は吸熱ピークの温度とした。測定装置はリガク社製DSC8231を用いた。測定温度範囲は-100~200℃で行った。
【0071】
(酸価)
樹脂固形分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mg数であり、乾燥させた樹脂について、JIS K2501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により算出した。
【0072】
(重量平均分子量)
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値であり、樹脂をテトラヒドロフランに溶解させ、0.1%の溶液に調製し、東ソー製HLC-8320-GPC(カラム番号M-0053分子量測定範囲約2000~約4000000)により重量平均分子量を測定した。
【0073】
(エマルジョン粒子の平均粒子径)
マイクロトラック・ベル社製 ナノトラックUPA150を用いて、動的光散乱法による粒子分布測定法で測定し、D50の値を平均粒子径とした。
(ポリエチレン粒子の平均粒子径)
ベックマンコールター社製 コールターマルチサイザーを用いて、コールターカウンター法による粒子分布測定法で測定した。測定範囲0.4~1600(μm)
【0074】
[合成例1](水性ポリウレタン樹脂PU1)
還流冷却管、滴下漏斗、ガス導入管、撹拌装置、温度計を備えた4ツ口の2000mlフラスコに数平均分子量2000のポリテトラメチレングリコール(PTG-2000SN)140部、数平均分子量2000のポリエチレングリコール(「PEG」と略記する場合がある)13部、ジメチロールプロピオン酸22部イソホロンジイソシアネート47部を乾燥窒素で置換し、撹拌下にて、温度を徐々に140℃まで昇温した。次に、冷却しながら、28%アンモニア水10部とイオン交換水628部とイソプロピルアルコール30部の混合溶液を上記溶剤型ポリウレタン樹脂に徐々に添滴下して中和することにより水溶化し、固形分25%の水性ポリウレタン樹脂水溶液PU1を得た。
PU1はポリエチレングリコール由来の構造単位5.9%、重量平均分子量は25000、ガラス転移温度は-80℃、酸価36mgKOH/gであった。
【0075】
[合成例2](水性ポリウレタン樹脂PU2)
還流冷却管、滴下漏斗、ガス導入管、撹拌装置、温度計を備えた4ツ口の2000mlフラスコに数平均分子量2000のポリテトラメチレングリコール(PTG-2000SN)73部、数平均分子量2000のポリエチレングリコール80部、ジメチロールプロピオン酸22部イソホロンジイソシアネート47部を乾燥窒素で置換し、撹拌下にて、温度を徐々に140℃まで昇温した。次に、冷却しながら、28%アンモニア水10部とイオン交換水628部とイソプロピルアルコール30部の混合溶液を上記溶剤型ポリウレタン樹脂に徐々に添滴下して中和することにより水溶化し、固形分25%の水性ポリウレタン樹脂水溶液PU2を得た。
PU2はポリエチレングリコール由来の構造単位36%、重量平均分子量は30000、ガラス転移温度は-90℃、酸価36mgKOH/gであった。
【0076】
[合成例3](水性ポリウレタン樹脂PU3)
還流冷却管、滴下漏斗、ガス導入管、撹拌装置、温度計を備えた4ツ口の2000mlフラスコに3-メチル-1,5-ペンタンジオールとアジピン酸の縮合物である数平均分子量2000のポリエステルポリオール(株式会社クラレ製P2010)80部、数平均分子量2000のポリエチレングリコール(PEG-2000)62部、ジメチロールプロピオン酸22部、イソホロンジイソシアネート78部、2エチルヘキシル酸スズ0.03部、MEK200部 アセトン100部を乾燥窒素で置換し、温度を徐々に140℃まで昇温し、末端イソシアネートのウレタンプレポリマーを得た。次に、エチレンジアミン10部、アセトン400部を混合したものに、得られた末端イソシアネートプレポリマー溶液542.03部を、室温で徐々に添加して50℃で3時間反応させ、溶剤型ポリウレタン樹脂溶液を得た。次に、28%アンモニア水10部およびイオン交換水800部を上記溶剤型ポリウレタン樹脂溶液に徐々に添加して中和することにより水溶化し、さらに共沸下でメチルエチルケトン、アセトンの全量を留去し、水で固形分を調整して固形分25%の水性ポリウレタン樹脂水溶液PU3を得た。
PU3はポリエチレングリコール由来の構造単位25%、重量平均分子量は27000、ガラス転移温度は-50℃、酸価32mgKOH/gであった。
【0077】
[合成例4](アクリルウレタン樹脂におけるウレタンプレポリマーAの合成)
還流冷却管、滴下漏斗、ガス導入管、撹拌装置、温度計を備えた4ツ口の2000mlフラスコにアジピン酸と3-メチル-1,5-ペンタンジオールから構成される重量平均分子量2000のポリエステルポリオール(株式会社クラレ製P2010)130部、イソホロンジイソシアネート20.0部を仕込み、攪拌しながら、窒素還流下で温度90℃まで昇温する。次に、触媒として、2エチルヘキシル酸スズを0.03部添加し、3時間反応させた後、反応物中の水酸基がイソシアネート基と全て反応したことを確認し、ノルマルプロパノール30.0部を添加して、更に1時間反応させた。イソシアネート基の消失を確認した後に、冷却してメチルエチルケトン120部を添加し更に30分撹拌して均一状態を確認した後に取り出しを行い、不揮発分50%のウレタンプレポリマー溶液Aを得た。重量平均分子量は14000 酸価0mgKOH/gであった。
【0078】
[合成例5](アクリルウレタン樹脂UR-AC1の合成)
攪拌器、温度計、滴下漏斗および還流器を備えた反応容器に、上記ウレタンプレポリマー溶液Aを120部とメチルエチルケトン30部を仕込み、攪拌しながら、窒素還流下で温度80℃まで昇温した。次に、滴下漏斗に、アクリル酸4部、メタクリル酸メチル6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1.2部を予め混合撹拌したものを仕込み、80℃において反応容器に2時間をかけて滴下した。その後、さらに1時間反応させて、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0.1部を反応器内に添加し、更に1時間反応させて再度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0.1部を反応器内に添加した。反応容器を冷却し、アクリル樹脂からなるグラフト鎖を有するアクリルウレタン樹脂を得た。次に、40℃以下で25%アンモニア水4部を加えてアクリルグラフト鎖を有するウレタン樹脂溶液を中和した。のち脱溶剤および水置換を行い、固形分を34%に調整し、質量比(ウレタン樹脂部:アクリル樹脂部)が86:14、アクリル樹脂部のTgが105℃の水性アクリルウレタン樹脂エマルジョンであるUR-AC1を得た。重量平均分子量は20,000、酸価は43mgKOH/g、エマルジョンの平均粒子径は210nmであった。UR-AC1はチオール基由来の連鎖移動構造を含有しない。
【0079】
[合成例6](アクリルウレタン樹脂UR-AC2の合成)
ウレタン樹脂プレポリマー溶液Aを120部、メチルエチルケトン30部、アクリル酸7部、スチレン8部、メチルメタクリレート35部、n-ブチルメタクリルレート10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1.2部を用いた以外は合成例5と同様の方法にて固形分34%、質量比(ウレタン樹脂部:アクリル樹脂部)が50:50、アクリル樹脂部のTgが67℃の水性アクリルウレタン樹脂エマルジョンであるUR-AC2を得た。重量平均分子量は23000、酸価は44KOH/g、分散体の平均粒子径は230nmであった。UR-AC2はチオール基由来の連鎖移動構造を含有しない。
【0080】
[合成例7](アクリルウレタン樹脂におけるウレタンプレポリマーBの合成)
還流冷却管、滴下漏斗、ガス導入管、撹拌装置、温度計を備えた4ツ口の2000mlフラスコに平均分子量2000のポリテトラメチレングリコール(保土谷化学工業社製PTG-2000)51.5部、アジピン酸と3-メチル-1,5-ペンタンジオールから構成される重量平均分子量2000のポリエステルポリオール(株式会社クラレ製P2010)34.9部、イソホロンジイソシアネート13.6部、チタンジイソプロポキシビズ(エチルアセトアセテート)を0.02部を添加して、110℃にて5時間反応させた。続いて、メチルイソブチルケトン40.0部、2-アミノエタノール1.9部を加え、75℃で2時間反応させた。さらにメチルイソブチルケトン62.3部を添加して、30分撹拌して均一状態を確認した後に取り出しを行い、不揮発分50%のウレタンプレポリマー溶液Bを得た。重量平均分子量は20000、酸価は0mgKOH/gであった。
【0081】
[合成例8](アクリルウレタン樹脂UR-AC3の合成)
攪拌器、温度計、滴下漏斗、還流器を備えた反応容器に、ウレタンプレポリマー溶液Bを60部とノルマルプロパノール30部、アクリル酸8部、メチルメタクリレート52部、n-ブチルアクリレート30.0部を加え、窒素雰囲気下で攪拌しながら75℃まで昇温させた。滴下漏斗に、メチルイソブチルケトン20.0部、開始剤として2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.35部を反応槽に滴下した。75℃で8時間反応させた後、イオン交換水および25%アンモニア水7.9部を加えて中和した。脱溶剤処理および水を用いて固形分調整して固形分34%水性アクリルウレタン樹脂のエマルジョンを得た。得られた水性アクリルウレタン樹脂UR-AC3は質量比(ウレタン樹脂部:アクリル樹脂部)が25:75、アクリル樹脂部のTgが37℃、酸価は41.0mgKOH/g、分子量40000、エマルジョンの平均粒子径は420nmであった。UR-AC3はチオール基由来の連鎖移動構造を含有しない。
【0082】
[実施例1](水性フレキソインキS1)
フタロシアニン系藍顔料(リオノールブルーFG7358G、トーヨーカラー社製)15部 水性ポリウレタン樹脂水溶液(PU1)40部、イオン交換水36.8部をディスパーにて撹拌混合後、サンドミルで30分間分散し、藍顔料分散液を得た。得られた上記藍顔料分散液に、ポリエチレン粒子1(平均粒子径3μm 融点120℃ pH9 固形分40%水分散体)2部、サーフィノール420(日信化学社製 エチレングリコール付加されたアセチレングリコール系の表面調整剤)0.2部、プロピレングリコール6部を加え、水性フレキソインキS1を得た。
【0083】
[実施例2~25](水性フレキソインキS2~S25)
表1に示す配合組成を用いた以外は実施例1と同様の方法で水性フレキソインキS2~S25を調製した。なお、表中の略称は以下を示す。
ポリエチレン粒子2:平均粒子径7μm 融点125℃ pH8 固形分40%水分散体
ポリエチレン粒子3:平均粒子径1μm 融点110℃ pH10 固形分40%水分散体
【0084】
[実施例26]
フタロシアニン系藍色顔料(リオノールブルーFG7358G、トーヨーカラー社製)15部 水性アクリルウレタン樹脂水溶液(UR-AC1)40部、イオン交換水 36.8部をディスパーにて撹拌混合後、サンドミルで分散し、藍顔料分散液を得た。得られた上記藍顔料分散液に、ポリエチレン粒子1(平均粒子径3μm 融点120℃ pH9 固形分40%水分散体)2部、サーフィノール420(日信化学社製 エチレングリコール付加されたアセチレングリコール系の表面調整剤)0.2部、プロピレングリコール6部を加え、水性フレキソインキS26を得た。
【0085】
[実施例27-50](水性フレキソインキS27~S50)
表2に示す配合組成を用いた以外は実施例26と同様の方法で水性フレキソインキS27~S50を調製した。なお、表中の略称は以下を示す。
ポリエチレン粒子2:平均粒子径7μm 融点125℃ pH8 固形分40%水分散体
ポリエチレン粒子3:平均粒子径1μm 融点110℃ pH10 固形分40%水分散体
【0086】
[比較例1](水性フレキソインキR1)
フタロシアニン系藍色顔料(リオノールブルーFG7358G、トーヨーカラー社製)15部、水性ポリウレタン樹脂水溶液(PU1)40部、イオン交換水42.8部をディスパーにて撹拌混合後、サンドミルで30分間分散し、藍顔料分散液を得た。得られた上記藍顔料分散液に、ポリエチレン粒子1(平均粒子径3μm 融点120℃ pH9 固形分40%水分散体)2部、表面調整剤(サーフィノール420 日信化学工業製)0.2部を加え、水性フレキソインキR1を得た。
【0087】
[比較例2~12]
表3に記載の配合組成を用いた以外は比較例1と同様の方法で水性フレキソインキR2~R12を調製した。なお、表中の略称は以下を示す。
JONCRYL HPD-96J:BASF社製 水溶性アクリル樹脂 ガラス転移温度102℃ 固形分25%
ポリオレフィン粒子1:平均粒子径11μm 融点80℃ pH10 固形分40%水分散体
【0088】
<水性フレキソインキの印刷>
上記水性フレキソインキS1を、フレキソ版(感光性樹脂版 KODAK社製 FLEXCEL NXHデジタルフレキソプレート 版厚1.14mm 版線数150lpi)及びアニロックスロール(900lpi 3cc/m)を具備したフレキソ印刷機(MIRAFLEX CM)にて、コロナ処理ポリエステル(PET)基材(東洋紡績社製 E5100、厚さ12μm)にて速度300m/分にて2000m印刷を行い、印刷物を得た。なお印刷層の乾燥条件は乾燥温度:色間ドライヤー100℃、トンネルドライヤー100℃とした。
【0089】
水性フレキソインキS2~S50およびR1~R12について上記と同様の方法でフレキソ印刷を行い、印刷物を得た。
【0090】
上記実施例および比較例で得られたそれぞれの水性フレキソインキまたは印刷物を使用して、網点部の版絡み性、ドットゲイン(1%網点部及び5%網点部)、接着性、ブロッキングおよび耐水摩擦性を評価した。評価結果は表1~3に示した。
【0091】
[版絡み性の評価]
上記実施例および比較例で得られた印刷物について、印刷速度300m/分で2000m印刷後の印刷部にて1%網点部の版絡み性を評価した。
A:1%網点部の太りが見られず鮮明な画像が形成されている。(良好)
B:1%網点部にやや太りが認められ、網点同士は繋がっていない。(使用可)
C:1%網点部の形状が崩れ、網点の繋がり(ドットブリッジ)または汚れが認められる。(不良)
なお実用レベルの評価はAまたはBである。
【0092】
[印刷物ドットゲインの評価]
上記実施例および比較例で得られた印刷物について、印刷速度300m/分で2000m印刷後の印刷部にて1%網点部と5%網点部のドットゲインを測定した。なお、ドットゲインの測定は分光測色計(X-rite社製Exact)のマーレイ・デービス計算方式にて行った。
・1%網点部
A:ドットゲイン値:10%未満(優良)
B:ドットゲイン値:10%以上15%未満(良好)
C:ドットゲイン値:15%以上20%未満(使用可)
D:ドットゲイン値:20%以上(不良)
・5%網点部
A:ドットゲイン値:15%未満(優良)
B:ドットゲイン値:15%以上20%未満(良好)
C:ドットゲイン値:20%以上25%未満(使用可)
D:ドットゲイン値:25%以上(不良)
なお実用レベルの評価はA~Cである。
【0093】
[接着性]
上記実施例および比較例で得られた印刷物について、印刷物の印刷層に粘着テープ(ニチバン社製セロテープ(登録商標)18mm幅)を貼り付け、垂直方向に剥離をおこない、インキ被膜の剥がれた面積の割合から基材密着性を評価した。
A:インキ被膜の剥がれがない(優良)
B:インキ被膜の剥がれが10%未満である(良好)
C:インキ被膜の剥がれが10%以上30%未満(使用可)
D:インキ被膜の剥がれが30%以上70%未満(不良)
E:インキ被膜が70%以上剥がれる(極めて不良)
なお実用レベルの評価はA~Cである。
【0094】
[耐ブロッキング性]
上記実施例および比較例で得られた印刷物について、印刷物の印刷層と印刷に用いたPET基材の非コロナ処理面を重ねた後、荷重5kg/cm、40℃80%RHの環境下で24時間放置し、印刷物の印刷層と重ねた基材を剥がし、重ねた基材へとの剥離抵抗または転移面積にて耐ブロッキング性を評価した。
A:剥離抵抗がなく、印刷層の転移がない(優良)
B:弱い剥離抵抗があるが、印刷層の転移がない(良好)
C:やや強い剥離抵抗があるが、印刷層の転移がない(使用可)
D:印刷層から基材フィルム非処理面への転移が30%未満の面積で認められる(不良)
E:印刷層から基材フィルム非処理面への転移が30%以上の面積で認められる(極めて不良)
なお実用レベルの評価はA~Cである。
【0095】
[耐水摩擦性]
上記実施例および比較例で得られた印刷物について、印刷物を1分間常温水に浸漬させた後、摩擦子にカナキン(JISL0803)を用い、印刷物の印刷層を学振試験機(テスター産業社製)により、荷重500gで500往復させ、印刷層の剥がれた面積の割合から耐水摩擦性について評価した。評価基準は以下の通りである。
A:印刷層の剥がれがない(優良)
B:印刷層の剥がれが5%未満である(良好)
C:印刷層の剥がれが5%以上30%未満である(使用可)
D:印刷層の剥がれが30%以上70%未満である(不良)
E:印刷層の剥がれが70%以上である(極めて不良)
なお実用レベルの評価はA~Cである。
【0096】
【表1】
【0097】
【表1】
【0098】
【表2】
【0099】
【表2】
【0100】
【表3】
【0101】
上記評価結果より水性フレキソインキにおいて版絡み性およびドットゲインが良好であり、かつプラスチック基材と印刷層との密着性、耐ブロッキング性および耐水性に優れた水性フレキソインキを提供することができたことが示された。