JP2005255888A

JP2005255888A - 水性印刷インキ組成物及び印刷物

Info

Publication number: JP2005255888A
Application number: JP2004070728A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Ichikawa; 義人市川; Koji Otani; 浩二大谷; Masao Gobe; 正男五邊
Original assignee: Toyo Ink Mfg Co Ltd
Current assignee: Toyo Ink Mfg Co Ltd
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2004-03-12
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2024-03-12
Also published as: JP4581435B2

Abstract

【課題】
プレプリント方式に適用し得る天然物由来の水性樹脂ワニスを用いて得られる水性印刷インキ組成物及び耐熱性が良好な印刷面を有する印刷物を提供する。
【解決手段】
大豆蛋白を加水分解し、無水ジカルボン酸でアシル化した後、アルカリ中和して得られる水性樹脂ワニスを含有し、プレプリント方式で印刷すること特徴とする水性印刷インキ組成物。さらに、水性樹脂ワニスが固形分換算で全組成物中3重量％以上20重量％未満含有することを特徴とする上記水性印刷インキ組成物及び印刷物。

Description

本発明は、プレプリント方式に適用し得る水性印刷インキ組成物に関する。さらに詳しくは、プレプリント方式に適用し得る天然物由来の水性樹脂ワニスを用いて得られる水性印刷インキ組成物及び耐熱性が良好な印刷面を有する印刷物に関する。

従来、各種紙器及び紙袋に対する印刷、特に水性インキによる印刷分野においては、インキのバインダー樹脂としてスチレン−マレイン酸系共重合体、スチレン−アクリル系共重合体、アクリル系共重合体等の合成高分子が主に用いられている。その理由として、各種モノマーを組み合わせることにより、酸価やガラス転移点等の皮膜特性をコントロールすることで、顔料分散性、耐ブロッキング性、耐摩擦性、耐熱性、耐水性等を付与することが可能であり、アルカリ中和することにより、水性インキ用バインダーとして必要とされる水に対する溶解性を付与し得ることが挙げられる。

一方、近年環境問題が注目を浴びる中、従来の合成高分子が使用される分野に、天然に得られる原料を利用し、環境に与える負荷を低減した素材が開発されている。
その中で、変性大豆蛋白を提供する技術及びその水系分散液を得る技術が開示されており、天然に得られる原料を利用した水性インキ用バインダーとしての適用が期待されている。また、この変性大豆蛋白は熱を受けることにより構造変性し、不可逆的に硬化することから、耐熱性が要求されるプレプリント方式による段ボール生産用インキとしての適用が期待される。

プレプリント印刷方式とは、ジュート紙、クラフト紙、コートボール紙等の表ライナーへ印刷インキを印刷した後、高温の熱板の間を通して中芯および裏紙を貼り合わせることでシート段ボールを形成する方式であり、一般的なシート段ボールの凹凸のある表面に印刷するよりも、高い再現性を得ることができるものである。

プレプリント印刷方式においては、印刷物を高温の熱板の間を通す必要があるため、印刷インキにおいては耐熱性を有することが要求される。
特開平10-130579号公報特開2001-40322号公報米国特許第2,862,918号米国特許第2,932,589号米国特許第4,474,694号

本発明は、段ボール印刷、特にプレプリント方式で段ボール生産を行う際に充分な耐熱性を有することを可能にする天然物由来の水系分散液、及びそれを用いて得られる印刷インキ組成物と、耐熱性、耐摩擦性、耐ブロッキング性、光沢が良好な印刷面を有する印刷物を提供することにある。

本発明者らは、上記の課題を克服すべく検討を重ねた結果、本発明に至った。
すなわち、本発明の第１の発明は大豆蛋白を加水分解し、無水ジカルボン酸変性した後、アルカリ中和して得られる水性樹脂ワニスを含有し、プレプリント方式で印刷することを特徴とする水性印刷インキ組成物である。

第２の発明は、水性樹脂ワニスの固形分が3％以上20％未満であることを特徴とする上記水性印刷インキ組成物である。

第３の発明は、上記水性印刷インキ組成物をプレプリント方式で印刷した印刷物である。

本発明の印刷インキ組成物により、天然物由来の樹脂を利用することにより、従来の合成樹脂の使用を低減することができる。
そして、本発明による印刷物は、充分な耐熱性、耐摩擦性、耐水摩擦性、耐ブロッキング性、光沢が良好な印刷面を有し、プレプリント方式において実用に使用され得るものである。
よって、本発明の印刷インキ組成物は、人の目に触れ、且つ直接手で触ったり擦ったりしてもインキ皮膜が剥がれ落ちにくいことが要求される段ボールに適用することが出来る。

大豆蛋白を加水分解し、無水ジカルボン酸変性した後、アルカリ中和して得られる水性樹脂ワニスとしては、下記に示すものを例示できる。

大豆蛋白の加水分解条件に使用される一般的な条件は：pH約11〜約13；温度約50℃〜約80℃である。また、蛋白質を加水分解できる酵素で処理することにより行うことができる。加水分解する酵素としては、真菌プロテアーゼ、ペクチナーゼ、ラクターゼ及びキモトリプシン等が挙げられるが、これらに限定されない。酵素による加水分解は、充分な量の酵素を、一般的には蛋白質材料の約0.1%〜約10%の酵素を蛋白質材料の水性分散液に添加し、当該酵素と蛋白質分散液とを、酵素が蛋白質材料を加水分解するのに充分な時間で、一般的には約5℃〜約75℃で、及び一般的にはpH約3〜約9で処理することにより行われる。充分加水分解が起こった後、加熱して酵素を失活させ、溶液のpHを蛋白質のほぼ等電点に調節することにより、蛋白質材料を溶液から沈殿させる。

蛋白質材料をアシル化するのに使用するのが好ましい無水ジカルボン酸としては、無水フタル酸、無水コハク酸、無水マレイン酸等が挙げられ、添加する無水ジカルボン酸の量は、蛋白質材料を修飾し、インキ組成物に使用したときに改善された流動特性を与えるのに充分な量である。無水ジカルボン酸の量は好ましくはアルカリ性蛋白質分散液中の蛋白質の質量に対して約2%〜約10%、より好ましくは約4%〜約6質量%である。蛋白質材料をアルカリ溶液中で好ましくは約8より大きいpHで、最も好ましくはpH約9〜約10.5で、約20℃〜約95℃の温度で、より好ましくは約20℃〜約65℃の温度でアシル化することができる。アシル化するpH及び温度条件において、実質的に蛋白質材料をアシル化するのに充分な時間をかけてアシル化剤で蛋白質を処理し、その後、溶液のpHを適当な酸性試薬で蛋白質のほぼ等電点に低下させることにより、溶液から蛋白質材料を沈殿させ、必要に応じて乾燥させる。

必要に応じて、蛋白質材料をアシル化前に還元剤で処理できる。還元剤、好ましくはチオグリコール酸、アンモニウムチオグリコレート、亜硫酸ナトリウム、二酸化硫黄は、蛋白質材料のジスルフィド結合を切断して蛋白質材料を広げ、蛋白質部位をさらにアシル化に利用できるようにする。

なお、上記水性樹脂ワニスは、例えばDupont Soy Polymers社が開発したPro-Cote 5000、Pro-Cote 4200、Pro-Cote 2560を塩基性水溶液により溶解させることにより得ることができる。

大豆蛋白を加水分解し、無水フタル酸変性した蛋白質材料の中和物を得る際用いる塩基性化合物としては、アンモニア、有機アミン、アルカリ金属水酸化物等を挙げることができる。乾燥性を鑑み、常温あるいはわずかの加温で容易に揮発するものが望ましい。

本発明における水性インキ組成物における水性樹脂ワニスの含有量は、固形分で3％以上20％未満が好ましい。3％未満であると、印刷を行う際、水性インキとしての適正な粘度を有し、且つ印刷物の耐摩擦性を保持する為にバインダーとして他の樹脂を多量に併用しなければならず、また天然物由来の樹脂を用い、環境に与える負荷を低減するという本発明の趣旨にそぐわない為、好ましくない。20％を超えると、顔料の添加が制限され、水性インキとして充分な発色性が得られない為、好ましくない。

本発明の水性印刷インキ組成物には着色剤として、一般に印刷インキで使用可能な有機、無機、あるいは体質顔料を用いることができる。さらに、水性印刷インキとしての特性を付与するため、必要に応じて顔料分散用樹脂、耐摩擦性向上剤、消泡剤、増粘剤、ブロッキング防止剤、架橋剤、インキ流動性および顔料分散性を改良するための界面活性剤等を使用することができる。

また、水性印刷インキ組成物に利用可能な有機溶剤類としては、メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール等の低級アルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコールとそのアルキルエーテル類、グリセリン等の水混和性溶剤を挙げることができ、インキの転移性、レベリング性向上を目的として必要に応じて併用することができる。

本発明の印刷インキ組成物は、ボールミル、アトライター、サンドミルなどの通常の印刷インキ製造装置を用いて上記の成分を混練することにより製造される。

本発明の水性印刷インキ組成物はプレプリント方式で印刷されることにより本発明の印刷物が得られる。印刷物は、更に段ボールに成形加工されて包装材等に用いることができる。
[実施例]

以下、実施例および比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら各例に限定されるものではない。なお、各例中の部および％は重量部および重量％を表し、評価結果は表１に示した。
[実施例１]
Pro-Cote 5000（Dupont Soy Polymers社製：大豆蛋白を加水分解し、無水フタル酸化したもの）23.0部、水76.0%、25%アンモニア水1.0%を混合し、50℃で加熱攪拌することにより、水性分散液(A)（固形分23%、粘度（BL粘度計（60rpm、25℃）1000 mPa・s)を得た。

次に、フタロシアニン青色顔料（LIONOL BLUE FG7351（東洋インキ製造（株）製）15部、固形分34%、酸価240 mgKOH／gのスチレン−アクリル系共重合体水溶液（ジョンクリルHPD-96(ジョンソンポリマー株式会社製)）5部、シリコーン系消泡剤（FSアンチフォーム013A、ダウコーニングアジア株式会社製）0.4部、固形分40%のポリエチレンからなる耐摩擦性向上剤の水分散液 4.0部、グリセリン2.0部、水性分散液(A) 48.0部、水25.6部から成る混合物を練肉混合することにより、水性印刷インキ組成物を作成した。

得られた印刷インキ組成物を、水を用いて離合社製ザーンカップNo.4で12秒になるように粘度調整し、Kプルーファー（アニロックスロール160線／インチ）により、コートボール紙（大王JWCK、大王製紙株式会社製、170ｇ／m²）に展色し印刷物を得た。
得られた印刷物について、1)耐熱性、2)耐摩擦性、3)耐水摩擦性、4)耐ブロッキング性、5）光沢について評価を行った。評価は下記の方法で行った。なお、実用レベルはA及びBである。

耐熱性：印刷後温度25℃、湿度50%の環境下で1日放置した印刷物について、印刷面にアルミホイルを重ね合わせ、ヒートシールテスター（テスター産業株式会社製）にて2kg／cm²、1.0秒の条件で熱圧着した後、アルミホイルを急速に剥がしたときの印刷皮膜の外観を目視にて観察し、限界温度（インキがアルミホイル表面に移行しない温度）を測定した。なお、評価基準は次の通りとした。
A：限界温度が200℃以上
B：限界温度が180℃以上200℃未満
C：限界温度が180℃未満

耐摩擦性：得られた印刷物を乾燥後、180℃のアイロンで10秒間熱処理し、温度25℃、湿度50%の環境下で1日間放置した後、学振型堅牢度試験機にて、上質紙を当て紙とし、500gの荷重で100回摩擦した。当て紙の着色の度合いを目視にて判定し、耐摩擦性を評価した。なお、判定基準は次の通りとした。
A：当て紙の着色が見られないもの
B：当て紙がうっすらと着色するもの
C：当て紙が色濃く着色するもの

耐水摩擦性：得られた印刷物を乾燥後、180℃のアイロンで10秒間熱処理し、温度25℃、湿度50%の環境下で1日間放置した後、学振型堅牢度試験機にて、含水綿布を当て、200gの荷重で5回摩擦した。当て紙の着色の度合いを目視にて判定し、耐摩擦性を評価した。なお、判定基準は次の通りとした。
A：綿布の着色が見られないもの
B：綿布がうっすらと着色するもの
C：綿布が色濃く着色するもの

耐ブロッキング性：得られた印刷物を乾燥後、180℃のアイロンで10秒間熱処理し、温度25℃、湿度50%の環境下で1日間放置した後、印刷面と印刷面を重ね合わせ、荷重1.0kg／cm²をかけて40℃で24時間放置した後、これを剥がしたときの剥離抵抗及び印刷皮膜の外観の状態を目視にて判定した。なお、評価基準は次の通りとした。
A：剥離抵抗が無く、印刷皮膜が全く剥がれない。
B：剥離抵抗はあるが、印刷皮膜は全く剥がれない。
C：剥離抵抗があり、剥離の際、印刷皮膜が剥がれる。

光沢：印刷物の光沢を光沢計（60°−60°）にて測定した。なお、判定基準は次の通りとした。
A：光沢値35以上
B：光沢値25以上35未満
C：光沢値25未満

[実施例２]
フタロシアニン青色顔料（LIONOL BLUE FG7351（東洋インキ製造（株）製）15部、固形分34%、酸価240 mgKOH／gのスチレン−アクリル系共重合体水溶液（ジョンクリルHPD-96(ジョンソンポリマー株式会社製)）5部、シリコーン系消泡剤（FSアンチフォーム013A、ダウコーニングアジア株式会社製）0.4部、固形分40%のポリエチレンからなる耐摩擦性向上剤の水分散液 4.0部、グリセリン2.0部、水性分散液(A) 32.0部、固形分32%、酸価200 mgKOH／gのスチレン−アクリル系共重合体水性分散液（PDX-7630A(ジョンソンポリマー株式会社製)）22.0部、水19.6部から成る混合物を練肉混合することにより、水性印刷インキ組成物を作成した。実施例１と同様に印刷物を得、評価を行った。

[実施例３]
フタロシアニン青色顔料（LIONOL BLUE FG7351（東洋インキ製造（株）製）15部、固形分34%、酸価240 mgKOH／gのスチレン−アクリル系共重合体水溶液（ジョンクリルHPD-96(ジョンソンポリマー株式会社製)）5部、シリコーン系消泡剤（FSアンチフォーム013A、ダウコーニングアジア株式会社製）0.4部、固形分40%のポリエチレンからなる耐摩擦性向上剤の水分散液 4.0部、グリセリン2.0部、水性分散液(A) 16.0部、固形分32%、酸価200 mgKOH／gのスチレン−アクリル系共重合体水性分散液（PDX-7630A(ジョンソンポリマー株式会社製)）44.0部、水13.6部から成る混合物を練肉混合することにより、水性印刷インキ組成物を作成した。実施例１と同様に印刷物を得、評価を行った。

[比較例1]
フタロシアニン青色顔料（LIONOL BLUE FG7351（東洋インキ製造（株）製）15部、固形分34%、酸価240 mgKOH／gのスチレン−アクリル系共重合体水溶液（ジョンクリルHPD-96(ジョンソンポリマー株式会社製)）5部、シリコーン系消泡剤（FSアンチフォーム013A、ダウコーニングアジア株式会社製）0.4部、固形分40%のポリエチレンからなる耐摩擦性向上剤の水分散液 4.0部、グリセリン2.0部、固形分32%、酸価200 mgKOH／gのスチレン−アクリル系共重合体水性分散液（PDX-7630A(ジョンソンポリマー株式会社製)）60.0部、水13.6部から成る混合物を練肉混合することにより、水性印刷インキ組成物を作成した。実施例１と同様に印刷物を得、評価を行った。

Claims

大豆蛋白を加水分解し、無水ジカルボン酸でアシル化した後、アルカリ中和して得られる水性樹脂ワニスを含有し、プレプリント方式で印刷することを特徴とする水性印刷インキ組成物。
水性樹脂ワニスが固形分換算で全組成物中3重量％以上20重量％未満含有することを特徴とする請求項１記載の水性印刷インキ組成物。
請求項１又は２記載の水性印刷インキ組成物をプレプリント方式により印刷した印刷物。