JP3333873B2 - 水性スクリーン印刷用インキ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、紙表面にスクリー
ン印刷を行なうことのできる水性スクリーン印刷用イン
キと、その製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、紙表面にスクリーン印刷を施す場
合に使用されるインキは有機溶剤を多量に含む油性イン
キが主体となっている。これは、紙に印刷を施す場合に
水性インキを使用すると、紙面がカールする、紙に皺が
発生する等々の問題があるからである。

【０００３】上記油性インキは、揮発性有機溶剤を多量
に含むため、大気を汚染し、作業者の健康を害する恐れ
があるのみならず、有機溶剤が急速に蒸発するためイン
キの濃度や粘度を絶えず調整しなければならないという
問題点がある。さらに孔版上でスキージーやインキ返し
の面に接しない部分のインキは乾燥が進み皮膜形成が進
行するため、１〜２時間運転すると機械を停止して孔版
上のインキを取り除き、有機溶剤等により清掃する必要
がある。これらを怠ると孔版に目詰まりを起こし、つい
には版をだめにしてしまうのである。また、作業終了時
には速やかに孔版上のインキを取り除き、有機溶剤を使
ってふき取り清掃しなければならないため、作業者は絶
えず蒸発する有機溶剤の雰囲気中に居ることになり、健
康が損なわれるのである。なお、油性のスクリーン印刷
紙に筆等により墨汁等で文字を書くと、ハジキ現象が起
こって文字が書けない等の欠点もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の油性インキを用
いる溶剤型のスクリーン印刷方法は、上記の通り、大気
を汚染し、作業者の人体を蝕み、極めて作業効率の悪い
ものであった。溶剤型のインキによる作業性の悪さは、
価格帯にもおおいに影響を及ぼし、スクリーン印刷紙は
高価なものとなっているのが現状である。このような油
性インキを使用する代わりに水性インキを用いて紙にス
クリーン印刷することが考えられるが、紙に水性スクリ
ーン印刷を施そうとすると、克服しなければならない多
くの課題があった。すなわち、スクリーン孔版上でイン
キが皮膜形成されない、スクリーン孔版の目詰まりを起
こさせない、印刷紙に皺を発生させない、印刷紙をカー
ルさせない、得られたスクリーン印刷皮膜は強靱で弾力
性と耐候性に優れていなければならない等の課題であ
る。

【０００５】さらに、スクリーン印刷インキはスキージ
の圧力によって剪断を繰り返し、さらにインキ返しが移
動するため、スキージやインキ返しの剪断に耐えうる機
械安定性の良い水性インキが必要となる。スクリーン版
上のインキはスキージにより孔部より押し出され紙に圧
着され、さらに乾燥工程を経て文字や文様図柄となり完
成されるのである。プラスチック類、金属類、あるいは
布類等のスクリーン印刷は水性インキにより印刷が行わ
れているが、多孔質な紙に水性インキによりスクリーン
印刷を施す実例は水性ＵＶインキを除いて皆無である。

【０００６】上記水性ＵＶインキは、強力な紫外線によ
りインキを硬化するものである。したがって、水性ＵＶ
インキを用いて紙にスクリーン印刷した場合、インキを
硬化させるため紫外線を照射すると、該照射された紙は
変色するという大きな問題が生じる。また、現在の技術
ではＵＶインキで印刷、硬化された印刷面には２度塗り
ができないという問題もある。さらに、ＵＶインキの紫
外線照射装置はあまりにも高価で一般的でなく実用に値
しない。

【０００７】水性インキによりスクリーン印刷を施した
場合に、なぜ印刷紙にカールや皺が発生するのか、その
理由は簡単である。特殊な加工を施した紙を除いて漉紙
されたままの紙は、親水性であり水と極めてなじみが良
い。紙は、パルプ繊維を均等に配列し、糊料の力により
成しているのであるが、水分を与えると紙を構成してい
る糊料が犯され、パルプ繊維の配列を狂わす。これらが
カールや皺の原因となっているのである。これらの原因
を除くには、印刷用紙に水分を浸透させないで、印刷後
素早く乾燥を開始する必要がある。

【０００８】本発明は、上記水性インキ使用上の課題を
解決すべく種々研究を行った結果完成されたものであ
り、従来使用ができなかった紙用の水性スクリーン印刷
用インキとその製造方法を提供し、上記従来の溶剤型の
印刷で生じていた自然環境、作業環境、作業性、価格帯
等における種々の問題点を解決するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は以下のような構成とした。すなわち、本発
明にかかるスクリーン印刷用インキは、けん化度が９
８．０〜９９．０ｍｏｉｅ％のポリビニールアルコール
を溶解した濃度２４〜２６重量％の水溶液に、ポリエチ
レングリコール、有用微生物群、耐水化剤、消泡剤、エ
マルジョン及び顔料を適量ずつ含有せしめたことを特徴
としている。

【００１０】上記、ポリエチレングリコールの分子量は
４０００以上であるのが好ましい。さらに、エマルジョ
ンとしては、樹脂濃度３０％以上、粘度５００ｃｐｓ以
下の高濃度低粘度型で、最低造膜温度（ＭＦＴ）が２５
〜５０℃程度のエマルジョンを用いるのが好ましい。

【００１１】また、本発明にかかるスクリーン印刷用イ
ンキの製造方法は、ポリビニールアルコールの水溶液を
撹拌しながら消泡剤、有用微生物群を適量ずつ添加し、
さらに別途溶解したポリエチレングリコール溶液と耐水
化剤を適量ずつ添加混合してインキベースを得る工程
と、得られたインキベースにエマルジョンを添加して粘
度を調整する粘度調整工程と、粘度調整後のインキベー
スに水系ペースト状顔料を添加混合する工程とを経て目
的とする水性スクリーン印刷用インキを得ることを特徴
としている。

【００１２】この製造方法において使用するポリビニー
ルアルコールのけん化度、ポリビニールアルコール水溶
液の濃度、添加するポリエチレングリコールの分子量等
の好ましい範囲については上記の通りである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明について具体例をあ
げつつ詳細に説明する。この水性スクリーン印刷用イン
キは、ポリビニールアルコール（ＰＶＡ）の水溶液を必
須成分としている。ＰＶＡは、接着剤等に古くから使用
されているが、印刷インキに主成分として使用された例
はない。本発明で使用するＰＶＡとしては、けん化度が
９８．０〜９９．０ｍｏｉｅ％の完全けん化ＰＶＡを用
いるのが最も好ましい。ＰＶＡは、水溶液の乾燥皮膜物
性、作業性、安全性、環境性、価格等の面で水性インキ
の原料として最適の樹脂であることがわかった。また、
ＰＶＡ水溶液は、濃度が高いほど、放置温度が低いほ
ど、粘度が上昇しゲル化する。本発明のインキにおける
水溶液中のＰＶＡ樹脂濃度は、顔料抱合力、乾燥皮膜の
強靭性、耐候性等に優れた皮膜を形成するため、２０〜
３０％（重量％、以下同じ）とするのが好ましく、２４
〜２６％とするのがより好ましい。

【００１４】また、ＰＶＡ水溶液の常温における粘度は
１５００〜２０００ｃｐｓとするのが好ましかった。Ｐ
ＶＡ水溶液の粘度としてこの範囲を選ぶのは、印刷から
乾燥まで完全に自動化されたハイスピードスクリーン印
刷機械に使用するインキとしての上限限界粘度であるか
らである。また、ＰＶＡ水溶液は、他の高分子やエマル
ジョンに比べ１５００〜２０００ｃｐｓ程度の粘度範囲
で初期接着力がきわめて低く、このため印刷紙をカール
させたり、皺を発生させたりしないという利点がある。
このため、スクリーン印刷を施した紙面に圧着されたイ
ンキは、紙に浸透する力が弱く、紙面に十分に馴染まな
い。しかしながら、印刷後、印刷物が乾燥炉で溶融さ
れ、紙と強力に密着するため、初期接着力の悪さは皺や
カールの発生を防ぐ点で利点となるのである。

【００１５】ＰＶＡ水溶液の粘度は、液温によって著し
く変化する。ＰＶＡの種類やグレードによっても異なる
が、樹脂濃度２５重量％を基準として、液温９０℃で粘
度が４００ｃｐｓ、常温の２５℃で１００００ｃｐｓと
なり、このままの数値ではスクリーン印刷インキとして
は使用できない。スクリーン印刷用インキは、スクリー
ン孔版の性質、安全性、精度の観点からインキの液温は
常温の２５℃を維持しなければならず、液温を上げるこ
とにより、粘度の低下を図る方法は採用できない。一
方、ＰＶＡ水溶液を得るには、常温水に撹拌しながらＰ
ＶＡを仕込んで加熱する。液温が約９５℃に到達後６０
分位で完溶し、その時の粘度は上記の通り、２５％濃度
で約４００ｃｐｓであるが、周辺温度が２５℃のときの
粘度は１００００ｃｐｓとなり、さらに放置温度が低い
とゲル化するので、この水溶液のみではスクリーン印刷
に適した粘度とならないのである。

【００１６】さらに、ＰＶＡ水溶液は気泡性があるた
め、撹拌は穏やかに、空気を巻き込まない範囲の回転速
度で撹拌機械を回転させなければならない。また、消泡
剤の添加も必要である。消泡剤としては、シリコン系の
消泡剤は印刷面のハジキや印刷斑を生じさせるために不
適であり、これ以外の消泡剤、例えばサンノブコ株式会
社製ＳＮデフオーマー４８３（商品名）を用いるのが効
果的である。

【００１７】ＰＶＡの乾燥皮膜は、高湿度下では柔軟で
あるが低湿度下では堅くて脆い。このため、このままで
は印刷インキの皮膜として不適であるが、この問題は次
のように解決した。すなわち、ＰＶＡの溶解が完了する
と同時に撹拌しながらゆっくりとＥＭをＰＶＡに対して
５％加える。ＥＭとは、Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｍｉｃｒ
ｏ−ｏｒｇａｎｉｓｍｓ（「有用微生物群」）のことで
あり、自然界から光合成細菌、酵母菌、乳酸菌、麹菌等
の有用な微生物を選んで共存させた液状のもので、近年
環境保全等の見地から注目を集めているものである。Ｅ
Ｍは水に最も近い粘性の液体で、ＰＨは３程度の強酸性
である。ＥＭは、一定の環境下で抗酸化蛋白質又は低分
子の抗酸化物質を生成する能力があるといわれており、
ＰＶＡ水溶液等はこの生成に適した環境を提供すると考
えられる。このＥＭをＰＶＡに対して５％加えることに
よりＰＶＡ水溶液はＰＨ６に保ち、長時間にわたって安
定している。ＰＶＡ水溶液を弱酸性側に保つ理由は、Ｐ
ＶＡ水溶液の乾燥皮膜をある程度の耐水性を保つものと
するため後述の耐水化剤を加えるが、耐水化剤の効果
は、ＰＶＡ水溶液が酸性側においてより耐水化するから
である。

【００１８】ＰＶＡ水溶液中にＥＭを加えた水溶液の粘
度は周辺温度２５℃において４０００ｃｐｓを保ち増粘
しない。さらに、ＥＭは抗酸化作用が大のため、防腐、
防錆、防カビの効果もあり、ＰＶＡ水溶液中に人体や自
然環境に及ぼす有害な防腐、防カビ剤を添加する必要が
なくなる。このため、ＰＶＡ水溶液を主成分とした実用
的な紙用水性スクリーン印刷インキにはＥＭは殆ど不可
欠なものといえる。

【００１９】さらに、ＰＶＡ水溶液の乾燥皮膜の低湿度
下での堅さや脆さはＰＶＡに対してポリエチレングリコ
ール（ＰＥＧ）を適量加えることにより大幅に改善する
ことができる。ＰＥＧは非常に優れた湿潤性と潤滑性を
もち、乾燥を遅らす遅乾剤の効果もあるため、スクリー
ン孔版上でのインキの滑りが良く、スクリーン孔版上で
の乾燥を遅らせる効果も大である。さらにスクリーン孔
版の孔部にインキの目詰まりをおこさせない効果があ
り、ＰＶＡを主成分とした紙用水性スクリーン印刷イン
キ組成の重要な要因である。ＰＥＧは重合度により吸湿
性が異なるもので、本発明におけるＰＥＧの分子量は４
０００以上のものが好ましい。

【００２０】また、紙用水性スクリーン印刷インキの粘
度を、好ましい粘度範囲に調整するためにエマルジョン
を加える。粘度を調整するだけなら水によっても調整で
きるが、エマルジョンは顔料抱合力、印刷面の耐ブロッ
キング性、耐水性、印刷面の光沢、印刷面の強度、イン
キのレベリング性等を改善するための重要な成分である
ので、これを添加して粘度を調整するのが好ましい。な
お、エマルジョンとしては、樹脂濃度３０％以上、粘度
５００ｃｐｓ以下の高濃度低粘度型で、最低造膜温度
（ＭＦＴ）が２５〜５０℃程度のエマルジョンが好まし
い。

【００２１】さらに、エマルジョンを選定する場合は、
スチレン、ブタジエン、ＮＢＲ、ＳＢＲ、塩化ビニー
ル、酢酸ビニール、ポリエチレン等のような耐光性、耐
候性に問題のあるエマルジョンは避けなければならな
い。また、最低造膜温度（ＭＦＴ）２５℃以上のエマル
ジョンは、スクリーン孔版上でのインキの乾燥を遅らす
効果もある。最低造膜温度が低いエマルジョンを使用す
ると、スクリーン孔版上で乾燥が早まり、他の装置、あ
るいは他の部分でトラブルが発生し、作業を停止した間
にスクリーン孔版上でインキが乾燥して皮膜化が進み、
孔部に目づまりを発生させてスクリーン孔版をだめにす
ることがあるので好ましくない。

【００２２】以上に、ＰＶＡを主成分とした紙用水性ス
クリーン印刷インキの主な組成について記述したが、Ｐ
ＶＡ水溶液を主成分とし、ＥＭ、ＰＥＧ、エマルジョン
を加えた組成の乾燥皮膜の耐水性を向上させるため、耐
水化剤を添加しておくのが好ましい。耐水化剤として
は、例えば日本ＰＭＣ株式会社製の印刷適正向上剤ＰＡ
６２０（商品名）が非常に効果的であり、スクリーン印
刷紙上へのオフセット印刷、活版印刷、ワープロによる
印字等において有効な印刷適正をもっている。さらにイ
ンキとして完成するには、使用目的に合わせた体質顔
料、着色顔料を１０〜２０％加える。体質顔料、着色顔
料は水系のペースト状態で市販されているから必要に応
じて加えればよい。

【００２３】次に、本発明の水性インキの製造方法につ
いて具体例を挙げて詳細に説明する。まず、分子量４０
００以上のＰＥＧを１００部に対して熱湯１００部を加
え撹拌する。約１〜２分で完全に溶解する。

【００２４】別の容器に常温の水をいれ、ゆっくりと撹
拌しながらＰＶＡを仕込み、撹拌しつつ加熱をはじめ
る。液温が９５℃で約６０分位で透明になり完溶するの
で、完溶したら加熱を止める。完溶したＰＶＡ液をゆっ
くりと撹拌しながら消泡剤を適量加え、さらにＥＭを所
定量加える。さらに撹拌を続けながら溶解したＰＥＧ液
をゆっくりと加え、なおも撹拌を続けながら耐水化剤を
適量加え、約３０分撹拌したのち１２時間熟成する。こ
れにより紙用水性スクリーン印刷用インキのベースがえ
られる。

【００２５】得られた紙用水性スクリーン印刷用インキ
のベースを液温２５℃に保つ保温装置の別の容器に移
し、ゆっくりと撹拌しつつ、粘度が１０００ｃｐｓにな
るまでエマルジョンを加えてゆく。さらにゆっくりと撹
拌しつつ消泡剤を適量加え、なおもゆっくりと撹拌をし
ながら、目的の色に合わせた市販の水系ペースト状の顔
料を加える。約１０〜２０分撹拌すれば紙用水性スクリ
ーン印刷用インキが完成する。

【００２６】

【実施例】加熱用の熱源としてボイラーの蒸気を利用し
た。使用する容器は二重構造とし、容器の外容部と内容
部は完全に遮断していて、お互い流通しない構造とし
た。さらに容器の上部は解放していて、水、その他配合
物を容易に投入できる構造とし、あらかじめ外容部には
水を入れておき、蒸気の発生部分のパイプと接続してあ
り、外容部の水温が上昇することにより、内容部が加温
される構造とした。撹拌機は内容部を撹拌するように取
り付けてあり、撹拌軸の回転は変速できる構造とした。
さらに内容部タンク側面に、作業性に支障を来さない部
分に温度計を取り付けてあり、内容部の液温が素早く読
み取れる構造とした。

【００２７】容器の内容部に常温の水１００部を仕込
み、ゆっくりと撹拌しつつ粒状の完全けん化ＰＶＡ２５
重量部をゆっくりと加える。粒状のＰＶＡが分散してい
るのを確認し、さらに気泡が発生しない程度の速度で撹
拌しつつ、水を入れた外容部の蒸気排出バルブを開き加
熱を始める。温度が９５℃に達したとき蒸気排出バルブ
を最小排出量に絞り液温を９５℃以下にならないよう
に、さらに液温が１００℃を越えないように温度調整し
た。約６０分、後粒状のＰＶＡが溶解したのを確認し、
蒸気の排出バルブを閉じ加温を終了した。

【００２８】次に、ＰＶＡ２５重量部に対してサンノブ
コ株式会社製ＳＮデフオーマー４８３Ｋ（商品名）消泡
剤を０．２％加え、さらに、有限会社サン興産業社製Ｍ
ＳＫ［環境浄化材］（商品名）のＥＭ液５％重量部をゆ
っくりと加えた。なお、ＥＭとしては、（財）自然農法
国際研究開発センター事業部ＥＭ研究所製ＥＭ（商品
名）、砂研（株）製ＥＭ（商品名）等も使用することが
可能であった。別の容器に第一工業製薬株式会社製ＰＥ
Ｇ４０００（商品名）のフレーク状のＰＥＧ１．５ｋｇ
を入れ、撹拌しつつ熱湯１．５ｋｇをゆっくりと加え
た。約１〜２分後に完全に溶解した。ＰＶＡ溶液を気泡
が発生しない程度にゆっくりと撹拌しつつ、溶解したＰ
ＥＧ溶液を加え、さらに撹拌しながら日本ＰＭＣ株式会
社製印刷適正向上剤ＰＡ６２０（商品名）を０．６％加
えた。さらに３０分間撹拌した後１２時間熟成し、紙用
水性スクリーン印刷用インキのベースを完成した。

【００２９】熟成完了後、得られた紙用水性スクリーン
印刷用インキのベース水溶液を必要量だけ別の容器に移
した。その容器は円形の容器で、容器の外周には電熱の
バンドヒーターが取り付けられ、インキの液温が２５℃
を保つように構成されている。また、回転が調整できる
撹拌装置も取り付けられている。この容器にいれた紙用
水性スクリーン印刷用インキのベースを撹拌しながら、
ヘキスト合成株式会社製モビニール９０００（商品
名）、アクリル共重合樹脂エマルジョン（樹脂濃度４３
％、粘度３００ｃｐｓ、最低造膜温度３０℃）を上記紙
用水性スクリーン印刷用インキのベースに対して２０部
加えた。そのときの粘度は１０００ｃｐｓであった。さ
らに撹拌をしながら、消泡剤を０．１％加えた。

【００３０】ついで、熟成したＰＶＡ水溶液を主成分と
する上記インキのベース１００重量部をゆっくりと撹拌
しながら、水系のホワイト顔料（商品名：住化カラーＰ
ＭＡ）２０重量部を加え、さらに水系のピンク顔料（商
品名：住化カラーＰＭ−５ＢＦＰ）０．３重量部を加え
た１５分撹拌した後、撹拌を停止した。これにより、粘
度は１０２０ｃｐｓ、淡色のピンク色のインキが得られ
た。

【００３１】スクリーン印刷用紙は毎葉の白色の和紙を
用いた。和紙の厚さは坪量１２０ｇ／ｍ² の比較的厚い
ものを使用し、和紙の寸法は幅８００ｍｍ、長さ５６０
ｍｍのものを使用した。図柄は約３ｍｍ位の桜の花びら
を全面に配置した図柄とし、紙面全体に占める印刷面積
は約８０％位である。和紙は多孔質で吸水性が大のた
め、非常にカールしやすく印刷後に素早く乾燥を開始す
る必要がある。シルクスクリーン印刷機械は桜井グラフ
ィックシステムズ社製を用いた。機械の全容は、給紙
部、印刷部、乾燥炉、排紙部からなり、印刷スピード枚
数は毎時８００〜３５００枚の範囲で調整でき、乾燥炉
は遠赤外線で乾燥を行う方式であり、炉内部の温度設定
は第一乾燥炉、第二乾燥炉、第三乾燥炉、第四乾燥炉と
なっており、各炉内の温度設定は０〜１００℃の範囲で
調整できる装置を備えてある。印刷するスクリーンのメ
ッシュは２００メッシュとした。印刷スピードは毎時２
５００枚に設定、乾燥炉温度を第一乾燥炉は４１℃に、
第二乾燥炉は４４℃に、第三乾燥炉は４７℃に、第四乾
燥炉は５０℃に設定した。印刷開始スピードは毎時２５
００枚、乾燥開始時間まで約３秒の時間を要し、乾燥炉
から排紙されるまでの時間は約１５分を要し、インキの
使用量は、１ｋｇのインキで４８０枚刷り上がった。刷
り上がった印刷紙は腰があり、全くカールがなく、しか
も鮮明な淡色の小桜模様の風合いに満ちた仕上がりとな
った。さらに、印刷紙の寸法は非常に安定しており、印
刷前の紙寸法と印刷後の紙寸法の誤差は全くなかった。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、自然環境、作業環境、作業性、価格等の面で
従来の溶剤型インキよりもはるかに優れた紙用水性スク
リーン印刷インキを提供することが可能となった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−245380（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−143415（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−183975（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−183974（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−47746（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−46146（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−155476（ＪＰ，Ａ) 特表 平６−509599（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C09D 11/00 - 11/20

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】けん化度が９８．０〜９９．０ｍｏｉｅ％
   のポリビニールアルコールを溶解した濃度２４〜２６重
   量％の水溶液に、ポリエチレングリコール、有用微生物
   群、耐水化剤、消泡剤、エマルジョン及び顔料を適量ず
   つ含有せしめたことを特徴とする水性スクリーン印刷用
   インキ。
2. 【請求項２】ポリエチレングリコールの分子量が４００
   ０以上である請求項１に記載の水性スクリーン印刷用イ
   ンキ。
3. 【請求項３】エマルジョンは、樹脂濃度３０％以上、粘
   度５００ｃｐｓ以下の高濃度低粘度型で、最低造膜温度
   （ＭＦＴ）が２５〜５０℃のエマルジョンである請求項
   １又は２に記載の水性スクリーン印刷用インキ。
4. 【請求項４】ポリビニールアルコールの水溶液を撹拌し
   ながら消泡剤、有用微生物群を適量ずつ添加し、さらに
   別途溶解したポリエチレングリコール溶液と耐水化剤を
   適量ずつ添加混合してインキベースを得る工程と、得ら
   れたインキベースにエマルジョンを添加して粘度を調整
   する粘度調整工程と、粘度調整後のインキベースに水系
   ペースト状顔料を添加混合する工程とを経て目的とする
   水性スクリーン印刷用インキを得ることを特徴とする水
   性スクリーン印刷用インキの製造方法。