JP7394581B2 - ポリウレタン樹脂の製造方法 - Google Patents
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Description
この合成方法によれば、アセトンによる刺激臭が低減されるとしても、系内に存在する低分子量の鎖伸長剤や反応停止剤もケチミン化される。
そのケチミン化された低分子量の鎖伸長剤や反応停止剤に起因する別の臭気が発生するため、結局のところ、組成全体としての臭気を十分に抑制できなかった。
さらに粘度安定性に関する効果は、保存時にポリウレタンが低分子量化することを抑制した結果ではあるものの、除去しきれずに残留するケチミン化された低分子量の鎖伸長剤や反応停止剤により、インキ組成物や塗料等とした時の経時安定性が低下する問題が生じた。
また、特に、特許文献2には、水及び分散安定剤存在下でウレタンプレポリマーをケトンの2分子縮合物で鎖伸長させることが記載されている。
すなわち、本発明は、
1.ジオール化合物とジイソシアネート化合物からウレタンプレポリマーを合成し、
次いで該ウレタンプレポリマーと、ポリアミン化合物のアミノ基がケトン化合物により無溶剤条件下でケチミン化された鎖伸長剤及び/又は反応停止剤とを、極性有機溶剤中にて反応させて、末端がケチミン化されたポリウレタンポリウレア樹脂を製造する方法。
2.該鎖伸長剤及び/又は反応停止剤が、上記ケトン化合物としてアセトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトン、ジアセトンアルコールから選ばれる1種以上によりケチミン化された鎖伸長剤及び/又は反応停止剤である1に記載の末端がケチミン化されたポリウレタンポリウレア樹脂を製造する方法。
3.該鎖伸長剤のみが、ケチミン化されたものである1又は2に記載の末端がケチミン化されたポリウレタンポリウレア樹脂を製造する方法、
である。
以下、本発明のポリウレタンポリウレア樹脂の製造方法について説明する。
本発明の方法により得られるポリウレタンポリウレア樹脂は、分子の末端に第1級アミノ基及び第2級アミノ基から選ばれる1種以上を有するポリウレタンポリウレア樹脂である。そして該アミノ基がケチミン化されたものである。
さらに好ましくは、水酸基を有し、及び分子の末端に第1級アミノ基及び第2級アミノ基から選ばれる1種以上を有するポリウレタンポリウレア樹脂である。
これらのポリウレタンポリウレア樹脂としては、有機ジイソシアネート化合物と高分子ジオール化合物との反応によりウレタンプレポリマーを合成し、これに下記の鎖伸長剤、反応停止剤を反応させて得られるポリウレタン樹脂を好適に使用できる。
ウレタンプレポリマーは、以下の有機ジイソシアネート化合物と、高分子ジオール化合物を反応して得る。
(有機ジイソシアネート化合物)
有機ジイソシアネート化合物としては、例えば、1,3-及び/又は1,4-フェニレンジイソシアネート、4,4-ジイソシアナトビフェニル、3,3-ジメチル-4,4-ジイソシアナトビフェニル、トリレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート化合物、ジシクロヘキシルメタン4,4’-ジイソシアネート、1,4-シクロヘキサンジイソシアネート、シクロヘキシレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン-4,4-ジイソシアネート(水添MDI)、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート(水添TDI)、イソホロンジイソシアネート等の脂環族ジイソシアネート化合物、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、エチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ドデカ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、等の脂肪族ジイソシアネート化合物、及び、m-および/またはp-キシリレンジイソシアネート(XDI)、α,α,α’,α’-テトラメチルキシリレンジイソシアネート等の芳香脂肪族ジイソシアネート化合物が挙げられ、これらの有機ジイソシアネート化合物を、単独又は2種以上混合して使用できる。中でも脂環族ジイソシアネート、脂肪族ジイソシアネート及び芳香脂肪族ジイソシアネートがより好ましい。
高分子ジオール化合物としては、例えば、アジピン酸、セバシン酸、無水フタール酸等の二塩基酸の1種又は2種以上と、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール等のグリコール類の1種又は2種以上とを縮合反応させて得られるポリエステルジオール類、ポリカプロラクトンジオール類等のポリエステルジオール化合物、さらに、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール類、ビスフェノールAのエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等のアルキレンオキサイド付加物等のポリエーテルジオール化合物等が挙げられる。これらの高分子ジオール化合物を、単独又は2種以上を混合して使用できる。中でも、アジピン酸と3-メチル-1,5-ペンタンジオールを縮合反応させて得られた数平均分子量が1000~8000の3-メチル-1,5-ペンチレンアジペートジオールが好ましく、さらに数平均分子量1000~4000の3-メチル-1,5-ペンチレンアジペートジオールが好ましい。
環境面を考慮して、バイオポリエステルジオール化合物を、植物由来の成分を含む材料から合成してもよい。
バイオポリエステルジオール化合物を含むポリエステルジオール化合物とイソシアネート化合物との反応によりポリウレタンポリウレア樹脂を得ることができ、かつ上記の植物由来ではないポリエステルジオール化合物を併用することもできる。
このため、炭素数が2~4の短鎖ジオール化合物と、カルボン酸成分とを反応させたバイオポリエステルポリオール(バイオマスポリエステルポリオール)を採用できる。バイオポリオール成分は、短鎖ジオール化合物およびカルボン酸成分のうち、少なくともいずれか一方が植物由来であることがより好ましく、両方が植物由来であることがさらに好ましい。
植物由来の炭素数が2~4の短鎖ジオール化合物は特に限定されない。一例を挙げると、短鎖ジオール化合物は、以下の方法により植物原料から得られる、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、エチレングリコール等であってもよい。これらは併用されてもよい。
1,3-プロパンジオールは、植物資源(たとえばトウモロコシ等)を分解してグルコースが得られる発酵法により、グリセロールから3-ヒドロキシプロピルアルデヒド(HPA)を経て、製造され得る。上記発酵法のようなバイオ法で製造された1,3-プロパンジオール化合物は、EO製造法の1,3-プロパンジオール化合物と比較して、乳酸など有用な副生成物が得られ、しかも製造コストも低く抑えることが可能である。1,4-ブタンジオールは、植物資源からグリコールを製造し発酵することによって得られたコハク酸を得て、これを水添することにより製造され得る。また、エチレングリコールは、常法によって得られるバイオエタノールからエチレンを経て製造され得る。
バイオポリオール成分は、植物由来の短鎖ジオール化合物と植物由来のカルボン酸とを、適宜縮合反応させることにより、100%植物由来のバイオポリエステルポリオールとして生成され得る。具体的には、植物由来のセバシン酸と、植物由来の1,3-プロパンジオールとを直接脱水縮合することにより、ポリトリメチレンセバケートポリオールが得られる。また、植物由来のコハク酸と、植物由来の1,4-ブタンジオールとを直接脱水縮合することにより、ポリブチレンサクシネートポリオールが得られ、これらは併用されてもよい。
更に上記高分子ジオール化合物に加えて、1,4-ペンタンジオール、2,5-ヘキサンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール等のアルカンジオールや、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール等の低分子ジオール化合物を単独又は2種以上混合して併用することもできる。
有機ジイソシアネート化合物と高分子ジオールとの反応時において触媒を使用することができる。
中でも有機金属系化合物を使用することが好ましく、このような有機金属系化合物として、ジブチルチタニウムジクロライド、テトラブチルチタネート、及びブトキシチタニウムトリクロライド等のチタン化合物、ジブチル錫スルファイド、トリブチル錫スルファイド、トリブチル錫オキシド、ジブチル錫ジクロライド、ジブチル錫オキシド、ジブチル錫ジブロマイド、ジブチル錫ジマレエート、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、ジオクチル錫ジラウレート、トリブチル錫アセテート、トリブチル錫クロライド、トリエチル錫エトキサイド、トリブチル錫エトキサイド、ジオクチル錫オキシド、トリブチル錫トリクロロアセテート、及び2-エチルヘキサン酸錫等の錫化合物、オレイン酸鉛、2-エチルヘキサン酸鉛、安息香酸鉛、及びナフテン酸鉛等の鉛化合物、さらに、2-エチルヘキサン酸鉄、鉄アセチルアセトネート、安息香酸コバルト、2-エチルヘキサン酸コバルト、ナフテン酸亜鉛、2-エチルヘキサン酸亜鉛、ナフテン酸ジルコニウム等がある。そして、これらの中でもテトラブチルチタネート等のチタン化合物が好ましい。
また3級アミン化合物を使用でき、例えば、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、1,4-ジアザビシクロ(2,2,2)オクタン、および1,8-ジアザビシクロ(5,4,0)-ウンデセン-7(DBU)を使用することができる。
鎖伸長剤としては、インキ組成物用バインダーとしてのポリウレタンポリウレア樹脂で利用される既知の鎖伸長剤が利用可能であり、例えば、ポリアミン化合物の中でも、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等の脂肪族ジアミン類、イソホロンジアミン、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジアミン等の脂環式ジアミン類、トルイレンジアミン等の芳香族ジアミン類、キシレンジアミン等の芳香脂肪族ジアミン類、N-(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン(アミノエチルエタノールアミン)、N-(2-ヒドロキシエチル)プロピレンジアミン、N,N’-ジ(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン等の水酸基を有するジアミン類、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等のジオール化合物が挙げられる。
更に、ポリウレタンポリウレア樹脂がゲル化しない範囲で、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン等のポリアミン化合物を併用することができる。
ポリウレタンポリウレア樹脂に水酸基を導入する反応停止剤としては、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン等のアルカノールアミン類、N-(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン、N-(2-ヒドロキシエチル)プロピレンジアミン等の水酸基を有するジアミン類が例示できる。また、既知の反応停止剤であるモノアミン化合物、モノアルコール化合物が利用可能であり、具体的には、n-プロピルアミン、n-ブチルアミン等のモノアルキルアミン類、ジ-n-ブチルアミン等のジアルキルアミン類、エタノール等のモノアルコール類を例示することができる。
本発明の製造方法においては、上記の鎖伸長剤及び/又は反応停止剤であるポリアミン化合物を予め過剰量のケトン化合物によりケチミン化されてなるケチミン化合物を使用し、その鎖伸長剤及び/又は反応停止剤を用いてポリウレタンポリウレア樹脂を製造する。特に、上記の鎖伸長剤及び反応停止剤の中から、イソホロンジアミン及び/又はN-(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミンを採用することが好ましい。
ケトン化合物によりケチミン化されたポリアミン化合物は、ケトン化合物の酸素原子が、ポリアミン化合物のアミノ基の窒素原子によって置換された構造を有する。また、使用するケトン化合物としては、アセトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトン、ジアセトンアルコールが好ましい。
このケチミン化反応においてはケトン化合物以外の溶媒を使用しないことが好ましい。本発明では、ケトン化合物以外の溶媒を使用しないことを、無溶剤条件下でケチミン化すると定義する。なお、その後の鎖伸長反応や、ポリウレタンポリウレア樹脂が臭気を有しないという効果を阻害しない範囲で、無溶剤条件下ではなく、極性有機溶媒を配合しても良い。
本発明は、ケチミン化された、鎖伸長剤及び/又は反応停止剤を使用して鎖伸長や反応停止をさせる工程を経るポリウレタンポリウレア樹脂の製造方法であり、その結果得られたポリウレタンポリウレア樹脂はケチミン臭を発生させない。また、有機溶媒に溶解してインキ組成物等としたときの経時安定性に優れる効果を奏する。
なお、ケチミン化されたアミン等は鎖伸長剤として使用することがより望ましく、そのときに、末端停止剤にケチミン化されて得た化合物を使用しないことがより好ましい。
上記の方法により得られたウレタンプレポリマーに対して、ケチミン化された鎖伸長及び/又は反応停止の反応を行うことにより、ポリウレタンポリウレア樹脂を得る。
このため、上記の有機ジイソシアネート化合物と高分子ジオール化合物の反応生成物に、必要に応じて溶媒を加え、さらに、上記のケチミン化された鎖伸長剤及び/又は反応停止剤を添加して反応を行う。
このときの溶媒としては、エステル系溶媒及び/又はアルコール系溶媒が好ましく、エステル系溶媒とアルコール系溶媒の混合物がより好ましく、酢酸プロピルとイソプロピルアルコールが更に好ましく、質量比で、酢酸プロピル:イソプロピルアルコール=1~5:1の範囲が最も好ましい。
なお、本発明において、上記アミン価は固形分1gあたりのアミン価を意味し、0.1Nの塩酸水溶液を用い、電位差滴定法(例えば、COMTITE(AUTO TITRATOR COM-900、BURET B-900、TITSTATIONK-900)、平沼産業社製)によって測定した後、水酸化カリウムの当量に換算した値をいう。
上記の製造方法により得られたポリウレタン樹脂に、顔料及び染料のいずれでも良い着色剤、溶剤、シリカ等のフィラー、塩化ビニル/酢酸ビニル系共重合体、塩化ビニル/アクリル共重合体、顔料分散剤や分散助剤、ロジン及びその誘導体、塩素化ポリプロピレン、ダンマル樹脂、ポリエチレンワックス、脂肪酸アミド等を配合してインキ組成物とする。
必要な構成材料を用いてインキ組成物、特にラミネート用グラビアインキ組成物を製造する方法としては、公知の方法が使用できる。具体的には、例えば、顔料、バインダー樹脂、有機溶剤及び必要に応じて顔料分散剤等の混合物を、高速ミキサー、ボールミル、サンドミル、アトライター等を用いて練肉し、更に、所定の添加剤等の材料の残りを添加、混合することにより得ることができる。
また本発明により得られたポリウレタンポリウレア樹脂を含有する塗料についても、塗料を調製する公知の手段により得ることができる。そして下記のインキ組成物に使用できる成分は、該塗料においても使用できる。
本発明により得られたポリウレタンポリウレア樹脂を含有するインキ組成物に使用しても良い溶剤としては、特に制限はないが、環境に配慮する観点から、芳香族炭化水素系有機溶剤を含有しないことが好ましい。このような溶剤としては、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、ブタノールなどのアルコール系有機溶剤;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン系有機溶剤;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチルなどのエステル系有機溶剤;n-ヘキサン、n-ヘプタン、n-オクタンなどの脂肪族炭化水素系有機溶剤;シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタンなどの脂環族炭化水素系有機溶剤などが挙げられる。前記溶剤は、少なくとも1種を用いればよく、バインダー樹脂の溶解性や乾燥性などを考慮して、2種以上を組み合わせて用いることができる。ただし、環境により配慮する観点から、前記溶剤の中でも、ケトン系有機溶剤の使用を抑制することが好ましい。
更に、本発明により得たポリウレタンポリウレア樹脂を含有したインキ組成物には、濡れ広がり性を向上させるために有機溶剤100重量%中、グリコールエーテル系有機溶剤を0.1~20重量%含有させることが好ましい。グリコールエーテル系有機溶剤の具体例としては、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メチルエーテル、エチレングリコールモノn-プロピルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノn-プロピルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等が例示できる。
さらに好ましい溶剤として、上記のように、鎖伸長及び/又は反応停止段階にて使用された溶媒を採用できる。この場合においても、上記の通り、エステル系溶媒とアルコール系溶媒の混合溶媒が好ましく、酢酸エチルと酢酸プロピルを、質量ベースで酢酸エチル:酢酸プロピル=1~4:1で混合して成る混合エステル系溶媒と、イソプロピルアルコールを混合エステル系溶媒:イソプロピルアルコール=1~5:1で混合してなる溶媒が更に好ましい。
なお、本発明により得られたポリウレタンポリウレア樹脂を含有したインキ組成物には、静電気による印刷不良の緩和、及び、版かぶりの防止やセル再現性の点より水を含有させても良い。水の使用量は、インキ組成物中に10質量%以下、0.1~5.0質量%の範囲であることが好ましい。
本発明により得られたポリウレタンポリウレア樹脂を含有したインキ組成物に配合できるシリカとして、天然産、合成品、結晶性、非結晶性、あるいは疎水性、親水性のもの等が挙げられる。シリカ粒子は、平均粒子径1~5μmの範囲のものが好ましい(なおシリカ粒子の平均粒子径は、粒度分布における積算値50%(D50)での粒径を意味し、コールターカウンター法によって求めることができる)。シリカ粒子は、表面に親水性官能基を有する親水性シリカでも良いし、親水性官能基をアルキルシラン等で変性して疎水化した疎水性シリカでも良いが、親水性のものが好ましい。親水性シリカ粒子を含むインキ組成物は重ね印刷時のインキ組成物の濡れ・広がりを促し、重ね印刷効果(以下「トラッピング性」と記載する場合がある)を向上させる効果も有する。シリカ粒子使用量は、ラミネート用グラビアインキ組成物中に3.0質量%以下、好ましくは、0.1~3.0質量%、より好ましくは0.2~1.5質量%である。含有量が3.0質量%より多いと、光沢が低下する傾向にある。
塩化ビニル/酢酸ビニル系共重合体としては、従来、グラビアインキ組成物等に使用されている塩化ビニルモノマーと酢酸ビニルモノマーを必須成分とし、必要に応じて、プロピオン酸ビニル、モノクロロ酢酸ビニル、バーサチック酸ビニル、ラウリル酸ビニル、ステアリン酸ビニル、安息香酸ビニル等の脂肪酸ビニルモノマー、水酸基等の官能基を有するモノマーを従来からの公知の方法で製造したものが使用できる。
中でも、塩化ビニル/酢酸ビニル系共重合体は、環境に配慮したインキ組成物の有機溶剤系においては、水酸基を有する、好ましくは、50~200の水酸基を有する塩化ビニル/酢酸ビニル系共重合体が好適である。このような水酸基を有する塩化ビニル/酢酸ビニル系共重合体は、酢酸エステル部分の一部をケン化すること、水酸基を有する(メタ)アクリルモノマーを導入することにより得られる。
酢酸エステル部分の一部をケン化することにより得られた水酸基を有する塩化ビニル/酢酸ビニル系共重合体の場合では、分子中の塩化ビニルの反応部位に基づく構成単位(下記式1)、酢酸ビニルの反応部位に基づく構成単位(下記式2)、および酢酸ビニルの反応部位のケン化に基づく構成単位(下記式3)の比率により樹脂の皮膜物性や溶解挙動が決定される。すなわち、塩化ビニルの反応部位に基づく構成単位は樹脂皮膜の強靭さや硬さを付与し、酢酸ビニルの反応部位に基づく構成単位は接着性や柔軟性を付与し、酢酸ビニルの反応部位のケン化に基づく構成単位は環境に配慮したインキ組成物の有機溶剤系への良好な溶解性を付与する。
式1 -CH2-CHCl-
式2 -CH2-CH(OCOCH3)-
式3 -CH2-CH(OH)-
このような塩化ビニル/酢酸ビニル系共重合体は市販されたものでも良く、例えば、日信化学工業社製のソルバインA、AL、TA5R、TA2、TA3、TAO、TAOL、C、CH、CN、CNL等を挙げることができる。
なお、本発明により得られたポリウレタンポリウレア樹脂を含有したインキ組成物で使用する上記塩化ビニル/酢酸ビニル系共重合体は、後記の有機溶剤に対する溶解性や印刷適性の点から、分子内に各種官能基を有していることが好ましい。
また、上記有機溶剤として環境に配慮した溶剤が使用されるときは、上記塩化ビニル/酢酸ビニル系共重合体は、50~200の水酸基を有していることが好ましい。このような塩化ビニル/酢酸ビニル系共重合体の市販品としては、例えば、日信化学工業社製のソルバインA、AL、TA5R、TA2、TA3、TAO、TAOL等を使用することが好ましい。
塩化ビニルとアクリルモノマーの共重合体を主成分とするものである。共重合体の形態は特に限定されず、例えば、アクリルモノマーはポリ塩化ビニルの主鎖にブロックないしランダムに組み込まれていても良いし、ポリ塩化ビニルの側鎖にグラフト共重合されていても良い。
アクリルモノマーとして、(メタ)アクリル酸エステル、水酸基を有するアクリルモノマー等を用いることができる。(メタ)アクリル酸エステルの例としては、(メタ)アクリル酸アルキルエステルが挙げられ、アルキル基は直鎖、分岐、環状のいずれであってもよいが、直鎖アルキル基であることが好ましい。例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸ペンチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸テトラデシル、(メタ)アクリル酸ヘキサデシル、(メタ)アクリル酸オクタデシルなどが挙げられる。
水酸基を有するアクリルモノマーの例としては、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸3-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸3-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸4-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸6-ヒドロキシヘキシル、(メタ)アクリル酸8-ヒドロキシオクチルなどの(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルや、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、1,4-シクロヘキサンジメタノールモノ(メタ)アクリレートなどのグリコールモノ(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチルアクリルアミドなどが挙げられる。
また、アクリルモノマーとして、水酸基以外の官能基を有するアクリルモノマーを用いることもできる。水酸基以外の官能基の例としてはカルボキシル基、アミド結合基、アミノ基、アルキレンオキサイド基等が挙げられる。
上記塩化ビニル/アクリル共重合体樹脂は、質量重量平均分子量が1万~7万であることが好ましい。
また、上記有機溶剤として環境に配慮した溶剤への溶解性、基材に対する接着性の点から、上記塩化ビニル/アクリル共重合体は、50~200の水酸基を有していることが好ましい。
ポリウレタンポリウレア樹脂と(塩化ビニル/酢酸ビニル系共重合体及び/又は塩化ビニル/アクリル共重合体)とを、ポリウレタンポリウレア樹脂/(塩化ビニル/酢酸ビニル系共重合体及び/又は塩化ビニル/アクリル共重合体)=100/0~45/55(質量比)で含有することができる。より好ましくはこの質量比を95/5~70/30としても良い。このような割合でポリウレタンポリウレア樹脂と塩化ビニル/酢酸ビニル系共重合体及び/又は塩化ビニル/アクリル共重合体とを含有することで、本発明により得られたポリウレタンポリウレア樹脂を含有したインキ組成物は、フィルムに対するさらに優れた印刷適性及び接着性を有することとなる。更に、ラミネート加工が行われる場合、より優れたラミネート適性を有することとなる。
上記ポリウレタンポリウレア樹脂/(塩化ビニル/酢酸ビニル系共重合体及び/又は塩化ビニル/アクリル共重合体)が45/55を下回る場合、(塩化ビニル/酢酸ビニル系共重合体及び/又は塩化ビニル/アクリル共重合体)の割合が多くなり、本発明により得られたポリウレタンポリウレア樹脂を含有したインキ組成物を用いて形成する印刷物が硬くなり、やはり上記フィルムに対する接着性が不充分となる可能性がある。
併用できる顔料分散剤としては、一般に有機溶剤を含有するグラビアインキ組成物等のインキ組成物に使用できるポリエステル系顔料分散剤が使用できる。具体的には、アジスパーPB821、PB822、PB824、PB881(味の素ファインテクノ社製)、ソルスパース24000、56000(日本ルーブリゾール社製)等が挙げられ、これらの中でも塩基性基含有ポリエステル系高分子分散剤が好適に使用できる。
顔料分散剤の含有量は、全顔料100質量部に対して、通常1~200質量部であることが好ましく、より好ましくは1~60質量部である。
本発明により得られたポリウレタンポリウレア樹脂を含有したインキ組成物には、ロジン及びその誘導体、ダンマル樹脂、塩素化ポリプロピレン、シリカ、ポリエチレンワックス、及び脂肪酸アミドから選ばれる少なくとも1種を含有させることが好ましい。
ロジン及びその誘導体、ダンマル樹脂、塩素化ポリプロピレンは、各種フィルムに対する接着性、ラミネート適性を向上させるものである。これらを1種以上含有させることが好ましい。
シリカ、ポリエチレンワックス、脂肪酸アミドは、トラッピング性、耐ブロッキング性を向上させるものである。これらを1種以上、好ましくは2種以上含有させることが好ましい。
ロジンとしては、ガムロジン、トール油ロジン、ウッドロジン等が挙げられる。一般的にロジンは松から得られる琥珀色、無定形の樹脂であり、天然から得られるため混合物であるが、アビエチン酸、ネオアビエチン酸、パラストリン酸、ピマール酸、イソピマール酸、サンダラコピマール酸、デヒドロアビエチン酸という構成成分ごとに単離して用いても良く、本発明ではこれらもロジンと定義する。
ロジン誘導体は、上記のロジンを変性してなる化合物であり、具体的に以下に列挙する。
(1)水素化ロジン:共役二重結合に水素を付加(水素添加)させて、耐候性を向上させたロジンである。
(2)不均化ロジン:不均化とは、二分子のロジンが反応し、共役二重結合を持った二
分子のアビエチン酸が、一方は芳香族を構成し、もう一方は単独二重結合の分子となる変性である。一般に水添ロジンよりは耐候性が劣るが、未処理よりは向上する。
(3)ロジン変性フェノール樹脂:オフセット印刷のインキ組成物には、メインバインダーとしてロジン変性フェノール樹脂が使われることが多い。ロジン変性フェノール樹脂は公知の製造法で得ることができる。
(4)ロジンエステル:ロジンから誘導されるエステル樹脂であり、古くから粘着・接着剤の粘着付与剤(タッキファイヤー)として用いられる。
(5)ロジン変性マレイン酸樹脂:ロジンに無水マレイン酸を付加反応させたもので、必要に応じてグリセリンなどの水酸基含有化合物を、無水酸基とエステル化させグラフトさせたものも含まれる。
(6)重合ロジン:天然樹脂のロジンから誘導される二量化された樹脂酸を含む誘導体である。
その他、公知のロジン、ロジン誘導体も用いることが可能であり、これらは単独だけでなく併用することができる。
さらに、ロジン及びロジン誘導体の酸価は120mgKOH/g以上であることが好ましい。酸価が120mgKOH/g以上であると、ラミネート強度が向上する。さらに好ましくは酸価が160mgKOH/g以上である。また、ロジンおよびロジン誘導体の合計使用量は、本発明により得られたポリウレタンポリウレア樹脂を含有するインキ組成物の固形分質量%で、3.0質量%以下、好ましくは0.1質量%~3.0質量%である。
塩素化ポリプロピレンとしては、塩素化度が20~50のものを使用できる。塩素化度が20未満の塩素化ポリプロピレンは、有機溶剤との相溶性が低下する傾向がある。一方、塩素化度が50を超える場合、塩素化ポリプロピレンは、フィルムに対する接着性が低下する傾向がある。なお、塩素化度は、塩素化ポリプロピレン樹脂中の塩素原子の質量%で定義される。また、塩素化ポリプロピレンは、重量平均分子量が5000~200000の変性されたまたは未変性の塩素化ポリプロピレンであることが好ましい。重量平均分子量が5000未満の場合、塩素化ポリプロピレンは、接着性が低下する傾向がある。一方、重量平均分子量が200000を超える場合、塩素化ポリプロピレンは、有機溶剤への溶解性が低下する傾向がある。また、塩素化ポリプロピレンの使用量は、本発明により得られたポリウレタンポリウレア樹脂を含有したインキ組成物の固形分質量%で、3.0質量%以下、好ましくは0.1質量%~3.0質量%である。
ダンマル樹脂は、ダマール、ダンマーとも表記され、植物由来の天然樹脂の一種である。詳細には、マレーシア、インドネシアなど東南アジアに生育するフタバガキ科またはカンラン科植物から得られる天然樹脂の一種である。使用する際には適当な有機溶剤に溶解させてワニスとする。ダンマル樹脂は塩素を含有しないため、インキ組成物に塩素化ポリオレフィン樹脂を使用する場合に比べ、塩素を排除・低減することができる。また、ダンマル樹脂の使用量は、本発明により得られたポリウレタンポリウレア樹脂を含有するインキ組成物の固形分質量%で、3.0質量%以下、好ましくは0.1質量%~3.0質量%である。
ポリエチレンワックスとしては平均粒子径が1.0~3.0μmの範囲のもの(なお、平均粒子径は、#1:Honeywell社製 Microtrac UPAにて測定した粒径を意味する)を使用する。ポリエチレンワックスの粒子径が1.0μmより小さいと、すべり性、ブロッキング性が低下し、粒子径が3.0μmより大きいとトラッピング性が低下する。また、本発明により得られたポリウレタンポリウレア樹脂を含有するインキ組成物中のポリエチレンワックスの含有量は、好ましくは1.5質量%以下、より好ましくは0.1~1.5質量%の範囲で使用する。含有量が1.5質量%より多いと、光沢が低下する傾向にある。
脂肪酸アミドとしては、脂肪酸残基とアミド基を有するものであれば特に限定されない。脂肪酸アミドとしては、例えば、モノアミド、置換アミド、ビスアミド、メチロールアミド、およびエステルアミド等が挙げられ、耐ブロッキング性が向上するため、モノアミド、置換アミド、およびビスアミドからなる群より選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。脂肪酸アミドの使用量は、本発明により得られたポリウレタンポリウレア樹脂を含有するインキ組成物中に、1質量%以下、好ましくは0.01~1質量%の範囲である。
一般式(1) R1-CONH2
(式中、R1は脂肪酸からCOOHを除いた残基を表す。)
モノアミドの具体例としては、ラウリン酸アミド、パルミチン酸アミド、ステアリン酸アミド、ベヘン酸アミド、ヒドロキシステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド等が挙げられる。
・置換アミド:置換アミドは下記一般式(2)で表される。
一般式(2) R2-CONH-R3
(式中、R2およびR3は脂肪酸からCOOHを除いた残基を表し、同一でも異なっていても良い。)
置換アミドの具体例としては、N-オレイルパルミチン酸アミド、N-ステアリルステアリン酸アミド、N-ステアリルオレイン酸アミド、N-オレイルステアリン酸アミド、N-ステアリルエルカ酸アミド等が挙げられる。
一般式(3) R4-CONH-R5-HNCO-R6
一般式(4) R7-NHCO-R8-CONH-R9
(式中、R4、R6、R7、およびR9は脂肪酸からCOOHを除いた残基を表し、同一でも異なっていても良く、R5およびR8は炭素数1~10のアルキレン基またはアリーレン基を表す。)
ビスアミドの具体例としては、メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスヒドロキシステアリン酸アミド、エチレンビスベヘン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミド、ヘキサメチレンビスベヘン酸アミド、ヘキサメチレンヒドロキシステアリン酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミド、エチレンビスエルカ酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、N,N’-ジステアリルアジピン酸アミド、N,N’-ジステアリルセバシン酸アミド、N,N’-ジオレイルアジピン酸アミド、N,N’-ジオレイルセバシン酸アミド等が挙げられる。
一般式(5) R10-CONHCH2OH
(式中、R10は脂肪酸からCOOHを除いた残基を表す。)
メチロールアミドの具体例としては、メチロールパルミチン酸アミド、メチロールステアリン酸アミド、メチロールベヘン酸アミド、メチロールヒドロキシステアリン酸アミド、メチロールオレイン酸アミド、メチロールエルカ酸アミド等が挙げられる。
一般式(6) R11-CONH-R12-OCO-R13
(式中、R11およびR13は脂肪酸からCOOHを除いた残基を表し、同一でも異なっていても良く、R12は炭素数1~10のアルキレン基またはアリーレン基を表す。)
エステルアミドの具体例としては、ステアロアミドエチルステアレート、オレイルアミドエチルウレアレート等が挙げられる。
脂肪酸アミドの融点は、50℃~150℃であることが好ましい。
また、脂肪酸アミドを構成する脂肪酸としては、炭素数12~22の飽和脂肪酸および/または炭素数16~25の不飽和脂肪酸が好ましく、炭素数16~18の飽和脂肪酸および/または炭素数18~22の不飽和脂肪酸がより好ましい。飽和脂肪酸として特に好ましくはラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸、ヒドロキシステアリン酸であり、不飽和脂肪酸として特に好ましくはオレイン酸、エルカ酸である。
また、硝化綿、セルロースアセテートプロピオネート樹脂、セルロースアセテートブチレート樹脂を耐ブロッキング性向上等の目的でインキ組成物に含有させることもできる。
硝化綿としては、従来からグラビアインキ組成物等に使用されている硝化綿が使用できる。硝化綿としては、天然セルロースと硝酸を反応させて、天然セルロース中の無水グルコピラノース基の6員環中の3個の水酸基を、硝酸基に置換した硝酸エステルとして得られるものである。本発明に使用される硝化綿としては、窒素量10~13%、平均重合度35~90のものが好ましく用いられる。具体例としては、SS1/2、SS1/4、SS1/8、TR1/16、NC RS-2、(KCNC、KOREA CNC LTD
社製)等を挙げることができる。硝化綿の使用量は、本発明により得られたポリウレタンポリウレア樹脂を含有するインキ組成物中に、2.0質量%以下の範囲で使用することが好ましい。
セルロースアセテートプロピオネート樹脂としては、従来からグラビアインキ組成物等に使用されているセルロースアセテートプロピオネート樹脂が使用できる。
セルロースアセテートプロピオネート樹脂は、セルロースを酢酸及びプロピオン酸でトリエステル化した後に加水分解して得られる。一般的にはアセチル基は0.6~2.5重量%、プロピオネート基は42~46重量%、水酸基は1.8~5重量%である樹脂が市販されている。セルロースアセテートプロピオネート樹脂の使用量は、本発明により得られたポリウレタンポリウレア樹脂を含有するインキ組成物に、3.0質量%以下の範囲で使用することが好ましい。
セルロースアセテートブチレート樹脂としては、従来からグラビアインキ組成物等に使用されているセルロースアセテートブチレート樹脂が使用できる。
セルロースアセテートブチレート樹脂は、酢酸および酪酸でトリエステル化した後、加水分解して得られる。一般的にはアセチル化は2~30重量%、ブチリル化は17~53重量%、水酸基は1~5%の樹脂が市販されている。セルロースアセテートブチレート樹脂の使用量は、本発明により得られたポリウレタンポリウレア樹脂を含有するインキ組成物中に、0.1~3.0質量%の範囲で使用することが好ましい。
本発明により得られたポリウレタンポリウレア樹脂を含有するインキ組成物には、更に帯電防止剤、可塑剤等の各種添加剤を添加することができる。
次に、本発明により得られたポリウレタンポリウレア樹脂を使用したインキ組成物を、ラミネート用グラビアインキ組成物として用いて、ラミネート印刷物を得る方法について説明する。なお、本発明により得られたポリウレタンポリウレア樹脂は、ラミネート用以外の用途やグラビア用以外の用途にも使用できる。
ラミネート印刷物を得る方法には、少なくとも下記印刷方法を含む。例えば、公知のラミネート用の基材となる樹脂フィルムに、少なくとも、ラミネート用グラビアインキ組成物をグラビア印刷方式で1回以上印刷を行う。次いで、これらの印刷により形成したラミネート用グラビアインキ組成物の表面側(最終ラミネート後において、表層からみて下層側)の任意の個所に、他のラミネート用グラビアインキ組成物をグラビア印刷方式で印刷を行い、ドライヤーにより乾燥させる。
上記の方法で得られた印刷物のラミネート用グラビアインキ組成物による層の側に、樹脂フィルム等を各種方法によるラミネート加工を施して、包装袋等用のラミネート印刷物を得ることができる。このラミネート加工法としては、印刷物の表面にアンカーコート剤を塗工した後、溶融ポリマーを積層させる押し出しラミネート法、印刷物の表面に接着剤を塗工した後、フィルム状のポリマーを貼合させるドライラミネート法が利用できる。
上記押し出しラミネート法で使用する溶融ポリマーとしては、低密度ポリエチレン、エチレン-酢酸ビニル共重合体、ポリプロピレン等、従来使用されていた樹脂が使用できる。その中でも溶融の際に酸化されてカルボニル基が発生し易い低密度ポリエチレンを採用すると本発明の効果が高くなる。
このとき使用される上記樹脂フィルムとしては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの延伸および無延伸ポリオレフィン、ポリエステル、ナイロン、セロファン、ビニロン等を挙げることができる。さらにこれら樹脂フィルムについては、予め防曇剤の塗工、練り込み、マット剤の表面塗工、練り込みなど樹脂フィルムを加工して得られるフィルムも使用することが可能である。
イソホロンジアミン51部、N-(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン31.2部、及びアセトン174部を混合し、室温で1時間撹拌してケチミン溶液1を得た。
<ケチミン溶液2の製造方法>
イソホロンジアミン51部、N-(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン31.2部、及びジエチルケトン258部を混合し、室温で1時間撹拌してケチミン溶液2を得た。
<ケチミン溶液3の製造方法>
イソホロンジアミン51部、N-(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン31.2部、及びメチルエチルケトン210部を混合し、室温で1時間撹拌してケチミン溶液3を得た。
<ケチミン溶液4の製造方法>
イソホロンジアミン51部、N-(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン31.2部、及びジアセトンアルコール348部を混合し、室温で1時間撹拌してケチミン溶液4を得た。
撹拌機、冷却管及び窒素ガス導入管を備えた四つ口フラスコに、数平均分子量4000の3-メチル-1,5-ペンチレンアジペートジオール400部、イソホロンジイソシアネート33.3部及びテトラブチルチタネート0.04部を仕込み、窒素ガスを導入しながら90~100℃で6時間反応させた。
次いで、酢酸プロピル810部、イソプロピルアルコール202部を加えた後、室温近くまで冷却し、ケチミン溶液1を25.6部加えて30分間撹拌し、PU-1(固形分30質量%)を得た。
撹拌機、冷却管及び窒素ガス導入管を備えた四つ口フラスコに、数平均分子量4000の3-メチル-1,5-ペンチレンアジペートジオール400部、イソホロンジイソシアネート33.3部及びテトラブチルチタネート0.04部を仕込み、窒素ガスを導入しながら90~100℃で6時間反応させた。
次いで、酢酸プロピル803部、イソプロピルアルコール201部を加えた後、室温近くまで冷却し、ケチミン溶液2を34部加えて30分間撹拌し、PU-2(固形分30質量%)を得た。
撹拌機、冷却管及び窒素ガス導入管を備えた四つ口フラスコに、数平均分子量4000の3-メチル-1,5-ペンチレンアジペートジオール400部、イソホロンジイソシアネート33.3部及びテトラブチルチタネート0.04部を仕込み、窒素ガスを導入しながら90~100℃で6時間反応させた。
次いで、酢酸プロピル807部、イソプロピルアルコール202部を加えた後、室温近くまで冷却し、ケチミン溶液3を29.2部加えて30分間撹拌し、PU-3(固形分30質量%)を得た。
撹拌機、冷却管及び窒素ガス導入管を備えた四つ口フラスコに、数平均分子量4000の3-メチル-1,5-ペンチレンアジペートジオール400部、イソホロンジイソシアネート33.3部及びテトラブチルチタネート0.04部を仕込み、窒素ガスを導入しながら90~100℃で6時間反応させた。
次いで、酢酸プロピル796部、イソプロピルアルコール199部を加えた後、室温近くまで冷却し、ケチミン溶液4を43部加えて30分間撹拌し、PU-4(固形分30質量%)を得た。
撹拌機、冷却管及び窒素ガス導入管を備えた四つ口フラスコに、数平均分子量4000の3-メチル-1,5-ペンチレンアジペートジオール400部、イソホロンジイソシアネート33.3部及びテトラブチルチタネート0.04部を仕込み、窒素ガスを導入しながら90~100℃で6時間反応させた。
次いで、酢酸プロピル810部、イソプロピルアルコール202部を加えた後、室温近くまで冷却し、イソホロンジアミン5.1部及びN-(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン3.1部を加えて30分間撹拌した後、アセトン17.4部を加えて30分間撹拌し、PU-5(固形分30質量%)を得た。
撹拌機、冷却管及び窒素ガス導入管を備えた四つ口フラスコに、数平均分子量4000の3-メチル-1,5-ペンチレンアジペートジオール400部、イソホロンジイソシアネート33.3部及びテトラブチルチタネート0.04部を仕込み、窒素ガスを導入しながら90~100℃で6時間反応させた。
次いで、酢酸プロピル803部、イソプロピルアルコール201部を加えた後、室温近くまで冷却し、イソホロンジアミン5.1部及びN-(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン3.1部を加えて30分間撹拌した後、ジエチルケトン25.8部を加えて30分間撹拌し、PU-6(固形分30質量%)を得た。
撹拌機、冷却管及び窒素ガス導入管を備えた四つ口フラスコに、数平均分子量4000の3-メチル-1,5-ペンチレンアジペートジオール400部、イソホロンジイソシアネート33.3部及びテトラブチルチタネート0.04部を仕込み、窒素ガスを導入しながら90~100℃で6時間反応させた。
次いで、酢酸プロピル807部、イソプロピルアルコール202部を加えた後、室温近くまで冷却し、イソホロンジアミン5.1部及びN-(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン3.1部を加えて30分間撹拌した後、メチルエチルケトン21部を加えて30分間撹拌し、PU-7(固形分30質量%)を得た。
撹拌機、冷却管及び窒素ガス導入管を備えた四つ口フラスコに、数平均分子量4000の3-メチル-1,5-ペンチレンアジペートジオール400部、イソホロンジイソシアネート33.3部及びテトラブチルチタネート0.04部を仕込み、窒素ガスを導入しながら90~100℃で6時間反応させた。
次いで、酢酸プロピル796部、イソプロピルアルコール199部を加えた後、室温近くまで冷却し、イソホロンジアミン5.1部及びN-(2-ヒドロキシエチル)エチレンジアミン3.1部を加えて30分間撹拌した後、ジアセトンアルコール34.8部を加えて30分間撹拌し、PU-8(固形分30質量%)を得た。
酸化チタン(R-960、デュポン社製)
フタロシアニンブルー(ピグメントブルー15:4)
<シリカ粒子>
平均粒子径4.5μmのシリカ粒子
顔料、ポリウレタン樹脂ワニス(PU-1~PU-8)、シリカ及び溶剤をレッドデビル社製のペイントコンディショナーを用いて混練し、表1に示した実施例及び比較例のインキ組成物を得た。
上記で得られた実施例及び比較例のインキ組成物をガラス瓶に採取し、60℃で30日間保存した後に目視による顔料の沈降の有無から、インキ組成物の経時安定性を以下の評価基準にしたがって評価した。結果を表1に示す。
○:沈降が認められない。
△:沈降が認められるが、振とうにより回復する。
×:沈降が認められ、振とうによっても回復しない。
実施例及び比較例の各インキ組成物の各々100質量部を混合溶剤(酢酸エチル/酢酸プロピル/イソプロピルアルコール=50/25/25、質量比)で希釈して、粘度を離合社製ザーンカップ3号で15秒に調整して、濃度を調整したインキ組成物を得た。
得られた各インキ組成物を用いて、ポリプロピレンフィルム(東洋紡社製P-2161)の処理面に対して、下記の条件により印刷、乾燥して印刷物を得た。
さらに、得られた印刷物をについてケチミン臭の評価を行った。その具体的な評価方法を以下に示す。
印刷時の部屋の環境:温度25℃、湿度50%
塗工機:グラビア印刷機
塗工速度:150m/min
刷版:ダイレクト175線 28μm ベタ版
乾燥温度:55℃
得られた各印刷物の印刷面に鼻を当てて、臭気を官能試験で以下の基準にしたがって評価した。結果を表1に示す。
○:ケチミン臭が認められない。
△:ケチミン臭がわずかに認められる。
×:ケチミン臭が認められる。
これに対してケチミン化をしなかったポリウレタンポリウレア樹脂を使用した比較例1~5のインキ組成物は、インキ組成物として経時安定性に劣っていた。加えて、印刷物にした後の印刷部にはケチミン臭があった。
Claims (3)
- ジオール化合物とジイソシアネート化合物からウレタンプレポリマーを合成し、
次いで該ウレタンプレポリマーと、ポリアミン化合物のアミノ基がケトン化合物により無溶剤条件下でケチミン化された鎖伸長剤及び/又は反応停止剤とを、極性有機溶剤中にて攪拌下で反応させて、
末端がケチミン化されたポリウレタンポリウレア樹脂を製造する方法。 - 該鎖伸長剤及び/又は反応停止剤が、上記ケトン化合物としてアセトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトン、ジアセトンアルコールから選ばれる1種以上によりケチミン化された鎖伸長剤及び/又は反応停止剤である、請求項1に記載の末端がケチミン化されたポリウレタンポリウレア樹脂を製造する方法。
- 該鎖伸長剤のみが、ケチミン化されたものである、請求項1又は2に記載の末端がケチミン化されたポリウレタンポリウレア樹脂を製造する方法。
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