SPMC Technical Review
非吸収性基材向け水性インクジェットインク用樹脂の開発
Development of Resin for Water-based Inkjet Ink for non-permeable media

星光ＰＭＣ株式会社
樹脂事業部 片岡 弘匡
中田 成樹
アクリル樹脂等をバインダーにした場合、極性が高い

1. はじめにPVC、PET のような基材に対しての密着性は良好だ
が、極性が低い OPP（二軸延伸ポリプロピレン）へのオフセット印刷等他の印刷方式と異なり、印刷版密着性は悪い。一方でポリオレフィンをバインダーに不要のインクジェット印刷は、印刷物の多品種少ロッした場合、化学構造として親和性が高い OPP への密ト化というニーズにマッチして産業用途でも市場が拡着性は良好だが、PET への密着性は悪い。このよう大しつつある。

な状況から、PVC、PET、OPP 等の多様な基材に対し産業用途のインクジェットインクは、フィルム等の非て密着性のよい水性インクジェットインク用バインダ吸収性基材に向けたインクが開発されている。このよーが求められている。

うなインクとしては、有機溶剤を主溶媒とした溶剤系インクや、重合性モノマーを主成分とするＵＶインクが用いられている。しかし、溶剤系インクはその溶剤を2. コアシェル型高分子エマルション

大気中に蒸発させるためＶＯＣが多く環境負荷が高いという課題がある。また、ＵＶインクは印刷後すぐに水性インクのバインダーには前述のように様々な樹硬化させるためＶＯＣはゼロに近いが、印刷物からの脂が用いられるが、中でもアクリル系樹脂は組成や1)臭気 や開始剤の毒性という課題がある。

分子量、樹脂構造といった様々なファクターを組み合

一方、水を主溶媒とした水性インクは環境負荷が低わせることで、求められる機能や用途に応じた樹脂く人体への影響も少ないことから、近年非吸収性基設計が可能である。当社はこれまでグラビア・フレキ材に印刷できる水性インクの開発が検討されている。

ソ印刷向け水性インキ用バインダーとして、アクリル

しかし、水性インクは他種のインクに比べて非吸収性樹脂またはスチレンアクリル樹脂を使用したコアシェ基材への密着性が低いという課題がある。

ル型高分子エマルションの知見を積み重ねてきた。コ

水性インクはインク中に水溶性または水分散性のアシェル型高分子エマルションは、外殻となるシェル樹脂を含有しており、印刷後に熱をかけて乾燥するこ部と中心層となるコア部からなっており、シェル部としとでそれらの樹脂が基材表面で塗膜を形成して基材て電荷を有する水溶性ポリマーを用いているため、に定着する。インクには様々な目的で樹脂が添加さ電荷反発と立体障害による高い分散安定性を特徴とれるが、密着性や塗膜強度などの塗膜性能を与えるする。また乳化剤を使用しないため耐水性、耐候性、目的で添加する樹脂をバインダー（接合剤）という。

機械的安定性等に優れる。さらにコア部とシェル部を水性インクのバインダーに用いられる樹脂種はポリ異なる樹脂設計にして機能分離させることで、エマルオレフィン、塩ビ、酢ビ、酢ビ/エチレン、アクリル、ウションを乾燥して得られる塗膜に多様な機能を持た

2)レタン等多彩だが 、印刷する基材の材質によって密せることが可能である（図 1）｡

着性のよい樹脂種が異なる。比較的高極性な塩ビ、
1SPMC Technical Review 2023, No.3

非吸収性基材向け水性インクジェットインク用樹脂の開発

図 1. コアシェル型高分子エマルションと塗膜形成
収性基材向け水性インクジェットインク用バインダー

3. 一液架橋型エマルション

ハイロス®－X・XJE-600 を開発した。XJE-600 をバインダーとして使用した水性インクジェットインクは、印印刷物の塗膜強度を向上させる手段の一つとし刷した際に高い塗膜強度が得られるだけでなく、極性て塗膜を形成する樹脂を架橋する手法がある。様々の異なる基材（PVC, PET, PP）に対して高い密着性をな架橋設計があるが、中でもカルボニル-ヒドラジドの得ることができ、かつインク保存安定性も良好であっ脱水縮合反応は一液常温架橋に用いられる。ダイアた。

セトンアクリルアミド（DAAM）含有ポリマーとアジピンさらにその技術を応用し、プライマーとして適切な酸ジヒドラジド（ADH）の脱水縮合反応を図 2 に示す。

樹脂設計を行うことで、非吸収性基材向け水性プライ

DAAM は脱水縮合が可能なカルボニル基を有し、かマーハイロス® －X・PR-007 を開発した。PR-007 をつ付加重合が可能な炭素-炭素不飽和結合を有する

PET, OPP 等の基材に塗布することで、その上から印ため、DAAM と他のアクリル系モノマーを共重合する刷した各種水性インクジェットインクの基材密着性をことでアクリル樹脂に架橋システムを組み込むことが大きく向上させることができた。本稿ではそれらの結できる。この架橋システムを組み込んだアクリル樹脂

果も紹介する。

を含有するコアシェル型高分子エマルションは、乾燥が進むにつれ架橋が進行し強固な塗膜を形成する（図 3）。

このため、水中では架橋反応が進まず安4. 非吸収性基材向け水性インクジェットインク用バインダー「ハイロス®－X・XJE-600」定であり、高い保存安定性が求められるインクジェットインク用の樹脂として適している。本稿ではこのエマルションを一液架橋型エマルションという。

XJE-600（表 1）をバインダーとして用いてインクを当社はこの一液架橋型エマルションをベースに、作製し、その性能を評価した。顔料分散液、XJE-600、バインダーとして適切な樹脂設計を行うことで、非吸有機溶剤、界面活性剤、及びイオン交換水を混合す
2SPMC Technical Review 2023, No.3

非吸収性基材向け水性インクジェットインク用樹脂の開発

図 2. ダイアセトンアクリルアミド含有ポリマーとアジピン酸ジヒドラジドの反応

図 3. 一液架橋型エマルションの塗膜形成ることで、評価用の水性インクジェットインクを作製しテープを貼付けた部分の塗膜がすべて剥離している。

た。作製したインクを水性インクジェットプリンタに充これらの結果から、XJE-600 は優れた塗膜耐性及び填し、市販の PVC フィルム（PVC）、コロナ放電処理インク保存安定性を示し、かつ PVC, PET, PP といっ

PET フィルム（PET）、及びコロナ放電処理 OPP フイ

た極性の異なる非吸収性基材に高い密着性で印刷ルム（PP）にベタ印刷を行い、得られた印刷塗膜の密できる水性インクジェットインクのバインダーとして機着性及び各種耐性の評価を行った。また、比較として、能することが示された。

汎用アクリル系エマルション A をバインダーとして用
表 1. XJE-600 代表物性値

いたインクについても同様の評価を実施した。さらにこれらのインクに対し、保存安定性の評価を実施した。

品名

評価結果を表 2, 3 に示す。インク①②とも塗膜耐性、XJE-600

製品濃度 [%]

43

Vis [mPa・s]

600

pH8.7

理論酸価 [mgKOH/g]

30はなかった。また、表 3 の写真は、表 2 赤枠部分のセ理論 Tg [℃]20

ロハンテープ剥離後の塗膜状態を示したものである。

イオン性アニオン

XJE-600 をバインダーとして使用したインクは塗膜が組成

アクリル及びインク保存安定性は良好であったが、XJE-600を用いたインク①は PVC、PET、PP の各基材への密着性が良好であるのに対し、汎用アクリル系エマルション A を用いたインク②は PP への密着性が十分で全く剥離していないのに対し、汎用アクリル系エマル
ション A をバインダーとして使用したインクはセロハン
3SPMC Technical Review 2023, No.3

非吸収性基材向け水性インクジェットインク用樹脂の開発

表 2. インク評価結果
塗膜密着性
インク

塗膜耐久性

バインダー

インク

PVC

PET

PP

耐摩擦性

耐水性

保存安定性

①

XJE-600〇〇〇〇〇〇②

汎用アクリル系エマルション A〇〇×〇〇〇

塗膜密着性：

幅 1mm、10×10 マスの切れ目を入れた塗膜にセロハンテープを貼り、剥がしたときに基材に残るマス目の数で評価した。（○：90 個以上、△：80～89 個、×：80 個未満）

耐摩擦性：

PVC 印刷塗膜を染色堅ろう度用摩擦試験にて、荷重 500g、綿ガーゼ 100 往復させたときの印刷塗膜状態で評価した。（○：90 往復させても塗膜がはがれない、△：60～90 往復で塗膜がはがれ始める、×：60 往復未満で塗膜がはがれ始める）

耐水性：

綿ガーゼに水を浸みこませる以外は上記耐摩擦性評価と同様の方法で評価した。

インク保存安定性： 60℃で 2 ヶ月保存し、保存前後の粘度変化率で評価した。（○：変化率 10%未満、△：変化率 10%以上～15%未満、×：変化率 15%以上）

極性の異なる各種非吸収性基材への密着性が優れている。一方、汎用の水性インクジェットインクは、非表 3. PP 印刷塗膜のセロハンテープ剥離試験結果吸収性基材への密着性が十分ではないものが多い。
バインダー
XJE-600

そのようなインクを非吸収性基材に印刷する際、汎用アクリル系

XJE-600 の技術をベースに当社が開発した非吸収性エマルション A

基材向け水性プライマーPR-007 を先に塗布しておくことで、インクの基材密着性を高めることができる。

剥離後PR-007 をプライマーとして用いる利点としては、イン写真

ク設計の際に基材密着性を考慮しなくてよい点にある。ここでは、PR-007（表 4）を PVC, PET 及び OPP に塗布し、その上から各種水性インクジェットインクを印刷した結果を紹介する。
表 4. PR-007 代表物性値

5. 非吸収性基材向け水性プライマー「ハイロス®－X・PR-007」

品名

ここまで非吸収性基材向け水性インクジェットインク用バインダーを紹介したが、その技術を応用して開発した水性プライマーについても紹介する。プライマーとは、インクを印刷する前に基材に塗布する下塗り剤のことであり、インクの滲み制御や基材密着性向上といった目的で使用される。
前述のように XJE-600 は、PVC, PET, OPP といった
4PR-007

製品濃度 [%]

27

Vis [mPa・s]

20

pH

8.5

理論酸価 [mgKOH/g]

52

理論 Tg [℃]25

イオン性アニオン

組成

アクリル
SPMC Technical Review 2023, No.3

非吸収性基材向け水性インクジェットインク用樹脂の開発

6. おわりに市販の PVC フィルム（PVC）、コロナ放電処理 PETフィルム（PET）、及びコロナ放電処理 OPP フイルム

非吸収性基材向け水性インクジェットインク用バイ（PP）に、PR-007 をプライマーとして塗布し、その上ンダーXJE-600 を使用したインクは、印刷した際に高からバインダー樹脂種の異なる 2 種の汎用水性インい塗膜強度が得られるうえ、極性の異なる基材（PVC,クジェットインクを印刷し、得られた印刷塗膜に対し、PET, PP）に対して高い密着性を得ることができ、かつ前述と同様の方法で密着性の評価を行った。また、インク保存安定性も良好であった。また、非吸収性基各種基材にプライマーなしで汎用水性インクジェット材向け水性プライマーPR-007 を使用することで、各インクを印刷して得た塗膜に対しても、同様の評価を種非吸収性基材に対し、高い密着性で水性インクジ行った。

ェットインクを印刷できることを確認した。今後、更な評価結果を表 5 に示す。表 5 より PR-007 をプライる性能向上に向けて改良検討を続けていきたい。

マーとして使用した系（①）は、上塗りインクの樹脂種によらず得られた塗膜の基材密着性が良好であった。

＜参考文献＞

一方プライマーなしの系（②）では PET, PP への密着

1) 佐藤武彦，「軟包装市場におけるインクジェットプリンタ技性が十分には得られなかった。

術」，日本画像学会誌，Vol.55 No.5，2016，p.574.
2) 野口弘道，「インク技術」，『インクジェットインクの最適化
千態万様』，第 1 版 第 3 刷，サイエンス＆テクノロジー（株），
2022，pp.426-427

表 5. プライマー使用印刷塗膜の密着性評価結果

プライマー①PR-007

②なし

塗膜密着性

上塗りインク

PVC

PET

PP

アクリル系

〇〇

〇

ウレタン系

〇

〇

〇

アクリル系

〇××

ウレタン系

〇××

研究者プロフィール
星光 PMC 株式会社

星光 PMC 株式会社

樹脂事業部

樹脂事業部

技術統括部

技術統括部

明石研究所明石研究所

片岡 弘匡

課長 中田 成樹

(Hiromasa Kataoka)(Shigeki Nakata)

5

SPMC Technical Review 2023, No.3