化学製品・高分子製品の基礎講座

私たちは、あらゆるところで多種多様な「化学製品」に囲まれています。 それらの化学製品、あるいは化学物質について、知っておくべきこととは何か。 本連載では、製品の成分や仕様説明に記載されている化学物質、高分子材料について理解できるよう、 化学製品の基礎知識をご紹介していきます。
第3章 化学製品の基本

3-6 印刷用化学品の特徴と分類

ヨーロッパの歴史において中世から近世への開幕の主役は、羅針盤、火薬、紙と印刷でした。羅針盤は大航海時代を拓き、火薬は鉄砲、大砲を生み出して中央集権国家への道をつくりました。そして紙と印刷は文化の普及に貢献し、社会変革のスピードを著しく大きくしました。 印刷用化学品としては印刷インクが長らくその王座を保ってきました。紙ばかりでなく、金属にも、プラスチックなど様々な材料に印刷の対象を広げてきました。しかし、近年、印刷技術の発展は著しく、従来のような版をつくらない印刷(複写・コピーやレーザープリンタ、インクジェット)も増え、 また、プリント配線板や液晶ディスプレー用カラーフィルタの製作にまで、幅広く印刷技術が使われています。これに対応して、印刷用化学品は従来の印刷インク以外にも新製品が次々と現れ、大きく様変わりしました。印刷のための製版では約500年以上にわたって中核を占めてきた活版に代って、 現在ではPS版(平版)が多く使われるようになりました。またコピー機やパソコン・プリンターの普及によって、トナー、インクカートリッジは一般消費者も使う重要な印刷用化学品になりました。 印刷技術と印刷用化学品は約500年経った現在でも、社会変革のキーテクノロジーとなっています。このような様々な印刷用化学品のうち、印刷インク、インクジェットプリンター用インク、トナーについて説明します。

  • 主要な印刷用化学品
  • 印刷用インク
  • インクジェットプリンター用インク
  • トナー

従来からの印刷技術には凸版(活版、フレキソ印刷)、凹版(グラビア印刷)、平版(オフセット印刷)、孔版(謄写版、プリントごっこなど)があります。これに使われる印刷インクは、ローラー→版→(ローラー)→紙と順に転写されていきます。印刷インクは次の図のように大きく3つの成分からなります。 印刷物に色を再現する色料(顔料)、高分子を溶剤に溶かし、印刷後に色料を被印刷物に固着させるビヒクル(展色料、ワニス)、さらに印刷インクの流動性や乾燥性を調節したり、印刷の紙への裏抜けを防止したりする補助剤です。ビヒクルは色料を乗せていくという発想から乗り物(vehicle:ビヒクル)と呼ばれています。 色料に使われる顔料は、有機顔料や無機顔料が使われます。ビヒクルに使われる高分子はロジン変性フェノール樹脂、アルキド樹脂などが使われ、油脂としては酸化重合する乾性油(亜麻仁油など)、半乾性油(大豆油など)、溶剤としては炭化水素類、アルコール類などが使われます。紙への印刷の場合、 コールドセットインクと呼ばれる紙に浸透して乾燥するインクが使われてきました。その後、熱乾燥装置を通して乾燥させるヒートセットインクも生まれました。ヒートセットインクは印刷光沢に優れ、また紙だけでなく、プラスチックや金属への印刷も可能となります。 このような紙以外への印刷インクとしては、UVインク(紫外線硬化型)、IRインク(赤外線乾燥型)、EBインク(電子線硬化型)など感光性高分子を使ったインクもあります。感光性高分子は、PS版やフレキソ製版、また半導体・LSI用レジストなど、近年、多くの印刷技術に活用されています。

印刷用インク 色料 有機顔料
無機顔料
ビヒクル(展色料、ワニス) 高分子
油脂
溶剤
補助剤 滑剤
硬化剤
ドライヤー

印刷インキ工業連合会では、食品包装材料用印刷インクが食品衛生法の趣旨に沿うように自主規制基準(NL規制)を2006年から実施し、これに適合した製品にNLマークの表示を認めています。 また、環境配慮への対応を進めるため、再生可能な植物油からつくられた印刷インクであることを示す植物油インキマークの表示制度を2009年から始め、現在ではオフセットインク、新聞用インクでは約95%がこれに適合するようになりました。 このため、2015年からインキグリーンマークを開始しました。これは印刷インク中のバイオマス割合によって3段階の基準をつくり、マークの星の数によってバイオマス割合が分かるようにして消費者の選択の参考にするものです。

印刷インクの食品衛生と環境配慮商品マーク(印刷インキ工業連合会)
  • NLマーク
  • NLマーク

包装内容食品の衛生的安全性保持のため、印刷インキ材料として使用を避けるべきものの配合を禁止した自主規制に適合する


  • インキグリーンマーク
  • インキグリーンマーク

オフセット・新聞インキに関し、インキ中のバイオマス割合を主たる環境配慮の指標として、その度合いを考慮して3段階の認定基準に応じて★が1~3に


  • 植物油インキマーク(ベジタブルマーク)
  • 植物油インキマーク(ベジタブルマーク)

再生可能な植物油(大豆油、亜麻仁油、パーム油等)とそれら植物油の廃食用油からの再生油でつくられたインキ

インクジェットプリンター用インクは、従来の印刷インクとはまったく異なります。インクジェットプリンターは、微細なインク滴を飛ばして被印刷物にインクを付着させます。ノズルでインクが乾燥して目詰まりして印刷不良を起こすことが大きな問題点でしたが、最近は改良されてきました。 OA用や家庭用のインクジェットプリンターでは、もっぱら染料を使った水性インクが使われています。臭いのある有機溶剤などを使わないためです。染料を使ったインクは発色がよく、透明性の高い印刷物が得られます。現在では専用光沢紙に写真を印刷した場合には銀塩写真と遜色ないレベルに達しています。 耐候性が低い点が大きな欠点でしたが、染料の改良が進んで数十年レベルの耐候性を持つ製品が生まれています。 耐候性に優れた顔料を分散させた水性インクもありますが、印刷画像がくすんだものになりやすい欠点があります。水性インクの設計は水(60~90%)、色材、保湿剤(グリセリン、エチレングリコール類)が主成分で、これに浸透剤(ノニオン界面活性剤、アルコール類)、pH調整剤、防腐剤などが少量加わります。

産業用のインクジェットプリンターでも水性インクが主流でしたが、油性染料や顔料を使った油性インクも使われるようになってきました。産業用のインクジェットプリンターの用途は、容器包装や電気電子部品などに製造年月日、ロット番号、消費期限、バーコードなどの識別情報を印刷することが中心です。

トナーはレーザープリンターやコピー機に使用される着色した粉です。レーザープリンターやコピー機は帯電させた感光体ドラムに画像を描いたり、写したりします。これにトナーを振りかけると、画像部のみにトナーが付着し、これを用紙に転写した後、ロールの熱と圧力によってトナーを用紙に定着させて、印字またはコピーを完成させます。 トナーには着色、帯電、加熱による溶融定着の機能が要求されるので、次の図のように顔料、トナーバインダー、ワックス、荷電制御剤から構成されます。トナーバインダーとしては、スチレン・アクリル酸エステルコポリマーや、ポリエステルが使われています。

トナー 顔料
トナーバインダー スチレン/アクリル系/ポリエステル系
ワックス
荷電制御剤
執筆: 日本化学会フェロー 田島 慶三

『化学製品・高分子製品の基礎講座』の目次

第1章 化学製品を理解するための基本

第2章 化学製品の利用に当って留意すべき法規制

第3章 化学製品の基本

第4章 高分子製品を理解するための基本

第5章 主要な高分子材料の種類と特長

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