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技術 高速印刷用インクの粘弾性

出願人 サンケミカルコーポレーション
発明者 ドゥランド,リチャード,アール.サヴァールマン,サイドポーストル,ステファン
出願日 2017年7月11日 (2年11ヶ月経過) 出願番号 2017-135304
公開日 2018年1月18日 (2年5ヶ月経過) 公開番号 2018-009170
状態 拒絶査定
技術分野 インキ、鉛筆の芯、クレヨン
主要キーワード 流体層内 フックバネ ペースト状インク 完全弾性 印加応力 平行層 剪断振動 剪断ひずみ
関連する未来課題
重要な関連分野

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課題

高速印刷品質を高めるために、高速印刷用インクを処方する方法と高速印刷用インクの提供。

解決手段

高速印刷用インクが、インク最大全不揮発性物質体積分率に対するインクの全不揮発性物質の体積分率の比率が、約0.40から約0.90の比率である場合に、インクの位相角を10Hzの周波数で60°未満、好ましくは50°未満、より好ましくは45°未満にコントロールすることにより処方される方法。高速印刷用インクは、一又は複数の樹脂、一又は複数の着色剤、一又は複数の溶媒、及び一又は複数の添加剤を含有する。インクはフレキソ印刷用インク輪転グラビア印刷用インクヒートセットオフセット用インク、又は出版グラビア用インクとすることができる。インクの印刷物ピンホール面積で1%未満である。インクは、1200フィート/分以上の速度で移動する基材に適用される。

概要

背景

フレキソ印刷は、ホイルプラスチックフィルム段ボール、紙、板紙、セロファン、又はファブリックにさえ、広範囲に使用されている印刷方法の一つである。実際、フレキソ印刷法は、そのような多種多様な材料に印刷するために使用することができるので、しばしば、包装印刷のための最善のグラフィックアート再生方法である。

アニロックスシリンダは、フレキソ印刷機心臓部となっている。セルパターンで刻まれたインク計量アニロックスシリンダの使用により、インクを印刷版に均一かつ迅速に移すことができる。アニロックスローラにおけるセルの配置、ローラ間の圧力、及びドクターブレード機構の使用により、基材に移るインクの量が制御される。セルの形状及び体積は、アニロックス表面(クロム又はセラミック)、ドクターステム印刷機処理能力印刷基材、及びイメージタイプ(ソリッド又はハーフトーン)に適するように選択される。アニロックス技術の進歩により、従来の機械的に刻まれたクロムローラ技法と比較して、大きく改善されたインク放出性と共に、より強靱で長持ちするローラを提供するレーザ彫刻セラミックアニロックスローラが出現した。

フレキソ印刷は、回転シリンダ廻り巻き付けられたフレキシブル印刷版を用いて印刷されうる。該印刷版は、通常は、天然もしくは合成ゴムあるいはフォトポリマーと呼ばれる感光性プラスチック材料から作製される。それは、通常、両面粘着テープ印刷版シリンダに取り付けられる。フレキソ印刷は、印刷版上の画像領域非画像領域より上に上がっていることを意味する凸版印刷法である。

画像領域は、アニクスローラからのインクを受容し、印刷版に対してインプレッションシリンダを支持して後者がプレスされると、印刷基材に移動する。フレキソ印刷は直接的な印刷方法であり、つまり、印刷版が直接インクを基材に移動させる。

位置合わせの改善のため、最も人気のあるタイプの印刷機は、単一のセントラルインプレッションシリンダの廻りに印刷ユニット群が配されているセントラルインプレッション(CI型)印刷機である。

一般的に、印刷機の速度が速くなればなる程、印刷機はより広幅になる。印刷機をより広幅でより速くする場合、たわみや曲がりによるローラへの損傷を防止するためには、アニロックスローラの直径がより大きくなければならない。50インチ(約127cm)の機械は、6インチ(約15cm)径のアニロックスシリンダを有する。チャンバインク移動ニップとの間のドゥエル時間はより短い。

1800ft/分(約0.549km/分)を超える線速度が、フレキシブル基材印刷では高速であると考えられ、3300ft/分(約1km/分)の線速度での印刷能力を有する印刷機が今は市場に登場している。

3300ft/分(約1km/分)の線速度は、毎時35マイル(約56.3km/時)の直線速度に等しく、従来の印刷版及び両面粘着テープは、この速度では印刷機から押し出されるであろう。印刷版と両面粘着テープの代わりに、ダイレクトレーザ彫刻エラストマースリーブが、これらの速度で印刷するために使用される。通常のチャンバ式ドクターブレードは、ブレード間に2インチの間隙を有し、3300ft/分(約1km/分)でのこの距離に対するドウェル時間は、35mmカメラ高速シャッターの時間より少ない。その間隔で、アニロックスのセルから空気が置き換えられなければならず、インクがセルに入っていかなければならず、空気はチャンバから系外に出されなければならない。

2300ft/分(約0.701km/分)までの線速度では、通常のモータを使用できる;しかしながら、2300ft/分を超える線速度では、水冷モータが好ましい。

多くの印刷機は、その操業費用効率性を改善するために高速で印刷されるインク及びコーティングを必要としている。フレキソ印刷の線速度は、一般的に2000ft/分(約0.609km/分)までの範囲であり、その速度は速くすることが期待されている。線速度を速くする、例えば1200ft/分(約0.366km/分)より速く、特に1800ft/分(約0.549km/分)より速くすると、インクの印刷適性が悪化し始め、印刷欠陥が観察される場合がある。この欠陥ランダム分布し、不規則な形状をした印刷ミス領域として記載される場合がある。これらの欠陥は、印刷ブランケット又は版及び/又は基材の表面を湿らせるインクの能力のなさから、又は上の段落で検討された高速印刷機の構成に付随する別個機械的要因に起因すると考えられる。

グラビア印刷凹版印刷の例である。それは、画像領域が、印刷用シリンダ中にエッチングされるか又は刻まれている一般的にハニカム状のセル又はウェルであるように、画像に対して押圧され又は凹んだ表面を使用する。シリンダの非エッチング領域は非画像又は非印刷領域である。シリンダはインクツボ中で回転し、過剰のインクが、フレキシブルスチールドクターブレードにより、シリンダから拭き取られる。凹型セルに残存したインクは、それが印刷版シリンダとインプレッションシリンダの間を通過する際に、基材(紙又は他の材料)への直接の移動により、画像を形成する。

グラビア用インクは、シリンダの彫刻セルに引き込まれ、ついで基材に移動されるのを可能にする非常に低粘度の流動性のあるインクである。フレキソ印刷及びグラビアインクは非常に類似しており、基本成分は本質的に同じである。

基材へのインクの移動は、最終印刷製品品質に影響を与える最も重要な要因の一つでありうる。リニア高速印刷機の動力学のため、より遅い速度で使用される一般的なインクは高速では破壊し、印刷欠陥が生じるであろう。如何なる印刷欠陥も、リニア高速印刷機を使用することの生産性と本来的な印刷利点にネガティブな影響を及ぼすであろう。

典型的なフレキソ印刷/グラビア印刷用インクは、樹脂溶媒着色料、及び添加剤を含んでいる。樹脂には、ロジンエステルポリアミドポリウレタンニトロセルロース等が含まれる。溶媒は、しばしば、アルコールアセテートグリコールエーテル、及びおそらくは他の溶媒クラスをベースにしている。

懸濁液は、いくつかの工業原料、例えばコーティング剤、インク、塗料、セラミック及び化粧品骨格を形成する。化学工学プロセスにおけるこのような材料のレオロジー及び安定性コントロール及び改善は、数十年の間、科学者及び技師の重要な関心事であった。懸濁液のレオロジーの一つの重要な特徴はそれらの粘弾性である。流体の粘弾性特性は、流体の固体様又は液体様の特性の度合いに関係している。

ペースト状インクの粘弾性を研究した文献にいくつかの論文がある。例えば、米国特許第7267055B2号、及び同6602333B2号を参照。しかしながら、フレキソ印刷用インクの共通の前提はこのような低粘度インクでは粘弾性を考慮していないため、該産業においてフレキソ印刷用インクの粘弾性が測定されることはめったになかった。希な機会は、水ベースのフレキソ印刷用インクとある種の性能因子とのその関連について粘弾性を検討しているものに見いだすことができる。一例は、Mai R., Pekarovicova A., Fleming III, P. D., Savarmand, S.,及び Chandorkar, O. V.,の研究 「Ink Rheology and Press Performance of Water-based Flexographic Inks」 Flexo, 49-53 (2007年10月)である。この研究では、インクの弾性が増すほど、ドットゲインが少なくなると結論付けられている。

ピンホールは、フレキソ印刷及び輪転グラビア印刷用インクの高速印刷についての、よって、そこから得られる印刷物の品質についての、一般的な実行可能性の問題の一例である。フレキソ印刷及び輪転グラビア印刷用インクの高速印刷ではピンホールを少なくすることが必要とされている。

本願の発明者は、フレキソ印刷及び輪転グラビア印刷の表面のピンホール欠陥に関する一要因が、インクの粘弾性であることを見いだした。より弾性のあるフレキソ印刷用又は輪転グラビア印刷用インクでは、より高速の印刷速度でも、最終印刷物におけるピンホールの形成が遅延化されることが観察され、これに対して仮定されるメカニズムは、インクの移動及び皮膜スプリットに起因するむら緩和におけるその作用に関連している。

概要

高速印刷の品質を高めるために、高速印刷用インクを処方する方法と高速印刷用インクの提供。高速印刷用インクが、インクの最大全不揮発性物質体積分率に対するインクの全不揮発性物質の体積分率の比率が、約0.40から約0.90の比率である場合に、インクの位相角を10Hzの周波数で60°未満、好ましくは50°未満、より好ましくは45°未満にコントロールすることにより処方される方法。高速印刷用インクは、一又は複数の樹脂、一又は複数の着色剤、一又は複数の溶媒、及び一又は複数の添加剤を含有する。インクはフレキソ印刷用インク、輪転グラビア印刷用インク、ヒートセットオフセット用インク、又は出版グラビア用インクとすることができる。インクの印刷物のピンホールは面積で1%未満である。インクは、1200フィート/分以上の速度で移動する基材に適用される。

目的

アニロックス技術の進歩により、従来の機械的に刻まれたクロムローラ技法と比較して、大きく改善されたインク放出性と共に、より強靱で長持ちするローラを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

インク位相角を測定し、インクの最大全不揮発性物質体積分率に対するインクの全不揮発性物質の体積分率の比率が、約0.40から約0.90の比率である場合に、インクの位相角を10Hzの周波数で、60°未満にコントロールすることを含む、高速印刷用インクを処方する方法。

請求項2

位相角が、10Hzの周波数で50°未満にコントロールされる、請求項1に記載の方法。

請求項3

位相角が、10Hzの周波数で45°未満にコントロールされる、請求項1に記載の方法。

請求項4

位相角が、インク中の樹脂溶媒、及び添加剤を選択することによりコントロールされる、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。

請求項5

インクがフレキソ印刷用インク輪転グラビア印刷用インクヒートセットオフセット用インク、又は出版グラビア用インクである、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。

請求項6

インクの最大全不揮発性物質の体積分率に対するインクの全不揮発性物質の体積分率の比率が約0.50から約0.80の比率である、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。

請求項7

インクの最大全不揮発性物質の体積分率に対するインクの全不揮発性物質の体積分率の比率が約0.60から約0.75の比率である、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。

請求項8

一又は複数の樹脂;一又は複数の着色剤;一又は複数の溶媒;及び一又は複数の添加剤を含有し、インクの位相角が10Hzの周波数で60°未満であり、インクの最大全不揮発性物質の体積分率に対するインクの全不揮発性物質の体積分率の比率が、約0.40から約0.90の比率である場合に位相角が測定される、高速印刷用インク。

請求項9

位相角が、10Hzの周波数で50°未満である、請求項8に記載のインク。

請求項10

位相角が、10Hzの周波数で45°未満である、請求項8に記載のインク。

請求項11

インクがフレキソ印刷用インク、輪転グラビア印刷用インク、ヒートセットオフセット用インク、又は出版グラビア用インクである、請求項8から10のいずれか一項に記載のインク。

請求項12

前記一又は複数の樹脂が、ポリアミドポリウレタンロジンエステル、金属化ロジンエステル、ニトロセルロースフェノール樹脂変性ロジンフェノール樹脂、アルキド炭化水素樹脂アスファルト、又は金属リソナートから選択され、一又は複数の樹脂がインクの約5から30重量%である、請求項8から10のいずれか一項に記載のインク。

請求項13

前記一又は複数の着色剤がインクの約4から25重量%である、請求項8から10のいずれか一項に記載のインク。

請求項14

前記一又は複数の溶媒が、水、エタノール、直鎖プロピルアルコール、直鎖酢酸プロピル酢酸イソプロピル酢酸エチルジアセトンアルコールプロピレングリコールモノプロピルエーテルジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセタート、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテルアセタート、石油蒸留物トルエン、及びキシレンからなる群から選択され、該一又は複数の溶媒がインクの約40から70重量%である、請求項8から10のいずれか一項に記載のインク。

請求項15

インクの印刷物ピンホール面積で1%未満である、請求項8から10のいずれか一項に記載のインク。

請求項16

インクの最大全不揮発性物質の体積分率に対するインクの全不揮発性物質の体積分率の比率が約0.50から約0.80の比率である、請求項8から10のいずれか一項に記載のインク。

請求項17

インクの最大全不揮発性物質の体積分率に対するインクの全不揮発性物質の体積分率の比率が約0.60から約0.75の比率である、請求項8から10のいずれか一項に記載のインク。

請求項18

インクの最大全不揮発性物質の体積分率に対するインクの全不揮発性物質の体積分率の比率が、約0.40から約0.90の比率である場合に、10Hzの周波数で60°未満の位相角を有するインクを提供し、1200フィート/分以上の速度で移動する基材にインクを適用することを含む印刷方法

請求項19

位相角が、10Hzの周波数で50°未満である、請求項18に記載の方法。

請求項20

位相角が、10Hzの周波数で45°未満である、請求項18に記載の方法。

請求項21

インクの最大全不揮発性物質の体積分率に対するインクの全不揮発性物質の体積分率の比率が約0.50から約0.80の比率である、請求項18から20のいずれか一項に記載の方法。

請求項22

インクの最大全不揮発性物質の体積分率に対するインクの全不揮発性物質の体積分率の比率が約0.60から約0.75の比率である、請求項18から20のいずれか一項に記載のインク。

技術分野

0001

この出願は、あらゆる目的に対してここに完全に記載されているかの如く、出典明示によりここに援用される2010年3月1日出願の米国仮特許出願第61/309028号の優先権を主張する。

0002

本発明は高速印刷用インク粘弾性に関する。より詳細には、本発明は高速印刷品質を高めるために粘弾性をコントロールすることに関する。

背景技術

0003

フレキソ印刷は、ホイルプラスチックフィルム段ボール、紙、板紙、セロファン、又はファブリックにさえ、広範囲に使用されている印刷方法の一つである。実際、フレキソ印刷法は、そのような多種多様な材料に印刷するために使用することができるので、しばしば、包装印刷のための最善のグラフィックアート再生方法である。

0004

アニロックスシリンダは、フレキソ印刷機心臓部となっている。セルパターンで刻まれたインク計量アニロックスシリンダの使用により、インクを印刷版に均一かつ迅速に移すことができる。アニロックスローラにおけるセルの配置、ローラ間の圧力、及びドクターブレード機構の使用により、基材に移るインクの量が制御される。セルの形状及び体積は、アニロックス表面(クロム又はセラミック)、ドクターステム印刷機処理能力印刷基材、及びイメージタイプ(ソリッド又はハーフトーン)に適するように選択される。アニロックス技術の進歩により、従来の機械的に刻まれたクロムローラ技法と比較して、大きく改善されたインク放出性と共に、より強靱で長持ちするローラを提供するレーザ彫刻セラミックアニロックスローラが出現した。

0005

フレキソ印刷は、回転シリンダ廻り巻き付けられたフレキシブル印刷版を用いて印刷されうる。該印刷版は、通常は、天然もしくは合成ゴムあるいはフォトポリマーと呼ばれる感光性プラスチック材料から作製される。それは、通常、両面粘着テープ印刷版シリンダに取り付けられる。フレキソ印刷は、印刷版上の画像領域非画像領域より上に上がっていることを意味する凸版印刷法である。

0006

画像領域は、アニクスローラからのインクを受容し、印刷版に対してインプレッションシリンダを支持して後者がプレスされると、印刷基材に移動する。フレキソ印刷は直接的な印刷方法であり、つまり、印刷版が直接インクを基材に移動させる。

0007

位置合わせの改善のため、最も人気のあるタイプの印刷機は、単一のセントラルインプレッションシリンダの廻りに印刷ユニット群が配されているセントラルインプレッション(CI型)印刷機である。

0008

一般的に、印刷機の速度が速くなればなる程、印刷機はより広幅になる。印刷機をより広幅でより速くする場合、たわみや曲がりによるローラへの損傷を防止するためには、アニロックスローラの直径がより大きくなければならない。50インチ(約127cm)の機械は、6インチ(約15cm)径のアニロックスシリンダを有する。チャンバインク移動ニップとの間のドゥエル時間はより短い。

0009

1800ft/分(約0.549km/分)を超える線速度が、フレキシブル基材印刷では高速であると考えられ、3300ft/分(約1km/分)の線速度での印刷能力を有する印刷機が今は市場に登場している。

0010

3300ft/分(約1km/分)の線速度は、毎時35マイル(約56.3km/時)の直線速度に等しく、従来の印刷版及び両面粘着テープは、この速度では印刷機から押し出されるであろう。印刷版と両面粘着テープの代わりに、ダイレクトレーザ彫刻エラストマースリーブが、これらの速度で印刷するために使用される。通常のチャンバ式ドクターブレードは、ブレード間に2インチの間隙を有し、3300ft/分(約1km/分)でのこの距離に対するドウェル時間は、35mmカメラ高速シャッターの時間より少ない。その間隔で、アニロックスのセルから空気が置き換えられなければならず、インクがセルに入っていかなければならず、空気はチャンバから系外に出されなければならない。

0011

2300ft/分(約0.701km/分)までの線速度では、通常のモータを使用できる;しかしながら、2300ft/分を超える線速度では、水冷モータが好ましい。

0012

多くの印刷機は、その操業費用効率性を改善するために高速で印刷されるインク及びコーティングを必要としている。フレキソ印刷の線速度は、一般的に2000ft/分(約0.609km/分)までの範囲であり、その速度は速くすることが期待されている。線速度を速くする、例えば1200ft/分(約0.366km/分)より速く、特に1800ft/分(約0.549km/分)より速くすると、インクの印刷適性が悪化し始め、印刷欠陥が観察される場合がある。この欠陥ランダム分布し、不規則な形状をした印刷ミス領域として記載される場合がある。これらの欠陥は、印刷ブランケット又は版及び/又は基材の表面を湿らせるインクの能力のなさから、又は上の段落で検討された高速印刷機の構成に付随する別個機械的要因に起因すると考えられる。

0013

グラビア印刷凹版印刷の例である。それは、画像領域が、印刷用シリンダ中にエッチングされるか又は刻まれている一般的にハニカム状のセル又はウェルであるように、画像に対して押圧され又は凹んだ表面を使用する。シリンダの非エッチング領域は非画像又は非印刷領域である。シリンダはインクツボ中で回転し、過剰のインクが、フレキシブルスチールドクターブレードにより、シリンダから拭き取られる。凹型セルに残存したインクは、それが印刷版シリンダとインプレッションシリンダの間を通過する際に、基材(紙又は他の材料)への直接の移動により、画像を形成する。

0014

グラビア用インクは、シリンダの彫刻セルに引き込まれ、ついで基材に移動されるのを可能にする非常に低粘度の流動性のあるインクである。フレキソ印刷及びグラビアインクは非常に類似しており、基本成分は本質的に同じである。

0015

基材へのインクの移動は、最終印刷製品の品質に影響を与える最も重要な要因の一つでありうる。リニア高速印刷機の動力学のため、より遅い速度で使用される一般的なインクは高速では破壊し、印刷欠陥が生じるであろう。如何なる印刷欠陥も、リニア高速印刷機を使用することの生産性と本来的な印刷利点にネガティブな影響を及ぼすであろう。

0016

典型的なフレキソ印刷/グラビア印刷用インクは、樹脂溶媒着色料、及び添加剤を含んでいる。樹脂には、ロジンエステルポリアミドポリウレタンニトロセルロース等が含まれる。溶媒は、しばしば、アルコールアセテートグリコールエーテル、及びおそらくは他の溶媒クラスをベースにしている。

0017

懸濁液は、いくつかの工業原料、例えばコーティング剤、インク、塗料、セラミック及び化粧品骨格を形成する。化学工学プロセスにおけるこのような材料のレオロジー及び安定性のコントロール及び改善は、数十年の間、科学者及び技師の重要な関心事であった。懸濁液のレオロジーの一つの重要な特徴はそれらの粘弾性である。流体の粘弾性特性は、流体の固体様又は液体様の特性の度合いに関係している。

0018

ペースト状インクの粘弾性を研究した文献にいくつかの論文がある。例えば、米国特許第7267055B2号、及び同6602333B2号を参照。しかしながら、フレキソ印刷用インクの共通の前提はこのような低粘度インクでは粘弾性を考慮していないため、該産業においてフレキソ印刷用インクの粘弾性が測定されることはめったになかった。希な機会は、水ベースのフレキソ印刷用インクとある種の性能因子とのその関連について粘弾性を検討しているものに見いだすことができる。一例は、Mai R., Pekarovicova A., Fleming III, P. D., Savarmand, S.,及び Chandorkar, O. V.,の研究 「Ink Rheology and Press Performance of Water-based Flexographic Inks」 Flexo, 49-53 (2007年10月)である。この研究では、インクの弾性が増すほど、ドットゲインが少なくなると結論付けられている。

0019

ピンホールは、フレキソ印刷及び輪転グラビア印刷用インクの高速印刷についての、よって、そこから得られる印刷物の品質についての、一般的な実行可能性の問題の一例である。フレキソ印刷及び輪転グラビア印刷用インクの高速印刷ではピンホールを少なくすることが必要とされている。

0020

本願の発明者は、フレキソ印刷及び輪転グラビア印刷の表面のピンホール欠陥に関する一要因が、インクの粘弾性であることを見いだした。より弾性のあるフレキソ印刷用又は輪転グラビア印刷用インクでは、より高速の印刷速度でも、最終印刷物におけるピンホールの形成が遅延化されることが観察され、これに対して仮定されるメカニズムは、インクの移動及び皮膜スプリットに起因するむら緩和におけるその作用に関連している。

0021

本発明は、高速印刷用インクを処方する方法を開示し、該方法は、インクの位相角を測定し、インクの最大全不揮発性物質体積分率に対するインクの全不揮発性物質の体積分率の比率が、約0.40から約0.90の比率、約0.50から約0.80の比率、又は約0.6から約0.75の比率にある場合に、インクの位相角を10Hzの周波数で、60°、50°又は45°未満にコントロールすることを含む。位相角は、インクの樹脂、溶媒、着色剤、及び添加剤を選択することによりコントロールすることができる。また、位相角は、インクにおける添加剤の親和性を変更し、インクの溶媒を変更し、溶媒の溶解力パラメーターを変更し、ポリマーに可逆的に結合する化学物質をインクに添加し、又はインクにおける可逆的水素結合を変更することによってもまたコントロールすることができる。インクはフレキソ印刷用インク、輪転グラビア印刷用インク、ヒートセットオフセット用インク、又は出版グラビア用インクとすることができる。インクは、1200フィート/分より速い速度、又は1800フィート/分より速い速度での印刷に適している。

0022

本発明は高速印刷用インクを開示し、該インクは、一又は複数の樹脂、一又は複数の着色剤、一又は複数の溶媒、及び一又は複数の添加剤を含む。インクの位相角は、インクの最大全不揮発性物質の体積分率に対するインクの全不揮発性物質の体積分率の比率が、約0.40から約0.90の比率、約0.50から約0.80の比率、又は約0.6から約0.75の比率にある場合に、10Hzの周波数で、60°、50°又は45°未満とすることができる。前記一又は複数の樹脂は、ポリアミド、ポリウレタン、ロジンエステル、金属化ロジンエステル、ニトロセルロース、フェノール樹脂変性ロジンフェノール樹脂、アルキド炭化水素樹脂アスファルト、又は金属リソナート(resonates)とすることができ、インクの約5から〜30重量%とすることができる。前記一又は複数の着色剤は、インクの約4〜25重量%とすることができる。一又は複数の溶媒は、水、エタノール、直鎖プロピルアルコール、直鎖酢酸プロピル酢酸イソプロピル酢酸エチルジアセトンアルコールプロピレングリコールモノプロピルエーテルジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセタート、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテルアセタート、石油蒸留物トルエン、又はキシレンとすることができ、インクの約40〜70重量%とすることができる。インクの印刷物は、面積で1%未満のピンホールを含みうる。

0023

本発明は印刷方法を開示し、該方法はインクを提供し、ここでインクは、インクの最大全不揮発性物質の体積分率に対するインクの全不揮発性物質の体積分率の比率が、約0.40から約0.90の比率、約0.50から約0.80の比率、又は約0.6から約0.75の比率にある場合に、10Hzの周波数で、60°、50°又は45°未満の位相角を有するものであり、基材にインクを適用し、ここで基材は1200フィート/分以上の速度で移動することを含む。

0024

上述の一般的な説明と以下の詳細な説明は共に例示的及び説明のためのものであって、請求項記載の本発明のさらなる説明を提供するものであることが理解されなければならない。

図面の簡単な説明

0025

本発明のさらなる理解をもたらすために含められ、この明細書に入れられてその一部を構成する添付図面は、本発明の実施態様を例証するもので、明細書と共に、本発明の原理を説明するものである。
図1は、vol%TNV(全不揮発性物質)の関数としての、4種のインク(#1-4)の位相角のプロットを示し、ここで、vol%TNV(全不揮発性物質)は、固形分よりもむしろインク工業でよく使用されているパラメータである全不揮発性物質の体積分率(パーセンテージ)を表す。
図2は、比率の関数としての、4種のインク(#1-4)の位相角のプロットを示し、ここで、比率は、最大全不揮発性物質の体積分率に対する全不揮発性物質の体積分率の比率を表す。
図3は、4種のインク(#1-4)の顕微鏡写真を示す。

0026

その例が添付図面において例証される本発明の実施態様を、以下に詳細に参照する。

0027

粘弾性のある流体には、純粋な弾性固体の特徴並びに純粋な非弾性(粘性のある)液体の特徴の部分的寄与がある。純粋な弾性固体、例えば完全フックバネの特徴は、外的な力又は応力によるある種の変形にさらされている場合、印加された力又は応力の放出時に、完全弾性固体は、その当初の形状及び位置に完全に戻ることができることである。「ある種の変形」とは、その構造的耐性を超えて、材料を変形させない十分に小さい変形を意味する。よって、材料の微細構造における構造的結合は破壊しない。これは、一般的に線形粘弾性領域(LVR)と称される。他方、純粋な非弾性(粘性のある)液体、例えば完全ニュートン液体の特徴は、外的な力又は応力によるある種の変形にさらされている場合、印加された力又は応力の放出時に、完全非弾性液体は完全に新たな形状又は位置をとる。そして、変形を生じさせるのに費やされたエネルギーは、非弾性液体の粘性のために発熱消失されるであろう。粘弾性の良好な指標は、印加応力物質における生じた変形との間の位相角である。流体の平行層が互いにスライドしている剪断流において、シヌソイド剪断変形は、流体層内においてシヌソイド剪断応力を生じうる。小さな振幅の剪断流では、
γ=γ0sin(ωt) (1)
τ=τ0sin(ωt+δ) (2)
と記すことができ、ここで、γ、τ、ω及びtは、それぞれ、剪断ひずみ、剪断応力、振動角周波数及び時間を示す。上付き文字「0」は、振動の振幅の大きさを表す。δは剪断ひずみと剪断応力との間の位相角であり、常に0と90°(度)の間である。δ=0は純粋な弾性固体であることを意味する一方、δ=90°は純粋な非弾性(粘性のある)液体であることを意味する。任意の粘弾性材料に対して、
0≦δ≦90° (3)
である。

0028

粘弾性及びその変更の原因となる様々なメカニズムが存在する。インクの粘弾性は、インクの一又は複数のポリマーに対して特定の親和性を有する変性バインダーエクステンダー顔料を使用することにより変更可能である。粘弾性は、バインダー/エクステンダー/顔料と特定の相互作用を有する変性溶媒又は溶媒類又は可塑剤により、変更することができる。また、乾燥過程中に粘弾性が変化するように、インク/コーティング剤/付着剤/塗料の乾燥中に、変性溶媒(類)又は可塑剤の溶解力パラメーターを変化させることで、変更することもできる。後者の利点は、最大印刷性能及び最大ラミネーション結合強度又は他の性能パラメーターを有するインクが得られることである。粘弾性は、インクのポリマーに可逆的に結合する化学物質により変更することができる。粘弾性は、粘弾性変化のメカニズムが、インクの主要ポリマーの可逆的立体構造変化に至る可逆的水素結合に関与している場合に、変更可能である。粘弾性は、インクの第1又は主要ポリマーとは異なる粘弾性を有する第2又は他のポリマーにより変更可能である。粘弾性は、一般的に「レオロジー変性剤」と称されるいくつかの添加剤によっても変更可能である。

0029

高速印刷用インクは、印刷用インク樹脂又はバインダー、分散した着色剤(任意)、溶媒、及び種々の添加剤を含有する。インク用樹脂には、ポリアミド、ポリウレタン、ロジンエステル、金属化ロジンエステル、ニトロセルロース、フェノール樹脂、変性ロジンフェノール樹脂、アルキド、炭化水素樹脂、アスファルト、金属リソナート、又は他の印刷用インク樹脂が含まれる。分散した着色剤は、任意の多くの多様な顔料、顔料分散液、又は他の着色剤であってよい。溶媒は、任意の多くの有機溶媒、例えば、種々のアルコール、アセタート、及びグリコールエーテル溶媒から選択されるものであってよい。典型例には、エタノール、直鎖プロピルアルコール、直鎖酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸エチル、ジアセトンアルコール、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテルアセタート、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテルアセタート、石油蒸留物、トルエン、及びキシレンが含まれる。また溶媒成分は、存在する場合、約5重量%、好ましくは約0.5から2%までの量の水を含有してよい。

0030

商業的に入手可能な樹脂、溶媒、及び着色剤、並びに他の一般的な成分の広範なリストは、出典明示によりここに援用されるThe Printer's Manual,RIT Cary Graphic Arts Press (2005)に見いだすことができる。組成物の乾燥は、加熱又は光線照射により可能であり、後者の例では、光開始剤が存在する場合がある。

0031

一般的に、バインダーの樹脂成分は、組成物の約5から30重量%、好ましくは約10から15重量%であり、溶媒は、組成物の約40から70重量%、好ましくは約60から70重量%であり、着色剤は、存在する場合、組成物の約4から25重量%、好ましくは約15から18重量%であり、添加剤は、存在する場合、約0から5重量%であり、他の成分が残りを構成する。水は、存在する場合、約5重量%までで、いわゆる溶媒ベースのインクにおいて、水が主要な溶媒でない場合、好ましくは約0.5から2%である。

0032

インク処方物バインダー系は、印刷品質及び美的感覚、色調、不透明性、インクの付着性、及びラミネート性バリア性顔料分散性特殊効果ブロッキングの必要性、シーリング性、表面耐性、乾燥、及び多くの他のものに関して、印刷皮膜最終特性の点で、フレキソ印刷、輪転グラビア印刷、ヒートセットオフセット印刷、又は出版グラビア用印刷に必要とされる印刷特性をもたらすように選択される。着色剤は、フレキソ印刷及び輪転グラビア印刷に典型的な全範囲色相がもたらされ、上述のような要求されている特性及び印刷品質に一致するように選択される。本発明のインクは種々の添加剤、例えばスリップ剤ロウ、可塑剤、スリップ添加剤、消泡剤付着促進剤バイオサイド、及び上述のような要求特性を達成するためにフレキソ印刷及び輪転グラビア印刷用インクで典型的に使用される他のものを含むであろう。

0033

本発明の発明者は、インクの粘弾性が、インクの指針となる処方パラメーター、特に高速印刷条件下で使用されるものとして使用可能であることを見いだした。2011年3月1日に出願され、「高速印刷用インクの表面張力」と題されたPCT出願(出願人整理番号331148.00853.WO01)において、本発明の発明者の中に、ピンホールに関連する一要因がインクの表面張力であることを見いだした者もいた。PCT出願「高速印刷用インクの表面張力」は、よって、全ての目的に対して、出典明示によりここに援用する。

0034

インクは、フレキソ印刷、輪転グラビア印刷、ヒートセットオフセット印刷、又は出版グラビア用印刷用インク、又は溶媒ベースのものであってよい。粘弾性は、フィラメント又は液滴を形成における、より明らかな関連性の故に、ペースト状インク及びインクジェット用インクプロセシングにおいては評価されているが、高速印刷のプロセシングにおける粘弾性の有用性は理解されていない。高速印刷にて、ピンホール化は、基材を如何に安定化させるか、インクをレベリングするかに関連しているため、インクの液体様性質から固体様性質への移行が生じるメカニズムが、重要になってくる。

0035

その溶媒が蒸発した場合のインクの粘弾性は、インクの弾性が増せば増すほど、ピンホール欠陥が少なくなる形で、ピンホールのような、印刷性能に影響を及ぼす。粘弾性は様々なレベルの溶媒で得ることができる。全不揮発性物質の含有量を増加させ、インクの移動後の乾燥過程をシミュレートするために、ロータリーエバポレーターを使用して、溶媒を抽出した。粘弾性は、剪断振動試験により決定することができる。インクの粘弾性位相角は、ロータリーエバポレーターを使用してインクを徐々に乾燥させ、得られたインク処方物を、乾燥が進行するに従って段階的に分析する乾燥研究を実施することにより、測定することができる。

0036

業者であれば、与えられた周波数でひずみ振幅スイープの剪断振動試験を実施し、弾性及び損失弾性率がひずみ振幅の大きさとは独立している線形粘弾性範囲の位相角を決定する方法が分かるであろう。

0037

振動剪断試験は様々な周波数で実施することができる。10Hzの一般的な周波数が、様々な全不揮発性含有量で全てのサンプルに対して、振動結果を得るのに適していることが見いだされた。サンプルの位相角の比較は同じ周波数でなされることが必要である。よって、全てのサンプルについて、有効な振動読み取り値を生じる周波数を適用することが重要である。10Hzの周波数はこのような周波数である。

0038

剪断振動試験は、様々な全不揮発性物質の体積分率で、未使用サンプルについて実施される。全不揮発性物質の体積分率は、例えば10%から40%の範囲にある。インクの最大全不揮発性物質の分率は、インクが完全に乾燥され又は硬化された場合の、全不揮発性物質の分率である。ついで、インクの最大全不揮発性物質の体積分率に対するインクの全不揮発性物質の体積分率の比率が算出される。印刷機での使用準備が整ったインク状態において、インクの最大全不揮発性物質の体積分率に対するインクの全不揮発性物質の体積分率は、約0.35から0.55である。インクが完全に乾燥され又は硬化された場合、インクの最大全不揮発性物質の体積分率に対するインクの全不揮発性物質の体積分率の比率は、約1まで増加する。

0039

本発明の一実施態様では、標準的及び一般的インク成分が、高速印刷用インクの処方に使用されるが、位相角が約60°以下、好ましくは約50°以下、さらに好ましくは約45°以下になるように選択される。上述したように、位相角の測定は当該技術分野で知られているが、印刷品質の予測指標としての重要性については知られていない。種々の不揮発性物質の体積分率のインクの位相角は、異なりうる。位相角は特定の全不揮発性物質の体積分率で測定することができる。特定の全不揮発性物質の体積分率は、最大全不揮発性物質の体積分率に対するインクの全不揮発性物質の体積分率の比率を算出するために使用可能である。好ましくは、位相角は、全不揮発性物質の体積分率が10%から40%である場合に測定される。また、印刷機での使用準備の整ったインク状態での比率は約0.35から0.55であり、完全に乾燥され又は硬化されたインクにおける比率が約1であることから、最大全不揮発性物質の体積分率に対するインクの全不揮発性物質の体積分率の比率が0.35から1.0であるときに、位相角が測定される。好ましくは、比率は、約0.40から約0.90、約0.50から約0.80、又は約0.60から約0.75とすることができる。

0040

異なったピンホール性能を有する4種のフレキソ印刷用インクを調査した。インクは、インク1、2、3及び4として、以下に特定する。インクの組成を表1に列挙する。

0041

特定の溶媒の選択と実際のパーセンテージは、以下の2つの指針とする原則を考慮して進めた:乾燥過程全体にわたる溶媒の組合せにおける樹脂混合物溶解挙動と組合せた溶媒混合物蒸発特性が、組成物の変化を定める。

0042

これらのインクの位相角を、種々の全不揮発性物質の体積分率(vol%TNV)で得た。全不揮発性物質の分率を増加させ、インクの移動後の乾燥過程をシミュレートするために、ロータリーエバポレーターを使用し、溶媒を抽出した。種々の周波数で、振動剪断実験を実施した。10Hzの一般的周波数が、種々の全不揮発性分率での全てのサンプルに対して、振動結果を得るのに適していることが見いだされている。サンプルの位相角の比較は、同じ周波数でなすことが必要である。よって、全てのサンプルについて、有効な振動読み取り値を生じる周波数を適用することが重要である。10Hzで4種のインクの位相角を得、vol%TNV(全不揮発性物質)の分率の関数としての位相角の度数をプロットした図1に示すが、ここで、vol%TNV(全不揮発性物質)は、全不揮発性物質の体積分率(パーセンテージ)を示す。

0043

4種のインクの最大全不揮発性物質の体積分率を測定した。ついで、インクの最大全不揮発性物質の体積分率に対するインクの全不揮発性物質の体積分率の比率を算出した。図2では、比率の関数としての位相角の度数をプロットしており、ここで、比率は、インクの最大全不揮発性物質の体積分率に対するインクの全不揮発性物質の体積分率の比率を示す。

0044

1800ft/分(約9m/s)での、4種のインクの印刷の顕微鏡写真を図3に示す。顕微鏡写真は、オリンパスVanox研究用顕微鏡(対物5X−エリア1.5mm×1.2mm)を使用して記録した。印刷におけるピンホールのパーセンテージ(面積による)を、画像分析用のオリンパスAnalySISソフトウェアを使用して測定し、表2に列挙する。

0045

ピンホール(%)(面積による)が小さくなればなる程、印刷品質は良好になる。ピンホール(%)(面積による)が1%未満であると、一般的に良好な性能であると考えられる。4種のインクのなかでも、インク4が、1800ft/分で、最善の印刷品質をもたらし、インク1は最も悪い印刷品質をもたらした。また、最も小さな位相角は最善のピンホール性能(ピンホールが最も少ない)に相当することも分かった。位相角のレベルが増加すると、ピンホール性能も低下する。

実施例

0046

本発明の精神又は範囲を逸脱することなく様々な修正及び変形を本発明においてなすことができることは当業者には明らかであろう。よって、本発明は、添付する請求の範囲とその均等物の範囲にある本発明の修正及び変形を包含することが意図される。

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