CN103998244B - 用于发烟制品的单层纸印刷方法 - Google Patents

用于发烟制品的单层纸印刷方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在发烟制品的包装物上单层印刷油墨的方法，目的是为了使用胶印技术获得具有较低引燃倾向的发烟制品的包装物，其特征在于：(1)使用单个印刷单元在中心转鼓胶印机上执行印刷；(2)所述单元具有网纹辊和印刷辊，网纹辊具有在10与40cm3/m2之间的容量，印刷辊配备选自模板加粘合剂和套筒的印版；以及(3)使用包括至少一种成膜物质和矿物质填料的油墨，本发明还涉及可通过这种方法得到的包装物以及包括所述包装物的发烟制品。

Description

用于发烟制品的单层纸印刷方法
技术领域
本发明涉及纸印刷的技术领域，具体而言涉及用于发烟制品的包装纸，并且更具体而言涉及用于自熄(低引燃倾向或LIP)发烟制品的包装纸。本发明特别地提及胶印(flexographic)技术。
背景技术
利用印刷条带来制造用于发烟制品的LIP包装纸是基于将液体油墨从印版转移到纸。目的是为了在ASTM E2187 和ISO 12863标准规定的条件下，在燃烧锥到达印刷带时阻止香烟燃烧。因此印刷应减少在大气与点燃的烟草之间的气体交换。
这种气体交换通过在纸中的孔隙来进行。因此，减少这种气体交换需要这些孔隙在某种程度上闭合。可使用透气度测量或气体扩散能力测量来测量这种减少。为了简单起见，术语“扩散率”将在本说明书中用来指“扩散能力”。目前可用于进行这些测量的仪器使用二氧化碳和氮气；它们测量二氧化碳在氮气中通过印刷带的扩散速率。
在发烟制品的包装纸的领域中，使用CORESTA n° 40方法(其用作该行业的标准)来测量透气度。该方法当在基片的两个面之间施加不同压力时测量在设定时间长度上穿过特定表面的空气流量体积。通常以ml/min.cm2为单位进行测量，压差为1kPa。这是所谓的CORESTA单位或CU。
气体D*通过基片的扩散率测量在基片的两个面之间的分子交换速率，在基片的两个面之间并不存在压差。以cm/s为单位进行测量。目前，这种方法并非行业标准。
在这两种测量之间的一个重要区别在于，虽然自然渗透率受到所有纸孔隙特别是孔隙大小影响；但是仅仅大约小于10微米直径的较小孔隙影响扩散率。在香烟纸领域中所用的术语中被称作“针孔”的那些大小大于约10微米直径、大到足以在光下观察纸时可以看到的孔隙，对于扩散率测量或者香烟燃烧速率几乎没有任何影响。这通过以下事实证明：当使用火花放电方法将香烟纸穿孔(被称作静电穿孔，一种形成大约10至80微米大小的穿孔的方法)时，香烟燃烧速率并未增加且扩散率仅很小地增加，无论其透气度增加了多少。然而，香烟的通气量增加。因此在理论上，与透气度相比，扩散率将是香烟可燃性的更合适量度。因此，该行业倾向于以增加的频率使用这种量度来进行其当前的香烟燃烧预测。
在此情形下，限定香烟纸的最重要参数是透气度和扩散率，已知这些是与吸烟者抽烟时烟雾通气量和香烟静态燃烧速率最相关的参数，并且因此，它们直接影响香烟的焦油和尼古丁含量。更高的透气度和扩散率值意味着更大的开孔面积。
基于到目前为止所解释的内容，合理地得出以下结论：具有更高透气度和扩散率的纸需要印刷带中更多的材料，以便根据需要减少透气度和扩散率。
具有高透气度(超过50 CU)的纸带来使所用油墨中需要的固体量与油墨黏度兼容的问题，已知如在专利EP1417899中提到：“当利用任何方法印刷纸时要考虑的一个很重要的参数是油墨的黏度。在诸如凹版印刷或胶印等技术中，关于油墨粘度存在限制，表示具有高黏度水平的那些油墨并不便于将油墨转移到待印刷的伸展物(stretch)上或者从那里转移到印版或纸，取决于所用的系统。此外，高油墨粘度造成文本和小图的清晰度损失。因此，当选择粘结剂时，除了其降低纸的透气度的具体效果之外，还应当考虑其引燃倾向性和其对于香烟味道的影响、相对应的黏度限制。由于在溶液的固体含量与其黏度之间存在直接关系，黏度限制被解释为在油墨中固体的限制和因此施加到纸上的材料量的限制”。
为了克服这个问题，常用的系统向相同区域施加各种连续层，如在专利EP 1333729中所描述。这种配置所存在的主要问题在于难以同时控制在各个墨池中的印刷条件的稳定性，这就是为什么有利地仅仅使用一个墨池(inkwell)的原因。
EP 1333729作为这种配置的唯一优点示出了以下现实：使用水基油墨在纸上的任何印刷中产生更少的皱纹，并且当大量油墨施加到轻重量香烟纸(约24/28 g/m2)时，甚至更加显著。本发明是有利的，因为它并不需要在墨池之间对齐。这意味着墨池对准使得在最终的图中，不同颜色就在它们应该在的位置，并且图并不模糊。这个优点提供对操作更好的控制，并且使之更加通用，例如当所用的墨池出现问题时可能更换墨池。
发明内容
本发明的目的为一种在发烟制品的包装物上单层印刷油墨的方法，目的是为了采用胶印技术获得具有较低引燃倾向的发烟制品的包装物，其特征在于使用中心转鼓胶印机执行印刷，中心转鼓柔性板印刷机使用单个印刷单元，该单个印刷单元具有网纹辊和印刷辊，网纹辊具有在10与40 cm3/m2之间的容量，印刷辊配备印版，其特征还在于使用包括至少一种成膜物质和一种矿物质填料的油墨。所述印版可以是由已知为模板的塑料膜制成、利用粘合剂粘贴到印刷辊的单元，或者可以是由引入印刷辊内的聚合材料制成的中空圆筒或套筒。
根据特定实施例，成膜物质为阿拉伯树胶。
根据额外特定实施例，矿物质填料为至少碳酸钙。
成膜物质优选地阿拉伯树胶可以以包括在油墨固体重量40%与95%之间的百分比存在于油墨中，优选地在50与90 g/m2之间并且更优选地在60与85 g/m2之间，包括在所有指示的间隔中的两端限值。
填料优选地碳酸钙可以以包括在油墨固体重量5%与60%之间的百分比存在于油墨中，优选地在10与45 g/m2之间并且更优选地在15与38 g/m2之间，包括在所有指示的间隔中的两端限值。
油墨还可包括燃烧剂。所述燃烧剂可以以相对于油墨固体按重量计包括在大约2%与10%之间的百分比存在于油墨中，优选地在2.5与6 g/m2之间并且更优选地在3.4与3.6 g/m2之间，包括在所有指示的间隔中的两端限值。
根据特定实施例，燃烧剂可以是例如有机酸的盐，诸如柠檬酸、马来酸、乳酸、醋酸、酒石酸及其混合物。本发明者发现柠檬酸盐特别适用于本发明，尤其是柠檬酸的金属盐，诸如柠檬酸钠和柠檬酸钾，并且更特别地是柠檬酸钾。
在本发明的方法中，0.5与7 g/m2之间的固体沉积到发烟制品的包装纸上，优选地0.8与4 g/m2之间且甚至更优选地1与3.8 g/m2之间，包括所有指示的间隔中的两端限值。
油墨可以以直、波状或锯齿形带或者以确保利用这种包装物制造的香烟确实熄灭的任何其它方式持续地施加到发烟制品的包装物上。
利用本发明的单层印刷方法，利用油墨处理的区域具有在0.010与0.300 cm/s之间的扩散率。
根据本发明的单层印刷方法的优选实施例，油墨包括：
-在25%与40%之间的固体；
-成膜物质，即阿拉伯树胶，以相对于油墨固体按重量计包括在40%与95%之间的百分比；以及
-填料，诸如碳酸钙，以相对于油墨固体按重量计包括在5%与60%之间的百分比。
根据本发明的单层印刷方法的特别优选的实施例，油墨包括：
-在26%与39%之间的固体；
-相对于油墨固体按重量计包括在62%与85%之间的百分比的阿拉伯树胶；以及
-相对于油墨固体按重量计包括在15%与38%之间的百分比的碳酸钙。
利用具有中心转鼓的胶印机所进行的印刷基于使用围绕中心转鼓定位的各个印刷单元来施加单一种油墨或者不同油墨，支承件在中心转鼓外侧移动。
每个印刷单元具有：
-雕刻有网穴的辊(被称作网纹辊)，网穴具有可变的体积和设计；以及；
-辊，具有用于凸版印刷的设计(印刷辊和印版)。
根据印刷机的具体设计，在每个印刷单元中的其它部件为辅助沉积件、管、墨池和刮刀或刮刀腔室。
油墨转移到网纹辊，使用刮刀从网纹辊移除过量油墨；油墨转到印版上并且从印版转到待印刷的支承件。
假设油墨填充了所有网纹辊网穴并且完全移除了过量油墨，那么油墨到支承件的转移将由网纹辊与印版之间的压力、印版与支承件之间的压力以及印版的材料和硬度来调节。
取决于印刷条件，油墨转移(在支承件上的干油墨的重量占网纹辊上干油墨重量的百分比)可以在30%与50%之间。
这是基于从压纹印版(embossed form)向待印刷的支承件上施加油墨的系统。因此，在支承件上的印版的压力是显著地影响最终印刷的变量。
另一方面，在印版上的网纹辊压力也影响最终印刷，尽管不太显著。例如，网纹辊相对于印版的位置增加20微米导致4.7%的扩散率减小。
印刷辊相对于支承件的位置(也就是说，印版在支承件上的压力)的影响是由于两种因素造成：
-油墨向纸的转移(在纸上的干油墨重量占网纹辊上干油墨的重量多少)；以及
-在支承件上的油墨渗透。
第一种因素由在网纹辊与印刷辊之间和印刷辊与支承件之间的压力来调节；第二种因素仅由后者调节。
通过使用类似本发明方法的印刷方法(其使用仅仅一个印刷单元来得到仅仅单层油墨，与多层印刷方法不同)得到的最重要优点如下：
1. 不再需要在印刷单元之间对齐，这是在多层印刷中是必需的。
2. 更容易管理控制印刷操作和控制仅仅一个印刷单元。
3. 在配备了各种墨池或印刷单元的印刷机中，这个过程变得更灵活，因为可能将一个墨池更换为另一个墨池。
4. 单层印刷方法的另一重要优点在于其节省油墨。
本发明还涉及发烟制品的包装物，其特征在于，该包装物可通过在本说明书中所描述的方法得到。
本发明还涉及一种发烟制品，其包括根据在本说明书中所描述的方法得到的包装物。
附图说明
图1示出了根据现有技术方法的中心转鼓胶印设备，其基于通过各个印刷单元来施加单种油墨或各种油墨，所述印刷单元位于中心转鼓周围，支承件在中心转鼓外侧移动。每个墨池基本上由雕刻有网穴(cell)的辊(网纹辊，anilox)和具有印版的印刷辊组成，其中，网穴具有可变的设计和体积，印版包含用于凸版印刷的设计(印刷辊)。
图2示出了胶印技术的示意图，其中可以观察到油墨如何转移到网纹辊，过量油墨利用刮刀移除，并且油墨如何从网纹辊传递到印版和从印版传递到待印刷的支承件。在图2中的附图标记：
1. 模板和印刷滚筒
2. 网纹辊
3. 转移滚筒
4. 材料运送滚筒
5. 托盘。
图3为根据本发明使用仅仅一个墨池获得的曲线图，其中网纹辊具有27 cm3/m2的体积，并且模板具有80肖氏A级硬度。其示出扩散率值与印刷辊相对于支承件的位置之间的关系。这个曲线图示出，印版的压力影响在支承件上的最终印刷。在此图中，值“0”表示印版与纸接触，+30表示强制接触超过30微米，+60表示强制接触超过60微米，以此类推。
图4示出取决于基纸的透气度、根据ASTM E2187 和ISO 12863标准为了获得100%自熄香烟所需的条带中的干油墨材料重量(g/m2)。在所有情况下，使用单层印刷。网纹辊的体积根据所需层重量而不同，并且所用的油墨拥有以下特征：35%总固体，由22.4%阿拉伯树胶、9.1%碳酸钙和3.5%柠檬酸钾组成。
具体实施方式
示例
如上文所述，限定香烟纸的最重要参数是透气度和扩散率，已知这些是与吸烟者抽烟时烟雾通气量和香烟静态燃烧速率最强烈相关的参数。因此，它们直接影响香烟的焦油、尼古丁和一氧化碳含量。更高的透气度和扩散率值意味着更大的开孔面积。
比较单层印刷与双层印刷
示例1：比较两种胶印机，第一种使用配备了10.4cm3/m2网纹辊的仅仅一个墨池，而第二种使用分别配备了16和9.5cm3/m2大小的网纹辊的两个墨池。在两种情况下使用的油墨是相同的，包含37%的固体，该固体由25.2%阿拉伯树胶和11.8%的碳酸钙组成，印版为配备了2.84mm厚模板且具有80肖氏A硬度、利用0.20mm厚粘合剂粘贴的印刷辊。所用的基纸具有50 CU的透气度。下表示出了所得到的结果，目的是0.150 cm/s的扩散率：
网纹辊，cm3/m2 扩散率，cm/s 层重量，g/m2 印刷类型
16 +9.5 0.175 3.4 双层
10.4 0.160 1.5 单层
在单层印刷中，为了在50 CU透气度的纸中得到0.150 cm/s的扩散率，油墨必须具有1.5 g/m2的重量，在双层印刷中，油墨必须具有3.4 g/m2的重量，也就是说为126%更多。
示例2：比较使用相同胶印机做出的两种印刷，第一种使用具有18 cc/m2网纹辊的仅仅一个墨池，而第二种使用分别具有18和12 cm3/m2大小的网纹辊的两个墨池。在两种情况下使用的油墨是相同的，包含37%的固体，该固体由25.2%阿拉伯树胶和11.8%的碳酸钙组成，印版为配备了2.84mm厚模板且具有80肖氏A硬度、利用0.20mm厚粘合剂粘贴的印刷辊。所用的基纸具有50 CU的透气度。下表示出了所得到的结果，目的是0.150 cm/s的扩散率：
网纹辊，cm3/m2 扩散率，cm/s 层重量，g/m2 印刷类型
18 + 12 0.157 3.5 双层
18 0.161 1.9 单层
在单层印刷中，为了在50 CU透气度的纸中得到0.150 cm/s的扩散率，油墨必须具有1.9 g/m2的重量，在双层印刷中，油墨必须具有3.5 g/m2的重量，也就是说84%更多。
其它单层印刷示例
示例3：使用透气度为70 CU的100%木质纤维进行试验。在使用单个印刷单元的中心转鼓胶印机中执行印刷，单个印刷单元具有18 cm3/m2网纹辊、以及配备了1.14mm厚模板且具有80肖氏A硬度、利用0.20mm厚粘合剂粘贴的印刷辊。所用的油墨配方为22%重量的阿拉伯树胶、9.1%重量的碳酸钙和3.5%重量的柠檬酸钾(34.6%固体)，其余为水。
结果如下，目的是0.150 cm/s的扩散率：
网纹辊，cm3/m2 扩散率，cm/s 层重量，g/m2 印刷类型
18 0.145 2.4 单层
示例4：使用100%亚麻纤维纸进行实验，亚麻纤维纸具有30 CU的透气度，由使用单个印刷单元的中心转鼓胶印机进行印刷，单个印刷单元具有10.4 cm3/m2的网纹辊、以及配备2.84mm厚模板且具有80肖氏A硬度、由0.20mm厚粘合剂粘贴的印刷辊。所用的油墨配方为21%重量的阿拉伯树胶、4.2%重量的碳酸钙和0.8%重量的柠檬酸钾(26%固体)，其余为水。
结果如下，目的是0.110 cm/s的扩散率：
网纹辊，cm3/m2 扩散率，cm/s 层重量，g/m2 印刷类型
10.4 0.090 1.36 单层
示例5：在此试验中，在具有90 CU透气度的纸上使用具有38%固体的油墨(相对于干材料重量14.1%的碳酸钙和23.9%的阿拉伯树胶，其余为水)。在使用单个印刷单元的中心转鼓胶印机中执行印刷，单个印刷单元具有26 cm3/m2网纹辊、以及配备了80肖氏A硬度的套筒型印版的印刷辊。
结果如下，目的是0.200 cm/s的扩散率：
网纹辊，cm3/m2 扩散率，cm/s 层重量，g/m2 印刷类型
26 0.170-0.180 3.0 单层
示例6：在此试验中，在具有120 CU透气度纸上使用具有39%固体的油墨(相对于干材料重量14.8%的碳酸钙和24.2%的阿拉伯树胶，其余由水组成)。在使用单个印刷单元的中心转鼓胶印机中执行印刷，单个印刷单元具有31 cm3/m2网纹辊、以及配备80肖氏A硬度的套筒型印版的印刷辊。
结果如下，目的是0.200 cm/s的扩散率：
网纹辊，cm3/m2 扩散率，cm/s 层重量，g/m2 印刷类型
31 0.190-0.200 3.8 单层
示例7：使用100%亚麻纤维纸进行实验，亚麻纤维纸具有19 CU的透气度，由使用单个印刷单元的中心转鼓胶印机进行印刷，单个印刷单元具有14 cm3/m2的网纹辊、以及配备2.84mm厚、80肖氏A硬度的模板且由0.20mm厚的粘合剂粘贴到其支承件的印刷辊。所用的油墨配方为25.1%重量的阿拉伯树胶、5%重量的碳酸钙和0.93%重量的柠檬酸钾(31%固体)，其余为水。
结果如下，目的是0.110 cm/s的扩散率：
网纹辊，cm3/m2 扩散率，cm/s 层重量，g/m2 印刷类型
14 0.110 1.5 单层
示例8：在此试验中，在具有80 CU透气度的纸上使用具有36%固体的油墨(相对于干材料重量5.4%的碳酸钙和30.6%的阿拉伯树胶，其余为水)。在使用单个印刷单元的中心转鼓胶印机中执行印刷，单个印刷单元具有26 cm3/m2网纹辊、以及配备80肖氏A硬度的套筒型印版的印刷辊。
结果如下，目的是< 0.100 cm/s的扩散率：
网纹辊，cm3/m2 扩散率，cm/s 层重量，g/m2 印刷类型
26 0.069 3.02 单层
在网纹辊中的容量间隔(标准为2至35 cm /m，但这可以更高)和所雕刻体积上的各种设计允许更大的灵活性，并且能够仅以一道工序在具有高初始透气度的纸上印刷。

Claims (19)

1.一种在发烟制品的包装物上单层印刷水基油墨的方法，目的是为了通过胶印技术获得具有较低引燃倾向的发烟制品的包装物，其特征在于：(1)使用单个印刷单元在中心转鼓胶印机中执行所述印刷；(2)所述单元配备：
-网纹辊，其具有在10与40 cm3/m2之间的容量；以及，
-印刷辊，其配备选自下列的印版：
       -模板加上粘合剂；和
       -套筒；以及
(3)使用包括至少一种成膜物质和矿物质填料的油墨。
2.根据权利要求1所述的单层印刷水基油墨的方法，其特征在于，所述成膜物质为阿拉伯树胶。
3.根据权利要求1所述的单层印刷水基油墨的方法，其特征在于，所述矿物质填料为碳酸钙。
4.根据权利要求1所述的单层印刷水基油墨的方法，其特征在于，所述成膜物质为阿拉伯树胶并且所述矿物质填料为碳酸钙。
5.根据权利要求2所述的单层印刷水基油墨的方法，其特征在于，存在于所述油墨中的所述阿拉伯树胶的量相对于油墨固体按重量计在40%与95%之间。
6.根据权利要求3所述的单层印刷水基油墨的方法，其特征在于，存在于所述油墨中的所述碳酸钙的量相对于油墨固体按重量计在5%与60%之间。
7.根据权利要求1所述的单层印刷水基油墨的方法，其特征在于，所述油墨还包括燃烧剂。
8.根据权利要求7所述的单层印刷水基油墨的方法，其特征在于，存在于所述油墨中的燃烧剂的量相对于油墨固体按重量计在3%与10%之间。
9.根据权利要求7所述的单层印刷水基油墨的方法，其特征在于，所述燃烧剂为来自有机酸的盐。
10.根据权利要求9所述的单层印刷水基油墨的方法，其特征在于，所述燃烧剂选自由柠檬酸、马来酸、乳酸、醋酸和酒石酸及其混合物构成的组。
11.根据权利要求9所述的单层印刷水基油墨的方法，其特征在于，所述燃烧剂为柠檬酸的金属盐。
12.根据权利要求11所述的单层印刷水基油墨的方法，其特征在于，所述燃烧剂为柠檬酸的钾盐。
13.根据权利要求1所述的单层印刷水基油墨的方法，其特征在于，在0.5与7g/m2之间的固体量沉积于所述发烟制品的包装物上。
14.根据权利要求1所述的单层印刷水基油墨的方法，其特征在于，所述油墨持续地施加到所述发烟制品的包装物上。
15.根据权利要求1所述的单层印刷水基油墨的方法，其特征在于，所述油墨以直、波状或锯齿形带形式施加到所述发烟制品的包装物上。
16.根据权利要求1所述的单层印刷水基油墨的方法，其特征在于，所述油墨以一种量施加，使得用它处理的区域具有在0.010与0.300 cm/s之间的扩散率。
17.根据权利要求1所述的单层印刷水基油墨的方法，其特征在于，所使用的油墨包括：
-在26%与39%之间的油墨固体，
-相对于所述油墨固体按重量计包括在62%与85%之间的百分比的阿拉伯树胶；以及
-相对于所述油墨固体按重量计包括在15%与38%之间的百分比的碳酸钙。
18.一种用于发烟制品的包装物，其特征在于，所述包装物能够通过根据权利要求4至17中任一项所限定的方法得到。
19.一种发烟制品，其特征在于，所述发烟制品包括能够根据权利要求4至17中任一项所描述的方法获得的包装物。
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