JP2005513549A - デジタル印刷法、およびこの方法に適用可能な紙またはボード - Google Patents

デジタル印刷法、およびこの方法に適用可能な紙またはボード Download PDF

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Abstract

本発明は、デジタル印刷法およびこの方法に適用可能な紙またはボードに関する。デジタル印刷において、紙またはボードの表面は帯電され、トナー粒子は印刷に従って電場内の表面に提供され、そしてこの粒子は印刷を形成するために、熱を用いて表面にしっかりと融解される。本発明によれば、紙またはボード(2)は、帯電可能なエチレンのアクリレートコポリマーを含むコーティング層(3)を有し、このコーティング層(3)は、赤外線を用いてこのコーティングへと融合されるトナーを受容する。適切なコーティングポリマーは、特に、エチレンのメチルアクリレートコポリマー、エチルアクリレートコポリマー、およびブチルアクリレートコポリマー(EMA、EEA、およびEBA)である。特に、パッケージングボードにおいて、デジタル印刷可能な層の他に、ポリマーコーティングは、パックした製品を保護するための水蒸気または酸素バリアー層、およびパッケージをシーリングするための、ボードに対向する側にヒートシール可能な層を備え得る。

Description

本発明は、デジタル印刷法に関する。この方法において、紙またはボードの表面は帯電され、トナー粒子は、印刷に従って電場内の表面に提供され、そしてこの粒子は、印刷を形成するために、熱を用いて、表面に融合される。さらに、本発明は、本方法に適用可能な、ポリマーコーティングした紙またはボード、およびこのコーティングにおける選り抜きのポリマーの使用に関する。
デジタル印刷は技術としては公知であり、そして、とりわけ、カラー印刷、コピー機械、およびプリンターにおいて、広範に使用されている。EP 629930出願は、デジタル印刷技術を開示し、この技術を用いると、マルチカラー印刷が、移動するペーパーウェブの片側または両側に対して達成可能である。印刷の異なる割当てが、このウェブの経路に沿って、連続する印刷ステーションにおいて行われる。この印刷ステーションは、同調した方法で作動するように配置されている。各ステーションは、回転ドラム、およびその周囲に設置されたアキュムレータ(ドラムの表面に均一な電荷を生成する)を備える。ドラムの周囲で、このアキュムレータは、プリントヘッド(例えば、レーザースキャナ)の後にあり、ドラム表面の電荷を選択的に変化させることにより、ドラムの表面に潜在的イメージを形成し、次いで、この潜在的イメージは、現像ステーションにおいて現像され、ここで、反対にサインされたトナー粒子(opposite signed toner particle)が、イメージに従ってドラムの表面に提供される。この後、ドラムの表面は、イメージを形成するトナー粒子をこのウェブの表面に移動するために、ドラムの表面を通過させるペーパーウェブと接触される。この目的のために、ドラムとウェブの接触位置において、コロナ転写アセンブリが、ウェブの反対側に設置されており、電流がこれを通して加えられて、電場を形成し、帯電したトナー粒子を、ドラムの表面からペーパーウェブの表面へと引き付ける。コロナ転写アセンブリの直ぐ隣に、交流コロナ装置が設置される。この装置は、ウェブの電荷を排除し、そしてドラムの表面からこの電荷を分離することを可能にする。次いで、ドラムの表面は、コロナ装置により予備荷電され(pre−charged)、そしてドラムの表面におそらく残っているトナー粒子を洗浄する。その後、この表面は、新たな印刷サイクルのために準備される。この新しいサイクルは、以前のサイクルと同一であってもよいし、以前のサイクルと異なっていてもよい。
白黒印刷は、上記に開示される方法で、黒色トナーを用いて、1つの単一の印刷ステーションにおいて、紙の片側に行われ得る。マルチカラー印刷において、異なるトナーが、いくつかの連続する印刷ステーション内の紙に提供される。これらの印刷ステーションは、異なる色を用いて作動し、これらの異なる色を、移動するウェブに生成されるべき印刷に一度に加える。紙の両面印刷もやはり、上記に開示される型の印刷ステーションを、移動するペーパーウェブの両側に配置することにより達成され得る。
上記に開示されるように、1つ以上のトナーからなる印刷が、紙の上に生成された後、印刷は、ウェブの経路上に配置された固定ステーションに固定される。この固定は、ポリマーのトナー粒子が、紙にしっかりと融解するように、ウェブの表面を加熱する、赤外線照射器を用いて行われる。最終的に、完成した印刷されたウェブは、必要に応じて、シート(このシートは、積み重ねられるか、または継ぎ合わされる)にカットされる。
本質的に対応する技術は、コピー機械およびプリンターに適用される。ここで、印刷ベースは、連続するウェブの替わりに、個別のシートの形をしている。紙シートに加えて、プラスチックフィルムもまた、コピー機械におけるベースとして用いられ得る。
公開された特許明細書であるUS 5 741 572において、電子写真的に印刷されることが意図された紙が開示されている。この紙は、イオノマー(Surlyn 1605)、あるいはイオノマーと他のポリマーとの混合物でコーティングされる。熱を用いて固定されるトナーについて、この明細書は、同様に、用いられるイオノマーを示唆する。この明細書に従って、イオノマー樹脂は広がる傾向がなく、それゆえ、印刷が熱固定の間および後まで十分に持続する。
ボードウェブの印刷におけるデジタル印刷技術の欠点は、通常、ボードの不規則な表面にあり、これは、質の悪い印刷結果を生じる。ボードは、従来の印刷技術(例えば、オフセット印刷)を用いて印刷されている。特に、パッケージおよび使い捨ての皿に用いられる、ポリマーコーティングしたパッケージングボードは、コーティングフェーズの前に印刷され得、この場合、無色または透明のポリマーからなるコーティング層は、印刷を有するボード表面の上に押し出されるか、またはオフセット印刷は、ポリマーでプレコーティングしたボードの上でなされ得る。
本発明に従って、荒い表面を有する紙またはボードの上にポリマーコーティングを提供することは、表面の不規則性をなくし、その結果、この部分に関して、首尾よいデジタル印刷のための障害が排除されることが、注目されている。しかし、試験は、結果が印刷に用いられるポリマーに強く依存することを示した。すなわち、異なるポリマーでは、非常に異なる品質の印刷(impression)を生じる。
印刷の品質は、ポリマーが、コロナ処理において、どれだけ均一に荷電されるかに明らかに関係することを、行われた研究は示す。試験結果によれば、エチレンの極性アクリレートコポリマー、すなわち、エチレン−メチル−アクリレートコポリマー(EMA)は、コロナ処理において、非常に均一に荷電され、そしてデジタル印刷において、高品質の印刷を生じた。
従って、印刷が、紙またはボードの表面を帯電させること、印刷物に従って、電場内の表面にトナー粒子を提供すること、およびこの表面上の印刷の箇所に赤外線照射を行い、この赤外線照射が、熱を用いて、ポリマーコーティングにトナーをしっかりと融合させることによって、ポリマーをコーティングした紙またはボード(このコーティングは、帯電可能な、エチレンのアクリレートコポリマーを含む)に行われることが、本発明のデジタル印刷の特徴である。
本発明に利用可能な、帯電可能な、エチレンのアクリレートコポリマーは、特に、エチレンメチルアクリレートコポリマー(EMA)、ならびにエチルブチルアクリルコポリマー(EBA)およびエチレンエチルコポリマー(EEA)(これらは、EMAと類似の特徴を有する)である。
デジタル印刷適性に加えて、印刷される紙またはボードのコーティングポリマーとしての、帯電可能な、エチレンのアクリレートコポリマーの利点は、紙およびボード、ならびにパッケージングボードのコーティングに一般的に用いられる他の押出し可能なポリマーの両方に対する、それらの押出し性および接着性にある。従って、デジタル印刷可能なポリマー層は、紙またはボードの上に押出される多層コーティングの一部であり得る。用いられるポリマー(例えば、EMA、EEAおよびEBA)はまた、ヒートシールでもあり、この点においてもまた、これらは、シール可能なパッケージに用いられるボードの表面層として適切である。さらに、EMA表面が、IR照射によりトナー粒子を固定する時に光沢が無くならないことが観察されている。印刷(すなわち、トナーの融合)の後、保護ラッカーが、ヒートシールされる領域以外の印刷表面の上に塗布され得る。この保護ラッカーは、エチレンコポリマーに滑らかに付着する。
EMAは、エチレンアクリレートモノマーとメチルアクリレートモノマーとの共重合により作製される。市販のEMA製品におけるメチルアクリレートモノマーの割合は、9−20モルパーセントの間である。メチルアクリレートの割合が増加するにつれて、印刷は改善されるが、同時に、ポリマーは、より軟らかくかつより粘稠性となる。EMA層が、紙またはボードの表面に提供される場合、EMAの中のメチルアクリレートモノマーの割合は、好ましくは、15−20モルパーセント、そして、最も好ましくは、約15モルパーセントであり、この場合、紙またはボードは、コーティングによって生じる付着問題なしに巻くことが可能である。
本質的な部分について、最も上の層が、エチレンのアクリレートコポリマー、特に、エチレンメチルアクリレートコポリマー(EMA)からなるように、ファイバーベースが1つ以上のコーティング層を有することが、デジタル印刷可能なポリマーをコーティングした紙またはボードの特徴である。
上記の表現「本質的な部分について」とは、紙またはボードの上のポリマー層が、純粋な市販のEMAであるか、あるいは、ほんのわずかな量の他の成分(10%未満、および、より好ましくは、5%未満)がそれと混合されているが、コロナ処理におけるポリマーの電荷にも、デジタル印刷の品質にも実質的に影響しないかのいずれかである。
本発明の簡単かつ有利な実施形態は、紙またはボードのファイバーベース上のポリマーコーティングが、1つのEMA層のみを含むことである。このようなコーティング層はまた、紙またはボードの片側にのみ配置され得る。例えば、要求の厳しい用途のための、デジタル印刷されたボックスパッケージ(例えば、化粧品または他の高級品のためのパッケージ)は、このような簡単にコーティングしたパッケージングボードから製造され得る。片側のポリマーコーティングは、このようなドライパッケージに、外側からの浸潤に対する十分な保護を与える。
両側をEMAでコーティングした本発明の紙またはボードは、例えば、マルチカラー印刷された広告、パンフレット、またはカードにもまた適切である。
本発明によれば、その接着性に起因して、EMAはまた、紙またはボードの上に提供される多層コーティングの一部であり得る。ここで、デジタル印刷適性に加えて、水蒸気および酸素バリア(特に、食品パッケージに要求される)、または可能な限り良好なヒートシール性もまた、探求されている。従って、コーティングの他の層は、エチルビニルアルコールコポリマー(EVOH)またはポリアミド(PA)、あるいはヒートシールポリマーとして特に用いられる低密度ポリエチレン(LDPE)、あるいはポリプロピレン(PP)などのバリアポリマーからなり得る。これらのEVOH層およびPA層は、最も好ましくは、EMA層の下にあるボードに対して配置され、これに対して、LDPE層は、ボードの印刷可能な面の反対側に配置される。
トナー粒子は、代表的には、低い融点を有するポリマーを含み、その結果、これらは、IR照射の作用によって容易に融解する。従って、トナー粒子は、コーティングポリマーの融解なしに、融解され得、そしてコーティングと融合され得る。あるいは、IR照射は、ポリマーコーティングを軟らかくするか、または融解し得、その結果として、トナー粒子は、トナー粒子自体を融解することなしに、コーティングに付着する。最も有効な融合は、コーティング粒子とトナー粒子の両方が、IR照射の作用により融解する場合に達成される。
帯電性に加えて、印刷表面に上のトナーの設定は、トナー粒子の極性に基づく。その他の点では、トナーのためのベースであるポリマーは、本発明に関して重要な事項ではない;換言すれば、コーティングとトナーは、同じポリマーを含んでもよいし、これらは、異なる型のポリマーを含んでもよい。
本発明の目的は、さらに、デジタル印刷可能なコーティングした紙またはボードのトナーを受容するポリマーコーティングにおける、EMAなどのエチレンのアクリレートコポリマーの使用を包含する。この場合、EMAは、最も好ましくは、EMAからなる実質的に純粋な材料層として用いられる。EMAは、それ自体で、紙またはボードの片側または両側に、ポリマーコーティングを形成し得るか、あるいはEMAは、片側(紙またはボード上のマルチカラーコーティングの最も外側の層)を形成し得る。
次に、本発明は、初めに添付の図面を参照して、実施例を用いてより詳細に説明される。
図1に、ファイバーベース2の片側が、純粋なEMAから本質的になるコーティング層3を含む、本発明に従う簡単なポリマーコーティングしたデジタル印刷可能なパッケージングボード1を示す。ファイバーベース2は、ケミサーモメカニカルパルプ(CTMP)の内層、および硫酸塩パルプの最も外層を含む3層構造体から形成され得、この3層構造体の重量は、130−600g/m、好ましくは、170−300g/mである。EMA層3のポリマーは、モノマー混合物のメチルアクリレートモノマーの割合が、9−20モルパーセント、最も好ましくは、約15−20モルパーセントとなるように、エチレンアクリレートモノマーとメチルアクリレートモノマーとを共重合することにより形成される。EMA層の重量は、7−20g/mである。
図2は、ファイバーベースを形成する紙層5の重量が、20−130g/m、好ましくは、40−120g/mである、本発明のポリマーコーティングしたデジタル印刷可能な紙4を示す。コーティングとして用いられるEMA層3は、図1に示されるものに類似し得る。
図3に、デジタル印刷可能なEMA層3が、ファイバーベース2の両側に配置される、本発明に従うポリマーコーティングしたパッケージングボード1の実施形態を示す。層2、3の材料および重量は、図1の実施形態に類似し得る。
図4は、EMA層3がファイバーベース2の片側、およびその反対側にLDPEヒートシール層6が配置される、本発明の実施形態を示す。ファイバーベース2は、図1の実施形態と同様に、3層ボードからなり得る。EMA層3は、好ましくは、コポリマーからなり、ここで、メチルアクリレートモノマーの割合は、15−20モルパーセントである。EMA層3の重量は、7−20g/mの間であり得、そしてLDPE層6の重量は、10−40g/mの間であり得る。ボードは、パッキングブランクの縁が、継ぎ合わせ箇所で重なり合って、対向するEMA層とLDPE層が互いにヒートシールするように、継合わせることによってシールされる、デジタル印刷可能なボックスパッケージに適用され得る。
図5は、ファイバーベース2が、例えば、図1のように、EMA層3の片側に備えられる、両側をポリマーでコーティングしたパッケージングボード1を表す。ファイバーベース2のこの反対側には、エチルビニルアルコールコポリマー(EVOH)の酸素および水蒸気バリア7(その重量は、例えば、5−10g/mである)、そして、さらに、外側のLDPHヒートシール層6が配置される。LDPHヒートシール層6の重量は、10−40g/mの間であり得る。このようなコーティングしたボードは、継ぎ合わせることにより閉じられ、そして外面にデジタル印刷される、ボックスパッケージまたは缶パッケージ(ここで、EVOH層7は、パッケージのファイバーベースの内側にある)に適切である。EMA層3は、パッケージの外側をデジタル印刷することを可能にし、同時に、パッケージの内部のEVOHバリア層7が、空気中の酸素および水分から、パックした製品を保護する。
図6の実施形態は、EVOHの替わりに、バリア層のポリマーが、ポリアミド(PA)である点で、図5に示される実施形態とは異なる。図7の実施形態ではまた、EMA層3およびEVOH層7が、ファイバーベースの同じ側で互いに対向して配置される点が異なる。
(種々のポリマーの電荷)
種々のポリマーの電荷を、初めにコロナ処理を行ったポリマーから製造したフィルムによって試験した。これは、フィルムの表面に永久電荷、およびフィルムの内部にこの反対の符号の電荷を生じ、その結果、このフィルムは、永久磁石のように作用を始める。この後、極性のPorabak Q粉末を、このフィルムの上に注いだ。この粉末は、球形のポリマー粒子(80−100メッシュのサイズ)からなる。このフィルムを、粉末を広げるために、前後に揺らし、その後、フィルムに付着していない余分な粉末を、慎重に振ることにより取り除いた。フィルムの表面に付着した粉末を、顕微鏡で観察した。
試験したポリマーは、EMA(メチルアクリレートモノマーの割合は、20モルパーセントであった)、PETおよびLDPEであった。フィルムの表面に対する、粉末の最も均一かつ緊密な付着は、EMAフィルムで達成されたことを見出した。PETフィルムおよびLDPEフィルムに関して、粉末の付着は、かなり均一ではなかった。異なるポリマーフィルムで写真撮影した粉末粒子は、添付の図8(EMAフィルム)、図9(PETフィルム)、および図10(LDPEフィルム)に見られる。
(種々のポリマーコーティングのデジタル印刷適性)
170g/mの重量を有するカップボードを、10種の種々のポリマーでコーティングした(この層重量は、10−15g/mであった)、一連の試験を行った。各コーティングポリマーを、予備的なコロナ処理に供する、およびこのようなコロナ処理をしないの両方で試験した。全部で20個のサンプルの各々を、EP 629 930号公報に従う技術を用いて印刷し、そして10人の試験官が、最も良いサンプルに値1、および最も悪いサンプルに値20を与えるように、最良から最悪の順に印刷したサンプルを列挙することによって、結果を視覚的に評価した。これらの値の中で、平均および偏差を計算した。さらに、IR照射による融合の後のトナーの付着(%)を、各サンプルについて2回測定した。結果を、以下の表1に示す。
Figure 2005513549
印刷を評価した場合、予備的なコロナ処理に供されていない最良のコーティングは、EMA 20%(すなわち、メチルアクリレートモノマーの割合が20モルパーセントであった、EMA)であることがわかった。予備的なコロナ処理に供されたサンプルに関して、EMA 20%は、PETの後の2番目に順位付けられた。EMA20%に関して、トナーの付着は、98%(すなわち、非常に良い)であった。そのヒートシール適性に起因して、EMA20%は、パッキング用途に特に適切である。
参照サンプルとして試験に含めた、本発明の範囲内にないポリマーは、EMA 20%よりも、より悪い特性を有することがわかり、そしてこれらの殆どが、デジタル印刷に不適当であることがわかった。予備的なコロナ処理に供したコーティングの内、ポリエチレンテレフタレートを、印刷に関して最良であると評価した。しかし、予備的なコロナ処理なしでは、PETの結果は、平均に留まった。コーティングにおけるコロナ処理の影響は、留まるのではなく、時間が経てば消失するので、粒子用途において、PETは、試験したEMA 20%に負ける。EMA 20%の不変のデジタル印刷特性は、コロナ処理なしでも良好である。パッキング用途におけるPETの欠点はまた、ヒートシールされないことである。
本発明の実施形態は、実施例として上記に表すものに制限されるのではなく、添付の特許請求の範囲の範囲内で変化し得ることは、当業者に明らかである。
図1は、片側にEMAコーティング層を有する、本発明に従うボードを表す。 図2は、片側にEMAコーティング層を有する、本発明に従う紙を表す。 図3は、両側にEMAコーティング層を有する、本発明に従うボードを表す。 図4は、片側に提供されたEMAコーティング層、およびその反対側にLDPEヒートシール層を有する、本発明に従うボードを表す。 図5は、両側にポリマーをコーティングされ、そしてEMA層に加えて、EVOHバリア層またはPAバリア層、およびLDPEヒートシール層を有する、本発明に従うボードを表す。 図6は、両側にポリマーをコーティングされ、そしてEMA層に加えて、EVOHバリア層またはPAバリア層、およびLDPEヒートシール層を有する、本発明に従うボードを表す。 図7は、両側にポリマーをコーティングされ、そしてEMA層に加えて、EVOHバリア層またはPAバリア層、およびLDPEヒートシール層を有する、本発明に従うボードを表す。

Claims (18)

  1. デジタル印刷法であって、該印刷は、ポリマーコーティングした紙またはボードの上に、
    該紙またはボードの表面を帯電させる工程、
    該印刷に従って電場内の表面にトナー粒子を提供する工程、および
    該表面上の印刷のスポットへと赤外線照射する工程であって、熱により、該トナーを、該ポリマーコーティングにしっかりと融合させる工程、
    によって行われ、
    ここで、該コーティングは、帯電可能なエチレンのアクリレートコポリマーを含む、
    ことにより特徴付けられる、方法。
  2. 前記コーティングポリマーが、トナーを付着させるために、赤外線照射により融解されることによって特徴付けられる、請求項1に記載の方法。
  3. ポリマーのトナー粒子が前記表面に提供され、該粒子が該表面に融合されるように、該粒子が赤外線照射により融解されることによって特徴付けられる、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記コーティングが、エチレンメチルアクリレートコポリマー(EMA)、エチレンエチルアクリレートコポリマー(EEA)、またはエチレンブチルアクリレートコポリマー(EBA)を含むことによって特徴付けられる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
  5. 前記コーティングが、エチレンメチルアクリレートコポリマー(EMA)を含むことによって特徴付けられる、請求項4に記載の方法。
  6. エチレンメチルアクリレートコポリマー(EMA)のコーティング層内のメチルアクリレートモノマーの割合が、9−20モルパーセント、好ましくは、15−20モルパーセントであることによって特徴付けられる、請求項5に記載の方法。
  7. 保護ラッカーが、印刷の後に前記コーティングに塗布されることによって特徴付けられる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
  8. 最も外側の層(3)がエチレンのアクリレートコポリマーから実質的になるように、ファイバーベース(2,5)が1つ以上のコーティング層を有することによって特徴付けられる、デジタル印刷可能な、ポリマーコーティングした紙(4)またはボード(1)。
  9. 前記ファイバーベース(2,5)上のコーティング層が、エチレンメチルアクリレートコポリマー(EMA)の層(5)からなることによって特徴付けられる、請求項8に記載の紙またはボード。
  10. 前記ファイバーベース(2)の両側にEMA層(3)を含むことによって特徴付けられる、請求項8または9に記載の紙またはボード。
  11. EMA層内のメチルアクリレートモノマーの割合が、9−20モルパーセント、好ましくは、15−20モルパーセントであることによって特徴付けられる、請求項8〜10のいずれか1項に記載の紙またはボード。
  12. 前記ボードが、パッケージングボード(1)であり、ファイバーベース(2)の重量が、130−600g/m、好ましくは、170−300g/mであることによって特徴付けられる、請求項8〜11のいずれか1項に記載のボード。
  13. ファイバーベース(5)の重量が、20−130g/m、好ましくは、40−120g/mであることによって特徴付けられる、請求項8〜11のいずれか1項に記載の紙(1)。
  14. 前記コーティングを形成するEMA層、または最も外側の層(3)の重量が、7〜20g/mであることによって特徴付けられる、請求項8〜13のいずれか1項に記載の紙またはボード。
  15. デジタル印刷可能な紙またはボードのポリマーコーティングにおける、エチレンのメチルアクリレートコポリマー、エチルアクリレートコポリマー、もしくはブチルアクリレートコポリマー(EMA、EEA、もしくはEBA)の使用。
  16. デジタル印刷可能な紙またはボードの、ポリマーの帯電可能なコーティング層としての、エチレンメチルアクリレートコポリマー(EMA)の使用。
  17. 紙またはボードの単独のコーティング層としての、請求項16に記載のEMAの使用。
  18. 実質的に純粋なEMAのコーティング層としての、請求項16または17に記載の使用。
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