JP5112862B2 - ポリマーコーティングされた紙またはボードのデジタル印刷 - Google Patents

Description

本発明は、印刷インク粒子が、印刷に際して電場でポリマーコーティングから形成される印刷面に塗布され、印刷インクが印刷を形成するために赤外線を活用して融着により該印刷面に付着される、ポリマーコーティングされた紙またはボードのデジタル印刷のための方法に関する。本発明は、前記方法に適切な紙またはボード、およびデジタル印刷を施した製品パッケージを製造するための方法も備える。

デジタル印刷の技術は公知であり、とりわけカラー印刷、コピー機、およびプリンタで広く使用されている。欧州特許出願第６２９９３０号明細書には、移動するペーパーウェブの片側または両側でマルチカラー印刷を製作するデジタル印刷技術が記載されている。ウェブの経路に沿って設置された連続同期印刷ステーションでは、さまざまな印刷色合いが生じる。各ステーションは、ドラムの表面で規則正しい電荷を生じさせるために、周辺に充電器を配置した回転式ドラムを備えている。ドラムの周辺では、充電器の後に、ドラム表面の電荷の選択的な修正によりドラムの表面に潜像を生じさせるレーザスキャナ等のプリントヘッドが続き、潜像は次に現像ステーションで現像される。現像ステーションでは、異符号の電荷をもった印刷カラー粒子がドラム表面上の画像に対応した位置に運ばれる。この後、ドラム表面はウェブ表面に画像形成印刷インク粒子を移すために側面方向に通過するように誘導されるペーパーウェブと接触する。このために、ドラムとウェブのあいだの接点にコロナ転写装置が取り付けられ、ウェブの反対側では電流が電場を生じさせるコロナ転写装置上を導かれ、帯電した印刷インク粒子をドラム表面からペーパーウェブ表面に引き付ける。コロナ転写装置のすぐそばには、交流のコロナ装置がウェブの電荷を排除するために取り付けられ、ウェブがドラム表面から逸脱できるようになっている。ドラム表面は次にコロナ装置で予め充電され、残り印刷インク粒子が取り除かれた後、表面はこれと異なる前回のサイクルと同様に良好な新しい印刷サイクルのための準備が整う。

前述のように、白黒印刷は黒い印刷インクを使用して単一の印刷ステーションで用紙の片側に製作できる。マルチカラー印刷では、さまざまな色で動作する複数の連続印刷ステーションで、さまざまな印刷インクが用紙に塗布され、移動するウェブ上で生じる印刷物に１つずつ色を加えていく。さらに、紙の両面印刷は、移動するペーパーウェブの両面に前述の印刷ステーションを配置することにより達成できる。

前述のように用紙に対して１つまたは複数の印刷インクから構成される印刷が行われた後、この印刷物はウェブ経路に配置された固定ステーションで付着される。付着は、ウェブ表面を加熱する赤外線ラジエータによって行われ、ポリマー印刷インク粒子が用紙に融着する。最終的には、仕上げられた印刷済みのウェブは、必要なときにはいつでも積み重ねたり縫い合わせたりできる用紙に分割したり、巻き直したりすることができる。

原則的には、コピー機とプリンタには同様の技法が適用され、印刷基板は、連続ウェブではなく個々の用紙から成り立っている。用紙に加えて、プラスチックフィルムもコピー機の基板として好適である。

国際公開第０３／０５４６３４号パンフレットは、印刷面が帯電可能なエテンアクリレートコポリマーを含有するポリマーコーティングからなるデジタル印刷を施された紙とボードを開示している。明細書には、コロネーションによって、エテンメチルアクリレート（ＥＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、および低密度ポリエテン（ＬＤＰＥ）のコポリマーの帯電性（chargeability）を調べ、さまざまなポリマーでコーティングされたボードでのデジタル印刷で得られる印刷品質に関するより包括的な一連の比較試験を実施したことが記載されている。２０％のＥＭＡ、つまりメチルアクリレートモノマーが２０モル％を占めるＥＭＡが、コーティングポリマーに最適であることが分かった。明細書に記載の結果から、パッケージ用ボードのコーティングとして通例使用されているポリオレフィンである低密度ポリエテン（ＬＤＰＥ）と高密度ポリエテン（ＨＤＰＥ）のデジタル印刷品質は、著しく低いことがわかる。

しかしながら、エテンアクリレートのコポリマーは柔らかく、低融点を有するという特徴を有する。たとえば、前述の２０％ＥＭＡの融点は、約８０℃から９０℃である。その柔らかさのために、これらは、パッケージ用ボードの一番上のコーティング層として使用されると、摩擦を受けて磨耗する。融点が低いために、これら自体は容易にヒートシール可能であるが、封止中、過剰に溶融しやすいため、たとえば最も一般的に使用されているヒートシールポリマーＬＤＰＥよりも制御するのが困難である。また粘着性を有するため、たとえば冷却ロールに付着しやすいなど押し出し成形においても問題を生じ、必ず低い運動速度を適用する必要がある。

国際公開第０３／０５４６３４号パンフレットは、ポリマー中のメチルアクリレートモノマーの比率が上昇するにつれて増加するＥＭＡの粘着性に言及している。明細書には、コーティングの非粘着性と高い印刷品質とのあいだの妥協点として、メチルアクリレートモノマーの割合を約１５％とするという結論が記載されている。明細書には、印刷インクの融着の後に、デジタル印刷された表面上に保護ワニスを塗布することが可能であることも述べられているが、この場合印刷プロセスにさらに作業工程が追加されることになる。

本発明は、印刷後に別途の保護操作を行うことなく耐磨耗印刷面を達成するために、デジタルで印刷されたポリマーコーティングされた紙またはボードに関する前述の機械的な問題点を解決することを目的とする。本発明のデジタル印刷方法は、エテンアクリレートコポリマーを含有する帯電可能な内側コーティング層と、機械的強度を与え最終的に印刷インクを受け入れる印刷面を形成する上部ポリオレフィンベースの保護層を備える紙またはボード上で印刷が実行されることによって特徴付けられている。

本発明は、エテンアクリレートコポリマーを用いて達成される高いデジタル印刷適性は、これを含有する層が、印刷インクを受け入れるための印刷面としても同時に働くシールド層を形成する薄いポリオレフィン層でコーティングされても消えることがなく、また顕著に悪化することもないという驚くべき観察に基づいている。従来の研究では、ＬＤＰＥおよびＨＤＰＥは低いデジタル印刷性能を有することが見出されていたことを考慮すると、この結果は予想外である。

本発明は、ＬＤＰＥまたはＨＤＰＥ等のポリオレフィンの有利な機械的特性に基づいて、明白な優位点を達成する。これらの溶融温度がエテンアクリレートコポリマーの溶融温度より高いことを考慮すると、これらは押し出し、および共押し出しが容易で、また高い耐摩耗性を有する。これらは、ＩＲ放射の下で、印刷インクの付着に著しい影響を及ぼさない。これらは印刷インクの放射を受けて溶融するポリマー成分と融着するが、おそらくそれに伴ってこれらの一部も溶融している。

本発明で使用できる帯電可能なエテンアクリレートコポリマーの中で、特にエテンメチルアクリレートコポリマー（ＥＭＡ）に言及することができ、メチルアクリレートモノマーの割合は９〜２０モル％、好ましくは約２０モル％である。他の考えられるポリマーには、ＥＭＡに酷似しているエテンエチルアクリレートコポリマー（ＥＥＡ）とエテンブチルアクリレートコポリマー（ＥＢＡ）が含まれる。

これらのポリマーを含むポリマー層は７〜２０ｇ／ｍ²の範囲の推奨重量を有する。

これらのポリマーは、帯電可能な層において、そのまま使用することができ、上部シールド層に含有されるポリオレフィンのような別のポリマーの中でドーピングされていてもよい。

機械的シールドおよび印刷面としての機能を果たす最外部のコーティング層に適したポリマーとしては、前述の低密度ポリエテン（ＬＤＰＥ）と高密度ポリエテン（ＨＤＰＥ）の他に、それらの混合物、つまりたとえばＬＤＰＥがたとえばポリプロペン（ＰＰ）等の別のポリマーでドーピングされている混合物が含まれる。ＬＤＰＥとその混合物は、通例使用されるシーラとの容易なヒートシール適性という特別の優位点を有する。コーティングの優れたデジタル印刷適性を保証するために、シールド層は薄くなければならず、好ましくは２〜１０ｇ／ｍ²の範囲、さらに有利には５〜７ｇ／ｍ²の範囲の重量とならなければならない。

印刷が施された製品パッケージを製造するための本発明の方法は、前述のようにポリマーコーティング層を備えた包装紙またはパッケージ用ボードが、本発明にしたがってデジタルで印刷された後に、折り目を付け、熱融着してパッケージを形成することを特徴とする。

本発明の範囲に含まれるポリマーでコーティングされた、デジタルで印刷可能な紙またはボードは、エテンアクリレートコポリマーを含有する帯電可能な内側コーティング層と、機械的強度を付与するために結合剤を使用せずに直接これに付着され、シールド層が印刷インクを受け入れる印刷面を形成する、ポリオレフィンベースの外側層を備えることを特徴とする。

本発明のポリマーでコーティングされた紙またはボードが、たとえば食品パッケージに使用される場合、典型的なポリマーが、たとえばエチルビニルアルコールコポリマー（ＥＶＯＨ）およびポリアミド（ＰＡ）を包含する、１つまたは複数の水蒸気および／または酸素障壁層を備えていてもよい。障壁層は紙またはボードのベースと帯電可能なアクリレートコポリマー層のあいだに、あるいは紙またはボードの印刷面を基準にして反対側に配置されていてもよい。封止可能なパッケージでは、紙またはボードの両側には、好ましくは最外部にヒートシール可能なポリオレフィン層を備える。互いの上にコーティングを形成するポリマー層は、それ自体が公知の方法で共押し出しによって、紙またはボード基板上で製造できる。

以下、実施例によって、添付図面を参照しながら本発明をさらに詳しく説明する。

図１は、ファイバサブストレート２の片側が、内側の帯電可能なＥＭＡ層３と、さらに薄い外部ＬＤＰＥシールド層４からなるポリマーコーティングで共押し出しによってコーティングされている、本発明のポリマーでコーティングされたデジタルで印刷可能なボード１を示す。ファイバサブストレート２は、ケミサーモ−メカニカルパルプ（ＣＴＭＰ）の中間層と、１３０〜６００ｇ／ｍ²、好ましくは１７０〜３００ｇ／ｍ²の範囲の重量を有する漂白された硫酸塩の外側層から形成される、たとえば三層のボードからなってよい。帯電可能な層３の中に含まれるＥＭＡは、エテ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を共重合することによって形成され、後者はモノマー組成の中で２０モル％を占める。このＥＭＡ品質は特に有利なデジタル印刷品質を有する。ＥＭＡ層３は、７〜２０ｇ／ｍ²の範囲の重量を有していてもよい。外側ＬＤＰＥ層４は２〜１０ｇ／ｍ²の範囲、好ましくは５〜７ｇ／ｍ²の重量を有する。ＬＤＰＥ層４は、印刷インク粒子を受け入れ、ＩＲ放射を活用して融着によって印刷インクが付着されるボードの機械的に耐久性のある印刷面の機能を果たす。帯電可能なＥＭＡはＬＤＰＥコーティング層だけで達成される品質に比較して印刷品質を顕著に改善するが、ＬＤＰＥ層４は、このようにして下にあるさらに柔らかいＥＭＡ層３のためのシールド層の機能を果たす。外側層４の中のＬＤＰＥは、ヒートシール可能であるというさらなる優位点を有し、したがって多様なパッケージ用途にふさわしい。

図２に示されている本発明の実施形態は、外側シールド層４のポリマーがＬＤＰＥの代わりにＨＤＰＥであるという点においてだけ図１のものとは異なる。視覚的評価では、図１と図２のポリマー層の組み合わせ３、４は高いデジタル印刷品質を達成した。ＨＤＰＥは融点がＬＤＰＥより高いために、ＬＤＰＥほど容易にヒートシール可能ではないが、本発明にしたがって非常に薄い層４として塗布されると、それは、下にある容易に溶けるＥＭＡ層によってきつい封止が提供されるように熱風ヒートシールのあいだに溶けることがある。

図３の本発明の実施形態は、ファイバサブストレート２の反対側に、おそらく１０〜４０ｇ／ｍ²の範囲の重量を有するＬＤＰＥヒートシール層が備えられているという点で、図１の実施形態と異なる。両側にコーティングされたこのようなパッケージ用ボードは、外面にデジタル印刷が施されている、ヒートシールによって閉じられている筺体および容器に特に適している。

図４に示されている本発明の実施形態はファイバサブストレート２の両面で対称的に配置されている、前述のＥＭＡ層とＬＤＰＥ層３、４を互いの上部に備える。このようなコーティングされたボードは両面とも上手にデジタルで印刷できる。ボードがパッケージを形成するためにヒートシールされると、その２つの側の任意の一方がデジタルで印刷されたパッケージの外面を形成してよい。

図５に示されている本発明の実施形態は、ＥＶＯＨ酸素障壁層６が、ＥＭＡ層３の反対側のファイバサブストレート２の側面でファイバサブストレート２とＬＤＰＥヒートシール層５のあいだに挿入されているという点で、図３に示されている実施形態と異なる。必要な場合、結合剤層をＥＶＯＨ層とＬＤＰＥ層６、５のあいだに追加で設けることができる。このようなコーティングされたボードはパッケージの外面がデジタルで印刷され、酸素障壁６がパッケージのファイバサブストレート２の中に留まる、たとえば食品パッケージのようなヒートシールによって閉じられる酸素を通さないパッケージに適している。酸素と水蒸気両方の浸透を防ぐＥＶＯＨ層６は、たとえば、５〜１０ｇ／ｍ²の範囲の重量を有する。酸素障壁はＥＶＯＨの代わりに、たとえばポリアミドからなってよい。ＥＶＯＨとポリアミドは互いの上部の層として併用することができ、このようにして互いの障壁特性を相互に補足する。

図６に示されている本発明の実施形態は、ＥＶＯＨ酸素障壁層６がファイバサブストレート２と帯電可能なＥＭＡ層３のあいだに配置されるという点で、図５に示されている実施形態と異なる。また、図７では、ファイバサブストレート２は両側に水蒸気障壁の機能を果たすＨＤＰＥ層７を備えており、これらの層は１０〜２０ｇ／ｍ²の範囲の重量を有し、好ましくは実質的に等しい厚さのＨＤＰＥ層７を備える。後者の実施形態は、特にデジタル印刷を備えたパッケージを対象とし、包装された製品および／またはファイバサブストレートを外部の湿気および包装された製品自体により生じる水分の両方から保護することが望ましい。

１７０ｇ／ｍ²の重量の戸棚がデジタル印刷され、片面を２層ポリマーコーティングでコーティングされた一連の試験が実施され、内側コーティング層の重量は１５ｇ／ｍ²であり、外側コーティング層の重量は５ｇ／ｍ²である。異なるコーティングがなされ、次にコロネーションされた合計１４枚の板（サンプル１〜１４）が、欧州特許第６２９９３０号明細書によって開示されている技術にしたがって、毎分７．３５ｍの通過速度でマルチカラー印刷され（黄色、青色、赤色、黒色）、６つの部材からなる評価ボードが印刷されたサンプルの印刷品質を、最良のサンプルを値１、最低のサンプルを値１４とする優位性の順序で目視で評価した。平均と偏差はこれらの値に基づいて計算された。試験は緑色と赤色の印刷の斑点形成（mottling）値の、および青色（シアン）と赤色（マゼンタ）の耐摩耗性（％）の測定も備える。結果を表１に示す。

目視評価は高デジタル印刷品質に関して主要な規準と考えられてきた。しかしながら、それには、ボードの部材間での値の偏差として出現する客観的な査定という欠点がある。それにも関わらず、一連の試験の際立って最高の結果はサンプル７と８について得られ、ＥＭＡ２０層（メチルアクリレートモノマーが２０モル％を占めるＥＭＡ）は印刷面の機能を果たす薄いＬＤＰＥ層またはＨＤＰＥ層で覆われていた。

内側コーティング層が１５ｇ／ｍ²という重量を有し、外側コーティング層が５ｇ／ｍ²という重量を有する１７０ｇ／ｍ²の重量を有し、片面に２層ポリマーコーティングでコーティングされた戸棚のデジタル印刷を備える一連の試験が実施された。異なるコーティングがなされ、以後コロネーションされた合計５枚の板（サンプル１〜５）が、ＥＰ特許明細書第６２９９３０号によって開示されている技術にしたがって、毎分７．３５ｍの通過速度でマルチカラー印刷された（黄色、青色、赤色、黒色）。サンプル３から５の内側コーティング層は、実施例１で使用されたポリマー、つまりＥＭＡ２０、すなわちメチルアクリレートモノマーが２０モル％を占め、残りがＬＤＰＥから構成されるＥＭＡで使用されたポリマーの５％（サンプル３）、１５％（サンプル４）、または２５％（サンプル５）を含有するポリマー混合物であった。６つの部材からなる評価ボードが、優位性の順序で印刷品質の目視査定を行い、最高のサンプルが値１を、最低のサンプルが値５を与えられた。これらの値の平均が計算された。結果を表２に示す。

一連の試験の群を抜いた最高の結果はサンプル２で得られ、該サンプルの最も内側の層の材料は純粋なＥＭＡ２０であった。ＥＭＡ２０とＬＤＰＥ（サンプル３〜５）は純粋なＬＤＰＥ（サンプル１）より優れた結果を生じさせた。

ＥＭＡ層を片側に、およびこの上にＬＤＰＥシールド層を有する本発明のボードを示す。 ＥＭＡ層を片側に、およびこの上にＨＤＰＥシールド層を有する本発明のボードを示す。 ボードの反対側もＬＤＰＥ層でコーティングされる点を除き、図１に示されたものに対応するボードを示す。 ＥＭＡ層とＬＤＰＥシールド層で両側をコーティングされたボードを示す。 図３に示されたボードと一致するが、ＥＶＯＨ酸素障壁層が追加されたボードを示す。 図３に示されたボードと一致するが、ＥＶＯＨ酸素障壁層が追加されたボードを示す。 図３に示されたボードに一致するが、ＨＤＰＥ水蒸気障壁層が両側に加えられるボードを示す。

Claims (8)

1. 印刷インク粒子が、印刷に際して電場でポリマーコーティングから形成される印刷面に塗布され、前記印刷インクが印刷物を形成するために赤外線放射を活用して、印刷インク粒子を溶かすことによって前記印刷面に融着される、ポリマーでコーティングされる紙またはボード（１）をデジタルで印刷する方法であって、印刷が該紙またはボード（１）上になされ、該紙またはボードが、帯電可能なエテンアクリレートコポリマーを含有する内側コーティング層（３）と、この上部に配置され、機械的強度を付与し、印刷インクを受け入れる該印刷面を形成する外側のポリオレフィンベースのシールド層（４）とを備え、
   前記内側コーティング層（３）が、メチルアクリレートモノマーが２０モル％を占めるエテンメチルアクリレートコポリマー（ＥＭＡ）を含有することを特徴とする方法。
2. 前記内側コーティング層（３）が７〜２０ｇ／ｍ²の範囲の重量を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記シールド層（４）が低密度ポリエテン（ＬＤＰＥ）のみまたは高密度ポリエテン（ＨＤＰＥ）のみを含有することを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 前記シールド層（４）が２〜１０ｇ／ｍ²の範囲の重量を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記シールド層（４）が５〜７ｇ／ｍ²の範囲の重量を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
6. ポリマーコーティングされた包装紙またはボードが、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法でデジタルで印刷された後、パッケージを形成するために折り目を付けられヒートシールされることを特徴とする印刷された製品パッケージを製造するための方法。
7. エテンアクリレートコポリマーを含有する帯電可能な内側コーティング層（３）、および機械的強度を付与し、印刷インクを受け入れる印刷面を形成するために結合剤なしで直接的にこれに付着される外側ポリオレフィンベースのシールド層（４）を備え、
   前記内側コーティング層（３）が、メチルアクリレートモノマーが２０モル％を占め、層重量が７〜２０ｇ／ｍ ² の範囲のエテンメチルアクリレートコポリマー（ＥＭＡ）を含有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法によりポリマーコーティングされ、デジタルで印刷された紙またはボード。
8. 前記シールド層（４）が低密度ポリエテン（ＬＤＰＥ）のみまたは高密度ポリエテン（ＨＤＰＥ）のみからなり、層重量が２〜１０ｇ／ｍ²の範囲であることを特徴とする請求項７記載の紙またはボード。

Images