JP2023017918A - 液体吐出装置及び液体吐出方法 - Google Patents
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Abstract
Description
更に、カラーインク上にインクジェット方式で白インクを重ねる場合、白インク上にラミネートフィルムを貼り合わせた際の、印刷基材とラミネートフィルム間の貼り合わせ強度(以下、ラミネート強度)が低下しやすくなり、袋の開封性能が低下するという問題がある。
本発明の液体吐出装置は、ラインヘッド型の液体吐出装置であって、非浸透性基材に処理液を付与する処理液付与手段と、前記処理液が付与された非浸透性基材に、有機溶剤を含む第1のインクを吐出する第1の吐出手段と、前記第1のインクが吐出された非浸透性基材を赤外線で加熱する第1の加熱手段と、前記加熱された非浸透性基材に、有機溶剤を含む第2のインクを吐出する第2の吐出手段と、を有し、必要に応じて、その他の手段・工程を有していてもよい。例えば、コロナ処理手段、非浸透性基材を搬送する搬送手段、非浸透性基材の供給、搬送、排出に係わる手段、上述の加熱手段以外の加熱手段等を有していてもよい。この他にも、前処理装置、後処理装置などを有していてもよい。
本実施形態では、第1のインクはカラーインクであり、第2のインクは白インクである。
以下、各手段、各工程について説明する。
本実施形態における非浸透性基材102の巻き出し、巻き取りには、巻き出し装置101、巻き取り装置110を用いている。
巻き出し装置101は、回転駆動することにより、ロール状に収納された非浸透性基材102を記録装置100内の搬送経路に供給する。
巻き取り装置110は、インクを付与することで画像が形成された非浸透性基材102を、回転駆動することにより、巻き取ってロール状に収納する。
コロナ処理手段は、非浸透性基材102に対してコロナ放電によりコロナ処理を行い、非浸透性基材102の表面を改質するものであり、本実施形態のコロナ処理手段として、コロナ処理装置103が図示されている。
コロナ処理工程は、非浸透性基材102を巻き出す工程を経て搬送されてきた非浸透性基材102に対し、コロナ放電によりコロナ処理を行い、表面改質を行う工程である。
処理液付与手段は、非浸透性基材102に処理液を付与する手段である。本実施形態の処理液付与手段として処理液付与装置104が図示されており、処理液付与装置104は処理液を付着させたローラを非浸透性基材102と接触するように回転駆動させて、非浸透性基材102の表面に処理液を付与する。
なお、以下、処理液を表面処理液などとも称することがある。
第1の吐出手段・第1の吐出工程は、処理液が付与された非浸透性基材に、第1のインク(カラーインク)を吐出する手段・工程である。
第2の吐出手段・第2の吐出工程は、第1のインク(カラーインク)が吐出された非浸透性基材を加熱した後に、第2のインク(白インク)を吐出する手段・工程である。
なお、第1の吐出手段及び第2の吐出手段をインク付与手段と称することがあり、第1の吐出工程及び第2の吐出工程をインク付与工程と称することがある。
プラテン108は、非浸透性基材102を、搬送経路に沿って搬送されるようにガイドする。また、符号のつけられていない搬送ローラ等も搬送手段として用いている。
第1の加熱手段は、第1のインク(カラーインク)が吐出された非浸透性基材を赤外線で加熱する手段であり、第1の加熱工程は、第1のインク(カラーインク)が吐出された非浸透性基材を赤外線で加熱する工程である。
なお、第1の加熱手段、第1の加熱工程は、第1のインク(カラーインク)の吐出後、第2のインク(白インク)の吐出前に加熱を行うものであるため、色間乾燥手段、色間乾燥工程とも称することがある。
なお、赤外線ヒーター111における放射赤外線の最大出力波長としては、特に制限されるものではないが、例えば2.5~3.5μmであることが好ましい。
第2の加熱手段は、第2のインク(白インク)が吐出された非浸透性基材を加熱する手段であり、第2の加熱工程は、第2のインク(白インク)が吐出された非浸透性基材を加熱する工程である。
なお、第2の加熱手段、第2の加熱工程をインク乾燥手段、インク乾燥工程とも称する。
また、本例の温風吹き付け装置121は、ドラム120と対向する位置に複数設けられ、印刷面、すなわち処理液、インクが付与される面に対して温風を吹き付けて加熱している。なお、温風吹き付け装置121の位置や個数等は適宜変更することができる。
第3の加熱手段は、処理液が付与された非浸透性基材102に対し、カラーインクが吐出される前に加熱する手段であり、第3の加熱工程は、処理液が付与された非浸透性基材102に対し、カラーインクが吐出される前に加熱する工程である。
なお、第3の加熱手段、第3の加熱工程を処理液加熱手段、処理液加熱工程とも称する。
非浸透性基材とは、水透過性、吸収性及び/又は吸着性が低い表面を有する基材を指し、内部に多数の空洞があっても外部に開口していない基材も含まれる。より定量的には、ブリストー(Bristow)法において、接触開始から30msec1/2までの水吸収量が10mL/m2以下である基材を指す。
ポリプロピレンフィルムとしては、例えば、東洋紡社製P-2002、P-2161、P-4166、SUNTOX社製PA-20、PA-30、PA-20W、フタムラ化学社製FOA、FOS、FORなどが挙げられる。
ポリエチレンテレフタレートフィルムとしては、例えば、東洋紡社製E-5100、E-5102、東レ社製P60、P375、帝人デュポンフィルム社製G2、G2P2、K、SLなどが挙げられる。
ナイロンフィルムとしては、例えば、東洋紡社製ハーデンフィルムN-1100、N-1102、N-1200、ユニチカ社製ON、NX、MS、NKなどが挙げられる。
非浸透性基材に付与されることで処理層を形成する処理液(表面処理液と称することもある)は、少なくとも有機溶剤を含み、必要に応じて多価金属化合物、樹脂、水、界面活性剤等を含み、更に他の成分を含んでいてもよい。
処理液に使用する有機溶剤としては特に制限されず、水溶性有機溶剤を用いることができる。例えば、多価アルコール類、多価アルコールアルキルエーテル類や多価アルコールアリールエーテル類などのエーテル類、含窒素複素環化合物、アミド類、アミン類、含硫黄化合物類が挙げられる。
湿潤剤として機能するだけでなく、良好な乾燥性を得られることから、沸点が250℃以下の有機溶剤を用いることが好ましい。
多価金属化合物としては、例えば、チタン化合物、クロム化合物、銅化合物、コバルト化合物、ストロンチウム化合物、バリウム化合物、鉄化合物、アルミニウム化合物、カルシウム化合物、マグネシウム化合物、及びニッケル化合物、並びにこれらの塩(多価金属塩)が挙げられる。
樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ウレタン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、及びこれらの樹脂の共重合体から選ばれる少なくとも1つであるとき、処理層が様々な非浸透性基材に対して強固な密着性を得られるため好ましい。また、エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂、エチレン-酢酸ビニル-塩化ビニル共重合樹脂、オレフィン変性ウレタン樹脂であることが更に好ましい。また、樹脂は、水に分散可能な樹脂粒子の形態であることが好ましい。また、ノニオン系水性エマルジョンを含むことが好ましい。
表面処理液における水の含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、10質量%以上90質量%以下が好ましく、50質量%以上90質量%以下がより好ましく、60質量%以上90質量%以下が特に好ましい。
界面活性剤としては、シリコーン系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、両性界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤のいずれも使用可能である。
これらは、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
フッ素系界面活性剤としては、パーフルオロアルキルリン酸エステル化合物、パーフルオロアルキルエチレンオキサイド付加物、及びパーフルオロアルキルエーテル基を側鎖に有するポリオキシアルキレンエーテルポリマー化合物などが挙げられる。
第1のインク(カラーインク)及び第2のインク(白インク)は、少なくとも有機溶剤を含み、その他に色材、水を含んでいてもよく、必要に応じて樹脂粒子、界面活性剤、その他の成分を含む。なお、インクに用いる界面活性剤については、処理液で用いる界面活性剤と同様のものを用いることができるので説明を省略する。
以下、インクと表記した場合には、第1のインク(カラーインク)と第2のインク(白インク)を区別せず、両者に共通する事項を説明するものである。
インクにおける有機溶剤の種類としては、処理液と同様のものを用いることができる。
本発明において、第1のインク(カラーインク)に含有される有機溶剤の含有割合は、第2のインク(白インク)に含有される有機溶剤の含有割合よりも多いことを特徴とする。
白インクの有機溶剤の含有量は、乾燥性及び吐出信頼性、ラミネート強度の点から、白インク全量に対して2質量%以上40質量%以下が好ましく、5質量%以上35質量%以下がより好ましい。
色材としては特に限定されず、顔料、染料を使用可能である。
顔料としては、無機顔料又は有機顔料を使用することができる。これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用しても良い。また、顔料として、混晶を使用してもよい。
顔料としては、例えば、ブラック顔料、イエロー顔料、マゼンダ顔料、シアン顔料、白色顔料の他、緑色顔料、橙色顔料、金色や銀色などの光沢色顔料やメタリック顔料などを用いることができる。
分散剤として、竹本油脂社製RT-100(ノニオン系界面活性剤)や、ナフタレンスルホン酸Naホルマリン縮合物も、分散剤として好適に使用できる。
分散剤は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
顔料に、水や有機溶剤などの材料を混合してインクを得ることが可能である。また、顔料と、その他水や分散剤などを混合して顔料分散体としたものに、水や有機溶剤などの材料を混合してインクを製造することも可能である。
顔料分散体に対し、必要に応じて、フィルター、遠心分離装置などで粗大粒子をろ過し、脱気することが好ましい。
インクにおける水の含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、インクの乾燥性及び吐出信頼性の点から、10質量%以上90質量%以下が好ましく、20質量%以上60質量%以下がより好ましい。
インク中に含有する樹脂粒子の樹脂の種類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、スチレン樹脂、ブタジエン樹脂、スチレン-ブタジエン樹脂、塩化ビニル樹脂、アクリルスチレン樹脂、アクリルシリコーン樹脂などが挙げられ、単独でも併用して用いることも可能である。また、これらの中でも、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂であることが好ましい。
本発明では、カラーインクに含まれる樹脂粒子のガラス転移温度に比べ、白インクに含まれる樹脂粒子のガラス転移温度が高いことが好ましい。この場合、乾燥性や基材密着性に優れる。特に、白インクに含まれる樹脂粒子のガラス転移温度が、カラーインクに含まれる樹脂粒子のガラス転移温度よりも、10℃以上高いことがより好ましい。
体積平均粒径は、例えば、粒度分析装置(ナノトラック Wave-UT151、マイクロトラック・ベル株式会社製)を用いて測定することができる。
以下の処方混合物を5μmのフィルター(商品名:ミニザルト、ザルトリウス社製)で濾過し、処理液を得た。
・1,2-プロパンジオール 10部
・エマルゲンLS-106(界面活性剤、花王社製) 1部
・酢酸カルシウム1水和物 1.76部
・酢酸ビニル-アクリル樹脂粒子(商品名:ビニブラン1225、日信化学社製) 10部(固形分濃度45%)
・プロキセルLV(防腐剤、アビシア社製) 0.1部
・イオン交換水 77.14部
<ブラック顔料分散体の作製例>
Cabot Corporation社製のカーボンブラック(Black Pearls1000)100gを、2.5N(規定)の次亜塩素酸ナトリウム溶液3000mLに添加し、温度60℃、速度300rpmで攪拌し、10時間反応させて酸化処理を行い、カーボンブラックの表面にカルボン酸基が付与された顔料を含む反応液を得た。得られた反応液を濾過し、濾別したカーボンブラックを水酸化ナトリウム溶液で中和し、限外濾過して分散体を得た。次いで、分散体とイオン交換水とを用いて透析膜による限外濾過を行い、更に、超音波分散を行って、顔料固形分濃度が20質量%である濃縮したブラック顔料分散体を得た。
ブラック顔料分散体の作製において、カーボンブラックの代わりにピグメントブルー15:4(商品名:SMART Cyan 3154BA、SENSIENT社製)を用いた以外は、ブラック顔料分散体の作製と同様にして顔料固形分濃度が20質量%であるシアン顔料分散体を得た。
ブラック顔料分散体の作製において、カーボンブラックの代わりにピグメントレッド122(商品名:Pigment Red 122、サンケミカル社製)を用いた以外は、ブラック顔料分散体の作製と同様にして顔料固形分濃度が20質量%であるマゼンタ顔料分散体を得た。
ブラック顔料分散体の作製において、カーボンブラックの代わりにピグメントイエロー74(商品名:SMART Yellow 3074BA、SENSIENT社製)を用いた以外は、ブラック顔料分散体の作製と同様にして顔料固形分濃度が20質量%であるイエロー顔料分散体を得た。
酸化チタンSTR-100W(堺化学工業株式会社製)20g、顔料分散剤TEGO Dispers651(エボニック社製)5g、水75gを混合し、ビーズミル(リサーチラボ、株式会社シンマルエンタープライゼス製)にて、0.3mmΦのジルコニアビーズを充填率60%、8m/sにて5分間分散し、顔料固形分濃度が20質量%である白色顔料分散体を得た。
<ブラックインクB1の作製例>
以下の原料を順次分散、攪拌し、メンブランフィルターでろ過を行い、ブラックインクを作製した。
・ブラック顔料分散体 15部
・樹脂エマルジョン(商品名:ビニプランADH-893D、日信化学社製) 5部
・界面活性剤(商品名:ソフタノールEP-5035、日本触媒社製) 2部
・防腐剤(プロキセルLV、アビシア社製) 0.1部
・1,2-プロパンジオール 30部
・3-メチル-1,3-ブタンジオール 10部
・イオン交換水 37.9部
ブラックインクの作製において、ブラック顔料分散体の代わりにシアン顔料分散体を用いた以外は、ブラックインクの作製と同様にしてシアンインクを作製した。
ブラックインクの作製において、ブラック顔料分散体の代わりにマゼンタ顔料分散体を用いた以外は、ブラックインクの作製と同様にしてマゼンタインクを作製した。
ブラックインクの作製において、ブラック顔料分散体の代わりにイエロー顔料分散体を用いた以外は、ブラックインクの作製と同様にしてイエローインクを作製した。
ブラックインクB1の作製において、有機溶剤、水の含有比率を変更した以外は同様にして、ブラックインクB2を作製した。
シアンインクC1の作製において、有機溶剤、水の含有比率を変更した以外は同様にして、シアンインクC2を作製した。
マゼンタインクM1の作製において、有機溶剤、水の含有比率を変更した以外は同様にして、マゼンタインクM2を作製した。
イエローインクY1の作製において、有機溶剤、水の含有比率を変更した以外は同様にして、イエローインクY2を作製した。
以下の原料を順次分散、攪拌し、メンブランフィルターでろ過を行い、白インクW-1を作製した。
・白色顔料分散体 40部
・樹脂エマルジョン(商品名:ビニプランADH-893D、日信化学社製) 2部
・界面活性剤(商品名:ソフタノールEP-5035、日本触媒社製) 2部
・防腐剤(プロキセルLV、アビシア社製) 0.1部
・1,2-プロパンジオール 25部
・3-メチル-1,3-ブタンジオール 7部
・イオン交換水 23.9部
以下の原料を順次分散、攪拌し、メンブランフィルターでろ過を行い、白インクW-2を作製した。
・白色顔料分散体 40部
・樹脂エマルジョン(商品名:ビニプランADH-893D、日信化学社製) 2部
・界面活性剤(商品名:ソフタノールEP-5035、日本触媒社製) 2部
・防腐剤(プロキセルLV、アビシア社製) 0.1部
・1,2-プロパンジオール 20部
・3-メチル-1,3-ブタンジオール 5部
・イオン交換水 30.9部
以下の原料を順次分散、攪拌し、メンブランフィルターでろ過を行い、白インクW-3を作製した。
・白色顔料分散体 40部
・樹脂エマルジョン(商品名:ビニプランADH-893D、日信化学社製) 2部
・界面活性剤(商品名:ソフタノールEP-5035、日本触媒社製) 2部
・防腐剤(プロキセルLV、アビシア社製) 0.1部
・1,2-プロパンジオール 30部
・3-メチル-1,3-ブタンジオール 10部
・イオン交換水 15.9部
以下の原料を順次分散、攪拌し、メンブランフィルターでろ過を行い、白インクW-4を作製した。
・白色顔料分散体 40部
・樹脂エマルジョン(商品名:ビニプランADH-893D、日信化学社製) 2部
・界面活性剤(商品名:ソフタノールEP-5035、日本触媒社製) 2部
・防腐剤(プロキセルLV、アビシア社製) 0.1部
・1,2-プロパンジオール 35部
・3-メチル-1,3-ブタンジオール 15部
・イオン交換水 5.9部
作製したブラック、シアン、マゼンタ、イエローのインクを、それぞれインクジェット記録装置(商品名:VC-60000、リコー社製)の改造機のインク収容容器に充填し印刷を行った。インクジェット記録装置の改造機は、図1と同様の各構成に改造を行った。このインクジェット記録装置の改造機を用い、以下の印刷条件で連続印刷を行った。
各実施例、比較例における印刷条件を以下に示す。また、あわせて表4に示す。
・印刷長さ:2000m
・印刷速度:50m/分
・解像度:1200×1200dpi
・印刷画像:ブラック、シアン、マゼンタ、イエローのベタ画像の上に、白インクを重ねて形成した
・非浸透性基材:OPP 20μmフィルム(商品名:パイレンP2161、東洋紡社製)
・コロナ処理装置:放電量20W・min/m2
・処理液付与手段:ロールコーター
・処理液:前記作製例の処理液
・インクジェットヘッド:ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー、白の各インクに対応するインクジェットヘッド
・非吐出のノズルにおける微駆動条件(ノズル内におけるインク界面の振動条件):2kHz(吐出時のピエゾ電圧に対し20%の出力)
・処理液後、カラーインク前の加熱手段(第3の加熱手段):以下のいずれか
[1]温風乾燥(温風温度80℃)
[2]遠赤外線ヒーター(発熱部表面容量密度4W/m2、商品名:ハイレックスヒーターHHS1275、八光電機社製)
・カラーインク後、白インク前の加熱手段(第1の加熱手段):以下のいずれか
[1]遠赤外線ヒーター(発熱部表面容量密度4W/m2、商品名:ハイレックスヒーターHHS1275、八光電機社製)
[2]温風乾燥(温風温度80℃)
・白インク後の加熱手段(第2の加熱手段):以下のいずれか
[1]温風乾燥(温風温度80℃)
[2]温度制御可能なドラム(ドラム温度80℃)とドラムに対向させた温風乾燥(温風温度80℃)
[3]温度制御可能なドラム(ドラム温度70℃)とドラムに対向させた温風乾燥(温風温度100℃)
・カラーインク:前記作製例のブラック、シアン、マゼンタ、イエローインク
・白インク:前記作製例の白インクW-1~W-4のいずれか
次に、上記実施例1~6、比較例1~5の印刷を行った後、印刷開始時の印刷画像及びラミネート強度特性、並びに、2000m分の印刷終了時の印刷画像及びラミネート強度特性を、下記の方法及び評価基準に従って評価した。結果を表4に示す。
印刷開始時の印刷画像、及び2000m分の印刷終了時の印刷画像を目視で観察し、以下の基準で評価した。評価がB以上である場合を実用可能であると判断した。
A:異常は確認されない。
B:目視では異常を観察できないが、ルーペであれば印刷スジを観察できる。
C:目視で画像の一部にスジを観察できる。
D:目視で画像の全体にスジや濃度ムラを観察できる。
印刷画像上にドライラミネート用接着剤(主剤TM-320/硬化剤CAT-13B、東洋モートン社製)をバーコーターで塗工し、CPP(東洋紡社製パイレンP1128)を貼り合わせた後、40℃で48時間エージングした。貼り合わせたフィルムを15mm幅にカットした後、剥離強度を測定し、以下の基準で評価した。Bまでが許容範囲である。
A:5N/15mm以上の強度が得られる。
B:3N/15mm以上5N/15mm未満の強度が得られる。
C:1N/15mm以上3N/15mm未満の強度が得られる。
D:1N/15mm未満の強度しか得られない。
101 巻き出し装置
102 非浸透性基材
103 コロナ処理装置
104 処理液付与装置
105 温風吹き付け装置(処理液乾燥装置)
105a 赤外線ヒーター(処理液乾燥装置)
106 カラーインク用インクジェット吐出ヘッド
107 白インク用インクジェット吐出ヘッド
108 プラテン
109 温風吹き付け装置(インク乾燥装置)
109a インク乾燥装置
110 巻き取り装置
111 赤外線ヒーター(色間乾燥装置)
111a 温風吹き付け装置(色間乾燥装置)
120 ドラム
121 温風吹き付け装置
Claims (10)
- ラインヘッド型の液体吐出装置であって、
非浸透性基材に処理液を付与する処理液付与手段と、
前記処理液が付与された非浸透性基材に、有機溶剤を含む第1のインクを吐出する第1の吐出手段と、
前記第1のインクが吐出された非浸透性基材を赤外線で加熱する第1の加熱手段と、
前記加熱された非浸透性基材に、有機溶剤を含む第2のインクを吐出する第2の吐出手段と、を有し、
前記第1のインクに含有される有機溶剤の含有割合は、前記第2のインクに含有される有機溶剤の含有割合よりも多く、
前記第1のインクは画像を形成するインクであり、
前記第2のインクは白インクであり、前記第1のインクに重ねるインクであることを特徴とする液体吐出装置。 - 前記第1のインクはカラーインクであることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。
- 前記第2のインクが吐出された非浸透性基材を加熱する第2の加熱手段を備え、
前記第2の加熱手段は、表面温度を調整可能なドラムと、前記非浸透性基材を介して前記ドラムと対向する温風吹き付け手段とからなることを特徴とする請求項1又は2に記載の液体吐出装置。 - 前記温風吹き付け手段の温度が、前記ドラムの表面温度よりも高いことを特徴とする請求項3に記載の液体吐出装置。
- 前記処理液が付与された非浸透性基材に対し、前記第1のインクが吐出される前に加熱する第3の加熱手段を備え、
前記第3の加熱手段は、赤外線で加熱することを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の液体吐出装置。 - 前記第1のインクとして、ブラック、シアン、マゼンタ及びイエローのインクを有することを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の液体吐出装置。
- 前記処理液は1,2-プロパンジオールを含み、
前記第1のインク及び前記第2のインクは有機溶剤として1,2-プロパンジオールを含むことを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の液体吐出装置。 - 前記処理液は、ノニオン系水性エマルジョンを含むことを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載の液体吐出装置。
- ラインヘッド方式による液体吐出方法であって、
非浸透性基材に処理液を付与する処理液付与工程と、
前記処理液が付与された非浸透性基材に、有機溶剤を含む第1のインクを吐出する第1の吐出工程と、
前記第1のインクが吐出された非浸透性基材を赤外線で加熱する第1の加熱工程と、
前記加熱された非浸透性基材に、有機溶剤を含む第2のインクを吐出する第2の吐出工程と、を有し、
前記第1のインクに含有される有機溶剤の含有割合は、前記第2のインクに含有される有機溶剤の含有割合よりも多く、
前記第1のインクは画像を形成するインクであり、
前記第2のインクは白インクであり、前記第1のインクに重ねるインクであることを特徴とする液体吐出方法。 - 前記非浸透性基材上に形成された前記第1のインク及び前記第2のインクからなる印刷画像上にフィルム材でラミネートするラミネート工程を有することを特徴とする請求項9に記載の液体吐出方法。
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