パッケージ印刷における静電気の除去方法

パッケージや印刷業界で使用される材料、たとえば紙、プラスチック、インキ、接着剤、ガイドローラー（一部は陽極酸化処理によりアルミナを形成）などは絶縁体であることはよく知られています。印刷、ラミネート、巻き取り、スリットなどの工程は摩擦、接触、剥離を伴う高速作業であり、本質的に「表面」の工学です。パッケージ印刷工場における静電気の発生は、主に絶縁材料の化学組成、分子構造、機械的特性、平滑度、電気的特性、および温度、湿度などの環境要因、接触圧力や摩擦剥離の速度などの外部機械的作用に関係しています。フィルムの種類、接触方法、接触時間、接触面積、剥離速度はすべて、静電気放電の時間と発生する電圧に影響を与えます。

1. 静電気の危険性

紙が帯電すると、印刷に多くの課題が生じます。まず、静電気により紙が密着し、きれいに分離することが難しくなります。印刷工程では、静電気の引力により個々の紙がしっかりと密着し、時には2枚、3枚、あるいは束になって、給紙装置が紙を取り上げにくくなり、印刷効率に深刻な影響を与えます。プラスチック材料へのカラー印刷では、静電気放電により印刷物の端にギザギザしたインキのはみ出し、見当ずれの増加、その他の印刷不良が発生することがあります。インキの静電気も、網点が飛んだり印刷が欠けたりする問題を引き起こす可能性があります。プラスチックフィルムやインキは環境からほこり、毛、その他の汚染物質を引き寄せ、ブレード筋などの問題を引き起こします。巻き取り、スリット、製袋などの工程では、静電気放電が光学補正システムや電磁制御システムなどの設備を損傷することがあります。

2. 静電気の除去方法

静電気の除去方法は、生産条件、包装材料の用途（どの製品を包装するか）、顧客の使用要件に応じて使い分ける必要があります。一般的な静電気除去の手法は次のとおりです。

2.1 物理的除去法
物理的手法は、材料の性質を変えずに静電気そのものの特性を利用して除去します。その一つが「接地」による除去法で、除電ブラシを取り付ける方法です。ブラシ本体を紙やプラスチック材料のロールまたは巻き出し部分に設置し、除電ブラシの接地端は確実に接地する必要があります。設備やローラーに接続すると、適切に接地されない場合があります。一部のローラーはアルマイト処理されており、生成される酸化アルミニウムは導電性がありません。

2.2 化学的除去法
化学的な静電気除去は帯電防止剤処理とも呼ばれ、帯電防止剤（界面活性剤）を添加または塗布して、樹脂や基材の電気的性質を改質します。この方法はより徹底的で効果的ですが、材料の化学組成を変化させる可能性があります。そのため、この手法は紙の処理には適しておらず、主にプラスチック樹脂の改質に用いられます。

食品、医薬品、化粧品、化学製品の包装にこの手法を用いる場合は、安全性、衛生性、基材樹脂との相性などの要素を考慮し、特に注意が必要です。帯電防止性を備えた包装材料は、静電気による各種の品質問題を防ぐだけでなく、包装効率を高め、シール強度を確保できるため、顧客の承認を得られます。

2.2.1 添加処理技術
この方法はマスターバッチ技術とも呼ばれ、帯電防止剤を特定の濃度（数パーセントから数十パーセントの範囲）で熱可塑性樹脂および各種添加剤と混合します。混合物はその後、溶融、混練、造粒されて帯電防止マスターバッチが製造されます。帯電防止剤の選定では、基材樹脂との相性を考慮する必要があります。相性が悪いと帯電防止粒子の性能が低下し、相性が過剰に良いと帯電防止剤の表面への移行が遅くなり、帯電防止水膜を形成しにくくなります。溶融、混練、造粒の過程では、製品の基材樹脂と同一の樹脂を選定することが重要です。熱安定性の不足による帯電防止剤の分解や劣化を防ぐため、加工温度を低く保つよう注意する必要があります。帯電防止性プラスチックフィルムの製造には、3層（ABC）共押出インフレーションフィルム法がよく用いられます。帯電防止マスターバッチの割合は、有効成分の濃度に応じて調整し、試験結果に基づいて、表面抵抗率（ps）が約10^11 Ωになるようにする必要があります。過剰に添加すると、生産コストが増加するだけでなく、後工程に悪影響を及ぼす可能性があります。

2.2.2 コーティング処理技術
帯電防止剤のコーティング技術は、イオン性界面活性剤を帯電防止コーティングとしてプラスチックフィルムの表面に塗布し、電荷の蓄積を防ぐ方法です。コーティング用帯電防止剤の選定は、被塗布基材の仕事関数に依存します。プラスチック材料の仕事関数が大きい場合は負に帯電しやすく、小さい場合は正に帯電しやすくなります。一般的なプラスチックの仕事関数の大きい順から小さい順の並びは前述のとおりで、PPとPEは負に帯電しやすいため、カチオン性界面活性剤がコーティングに適しています。PETとPAは正に帯電しやすいため、アニオン性界面活性剤が適しています。プラスチックフィルム表面の濡れ張力は38 dyn/cmより大きい必要があります。帯電防止コーティングは、良好な皮膜形成性、耐摩擦性、耐薬品性を備え、持続的な効果を発揮する必要があります。

3. 静電気の測定と試験

パッケージ印刷工場では、静電気の測定は主に静電気電圧計を用いてパッケージ材料に蓄積した電荷の電圧を求める作業です。まず最大レンジを選び、その後徐々に下げていくことをお勧めします。パッケージ材料の表面抵抗率の試験については、GB/1410-89規格「固体絶縁材料の体積抵抗率および表面抵抗率の試験方法」に従ってください。試験は、指定された温度と相対湿度の環境条件下で実施する必要があります。パッケージ材料の表面抵抗率が10^9 Ωから10^12 Ωの範囲内であれば、その材料は帯電防止性を備えています。