溶剤系グラビアインキの特性と印刷との関係
溶剤系グラビア印刷インキは、顔料、樹脂、添加剤、および多量の溶剤から構成されており、インキは比較的薄い状態にあります。溶剤系グラビアインキの乾燥プロセスは揮発性であるため、紙、フィルム、アルミ箔などの素材への印刷に適しています。グラビア印刷機は高速で稼働し、厚いインキ層を形成するため、チキソトロピー、流動性、粘度、乾燥速度などのインキ特性が印刷品質に与える影響を理解することが重要です。この知識は、印刷物の品質を高めるために不可欠です。
チキソトロピー
チキソトロピーとは、外力の影響下でインキの流動特性が変化することを指します。具体的には、懸濁液や分散液が撹拌されると薄くなり、静置されると再び厚くなる現象です。
一般的に、高品質のインキはチキソトロピーが低く、特別な処理なしで印刷機に直接使用できます。しかし、チキソトロピーがないインキは沈降を起こしやすく、理想的ではありません。一般に、白、黄、シアンのインキはチキソトロピーが低く、マゼンタと黒のインキはチキソトロピーが高くなります。
インキのチキソトロピーは以下の要因に影響されます：
1. 顔料の特性： 例えば、オゾン処理されたカーボンブラック顔料は、未処理のものと比較してチキソトロピーが著しく低くなります。
2. 顔料粒子径： 顔料粒子が小さいほどチキソトロピーは低くなり、大きいほど高くなります。
3. 顔料の量： 顔料の量が多いと顔料分子間で凝集が起こり、チキソトロピーが増加します。
4. 樹脂の分子量： 高分子量の樹脂を使用し、n-ヘプタン値が低いインキはチキソトロピーが高くなる傾向があり、その逆も同様です。
5. 顔料の濡れ性： 顔料の濡れ性が良いインキは一般にチキソトロピーが低くなります。一部のインキメーカーは、黒インキの製造時に顔料を事前分散させて濡れ性を改善し、チキソトロピーを低減しています。
溶剤系グラビア印刷インキには、適切なレベルのチキソトロピーが必要です。チキソトロピーが高すぎると、インキのレベリングが悪化し、粘度管理が難しくなり、モットルやオレンジピールなどの印刷不良が発生する可能性があります。チキソトロピーが低すぎると、ドットゲインが増加し、文字や線が太く見えることがあります。
流動性
溶剤系グラビア印刷インキの流動性は、相対密度、粘度、チキソトロピー、凝集力などの要因を総合的に反映したものです。最適な流動性を実現するには、インキは適切な粘度、良好な顔料の濡れ性、バランスの取れた顔料濃度を持ち、チキソトロピーを最小限に抑える必要があります。
インキの流動性をテストする際には、#4カップまたはザーン#3カップを使用して流動時間を測定するほか、カップ壁に残るインキ量と流出したインキ量の比率も重要です。粘度が一定の場合、残留インキと流出インキの比率が小さいほど、流動性が良好です。
インキの流動性が悪いと、インキ転移の不均一や印刷不良などの印刷障害が発生しやすくなります。
粘度
溶剤系グラビアインキの粘度は流動性と密接に関係しており、適切な粘度を維持することが効果的なインキ転移を確保する鍵となります。樹脂の種類、インキの付着性、印刷速度、圧力、被印刷材、環境条件など多くの要因がインキ転移に影響しますが、粘度は依然として重要な要素です。粘度と転移率の関係を下図に示します。
溶剤系グラビアインキの粘度に影響する要因は次のとおりです。
1. 樹脂溶液の粘度: 樹脂の粘度が高いとインキの粘度が上がり、逆もまた同様です。
2. 顔料と樹脂の相性: 顔料が樹脂と反応して凝集すると、インキの粘度が上がります。
3. 溶剤と分散剤の相性: 溶剤が分散剤を任意の比率で希釈すると、インキの粘度が下がります。
4. 温度: 温度が低いとインキの粘度が上がり、温度が高いと下がります。
溶剤系グラビアインキの粘度が低いと、ピンホール、色の被りムラ、ざらつき、付着不良などの問題が生じ、印刷不良につながります。平滑な表面ではインキの付着が弱くなり、紙の被印刷材では粉落ちや剥離が発生することがあります。
逆に粘度が高いと、引っかき傷、色のにじみ、版面のインキ過多、“オレンジピール”などの不良が発生します。
結論
溶剤系グラビア印刷インキの設計と製造では、目的の初期粘度を得るために、顔料、樹脂、溶剤の相性を選定することが重要です。印刷事業者は、インキメーカーが供給する推奨溶剤ブレンドを用いて、印刷に最適な「使用粘度」に調整する必要があります。これにより高品質な印刷結果が得られます。
さらに、インキ粘度は印刷速度の影響も受けます。一般に、印刷速度が速いほど、最適なインキ転移を得るために低いインキ粘度が求められます。
溶剤系グラビア印刷インキは揮発性インキであり、湿潤インキ皮膜から溶剤が蒸発すると、液体から固体へと変化します。溶剤の蒸発速度は、インキの乾燥速度に直接影響します。
溶剤系グラビア印刷インキの設計と製造では、乾燥要件を満たすために、中沸点、低沸点、高沸点の溶剤を混合して選定するのが一般的です。樹脂の選定が不適切な場合、軟化点が低い場合、樹脂からの溶剤放出が悪い場合、あるいは高沸点溶剤が過剰な場合は、溶剤の蒸発が遅くなり、硬化したインキ皮膜に残留溶剤が生じることがあります。
溶剤系グラビア印刷インキを調合する際は、通常、まず樹脂を選定し、次に溶剤を選定します。溶解対象の材料と溶解度パラメータが近い溶剤は、溶解しやすく蒸発も速い傾向があります。ただし、顔料が存在すると溶剤の蒸発速度が低下します。特に顔料の粒子が大きい場合に顕著です。
また、周囲温度が高い、相対湿度が低い、空気循環が速いといった環境要因も、溶剤の蒸発速度を高めます。
乾燥不良によって生じる一般的な印刷トラブルは次のとおりです。
1. 特定の印刷速度でインキが乾燥しすぎると、版汚れ、引っかき傷、インキの白化、光沢不良、レベリング不良が発生することがあります。
2. 多色印刷では、乾燥が遅いと、次の印刷ステーションでローラー付着やインキの汚れが生じ、印刷不良につながります。
インキ中の溶剤の蒸発速度は、沸点、蒸気圧、蒸発潜熱だけでなく、印刷環境の温度、相対湿度、気流、インキ層の厚さなどの要因にも依存します。したがって、インキ溶剤の蒸発速度は、さまざまな条件に応じて調整する必要があります。
通常の生産条件では、インキの乾燥が速すぎる場合は遅乾性の希釈剤を添加します。インキの乾燥が遅すぎる場合は速乾性の希釈剤を使用します。可能であれば、印刷環境を18～25°C、相対湿度65%以下に管理し、インキの性能を安定させます。