印刷速度が毎分400メートルを超える場合、フレキソインキにおいて適切な粘度を保つことが極めて重要です。多くの溶剤系インキは50〜150センチポアズ(cP)の範囲で良好に機能し、インキが適切に流動しつつ顔料を沈殿させることなく保持できる最適なポイントがここにあります。UV硬化型インキは、印刷ローラー上で早期に硬化しすぎないよう、より粘稠な状態が必要であり、通常は80〜200 cPの範囲です。水性インキはより低い粘度、約20〜80 cPで使用することで、吸湿性の低いプラスチックフィルムに素早く染み込む性能を発揮します。MDPIが2020年に発表した研究によれば、推奨される粘度範囲を超えるとドットゲインが15〜25%増加する問題が生じ、最終的な印刷物の明瞭さに悪影響を及ぼすことが示されています。
せん断薄化とは、 basically 材料に力が加わると粘りが少なくなり、流れやすくなる現象です。この性質により、フレキソインキが高速で印刷機を通過する際でも、印刷面に到達した後も形状を維持したまま印刷が可能になります。たとえばUVフレキソインキの場合、5,000秒⁻¹を超えるせん断力が加わると、粘度が通常40〜60パーセント低下します。これにより、クリアなラインで印刷が可能となり、印刷機が毎分600メートル以上の高速で運転されている際に発生しやすいインクスプレーやムラを大幅に抑えることができます。昨年ScienceDirectに掲載されたいくつかの最新テストによると、インクのせん断薄化特性を微調整した印刷業者は、標準的なインクを使用する場合と比較して、全体的に約18パーセントインクの廃棄量を減らすことができたとのことです。
高速フレキソ印刷を正しく機能させるには、インク計量システム、適切なアニロックスロールの仕様、高品質な版などの各コンポーネントがスムーズに連携する必要があります。印刷業者が250〜400線/インチのアニロックスロールと密閉型ドクターブレードを併用すると、インク粘度変化に関する問題が約30%減少することが分かっています。これによりインク薄膜の厚さが非常に安定し、殆どの場合±0.1マイクロメートル以内に維持されます。また、複数の印刷工場での実地試験からも興味深い結果が得られています。水性インクを約12〜15マイクロメートルの厚さで塗布すると、最大450メートル/分の速度でもドットゲインを8%以下に抑えることができます。これは最適化されていない印刷装置における状況と比べて明らかに優れており、ドットゲインが最大22%にも達することがあります。印刷機の動作状況に合わせてインクの特性を適切に調整することで、実際に大きな差が生まれます。多くの製造業者によると、最高速度での長時間の生産運転中でも色調の一貫性が全体的に2%以内の変動に収まると報告されています。
インクの配合は、それがどれだけ速く乾燥するか、そして印刷機全体の運転効率に大きく影響します。これは主に使用される樹脂の種類、溶剤の蒸発速度、および各種添加剤のバランスに依存しています。最近の発展により、現代の溶剤系システムでは低粘度樹脂が使用されており、古くなった配合と比較して溶剤を約22%速く放出できるようになったと『包装トレンドレポート2023』に記載されています。水系インクはさらに大きな進歩を遂げており、安定したpHポリマーを含んでいるため乾燥時間が約35%短縮されています。これらの進歩により、毎分400メートルを超える速度で運転してもインクたまりの可能性が大幅に減少し、印刷工場では乾燥問題による廃棄物が0.5%未満まで低下したため、ほぼダウンタイムなしで連続8時間シフトを運転することが可能になっています。
UV、電子ビーム(EB)、LED硬化技術の最新の進歩により、インクが光によって引き起こされる化学反応によりほぼ瞬時に硬化する方法が劇的に変化しました。UVフレキソ印刷の場合、これらのインクは通常、200〜450ナノメートルの波長の光を照射された後、約半秒以内に強固な結合を形成します。これにより、印刷業者は素材に歪みや損傷を与えることなく、分速約750メートルという印象的な速度で印刷を実行できます。効率性について言えば、2024年のRadTechの研究によると、LEDシステムは従来の水銀蒸気ランプと比較して約60%少ない電力を消費します。また、EB技術にも別の利点があります。EB技術は化学開始剤をまったく必要としないため、安全基準が非常に厳格な食品包装用途に特に適しています。
溶剤系フレキソ印刷を高速で運転する際には、熱乾燥を正しく行うことが非常に重要です。特に、厳しい環境規制内での運転を目指す場合にはそれが顕著です。多くの現代の印刷機には、再生熱式酸化装置(RTO)と呼ばれるスマートな乾燥システムが装備されています。これらのシステムは、排ガス中の熱の約85%を回収することができます。この方式の利点は、VOCを99.9%の効率で分解できることに加え、エネルギー費用を昨年の業界レポートによると時間当たり約18ドルから22ドルまで削減できることです。さらに良い点として、このシステムは600メートル/分という印象的な速度で機械が運転していても、EUの排出基準を楽に満たす性能を持っています。
フレキソインクは、表面張力が約35〜38 mN/mのポリエチレンや、約29〜31 mN/mのポリプロピレンなど、低表面エネルギーの厄介なプラスチックにもよく付着します。これは特殊に設計された樹脂化学のおかげです。紙や段ボールと比較して、プラスチックには機械的な密着ではなく実際に化学結合が必要です。そのため、現代のインク配合にはプラスチック分子と実際に結合を形成する改質ポリウレタンを含むことが多いです。また、アクリレート系樹脂を用いたものもいくつかの製造業者で非常に進展しています。これらは接触角を非常に小さくして、コロナ処理が施されていない場合でもインクが表面に適切に広がるよう促します。フレキソ印刷の密着性に関する研究から、これが実際のさまざまな用途で非常に効果的に機能することが確認されています。
要素 | 目標範囲 | 付着性への影響 |
---|---|---|
表面エネルギー(処理後) | ≥40 mN/m | インクの広がりと付着を可能にします |
コロナ処理量 | 8–12 W·min/m·² | 表面を酸化して極性基を生成します |
樹脂のガラス転移温度(Tg) | -10°C から 25°C | 柔軟性と耐熱性のバランスを調整します |
ポリプロピレンにコロナ処理を施すと、表面に水酸基やカルボニル基が導入されることによって表面エネルギーが約45〜50 mN/mまで上昇します。これにより、化学的に材料同士が付着しやすくなります。水性フレキソ印刷では、メーカーは一般的に酸価が80〜120 mg KOH/gの範囲にあるアクリル共重合体を使用します。これらは水素結合によってより強力な結合を形成するのに役立ちます。一方、溶剤系のシステムはまったく異なるアプローチを取ります。通常、水酸基を約20〜35%含むポリエステルおよびポリウレタン成分を混合します。これらは硬化時にイソシアネート系硬化剤と結合することで、印刷面に長期間残る非常に強靭なフィルムを生成します。
フレキソインクは一般的に、PET/PEやBOPP/CPPラミネート素材への密着性が良好で、特殊なダブルキュア法を使用すると、ASTM D3354規格で密着性評価が約4Bのままで維持されます。UVフレキソタイプも非常に優れており、60度の高温で湿度がほぼ95%の環境に3日間放置した後でも、約98%の密着性を維持します。これはインクがエクストルージョンコーティングとネットワーク構造を形成するためです。溶剤系硝化綿インクに関しては、レトルトパウチ素材にも非常に適しています。1,000回以上の曲げ試験に耐えることができ、非常に高い耐久性を示します。これは常温での弾性率が1.2〜1.8GPaと、樹脂が適度な柔軟性を持っているためです。
高速印刷で良好な結果を得るためには、インクの粘度を印刷機の動作に合わせて適切に調整する必要があります。最近のレオロジーに関する研究により、UVフレキソインクに関する興味深い知見が得られました。昨年の研究によると、これらのインクが90〜120センチポアの範囲にある場合、600〜1,200線/インチのアニロックスロールと最も相性が良いことが分かりました。この組み合わせがなぜ効果的なのかというと、これらのインクはせん断応力下で粘度が低下し、印刷版が高速で接触する際にもスムーズに流れるためです。同時に、詳細な画像や文字を再現する際に非常に重要な、エッジの明瞭性やドットのシャープさを維持することができます。
毎分600メートル以上の速度で運転する場合、かぶせ防止のため、溶剤は毎秒0.8グラム/平方メートル以上の速度で蒸発する必要があります。昨年の『Packaging Frontiers』によると、新しい樹脂システムによりインクミストの問題が約42%削減されています。これらのシステムは粒子間の凝集力を高めるため、印刷時の強い遠心力によってインクが分裂することがありません。最新のハイブリッド配合は速乾性と優れた流動安定性を兼ね備えています。これにより、印刷機を非常に高い速度まで高めても長時間の連続運転においても一貫性を保ちながら品質の高い印刷物を維持することが可能です。
ある大手炭酸飲料メーカーは、特殊なハイブリッドUV・溶剤型フレキソインキに切り替えて約610メートル/分の速度で運転したところ、機械の稼働率がほぼ98.6%に達しました。新しい二重硬化方式により、オーブンのエネルギー使用量を約37%削減することに成功しました。これにより、18時間にも及ぶ長時間のシフト中でも色差を0.3%以下に抑え続けているという結果も出ています。これは製造業者がインキと印刷機の能力を適切にマッチングさせることで、色調のズレや素材の問題を気にすることなく、驚異的な印刷速度を実現できることを示しています。結論として、ただやり過ごすのではなく、真に生産性を高めるには、インテグレーションの賢さがすべてを決するのです。
樹脂技術や赤外線乾燥方法の進歩により、今日の水性フレキソインキは、従来の溶剤系インキと同等の乾燥速度を実現しています。また、最近の業界レポート『Sustainable Printing Solutions(2024年)』によると、新しい配合のインキの中には、ポリエチレンフィルム上で0.3秒以内に乾燥し、古いバージョンと比較して約半分の有害化学物質しか放出しないものもあり、その性能は非常に優れています。環境に優しい製品への取り組みも効果を上げているようです。実際に、2024年のMarket Data Forecastによれば、昨年のヨーロッパ市場におけるこれらのインキの市場は、年間約11%拡大しました。
最近、多くの製造業者がUV、EB、LED技術を組み合わせたハイブリッド硬化システムに注目しています。これは、エネルギーコストを削減し、常に変化する規制に対応するのに役立つからです。450メートル/分の速度で動作するUV-LED装置を見てみると、これは従来の水銀灯と比較して約40%も消費電力を削減することができます。また、EB硬化技術は厄介な光開始剤を不要にするため、化学物質を許容できない食品包装用材料を扱う場合には、非常に適した選択肢です。最大の利点としては、これらの複合システムはBOPPフィルムやPETプラスチックなど、さまざまな素材に対して生産速度を低下させることなく非常に高速で処理することができる点です。
スマートインクは今、印刷業界で注目を集めています。色が変わるセキュリティインクやQRコードと連携する特殊インクについて話しています。これらは現在、クラウド制御の印刷機に接続されており、印刷業者は高速生産中に設定をその場で調整できます。AIシステムを利用したテストプロジェクトでは、次に印刷版が作動するタイミングをほぼ予測することで、約15%のインク廃棄を削減できることが示されています。デジタル技術と伝統的な印刷方法の融合により、柔軟性のあるデータ要件を持つパッケージを処理する際に、柔版印刷業者にとって大きな利点があります。これらのスマート機能を備えながらも、殆どの装置は分速800メートルに近い速度を維持できます。
フレキソインキの推奨粘度範囲はインキの種類によって異なります。例えば、溶剤系インキは50〜150セントポア、UV硬化型インキは80〜200セントポア、水系インキは20〜80セントポアの範囲内が推奨されます。
剪断減粘性は、インキが高速印刷機内で形状を保ちながら容易に移動できるようにするために重要であり、これによりクリーンな印刷結果が得られ、廃棄を削減することができます。
インキの乾燥速度は、特に使用される樹脂、溶剤、添加剤の種類によって大きく影響され、印刷機の効率や乾燥時間の短縮に大きく関与しています。
UV、EB、LED技術を組み合わせたハイブリッド硬化システムは、効率の向上、エネルギー消費の削減、環境規制への適合性を実現し、高速印刷工程において非常に有益です。