異なる基材に適したグラビアインキの選び方は？

基材の特性とそれが凹版インキ性能に与える影響の理解

凹版インキの接着性と耐久性における基材の種類の役割

グレーヴァーインキの作用方法は、印刷される素材の種類に大きく依存します。通常の紙などの多孔質材料の場合、インクは毛細管現象によって表面に微細な穴から吸収され、一種の機械的固定が生じます。これに対し、プラスチックフィルムなどの非多孔質表面では状況が全く異なります。ここでは、インクが化学的に付着する必要があり、つまりポリマー分子が印刷面と分子レベルで実際に結合しなければなりません。また、金属箔への印刷も独自の課題があります。こうした材料には、折り曲げや成形など、後続の製造工程で発生する応力下でもひび割れたり剥離したりせずに、伸縮に耐える特別なインキが必要です。

グレーヴァー印刷における一般的な基材材料：紙、プラスチックフィルム、金属箔

• ペーパー にじみを防ぐため、速乾性インキが必要（表面エネルギー：35～45 dyne/cm）
• BOPP／PETフィルム : 溶剤系インクが必要（処理後の表面エネルギーは38 dyne/cm以上）
• アルミニウム箔 : 最高160°Cまでの耐熱性を持つ特殊インクを使用

表面エネルギーと多孔性：インクの濡れおよび接着に与える影響

表面エネルギーが36 dyne/cm未満の材料（例えば、処理されていない通常のポリエチレン）は、一般的に標準的なグラビアインクをはじきます。材料の多孔性は、インクがどれだけ深く浸透するかを決定します。たとえば、新聞用紙は1平方メートルあたり12～18グラムのインクを吸収するのに対し、コーティングされたボード基材は通常、1平方メートルあたり4～6グラムしか吸収しません。良好な濡れを得るためには、インクの表面張力が基材の表面エネルギーよりも約2～5ミリニュートン/メートル低くなることが最適です。この差により、インクの過剰な堆積なく適切な接着が可能になります。

課題：PEやPPなど低表面エネルギーフィルムにおけるインクの接着不良

未処理のポリオレフィンフィルム（28～31 dyne/cm）は、グラビア印刷における接着失敗の約60%を占めています。コロナ処理により、PPの表面エネルギーは40～44 dyne/cmまで上昇し、インクの定着性が最大で300%向上します。フレーム処理は耐久性に優れた代替法であり、通常の保管条件下で8～12週間、表面エネルギーを38 dyne/cm以上に維持できます。

グラビアインキと基材特性をマッチングするための主要評価基準

接着性、乾燥速度、柔軟性：主要な性能要件

凹版印刷で良好な結果を得るには、インクの特性を適切に調整することが非常に重要です。接着性に関しては、素材ごとに異なるアプローチが必要です。多孔質の紙は毛細管現象によってインクが浸透するタイプが最適ですが、プラスチックフィルムの場合はまったく異なります。このような素材には、表面と実際に化学結合する特殊な極性樹脂が必要です。乾燥時間も重要な要素です。紙の場合、通常1秒ほどで乾燥するため、蒸発速度の遅い溶剤を使用する必要があります。一方、金属箔は可能な限り速やかに硬化するものを必要とします。また、柔軟性も考慮しなければなりません。PEフィルムのような伸縮性のある素材には、素材が変形しても割れることなく一緒に伸びるインクが求められます。多くの専門家は、素材が変形した際にひび割れが生じ始める前に、少なくとも3％の伸びに対応できるインクを求めています。

インクの配合を基材の吸収性および熱的安定性に合わせること

この調整により、コーティング紙での剥離や多層フィルムにおける溶剤残留などの欠陥を防ぐ。熱 sealsable パッケージにおいては、インクが熱トンネル内での120–140℃の温度に変色せずに耐える必要がある。

性能要件：擦れ抵抗、摩耗抵抗、および印刷の耐久性

産業用途では、性能が非常に安定している必要があります。グラビアインキは、ASTM D5264規格に従い、サザーランド摩擦試験機で少なくとも500サイクル持続できる必要があります。また、タバーアブレーション試験で1,000サイクル後も摩耗量が10％を超えてはなりません。紫外線耐性に関しては、インキの色調が500時間照明下に置かれた後でも一貫性を保つことが求められます。デルタE値は2.0以下に維持されなければならず、これは色調が元の外観から大きく変化しないことを意味します。これは屋外使用される製品にとって特に重要です。食品包装は全く別の課題があります。ここに使用されるインキは、121℃、15psiの圧力で30分間の滅菌処理後も剥離しないで付着し続ける必要があります。もちろん、直接食品に接触する素材に関するFDA 21 CFR第175.300条に規定されたすべての規制を満たさなければなりません。

インキと基材の最適な適合性のためのレジンおよび顔料の選定

効果的なグラビア印刷には、インキの化学的性質と基材の物理的性質との正確な整合性が求められます。適切な樹脂および顔料を選定することで、優れた接着性、鮮明な再現性、長期的な耐久性を確保できます。

高機能基材用の樹脂タイプ：PET、OPP、非多孔性フィルム

ポリウレタン系樹脂は、化学抵抗性と柔軟性に優れているため、ポリエステル（PET）や延伸ポリプロピレン（OPP）に好んで使用されます。変性アクリレート共重合体は、非多孔性表面において熱サイクル後も98％の接着力を保持することが実証されています。ニトロセルロース系樹脂は、速乾性と高光沢が求められる金属箔用途で広く使用され続けています。

多孔性紙用の水系グラビアインキにおける顔料分散戦略

水系システムでは、5¼m以下の顔料粒子により、にじみを抑えて紙の繊維に効果的に浸透します。酸化ジルコニウムビーズによる高度な粉砕処理により分散効率を95%まで高めることができ、高速印刷時の色再現性を安定させるとともに、従来法と比較してインク消費量を15～20%削減できます。

カーボンブラックの構造とインクの浸透性および色強度への影響

高構造カーボンブラック（凝集体サイズ：200～300nm）は優れた光吸収性を発揮し、黒色密度スケールでL*値1.5以下を達成します。分岐した形状によりグラビアセルからのインク転写性が向上し、同時に過剰な浸透を抑制するため、コーティング紙における鮮明なドット再現に不可欠です。

水系と溶剤系グラビアインキの比較：基材適応性の評価

紙および段ボール基材における水系インキの利点

水性凹版インキは、環境への配慮と優れた印刷適性から、紙や段ボール素材への印刷における主流の選択肢となっています。これらのインキは約60～70％の水分を含んでおり、従来の溶剤型インキと比較して揮発性有機化合物（VOC）排出量を最大85％削減できます。粘度が50～150ミリパスカル・秒と低いため、紙製品の多孔質な繊維に浸透しやすく、印刷面全体にわたって均一な色再現を実現しながら、80～100℃の温度で素早く乾燥します。さらに大きな利点として、これらのインキは完全に無臭であり、食品との直接接触に関する米国FDA基準および欧州連合の規制にも適合しているため、食品の安全性がメーカーにとって最重要課題となる包装用途に特に適しています。

非多孔性プラスチックフィルムにおいて溶剤型インキが優れている理由

特定の樹脂と溶剤の混合物を使用すると、溶剤ベースのグラビアインキはポリプロピレン（PP）やポリエチレン（PE）フィルムなどの材料に対して非常に優れた密着性を示します。塗布時に、酢酸エチルやトルエンなどの一般的な溶剤が一時的にこれらのフィルム表面を膨潤させます。60～80℃の温度で約10秒から最大30秒程度でこれらの溶剤が乾燥する際、インキの接着を助ける微細なアンカー点が残ります。このメカニズムにより、通常28～31 dynes/cm程度の低表面エネルギーに対しても効果的に作用します。その結果、剥離強度は15ミリメートルあたり2.5ニュートンを超える数値が得られます。光沢のある金属蒸着PET表面を扱う場合、これらの溶剤系インキは光沢仕上げを維持しつつ、インキのにじみや広がりを防ぎます。

水性インキの性能を向上させる添加剤

水性インキの機能性を高める3つの添加剤カテゴリ：

1. 界面活性剤（0.5～1.5％） : 表面張力を72 mN/mから35～40 mN/mに低下させ、PE/PPフィルムへの濡れ性を向上
2. 増粘剤（キサンタンガム誘導体） : 塗工段ボールへのインクの塗布量を制御するため、粘度を80～300 mPa·sに調整
3. 消泡剤（シリコーン/ポリグリコール系ブレンド） : 高速印刷（300～500 m/分）中にマイクロバブルが発生するのを防止

最近の革新として、ワックスコーティング基材での耐擦過性を40%向上させるナノシリカ添加剤が登場している。

トレンド：サステナブル包装がエコインキ採用を推進

サステナブル包装市場は2030年までに年平均成長率7.2%で拡大しており、現在グラビア印刷用途の38%で水性インキが使用されている。主要ブランドは、生分解性成分が95%以上、APEO含有添加剤が5%未満のインキの使用をますます指定するようになっている。2023年のFlexTech Alliance調査によると、ハイブリッドUV-水性システムは再生PET上でも耐久性を維持しつつ、エネルギー消費を30%削減できる。

表面処理と化学的改良によるインク密着性の向上

コロナ処理およびプラズマ処理：インクの接着性向上のための表面エネルギーの強化

表面エネルギーは、特にポリエチレン（PE）やポリプロピレン（PP）などの低エネルギープラスチックにおいて、インクの密着性に大きく影響します。コロナ処理では、材料に高電圧をかけることでオゾンを豊富に含んだ環境を作り出し、表面の化学構造を変化させます。この処理により、条件によって表面張力が30〜45ダイン／センチメートルまで向上します。一方、プラズマ処理ではガスを電場中を通すことでイオンを生成し、基材の分子自体を実際に変化させます。これにより、表面のぬれ性が大幅に改善され、包装業界で広く使用されているこのような非多孔性フィルム素材に対しても、印刷時にインクが正しく密着するなど、より優れた結果が得られます。

ポリエチレンおよびポリプロピレンフィルム用の接着促進剤およびプライマー

化学プライマーはPEおよびPPにおける接着の課題に対処します。シラン系プロモーターは基材とインクの間に共有結合を形成し、剥離強度を30～40%向上させます。食品衛生基準を満たす用途には、接着強度を損なうことなく環境に配慮した水性プライマーが利用可能です。

耐久性のある印刷を実現するための表面処理と機能性添加剤の組み合わせ

統合的なアプローチが最良の結果をもたらします。プラズマ処理されたアルミ箔に紫外線耐性グレービアインキで印刷した場合、加速耐候試験500時間後でも色強度の95%を保持します。スリップ剤（0.5～1.5%）を配合することで摩擦係数を40%低減でき、輸送時や取扱い時の摩耗から印刷面を保護できます。

FAQ：よくあるご質問

グレービアインキの接着性と耐久性に影響を与える要因は何ですか？

グレービアインキの接着性と耐久性は、基材の種類、表面エネルギー、多孔性、適切なインキの選択、コロナ処理やプラズマ処理などの表面処理によって影響を受けます。

グレービア印刷で一般的に使用される基材は何ですか？

一般的な基材には、紙、BOPP/PETフィルム、およびアルミ箔があり、それぞれインクの配合に対して最適な接着性と性能を確保するための特定の要件があります。

グラビア印刷において表面エネルギーが重要な理由は何ですか？

表面エネルギーは、インクが基材にどれだけよく濡れ、密着するかに影響を与えます。高表面エネルギーの基材は、低表面エネルギーの基材に比べてインクの接着性が良好になる傾向があります。

溶剤型インクと水性インクの違いは何ですか？

溶剤型インクは、強力な接着性と速乾性があるため、プラスチックフィルムなどの非多孔質基材に適しています。一方、水性インクは環境への配慮から、紙などの多孔質基材に好んで使用されます。

添加剤は水性インクの性能においてどのような役割を果たしますか？

界面活性剤、増粘剤、消泡剤などの添加剤は、濡れ性、粘度、気泡防止を改善することで、水性インクの性能を向上させます。