专利名称：喷墨式印刷机和喷墨印刷方法
喷墨式印刷机和喷墨印刷方法本发明涉及喷墨式印刷机和喷墨印刷方法。特别地，但非排他性地，本发明涉及一 种改装为适合使用含有挥发性组分比如水和/或有机溶剂的喷墨油墨的喷墨式印刷机，还 涉及使用所述印刷机进行印刷的方法。对于用于食物和其它货物的包装材料的印刷，传统地使用传统印刷方法比如柔性 版印刷进行。典型地，在包装材料的柔性版印刷中使用的油墨是基于挥发性有机溶剂比如 乙醇和乙酸乙酯的。因而油墨非常迅速干燥而使得印刷线(print line)以相对高的速度运转。喷墨印刷具有许多胜过传统印刷方法的优点，其包括短的拣字(set up)时间和从 保存在计算机中的图片进行印刷而不需要准备画稿或其它印刷元件的能力。然而，在按需 喷墨印刷中使用快干溶剂基油墨，这可能导致喷嘴堵塞，使得定期的印刷头维护成为必要 并且可能导致对印刷头的不可逆转的破坏。为此原因，用于工业按需喷墨印刷的溶剂基油 墨被设计为更慢地干燥并因此在印刷后非常需要加热步骤以使油墨在合理的时间内干燥。 无水无溶剂的可辐射固化喷墨油墨已为人知，并可以使用例如UV辐射使其非常迅速地干 燥。然而，由于未固化的单体具有从已印刷的包装材料转移的可能，因此这些油墨并未在包 装，特别是用于食品材料的包装中找到太多的应用。快干油墨已经应用在连续式喷墨印刷中，这是因为在连续式喷墨印刷中持续地使 用印刷喷嘴，因此由喷嘴中的油墨干燥而导致的堵塞不太可能发生。然而，连续式喷墨印刷 典型地用于比如其中不需要高分辨率的批次和日期码的印刷应用中，而不适于生产包装中 通常需要的高质量图像。因此，对于可以使用在印刷介质上快速干燥的溶剂基喷墨油墨而不遭受由印刷头 喷嘴中油墨干燥导致的喷嘴堵塞问题的喷墨式印刷机和喷墨印刷方法仍然存在需要。用于家庭、办公室或其它应用中的水基喷墨油墨广为人知。水是相对挥发性的，并 且其蒸发率如果没有通过湿润剂比如甘油、二甘醇和其它二醇在这些油墨中的存在得到降 低，则将导致不适宜的喷嘴堵塞水平。这些湿润剂经常以至多30重量％的水平存在，它们 防止了喷嘴中的油墨完全干燥。然而，它们也阻止油墨在无孔承印物比如聚合物膜上适当 地干燥，出于此原因，或其它原因，期望提供一种可以使用具有湿润剂含量减少或没有湿润 剂的水基油墨而不发生不可接受的喷嘴堵塞的印刷方法。为了减少这些需要，本发明提供了一种按需喷墨印刷设备，该设备用于将包含水 或挥发性溶剂的油墨印刷到连续卷筒承印物上，该印刷设备具有印刷头；用于保持印刷 头附近的水或溶剂蒸气的腔室，所述腔室具有用于连续卷筒承印物的入口和用于已印刷的 连续卷筒承印物的出口 ；以及用于将连续卷筒承印物通过腔室入口进料到腔室，经过印刷 头并从腔室出口出来的装置。本发明还提供了按需喷墨印刷方法，所述方法包括下列步骤使连续的卷筒承印 物通过入口进入到装有印刷头的腔室中，将喷墨油墨喷墨印刷到承印物上以及使已印刷的 承印物通过出口从腔室中出来。所述腔室保持印刷头附近的水或溶剂蒸气并且特别地保持印刷头喷嘴附近的水
3或溶剂蒸气，并因此帮助防止水或溶剂从印刷头喷嘴中的油墨中蒸发，从而降低油墨干燥 的速率和喷嘴堵塞。腔室内部的气氛可以是90 %被水或溶剂蒸气饱和的，并且优选是完全 被水或溶剂蒸气饱和的。腔室可以为任何合适的形状和构造。优选地，入口、印刷头和出口 是对齐的，以使得连续卷筒承印物可以容易地进料进入、通过并从腔室中出来。用于使连续 卷筒承印物进料通过腔室入口、经过印刷头并从腔室出口出来的装置可以为任何合适的配 置，例如，包括传送带、传动辊、夹紧辊(nip roller)等。在按需喷墨印刷(与连续式喷墨印刷相反)中，期望的是，印刷头喷嘴和承印物之 间的间隙非常小，以至于墨滴移动的距离也相应地非常小，以便最小化由墨滴向承印物移 动时的偏斜所导致的分辨率损失。特别是当印刷高质量图像(比如典型地在包装材料上所 需要的那些高质量图像)时的情况。在本发明的设备和方法中，承印物被带入腔室中，因此 在印刷的时刻可以与印刷头非常接近。优选地，印刷机的配置使得在印刷时连续卷筒承印 物和印刷头之间的距离小于1mm，更优选小于0. 75mm,并且特别地优选0. 5mm以下。在一个实施方案中，印刷头附近的水或溶剂蒸气是通过在印刷过程中水或溶剂从 油墨中蒸发而产生的。任选地，所述印刷设备还装备有用于产生水或溶剂蒸气或者将水或 溶剂蒸气引入到腔室中的另外的装置，所述水或溶剂蒸气特别是与油墨中存在的挥发性组 分或组分混合物相同的挥发性组分或组分混合物的蒸气。例如，所述印刷设备可以在腔室 内装备有水或溶剂的贮存器，以便通过蒸发贮存器中的水或溶剂来产生水或溶剂蒸气。所 述贮存器中的溶剂或溶剂混合物将典型地与油墨中存在的溶剂或溶剂混合物相同。贮存器 可以装备有用于加热贮存器中的溶剂以促进该溶剂蒸发的加热装置。印刷装置任选地装备 有用于产生水或溶剂蒸气并随后将水或溶剂蒸气引入到包封腔室(enclosing chamber)中 的装置。例如，水或溶剂蒸气可以通过在蒸气生成腔室中加热或喷射水或溶剂产生，并随后 经由一个或多个导管转移到围绕印刷头喷嘴的腔室中。使用泵或风扇使水或溶剂蒸气任选 地进入腔室中。所述室的入口和出口可以为任何合适的形状和构造。优选地，它们的形状为使得 所述入口或出口的周边与承印物之间的距离最小化，以便减少蒸气从腔室中的损失。所述 入口可以为狭槽。优选地，用于承印物的入口装备有一对夹紧辊。所述辊可以是传动的或 者备选地它们可以为空转辊。优选地，用于承印物的出口被安置使得承印物的印刷侧在离 开腔室时不与狭槽的周边接触以避免蹭脏湿油墨。在一个实施方案中，用于承印物的出口 为承印物穿过的狭槽。所述喷墨油墨包含至少一种挥发性组分比如水或有机溶剂。任选地，油墨是这样 的当在环境温度、在典型的印刷条件下将油墨印刷到连续卷筒承印物上时，其将通过蒸发 而迅速地干燥。例如，油墨可以是这样的当在环境温度，即未被加热的条件下，将油墨喷墨 印刷到连续卷筒承印物上时，其在短于2分钟内、优选短于60秒内、任选短于30秒内干燥。 在一个实施方案中，喷墨油墨包含一种或多种有机溶剂。可选地，油墨含有至少50重量％、 任选地至少70重量％并且在一些情况下至少80重量％的沸点低于140°C的挥发性有机溶 剂或溶剂的混合物。在一个实施方案中，所述喷墨油墨包含至少50重量％、任选地至少70 重量％并且在一些情况下至少80重量％的沸点低于110°C的挥发性有机溶剂或溶剂的混 合物。在一个实施方案中，所述喷墨油墨包含至少50重量％、任选地至少70重量％并且在 一些情况下至少80重量％的沸点低于90°C的挥发性有机溶剂或溶剂的混合物。
在一个实施方案中，所述喷墨油墨包含至少50重量％、任选地至少70重量％并且 在一些情况下至少80重量％的蒸发率为至少1. 0 (相对于蒸发率为1. 8的乙酸正丁酯测 定)的挥发性有机溶剂，或这样的溶剂的混合物。在一个实施方案中，所述喷墨油墨包含至 少50重量％、任选地至少70重量％并且在一些情况下至少80重量％的蒸发率为至少0. 5 的挥发性有机溶剂，或这样的溶剂的混合物。对于许多通常用于印刷工业的溶剂的沸点和蒸发率在下表中列出。普通油墨溶剂的蒸发率和沸腾率 *相对于乙酸正丁酯=1. 80的比率优选地，所述喷墨油墨包含一种或多种选自由下列各项组成的组中的溶剂异丙 醇、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、丙酮、乙酸乙酯、乙醇、甲基乙基酮和它们的混合物。任选地， 油墨包含至少50重量％、任选地至少70重量％以及在一些情况下至少80重量％的一种 或多种选自由下列各项组成的组中的溶剂异丙醇、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、丙酮、乙酸乙 酯、乙醇、甲基乙基酮和它们的混合物。任选地，所述油墨基本上不含水，例如，含有少于1 重量％的水。在另一个实施方案中，所述油墨是水基油墨，其包含例如，至少40重量％、任选地 至少50重量％的水。优选地，油墨包含不超过10重量％的湿润剂，更优选不超过5重量％ 的湿润剂。特别优选地，油墨基本上不含湿润剂，例如，包含少于1重量％的湿润剂。所述 水基油墨任选地为可辐射固化的油墨，例如，可紫外线固化的油墨。水具有仅0. 36的蒸发
5率(相对于具有1. 8的蒸发率的乙酸正丁酯测定)，尽管如此，水对于本发明而言仍被认为 是挥发性组分。所述连续卷筒承印物可以为任何希望在其上印刷图像的连续卷筒承印物。例如， 所述连续卷筒承印物可以为纸。备选地，所述连续卷筒承印物可以为聚合物膜材料。连续 卷筒承印物可以以卷形式贮存在印刷设备中。任选地，所述印刷设备包括连续卷筒承印物 的贮存品，例如连续卷筒承印物的卷。任选地，所述印刷设备包括在印刷头和腔室下游的 用于将连续卷筒承印物切割成若干部分的装置。任选地，所述印刷设备包括喷墨油墨的贮 存器。任选地，本发明的方法包括将连续卷筒承印物从该承印物的贮存品中取出并使 其通过入口进入到腔室，在承印物上进行喷射印刷并随后使其通过出口从腔室出来的步
马聚ο任选地，所述方法还包括随后将已印刷的承印物切割成若干部分的步骤。优选地， 在进行切割前允许油墨干燥。任选地，在本发明的方法中，油墨在从腔室的出口出来2分钟之内干燥、优选在60 秒内、更优选在10秒内干燥。任选地，该方法包括使用干燥器干燥油墨。例如，所述干燥器 可以为强制通风干燥器。任选地，该干燥器为热空气干燥器和/或辐射加热干燥器。所述承印物可以为纸承印物。所述承印物可以为聚合物膜。所述承印物可以为用 作食品包装材料的承印物。现将仅为了举例说明的目的，参考下列附图描述本发明的实施方案，其中
图1是根据本发明的封装在腔室中的印刷头的示意性描述，和图2示意性描述了用于试验本发明思想(concept)的设备。图1示意性描述了根据本发明的印刷设备的一部分。所述印刷设备包括封装在腔 室2中的印刷头1。所述腔室装备有入口 3和出口 4，并且如图1所示，连续卷筒承印物5 通过入口 3进入腔室中，并且紧密接近印刷头1并随后从出口 4出来。此外被封装在腔室 2中的是容纳有与油墨中存在的溶剂混合物相同的溶剂混合物的贮存器6。所述溶剂从贮 存器6中蒸发并基本上使腔室2中的气氛饱和，从而使得溶剂从喷嘴内油墨中的蒸发得到 抑制。在印刷过程中，油墨7的液滴从印刷头喷射到承印物上，从而在承印物上形成图像。 然后通过出口 4将所述承印物传送出腔室并进入到外部气氛中，油墨在此干燥。为了以小的实验室规模试验本发明思想，建立了如下的图2中所示的简化设备1.用快干溶剂11将200cm3罐10填充3/4。2.用盖12将罐10密封并保持大约60分钟以使得罐中的气氛变得被溶剂饱和。3.在另外的罐盖12中穿孔，通过该孔插入一条细绳13，附着于细绳上的是其上已 经刮上有快干溶剂基油墨层的承印物14部分。4.用附着有所述承印物14的盖12迅速地取代第一罐盖以使得承印物14悬挂在 罐中溶剂11的表面上方，并开始计秒表。5.在预定时间后，将盖12和承印物14移走，并且记录油墨是否已经干燥。如果油 墨并没有干燥，则记录油墨在环境条件中干燥所用的时间。使用含有花青(cyan)染料、马来树脂和84重量％异丙醇的油墨进行试验。置入 罐中的溶剂11为异丙醇。对于所述快干溶剂基油墨层(draw down)，在空气中而非置于罐中干燥所用时间为20秒。当置于罐中时甚至在60秒以后该快干溶剂基油墨层仍未干燥。 一旦从罐中移走，该快干溶剂基油墨层在大约2秒内干燥。与对照实验的自然干燥所用时 间相比，将快干溶剂基油墨层从罐中移走之后干燥时间令人惊讶的减少，被假定为归因于 在罐中一些溶剂的失去但不足以导致干燥。使用甲氧基丙醇基油墨重复试验并用甲氧基丙醇作为罐中的溶剂12。作为对照实 验的对于快干溶剂基油墨层在空气中自然干燥所用时间被发现为90秒。当根据以上程序 将其置于罐中时该快干溶剂基油墨层甚至在150秒后也没有干燥。从罐中移走之后，快干 溶剂基油墨层在大约2秒内即干燥。作为对本发明思想的进一步试验，用环己酮基油墨填装到按需喷墨印刷头 (Dimatix Nova 256 Jet)中。然后开始印刷并记录喷嘴喷射的次数。然后停止印刷并将印 刷头放置一段设定的时间。然后使印刷简短地重新开始并再次记录喷嘴喷射的次数。然后 使用不同的时间间隔重复该程序。然后再次进行整个过程，但是这次在印刷头未印刷的时 间期间将印刷头封装在装有溶剂贮存器的金属腔室中。当决定印刷时，将腔室迅速地移走， 开始印刷，记录喷嘴次数，中断印刷并将腔室再次置于腔室头四周。对于在印刷头持续地暴露于大气的条件下进行的实验，研究一排10个喷射口。5 分钟未印刷之后，有一个喷嘴(10%)被堵塞，11分钟未印刷之后，有4个喷嘴(40%)已经 变得堵塞，并且在33分钟未印刷之后，有7个喷嘴(70%)已经变得堵塞。这说明当在按需 喷墨式印刷机中使用溶剂基油墨时，即使当溶剂环己酮不是特别易挥发的溶剂时，喷嘴也 会迅速地堵塞至不可接受的水平。所预期的是对于基于在快干柔性版印刷油墨中所使用类 型的挥发性溶剂的油墨，喷嘴堵塞将发生得甚至更快。在其中将印刷头在未印刷的间隔期间封装在装有溶剂的腔室中的重复实验中，在 11和30分钟未印刷时的试验显示没有喷嘴被堵塞，并且在210分钟未印刷后，只有一个喷 嘴(10%)已经变得堵塞。这显示了将印刷头封装在包含溶剂饱和气氛的腔室中非常显著 地降低了喷嘴堵塞的比率。技术人员将注意的是在本发明的范围内可以进行许多变化。为此原因，应该根据 后附权利要求确定本发明的范围。
权利要求
一种按需喷墨印刷设备，所述按需喷墨印刷设备用于将包含水或挥发性溶剂的油墨印刷到连续卷筒承印物上，所述印刷设备包括印刷头，用于保持印刷头附近的水或溶剂蒸气的腔室，所述腔室具有用于所述连续卷筒承印物的入口和用于已印刷的连续卷筒承印物的出口，和用于将所述连续卷筒承印物进料通过所述腔室入口，进入到所述腔室中，经过所述印刷头并从所述腔室出口出来的装置。
2.根据权利要求1所述的印刷设备，所述印刷设备还装备有用于产生水或溶剂蒸气或 者用于将水或溶剂蒸气弓I入所述腔室中的装置。
3.根据权利要求2所述的印刷设备，其中所述用于产生水或溶剂蒸气的装置为水或溶 剂可以被保持在其中的贮存器以便具有暴露于所述腔室内部的液面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的印刷设备，其中所述用于承印物的入口为一对 夹紧辊。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的印刷设备，其中所述用于承印物的出口为狭槽。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的印刷设备，其中这样配置使得在印刷过程中，所 述连续卷筒承印物和所述印刷头之间的距离不大于1mm。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的印刷设备，所述印刷设备容纳有喷墨油墨，所 述喷墨油墨包含至少50重量％的沸点低于140°C的挥发性有机溶剂，或这样的溶剂的混合 物。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的印刷设备，所述印刷设备容纳有水基喷墨油墨。
9.一种按需喷墨印刷方法，所述方法包括下列步骤使连续的卷筒承印物通过入口进入到装有印刷头的腔室中，将喷墨油墨喷墨印刷到所 述承印物上以及使已印刷的承印物通过出口从所述腔室中出来。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述喷墨油墨包含至少50重量％的沸点不高于 140 V的挥发性有机溶剂，或这样的溶剂的混合物。
11.根据权利要求10所述的方法，其中在喷墨印刷步骤过程中，在所述印刷头和所述 承印物之间的气氛为至少90%被所述挥发性有机溶剂或其混合物的蒸气饱和。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的喷墨印刷法，其中所述喷墨油墨包含至少50 重量％的蒸发率为至少1. 0的挥发性有机溶剂，或这样的溶剂的混合物。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其中所述喷墨油墨包含至少50重量％ 的一种或多种选自由下列各项组成的组中的溶剂异丙醇、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、丙酮、 乙酸乙酯、乙醇、甲基乙基酮和它们的混合物。
14.根据权利要求9所述的喷墨印刷法，其中所述油墨为水基喷墨油墨。
15.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其中所述印刷头和所述承印物之间的 距离为不大于1mm。
16.根据权利要求9至13中任一项所述的喷墨印刷方法，其中所述承印物适合用作食 品包装材料。
全文摘要
本发明提供一种按需喷墨印刷设备，该设备用于将包含水或挥发性溶剂的油墨印刷到连续卷筒承印物上，该印刷设备包括印刷头，用于保持印刷头附近的水或溶剂蒸气的腔室，所述腔室具有用于连续卷筒承印物的入口和用于已印刷的连续卷筒承印物的出口的腔室，和用于将连续卷筒承印物进料通过腔室入口，进入到腔室中，经过印刷头并从腔室出口出来的装置。
文档编号B41J2/165GK101918220SQ200980102263
公开日2010年12月15日 申请日期2009年1月5日 优先权日2008年1月16日
发明者亚历山大·格兰特, 哈特利·戴维·赛尔曼, 塞缪尔·托马斯·蒙克尔, 奈杰尔·安东尼·凯杰, 安德鲁·罗宾·鲍尔希 申请人:太阳化学有限公司