Цифровая печать на пластмассовых контейнерах с повышенной адгезией и пригодностью к переработке - RU2560871C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится главным образом к пластмассовым контейнерам, на которых проведена цифровая печать, в частности - к контейнерам, обладающим повышенными характеристиками адгезии и переработки, и к способам цифровой печати на контейнерах и осуществления их переработки.

Предшествующий уровень техники

Фирмы-изготовители продуктов обычно применяют стандарты нанесения этикеток на пластмассовых контейнерах, которые предназначены для хранения производимых ими продуктов. Для измерения и оценки качества нанесения этикеток применяются различные испытания, включая некоторое количество стандартизованных испытаний контейнеров. Некоторые применяемые стандартные способы испытаний включают в себя - в качестве примера, а не ограничения, - «Международные обозначения испытаний» Американского общества по испытанию материалов (ASTM): D 3359-08 («Стандартные способы испытаний для измерения адгезии посредством испытания методом клейкой ленты»); D 5264-98 («Стандартную практику испытаний на стойкость к абразивному истиранию печатных материалов посредством прибора Sutherland для испытания на истирание»); и F 1842-02 («Стандартный способ испытания для определения адгезий красок или покрытий на пластмассовых подложках для приложений, связанных с мембранными переключателями»). Фирмы-изготовители продуктов часто определяют требования к испытаниям и получаемые баллы оценки, которым должен удовлетворять продукт с этикеткой, чтобы его сочли приемлемым.

Фирмы-изготовители контейнеров недавно начали производить контейнеры с этикетками, полученными методом цифровой печати, которые имеют достаточное разрешение и качество, чтобы конкурировать с известными методами прикрепления этикеток и - в перспективе - заменить их. Примеры таких методов печати описаны в патентной заявке № 11/562655, включенной посредством отсылки. Однако для многих приложений желательно использовать стандарты для обеспечения, измерения и оценки напечатанных изображений, которые могут служить этикетками.

При внедрении контейнеров с этикетками, полученными методом цифровой печати, в обычные процессы переработки для вторичного использования, могут возникнуть потенциально сложные проблемы. Среди фирм-изготовителей контейнеров, владельцев брендов, конечных потребителей и правительственных организаций существует явная тенденция к совершенствованию и интенсификации усилий по переработке контейнеров для вторичного использования. Вследствие этого было бы желательно разработать приемлемые для промышленности контейнеры, которые обладают удовлетворительной совместимостью с современной инфраструктурой и процессами переработки, или которые обеспечивают достаточные стимулы и/или объемы для осуществления широких изменений в промышленности. По меньшей мере для начала, было бы желательно разработать контейнеры, на которых выполнена цифровая печать и которые выполнены с возможностью переработки с помощью современных промышленных стандартных процессов, т.е. процессов, которые обычно предусматривает высокотемпературную промывку едкой щелочью и измельчение. В силу этого, желательно, чтобы контейнеры, на которых выполнена цифровая печать имели цифровые изображения, которые сцепляются с контейнером, не вызывая вопросы к качеству на протяжении всего срока службы, но легко удаляются во время процессов переработки пластмасс.

Сущность изобретения

Предложен пластмассовый контейнер, который имеет внешнюю поверхность с цифровым изображением, напечатанным на ней каплями печатной краски. Цифровое изображение включает в себя грунтовочное покрытие и вторичное покрытие, которое нанесено на грунтовочное покрытие. В вариантах осуществления изобретения предложены контейнеры, имеющие повышенную адгезию и/или повышенные характеристики переработки. В одном варианте осуществления цифровое изображение сцепляется с пластмассовым контейнером, и это цифровое изображение имеет приемлемый или «проходной» балл оценки адгезии (который в некоторых системах количественной оценки имеет величину, составляющую 6,0 или более). Также предложены способы цифровой печати на контейнерах и осуществления их переработки.

Краткое описание чертежей

Варианты осуществления изобретения будут описаны в качестве примеров со ссылками на прилагаемые чертежи, при этом:

на фиг.1 показан общий вид сбоку, иллюстрирующий участок контейнера с цифровым изображением, напечатанным на нем;

на фиг.2 приведен общий вид таблицы или матрицы проверки качества, которую можно использовать для оценки приемлемости напечатанного изображения на контейнере.

Подробное описание

Теперь приводится подробное рассмотрение вариантов осуществления данного изобретения, примеры которых описаны здесь и проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. Хотя изобретение будет описано в связи с вариантами осуществления, должно быть ясно, что не следует рассматривать эти варианты как ограничивающие изобретение. Наоборот, изобретение следует считать охватывающим альтернативы, модификации и эквиваленты, которые могут оказаться в рамках сущности и объема притязаний изобретения, определяемых прилагаемой формулой изобретения.

На фиг.1 иллюстрируется в общем виде участок поверхности 10 контейнера с напечатанным цифровым изображением 20. Цифровое изображение 20 включает в себя грунтовочное покрытие 30, которое может состоять из множества капель 32 печатной краски грунтовочного покрытия, и вторичное покрытие 40, которое может состоять из множества капель 42 печатной краски вторичного покрытия.

Грунтовочное покрытие 30 может состоять из материала, который служит для улучшения нанесения капель печатной краски и/или обеспечивает некую визуальную характеристику. Для вариантов осуществления, грунтовочное покрытие 30 может содержать белые и/или бесцветные участки. В вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере первое грунтовочное покрытие 20 наносят на поверхность контейнера в первый момент времени t₁ и при первой температуре T₁. Температура T₁ будет находиться в диапазоне температур, которые являются подходящими для нанесения соответствующего грунтовочного покрытия. В одном варианте осуществления, грунтовочное покрытие 30 может быть отверждаемым посредством ультрафиолетового (УФ) излучения, а также может быть отверждаемым путем нанесения вторичного покрытия.

Вторичное покрытие 40 может состоять из множества капель 42 печатной краски вторичного покрытия, которые распределены по меньшей мере по участку грунтовочного покрытия 30. Множество капель 42 печатной краски вторичного покрытия могут все вместе образовывать часть наносимого рисунка, который, в свою очередь, может образовывать все цифровое изображение или его участок. Кроме того, как показано в общем виде на фиг.1, части одной или более соседних капель 42 печатной краски для вторичного покрытия могут перекрываться или перемешиваться друг с другом. Вторичное покрытие 40 и составляющие его капли 42 печатной краски для вторичного покрытия могут иметь различные известные цвета, включая - но без ограничений - основные цвета печати, такие, как голубой, пурпурный и желтый. Кроме того, управление перекрытием или комбинациями отдельных цветов в некоторых областях можно обеспечить дополнительные «технологические» цвета. Помимо этого, капли 42 печатной краски вторичного покрытия могут быть отверждаемыми. Например, отверждаемые УФ излучением капли печатной краски вторичного покрытия могут представлять собой все целевое цифровое изображение или его часть. В зависимости от приложения, капли печатной краски вторичного покрытия могут изменяться в диаметре, который может находиться, например, в диапазоне от примерно 10 микрон до примерно 200 микрон. Вторичное покрытие 40 может быть нанесено на поверхность 10 контейнера во второй момент времени t₂ и при второй температуре T₂, причем вторая температура T₂, при которой наносят вторичное покрытие 40, как правило, меньше, чем первая температура T₁, при которой наносят грунтовочное покрытие 30.

В вариантах осуществления изобретения, время между нанесением грунтовочного покрытия и нанесением вторичного покрытия (т.е. t₂ минус t₁) можно уменьшить, например, до всего лишь десяти секунд или менее. Для некоторых вариантов осуществления, разность моментов времени нанесения будет находиться в пределах двух - шести секунд. Более того, в вариантах осуществления, разностью температур нанесения между температурой, при которой наносят грунтовочное покрытие 30, и температурой, при которой наносят вторичное покрытие 40 на участок грунтовочного покрытия 30, т.е. T₁ минус T₂, можно управлять, делая ее равной или меньшей чем 10°F. Для некоторых вариантов осуществления, разность температур нанесения может находиться в пределах от примерно 5°F до примерно 10°F. Более того, для некоторых приложений может оказаться желательным изменение температур, связанных с нанесением грунтового покрытия 30 и вторичного покрытия 40, с тем, чтобы соответствующие температуры нанесения стали ближе друг к другу - т.е., с тем, чтобы разность температур между наносимыми покрытиями уменьшилась или минимизировалась. Этого можно достичь, например, посредством (a) понижения или уменьшения T₁, (b) повышения или увеличения T₂, или (c) комбинации методов (a) и (b). Такое вышеупомянутое управление выдержкой времен и/или температурами применительно к грунтовочному покрытию и вторичному покрытию может обеспечить лучшую адгезию получаемого напечатанного цифрового изображения к контейнеру.

Следует отметить, что помимо времени и температуры, фактором, который может также повлиять на эффективную скорость отверждения напечатанного изображения, является освещенность. То есть, в некоторые моменты времени (например, t₁ и t₂) при некоторых температурах (например, T₁ и T₂), может быть соответствующая освещенность - т.е. ε₁ и ε₂. Например, в вариантах осуществления, грунтовочное покрытие может быть отверждаемым при освещенности ε₁, а соответствующее вторичное покрытие может быть отверждаемым при освещенности ε₂. Кроме того, в вариантах осуществления, поскольку эффективная скорость отверждения является фактором, зависящим от совокупности таких параметров, как время, температура и освещенность, эту освещенность можно в общем случае определить посредством следующего уравнения:

Освещенность (ε)=(dΦ/dA)

где Φ - освещающий поток (измеряемый в ваттах), а A - площадь (см²).

Например, но без ограничений, диапазон освещенности для некоторых вариантов осуществления будет между значениями примерно 0,1 Вт/см² и примерно 10,0 Вт/см².

Контейнеры (которые включают в себя бутылки), связанные с данным изобретением, состоят из пластмассы (например, полиэтилентерефталата (ПЭТФ), полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), полипропилена (ПП), полиэтилена (ПЭ), и т.д.) Контейнеры могут быть однослойными или многослойными контейнерами и могут быть сформированы с использованием различных обычных методов формирования, включая - но без ограничений - дутьевое формование, термоформование, и т.д. В одном варианте осуществления, наружный слой или наружная поверхность состоит из чистой пластмассы. Несмотря на это, следует отметить, что контейнеры в соответствии с положениями данного изобретения могут включать в себя некоторое процентное содержание переработанных материалов, включая малую процентную долю (например, 20% или менее) таких материалов во внешнем слое контейнера.

Для некоторых приложений, таких, в которых используется отверждаемая печатная краска (например, отверждаемая УФ излучением печатная краска), соответствующее покрытие или печатную краску можно отверждать после каждой соответствующей станции печати. Например, но без ограничений, один вариант осуществления может предусматривать нанесение грунтовочного покрытия, этап отверждения, нанесение вторичного покрытия и этап отверждения. В альтернативном варианте осуществления - также в качестве примера и без ограничений - процесс может по меньшей мере частично предусматривать нанесение грунтовочного покрытия, этап отверждения, нанесение грунтовочного покрытия, этап отверждения, нанесение вторичного покрытия и этап отверждения. Более того, для вариантов осуществления изобретения может оказаться желательным, чтобы скорость изготовления и/или последующей транспортировки контейнеров или бутылок была согласована или по существу согласована со скоростями потоков или обработки соответствующей печатной машины (соответствующих печатных машин).

Кроме того, обнаружено, что возможно по меньшей мере частичное управление качеством напечатанных цифровых изображений и/или повышение его посредством одного или более из следующих методов:

(a) выбор или калибровка триад печатных красок;

(b) управление температурой подложки (т.е. поверхности контейнера); и/или

(c) управление выдержкой времени.

Что касается выбора и/или калибровки триад печатных красок, то этого достигают по меньшей мере частично посредством выбора и/или калибровки печатных красок, представляющих собой грунтовочное и вторичное покрытия. Обнаружено, что используемые печатные краски можно выбирать, обеспечивая желаемые характеристики времени и/или температуры, включая их взаимосвязь друг с другом в сочетании. Например, выбор некоторых печатных красок, имеющих заданные вязкости, может привести к проявлению или обеспечению некоторых желательных эффектов, связанных с температурой.

Что касается управления температурой подложки (т.е. поверхности контейнера), то температуру соответствующего участка боковой стенки (или другого участка контейнера) можно получить путем его обработки или управления ею до некоторой степени. Например, можно предварительно обрабатывать заданный участок контейнера. Такую предварительную обработку можно осуществлять с использованием различных известных методов, которые могут включать в себя - но без ограничений - обработку огнем, коронным разрядом и плазмой. Однако изобретение не ограничивается этими конкретными методами предварительной обработки.

Что касается управления выдержкой времени, то можно управлять временем, связанным с перемещением контейнеров, например, посредством производственной машины, а также управлять моментами времени нанесений грунтовочного покрытия и/или вторичного покрытия. Желательно, чтобы скорость изготовления и/или последующей транспортировки контейнеров или бутылок была согласована или по существу согласована со скоростями потока или обработки соответствующих печатных машин.

Данное изобретение также включает в себя систему для определения или оценки «приемлемости», такой, как коммерческая приемлемость, контейнера, имеющего изображение, полученное методом цифровой печати, такое, как этикетка, полученная методом цифровой печати. То есть, для вариантов осуществления изобретения, упомянутая система для определения или оценки может обеспечить «балл оценки адгезии». На фиг.2 приведен общий вид таблицы или матрицы проверки качества, которую можно использовать для определения или оценки приемлемости напечатанного изображения на контейнере. Как показано в общем виде, по оси Y можно указывать числа, связанные с количественной оценкой по принципу «проходит или не проходит» в целом. В иллюстрируемом варианте осуществления, числа 1-5 указывают, что контейнеры не приемлемы, а числа 6-9 указывают, что соответствующие контейнеры приемлемы. Важно отметить, что хотя балл оценки по меньшей мере 6 будет означать, что контейнер «проходит» как приемлемый применительно к показанной конкретной таблице или матрице, изобретение не ограничивается этой конкретной таблицей или матрицей, и в альтернативном варианте можно было бы предусмотреть больше баллов оценки и/или можно было бы повысить или понизить балл оценки проходимости, если это желательно или необходимо. В столбцах, предусмотренных по оси Х, представлено множество испытаний, в число которых могут входить различные стандартные испытания, включая - но без ограничений - те, которые отмечены выше. Например, «Испытание 1» может включать в себя «Испытание на истирание посредством прибора Sutherland», «Испытание 2» может представлять собой «Испытание методом клейкой ленты 3M № 610», «Испытание 3» может включать в себя «Моделируемое испытание на перевозку», «Испытание 4» может представлять собой «Испытание методом клейкой ленты 3M № 810». Как показано в таблице в общем виде, в этой таблице - в связи с каждым отмеченным испытанием - могут быть представлены различные обозначения «проходит» или «не проходит». Что касается нескольких вышеупомянутых «стандартных» испытаний, эти испытания можно изменить подходящим образом для использования в связи с напечатанным изображением в противоположность обычной нанесенной этикетке. Например, в случаях различных испытаний «методом клейкой ленты», которые могут следовать стандартам ASTM D 3359-08, испытания, связанные с упомянутой таблицей или матрицей, могут предусматривать или не предусматривать срезание участка цифрового изображения с помощью режущего инструмента перед наложением самоклеящейся ленты. То есть, в одном варианте осуществления, «Испытание 2» может предусматривать «модифицированное» «Испытание методом клейкой ленты 3M № 610», поскольку часть участка цифрового изображения контейнера, которую подвергают испытанию, может не быть срезана с контейнера или иным образом отделена от него. Помимо этого, с помощью таблицы, приведенной на фиг.2, указание «проходит» применительно к испытаниям методом клейкой ленты, непосредственно воплощающим на практике модифицированный стандарт ASTM (т.е. применительно к испытаниям, которые не предусматривают срезание или отделение) могут быть в общем случае представлены любыми удаляемым участками, площадь которых не превышает 2 мм². Что касается испытаний методом клейкой ленты, непосредственно воплощающим на практике модифицированный стандарт ASTM, то указание «проходит» могло бы в общем случае быть классификацией «4В» или «5В» (в соответствии с фиг.1 «Классификации результатов испытаний на адгезию», принятой ASTM), или могло бы предусматривать удаление менее 5% отпечатанной площади.

В одном варианте осуществления, желательно снабдить контейнер напечатанным цифровым изображением, которое, как минимум, проходит модифицированное испытание методом клейкой ленты 3M № 610 и несмотря на это является «годным для переработки». Цифровое изображение, которое напечатано на контейнере, считается «годным для переработки», если достижима классификация менее, чем «4В» (т.е. удаляется 5% площади или более) применительно к испытанию методом клейкой ленты № 810 по стандарту ASTM D 3359. Контейнер с цифровым изображением, которое проходит «Испытание 2» («Модифицированное испытание методом клейкой ленты 3M № 610») и «Испытание 3» («Моделируемое испытание на перевозку»), и при этом не проходит «Испытание 4» («Испытание методом клейкой ленты 3M № 810»), могло бы достичь балла оценки адгезии либо 6,0, либо 7,0. Такой контейнер с напечатанным изображением, имеющим балл оценки адгезии 6,0 или 7,0 (т.е. проходящим «Моделируемое испытание на перевозку»), подходит для коммерческих перевозок, обеспечивая при этом не только адгезию, связанную с напечатанным изображением, которая оказывается подходящей для обычного или целевого использования, но и удобство отделения с целью последующей переработки. Иными словами, адгезия, связанная с конфигурированным цифровым изображением, достаточно велика для использования по назначению, но не препятствует отделению при переработке.

Что касается такой таблицы или матрицы, то каждое испытание можно проводить на адекватной (т.е. статистически значимой или представительной) выборке контейнеров. После завершения всех испытаний, результаты можно табулировать и вводить в таблицу или матрицу, чтобы обеспечить количественную оценку «адгезии». Соответствующую количественную оценку можно затем подвергнуть корреляции.

Помимо прочего, данное изобретение может обеспечить повышенную пригодность к переработке. Например, но без ограничений, контейнеры с изображениями, полученными методом цифровой печати (которые могут быть сформированы посредством отверждаемой УФ излучением печатной краски), можно с удобством удалять в связи с обычными процессами переработки пластмасс. Промышленный стандартный процесс переработки пластмассовых контейнеров обычно предусматривает измельчение контейнеров в гранулированные пластмассовые хлопья, воздействие на эти хлопья посредством процесса высокотемпературной промывки едкой щелочью, сушку очищенных хлопьев, сортировку и экструдирование с получением полимерных брикетов для перепродажи. Посредством вариантов осуществления данного изобретения, цифровое изображение, имеющееся на контейнере, которое может оставаться на полимерных хлопьях после процесса измельчения, будет по существу отделено от полимерных хлопьев в ходе процесса высокотемпературной промывки едкой щелочью, не загрязняя при этом чистые полимерные хлопья, из которых надлежит сформировать полимерные брикеты.

Вышеизложенные описания конкретных вариантов осуществления данного изобретения представлены в иллюстративных и описательных целях. Они не носят исключительный или ограничительный характер, сводя изобретение к описанным точным его формам, и в свете вышеизложенных положений возможны различные модификации и изменения. Упомянутые варианты осуществления выбраны и описаны для того, чтобы пояснить принципы изобретения и его практическое применение, тем самым гарантируя другим специалистам в данной области техники возможность использовать изобретение и различные варианты его осуществления с различными модификациями, подходящими для предусматриваемого конкретного применения. При этом имеется в виду, что объем притязаний изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.

Реферат

Способ печати цифрового изображения на пластмассовом контейнере, выполненном с возможностью переработки, с помощью капель печатной краски, характеризующийся тем, что он включает следующие этапы:- нанесение грунтовочного покрытия, включающего множество отвержденных капель печатной краски грунтовочного покрытия, при температуре Т1; и- нанесение вторичного покрытия, включающего в себя множество отвержденных капель печатной краски вторичного покрытия, по меньшей мере на участок грунтовочного покрытия при температуре Т2. При этом разность температур (T1, Т2) между грунтовочным покрытием и вторичным покрытием составляет менее чем примерно 10°F, в результате чего цифровое изображение имеет балл оценки адгезии, соответствующий по меньшей мере 6,0, при прохождении теста согласно стандарту ASTM D 3359-08 «Испытание методом клейкой ленты ЗМ № 810». При этом цифровое изображение выполняют с возможностью по существу отделения от остальной части контейнера в процессе переработки. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула