CN105142921B - 用于在固体表面上产生数字印刷的装饰性涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
用于在固体表面上产生数字印刷的装饰性涂层的方法包括以下的步骤：应用固体颜料染料(2)至表面(1)并且处理涂层，使得处理导致涂层的凝固/硬化，其中首先，至少在其中涂层将被应用的表面部分之上应用固体颜料染料(2)而均匀地涂覆干燥的表面(1)，在随后的印刷操作中，液体被应用至用干燥的颜料染料(2)涂覆的表面(1)，从而使固体颜料染料(2)临时固定至被印刷上的表面部分，并且在进行导致涂层的凝固/硬化的处理之前，从表面(1)移除固体颜料染料(2)的非固定部分。
Description
本发明涉及用于在固体表面上产生数字印刷的装饰性涂层的方法，特别地在由陶瓷和玻璃制成的物体的表面上。
在计算机技术方面的进展已经要求数字驱动的印刷方法的开发。在该领域中的开发很快采取多个方向。最重要的常规的方法如下(清单是不详尽的)：
-静电印刷系统(激光和LED印刷机)，
-DOD(按需滴墨(drop-on-demad))喷墨技术，其基于喷射基于热学(HP、CANON)、或体积置换(压电)原理(Epson、XAAR、Spectra)的液体涂料。
-CIJ(连续喷墨)，其中应用通过超声装置被分成液滴的连续流体流将涂料传送至目标表面，液滴被静电偏转(比如，Imaje)。
起初以上列出的系统的大部分被开发主要用于能够印刷较低数量的拷贝的所谓的“桌面印刷机”。对工业规模的数字印刷的需求在20世纪90年代出现，首先通过大幅海报印刷引起，并且然后通过纺织品装饰。这两个领域相同之处是小幅印刷系统可以采用结构中相对很少的改变而被容易地适应于它们，因为应用的涂料材料几乎与先前已经使用的材料(溶液涂料、包含有机颜料的油墨)相同。
因为涂料是液固混合物，并且因此涂料沉积和在内干燥(drying-in)的危险一直存在，所以涂料的化学和物理特征是非常重要的。还重要的是保持印刷头的细的通道的穿透性。这些因素具有尤其严重的问题，如果涂料材料包含磨损的、高密度无机涂料，例如陶瓷涂料就是这样。
常规液体喷射(喷墨)系统的限制以及以上提及的工业要求已经是在本领域中从事的专家的长期的关注。
在文献EP 0 703 863 B1中，溶液被Benoit Brault描述，其中仅结合材料在印刷操作期间被传送至表面，在随后步骤中，干燥的材料不依赖印刷头而被应用至工件，干燥的材料变得附着至表面上的结合材料。胶合材料以溶液形式通过印刷头被应用，并且因此必须考虑以上提及的在内干燥和沉积过程。
在文献US 2004/0101619 A1中，Carlo Camorani描述了一种方法，其中印刷操作主要引导仅结合材料至表面。期望颜料在其将到达表面之前被给料进入液体喷射。为实现其，若干变形在该文献中被提出，该文献是若干较早申请的组合(其要求八个意大利申请的优先权)。由在内干燥和堵塞引起的困难似乎可能也在此情况下发生，并且在自由喷射中或在表面上的结合材料和染料之间需要的相互作用的实施是复杂的且有问题的任务。
这些系统没有一个在工业实践中已经变得普遍的，尽管在过去的10-15年已经存在用于陶瓷目的的可靠的数字印刷方法的需求。
我们已经设定提供一种方法作为目标，其中关于磨损和堵塞的问题不发生，即使无机颜料被应用，并且从而数字印刷的装饰性涂层可以可靠地并且以成本效益好的方式被产生。
基于以下认知实现该目标：固体颜料染料被传送至干燥的目标表面，同时固体颜料染料是干燥的，并且印刷在如此产生的层上被实施。
根据发明的方法在以下项目1中被定义，优选的实施方案被定义在以下项目2-11中。
项目1.用于在固体表面上产生数字印刷的装饰性涂层的方法，所述方法包括以下的步骤：
应用固体颜料染料至所述表面，以及
处理所述涂层，使得所述处理导致所述涂层的凝固/硬化，
其中，
首先，至少在其中所述涂层将被应用的表面部分上应用固体颜料染料而均匀地涂覆干燥的表面，
在随后的印刷操作中，液体被应用至用干燥的颜料染料涂覆的所述表面，从而使所述固体颜料染料临时固定至被印刷上的表面部分，并且
在进行导致所述涂层的所述凝固/硬化的所述处理之前，从所述表面移除所述固体颜料染料的非固定部分。
项目2.根据项目1所述的方法，
其中，
不含固体材料的液体被用于所述印刷操作。
项目3.根据项目1或2所述的方法，
其中，
蒸馏水被用作用于所述印刷操作的液体。
项目4.根据前述项目中任一项所述的方法，
其中，
所获得的颜色强度通过调整应用至所述表面的所述颜料染料涂层的厚度来调整。
项目5.根据前述项目中任一项所述的方法，
其中，
所述干燥的颜料染料涂层通过静电粉末喷涂被应用至所述表面。
项目6.根据项目5所述的方法，
其中，
对于所述静电粉末喷涂的操作，应用压缩空气将所述干燥的颜料染料传送至目标表面的附近。
项目7.根据前述项目中任一项所述的方法，
其中，
应用所述液体将数字制备的图像印刷在所述表面上。
项目8.根据前述项目中任一项所述的方法，
其中，
通过所述液体可溶的层在所述干燥的颜料染料颗粒的表面上被形成，并且所述固体颜料使用在所述液体印刷操作期间由所述可溶的层制成的溶液被临时固定至所述表面部分。
项目9.根据前述项目中任一项所述的方法，
其中，
所述表面在导致其所述凝固/硬化的所述处理之前，经受干燥。
项目10.根据前述项目中任一项所述的方法，
其中，
使用喷墨式印刷机将所述液体传送至所述表面。
项目11.根据前述项目中任一项所述的方法，
其中，
未被固定至所述表面的干燥的颜料染料粉末颗粒通过鼓风被移除，所移除的多余粉末被返回至给料器容器。
现在将参考随附的附图描述本发明，在附图中：
图1示出实施该方法的装置的示意图，
图2是示意性截面图，其图示了在物体的表面上的干燥的颜料粉末的层，并且还示出在它们撞击之前的瞬间飞向粉末层的液体液滴，并且
图3示出如在图2中示出的相同截面图，进一步图示了穿过粉末层的液体液滴的穿透，并且还图示了撞击之后的状态。
通过实例的方式，可应用于装饰陶瓷物体的系统被描述，其中固体颜料染料与固体目标表面(比如，由陶瓷制成的)上的液体混合。液体被专门用于使固体颗粒临时固定至表面，直到陶瓷板被烧制之后。
根据本发明的方法可以被分成三个阶段：
-使颜料染料均匀地分布在表面上，
-使用不含固体材料的液体(比如，蒸馏水)印刷，
-移除没有附着至表面的颗粒。
相应地，实施该方法的装置的主要组成部件是
-涂覆单元，其由粉末给料单元4和静电充电器单元5组成，并且适于传送干燥的颜料染料2至表面1上，
-印刷单元，其由连接至印刷控制器21的印刷机6组成，并且适于使用液体3用于在用干燥的颜料染料2涂覆的表面1上印刷，以及
-多余粉末移除单元，其由鼓风机7和抽出装置8组成，并且通过压缩机22被供应，抽风机23被应用于使在印刷操作期间未被固定至表面的干燥的颜料染料2的部分通过多余粉末返回导管24返回至粉末给料单元4。
在图1中，包括将被涂覆的表面1的工件20，例如陶瓷板，在装置的全部三个主要单元下被示出。为实现功能单元和工件之间在箭头26的方向的相对位移，传送机9被应用，另外的传送机25被应用于转移来自传送机9的喷涂上的工件20。到达涂覆单元的工件20在其表面上没有涂层，而离开涂覆单元并且进入印刷单元的工件20的表面1涂覆有干燥的颜料染料2。离开印刷单元并且进入多余粉末移除单元的工件2的表面1部分地涂覆有干燥的颜料染料2，工件2还具有被印刷上的表面部分10，并且从那里离开并且到达第二传送机25(未示出)的工件2具有被印刷上的表面部分10，同时没有在其上被印刷的那些表面部分没有涂层。
假如多重干燥的颜料染料2层被一个接一个地应用于色彩印刷，那么应用传送机25将工件20移至传送机9。然后，使用传送机25将即时印刷的(ready-printed)工件20传送至已知的干燥和/或烧制台。
以下更详细地提供单独的操作：
染料的应用
干燥的颜料染料2材料以均匀的且可重复的方式应用至表面1(目标表面)对于过程的成功具有关键的重要性，因为可实现的颜色强度主要由每面积单位应用的染料材料的量决定。染料粉末的简单机械喷涂明显地不是合适的解决方案，因为如此产生的涂层将不是均匀的，这是由于由染料颗粒形成“聚集物”的趋势引起的微观不均匀，并且还由于由粉末给料的困难造成的宏观不均匀性。
包括静电粉末涂覆技术的解决方案在我们的情况中是可应用的而没有问题，因为其可以被用于应用临时稳定的静止过程对粉末化材料流体化输送，并且从而表面分布可以很好地被控制。同时，粉末颗粒的静电充电导致单独的漂浮的粉末颗粒之间的排斥作用，并且颗粒被朝着目标表面吸引，这导致微观上的均匀分布以及使颗粒临时固定至表面。
假如陶瓷染料(颜料)以与应用于静电粉末涂层中使用的染料相同的方式被制备(通过调整最优颗粒大小和形状，并且在颗粒上形成合适的包封表面)，可以利用与这些经试验和测试的系统相关的技术知识用于设计涂覆过程。应用合适调整的压缩空气流或者利用重力，将颜料颗粒传送至目标表面附近。颗粒应用合适配置的电极在那里变成带静电的，并且然后目标表面被颗粒以均匀的方式涂覆。
其对实施该方法是优选的，如果
-应用超声或变频机械振荡将凝聚的粉末颗粒分开；
-形成松散的粉末层，其可以通过具有预定速度的液体液滴30被(完全地或部分地)穿透；
-具有预定粒度分布的粉末被应用；
-包含抗凝聚剂的粉末材料被应用；
-应用的粉末材料是陶瓷涂料或玻璃涂料；
-在通过热处理烧制期间变成塑性的热塑性粉末材料被应用；
-包含生物活性材料的粉末材料被应用；
-包含导电材料的粉末材料被应用；
-包含由通过液体液滴30可溶的和不可溶的材料组成的混合物的粉末材料被应用；
-在液体中部分地或完全地可溶的粉末材料被应用。
颜料的印刷、局部固定
数字制备的图像使用水(或，可选地，使用其他液体或混合物)被印刷在应用至目标物体的颜料层上。
穿透由干燥的颜料染料2形成的粉末层，液体液滴30收集粉末颗粒(作为液体液滴31)，并且然后将颗粒置于由表面1形成的底层上(作为液体液滴32)。如此产生被印刷上的表面部分10。
假如薄的水溶性层以来自化学技术和一般化学工业过程的已知的方式在颜料颗粒的表面上形成，所述层不损害颗粒的静电特性，那么可以提供，溶液在遇到液体液滴30、31、32的颜料颗粒的表面的部分上被局部地形成。在溶液已经干燥之后，其使颜料颗粒固定至彼此和固定至底层表面。
这便利地使有机胶(比如，CMC)在烧制期间完全降解，而不在图像上留下任何痕迹。应用水或不包含固体添加剂的其他液体用于印刷的可能性具有巨大的优势，即使是相比于常见喷墨式涂料，而相比于如陶瓷涂料的这种“有问题的”材料，优势是非常显著的。这些后者的材料具有大量不利的特性，包括引起快速沉积的非常高的密度，以及致使其强烈磨损的高硬度。适于在纸上印刷的喷墨式印刷机在每个印刷会话之前实施大量的清洁操作以便移除来自每个喷墨喷嘴的固化的涂料。
此喷嘴清洁步骤在应用于本发明的液体(比如，蒸馏水)的情况下是不需要的，因为印刷头的操作不被在内干燥或涂料的物理性质的任何改变所阻碍。
其对实施该方法是优选的，如果
-包含缓慢干燥的添加剂的液体被应用；
-包含调整表面张力和/或粘度的添加剂的液体被应用；
-颜色强度可以通过调整液体液滴的空间密度来调整；
-应用流体阀门将液体传送至表面；
-应用液体喷雾器工具将液体传送至表面；
-这样的材料被应用，其中粉末与液体、底层，或与先前以相似方式应用的另一粉末材料化学地反应。
非固定的颜料颗粒的移除
颜料颗粒的大部分通过静电引力被不牢固地固定至目标表面，然而在被印刷上的区域中，其明显更强地被固定(由于被部分地溶解且后来被干燥的胶合剂)，并且因此应用合适的方式可以实现，仅不组成印刷的图像的那些颗粒从表面被移除。如果染料颗粒的特定的表面区域被减少，比如通过经喷雾干燥(喷雾器技术)和添加合适的添加剂形成球形颗粒，那么颗粒之间以及颗粒和底层之间的附着可以明显被降低(以与在静电印刷成像装置的调色剂粉末的情况被应用的相似的方式)。
如果需要，静电附着可以通过以与静电印刷系统相似的方式应用反极性充电(即，充电移除)而进一步被降低。经验表明，颜料颗粒的非固定部分可以通过合适地引导的鼓风和抽出的方式，从表面容易地被移除。移除的颜料可以被回收至给料容器，而组成固定图像的粉末颗粒停留在表面上，并且从而产生最终的图像。
相比于其他喷墨方法，以上描述的系统的优势：
属于专家中常见的知识，但喷墨式印刷机的非专业使用者也知道的是，喷墨系统的最频繁发生的故障由油墨“在内干燥”引起，即当由固液混合物组成的油墨开始失去其液体内容物时，在喷射位置附近“稠化”，其后是印刷头的部分或完全失效。
在我们的系统中，染料和胶组分与目标表面上的液体结合，并且从而这样的材料不进入将易于沉积、在内干燥或堵塞喷嘴的精致地构成的印刷头。因此，印刷头的使用寿命和可靠性可以明显提高。常规喷墨系统的工业适用性可以仅通过应用非常复杂的技术以安全的方式被保持，这导致非常高的生产和操作/维护成本。
因此，我们的系统允许具有较低成本的装置的开发。在印刷应用的某些领域(比如，陶瓷)中，存在降低颜料的颗粒大小的限制。一方面，研磨成本随着颗粒大小降低剧烈升高，并且另一方面，某些材料如果被研磨太细则失去其“着色”能力。然而，应用以上描述的系统，
对于具有使用数字系统通常需要的质量的结果，不需要根本上修改陶瓷技术中常规应用的配方和方法。在像陶瓷工业那样强烈坚持“经试验和测试的”技术知识的根本上保守的工业领域的情况下，这是特别有优势的。
Claims (34)
1.用于在固体表面上产生数字印刷的装饰性涂层的方法，所述方法包括以下的步骤：
应用固体有色颜料染料(2)至所述表面(1)，以及
处理所述涂层，使得所述处理导致所述涂层的凝固/硬化，
其中，
首先，至少在其中所述涂层将被应用的表面部分上应用固体有色颜料染料(2)而均匀地涂覆干燥的表面(1)，
在随后的印刷操作中，液体被应用至用干燥的固体有色颜料染料(2)涂覆的所述表面(1)，从而使所述固体有色颜料染料(2)临时固定至被印刷上的表面部分，并且
在进行导致所述涂层的所述凝固/硬化的所述处理之前，从所述表面(1)移除所述固体有色颜料染料(2)的非固定部分。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，
不含固体材料的液体(3)被用于所述印刷操作。
3.根据权利要求1所述的方法，
其中，
蒸馏水被用作用于所述印刷操作的液体(3)。
4.根据权利要求2所述的方法，
其中，
蒸馏水被用作用于所述印刷操作的液体(3)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，
其中，
所获得的颜色强度通过调整应用至所述表面(1)的所述固体有色颜料染料(2)的涂层的厚度来调整。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，
其中，
所述干燥的固体有色颜料染料(2)的涂层通过静电粉末喷涂被应用至所述表面(1)。
7.根据权利要求5所述的方法，
其中，
所述干燥的固体有色颜料染料(2)的涂层通过静电粉末喷涂被应用至所述表面(1)。
8.根据权利要求6所述的方法，
其中，
对于所述静电粉末喷涂的操作，应用压缩空气将所述干燥的固体有色颜料染料(2)传送至目标表面(1)的附近。
9.根据权利要求7所述的方法，
其中，
对于所述静电粉末喷涂的操作，应用压缩空气将所述干燥的固体有色颜料染料(2)传送至目标表面(1)的附近。
10.根据权利要求1至4和7至9中任一项所述的方法，
其中，
应用所述液体(3)将数字制备的图像印刷在所述表面(1)上。
11.根据权利要求5所述的方法，
其中，
应用所述液体(3)将数字制备的图像印刷在所述表面(1)上。
12.根据权利要求6所述的方法，
其中，
应用所述液体(3)将数字制备的图像印刷在所述表面(1)上。
13.根据权利要求1至4、7至9和11至12中任一项所述的方法，
其中，
通过所述液体(3)可溶的层在所述干燥的固体有色颜料染料(2)的颗粒的表面上被形成，并且所述固体有色颜料染料使用在所述液体(3)印刷操作期间由所述可溶的层制成的溶液被临时固定至所述表面部分(10)。
14.根据权利要求5所述的方法，
其中，
通过所述液体(3)可溶的层在所述干燥的固体有色颜料染料(2)的颗粒的表面上被形成，并且所述固体有色颜料染料使用在所述液体(3)印刷操作期间由所述可溶的层制成的溶液被临时固定至所述表面部分(10)。
15.根据权利要求6所述的方法，
其中，
通过所述液体(3)可溶的层在所述干燥的固体有色颜料染料(2)的颗粒的表面上被形成，并且所述固体有色颜料染料使用在所述液体(3)印刷操作期间由所述可溶的层制成的溶液被临时固定至所述表面部分(10)。
16.根据权利要求10所述的方法，
其中，
通过所述液体(3)可溶的层在所述干燥的固体有色颜料染料(2)的颗粒的表面上被形成，并且所述固体有色颜料染料使用在所述液体(3)印刷操作期间由所述可溶的层制成的溶液被临时固定至所述表面部分(10)。
17.根据权利要求1至4、7至9、11至12和14至16中任一项所述的方法，
其中，
所述表面(1)在导致其所述凝固/硬化的所述处理之前，经受干燥。
18.根据权利要求5所述的方法，
其中，
所述表面(1)在导致其所述凝固/硬化的所述处理之前，经受干燥。
19.根据权利要求6所述的方法，
其中，
所述表面(1)在导致其所述凝固/硬化的所述处理之前，经受干燥。
20.根据权利要求10所述的方法，
其中，
所述表面(1)在导致其所述凝固/硬化的所述处理之前，经受干燥。
21.根据权利要求13所述的方法，
其中，
所述表面(1)在导致其所述凝固/硬化的所述处理之前，经受干燥。
22.根据权利要求1至4、7至9、11至12、14至16和18至21中任一项所述的方法，
其中，
使用喷墨式印刷机(6)将所述液体(3)传送至所述表面(1)。
23.根据权利要求5所述的方法，
其中，
使用喷墨式印刷机(6)将所述液体(3)传送至所述表面(1)。
24.根据权利要求6所述的方法，
其中，
使用喷墨式印刷机(6)将所述液体(3)传送至所述表面(1)。
25.根据权利要求10所述的方法，
其中，
使用喷墨式印刷机(6)将所述液体(3)传送至所述表面(1)。
26.根据权利要求13所述的方法，
其中，
使用喷墨式印刷机(6)将所述液体(3)传送至所述表面(1)。
27.根据权利要求17所述的方法，
其中，
使用喷墨式印刷机(6)将所述液体(3)传送至所述表面(1)。
28.根据权利要求1至4、7至9、11至12、14至16、18至21和23至27中任一项所述的方法，
其中，
未被固定至所述表面的干燥的固体有色颜料染料(2)粉末颗粒通过鼓风被移除，所移除的多余粉末被返回至给料器(4)容器。
29.根据权利要求5所述的方法，
其中，
未被固定至所述表面的干燥的固体有色颜料染料(2)粉末颗粒通过鼓风被移除，所移除的多余粉末被返回至给料器(4)容器。
30.根据权利要求6所述的方法，
其中，
未被固定至所述表面的干燥的固体有色颜料染料(2)粉末颗粒通过鼓风被移除，所移除的多余粉末被返回至给料器(4)容器。
31.根据权利要求10所述的方法，
其中，
未被固定至所述表面的干燥的固体有色颜料染料(2)粉末颗粒通过鼓风被移除，所移除的多余粉末被返回至给料器(4)容器。
32.根据权利要求13所述的方法，
其中，
未被固定至所述表面的干燥的固体有色颜料染料(2)粉末颗粒通过鼓风被移除，所移除的多余粉末被返回至给料器(4)容器。
33.根据权利要求17所述的方法，
其中，
未被固定至所述表面的干燥的固体有色颜料染料(2)粉末颗粒通过鼓风被移除，所移除的多余粉末被返回至给料器(4)容器。
34.根据权利要求22所述的方法，
其中，
未被固定至所述表面的干燥的固体有色颜料染料(2)粉末颗粒通过鼓风被移除，所移除的多余粉末被返回至给料器(4)容器。
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