DE102013105192A1 - Textilsubstrat zum Bedrucken mit Flüssigtinte in offset-ähnlichen Verfahren - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein textiles Flächengebilde, das mit einem wasserlöslichen oder in Wasser dispergierbaren Polymermaterial beschichtet oder getränkt ist, welches aus Struktureinheiten (I) aufgebaut ist oder zumindest eine Vielzahl dieser Struktureinheiten aufweistworin x = 0 oder 1 ist, R1 H, CH3, COOR3 (mit R3 = H oder Na) oder CONH2 ist, R2 H oder CH3 ist und R = CH2, NH oder NH2 + bedeutet, mit der Maßgabe, dass R1 und R2 in einer Struktureinheit nicht beide CH3 bedeuten. derart, dass das Flächengewicht des Polymermaterials nach Trocknen besonders bevorzugt zwischen 4 und 8 g/m2 beträgt. Dieses textile Flächengebilde kann hervorragend als Substrat zum Offset-Bedrucken, insbesondere nach dem sogenannten Indigo-Verfahren, verwendet werden.

Description

  • Offset-Druck ist ein indirektes Flachdruckverfahren, bei dem das Druckbild nicht direkt auf das Substrat übertragen wird, sondern mit Hilfe einer Walze, die üblicherweise als Gummituchzylinder ausgestaltet ist. Die Druckfarben ("Tinten", "Toner") bestehen im Wesentlichen aus Pigmenten sowie Bindemitteln. Das sogenannte Indigo-Druckverfahren (das entgegen dem ersten Anschein nichts mit Indigo als Farbstoff zu tun hat), ein Verfahren der Firma HP, ist eine Abwandlung dieses Verfahrens, bei dem die Oberfläche des Gummituchzylinders aufgeheizt ist, so dass die pigmenthaltigen Teilchen der Tinte anschmelzen oder zumindest weicher werden. Beim Kontakt mit dem kalten Substrat verfestigen sie sich wieder. Die Pigmentteilchen dieses Verfahrens besitzen eine Größe von nur noch 1 bis 2 µm. Auf diese Weise können extrem scharfe Farbabbildungen erzeugt werden, was insbesondere für die kundenspezifische Herstellung von Fotobüchern von Interesse ist.
  • Als Substrat lässt sich eine Vielzahl von Papieren verwenden; die Druckergebnisse sind hier hervorragend. Dies mag daran liegen, dass es spezielle Behandlungen von Papieroberflächen für das Indigo-Druckverfahren gibt, z.B. wie in WO 96/06384 ("Saphir"behandlung mit Polyethylenimin), EP 0 879 917 A2 (Behandlung mit Aluminiumsalz o.ä.) EP 1 270 250 B1 (Oberflächenbeschichtung mit einem wasserlöslichen System aus einem kationischen Polymer oder Magnesiumsulfat und einem Binder) und EP 1 165 324 B1 (mit Aluminiumtrihydrat gefüllter Papierträger) beschrieben. Mit Tintenstrahldruckverfahren zu bedruckende Papiere werden im Übrigen häufig mit Polymer-Beschichtungen versehen, wobei generell darauf geachtet wird, dass das Papier genügend Poren zur Aufnahme des Toners aufweist.
  • Auch Textilien sollten dem Grunde nach für diese Art des Drucks geeignet sein und werden teilweise bereits im Handel angeboten. Allerdings sind die Ergebnisse des Drucks auf Textilgeweben mit den genannten Verfahrenstechniken bisher nicht zufriedenstellend. Textilien nehmen die Pigmente kaum auf, und die aufgenommenen Pigmente zeigen eine sehr mäßige Haftung. Insbesondere lässt die Abrieb- und Kratzfestigkeit der aufgedruckten Farbschichten zu wünschen übrig, so dass bereits durch leichtes Scheuern oder Kratzen das Druckbild zusammen mit der Farbempfangsschicht partiell entfernbar ist. Durch die schlechte Aufnahme der Pigmente durch das Substrat leidet darüber hinaus das Drucktuch: Da es die Farbe nicht in ausreichendem Maß auf das textile Material übertragen kann, legen sich bei der Wiederholung des Ablaufs mehrere Druckbilder übereinander, die dann wiederum schattenartig teilweise auf das Substrat übertragen werden, so dass das Drucktuch schnell unbrauchbar wird und ausgewechselt werden muss.
  • Es ist üblich geworden, dass auch die Einbände von Fotobüchern mit Fotografien geschmückt sind oder aus solchen bestehen bzw. den Hintergrund bilden. Die Einbanddeckel von Fotobüchern werden daher bisher im Wesentlichen auf Papier- oder Folienbasis gefertigt. Das Publikum gewöhnt sich jedoch auch im Bereich der Einbandgestaltung von Büchern mit im Wesentlichen schriftlichem Inhalt oder von Bildbänden an immer aufwändigere und bildhafter gestaltete Designs. Diesem Bedarf kamen die Verlage in der Vergangenheit durch buntbedruckte Papierumschläge entgegen; im Taschenbuch-Bereich werden die Karton-Deckel auch direkt bedruckt. Doch gerade im Zeitalter der Digitalisierung von gedruckten Werken besteht bei dem Teil des Publikums, das zum Lesen weiterhin Werke aus Papier in Händen halten möchte, ein gesteigerter Wunsch nach optisch und haptisch angenehm, gegebenenfalls auch repräsentativ wirkenden Bucheinbänden. Einbände mit folienartigen Eigenschaften und kunststoffartigem Griff treffen einen solchen Geschmack nicht.
  • Leinwand ist ein seit Jahrhunderten verwendetes Material für Bucheinbände, das aufgrund des Trends zum Taschenbuch und dem Erfordernis, Printmedien billig zu produzieren, über die letzten Jahrzehnte immer mehr vernachlässigt wurde. Ein Leinen-Buchumschlag wird nach dem Verschwinden von Leder und Lederersatzstoffen aus dem Verlagswesen jedoch als ein besonders edles Material empfunden. Aufgrund der oben geschilderten Tendenzen erfährt das Leinen – genauso wie andere hochwertige Materialien auf gewebter oder sonstiger Stoff-Basis, die das Grundmaterial Leinen inzwischen größtenteils verdrängt haben – als Bucheinband eine Renaissance.
  • Polyethylen-Dispersionen werden schon lange als Textilhilfsmittel verwendet. Sie dienen insbesondere der Verbesserung der Gleitfähigkeit von Fäden, d.h. als sog. Avivagen für Nähfaden, was deren Beanspruchung verringert, oder als Trennmittel (Antihaftmittel) in der Textilveredelung. Nach Kenntnis der Erfinder der vorliegenden Erfindung sind sie jedoch auf vielen anderen Gebieten der Textilveredelung, beispielsweise als Schlichte für Spinnereien, bis jetzt jedoch genauso wenig verwendet worden wie zur Oberflächenmodifizierung von Stoffen. Auch zur Verbesserung der Bedruckbarkeit von Papier werden sie in der Regel gar nicht oder nur in einem Atemzug mit einer Vielzahl weiterer Polymere wie PVA oder Polymerlatices genannt.
  • Polyethylenimine sind stark basische, häufig verzweigte Polymere, die in wässriger Lösung protoniert vorliegen. Sie werden vorwiegend als Hilfsmittel in der Biochemie eingesetzt. Sie werden aber auch als Retentionsmittel bei der Herstellung von Papier und Verpackungen genutzt.
  • Polyacrylamide werden für die Gelelektrophorese eingesetzt. Polyacrylate, auch als Copolymere mit Acrylamiden, dienen vor allem als Superabsorber in Windeln und für andere Zwecke. Sie werden aber auch als Textilhilfsmittel verwendet.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, textile Flächenmaterialien wie gewebte oder gewirkte Stoffe sowie Vliesstoffe bereitzustellen, deren Eignung zum Bedrucken mit den oben genannten Verfahren insbesondere in Hinblick auf Abrieb- und Kratzfestigkeit des aufgebrachten Druckbildes und damit als fotobedruckbare Einbandmaterialien verbessert ist. Die Flächenmaterialien sollen außerdem beim Drucken die Farbe soweit aufnehmen, dass das verwendete Drucktuch nicht oder nur wenig verschmutzt wird, so dass eine größere Anzahl von Druckzyklen (in der Regel mindestens ca. 20, vorzugsweise mehr als 50) mit ein und demselben Drucktuch durchgeführt werden kann.
  • Überraschend kamen die Erfinder der vorliegenden Anmeldung zu der Erkenntnis, dass der Abrieb und die Kratzfestigkeit von im Offset-Verfahren auf Textilien gedruckten Farbschichten wesentlich verbessert und die Anzahl möglicher Druckzyklen deutlich erhöht werden können, wenn das Textilmaterial zuvor mit einem in wässriger Phase vorliegenden Polymermaterial behandelt wurde, das aus der Struktureinheit (I) aufgebaut ist oder zumindest eine Vielzahl – vorzugsweise in einem Anteil von über 50% des Polymermaterials – dieser Struktureinheiten aufweist
    Figure DE102013105192A1_0002
    worin x = 0 oder 1 ist, R1 H, CH3, COOR3 (mit R3 = H oder Na) oder CONH2 ist, R2 H oder CH3 ist und R = CH2, NH oder NH2 + bedeutet, mit der Maßgabe, dass R1 und R2 in einer Struktureinheit nicht beide CH3 bedeuten.
  • Je nach Löslichkeit des Polymermaterials liegt dieses als wässrige Dispersion oder als wässrige Lösung vor. Unter Textilmaterial soll vorliegend alles verstanden werden, was sich aus Textilfasern herstellen lässt, d.h. aus verspinnbaren oder sonstigen für Textilien geeigneten Fasern. Das Material der genannten textilen Flächenmaterialien kann ein Naturmaterial wie Baumwolle oder Leinen, das Produkt eines Naturmaterials (und hier insbesondere Celluloseregeneratfaser, erhältlich durch Nassspinnen modifizierter Celluloselösungen) wie Viscose oder Acetatseide (Celluloseacetat) oder ein Material auf Kunstfaserbasis wie Polyester sein. Dem Grunde nach gibt es diesbezüglich kaum eine Beschränkung; z.B. können auch Polypropylengewebe erfindungsgemäß behandelt werden, wobei in diesem Fall die Dispersion vorzugsweise vor allem Polyethylen enthalten oder ganz daraus gebildet sein kann, um die Oberfläche des Gewebes bei den während des Drucks herrschenden Temperaturen weicher und aufnahmefähiger für die Pigmente der Drucktinten zu machen.
  • Die Bindung der textilen Fasern bzw. Fäden kann beliebig gewählt werden; so können Gewebe, Gestricke, Gewirke, aber auch (aerodynamisch) gelegte Vliesstoffe sowie Spinnvliese oder mechanische Vliese wie Krempelvliese verwendet werden. Das Textilmaterial liegt als Flächengebilde vor, das einseitig – nämlich auf seiner der später bedruckten Seite abgewandten Seite – beliebig kaschiert, laminiert oder auf sonstige Weise mit einem weiteren Material oder einem Träger verbunden sein kann.
  • Die Begriffe "Textilmaterial" und "textiles Flächengebilde" umfassen erfindungsgemäß jedoch kein Papier, d.h. keine (z. B. hydrodynamisch) gelegten Flächengebilde aus den üblichen und hauptsächlichen Papier-Rohstoffen Holzschliff oder (Halb-)Zellstoff, fast immer erhalten aus dem Rohstoff Holz, in Spezialfällen auch aus Weizen, Roggen und Gräsern.
  • Die Fäden, die für das Textilmaterial verwendet wurden, sind in den meisten Fällen aus Fasern gebildet; an den Überkreuzungen der Fäden, zwischen den einzelnen Fasern und gegebenenfalls auch innerhalb der Fasern befinden sich Hohlräume oder Poren.
  • Überraschend konnten die Erfinder feststellen, dass eine ganze Reihe von bisher für die verschiedensten Zwecke eingesetzten Materialien für die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann. Darunter befinden sich sowohl kation- als auch anionaktive als auch neutrale Polymere.
  • In einer ersten Ausführungsform handelt es sich bei dem Polymermaterial mit Strukturen (I) um ein Polyolefin. Als Polyolefin besonders geeignet ist ein Polyethylen, ein Polypropylen sowie ein Copolymerisat aus beiden Komponenten (mit Struktureinheiten (I), worin x = 0 mit R1 und R2 = H oder R1 = H und R2 = CH3 oder x = 1 mit R1 und R2 = H und R = CH2 bedeutet). Bevorzugt ist die Verwendung einer Dispersion, bei der das Polyolefin zum überwiegenden Anteil oder vollständig aus Polyethylen besteht. Der Grund liegt im niedrigeren Schmelzpunkt des Polyethylens im Vergleich zu dem des Polypropylens (der Erweichungspunkt liegt bei ca. 90°C), so dass es bei den im Druckverfahren auftretenden Temperaturen eher weich wird und/oder schmilzt.
  • Die Polyolefin-Dispersion ist vorzugsweise eine wässrige Dispersion, mit oder ohne andere Lösungsmittel als Wasser.
  • In einer zweiten Ausführungsform handelt es sich bei dem Polymermaterial mit Struktureinheiten (I) um ein (Meth-)Acrylpolymer (mit Struktureinheiten (I), worin x = 0 und R1 COOR3 oder CONH2 bedeutet). Acrylpolymere (R2 = H) sind bevorzugt. In günstiger Weise liegt darin zumindest ein Teil der Reste R1 in Form von CONH2-Gruppen vor. Ein weiterer Teil kann anionaktiv sein und vorzugsweise in Form von COONa+ oder eines anderen Alkali-Salzes vorliegen. Auch in dieser Ausführungsform liegt das Polymermaterial in wässriger Dispersion vor, mit oder ohne andere Lösungsmittel als Wasser.
  • Beide Dispersionen können unverdickt oder als Paste oder als Schaum mit einem beliebigen der gängigen Beschichtungs- und Imprägnierverfahren aufgebracht werden, beispielsweise durch Tränken, Rakeln, Lackieren, Appretieren oder Aufstreichen. Hierfür können sie gegebenenfalls geeignete Hilfsmittel wie Verdickungsmittel oder Verdünnungsmittel (wässriges Lösungsmittel) oder dergleichen enthalten.
  • In einer dritten Ausführungsform handelt es sich bei dem Polymermaterial um ein gegebenenfalls kationaktives Polyethylenimin (R = NH, oder NH2 +; R1 und R2 = H). Dieses Material ist uneingeschränkt in Wasser löslich und kann daher in Form einer gegebenenfalls verdickten Lösung, die gegebenenfalls neben Wasser weitere Lösungsmittel enthalten kann, eingesetzt werden. Bevorzugt wird die Lösung mit z.B. NaOH alkalisch eingestellt, um die Aminogruppen in deprotonierter Form bereitzustellen. Sie kann verdickt oder unverdickt, gegebenenfalls als Schaum, mit einem der oben genannten Verfahren aufgebracht werden.
  • Die Menge an Dispersion pro Fläche des Textilmaterials ist dem Grunde nach nicht kritisch; um den Eindruck einer Kunststoffumhüllung um die Fäden zu vermeiden und aus Gründen der Kostenbegrenzung empfehlen sich Mengen, die zu einer Trockenbeschichtung von ca. 2 bis ca. 15 g/m2 führen. Bevorzugt sind 4 bis 8 g/m2.
  • Durch die Kapillarwirkung der Poren im Textilmaterial entsteht beim Auftrag der Dispersion oder Lösung nicht nur eine Schicht auf der Oberfläche des Textilmaterials, sondern die Dispersion bzw. Lösung zieht auf die Fasern auf, dringt also in das textile Flächenmaterial ein, und kann sich im anschließenden Trocknungsprozess tief im Textil verankern. Die optischen und haptischen Eigenschaften des Textilmaterials bleiben dabei unverändert. Die Erfinder haben jedoch überrascht feststellen können, dass sich beim Bedrucken die Farbpartikel innig mit der Polymerschicht verbinden, was möglicherweise auf den während des Verfahrens erreichten Temperaturen von etwa 100°C beruht. Da die Polymerpartikel bzw. -moleküle tief in das textile Flächengebilde, häufig auch tief in die Fasern gedrungen sind, gelangen die Farbpartikel ebenfalls tief in das Flächengebilde und haften dort in äußerst stabiler Weise. Das hat zur Folge, dass die durch den Druck aufgebrachte, farbgebende Schicht kratz- und scheuerstabil ist. Es entsteht also ein robustes, bedrucktes Textilgebilde, das beim Anschauen und Anfassen denselben "textilen" Eindruck hervorruft wie das Trägermaterial ohne Beschichtung. Seine Oberfläche erscheint nicht glänzend wie bei einem bedruckten Filmverbund, und auch der Griff ist nicht kunststoffartig, sondern vermittelt das Empfinden, dass der Benutzer Stoff in Händen hält.
  • Die Verankerung des Polymers im Textil führt auch zu einer schnelleren Trocknung der Druckfarbe beim Druckprozess, wodurch die sehr gute Wischfestigkeit unterstützt wird.
  • Die Erfindung soll nachstehend anhand von Beispielen erläutert werden.
  • Beispiel 1
  • Auf einem optisch aufgehellten Gewebe aus 100% Acetatfilament, einseitig papierkaschiert, wurde eine unverdickte Polyethylen-Dispersion (Polyavin PEN) (20 Teile plus 80 Teile Wasser) im Luftrakelverfahren auf einer Hofmann und Schwabe Beschichtungsanlage aufgebracht. Die Trocknungstemperatur auf zwei dampfbeheizten Trockenzylindern betrug jeweils 120°C. Die Beschichtungsauflage trocken wurde mit 6 g/m2 gemessen.
  • Aus dem beschichteten Bahnmaterial wurden Formate ("Nutzen") in der Größe von DIN A3 konfektioniert und einem Druckversuch auf einem HP-Indigo-Drucker 5000 unterzogen, wobei Temperaturen von ca. 130°C erreicht wurden.
  • Das Versuchsergebnis zeigte einen farbtreuen, brillanten, flächendeckenden Druck mit sehr guter Kratz- bzw. Abriebfestigkeit. Allerdings war die Anzahl der mit einem Drucktuch bedruckbaren Bögen noch nicht ganz zufriedenstellend; je nach Versuchsbedingungen (im Labor bzw. unter Produktionsbedingungen) ließen sich bis zu ca. 25 Bögen bedrucken, bevor das Drucktuch verschmutzt war.
  • Beispiel 2
  • Beispiel 1 wurde mit der Änderung wiederholt, dass anstelle der Polyethylen-Dispersion eine Dispersion aus 10 Teilen Migrasol SAP (wässriges, acrylamidhaltiges Acrylpolymer) in 90 Teilen Wasser verwendet wurde. Das Druckergebnis war befriedigend; die Anzahl der bedruckbaren Bögen lag über 50 (nach dieser Anzahl von Durchgängen wurde der Versuch abgebrochen).
  • Beispiel 3
  • Beispiel 1 wurde mit der Änderung wiederholt, dass anstelle der Polyethylen-Dispersion eine Lösung eingesetzt wurde, die aus 100 Teilen Rewin CLE (Polyethylenimin), 8 Teilen 50-%iger Natronlauge und 892 Teilen Wasser verwendet wurde. Die Lösung hatte einen pH-Wert von 10,5. Das Druckergebnis war sehr gut; die Anzahl der bedruckbaren Bögen lag über 40 (nach dieser Anzahl von Durchgängen wurde der Versuch abgebrochen).
  • Beispiele 4–6
  • Die Beispiele 1–3 wurden wiederholt, wobei jedoch das Gewebe unkaschiert mit den jeweiligen Dispersionen/Lösungen tauchbeschichtet und erst anschließend einseitig papierkaschiert wurde. Dabei wurde die Menge an Rewin CLE des Beispiels 3 verdoppelt. Bei diesem Verfahren werden die Fasern bzw. Filamente des Gewebes besser durchtränkt als bei der Oberflächenlackierung, was die Anzahl der möglichen Druckzyklen erhöht; darüber hinaus wird ein in einigen Fällen auftretendes Einrollen der Nutzen vermieden.
  • Vergleichsbeispiel
  • Das Gewebe des Beispiels 1 wurde wie dort beschrieben bedruckt, ohne dass zuvor eine Beschichtung aufgebracht worden war. Dabei verschmutzte das Drucktuch bereits bei 2- bis 3-maligem Drucken derart, dass es nicht länger verwendet werden konnte.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 96/06384 [0002]
    • EP 0879917 A2 [0002]
    • EP 1270250 B1 [0002]
    • EP 1165324 B1 [0002]

Claims (13)

  1. Textiles Flächengebilde, das mit einem wasserlöslichen oder in Wasser dispergierbaren Polymermaterial beschichtet oder getränkt ist, das aus Struktureinheiten (I) aufgebaut ist oder zumindest eine Vielzahl dieser Struktureinheiten aufweist
    Figure DE102013105192A1_0003
    worin x = 0 oder 1 ist, R1 H, CH3, COOR3 (mit R3 = H oder Na) oder CONH2 ist, R2 H oder CH3 ist und R = CH2, NH oder NH2 + bedeutet, mit der Maßgabe, dass R1 und R2 in einer Struktureinheit nicht beide CH3 bedeuten.
  2. Textiles Flächengebilde nach Anspruch 1, worin das in wässriger Phase vorliegende Polymermaterial ausgewählt ist unter Polyolefinen, Acrylpolymeren und Polyethyleniminen.
  3. Textiles Flächengebilde nach Anspruch 2, worin das wasserlösliche oder in Wasser dispergierbare Polymermaterial eine Polyolefin-Dispersion ist, worin das Polyolefin zu 50 bis 100 Gew.-% aus Polyethylen besteht.
  4. Textiles Flächengebilde nach Anspruch 2, worin das wasserlösliche oder in Wasser dispergierbare Polymermaterial ein Acrylpolymer ist, worin die vorhandenen Acrylgruppen teilweise oder vollständig Acrylamidgruppen sind.
  5. Textiles Flächengebilde nach Anspruch 2, worin das wasserlösliche oder in Wasser dispergierbare Polymermaterial ein Polyethylenimin ist und die wässrige Phase einen alkalischen pH-Wert besitzt.
  6. Textiles Flächengebilde nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin die Menge des Polymermaterials, mit dem das textile Flächengebilde beschichtet oder getränkt ist, nach Trocknen zwischen 2 und 8 g/m2, vorzugsweise zwischen 4 und 8 g/m2, beträgt.
  7. Textiles Flächengebilde nach einem der voranstehenden Ansprüche, bestehend aus oder umfassend Baumwolle, Leinen, Viskose, Acetatseide, Cupro oder Polyester oder eine Mischung zweier oder mehrerer dieser Materialien.
  8. Textiles Flächengebilde nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem es sich um einen gewebten oder gewirkten Stoff oder ein Gestrick oder ein Vlies handelt.
  9. Verwendung des textilen Flächengebildes nach einem der voranstehenden Ansprüche als Substrat für das Drucken mit einem Offset-Druck-Verfahren mit Hilfe einer Walze als übertragendem Element.
  10. Verwendung nach Anspruch 9, worin beim Drucken die Oberfläche der Walze aufgeheizt ist und die verwendete Drucktinte Farbteilchen aufweist, die bei den beim Drucken herrschenden Temperaturen erweichen oder schmelzen.
  11. Verfahren zum Herstellen eines textilen Flächengebildes nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend das Aufbringen eines in wässriger Phase vorliegenden Polymermaterials auf ein textiles Flächengebilde derart, dass das Polymermaterial in im Flächengebilde vorhandene Poren einziehen kann.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Aufbringen des Polymermaterials durch Tränken, Rakeln, Streichen, Lackieren oder Appretieren erfolgt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 und 12, worin das Polymermaterial eine wässrige Dispersion oder eine wässrige Lösung ist.
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