JP2005520015A - テキスタイル用インクジェットインク - Google Patents

Abstract

本発明は、可溶性着色剤およびポリプロピレングリコールを含有し、特にテキスタイルの印刷に適する水性インクジェットインクに関する。

Description

本発明は、可溶性着色剤を含有し、特にテキスタイルの印刷に適する水性インクジェットインクに関する。

インクジェット印刷などのデジタル印刷法はテキスタイルの印刷のためにますます重要になってきており、スクリーン印刷などの従来の印刷法よりも多数の潜在的利益を提供する。デジタル印刷はスクリーンの作製に関連するセットアップ費用を排除し、潜在的に、費用効果の高いショートラン生産を可能にすることができる。インクジェット印刷は、更に、色調のグラジエントおよび無限のパターン反復サイズなどの視覚的効果を可能にし、これは事実上、スクリーン印刷プロセスでは達成することができない。

しかしながら、現在存在するようなインクジェット印刷は、比較的速度が遅いのが難点である。スクリーン印刷に対抗するためには、ショートランを考慮しても、インクジェットプリンタの速度を増大することが必要である。速度を増大するための１つの手段は、水性インクと適合性である多数のノズルを有する大型の「工業用」プリントヘッドを開発することである。このようなヘッドは、最近、スペクトラ社（Ｓｐｅｃｔｒａ Ｉｎｃ．）（米国ニューハンプシャー州ハノーバー（Ｈａｎｏｖｅｒ，ＮＨ ＵＳＡ））および日立工機イメージングソリューションズ（Ｈｉｔａｃｈｉ Ｋｏｋｉ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ）（米国カリフォルニア州シミバレー（Ｓｉｍｉ Ｖａｌｌｅｙ，ＣＡ ＵＳＡ））などの会社から入手できるようになった。以前は、この種類のヘッドは、溶剤インクのためだけに利用可能であり、水性インクを噴出するためには適さなかった。

これらの水性インク適合性の工業用プリントヘッドを使用するように適合されたプリンタが開発されており、市販されるようになってきている。

一般に工業用ヘッドは、一般に約５ｃｐｓの粘度上限を有する軽量ヘッドとは対照的に、より高い粘度、例えば２５℃で８〜２０ｃｐｓの範囲の粘度のインクを必要とする。

染料などの可溶性着色剤を含有する水性インクジェットインク調合物は、本来低粘度の傾向にある。インクの粘度をより高くするために、よく考えた対策をとらなければならない。しかしながら、より高い粘度を達成する手段は、インク調合物の成功における重要な因子である。

米国特許公報（特許文献１）は、反応染料と、チオジグリコールと、エチレングリコールまたはプロピレングリコールの二量体、三量体および四量体から選択される少なくとも１つの溶剤とを含むテキスタイル用水性インクジェットインクを開示する。

米国特許公報（特許文献２）は、特定の反応染料と、プロピレングリコールまたはｎ−メチルピロリドンとを含むテキスタイル用水性インクジェットインクを開示する。

（特許文献３）は、反応染料と、水と、界面活性剤と、少なくとも１つのエトキシ化またはプロポキシ化グリセリンとを含むテキスタイル用インクジェットインクを開示する。

上記公報は全て、全ての目的で完全に記載されたかのように本明細書中に参照によって援用される。

米国特許第５２５０１２１号明細書 米国特許第６０１５４５４号明細書 ＥＰ−Ａ−１０１０８０２号明細書 米国特許第４３７３９５４号明細書 米国特許第５２６２０５４号明細書

テキスタイルと共に使用するのに適し、より高い粘度が必要とされる印刷システムでの使用に適合でき、可溶性着色剤を含有する水性インクジェットインクが当該技術分野では依然として必要とされている。本発明の目的は、このような組成物を提供することである。

ポリプロピレングリコールは、驚くことに、水性インクジェットインク、特に可溶性染料を含むテキスタイル用インクのための粘度調節剤として有効であることが分かった。その他の一般的な粘度調節剤は、噴出および／または発色に有害な影響を与えた。

これらの発見に従って、２５℃で約３０ｃｐｓまでの所望の粘度を有するインクジェットインク組成物であって、該インクジェットインクが、可溶性着色剤と、少なくとも約４０％の水（インクの全重量を基準とする）と、約４２５から２０００未満の範囲の数平均分子量（Ｍｎ）のポリプロピレングリコールとを含み、前記インクジェットインク中の前記ポリプロピレングリコールは、前記所望の粘度を付与するのに有効であるインクジェットインク組成物を提供する。

「所望の粘度」は、調合されたインクの粘度を示す。「前記所望の粘度を付与するのに有効な」ポリプロピレングリコールの量は、調合されたインクの粘度を所望の粘度に上昇させるためにインク調合物へ添加されることが必要なポリプロピレングリコールの量を示す。

着色剤は、好ましくは１つまたは複数の染料であり、更に好ましくは１つまたは複数の反応染料である。

また、インクジェットプリンタによりテキスタイル基材上に１つまたは複数のインクジェットインクを噴出することによって、前記インクジェットプリンタで前記テキスタイル基材を印刷する工程を含むインクジェット印刷方法も提供され、前記１つまたは複数のインクジェットインクのうちの少なくとも１つは上記の本発明のインクである。

本発明のこれらおよびその他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を読むことにより当業者に更に容易に理解されるであろう。明確にするために別個の実施形態と関連して上記および下記に説明される本発明の特定の特徴は、単一の実施形態において組み合わせて提供されてもよいことは認識されるべきである。反対に、単一の実施形態と関連して簡潔に説明される本発明の種々の特徴は別々に提供されてもよいし、または一部を組み合わせて提供されてもよい。

本発明の水性インクは、主として、水を含む。従って、本発明のインクは、少なくとも約４０重量％、好ましくは少なくとも約４５重量％、更により好ましくは少なくとも約５０重量％の水を含む。

本発明のインクは、更に、可溶性着色剤、好ましくは可溶性染料、より好ましくはテキスタイルでの使用に適した可溶性染料を含む。好ましい染料には、反応染料、特に反応染料のモノクロロトリアジン類、ジクロロトリアジン類、およびビニルスルホン類が含まれる。

染料は、入手時、かなりの量の塩を含有するのが一般的である。噴出性能の観点からすると、塩の含量を低レベルに減少させることが有利である。膜によるろ過（限外ろ過および／またはナノろ過）などの塩を除去するための技法はインクジェットインクではよく知られており、例えば、米国特許公報（特許文献４）および米国特許公報（特許文献５）を参照されたい（これらは、全ての目的で完全に記載されたかのように参照によって本明細書中に援用される）。

本発明のインクは、更に、粘度を調節（増大）するためにポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）を含む。ＰＰＧは、１，２−プロパンジオール（プロピレングリコール）のオリゴマー縮合生成物である。好ましくは、ＰＰＧの数平均分子量（Ｍｎ）は約４２５（約７個のプロピレングリコール単位）〜約１０００（約１７個のプロピレングリコール単位）の範囲である。より低分子量のＰＰＧでは粘度の増大が不十分であり、より高分子量のＰＰＧ（例えば、２０００以上のＭｎ）では相分離が生じる。

ＰＰＧは、所望の粘度を達成するために必要とされる（前記所望の粘度を付与するために有効な）量で存在することができる。すなわち、目標の粘度（所望の粘度）に基づいて当業者は、直接的な方法によって、過度の実験を行わなくても、その目標の粘度を達成するために（所与のインク調合物中に）必要とされるＰＰＧの量を容易に決定することができる。

好ましくは、全インク重量に基づいてＰＰＧがインク中に約５重量％以上、好ましくは少なくとも約８重量％、最も好ましくは少なくとも約１０重量％存在するような粘度を有するように、インクは調合される。当業者は、高粘度は、高レベルおよび／または高分子量のＰＰＧの使用によって達成されることを認識するであろう。本明細書中の教示を仮定すると、当たり前の最適化によって、所与の状況に対する重量％および分子量の最良の組み合わせが明らかにされるであろう。

２５℃におけるインク粘度は、一般に、約３０ｃｐｓまでであり、好ましくは約５ｃｐｓ〜約３０ｃｐｓの範囲であり、更に一般的には約８ｃｐｓ〜約２０ｃｐｓの範囲でよい。現在利用可能な工業用プリントヘッドの噴出性能の見地から、特に好ましい粘度範囲は、約１０ｃｐｓ〜約１６ｃｐｓである。

任意で、共溶媒が添加されてもよい。共溶媒は、インク成分の適合性／溶解性を改良するのに役立ち、噴出性能を改良することができる。有用な共溶媒としては、モノ−、ジ−およびトリ−エチレングリコール、モノ−、ジ−およびトリ−プロピレングリコール、上記グリコールのモノ−およびジ−Ｃ_１〜Ｃ_４−アルキルエーテル、グリセロール、２−ピロリドン、Ｎ−メチルピロリドン、芳香族および脂肪族アルコール、ならびにエステルが挙げられる。

またインクは、当該技術分野において良く知られる他の成分を含有してもよい。例えば、アニオン、非イオン性または両性界面活性剤が使用されてもよい。水性インクでは、界面活性剤は、インクの全重量を基準として、通常は約０．０１〜５％、好ましくは約０．２〜２％の量で存在する。

微生物の成長を阻害するために、プロキセル（Ｐｒｏｘｅｌ）ＧＸＬなどの殺生剤が使用されてもよい。

また、重金属不純物の悪影響を排除するために、ＥＤＴＡなどの金属イオン封鎖剤も含有させることができる。

また、インク組成物の様々な特性を所望されるように改良するために、その他の既知の添加剤も添加することができる。

しかしながら、好ましくは、インクはポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を実質的に含有しない。何故なら、以下の実施例に示されるように、これらは色合いの濃さ（ｓｈａｄｅ ｄｅｐｔｈ）に悪影響を与えると思われるからである。

本発明のインクは、テキスタイルを印刷するために使用するのが有利である。テキスタイルには、綿、ウール、シルク、ナイロン、およびポリエステルなど、ならびにこれらのブレンドが含まれるがこれらに限定されない。テキスタイルの仕上がり形態には、生地、衣類、カーペットおよび室内装飾用生地などの備品が含まれるがこれらに限定されない。

より良い発色および／または定着を提供するために、印刷の前にテキスタイルを前処理することが一般的であるが、必ずしも必要とは限らない。このような技法はテキスタイルの着色分野においてよく知られている。

また、一般に、印刷されたテキスタイルがインクをテキスタイルに定着させるために後処理を受けることができるが、必ずではない。後処理には、加熱または蒸気処理が含まれる。この場合もやはり、このような技法はよく知られている。

以下の実施例は、本発明をより十分に説明するためのものであり、限定するものではない。

（成分）
次の材料は、アルドリッチ（Ａｌｄｒｉｃｈ）（ウィスコンシン州ミルウォ−キー（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ））から入手した。ＰＰＧ４２５（ポリプロピレングリコール、Ｍｎ４２５）、ＰＰＧ１０００（ポリプロピレングリコール、Ｍｎ１０００）、ＰＥＧ４６００（ポリエチレングリコール、Ｍｎ４６００）、ＰＥＧ９００（ポリエチレングリコール、Ｍｎ９００）、ＰＥＧ６００（ポリエチレングリコール、Ｍｎ６００）、ＰＥＧ／ＰＰＧコポリマーＭｗ８４００（ポリエチレングリコール−ブロック−ポリプロピレングリコール−ブロック−ポリエチレングリコール、Ｍｎ８４００）、ＰＥＧ／ＰＰＧコポリマーＭｗ１２０００（ポリエチレングリコール−ランダム−プロピレングリコール、Ｍｎ１２０００）。

次の材料は、ダウ・ケミカル社（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．）（ミシガン州ミッドランド（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ））から入手した。ダウアノール（Ｄｏｗａｎｏｌ）^ＴＭＤＰＷ（ジプロピレングリコールモノメチルエーテル）、ダウアノール^ＴＭＴＰＭ（トリプロピレングリコールモノメチルエーテル）、ダウアノール^ＴＭＤＭＭ（ジプロピレングリコールジメチルエーテル）、およびダウアノール^ＴＭＰｎＰ（ジプロピレングリコールモノ−ｎ−プロピルエーテル）。

プロシオン（Ｐｒｏｃｉｏｎ（登録商標））およびジェットテックス（Ｊｅｔｔｅｘ（登録商標））染料は、ダイスター（Ｄｙｓｔａｒ）（ドイツ、フランクフルト（Ｆｒａｎｋｆｕｒｔ，Ｇｅｒｍａｎｙ））からである。チバクロン（Ｃｉｂａｃｒｏｎ（登録商標））染料は、チバ・スペシャルティー・ケミカルズ（Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）（スイス、バーゼル（Ｂａｓｅｌ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ））からである。ブラックＧＲは、アビシア（Ａｖｅｃｉａ）（米国デラウエア州ウィルミントン（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ ＵＳＡ））からである。フォーリアクティブ・ブルー（Ｆｏｕｒｅａｃｔｉｖｅ Ｂｌｕｅ）Ｐ−ＢＲは、フォー・カラー社（Ｆｏｕｒ Ｃｏｌｏｒ，Ｉｎｃ．）（米国ジョージア州ダルトン（Ｄａｌｔｏｎ，ＧＡ ＵＳＡ））からである。

（インクの調製）
成分をプラスチック容器中で均一になるまで攪拌することによって、インクを製造した。塩化物、硫酸塩およびリン酸塩を低減するために、噴出されるインクを膜によるろ過（限外ろ過および／またはナノろ過）で精製し、ろ過（１ミクロンのポリプロピレンフィルタ）した。全てのサンプルで、粘度は、２５℃で１０〜１６ｃｐｓの範囲（ブルックフィールド（Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ）粘度計）であった。

（サンプルの調製および色測定）
全てのサンプルついて使用した織物は、後で本明細書中に説明されるように前処理および後処理した１００％綿（ペンシルバニア州ウェストピッツトンのテストファブリックス社（Ｔｅｓｔｆａｂｒｉｃｓ Ｉｎｃ．，Ｗｅｓｔ Ｐｉｔｔｓｔｏｎ，ＰＡ）からのスタイル４１９）であった。機器による色測定のためのＡＡＴＣＣ手順６（ＩＳＯ手順＃１０５−Ｊ０１に相当）に従って、色座標を測定した。

ミノルタ（Ｍｉｎｏｌｔａ）分光光度計モデルＣＭ３６００Ｄを、Ｄ６５光源および１０度オブザーバーと共に使用した（反射を含む）。サンプルを折畳んで印刷表面の不透明度を確認した。Ｌ^＊、ａ^＊、ｂ^＊、ｃ、およびｈ値は、製造業者により供給されるソフトウェアを用いて分光光度計によって直接読み取った。色強度（Ｋ／Ｓ、色合いの濃さとも呼ばれる）値も、ソフトウェアにより計算されて、分光光度計から直接得られた。

（織物の前処理）
ジアルギン（Ｄｉａｌｇｉｎ）ＨＶ（Ｂ．Ｆ．グッドリッチ（Ｇｏｏｄｒｉｃｈ）からのアルギン酸ナトリウムタイプの増粘剤）２％と、尿素８％と、塩化ナトリウム６％と、重炭酸ナトリウム６％と、炭酸ナトリウム１％と、水（バランス）とを（重量パーセントで）含む溶液により、綿織物を前処理した。前処理溶液の粘度は、２５℃で約６２０ｃｐｓ（ブルックフィールド粘度計）であり、ｐＨは８．７であった。

前処理溶液をパッドで織物に施した。パッダーからの湿潤ピックアップは７５〜８０％であり、これは、織物の重量で、乾燥ピックアップ１８〜２０％に相当し得る。前処理した織物をステンター・フレーム（Ｓｔｅｎｔｅｒ Ｆｒａｍｅ）により７５〜８０℃、１５ヤード／分の速度で乾燥させた。

（後処理手順）
インクを塗布した後、室温で織物を乾燥させ、１０２℃で８分間蒸気に当てて染料を定着させた。次に、以下のように、軟水と、多数の洗浄タンクを有する洗浄装置とを用いて、未反応染料を除去するために織物を洗浄した。５ｇ／ｌのバーコ・クエスト（Ｂｕｒｃｏ Ｑｕｅｓｔ）ＦＣＡ（バーリントン・ケミカル（Ｂｕｒｌｉｎｇｔｏｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）からのアニオンキレート剤）および１０ｇ／ｌの炭酸ナトリウムをタンクに添加し、織物を冷やして（２０℃）５分間洗浄した。次に温度を７５〜８０℃に調整して、織物を更に５分間洗浄した。暗色の場合には、高温洗浄中に５ｇ／ｌのバーコ・スカウア（Ｂｕｒｃｏ Ｓｃｏｕｒ）ＳＢＯ３００（バーリントン・ケミカルからのアニオン洗浄剤）を添加した。次に織物を冷して洗い流し、ステンター・フレームで乾燥させた。

（実施例１〜１５）
以下の表に示されるように、ＰＰＧ１０００を含有する本発明の実施例は、粘度調節剤としてＰＥＧ４６００を含有する対応の比較例（番号の後に「−Ｃ」をつけて示した）に対して、優れた色合いの濃さを実証した。前処理した綿織物上にインクを手で被覆させた。織物を平滑なガラス板上に置き、８ミクロンの巻線ロッドを用いて１グラムのインクを塗布した。

蒸気を当てた後、織物を１０００グラムの水の中で洗浄し、ＵＶ−可視分光光度計を用いて洗浄溶液の光学濃度を決定した。洗浄溶液の光学濃度が低いほど、織物上の染料の定着度が高い。

（実施例１６）
以下の表は、粘度調節剤としてのＰＥＧ／ＰＰＧコポリマー対ＰＰＧ１０００の比較を提供する。ＰＰＧを用いる本発明の実施例は、この場合も、より良い色合いの濃さを提供する。

（実施例１７）
以下の表は、粘度調節剤としてのポリビニルピロリドンおよびポリアクリルアミド対ＰＰＧ４２５の比較を提供する。ＰＰＧを用いる本発明の実施例は、この場合も、より良い色合いの濃さを提供する。

（実施例１８および１９）
以下の表は、粘度調節剤としてＰＰＧ４２５およびＰＰＧ１０００を含む本発明の実施例を提供する。どちらも、色合いの濃さについて同様の高い値を提供する。

（実施例２０）
これらの実施例を、スペクトラ・ノバ（Ｓｐｅｃｔｒａ Ｎｏｖａ）ＡＱプリントヘッド（米国ニューハンプシャー州ハノーバーのスペクトラ社（Ｓｐｅｃｔｒａ Ｉｎｃ．，Ｈａｎｏｖｅｒ，ＮＨ ＵＳＡ））（１００％被覆率は、ウェット重量で約１８グラム／ｍ２）で、試験織物上に印刷した。

ＰＰＧ４２５を含有するインクを、ＰＥＧ４６００、ＰＥＧ９００およびＰＥＧ６００を含有するインクと比較する。この場合も結果は、本発明の実施例が、比較例に対して、同じ相対的な色合いの濃さの利点を有することを示す。

（実施例２１〜２３）
これらの実施例を、スペクトラ・ノバＡＱプリントヘッド（１００％被覆率は、ウェット重量で約１８グラム／ｍ２）で、試験織物上に印刷した。

ＰＰＧ１０００を有するインクを、ＰＥＧ４６００を有するインクと比較する。この場合も結果は、本発明の実施例が、比較例に対して、同じ相対的な色合いの濃さの利点を有することを示す。

Claims (10)

1. ２５℃で約３０ｃｐｓまでの所望の粘度を有するインクジェットインク組成物であって、前記インクジェットインクが、可溶性着色剤と、少なくとも４０％の水（インクの全重量を基準とする）と、約４２５から２０００未満の範囲の数平均分子量（Ｍｎ）のポリプロピレングリコールとを含み、前記インクジェットインク中の前記ポリプロピレングリコールの量が前記所望の粘度を付与するのに有効であることを特徴とするインクジェットインク組成物。
2. 前記ポリプロピレングリコールが、全インク重量を基準として約５重量％以上でインク中に存在することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットインク組成物。
3. 前記ポリプロピレングリコールが、約４２５〜約１０００の範囲の数平均分子量（Ｍｎ）を有することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットインク組成物。
4. １つまたは複数の共溶媒を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットインク組成物。
5. 前記共溶媒が、モノ−、ジ−およびトリ−エチレングリコール、モノ−、ジ−およびトリ−プロピレングリコール、前記グリコールのモノ−およびジ−Ｃ_１〜Ｃ_４−アルキルエーテル、グリセロール、２−ピロリドン、Ｎ−メチルピロリドンから選択されることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットインク組成物。
6. 前記粘度が、２５℃で約８〜約２０ｃｐｓの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットインク組成物。
7. 前記可溶性着色剤が、１つまたは複数の反応染料であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットインク組成物。
8. 前記１つまたは複数の反応染料のうちの少なくとも１つが、モノクロロトリアジン、ジクロロトリアジンおよびビニルスルホンからなる群から選択されることを特徴とする請求項７に記載のインクジェットインク組成物。
9. １つまたは複数の共溶媒を更に含み、前記ポリプロピレングリコールが約４２５〜約１０００の範囲の数平均分子量（Ｍｎ）を有し、前記粘度が２５℃で約８〜約２０ｃｐｓの範囲であり、前記可溶性着色剤が１つまたは複数の反応染料であることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットインク。
10. インクジェットプリンタによりテキスタイル基材上に１つまたは複数のインクジェットインクを噴出することによって、前記インクジェットプリンタで前記テキスタイル基材を印刷する工程を含むインクジェット印刷方法であって、
    前記１つまたは複数のインクジェットインクのうちの少なくとも１つが、請求項１〜９のいずれか一項または全てに記載のインクジェットインク組成物であることを特徴とする方法。