JP4053470B2 - 色強度を下げるための印刷方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、インクジェット印刷中の着色剤の変性に関し、より詳細には、印刷された染料の濃度を薄くするために着色剤を変性する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
慣習的に、繊維関係の製造業者は、スクリーン技術を使って織物上にデザインを印刷してきた。インクがスクリーンを通過して布地上に到達できる多数の孔をもった、一連の平坦又は回転スクリーンが製造されている。各色について別々のスクリーンが必要である。さらに、一色より多い色を印刷するためには、そのスクリーンは、相互に完全に、ずれないようにそろえられていなければならない。従って、多色で構成される複雑なパターンを作り出すのは困難である。１つのパターン内で色を変更することが望まれる場合は、特定のスクリーンで使用されるインクを単に変更すればよい。しかし、パターンそのものについての変更が望まれる場合は、製造業者は、新たにスクリーンセット全体を作らなければならない。この工程は、費用が掛かる上、仕上げるのに何週間も掛かることがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
結果として、多くの製造業者は、種々の織物の上にデザインを印刷するのにインクジェット印刷技術を適応させている。織物上のパターンの変更は、コンピュータ上でデザインを変更するのと同じように簡単である。変更されたデザインの新規サンプルを、ほとんど即座に印刷することができる。紙用の従来のインクジェットプリンターは、４つのペン、即ちシアン、イエロー、マゼンタ、及びブラックを利用する。色調の品位を改善するのに、しばしば、ライトシアンとライトマゼンタの２つの補足的なペンが用いられる。産業用織物については、一様な、より優れた色調特性と色域が要求される。これらの用途では、典型的に、少なくとも８乃至１２個のペンが使用される。例えば、４つの基本色に加えて、レッド、ブルー、オレンジ、ゴールド、及びグリーンを含む６又は７つの原色が採用されることがある。ライトシアン、ライトマゼンタ、ライトブルー、及びライトレッドを含む、ライト（淡色の）ペンが採用されることもある。ライトペンは、パステル及びその他の比較的淡い色合いを作りだすのに必要とされる。濃色ペンを使って淡色を作り出すには、十分に強い色をディザーパターンで印刷する。離れて立っている観察者はパステルカラーに注目するであろうが、より接近した観察では、顧客は、全体的なデザインの代わりに色の個別の画素を見ることになる。従って、淡色のインクは、淡い色合いの織物を作るのに必要である。しかし、インクジェットペンは比較的高価であり、従って多数のペンの使用によって印刷コストは劇的に上昇する。結果として、最も少数のペンで色強度の分布幅を作り出せる印刷方法を得ることが望まれる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
１つの側面において、本発明は、インクジェットプリンタを使用した印刷方法である。着色剤と不活性化剤を基体上に印刷する。その剤を基体もしくは着色剤の何れかと反応させ、そして基体を洗浄する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
様々な種類の布帛上に印刷するのに種々の着色剤が使用される。大別して染料と顔料の２種類の着色剤が用いられる。染料は、通常帯電しており、布帛の特定種に印刷するのに使用される各種類に分類してもよい。これらについての幾つかの一般的な例を以下に議論する。他方、顔料は、通常は高分子で分散されている非常に小さな着色剤粒子である。顔料は、それらの高分子分散剤によって、ほとんどの種類の基体に適用させることができる。ほとんどの着色剤は、織物上に印刷され、そして、典型的には蒸気加熱される。その蒸気が、材料内部の着色剤の移動性を増加させ、それが着色剤をより均一に織物に分散させる。これによって織物上の着色剤の画素化が軽減される。しかし、材料に長時間蒸気を当て過ぎると、着色剤が拡散し過ぎて、特に、着色剤が染料の場合、パターンの端がぼやけることになる。従って、高品質の画像を作り出すには、適切な蒸気当て（スチーム）条件が要求される。加熱に続いて、その織物を洗浄して、余分の着色剤を流し去る。
【０００６】
酸性染料は、典型的に、絹及びウール上にパターンを印刷するのに使用される。これらの染料は、ナイロンのようなポリアミド上に用いてもよい。絹とウールは、主として、毛及び皮膚の主成分であるケラチンで構成されている。酸性染料は、カルボン酸塩及びスルホン酸塩の置換基をもつ芳香環及び縮合芳香環から構成される。印刷に続く、高温のスチームは、ケラチンの二次及び三次構造を分裂させる。その織物が冷却されるとき、ケラチンは、元々タンパク質の二次及び三次構造を維持していた非共有結合を、染料と再形成する。材料中のアミノ酸と種々の原子との間に形成される多数の水素、イオン、疎水性、及び芳香族（π）結合と、染料分子中の構造とが、その染料を材料内に強力に保持するのである。例えば、芳香族アミノ酸は、酸性染料の芳香環とπ−結合ネットワークを形成する。その結合の非共有性のため、これらの材料を熱水中で洗浄すべきでなく、さもないと染料が放出されることがある。
【０００７】
ナイロン及びレイヨンのような純粋な合成布地も分散染料でパターン化してもよい。染料をこれらの高分子布地上へ印刷し、次いで、それをガラス転移温度（Ｔ_ｇ）超で加熱する。高い温度は、高分子布地を柔らかくするとともに、高分子内の染料の拡散性を増大させる。染料は、布地中に浸透しそしてその布地が冷却されるとそこに留まる。
【０００８】
実質的に、どのような織物も顔料で着色することができる。しかし、顔料は、典型的に、消費者がその織物の感触又は手触りに関わらない場合の適用に限られる。また、顔料は、他の着色剤より光沢が低いプリントパターンとなる。それらは、典型的には、自動車の室内装飾、敷物材料、航空機のシート、及び安価なカーテンに使われる。顔料と共に樹脂も利用される。印刷に続いて、加熱硬化を利用してパターンに耐久性を付与する膜を形成する。
【０００９】
反応性染料は、綿又は、綿／ポリエステル混紡のような、綿／合成混紡上に印刷するのに用いられる。綿は、植物の主要成分のセルロースから構成される。印刷に先立ち、布地への多くの化学的前処理を用いてよい。これらの方法に共通するのは、セルロース上に反応性アルコキシドを生成させる、塩基による処理である。典型的な反応性染料は、モノクロロトリアジン部分を利用している。布地上に染料を印刷し、その後、蒸気を当てる。蒸気は、脱プロトン化セルロース上のアルコキシドが、（アルコキシドの）求核付加及び（塩化物の）脱離を介して染料上の塩素原子を置換して、以下に示すような、エーテル結合を形成するためのエネルギーを供給する。染料は、布地と共有結合されているので、これらの布地は、染料を布地から分離させることなく温水又は熱水中で洗浄することができる。
【００１０】
【化１】

【００１１】
本発明は、布地上に堆積されたインクの一部がその材料に浸透もしくはそれと反応しないなら、淡い色を印刷するのに濃色ペンを使用可能とすることの実現を促す。例えば、加水分解剤を反応性染料の上に上刷りする場合、材料に蒸気が当てられる時にその剤が布地のセルロースと競合する。布地とではなく加水分解剤と反応する染料はどれも、以下に示すように、ヒドロキシル基が塩素原子の代わりにトリアジンに結合される。ヒドロキシル基は良好な脱離基でなく、そして染料はセルロースと反応できずに、蒸気を当てた後で洗い流されることになる。
【００１２】
【化２】

【００１３】
加水分解用のペンは、印刷用の淡色インクペンの使用を不要にする。あるいは、淡色インクペンを、紫色、ネービー、シルバー、又はブラウンのような、種々の色と置換してもよい。別の実施態様では、本発明は、また、モノクロームパターンのより高品質印刷を助長する。パターンを印刷するのに、例えば、ブルーペンの濃色から淡い色に及ぶ範囲でプリンタを採用してもよい。加水分解ペンの使用は、ペンで達成し得る色の範囲の連続性を高め、印刷パターンの画素化を低減させる。
【００１４】
本発明での使用に適した加水分解剤は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及びその他の金属水酸化物の塩を含む。一般に、セルロースアルコキシドと効果的に競合し得る加水分解剤はどれも使用することができる。室温から１００℃以上に及び得る、染料の加水分解に要する温度に依存して様々な剤を選択してもよい。
【００１５】
加水分解剤は、採用してよい種々の不活性化剤の１つに過ぎない。他に選び得る不活性化剤も、染料と反応して、染料の大部分をセルロースに対して非反応性にすることによってセルロースと効率よく競合することができる。典型的な不活性化剤は、アルキルチオレート、種々のアミン、アルコキシド塩、アジド、及びその他の求核試薬を包含する。
【００１６】
代替的な方法は、塩基処理のセルロースと反応してそれを反応性染料に対して不活性にする不活性化剤を採用する。例えば、酸性溶液は、セルロース中のアルコキシドのある部分を、比較的反応性の低いヒドロキシル基に変換できる。同様の方法で、求電子試薬の溶液を用いてこれらの種類の基体を不活性にすることもできる。
【００１７】
この方法は、また、基体に対する共有結合の形成を必要としない他種類の繊維着色剤に適用範囲を拡張することができる。１実施態様において、１又は２以上の化学部分を染料又は顔料分散物に結合させて、その後それらを印刷用カートリッジに充填することができる。その着色剤を布地上に印刷し、続いて不活性化剤で印刷する。不活性化剤は、その部分を化学的に変性して、着色剤をより水溶性にする。材料に蒸気を当てるか又は洗浄する時に、その可溶性着色剤がすすぎ落とされる。例えば、洗浄中にその除去を助長できるように、酸性染料の溶解度を変えることができる。この場合、染料と基体間の共有結合形成を途絶えさせずに、染料自体を変性するために、反応性剤が用いられる。これを達成する１つの方法は、十分に不安定なアルキルエステルで、その染料を改質することである。このエステルは、後に塩基で切り離すことができ、染料上により可溶性のカルボン酸エステル基を生じさせる。別の例では、印刷された画素上に代替的な対イオンを導入することにより染料の溶解度を高めることができる。典型的な着色剤に対しては、リチウム及び種々のアルキルアンモニウム塩が、通常、ナトリウム塩より可溶性である。
【００１８】
補足的な方法は、布地に対する染料の親和力を減ずることである。また、共有結合の形成を伴わない非反応性剤を用いてもよい。その他の例示的な剤の種類には、界面活性剤が含まれる。これらは、浸透剤として使用することができ、その場合染料は布地内の内側へ運ばれ、その有効な色強度が低減する。あるいは、それらは、洗浄処理中の染料の溶解度を高める洗剤として採用してもよい。適切な界面活性剤は、インクビヒクルに通常使用されるものを包含し、そしてインク、基体、又はその両方の化学的特性に関連して最適化されるべきである。
【００１９】
不活性化剤は、液体ビヒクルと混合され、そしてペンのリザーバー内に入れられる。そのペンは、別体のカートリッジの一部であってよく、又は単一カートリッジに着色ペンと共に包含されてもよい。あるいは、個別のカートリッジにおいて各カラーペンを加水分解用ペンと対にしてもよい。典型的なインクビヒクルは、湿潤剤、種々の界面活性剤、腐食抑制剤、高分子及び殺生物剤を含む。湿潤剤は、ビヒクル中の水と水素結合を形成して、保管中の蒸発を減少させ且つプリントヘッド上での液滴形成中の着色剤又はインクビヒクル成分の溶解度を維持する。典型的な湿潤剤は、ジオール、トリオール、ポリオール、及び種々の高分子アルコールが含まれる。適切なジオールには、エタンジオール、プロパンジオール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ヘプタンジオール、及びオクタンジオールが含まれる。典型的なトリオールには、２−エチル−２−ヒドロキシメチル−１，３−プロパンジオール及びエチルヒドロキシプロパンジオールのようなプロパントリオールを含む。グリコールエーテル、チオグリコールエーテル、ポリアルキレングリコール（例えば、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ＰＥＧ２００及び比較的大きい高分子グリコール）を採用してもよい。しわ防止剤は、基体がインクで濡らされたときの基体の曲がりを防ぐものであり、従って、絹のような比較的薄い布地に有効であろう。インクジェット印刷に適する種々の殺生物剤は、当分野で周知であり、それらには、ＮＵＯＳＥＰＴ（商標）（ヒュルス・アメリカ社）、ＰＲＯＸＥＬ（商標）ＧＸＬ（アベシア社）、及びグルタルアルデヒドが含まれる。インクジェット印刷用の高分子には、ポリエチレンイミン、例えば、ＢＡＳＦ社から入手できる、ＬＩＰＯＳＯＬ（商標）Ｇ（ＭＷ−７００）が含まれる。
【００２０】
適当な界面活性剤は、染料と布地の間に要求される相互作用によって決まる。当業者は、特定の印刷用途に向く適切な界面活性剤を選択することができるであろう。例えば、カチオン性、非イオン性、又は双性イオン性の界面活性剤は、正に帯電した分散染料及び顔料に好ましい。典型的なカチオン界面活性剤には、ベタイン、第四級アンモニウム化合物、カチオンアミンオキシド、及びイミダゾリン界面活性剤が含まれる。典型的な非イオン性界面活性剤には、第二級アルコールエトキシレート、非イオン性フルオロ界面活性剤、非イオン性脂肪酸エトキシレート界面活性剤、及びアセチレン系ポリエチレンオキシド界面活性剤が含まれる。アニオン性、非イオン性、又は双性イオン性の界面活性剤は、負に荷電した酸性及び反応性染料に好まれる。典型的なアニオン界面活性剤には、アルキルジフェニルオキシド界面活性剤とフッ素化系界面活性剤が含まれる。適切な界面活性剤は、当業者に周知であり且つ、一般に、化学薬品供給元から入手可能である。
【００２１】
本発明は、不活性化剤と着色剤の間での相互作用的競合に基づいている故、その反応の化学量論は注意深く制御されなければならない。しかし、小さな分子間での化学反応は１００％有効ではない。加えて、着色剤は、異なった組成を有する材料すなわち異なった生産地からの材料とは別な反応をする。例えば、インドネシアで成長した綿は、一定の染料との間で、ジョージア産の綿とは異なった反応をする。着色剤の堆積は自動化されるので、その反応条件は慎重に制御することができる。最初に材料のテスト見本を印刷して異なる濃淡を作り出すのに要する不活性化剤の量を調整することによって、オペレータは、大量の材料の上に始終変わらぬ（安定した）パターンを印刷することができる。そのパターンの色は蒸気を当てた後は変わるので、最終製品のテスト見本を用いて調整を実施すべきである。調整プロセスをさらに自動化するために比色計を用いてもよい。実際、製造者は、湿度及び温度の変化に合わせて印刷条件を調節するために頻繁な調整の実施を望むであろう。
【００２２】
本発明についてのその他の実施態様は、本明細書の詳細な考察もしくは本発明の実施によって当業者に明らかになろう。本明細書並びに実施例は、専ら例として役立つことだけの目的を意図したものであって、本発明の真の範囲と精神は前出の請求の範囲によって示される。
【発明の効果】
本発明によれば、インクジェット印刷技術を適応して種々の織物の上にデザインを印刷する際、織物上の着色剤の画素化を軽減しながらも、濃色ペンを使って淡色を作り出すことができる。これにより、多数のペンの使用による印刷コストは劇的な上昇を抑え、最も少数のペンで色強度の分布幅を作り出せる印刷方法を提供する。
そして、インクジェットプリンタにおいては、印刷用の淡色インクペンの使用を不要にするか、あるいは淡色インクペンを、紫色、ネービー、シルバー、又はブラウンのような、種々の色と置換する事が可能になる。

Claims (10)

1. インクジェットプリンタによる印刷方法であって、
   基体上の予め定められた画素上へ着色剤を印刷し、
   前記画素上に不活性化剤を印刷し、
   その不活性化剤を着色剤又は基体と反応させ、そして
   その基体を洗浄することからなり、
   前記の不活性化剤を印刷するステップが、前記の着色剤を印刷するステップの前又は後に行われ、且つ
   前記不活性化剤が、前記着色剤と前記基体との間の結合を阻害するか、又は前記洗浄処理時における前記着色剤の水への溶解度を高める、方法。
2. 前記基体は、合成繊維、天然繊維、及び前記両者の混合物のうちの何れか１つである請求項１に記載の方法。
3. さらに、印刷すべき不活性化剤の量の計算を含み、その量は、共有又は非共有相互作用によって所定量の着色剤と反応するよう計算され、前記不活性化剤を反応させるステップが任意に基体を蒸気加熱することを含む請求項１に記載の方法。
4. 前記着色剤が反応性染料を含む請求項１に記載の方法。
5. 前記不活性化剤は、加水分解剤、アルキルチオレート、アミン、アルコキシド、アジド、酸、求電子試薬、リチウム塩、アルキルアンモニウム塩、界面活性剤及び洗剤のうちの何れか１つであり、前記加水分解剤は、任意に、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び金属水酸化物から成る群から選択される請求項１に記載の方法。
6. さらに、印刷ステップの前に、アルキルエステル基を着色剤に結合させることを包含し、前記アルキルエステル基は、エステル結合によって着色剤に結合される請求項１に記載の方法。
7. インクジェットプリンタで使用されるインクカートリッジであって、
   複数のペン、
   各々がペンと液体連絡している複数の容器、を含んで成り、
   前記の複数の容器の一部が染料を含有しているインクを含み、
   前記容器の少なくとも１つが不活性化剤を含み、
   前記不活性化剤が、前記染料と前記染料が印刷される基体との間の結合を阻害するか、又は前記染料の水への溶解度を高める、インクカートリッジ。
8. 前記染料の少なくとも１つが反応性染料であり、前記不活性化剤が加水分解剤である請求項７に記載のインクカートリッジ。
9. 前記染料の少なくとも１つがアルキルエステル基を含み、前記不活性化剤が前記染料から前記アルキルエステル基を切り離す請求項７に記載のインクカートリッジ。
10. 前記不活性化剤は、アルキルチオレート、アルコキシド塩、アジド、置換トリアジン、洗剤及び界面活性剤から成る群から選択される請求項７に記載のインクカートリッジ。