JP7258602B2 - デジタル印刷のための布地の前処理 - Google Patents

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Description

本開示は、一般に印刷の分野に関し、より詳細には、布地表面への高解像度、高精細、多色直接印刷のための新規な方法および装置に関する。
布地への工業用印刷は、スクリーン印刷や昇華方式などのプロセスを使用して実施される。これらのプロセスは時間がかかり、短期期間で変動しやすい印刷部数のもの、または履物などの対象物に直接印刷するものには適していない。布地へのデジタル印刷は現在、布地印刷市場全体のわずか２．９％である。しかし、布地のデジタル印刷は成長する見込みがある。貧弱な濡れ性の基材は、彩度のある印刷インクを受容するように設計されておらず、画像堅牢性を欠いている。
様々な実施形態により、布地に画像を印刷する方法が開示される。本方法は、オルトシリケート、水混和性溶媒、水、および水酸化アンモニウムを含む組成物で布地をコーティングおよび硬化し、それによって布地に付着したシリカ網状組織を生成することを含む。本方法は、インク組成物シリカ網状組織を塗布し、シリカ網状組織上に画像を形成することを含む。
様々な実施形態により、布地に画像を印刷するためのシステムが提供される。本システムは、オルトシリケート、水混和性溶媒、水、および水酸化アンモニウムを含む組成物を布地に塗布し、布地上にシリカ網状組織を生成するためのコーティングステーションを含む。本システムは、インク組成物を布地に塗布して、画像を形成するためのインクジェットプリンタを含む。
様々な実施形態により、印刷物品が開示される。印刷物品は、織物の表面にシリカ網状組織を有する織物と、織物の表面のシリカ網状組織に配置された硬化インク組成物とを含む。
添付の図面は、本明細書の一部として組み込まれるが、本教示のいくつかの実施形態を示し、明細書と共に、本教示の原理を説明するのに役立つ。
本明細書に開示される実施形態による方法受ける布地を概略的に示す。 本明細書に開示される実施形態による方法受ける布地を概略的に示す。 本明細書に開示される実施形態による方法受ける布地を概略的に示す。 本明細書に開示された様々な実施形態による印刷システムを概略的に示す。 本明細書に開示される様々な実施形態による方法をフローチャートで示している。
図面のいくつかの詳細は簡略化され、厳密な構造上の正確さ、詳細、および縮尺を維持するのではなく、実施形態の理解を容易にするために描かれていることは、留意されたい。
添付の図面に示された本教示の実施形態と実施例を、詳細に言及する。可能な限り、図面の全体にわたって、同一の参照番号を同一のまたは同様の部品を指すように使用する。
以下の説明では、説明の一部を構成する添付の図面を参照し、本教示を実施することができる特定の実施形態を例として示す。これらの実施形態は、当業者が本教示を実施することができるように十分に詳しく記載され、本教示の範囲から離れることなく、他の実施形態が使用されてもよいこと、および変更が行われてもよいことは理解されるはずである。したがって、以下の記載は単なる例証である。
１つまたは複数の実施、変更および／または修正に関する説明は、添付の特許請求の趣旨および範囲から離れることなく、図示される例に対して行うことができる。さらに、いくつかの実施のうちの１つのみに関して特定の特色が開示されている場合があるが、任意の結果または特定の機能について所望されて有利になる場合には、そのような特色を他の実施の１つまたは複数の他の特色と組み合わせてもよいさらに、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「伴う」またはその変形が、詳細な記載および特許請求の範囲のいずれかにおいて使用される範囲において、かかる用語は、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様に、包括的であることが意図される。用語「～のうちの少なくとも１つ」は、列挙された項目の１つまたは複数を選択することができることを意味するように用いられる。
実施形態の広範囲を規定する数的な範囲およびパラメータは近似値であるが、特定の実施例において規定される数値は、可能な限り正確に報告されている。しかしながら、いかなる数値も、それぞれの試験測定に見いだされる標準偏差から必然的に帰結する一定の誤差を本質的に含む。さらに、本明細書に開示される範囲はすべて、その中に抱合されるありとあらゆる小領域を包含するものと理解されるべきである。例えば、「１０未満」の範囲は、最小値０と最大値１０の間（境界値を含む）のありとあらゆる小領域を含むことができ、すなわち、最小値０以上、および最大値１０以下、例えば、１から５といった、ありとあらゆる小領域である。特定の事例において、パラメータとして明示する数値は負の値をとることができる。この場合、「１０未満」と明示される範囲の例の値は、負の値、例えば－１、－２、－３、－１０、－２０、－３０などをとることができる。
ポリエステルなどの合成織物を含む布地を処理し、そのような織物上の画像のデジタル印刷を改善するためのプロセスが本明細書に開示される。デジタル印刷は、インクジェットプリンタおよびエアロゾルプリンタの使用を含む。
インクジェット印刷は、インク滴を基材上に押し付けてデジタル画像を再現するコンピュータ印刷の一種である。インクジェット材の付着には、基板上に材料が直接付着するように、インクジェット技術として、代表的なところで、圧電結晶を使用するプリントヘッドが使われる。
布地の濡れ性を克服するために、オルトシリケートの加水分解から誘導されたシリカで布地または織物をコーティングするための前処理プロセスが課題となる。実施形態において、使用され得るオルトシリケートとしては、オルトケイ酸テラエチル（ＴＥＯＳ）、オルトケイ酸テトラメチル（ＴＭＯＳ）、オルトケイ酸テトライソプロポイル（ＴＩＰＳ）およびオルトケイ酸テルトラブチル（ＴＢＯＳ）が挙げられる。得られた布地または織物コーティングは、布地または織物のインク受容性を高めるために表面粗さを有している。シリカ網状組織を形成するためのＴＥＯＳの反応を以下に示す。
Figure 0007258602000001
一実施形態では、印刷インクのその後の受容性のために布地を処理する方法が、図１Ａ～１Ｃの概略図で示されている。図１Ａ～１Ｃに示されている方法は一実施例であり、布地を溶液でコーティングする他の方法を使用することができる。図１Ａにおいて、ガラス板１５上にコーティング溶液２１を塗布する。コーティングロッド１８は、コーティング溶液２１をガラス板１５上に広げるために使用され、図１Ｂに示されている。図１Ｂでは、コーティング溶液２１がガラス板１５上に広がっている様子を示している。次に、図１Ｃに示すように、布地または織物１７をガラス板１５上に置き、ローラー２３を使用して布地１７をコーティング溶液２１に浸す（図１Ｂ）ことにより、コーティング溶液２１が布地１７の全体まで行き届く。布地または織物１７が溶液２１でコーティングされた後、コーティング溶液２１を乾燥させる。
コーティング溶液２１は、オルトシリケートと、エチルアルコール（ＥｔＯＨ）、水（Ｈ２Ｏ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）などの水混和性溶媒とを含む。コーティング溶液２１はコーティング前に十分混合される。コーティング溶液２１の重量％の範囲は、約７０重量％～約８５重量％の水混和性溶媒、約５重量％～約１５重量％の水、約１０重量％～約２０重量％のＮＨ４ＯＨ、および約０．１重量％～約２重量％のＴＥＯＳである。
実施形態において、溶媒は、コーティング溶液に含まれ得る水と水混和性溶媒との混合物である。実施形態では、水溶性有機溶剤は、チオジグリコール、スルホラン、２－ピロリドン、１，３－ジメチル－２－イミダゾリジノンおよびカプロラクタムなどのアルコール、ケトン、ケトアルコール、エーテル、およびその他、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、トリメチレングリコール、ブチレングリコール、およびヘキシレングリコールなどのグリコール類、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなど、グリセロールおよび１，２，６－ヘキサントリオールなどのトリオール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルなどの多価アルコールの低級アルキルエーテル、ジエチレングリコールジメチルまたはジエチルエーテルなどの多価アルコールの低級ジアルキルエーテル、尿素および置換尿素を含む。
織物または布地１７上の乾燥シリカ（ＳｉＯ２）層の厚さは、約０．５ミクロン～約３００ミクロンであり得る。
コーティング溶液２１中の他の任意成分は界面活性剤を含むことができる。界面活性剤は、コーティング溶液２１の表面張力および濡れ性を調整する。実施形態では、界面活性剤は、ＳＤＳ（ドデシル硫酸ナトリウム）、ＳＤＢＳ（ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム）、ならびにトリトン－Ｘ１００（エトキ化ノニルフェノール）などの非イオン性界面活性剤を含み得る。他の界面活性剤としては、エトキシル化アセチレンジオール（例えば、Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ製のＳＵＲＦＹＮＯＬ（登録商標）シリーズ）、エトキシレートおよび１級アルコール（例えば、Ｓｈｅｌｌ製のＮＥＯＤＯＬ（登録商標）シリーズおよびＴｏｍａｈ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ製のＴＯＭＡＤＯＬ（登録商標）シリーズ）、および２級アルコール（例えば、Ｕｎｉｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ製のＴＥＲＧＩＴＯＬ（登録商標）シリーズ）、スルホスクシネート（例えば、Ｃｙｔｅｃ製のＡｅｒｏｓｏｌ（登録商標）シリーズ）、有機シリコーン（例えば、ＧＥ Ｓｉｌｉｃｏｎｓ製のＳＩＬＷＥＴ（登録商標）シリーズ）、ならびにフルオロ界面活性剤（例えば、ＤｕＰｏｎｔ製のＺＯＮＹＬ（登録商標）シリーズ）が挙げられる。界面活性剤が、コーティング溶液２１の総重量の約０．０１重量％～約５重量％で使用される実施形態もあれば、あるいは、コーティング溶液２１の総重量に基づいて、約０．５重量％～約２重量％で使用される実施形態もある。
本明細書に開示の前処理用に適した布地としては、例えば、織布、編布、およびフェルト布などの不織布が挙げられる。布地としては、例えば、羊毛、絹、木綿、亜麻布、大麻、ラミー、黄麻、アセテート、アクリル系織物、ラテックス、ナイロン、ポリエステル、レーヨン、ビスコース、スパンデックス、金属複合材、炭素、炭化複合材およびそれらの任意の組み合わせといった、任意の動物、植物および／または合成源由来の繊維を挙げることができる。
本明細書に開示されているプロセスは、１つ以上の布地織物に非常に適している。そのような衣類の実施例はＴシャツである。
インクジェット印刷に現在利用可能なインクとしては水性インクが挙げられる。インクは、水、保湿剤、水溶性ポリマー、界面活性剤、および着色剤を含む。
水性インクは、代表的なものとして、水と、通常は染料または顔料分散液である着色剤とからなり、インクにある種の特徴（例えば、向上した安定性および流動性、耐羽根性など）を加えるために多数の添加剤を含んでもよい。
本明細書で使用される「着色剤」という用語は、所望の色を印刷画像に付与する物質を表す。着色剤は、顔料または染料であり得る。顔料は、典型的にはインク組成物の担体中に懸濁されている固形着色剤であり、それによって染料はインク組成物の担体中に溶解されている液体着色剤である。
所望の色を布地に付与することとは別に、着色剤はその化学的および物理的特性の点から適切に選択される。実施形態に使用するのに適した例示的染料着色剤としては、市販されているオラゾールブラックＲＬＩ、オラゾールレッドＧおよびＣｕフタロシアニンのようなアゾクロム錯体、ならびに同様のアゾ‐コバルト錯体が挙げられるが、それらに限定されない。本発明のこの文脈で使用するのに適した例示的顔料着色剤としては、キナクリドン、ベンゾイミダゾロン、カーボンブラック、フタロシアニン、ジアリーリド、アゾ、酸化チタン、および炭酸カルシウムが挙げられるが、それらに限定されない。例示的な市販の顔料としては、Ｐｅｒｍａｊｅｔ、Ｒｅｎｏｌ、およびＭｉｃｒｏｌｉｔｈが挙げられる。
好ましくは、実施形態によるインク組成物中の着色剤含有量は、インク組成物の総重量の約０．２重量％～約４０重量％の範囲である。実施形態において、着色剤含有量は、インク組成物の総重量の１～１０重量％の範囲である。
実施形態において、溶媒としては、水と、メタノール、エタノール、２－プロパノール、アセトン、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）などの水混和性溶媒、およびＤＭＦ（ジメチルホルムアミド）などの低揮発性溶媒との混合物であり、またはＮＭＰ（Ｎ－メチル－２－ピロリドン）がインク組成物と共に使用される。実施形態では、水溶性有機溶剤は、チオジグリコール、スルホラン、２－ピロリドン、１，３－ジメチル－２－イミダゾリジノンおよびカプロラクタムなどのアルコール、ケトン、ケトアルコール、エーテル、およびその他、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、トリメチレングリコール、ブチレングリコール、およびヘキシレングリコールなどのグリコール類、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなど、グリセロールおよび１，２，６－ヘキサントリオールなどのトリオール類、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルなどの多価アルコールの低級アルキルエーテル、ジエチレングリコールジメチルまたはジエチルエーテルなどの多価アルコールの低級ジアルキルエーテル、尿素および置換尿素を含む。
インク組成物はまた、好ましくは、グリコールまたはジヒドロキシグリコールエーテル、またはこれらの混合物を含み、この中のヒドロキシ基のうちの１個または双方が２級ヒドロキシ基である、例えばプロパン－１，２－ジオール、ブタン－２，３－ジオール、ブタン－１，３－ジオール、および３－（３－ヒドロキシ－プロプ－２－オキシ）プロパン－２－オールなどの、水混和性溶媒としても機能し得る保湿剤を含有してもよい。保湿剤が１級ヒドロキシ基を有する場合、実施形態において、これは、２級または３級ヒドロキシ基を有する炭素原子に隣接する炭素原子に結合していてもよい。保湿剤は、１級ヒドロキシ基２個以上を有しているポリオール、特にグリコールまたはジヒドロキシグリコールエーテル、例えばエチレングリコール、プロパン－１，３－ジオール、ブタン－１，４－ジオール、２－（２－ヒドロキシエトキシ）エタノールおよび２－（２－［２－ヒドロキシエトキシ］エトキシ）エトキシおよび／または１級ヒドロキシ基１個を有するアルコール、例えばエタノール、ｎ－プロパノールおよびｎ－ブタノールら、全部で１０重量％までからなっていてもよい。湿潤剤の記載については、用語「アルコール」は、脂肪族炭素原子に結合するヒドロキシ基を１個のみ有する化合物を意味する。インク組成物は、５重量％～約２５重量％、または実施形態において、１０重量％～２０重量％の保湿剤を含んでもよい。
図２は、種々の実施形態による、画像を表面に配する布地を製造する印刷システム２０を示す。システム２０は、布地２７にコーティング溶液を塗布するためのコーティングステーション２６を含む。布地２７は乾燥ステーション３１で乾燥されて、布地２７上にシリカ網状組織を形成する。布地２７は、インクジェットプリンタ３８を用いて印刷されて、布地２７上のシリカ網状組織上に画像を形成する。印刷システム２０は、コーティングステーション２６、乾燥ステーション３１、およびインクジェットプリンタ３８に結合された制御システム３０を含み得る。制御システム３０は、コーティングステーション２６、乾燥ステーション３１、およびインクジェットプリンタ３８に命令をし、および／またはその他動作を制御するように構成することができる。制御システム３０は、コーティングステーション２６、乾燥ステーション３１、およびインクジェットプリンタ３８に機械的または電気的に接続してもよい。制御システム３０は、コーティングステーション２６、乾燥ステーション３１、およびインクジェットプリンタ３８を制御することができるコンピュータ化された、機械的または電気機械装置になり得る。一実施形態では、制御システム３０は、コーティングステーション２６、乾燥ステーション３１、およびインクジェットプリンタ３８に動作指示を与えることができるコンピュータ化された装置（例えば、プロセッサおよびメモリを有するプログラム可能なコンピュータ）であり得る。別の実施形態では、制御システム３０は、オペレータによって使用可能な機械装置を含み得る。この場合、オペレータは、（例えば、レバーを引くことによって）制御システム３０を物理的に制御することができ、それは、コーティングステーション２６、乾燥ステーション３１、およびインクジェットプリンタ３８を作動させることができる。別の実施形態では、制御システム３０は電気機械装置であり得る。
図３は、様々な実施形態に従って実行される方法を説明するフローチャートを示す図である。図示されるように、この方法は以下のプロセスを含み得る。
プロセスＰ１：布地を用意し、ＴＥＯＳ溶液でコーティングし、乾燥させて布地上にシリカ網状組織を形成する。
プロセスＰ２：インクジェット組成物を布地上のシリカ網状組織にコーティングして画像を形成する。
ＴＥＯＳ溶液の調製
ＴＥＯＳ／ＥｔＯＨ／水／ＮＨ４ＯＨ溶液は、１５２ｍＬのＥｔＯＨ、１４ｍＬの脱イオン水、および２２ｍＬのＮＨ４ＯＨを混合し調製した。これに伴い、１ｍＬのＴＥＯＳを添加した。混合物を透明から濁ってくるまで３０分間撹拌した。ＴＥＯＳ溶液の重量％は、約７８重量％のＥｔＯＨ、９重量％の水、１２．４重量％のＮＨ４ＯＨ、および０．５重量％のＴＥＯＳであった。
図１Ａ～１Ｃに示すように、ポリエステル織物を、＃２２マイヤーロッドを塗布したガラス板上にＴＥＯＳ／ＥｔＯＨ／水／ＮＨ４ＯＨ溶液でコーティングした。コーティングを硬化させてポリエステル織物上にシリカ網状組織を形成した。シリカ網状組織はポリエステルに対して良好な親和性を示した。
インクジェット組成物を、硬化したＴＥＯＳ／ＥｔＯＨ／水／ＮＨ４ＯＨ溶液と共にポリエステル織物に塗布した。インクジェット組成物はシリカ網状組織への良好な接着性を示した。

Claims (1)

  1. 布地に画像を印刷する方法であって、
    ０．１重量％～２重量％のオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）、７０重量％～８５重量％のエチルアルコール、５重量％～１５重量％の水、および１０重量％～２０重量％の水酸化アンモニウムを含む溶液で前記布地をコーティングおよび硬化し、それによって前記布地に付着したシリカ網状組織を生成することと、
    前記シリカ網状組織に、グリコールまたはジヒドロキシグリコールエーテル、またはこれらの混合物を含む水混和性溶媒としても機能し得る１０重量％～２０重量％の保湿剤、及び１～１０重量％の範囲の着色剤を含むインク組成物を塗布し、前記シリカ網状組織上に画像を形成することと、
    前記インク組成物を塗布した後に前記画像を硬化させることと、を含み、
    前記インク組成物が、水、水溶性ポリマー、界面活性剤、および着色剤を含み、
    前記布地がポリエステルを含む、方法。
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