JP7405854B2 - 前処理液と、顔料と分散染料との混合物とを含むテキスタイル印刷流体セット - Google Patents
前処理液と、顔料と分散染料との混合物とを含むテキスタイル印刷流体セット Download PDFInfo
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Description
本出願は、米国特許法第119条の下、2018年12月19日付けで出願された米国仮特許出願第62/781917号明細書からの優先権を主張する。
a)テキスタイル基材を準備すること;
b)カチオン性ポリマー、多価金属塩、有機酸、およびこれらの混合物から選択される1種または複数種であるインク凝集剤を含有する前処理組成物を塗布すること;並びに
c)テキスタイル基材上に水性インクジェットインクを噴射することであって、前記水性インクジェットインクが着色剤と第1のポリマー系バインダーとを含み、前記着色剤が、顔料と分散染料との混合物である、噴射すること;
を含む、テキスタイル生地にデジタル印刷する方法を提供する。
用語「約」が値または範囲の端点を表すのに用いられる場合、本開示は、言及される特定の値または端点を含むと理解されるべきである。
本明細書において使用される「分散剤」という用語は、多くの場合コロイドサイズである極めて微細な固体粒子の一様な且つ最大の分離を促進するために懸濁媒体に加えられる界面活性剤を意味する。顔料について、分散剤は、ほとんどの場合にポリマー系分散剤である。本明細書に記載されるポリウレタン分散剤は、実際に、それら自体分散液である。
本明細書において使用される「D50」という用語は、粒径の分布の50パーセンタイル(中央値)の体積粒子径を意味する。
本明細書において使用される「D95」という用語は、粒径の分布の95パーセンタイルの体積粒子径を意味する。
本明細書において使用される「mN・m-1」という用語は、表面張力単位である1メートル当たりのミリニュートンを意味する。
本明細書において使用される「mPa・s」という用語は、粘度単位であるミリパスカル秒を意味する。
本明細書において使用される「psig」という用語は、空気圧を含まない圧力単位であるポンド平方インチゲージを意味する。
本明細書において使用される「DBTDL」という用語は、ジブチルスズジラウレートを意味する。
本明細書において使用される「DMPA」という用語は、ジメチロールプロピオン酸を意味する。
本明細書において使用される「IPDI」という用語は、イソホロンジイソシアネートを意味する。
本明細書において使用される「NMP」という用語は、n-メチルピロリドンを意味する。
本明細書において使用される「TEB」という用語は、Dow Chemicalから供給されている試薬であるトリエチレングリコールモノブチルエーテルを意味する。
本明細書において使用される「スルホラン」という用語は、テトラメチレンスルホンを意味する。
本明細書で使用されるTerathane(登録商標)650は、Invista, Wichita, KSのポリエーテルジオールである。
本明細書において使用される「EDA」という用語は、エチレンジアミンを意味する。
本明細書において使用される「TEA」という用語は、トリエチルアミンを意味する。
本明細書において使用される「DEA」という用語は、ジエタノールアミンを意味する。
本明細書において使用される「DMPA」という用語は、ジメチロールプロピオン酸を意味する。
本明細書において使用される「MDEA」という用語は、メチルジエタノールアミンを意味する。
本明細書において使用される「TETA」という用語は、トリエチレンテトラミンを意味する。
本明細書において使用される「THF」という用語は、テトラヒドロフランを意味する。
本明細書において使用される「Y74」という用語は、Sun Chemicalから供給されている黄色顔料であるイエロー74を意味する。
本明細書において使用されるDenacol(登録商標)321は、Nagase Chemicals Ltd., Osaka, Japanの架橋試薬であるトリメチロールプロパンポリグリシジルエーテルである。
本明細書において使用されるDesmophen(登録商標)C1200は、Covestro (Pittsburgh, PA)からのポリエステルカーボネートジオールである。
本明細書において使用されるSurfynol(登録商標)440は、Air Products (Allentown, PA)の非イオン性界面活性剤である。
本明細書において使用されるTerathane(登録商標)1400は、Invista (Witchita, KA)のポリテトラメチレンオキシドポリオールである。
本明細書において使用されるEleminol JS-20は、Sanyo Chemical Industries (Kyoto, Japan)の重合性界面活性剤である。
本明細書において使用されるPolystep B-1は、Stepan (Chicago, IL)のアニオン性界面活性剤である。
本明細書において使用されるArtistri(登録商標)P5010は、DuPont (Wilmington, DE)の生地前処理溶液である。
本開示の適切な着色剤は、分散染料と顔料との混合物である。
着色剤のためのポリマー系分散剤は、ランダムポリマーであっても構造化ポリマーであってもよい。典型的には、ポリマー系分散剤は、疎水性モノマーと親水性モノマーとのコポリマーである。「ランダムポリマー」は、それぞれのモノマーの分子がポリマー主鎖においてランダムに配列されるポリマーを意味する。好適なランダムポリマー系分散剤の参照については、米国特許第4,597,794号明細書を参照されたい。「構造化ポリマー」は、ブロック、分岐、グラフトまたはスター構造を有するポリマーを意味する。構造化ポリマーの例としては、米国特許第5,085,698号明細書に開示されるものなどのABまたはBABブロックコポリマー;欧州特許第0556649号明細書に開示されるものなどのABCブロックコポリマー;および米国特許第5,231,131号明細書に開示されるものなどのグラフトポリマーが挙げられる。使用することができる他のポリマー系分散剤は、たとえば、米国特許第6,117,921号明細書、米国特許第6,262,152号明細書、米国特許第6,306,994号明細書および米国特許第6,433,117号明細書に記載されている。
本発明で使用される着色剤分散液は、当該技術分野で公知の任意の従来の粉砕プロセスを使用して調製することができる。ほとんどの粉砕プロセスは、第1の混合工程とそれに続く第2の粉砕工程とを含む2段階プロセスを使用する。第1の工程は、ブレンドされた「プレミックス」を得るために、全ての成分、すなわち着色剤、分散剤、液体担体、中和剤、および任意の添加剤を混合することを含む。典型的には、全ての液体成分が最初に添加され、続いて分散剤、そして最後に着色剤が添加される。混合は、通常撹拌されている混合容器の中で行われ、混合工程のためには高速分散機(HSD)が特に適している。HSDに取り付けられた、500rpm~4000rpm、より典型的には2000rpm~3500rpmで作動するCowels型のブレードは、望まれる混合を実現するために最適なせん断を提供する。十分な混合は、通常、上記の条件下で15~120分間混合した後に達成される。
バインダーは、インク配合物に添加されるポリマー化合物またはポリマー化合物の混合物である。バインダーは、たとえば、印刷された材料により大きい耐久性を与えるなど、印刷された材料に特性を付与することができる。インクジェットインクにおけるバインダーとして使用される典型的なポリマーとしては、ポリウレタン分散液およびポリウレタン溶液、アクリル、スチレンアクリル、スチレンブタジエン、スチレンブタジエンアクリロニトリル、ネオプレン、エチレンアクリル酸、エチレン酢酸ビニルエマルジョン、ラテックスなどが挙げられる。バインダーは、溶液であり得るか、またはカルボン酸、硫黄含有酸、アミン基および他の類似のイオン性基などのイオン性置換基を有することによってエマルジョンとして安定化され得る。代わりに、バインダーは、外的な界面活性剤により安定化され得る。バインダーは、単独でまたは他のバインダーと組み合わせて使用することができる。バインダーは、典型的にはインクの総重量を基準として少なくとも0.2重量%の量でインク中に存在する。典型的には、バインダーは、上述した染料および顔料の分散剤とは異なる。バインダーは、典型的には、顔料分散液の調製中ではなく、最終調合段階中にインクに加えられる。
本開示のインクは、水性ビヒクルまたは水性キャリア媒体としても知られるインクビヒクル、典型的には水性インクビヒクルを含む。
他の成分、添加剤は、そのような他の成分がインクジェットインクの安定性および噴射性を妨げない程度でインクジェットインクに配合され得る。これは、当業者により、日常の実験によって容易に測定され得る。
噴射速度、液滴の分離長さ、液滴サイズ、および流れ安定性は、インクの表面張力および粘度に非常に影響を受ける。典型的には、顔料系インクジェットインクは、25℃で約20ダイン/cm~約70ダイン/cmの範囲の表面張力を有する。粘度は、25℃で30cPほどまで高くてもよいが、典型的にはそれよりも低い。インクは、広範囲の放出条件、即ち、ピエゾ素子の駆動周波数、またはドロップオンデマンド型デバイスもしくは連続デバイスにおけるサーマルヘッドの放出条件、並びにノズルの形状およびサイズと適合する物理的特性を有する。インクは、インクジェット装置においてかなりの程度詰まらないように長期間にわたり優れた貯蔵安定性を有するべきである。さらに、インクは、接触するインクジェット印刷装置のパーツを腐食してはならず、且つ基本的に無臭および無毒性でなければならない。
「インクセット」という用語は、インクジェットプリンターが噴射するように備えられた全ての個々のインクまたは他の液体を意味する。典型的には、インクセットは、少なくとも3つの異なって着色されたインクを含む。たとえば、シアン(C)、マゼンタ(M)およびイエロー(Y)インクは、CMYインクセットを形成する。より典型的には、インクセットは、たとえば、CMYKインクセットを形成するためにCMYインクセットにブラック(K)インクを加えることにより、少なくとも4つの異なって着色されたインクを含む。インクセットのブラック、マゼンタ、イエローおよびシアンインクは、典型的には水性インクであり、着色剤として染料、顔料またはこれらの組合せを含むことができる。こうした他のインクは、一般的な意味において当業者に周知である。
本実施形態は、天然および合成繊維、並びにそれらの様々なブレンドへのインクジェット印刷に特に有利である。天然生地の例としては、綿、絹、および羊毛が挙げられる。合成繊維の例としては、ポリエステル、ナイロン、Nomax(登録商標)、およびKevlar(登録商標)が挙げられる。これらのタイプの生地は、一般的には印刷前に前処理される。
本発明で使用される前処理溶液は、インク凝集剤を含む水性組成物である。適切なインク凝集剤としては、カチオン性ポリマー、多価金属塩、有機酸、およびこれらの混合物が挙げられる。前処理溶液の例としては、DuPontのArtistri(登録商標)5001、5002、5003、および5010シリーズが挙げられる。本開示の前処理溶液によって前処理された生地に本開示のインクを印刷すると、前処理溶液中のインク凝集剤が、インク中の着色剤の凝集または「衝突」を引き起こす。
前処理組成物中のカチオン性ポリマーおよびコポリマーは、反対に帯電しているアニオン性着色剤分散液およびアニオン性バインダー分子を基材に引き付けて定着させる。カチオン群には、他のいずれよりも多様な分子構造が存在する。そのようなカチオン性樹脂は、主なポリマー主鎖に対してまたはポリマー鎖の側基として電荷基を組み込むことができ、通常、四級アンモニウム基を含むため、pHレベルに関係なく形式的な正電荷が存在する。スルホニウムまたはホスホニウム基を含むカチオン性ポリマーも合成されている。酸性媒体中でカチオン特性を獲得する用途では弱電解質バージョンが使用され、これらは、一級、二級もしくは三級アミノ基またはそれらの混合物を含むポリアミンに基づく。調製手法は、多くの場合、単純な水溶液中での且つ油中水型エマルジョンとしての鎖成長および段階成長メカニズムによる重合並びに既存のポリマーの変性を網羅する。
本発明の前処理剤は、1種または複数種の多価カチオンを含む。特定の状況で必要とされる有効量は、変動することができ、本明細書に記載されているいくらかの調整が一般的に必要である。
前処理組成物は、カルボン酸、それらの誘導体、およびそれらの組み合わせなどの、水溶性(25℃で望ましくは10g/l以上、より望ましくは25g/l以上、好ましくは50g/l以上の濃度で水溶性)の有機酸成分も含有する。水溶性有機酸の機能は、前処理で塗布されたアニオンコロイド安定化インクの凝固を助けることである。有機酸は、1つ以上のカルボン酸基を有することができる。カルボン酸は、通常、1~20個の炭素、好ましくは1~10個の炭素を有する。好ましい有機酸としては、ギ酸、酢酸、クエン酸、酒石酸、イタコン酸、およびシュウ酸が挙げられる。
比較ポリマー、ポリエーテル系ポリウレタンポリマー
滴下漏斗、コンデンサー、スターラー、および窒素ガスラインを備えた、アルカリおよび酸を含まない乾燥したフラスコに、Invistaのポリエステルジオールである843gのTerathane(登録商標)1400、400gのアセトン、および0.06gのDBTLを入れた。混合物を40℃まで加熱し、完全に混合した。混合物に、40℃で60分間かけて滴下漏斗から275gのIPDIを添加し、残留IPDIを滴下漏斗から10gのアセトンですすぎ洗いしてフラスコの中へ入れた。
ポリマーAは、米国特許出願公開第2005/0215663号明細書(完全に記載されているかのようにあらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる)の「Polyurethane Dispersoid(PUD EX 1)」に開示されているものと同じ手順に従って調製した。
2つの滴下漏斗、コンデンサー、スターラー、および窒素ガスラインを備えた、アルカリおよび酸を含まない乾燥した反応フラスコに、6.9gのEleminol JS-20、4.9gのPolystep B-1、および1249gの脱イオン水を入れた。その後、混合物を撹拌し、窒素でパージしながら88℃に加熱した。これとは別に、61.3gのヒドロキシエチルアクリレート、70.7gのN-メチロールメタクリルアミド、47.8gのメタクリル酸、573.6gのメタクリル酸メチル、398.3gのスチレン、および462gの2-エチルヘキシルアクリレートからなるモノマー混合物を、19.7gのEleminol JS-20と13.8gのPolystep B-1とが入っている978gの脱イオン水に添加した。得られた混合物を、安定なプレエマルジョン供給物が形成されるまで十分な時間撹拌した。反応フラスコに取り付けられた滴下漏斗にプレエマルジョン供給物を入れ、窒素で20分間パージした。150gの中身をフラスコの中に一度に投入した。フラスコの温度は88℃に保たれた。これとは別に、169gの水の中に7.9gの過硫酸アンモニウムが入っている開始剤供給物を調製し、反応フラスコに取り付けられた2つ目の滴下漏斗に入れた。窒素で10分間パージした後、60gの中身をフラスコの中に一度に放出した。フラスコ温度の温度は88℃で一定に保たれた。残りのプレエマルジョン供給物および開始剤供給物は、温度が88℃で一定に保たれている間に、100分かけてフラスコに同時に供給した。供給が完了した後、温度を88℃でさらに60分間保持し、その後65℃に冷却した。温度が65℃に達した後、40gのアンモニアが入っている中和溶液を20分かけて176gの脱イオン水に供給し、65℃で180分間保持した際に、フラスコを室温まで冷ました。得られたエマルジョンは35%の固形分を有していた。
シアン顔料分散液
シアン分散液は、その開示が完全に記載されているかのようにあらゆる目的のために参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第2012/0214939号明細書に開示されている手順を用いて調製した。シアンTRB2顔料を用い、分散剤を、顔料を分散させた後に架橋した。
イエロー分散液は、イエロー顔料PY155を使用することを除いてシアン分散液と同様に調製した。
マゼンタ分散液は、マゼンタ顔料PR122を使用することを除いてシアン分散液と同様に調製した。
ブラック分散液は、カーボンブラック顔料を使用することを除いてシアン分散液と同様に調製した。
分散染料分散液は、Diamond Dispersions Ltd. Sheffield, UKから供給された。いくつかの分散染料分散液を以下の表2に示す。
K/S=[{(1-R)2/2R}]
(式中、Rは反射率%であり、Kは吸光度であり、Sは散乱である)。
CMY色の別の色の濃さの指標である彩度(Saturation)は、次の式を使用して計算した:
彩度(Saturation)=彩度(Chroma)/L*
Claims (5)
- a)カチオン性ポリマー、多価金属塩、有機酸、およびこれらの混合物から選択される1種または複数種であるインク凝集剤を含む水性前処理組成物と;
b)顔料と分散染料との混合物である着色剤と、第1のポリマー系バインダーとを含有する水性インクジェットインクであって、前記第1のポリマー系バインダーは、ポリエステルポリオール系水性ポリウレタン、である、水性インクジェットインクと
を含有する、テキスタイル印刷用インクジェット印刷流体セット。 - a)における前記水性前処理組成物が第2のポリマー系バインダーをさらに含む、請求項1に記載の流体セット。
- 前記水性インクジェットインクが前記着色剤用の分散剤をさらに含む、請求項2に記載の流体セット。
- 前記着色剤が自己分散顔料である、請求項2に記載の流体セット。
- a)テキスタイル基材を準備する工程と;
b)カチオン性ポリマー、多価金属塩、有機酸、およびこれらの混合物から選択される1種または複数種であるインク凝集剤を含有する前処理組成物を塗布する工程と;
c)前記テキスタイル基材上に水性インクジェットインクを噴射する工程であって、前記水性インクジェットインクが着色剤と第1のポリマー系バインダーとを含み、前記着色剤が、顔料と分散染料との混合物であり、前記第1のポリマー系バインダーは、ポリエステルポリオール系水性ポリウレタンである、工程と
を含む、テキスタイル生地へのデジタル印刷方法。
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