底材涂料、處理用于噴墨打印底材的方法以及從中生產的制品的制作方法

專利名稱：底材涂料、處理用于噴墨打印底材的方法以及從中生產的制品的制作方法
技術領域：
本發明領域本發明涉及底材涂料以及用于接收噴墨打印設備的打印圖象的經過處理的可噴墨打印的織物底材。具體而言，本發明涉及可噴墨打印的織物底材的制作或生產方法，它便利于在市售的噴墨打印或激光打印設備(如寬版式或窄版式噴墨打印機和激光打印機)中使用這種底材。
本發明背景噴墨打印是一種非擊打式和無觸點式打印方法，其中電子信號控制和引導可沉積于各種底材上的墨滴或墨流。目前，噴墨打印技術包括通過壓電壓力、熱噴射或振動將墨滴擠出小噴嘴并落到材料/介質的表面上。就各種可處理的底材以及可獲得的打印質量和操作速度而言，噴墨打印頗具相當多的功能。此外，噴墨打印還可以進行數字控制。由于這些原因人們已將噴墨打印的方法廣泛用于工業標志和標簽。此外，噴墨打印方法也已普遍用于各種建筑和工程設計應用、醫療圖象、辦公打印(文本和圖表)、地理圖象系統(如用于地震數據分析和地圖測繪的系統)、路標、陳列圖(如相片復制、商業和法院圖表、圖表藝術)等。人們現也采用噴墨打印在各種織物底材上產生圖象。
采用噴墨打印在織物上產生圖象使得人們可以在織物上迅速顯像出美學設計而無須使用昂貴并且通常是浪費的絲網印刷技術。這種噴墨打印方法使設計師、設計室或生產設備顯像作品設計需要的時間比傳統絲網印刷方法產生絲網印刷圖象通常所需的時間要少得多。
染料和顏料均用作這種噴墨油墨配方的色料。然而這些材料并非總能良好粘合至油墨施用于其上的底材上。例如，當底材與水接觸時染料將溶解出來。因此經反復接觸后使用噴墨打印方法的外加圖象可能會喪失或抹掉，或者如果置于大量含水介質時(如噴墨打印制品進行清洗時)這些圖象實際上會從打印的表面上脫除。此外，如果使用噴墨打印的圖象長時間暴露于可見光、紫外光和/或紅外光下也可能會褪色或被洗掉。另外，施用于織物底材上的染料可能會經歷在底材上染料的滲色。最后，采用噴墨方法打印于織物底材上的圖象的顏色強度通常缺乏亮度(vibrancy)。
當通過噴墨打印方法進行打印或成像時，織物底材的性質也帶來了常見噴墨底材(如紙或銅版紙)所未能出現的各種問題。例如，織物底材通常由紡織或無紡材料構成。如果織物底材由無紡材料構成，則其可由例如紡粘或熔噴聚合物制得。
此處所用的術語“熔噴”指的是將熔融的熱塑性材料通過眾多細小的、通常是圓型沖模毛細管(如熔融膠絲或纖絲)擠壓成匯聚高速氣體(如空氣)流從而使熔融熱塑性材料的纖絲變細、直徑減少(其可為微纖維直徑)所形成的纖維。其后，熔噴纖維被高速氣體流夾帶并沉積于收集表面形成熔噴纖維無規分布的織物。這種方法公開于各種專利和刊物上，包括B.A.Wendt、E.L.Boone和D.D.Fluharty的NRL報告4364“超細有機纖維的制造”；K.D.Lawrence、R.T.Lukas和J.A.Young的“用于生成超細熱塑性纖維的改良設備”，以及1974年11月19日授權給Butin等人的美國專利號3,849,241。
此處所用的術語“紡粘”指的是通過將作為長絲的熔融的熱塑性材料從眾多細小的、通常為圓型噴絲板毛細管擠壓出來從而使擠壓后的長絲直徑迅速減少而形成的小直徑纖維，其例子參見Appel等人的美國專利號4,340,563、Dorschner等人的美國專利號3,692,618、Matsuki等人的美國專利號3,802,817、Kinney的美國專利號3,338,992和3,341,394以及Dobo等人的美國專利號3,542,615。
此外，可以采用其他無紡方法如水力纏結(hydroentangling)法、氣流成網法和粘合-粗梳法來制造用于織物的無紡材料。這些材料通常是疏水性的，因而對于水基油墨而言存在粘合性的問題。含水油墨很難潤濕這些材料，因此導致了芯吸、滲色以及其他打印缺陷問題。
如果織物底材由紡織材料構成，則紡織或針織線或繩由纖維形成。織物纖維的組成可以有很大的變化，每一種組成代表一組獨特的打印底材可接受的條件。例如由棉纖維做成的底材具有相當強的吸收性(如在水基油墨的情況中)。當油墨從噴墨打印設備的油墨通道噴出時便迅速地被吸收到棉底材的纖維內。由于這些纖維遠遠大于紙底材中所見的纖維，因此色料在纖維表面缺乏保留而使色亮度的顏色密度或外觀顯著減弱。此外，滲色、打印圖形的斑點以及圖象清晰度或透明性的損失通常是打印在織造織物本身上所致。
相反，織造合成纖維如聚酯或尼龍則很難被含水油墨所潤濕，這些油墨只能保留在纖維之間的空隙中。這種受限的油墨保留性也是造成上述與打印質量相關問題的原因。
此外，在商業上通常通過一些后打印固化法(如加熱、蒸汽或化學固定)來實現打印圖象在織物上的永久性。這些方法不是很有效，還需要進行洗滌和干燥步驟以將未固定的色料從織物中除去。因此無論存在后打印固化工藝步驟與否都需要增強打印圖象在可噴墨打印底材、特別是織物底材上的永久性。
在商業上通常使用聚合物來改良天然與合成織物纖維和底材的性能。這些處理能改變織物的外觀或手感、減少收縮、降低可燃性，或改變纖維或底材的其他性能。當使用商業的打印方法(如旋轉網版印刷)時甚至可以采用這些處理來增強適印性和/或印刷性能。例如，人們采用聚氧化乙烯預處理布帛原材料以便得到適用于噴墨印刷的織物底材。如Haruta等人在美國專利號5,781,216中所公開的那樣，使用聚氧化乙烯處理織物底材完全能夠提供足夠亮度和清晰度但無滲色的高顏色濃度圖象。雖然Haruta公開了這種采用聚氧化乙烯和陽離子試劑進行預處理以便增強圖象著色性的方法，但這種處理后仍要求通過加熱、洗滌和干燥等附加步驟進行固化。
在Harris等人的PCT US 98 12712(在1999年1月7日以WO99/00541公布)中公開了使用陽離子聚合物作為水力纏結的纖維狀織物中膠乳飽和劑的組成部分。如WO 99/00541所述，膠乳飽和后通常為干燥步驟或其他固化助劑。
可噴墨打印底材、特別是可噴墨打印的織物底材(這種底材可提供噴墨油墨的色牢度和耐洗性而無須附加的固化或后處理步驟，并且可以容易地用于市售噴墨或激光打印設備中)的制作或生產已證實是難以捉摸的。此外，這種噴墨打印機設備進料或夾持機構需要一種可以在打印頭或打印鼓下移動或通過的硬質底材。大多數的織物底材缺乏進料、移動的尺寸穩定性，或相反不能通過這種機構充分發揮作用，并通常與打印頭或鼓的接觸或干擾而死機。
因此，在本領域中仍需要涂料配方及可噴墨打印底材的處理方法，使得在噴墨打印機成像期間和成像后以在底材上最小的滲色量提供高的光密度。在本領域中也需要這種可用于織物底材的可噴墨打印底材的處理方法。就此而言，在本領域中仍需要接收噴墨油墨配方的織物的處理方法，這些方法可用于改進各種織物底材的色牢度和顏色強度。此外在本領域中仍需要這種不依賴油墨固化步驟來進行生產的底材。最后，在本領域中需要包括可以很容易通過噴墨打印機的襯底并容易從該襯底脫離的織物底材。
本發明概要本發明提供了當各種噴墨油墨制劑施用于可噴墨打印的底材時通過采用涂料配方處理底材來改變油墨制劑粘合性能和/或色牢度的方法使上述各種需要得以解決。具體而言，可以處理大量織物底材以便改進噴墨油墨制劑的色牢度和耐洗性。含水處理配方包括約5-95％的陽離子聚合物或共聚物和約5-20％的織物軟化劑。此外，為了提高耐洗性配方中也可以包括約0-80％的聚合膠乳粘合劑。以上這些百分數均基于常規固含量的測定，即溶解或分散固體的重量除以配方的總重量。配方總的固含量通常約為10-50％，但優選約為12-25％。不管是化學油墨類還是織物底材，本發明方法提供了固定染料的一種途徑，通過在環境條件下進行常規干燥而無須再進行任何的油墨固化工藝。另外通過這種配方可以提高后打印工藝(如蒸汽加工或固化工藝)的功效，減少染料廢物并增強顏色亮度。同時，通過這些配方也能加強顏料或色料的固定。
此外，這種處理過的織物底材可以使用襯底，它們使底材容易地通過噴墨打印機，并且容易脫除以便進一步使用、取樣和/或實驗。
通過閱讀本發明以下公開的實施方案和所附的權利要求的詳細描述，其以上和其他特點和優點將變得顯而易見。
附圖簡述

圖1是示例性的用于處理可噴墨打印底材的浸漬和擠壓(浸軋)工藝的示意圖。
圖2是將襯底層壓至可噴墨打印底材上的層壓法，該底材已按圖1所示的工藝進行過處理。
圖3是根據圖2所示的層壓法制得的本發明層壓材料的橫截面。
本發明詳述一般而言，本發明涉及在沒有后處理固化步驟(如加熱、輻射或化學處理)的情況下改進可噴墨打印底材的粘合性能和/或色牢度/顏色密度和耐洗性的涂料配方和方法。根據本發明，可采用包括陽離子聚合物或共聚物和織物軟化劑的含水配方處理織物底材。優選該方法包括采用包括約5-95％陽離子聚合物或共聚物以及約5-20％織物軟化劑的配方處理織物底材。除非另有說明，否則所有百分數均為總固體百分數。
本發明還涉及處理過的可噴墨打印底材，其中所述處理包括陽離子聚合物或共聚物和織物軟化劑的配方。優選本發明為處理過的可噴墨打印底材，其中所述處理包括約5-95％陽離子聚合物或共聚物以及約5-20％織物軟化劑。
配方中陽離子共聚物的作用是將具有陰離子基團的染料分子吸引并固定于底材、特別是織物底材上。聚合物或共聚物可含有能夠與其本身或與配方中其他組分一起交聯至織物纖維上的活性殘基或基團。這種陽離子樹脂可將電荷基團結合到主聚合物鏈或聚合物主鏈，或作為聚合物鏈的側基。優選這種陽離子聚合物為季銨型聚合物。這種陽離子聚合物的結構式的例子如下
示例性的陽離子聚合物的結構式 e)式中 R1、R2＝季銨型、親水、疏水、活性或自縮合基團；R3＝H、烷基或烷氧基；X＝鹵素或其他抗衡離子。 式中所有上式中a＝1至99％，b＝(100-a)％，c＝0至[100-(a+b)]％；R1、R2如上述。 式中a＝1至99％，b＝(100-a)％， 對CP 7091 RV而言，a～90，b～10。
這些陽離子聚合物可包括(但不限于)二烯丙基二烷基銨單體(如二烯丙基二甲基氯化銨)、陽離子的丙烯酸酯和丙烯酰胺(如丙烯氧基乙基二甲基氯化銨或丙烯酰氨基乙基二甲基氯化銨單體)、季銨化乙烯基吡啶(如氯化甲基乙烯基吡啶)的各種聚合物和共聚物和聚烷基胺聚合物及共聚物。這種體系中的共聚單體可由改變聚合物分子撓性、疏水性或機械性能的單體所組成。此外，還可包括活性和/或自縮合單體以提高與織物纖維或配方中其他組分的粘合性。在主鏈中具有電荷基團的其他陽離子聚合物的例子包括各種表鹵代醇-胺聚合物，如Wilmington，Delaware的Hercules Incorporated的RetenTM204 LS和KymeneTM557 LX聚合物。優選的陽離子聚合物樹脂的具體例子為來自ECC International of Roswell，Georgia的CP 7091 RV，這種CP7091 RV為聚(二烯丙基二甲基氯化銨-共-雙丙酮丙烯酰胺)。
適宜的織物軟化劑包括例如Witco Corporation(Greenwich，Connecticut)的Varisoft 222、Witco Corporation的Adogen 432、StepanCompany(Northfield，Illinois)的Accosoft 550-75、BASFCorporation(Specialty Chemicals Division of Mt.Olive，New Jersey)的Alubrasoft Super 100和Alubrasoft 116以及ICI Surfactants或HodgsonTextiles Chemical of Mt.Holly(North Carolina)的Ahcovel Base N-62。適宜的織物軟化劑包括陽離子或非離子并為打印的織物底材提供打印質量和圖象亮度屬性的那些軟化劑。一類這樣的織物軟化劑為烷基化的銨鹽化合物。最適宜于具體紡織織物底材的織物軟化劑隨織物底材的不同而異。例如，我們發現對棉織物樣品使用織物軟化劑Varisoft 222較好，而對尼龍/合成彈力纖維樣品則使用Adogen 432較好。如前所述，配方是含水的，其中水起載體的作用。
在本發明另一個實施方案中，用于可噴墨打印底材、特別是織物底材的處理或配方也可包括膠乳粘合劑以便進一步增強色料在織物底材上的粘合性和/或耐洗性。我們發現，包括膠乳粘合劑的涂敷可噴墨底材比未處理的織物能提供更高的顏色密度和飽和度、更優良的打印質量、減少芯吸或滲色以及提高油墨吸收性能。此外，當通過噴墨打印方法進行打印時，涂料或處理配方能提供耐水的打印圖象而無須后打印固化步驟(如加熱、蒸汽、化學固定或輻射)。膠乳加強聚合物可以是非離子，也可以是陽離子。作為例子而言膠乳材料可包括乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯、丙烯酸酯、苯乙烯、苯乙烯-丙烯酸酯樹脂和其他陽離子或非離子膠乳。除了本身的陽離子功能外，這些樹脂還包括活性或自交聯基團。優選具有粘合劑的處理配方包括約5-95％的陽離子聚合物或共聚物、約5-20％的織物軟化劑和約0-80％的膠乳粘合劑。
同樣，本發明也涉及一種經過處理的可噴墨打印的底材，其中處理包括陽離子聚合物或共聚物、織物軟化劑和膠乳粘合劑的配方。本發明的一個優選實施方案為一種經過處理的可噴墨打印的底材，其中處理配方包括約5-95％的陽離子聚合物或共聚物、約5-20％的織物軟化劑和約0-80％的膠乳粘合劑。
含水處理配方也可包括影響成品底材外觀或觸覺性能的其他添加劑，如熒光增白劑。其他添加劑包括用于油墨吸收性、顏色耐久性和圖象質量的各種無機顆粒如二氧化硅、粘土、碳酸鈣和二氧化鈦。
應注意的是，以上所有百分數均基于總固體量。這些百分數基于固體含量的常規測量，即溶解或分散固體的重量除以配方的總重量。可按照生產商提供的操作程序，通過Sartorius Corporation(Edgewood，NY)的Sartorius MA30型進行這種測量。配方總的固體含量通常約為5-50％，但優選約為5-32％。更優選配方的總固體含量約為25-28％。
可通過加入含水儲液或分散體(如實施例中所述)形式或合適固體形式的上述各種組分并混合均勻來制得用于織物底材的處理配方。在各種組分以固體形式混合的情況中，混合后可將其加入到水中以獲得所需總的固體百分數。
可通過本領域技術人員已知的各種方式將處理配方施用于織物底材上。如可通過標準浸軋(浸漬和擠壓)的方法并在強制空氣循環烘箱中干燥(雖然可采用本領域技術人員所公知的任何適宜的干燥方式)來處理織物底材。例如，其他干燥方法包括在蒸汽發生器上進行干燥、通過紅外輻射進行干燥和采用微波進行干燥。
正如我們可從示意處理可噴墨打印底材的浸漬和擠壓(浸軋)法10的圖1中看到的那樣，織物底材20從進料滾筒30中松開然后在飽和劑槽/浴40中浸漬足夠的時間使得其被處理配方所飽和(完全浸漬)。這個時間隨底材品種的不同而異。浸漬時間優選為約1-2秒。然后使織物底材通過加壓壓料輥裝置44和48。根據所用織物底材的類型以及所用處理配方的總固體含量，輥上的壓力范圍應為約10-120psig，但優選為約10-65psig。加壓壓料輥將涂料均勻地擠壓至底材上以便滲透底材的表面。輥的材料可以是橡膠，也可以是鋼，但優選一組輥中至少有一個的材料是橡膠。織物底材通過加壓壓料輥后再穿過干燥裝置50(如強制空氣循環烘箱)。根據所干燥底材的性質，干燥裝置可包括用于支撐織物底材的張布架，并且其本身可包括多個依次連接的干燥裝置。干燥溫度范圍優選為約225-325°F。優選該溫度應為240-270°F。通常干燥的時間為約30秒至2分鐘，但優選約1分鐘。干燥后將完成處理后的織物底材70收至卷輥52上。織物底材可卷起儲存或送至制備噴墨打印的層壓工藝。
通過采用這種施用方法，織物底材的干燥附著比(pick-up ratio)可為約0.5-50％。優選該干燥附著比為約3％至約20％。更優選該干燥附著比為約6％至約15％。織物底材的濕附著比通常為約30-150％。優選這種濕附著比為約80-120％。對大可綸旗幟而言優選濕附著比為約40-120％。
根據以下系列通式計算干燥附著百分數。這些方程式描述于SabitAdanur，Ph.D.的Wellington Sears Handbook of Industrial Textiles，1995年版權，第179頁。 從以下方程式中得到表格中干燥附著量(％)的值。
干燥附著量(％)＝((濕重/基重)×100)-100×％固體(TS)可根據本發明方法進行處理的底材千變萬化，雖然優選織物底材，但可包括紙張、織物、膜等。這種織物可包括(但不限于)棉、絲綢、羊毛、聚酯、嫘縈、尼龍及其各種摻合物以及無紡材料。此外，所公開的噴墨底材能提供此處公開的各種好處，包括或不包括使用熱的后打印固化步驟(即干燥、蒸汽、輻射或加壓)。理想情況是這種處理后的底材僅在環境溫度或室溫下對打印的圖象進行固化或干燥即可提供色料的粘合性和/或色牢度。然而應注意的是，雖然對于本發明工藝而言后打印固化步驟不是必不可少的，但該步驟可以提高打印圖象在底材上的色牢度和耐洗性。可通過這些配方處理的各種織物材料的基重優選為每平方碼約2盎司(osy)至約9osy。
可用于在處理后的底材上打印的噴墨打印機中的染料種類包括酸性染料、活性染料、直接染料、偶氮染料、硫化染料、改性染料、聚合染料、共聚染料或本領域技術人員公知的其他類型的色料。此外，顏料色料也可用于打印在這種底材上的噴墨打印機中。我們也發現，當采用含有各種添加劑(如過渡金屬元素螯合物或各種過渡金屬混合物的螯合物，如此處通過全部引用并入本文的Woof的美國專利號5,897,694以及1998年7月2日申請的美國申請系列號09/109,681中所述的那些螯合物)的噴墨油墨打印在這種底材時，可以進一步提高這種底材處理的效果以提供增強的色牢度和耐洗性。
在本發明另一個實施方案中，上述處理配方可用于處理標牌和旗幟織物底材的方法中。這種底材材料包括100％的棉、100％的聚酯、100％的絲綢、尼龍、人造絲和各種摻合材料(如棉與聚酯的摻合物)以及將在以下實施例中描述的無紡布。例如，我們發現采用包括陽離子聚合物、織物軟化劑和任選的膠乳聚合物粘合劑的含水配方根據前述方法對旗幟織物底材進行預處理后可以使旗幟底材變成可噴墨打印，并且色牢度/顏色密度和耐洗性得到提高，滲色減少。同樣地，本發明也涉及一種經過處理的可噴墨打印的旗幟底材，其中所述處理包括一種陽離子聚合物或共聚物、織物軟化劑和任選的膠乳粘合劑的含水配方。優選處理后的可噴墨打印的旗幟底材包括約5-95％的陽離子聚合物或共聚物、約5-20％的織物軟化劑和約0-80％的膠乳粘合劑的處理。
本發明的另一個實施方案涉及一種制作或生產可噴墨打印織物底材層壓件的方法，以及便利于在常見的市售噴墨打印或激光打印設備(如寬版式或窄版式噴墨打印機和激光打印機)中使用這種底材的具有襯底材料的可噴墨打印織物底材層壓件的結構。這種打印機設備進料或夾持機構需要一種可以在打印頭或打印鼓下移動或通過的硬質底材。大多數的織物底材缺乏進料、移動的尺寸穩定性，或相反通過這種機構不能充分發揮作用。此外，在織物層壓材料中使用常見的市售含蠟牛皮紙作為襯底材料并不能為打印到織物底材上的油墨提供吸收性。相反油墨通過底材進入蠟紙襯底，其結果是轉移至與襯底材料片接觸的織物底材的背面。
本發明提供一種制備具有改進的色牢度與耐洗性的可噴墨打印織物底材層壓材料的方法，該方法在前述類型的處理后織物底材上利用紙質載體/襯底片以便確保底材在噴墨打印或激光打印設備中的性能。
該方法包括采用包括約5-95％的陽離子聚合物或共聚物、約5-20％的織物軟化劑和任選約0-80％的膠乳粘合劑的配方處理織物底物并將該織物底物層壓至已涂敷粘合劑的、用膠乳浸漬的紙載體上。一旦生產出紙襯底的處理后的織物層壓材料，則該材料很容易通過噴墨打印機。
或者該方法也可包括采用包括約5-95％的陽離子聚合物或共聚物和約5-20％的織物軟化劑的配方處理織物，然后將織物底材層壓至已涂敷粘合劑、采用膠乳浸漬的紙載體上，粘合劑能夠從所述處理后的織物底材中剝離出來而不會留下粘合劑殘余物或將一部分紙載體轉移至織物底材。
在另一個實施方案中，該方法包括采用包括約5-95％的陽離子聚合物或共聚物、約5-20％的織物軟化劑和約0-80％的膠乳粘合劑的配方處理織物并將該織物底材層壓至已涂敷粘合劑的、用膠乳浸漬的紙載體上，粘合劑能夠從所述處理后的織物底材中剝離出來而不會留下粘合劑殘余物或將一部分紙載體轉移至織物底材。
此前已對可打印的底材的性質做過表征。紙襯底材料/載體性質特征為含有軟質牛皮紙漿的纖維素基片材，為改進其尺寸穩定性可用軟質丙烯酸膠乳飽和，隨后可涂敷所選的粘合劑。當圖象打印到織物底材上時優選襯底片或載體紙能夠從噴墨打印過程中吸收一些過量的油墨，并且其包括可剝離的涂料。這種載體/襯底紙可從Roswell(Georgia)的Kimberly-Clark Corporation購得，品級代碼為0140PO和5128PO。這種紙的特征為具有包括尺寸穩定性、油墨或溶劑吸收性以及打印前、打印期間和打印后紙質襯底的撓性的性能屬性。
載體紙優選采用能均勻施用于底材上并且在打印后容易從底材中剝離出來的粘合劑進行涂敷。粘合劑的特征是其將底材附著于襯底材料上的能力，使得整個層壓材料能平穩進料或與打印設備的進料或夾持機構協調作用。此外，這種粘合劑或化合物的另一個特征是便利于襯底材料的容易脫除而不會將粘合劑和/或襯底材料轉移至打印的織物底材。這些粘合劑材料可包括壓敏粘合劑體系中的膠乳或橡膠的各種組合物，并且附著于紙載體后優選其剝離強度值約為5-25克/英寸(由以下的方法進行測量)。這種涂敷粘合劑的紙可得自Moorestown(New Jersey)的American Biltrite，牌號分別為ProtecRite_6798和ProtecRite_6582。牌號為6798的涂敷粘合劑的襯底紙包括公稱厚度為5.4ml、初粘合值為27盎司/英寸、拉伸強度為16磅/英寸以及伸長容量為10％的紙。牌號為6582的涂敷粘合劑的襯底紙包括公稱厚度為5.2ml、對鋼的初粘合值為16盎司/英寸、拉伸強度為18磅/英寸以及伸長容量為12.5％的紙。
各種織物層壓至這些涂敷粘合劑的紙可通過橡膠-橡膠或橡膠-鋼輥夾(加熱或不加熱)來完成，并且能夠改變夾壓及線速度以確保兩個底材層得到充分的層壓粘合。線速度可為3-50碼/分、優選為5-20碼/分。如圖2所示，通過從進料輥120中拉出處理后的織物底材70并經夾140可完成將襯底層壓至可噴墨打印底材的層壓過程。已襯粘合劑的紙95從進料輥160中解開并隨后進料至夾中的織物。在壓力下和任選在夾140處進行加熱(如蒸汽加熱層壓夾中的一個輥)使兩層結合在一起，織物底材與粘合劑涂敷紙之間發生粘合。層壓輥可以是經過加熱的鋼輥，也可以是不用加熱的橡膠輥。優選層壓輥之間的壓力約為15-120psig、更優選約為20-120psig。如果采用蒸汽加熱其中一個輥，則蒸汽壓優選為約0(室溫)至65psig。如需要，輥的加熱溫度可為約室溫至210°F。這將隨織物種類和結構以及涂料成分的不同而異。層壓后將紙襯底的織物底材170卷到貯存輥180或整理后包裝。
如圖3的橫截圖所示，最終的層壓材料100包括織物底材70(其表面71作為打印用)和涂敷附著于其上的襯底層95的粘合劑98。以這種方式便得到了可通過噴墨打印機并且在一面71上能夠接收噴墨圖象的層壓材料。
根據本發明的另一個實施方案，提供了一種通過上述方法，采用如此處所述的處理后的織物底材制得的消費制品。這種制品可包括如廣告牌、信號旗、墻紙和其他家庭裝飾產品。因而根據本發明，施用于此處所述的處理后的底材的噴墨打印圖象，即使打印后底材反復與水接觸也不會脫落。這種反復的接觸可以來自制品的日常處理、偶然置于液體中和制品常規的洗滌。根據本發明的制品包括含有打印于其上的噴墨圖象的處理后底材時，所得的圖象牢牢地粘合于所述底材上，不會由于所述制品的洗滌而從中脫落。
本發明通過以下的實施例作進一步的描述。但無論如何都不能將這些實施例視為對本發明精神或范疇的限制。
實施例表1
由于以上實施例A的需要，CP 7091 RV為ECC International的二烯丙基二甲基氯化銨/雙丙酮丙烯酰胺共聚物。Encad GA油墨采用標準的單體染料。測試樣品的為品紅油墨。樣品采用手洗。采用分光光密度計和以下實施例B中所述的方程式計算樣品的ΔE。樣品采用前述浸漬和擠壓法制備并通過壓力輥夾進行層壓。實施例A中的涂料配方僅包括含水配方中的陽離子聚合物。所得涂敷后的樣品觸摸起來很硬。
然后在實施例B中采用膨脹涂料配方在各種織物底材上進行更嚴格的測試。這些織物底材包括下表2中所列舉的材料。
表2
U.S.Silk，Inc.位于紐約，NY。Guilford Mills位于紐約，NY。ScherFabrics，Inc.位于紐約，NY。Cranston Mills位于Cranston，RI。LorberIndustries位于Gardena，CA。Fisher Textiles位于Indian Trail，NC.
表3實施例B試驗的油墨
樣品的大小通常為11×15英寸。此外，使用淡紫色、綠色和品紅色的花卉三色打印機(大小約為14×25英寸)用于測試。當難以區分綠色色調時也評估樣品的中性點(即沒有油墨之處)。顏色測定根據CIE 1976(Commisson Internationale de I’Eclairage)，采用X-Rite 938分光光密度計(發光物D65/觀測儀10°)和CMY濾色片對打印后的織物底材進行常規L*a*b*色值和光密度的測定。按照生產商的操作指南操作分光光密度計。X-Rite分光光密度計得自Grandville(Michigan)的X-Rite Corporation。平均光密度為使用每個濾色片得到的三個測量值的平均值的總和。根據以下方程式計算ΔEΔE＝SQRT[(L*標準-L*樣品)2+(a*標準-a*樣品)2+(b*標準-b*樣品)2]根據ASTM DM2244-93和ASTM E308-90進行測試。ΔE越大，則顏色強度的變化越大。除非通過固化步驟(如蒸汽加熱)來提高ΔE，否則ΔE大幅度增加通常意味著褪色。在樣品打印24小時后進行L*a*b*測試。當ΔE值小于3.0時，因人類眼睛無法觀察到這種顏色變化而一般為人所接受。有關分光光密度計測試的詳細描述可參見AATCC(American Association of Textile Chemicals & Colorists)于1997年出版的“紡織工業中的顏色技術”(第二版)。織物樣品的洗滌方法織物樣品采用以下方法進行洗滌。將樣品置于大小合適的燒杯或容器(如1升燒杯)內。然后將樣品在流動的冷水(約10-20℃)中放置約2分鐘。將冷水從織物樣品中排出。然后燒杯裝入熱水(約40-50℃)和1盎司/每加侖水的洗滌劑(Synthrapol_)。然后洗滌織物樣品約5分鐘，漂洗并排出剩余的水。最后用熱水(約25-30℃)漂洗織物樣品2分鐘，再用冷水(約10-20℃)漂洗約1分鐘。
雖然通常不要求固化，但為了比較起見我們打印第二組樣品并隨后用蒸汽加熱器加熱(約25分鐘)。實施例B試驗的目的是，如果所表征的色牢度水平很差，則將發生可觀察到的滲色或芯吸現象。如果所表征的耐洗性很差，則圖象將被洗掉。如果所表征的色牢度和耐洗性水平良好，則其色亮度及圖象保留性明顯優于差水平的色牢度和耐洗性。如果所表征的色牢度和耐洗性相當優異，則各種顏色性能和亮度以及顏色密度都是最佳的。
在下表4中反映了樣品的ΔE值。應注意的是，ΔE值可為0-100，優選較低的值，因其代表顏色亮度/褪色的最小損失。ΔE值是“處理并洗滌后”的樣品或“處理并干洗后”的樣品與“處理后”的樣品之間的比較。在一些情況下，ΔE值是“處理、蒸汽加熱并洗滌后”的樣品與“處理后”的樣品之間的比較。能夠不用涂料進行打印的織物具有較差的打印屬性且遭遇完全沖蝕(ΔE理論值約為100)。以下是采用如試驗21中所述的涂料配方進行處理的應用于Cranston棉樣品的數據。
表4
試驗23使用試驗21所用的配方處理100％絲綢charmeuse織物。該織物所得結果與試驗21類似。采用市售干洗設施清潔該底材，樣品結果示于下表5。本試驗采用GS油墨組。
表5
試驗24將10.1份(濕)陽離子共聚物CP 7091 RV(ECC International)(49.3％水溶液)(5份(干)或約為總份數(干)的45％)加入到48.8份水中并混合。加入11.5份(濕)PrintRite_591丙烯酸乳狀液(BF Goodrich，43.5％水溶液)(5份(干)或約為總份數(干)的45％)和21.3份(濕)Varisoft_222織物軟化劑(4.7％水溶液)(1份(干)或約為總份數(干)的9％)，混合整個溶液直至均勻。通過軋染采用該配方處理100％棉府綢并進行干燥。采用試驗1所述的程序打印樣品并進行評估。所打印的樣品表現出優異的圖象質量(很少或沒有滲色)，優異的油墨保留性以及優異的顏色密度。未進行過蒸汽加熱的樣品在洗滌時表現出良好的顏色保留性。蒸汽加熱后的樣品的顏色和外觀表現出極大的提高。蒸汽加熱后的樣品和未進行過蒸汽加熱后處理的樣品的耐洗性在洗滌時表現出中等的顏色保留性。本試驗采用GS油墨組。試驗25使用試驗24所用的配方處理85/15尼龍/萊克拉摻合物織物。該織物所得結果與試驗24類似。本試驗采用GS油墨組。試驗26將10.1份(濕)陽離子共聚物CP 7091 RV(ECC International)(49.3％水溶液)(5份(干)或約為總份數(干)的45％)加入到48.8份水中并混合。加入11.5份(濕)PrintRite_595丙烯酸乳狀液(BF Goodrich，43.5％水溶液)(5份(干)或約為總份數(干)的45％)和21.3份(濕)Varisoft_222織物軟化劑(4.7％水溶液)(1份(干)或約為總份數(干)的9％)，混合整個溶液直至均勻。通過軋染采用該配方處理100％棉府綢并進行干燥。采用試驗1所述的程序打印樣品并進行評估。所打印的樣品表現出優異的圖象質量(很少或沒有滲色)，優異的油墨保留性以及優異的顏色密度。未進行過蒸汽加熱的樣品在洗滌時表現出良好的顏色保留性。蒸汽加熱后的樣品的顏色和外觀表現出極大的提高。與未處理的樣品相比，顏色洗滌耐久性得到顯著提高。本試驗采用GS油墨組。試驗27使用試驗26所用的配方處理85/15尼龍/萊克拉摻合物織物。所打印的樣品表現出優異的圖象質量(很少或沒有滲色)，優異的油墨保留性以及優異的顏色密度。在這些樣品中顏色洗滌耐久性未得到改進。本試驗采用GS油墨組。試驗28將10.1份(濕)陽離子共聚物CP 7091 RV(ECC International)(49.3％水溶液)(5份(干)或約為總份數(干)的45％)加入到51.2份水中并混合。加入9.1份(濕)Airflex_540膠乳乳狀液(乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，55.2％水溶液)(5份(干)或約為總份數(干)的45％)和21.3份(濕)Varisoft_222織物軟化劑(4.7％水溶液)(1份(干)或約為總份數(干)的9％)，混合整個溶液直至均勻。通過軋染采用該配方處理100％棉府綢并進行干燥。采用試驗1所述的程序打印樣品并進行評估。所打印的樣品表現出優異的圖象質量(很少或沒有滲色)，優異的油墨保留性以及優異的顏色密度。未進行過蒸汽加熱的樣品在洗滌時表現出良好的顏色保留性。蒸汽加熱后的樣品的顏色和外觀表現出極大的提高。與未處理的樣品相比，顏色洗滌耐久性得到顯著提高。本試驗采用GS油墨組。試驗29使用試驗28所用的配方處理85/15尼龍/萊克拉摻合物織物。所打印的樣品表現出優異的圖象質量(很少或沒有滲色)，優異的油墨保留性以及優異的顏色密度。在這些樣品中顏色洗滌耐久性未得到改進。本試驗采用GS油墨組。試驗30將50.7份(濕)陽離子共聚物CP 7091 RV(ECC International)(49.3％水溶液)(25份(干)或約為總份數(干)的18-19％)加入到881.9份水中并混合。加入181.3份(濕)Airflex_540膠乳乳狀液(乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，55.2％水溶液)(100份(干)或約為總份數(干)的74％)和11.1份(濕)Varisoft_222織物軟化劑(90％水溶液)(10份(干)或約為總份數(干)的7％)，混合整個溶液直至均勻。通過軋染采用該配方處理250旦聚酯/棉旗幟織物并進行干燥。采用試驗1所述的程序打印樣品并進行評估。所打印的樣品表現出優異的圖象質量(很少或沒有滲色)，優異的油墨保留性以及優異的顏色密度。顏色洗滌耐久性得到顯著提高而無須蒸汽加熱或其他步驟。試驗31將50.7份(濕)陽離子共聚物CP 7091 RV(ECC International)(49.3％水溶液)(25份(干)或約為總份數(干)的18-19％)加入到878.0份水中并混合。加入181.3份(濕)Airflex_540膠乳乳狀液(乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，55.2％水溶液)(100份(干)或約為總份數(干)的74％)和15.0份(濕)Adogen_432織物軟化劑(66.7％水溶液)(10份(干)或約為總份數(干)的7％)，然后混合整個溶液直至均勻。通過軋染采用該配方處理250旦聚酯/棉旗幟織物并進行干燥。采用試驗1所述的程序打印樣品并進行評估。所打印的樣品表現出優異的圖象質量(很少或沒有滲色)，優異的油墨保留性以及優異的顏色密度。顏色洗滌耐久性得到顯著提高而無須蒸汽加熱或其他步驟。
實施例30-35中的織物樣品均采用得自Encad Inc的Encad GO油墨組進行打印。試驗32使用試驗31所用的配方處理聚酯府綢織物。所打印的樣品表現出優異的圖象質量(很少或沒有滲色)，優異的油墨保留性以及優異的顏色密度。顏色洗滌耐久性得到顯著提高而無須蒸汽加熱或其他固化步驟。試驗33使用試驗31所用的配方處理聚酯緞紋織物。所打印的樣品表現出優異的圖象質量(很少或沒有滲色)，優異的油墨保留性以及優異的顏色密度。顏色洗滌耐久性得到顯著提高而無須蒸汽加熱或其他固化步驟。此外，樣品還擁有優異的目視顏色反射性。可通過目測觀察或漫反射法測量這種品質。試驗34使用試驗31所用的配方處理聚酯府綢織物。所打印的樣品表現出優異的圖象質量(很少或沒有滲色)，優異的油墨保留性以及優異的顏色密度。顏色洗滌耐久性得到顯著提高而無須蒸汽加熱或其他步驟。試驗35使用試驗31所用的配方處理聚酯緞紋織物。所打印的樣品表現出優異的圖象質量(很少或沒有滲色)，優異的油墨保留性以及優異的顏色密度。顏色洗滌耐久性得到顯著提高而無須蒸汽加熱或其他步驟。此外，樣品還擁有優異的顏色反射性。試驗36將50.7份(濕)陽離子共聚物CP 7091 RV(ECC International)(49.3％水溶液)(25份(干)或約為總份數(干)的17％)加入到993.5份水中并混合。加入230.9份(濕)PrintRite_591丙烯酸乳狀液(BF Goodrich，43.3％水溶液)(100份(干)或約為總份數(干)的68-69％)和296.3份(濕)Varisoft_475織物軟化劑(6.8％水溶液)(20份(干)或約為總份數(干)的13-14％)，混合整個溶液直至均勻。通過軋染采用該配方處理100％絲綢charmeuse并進行干燥。濕附著比為140％。采用試驗1所述的程序打印樣品并進行評估。所打印的樣品表現出優異的圖象質量(很少或沒有滲色)，優異的油墨保留性以及優異的顏色密度。未進行過蒸汽加熱的樣品洗滌時表現出良好的顏色保留性。蒸汽加熱后的樣品在的顏色和外觀表現出極大的提高。與未處理的樣品相比，顏色洗滌耐久性得到顯著提高。本試驗采用GS油墨組。試驗30-36的結果根據ASTM測試法G26，當采用Encad GO油墨打印時，打印在實施例29-35的織物樣品上的圖象是耐水的，并顯示出可接受的室外耐曬穩定性。ASTM測試法G26包括以下步驟按照用于非金屬材料曝曬的光曝曬(氙弧類型)操作(有水或無水)的ASTM G26的標準操作規程由以下程序組成。對連續曝曬于光并且間歇曝曬于灑水的采用測試方法1。所用的設備型號包括Altas Ci5000。根據生產商的說明書儀器為連續光曝曬及間歇灑水編程。光曝曬的常規周期為102分鐘，接著采用18分鐘的光曝曬及灑水的周期。這些樣品數據的檢測示于下表6中。打印模式為雙擊式，6小時后進行102分鐘光曝曬，18分鐘的灑水。
表6
通過采用Chatillon LTCM-6長工作臺面壓縮和粘合測試儀(NorthCarolina的Chatillon of Greensboro制造)測定根據本發明方法制成的層壓材料的剝離強度以便確定所制備的層壓材料的粘合強度。基于此，我們將測試材料的樣品切成2英寸(縱向)×6英寸(橫向)的小塊。
剝離樣品的各層(約0.5英寸)，將每層置于相對安裝的板上。將設備的速度設置為12英寸/分，記錄脫層力(克)。織物剝離強度測試可測量出將織物從粘合紙上脫層出來的力(克)。通常測量縱向、也即材料制造方向的剝離粘合/脫層。所有的公差均為24.0℃的平均溫度條件和31-71.2％相對濕度下測得。將不同類型的織物層壓至各種涂敷粘合劑的紙上得到剝離強度值范圍。應注意的是，實驗表明橫向測試條露出較少的斷線，這些斷線可從機織織物中分離出來，附著于粘合劑上并隨著測試的進行和隨著斷線從織造結構中拔出，由于力的增加而造成錯誤(較高)的剝離值，在機織織物的情況下尤其如此。
各種織物底材的剝離強度值示于下表7。
表7層壓織物的剝離強度數據
所需的織物類型的涂料如下棉府綢和jersey針織采用試驗21所述的總固體為13％的涂料；中國絲縐和Charmeuse采用試驗36所述的總固體為7％的涂料；聚酯喬其紗采用試驗30所述的總固體為32％的涂料；聚酯假緞和聚酯大可綸采用總固體為32％的前述涂料，聚酯府綢采用總固體為20-25％的前述涂料。
雖然本發明參照其優選實施例進行了詳細描述，但應清楚的是在不偏離本發明精神及范疇(如在以下所提出的權利要求)的前提下可以做出許多修改和增減。
權利要求
1.一種含有固體的含水涂料配方，包括a)陽離子聚合物或共聚物，和b)織物軟化劑。
2.權利要求1的含水涂料配方，其中所述陽離子聚合物或共聚物的存在量約為總固體的5-95％。
3.權利要求1的含水涂料配方，其中所述織物軟化劑的存在量約為總固體的5-20％。
4.權利要求1的含水涂料配方，還包括膠乳粘合劑。
5.權利要求4的含水涂料配方，其中所述膠乳粘合劑的存在量約為總固體的0-80％。
6一種含有固體的涂料配方，此涂料配方用于處理噴墨打印的織物底材，并包括a)陽離子聚合物或共聚物；b)織物軟化劑；和c)水。
7.權利要求6的涂料配方，其中所述陽離子聚合物或共聚物的存在量約為總固體的5-95％。
8.權利要求6的涂料配方，其中所述陽離子聚合物或共聚物為季銨聚合物。
9.權利要求6的涂料配方，其中所述聚合物選自二烯丙基二烷基銨單體、丙烯酸酯和丙烯酰胺、丙烯酰氨基乙基二甲基氯化銨單體、季銨化乙烯基吡啶、多烷基胺和表鹵代醇-胺的各種聚合物或共聚物。
10.權利要求6的涂料配方，其中所述陽離子聚合物為聚(二烯丙基二甲基氯化銨-共-雙丙酮丙烯酰胺)。
11.權利要求6的涂料配方，其中所述織物軟化劑在配方中的存在量約為總固體的5-20％。
12.權利要求11的涂料配方，其中所述織物軟化劑為陽離子或非離子。
13權利要求12的涂料配方，其中所述織物軟化劑為烷基化銨化合物。
14.權利要求6的涂料配方，還包括膠乳粘合劑。
15權利要求14的涂料配方，其中所述膠乳粘合劑在配方中的存在量約為總固體的0-80％。
16.權利要求15的涂料配方，其中所述膠乳粘合劑為陽離子或非離子。
17.權利要求16的涂料配方，其中所述膠乳粘合劑選自乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯、丙烯酸酯、苯乙烯和苯乙烯-丙烯酸酯樹脂。
18.含有固體的涂料配方，此涂料配方用于處理噴墨打印的織物底材，并包括a)陽離子聚合物或共聚物，其中所述陽離子聚合物或共聚物的存在量約為總固體的5-95％；b)織物軟化劑，其中所述織物軟化劑的存在量約為總固體的5-20％；c)膠乳粘合劑，其中所述膠乳粘合劑的存在量約為總固體的0-80％；和d)水，其中配方的總固體含量約為5-50％。
19.權利要求18的涂料配方，其中配方的總固體含量約為5-32％。
20.權利要求19的涂料配方，其中配方的總固體含量約為25-28％。
21.處理底材以便改進打印于底材之上的噴墨油墨的粘合性、色牢度和耐洗性而無須打印后固化步驟的方法，此方法包括a)提供底材；b)將底材浸于包括陽離子聚合物或共聚物和織物軟化劑的含水涂料配方中；使得底材浸透涂料；c)擠壓底材以便使涂料配方進入底材；d)干燥底材。
22.權利要求21的方法，其中底材選自機織或無紡織物材料。
23.權利要求22的方法，其中底材為機織材料。
24.權利要求23的方法，其中機織織物材料選自棉、絲綢、羊毛、聚酯、嫘縈、尼龍及其各種摻合物。
25.權利要求22的方法，其中織物材料約為2-9osy。
26權利要求21的方法，其中所述含水涂料配方還包括膠乳粘合劑。
27.權利要求26的方法，其中底材選自機織或無紡織物材料。
28權利要求27的方法，其中底材為機織織物材料。
29.權利要求28的方法，其中機織織物材料選自棉、絲綢、羊毛、聚酯、嫘縈、尼龍及其各種摻合物。
30.權利要求29的方法，其中織物材料約為2-9osy。
31.根據權利要求21的方法進行處理的底材。
32.根據權利要求26的方法進行處理的底材。
33.層壓材料，包括a)已采用具有固體的、包括陽離子聚合物或共聚物和織物軟化劑的含水涂料處理的底材層；b)粘合劑層；c)吸收襯底層。
34.權利要求33的層壓材料，其中所述陽離子聚合物在所述涂料中的存在量約為總固體的5-95％，所述織物軟化劑在所述涂料中的存在量約為總固體的5-20％。
35.權利要求33的層壓材料，其中所述粘合劑層使得能夠脫除吸收襯底層而不使粘合劑層或襯底層轉移至底材層。
36.權利要求33的層壓材料，其剝離強度約為5-25克/英寸。
37.權利要求33的層壓材料，其中所述吸收襯底層為被丙烯酸膠乳所浸透的纖維素片。
38.權利要求33的層壓材料，其中所述吸收襯底層為含有被丙烯酸膠乳所浸透的軟木牛皮紙漿的纖維素片。
39.權利要求33的層壓材料，其中所述涂料還包括膠乳粘合劑。
40.權利要求39的層壓材料，其中所述膠乳粘合劑在所述涂料中的存在量約為總固體的0-80％。
41權利要求40的層壓材料，其中所述粘合劑層使得能夠脫除吸收襯底層而不使粘合劑層或襯底層轉移至底材層。
42.權利要求41的層壓材料，其剝離強度約為5-25克/英寸。
43.權利要求42的層壓材料，其中所述吸收襯底層為被丙烯酸膠乳所浸透的纖維素片。
44.權利要求43的層壓材料，其中所述吸收襯底層為含有被丙烯酸膠乳所浸透的軟木牛皮紙漿的纖維素片。
全文摘要
可以處理各種織物底材以便改進噴墨打印油墨配方的色牢度及耐洗性。含水處理配方包括約5－95%的陽離子聚合物或共聚物和約5－20%的織物軟化劑。此外,配方還可包括約0－80%的聚合膠乳粘合劑以提高耐洗性。這些百分數均基于固體含量的常規測量。
文檔編號D06P5/22GK1351685SQ00805457
公開日2002年5月29日 申請日期2000年3月23日 優先權日1999年3月25日
發明者K·D·布蘭哈姆, A·S·巴格維爾, A·S·戈頓, L·E·澤拉佐斯基 申請人:金伯利-克拉克環球有限公司