建筑材料的喷墨装饰的制作方法

本申请要求于2017年9月26日提交的第15/715,965号美国专利申请以及2016年9月26日提交的第62/400,038号美国临时专利申请的优先权，这两篇专利的全部内容通过引用并入本文中。

本发明涉及喷墨印刷。更具体地，本发明涉及建筑材料的喷墨装饰。

背景技术：

目前采用预着色的集料(aggregate)和/或颗粒装饰来装饰沥青(asphalt)，柏油(bitumen)或油毛毡面板(rubberoidshingles)以提供纹理和颜色。在沥青涂覆之后，通过模拟瀑布技术施加预着色的集料/颗粒，然后进行压轧和整理。需要多个模拟应用过程和专色(spotcolor)存储设备以产生特定设计。

图1表示将装饰性颗粒施加到屋顶基材上的目前方法，其中玻璃纤维垫10在拼接台12处进行拼接。将拼接垫传送至垫子累积器(mataccumulator)14，然后在沥青涂覆器16处涂覆沥青。将集料/颗粒施加到玻璃纤维垫18的沥青涂覆的表面上。剥离带(releasetape)组件20和冷却组件22进一步处理现已被涂覆的垫子。最后，将垫子切成面板24，包裹成捆26，并用托盘装载28。这显示出目前方法的一些局限性(参见http://www.carmeusena.com/sites/default/files/shingelmfg.jpg)。

目前，在使用预着色颗粒将沥青施加到玻璃纤维垫上以获得所需的色度(hue)，色泽(shade)，色彩(tint)，和色调(tone)之后，或多或少地随机施加颜色。颗粒的目前应用方法排除了使用目前的制造技术以生成更复杂的图案，例如，屋顶材料表面上的木纹或石头。

申请号为us2007/0077361，标题为具有反射薄膜的屋顶制品及其制造方法的专利，涉及通过银，铝，铜，锌，锡，金，钯，镍，及其合金的真空沉积应用来改善屋顶材料的红外反射率的方法。该专利的一部分谈及采用金属和非金属氧化物的透明涂层以改善底层(underlying)涂层的长期耐久性的可能性。

申请号为wo/2005/094444，标题为一种建筑膜的pct专利描述了被用以生成用于不同类型的建筑材料的单层涂层的热固性塑料，该建筑材料包括沥青或柏油面板，以及瓷砖，板岩，木材，以及砖材料。可使用多种技术(例如柔版印刷(flexo)，凹版印刷(gravure)，以及喷墨)来施加涂层。

申请号为us20060229382，标题为用于喷墨印刷的水基着色剂的制备的专利，描述了一种用于有机颜料的水基配方，该有机颜料被喷墨至多种基材(包括屋顶面板)上。可固化的有机粘合剂体系用于提供对基材的粘附性以及膜的连续性。

专利号为us8932718，标题为用于水泥复合材料制品的涂层系统，描述了一种由胶乳或环氧树脂组成的体系，该体系可处于水性连续相中，用于涂覆多种建筑材料，特别是水泥，水泥纤维板，木材，以及玻璃纤维基材。

申请号为wo2014111608，标题为具有光泽效果的彩色熔料的pct专利涉及有色金属熔料的应用，该有色金属熔料可被用于陶瓷，玻璃，或金属基材以提供上述基材的装饰。这些熔料必须进行烧制以达到所需的效果。在一段落中提及了在屋顶面板上印刷的可能性。但是，针对该应用并没有专门概述明确的方法或配方。

技术实现要素：

本发明的实施方案涉及将陶瓷或金属氧化物着色的油墨印刷到沥青，柏油，或油毛毡背衬的屋顶材料上。另外，本发明的实施方案允许油墨粘附到热塑性聚烯烃(tpo)和聚氯乙烯(pvc)屋顶基材上。

附图说明

图1表示将装饰性颗粒施加到屋顶基材上的目前方法，并且显示了目前方法的一些局限性；以及

图2表示打印机和油墨在主基材(即具有装饰性颗粒的屋顶基材)上施加更为复杂的图案的能力。

具体实施例

本发明的实施方案涉及将陶瓷或金属氧化物着色油墨印刷到沥青，柏油，或油毛毡背衬屋顶材料上。另外，本发明的实施方案允许油墨粘附到tpo和pvc屋顶基材上。

使用无机油墨技术进行建筑材料装饰，可为这种材料带来喷墨技术的所有优点。打印机的选择取决于应用要求。单通道(singlepass)打印机，类似于efi制造的cretaprint瓷砖打印机，可被用于更高吞吐量(throughput)，更低分辨率的应用。如果需要更高的分辨率，则可以使用其他市售的宽幅(wideformat)或超宽幅打印机。制造效率随着更短运行的机会而增加。

按需印刷可降低原材料以及成品(finishedgood)库存水平，并有可能降低劳动力以及原材料成本。如本文所述，将无机颜料喷墨至屋顶基材上，允许更大的色域(colorgamut)并具有增强的分辨率以产生更复杂的图案。

另外，具有无机颜料的油墨比基于有机的颜料具有更高的耐光性以及耐候性。无机颜料对屋顶颗粒也具有天然亲和力，无需固化/烧结。地质聚合物(geopolymer)粘合剂也可作为油墨中的组分或作为表面涂层(top-coat)而被添加到屋顶材料中，以进一步改善印刷产品的耐光性以及长期耐候性。

地质聚合物可包括但不限于二氧化硅-氧化物(silica-oxide)(-si-o-si-o-)，二氧化硅铝酸盐(silicaaluminate)(-si-o-al-o-)，铁-二氧化硅-铝酸盐(ferro-silica-aluminate)(-fe-o-si-o-al-o-)或铝磷酸盐(aluminophosphate)(-al-o-p-o-)。地质聚合物的来源可衍生自但不限于偏高岭土，二氧化硅材料，和/或溶胶-凝胶衍生的材料。

本发明的实施方案包括喷墨油墨，该喷墨油墨可被用于着色屋顶基材，特别是用于装饰的颗粒。关于图1，本发明的一个实施方案提供在沥青冷却之前或之后将集料/颗粒施加到玻璃纤维垫的沥青涂覆表面上之后的工作流程内的喷墨打印机。

本文所公开的油墨的实施方案包括：

1.分散在脂族酯，二醇醚，水，或烃连续相中的无机颜料，其中：

a.存在一种或多种聚合物超分散剂(hyper-dispersants)以实现稳定的分散；这种聚合物超分散剂的示例包括但不限于byk-180，solspersej981，tego1010，lambertifluijet；

b.可存在用以实现稳定的分散和/或基材粘合(binding)的硅烷或铝酸盐，包括但不限于烷氧基硅烷，烷氧基铝酸盐(alkoxyaluminates)，铝酸钙，以及胶体二氧化硅；

c.可存在无机粘合剂(binder)以有助于颜料粘附到基材上，该无机粘合剂包括但不限于胶体二氧化硅，硅氧烷衍生材料，羟基化粘土，铝酸钙，以及羟基化氧化铝；

d.可有助于提供喷墨所需性能(例如粘性，热稳定性，机械稳定性)的添加剂，例如但不限于流变改性剂(改性纤维素衍生物，硅镁土(attagel)，anti-terrau)，硅氧烷衍生材料，胶体二氧化硅，粘土，和/或表面活性剂(季胺，硅氧烷表面活性剂，氟化烃)；和

e.粘合剂，其允许油墨粘附到pvc和tpo屋顶基材上，例如但不限于氯化烃，氯化表面活性剂，和/或芳烃(甲苯，烷基化苯，烷基化萘)。

2.通过非冲击喷墨印刷方法，例如采用数字喷墨，将颜料分散体(pigmentdispersion)施加到(集料/颗粒)涂覆的屋顶基材上。

3.本发明的实施方案还可包括用于pvc和tpo屋顶基材的底漆(primer)，该底漆允许油墨粘附到基材上，例如但不限于氯化烃，氯化表面活性剂，和/或芳烃(甲苯，烷基化苯，烷基化萘)等。

本发明的实施方案可包括由地质聚合物，硅氧烷(silicone)，硅烷(silane)，或无色透明金属氧化物而组成的透明表面涂层，以改善颜料在基材上的耐光性和耐候性。地质聚合物可包括但不限于二氧化硅-氧化物(-si-o-si-o-)，二氧化硅-铝酸盐(-si-o-al-o-)，铁二氧化硅-铝酸盐(-fe-o-si-o-al-o-)或铝磷酸盐(-al-o-p-o-)。地质聚合物的来源可衍生自但不限于偏高岭土，二氧化硅材料，和/或溶胶-凝胶衍生材料。

示例油墨

30-50％wt连续相，该连续相由脂肪酸酯，水，乙二醇醚，或烃组成；

20-40％wt颜料，其用于着色；

1-10％wt超分散剂；

0-10％wt地质聚合物和/或粘合剂；

0-5％wt表面活性剂，流变改性剂，和/或硅氧烷。

目前陶瓷油墨产品可在很少或没有改性的情况下使用。概念验证(proof-of-concept)样品(见图2和3)是使用现有产品生成的，无需任何改性。该应用将使陶瓷油墨的体积增加10-15％。这将提高制造效率。

此外，在本发明的实施方案中，如本文所公开的无机油墨技术可被应用于其他建筑装饰市场，包括混凝土，石材，以及砌石(masonry)基材。因此，作为粘合剂和地质聚合物而列出的添加剂能以和上述示例油墨相同的相对比例进行使用。这些可被用于在这些其他基材上提供装饰。

在本发明的实施方案中，可获得宽色域，其使用目前可用的颜料来提供全范围的颜色，色泽，或色度。

图2表示打印机和油墨在主基材(即具有装饰颗粒的屋顶基材)上施加更复杂图案的能力。

尽管本文参考优选的实施方案描述了本发明，但本领域技术人员将容易理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可用其他应用来代替本文所述的那些应用。因此，本发明应当仅受以下所包含的权利要求的限制。