DE3408706A1

DE3408706A1 - Tinte fuer das strahldrucken

Info

Publication number: DE3408706A1
Application number: DE19843408706
Authority: DE
Inventors: Yog R. Glen Ellyn Ill. Bhatia
Original assignee: Dick Co Chicago Ill AB; AB Dick Co
Current assignee: Videojet Technologies Inc
Priority date: 1983-03-10
Filing date: 1984-03-09
Publication date: 1984-09-13
Anticipated expiration: 2004-03-10
Also published as: US4465800A; GB2137219A; JPS59202274A; GB2137219B; DE3408706C2; JPH0321582B2; CA1207999A; GB8406244D0

Description

DIPL.-1NG. GERHARD PULS (1952-I971)

lA-58 150 D-8000 MÜNCHEN 90

A.B.Dick SCHWEIGERSTRASSE 2

08.März 1984 telefon: (089)662051

telegramm: protectpatent Telex: 524070

Tinte für das Strahldrucken

Die Erfindung betrifft eine Tinte für das Strahldrucken mit verbesserter Haftung am Druckträger.

Das Strahldrucken ist bekannt; es erfolgt berührungslos zwischen der strahlerzeugenden Vorrichtung und dem Druckträger, wobei ein Tintenstrahl aus kleinen Tröpfchen gegen die Fläche des Druckträgers gerichtet und durch elektronische Steuerung bildgemäß auf diesem niedergeschlagen wird. Das Strahldrucken eignet sich besonders für unregelmäßige Flächen, insbesondere Böden von metallischen Getränkebehältern.

Die Eigenschaften von Tinten für das Strahldrucken müssen sorgfältig eingestellt werden, überspritzte Tinte wird gesammelt und in das Vorratsgefäß rückgeführt. Dies ist erforderlich, um das Tintenniveau in der Vorrichtung gleichzuhalten und relativ konstante Viskosität selbst bei Verdampfungsverlusten zu gewährleisten. Es ist auch wesentlich, die physikalischen Eigenschaften der Tinte einzustellen, nämlich Viskosität, elektrischen Widerstand, Oberflächenspannung, Schallgeschwindigkeit und Dichte.

Tinten für das Strahldrucken enthalten im allgemeinen ein Bindemittel in Form eines Harzes, einen löslichen Farbstoff und ein Lösungsmittel. Häufig enthalten sie noch

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Mittel zur Verringerung der Verdampfungsverluste, Mittel zur Einstellung des elektrischen Widerstands und verschiedene übliche Zusätze.

Das Bindemittel oder die Harzkomponente der Tinte für das Strahldrucken dient unter anderem zur Erreichung einer entsprechenden Haftung von Bild und Schrift am Druckträger. Für solche Tinten sind eine große Anzahl von Harzen bekannt (US-PS 4 210 566) , insbesondere Epoxyphenolharze und phenolmodifizierte Kolophoniumester-Harze. Eine der Hauptschwierigkeiten dieser bekannten Tinten ist ihr langsames Trocknen.

Aus der ÜS-PS 4 155 767 ist die Verwendung eines Resols bekannt, jedoch ist für die Anwendung dieses Harzes ein sehr toxisches Lösungsmittel, wie Tetrahydrofuran, erforderlich. Nach den US-PSen 4 024 096 und 4 045 397 ist die Verwendung linearer Novolakharze, die weniger toxische Alkohole als Lösungsmittel benötigen, bekannt. Jedoch führen diese Harze nicht zu einer optimalen Haftung auf einigen metallischen Druckträgern.

Aufgabe der Erfindung ist eine Tinte für das Strahldrukken, die obige Nachteile nicht aufweist und ein Harz enthält, welches eine sichere Bindung der Tinte auf dem Druckträger gestattet und mit billigen, wenig toxischen Lösungsmitteln bereitet wird. Eine diese Aufgabe lösende Tinte oder Druckfarbe ist mit ihren Ausgestaltungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet. Die erfindungsgemäße Tinte für das Strahldrucken enthält eine Harzkomponente in Form eines Resols, welches nach Verflüchtigung der Lösungsmittel zu härten vermag durch Altern oder Wärmeeinwirkung ohne zu schmelzen, wodurch eine bessere Haftung der Information, also Schrift und Bild, auf dem Druckträger erreicht wird. Diese Bindemittel gestatten die Anwen-

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dung billiger, nichttoxischer Lösungsmittel, nämlich niederer Alkohole mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, insbesondere Methanol und/oder Ethanol. Tinten mit einem Resol als Bindekomponente und einem niederen Alkanol und gegebenenfalls einem Keton als Hauptlösungsmittel gestatten eine verbesserte Haftung der Tinte auf dem Druckträger, auch wenn dieser Schmiermittelreste an seiner Oberfläche aufweist. Es wird vermutet, daß diese verbesserte Haftung auf der Fähigkeit des Resolharzes zum Härten nach Verflüchtigung des Lösungsmittels durch Altern oder Erwärmen ohne Schmelzen bei erhöhten Temperaturen beruht.

Die erfindungsgemäße Tinte kann auch übliche Komponenten oder Zusätze, wie sie für Strahldruck-Tinten angewandt werden, enthalten, insbesondere Mittel zur Verzögerung der Verdunstung, um Lösungsmittelverluste gering zu halten, lösliche Farbstoffe oder Pigmente für die angestrebte Farbe der Informationen und verschiedene lösliche organische Salze zur Stabilisierung der Tinte und Einstellung deren elektrischen Widerstandes.

Die phenolischen Bindemittel für die erfindungsgemäßen Tinten sind Resole, hergestellt durch Kondensation von Phenol mit überschüssigem Formaldehyd. Sie haben die allgemeine Strukturformel

OH

CH₂OH

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Die erfindungsgemäße Tinte kann nur dieses Resol als Bindemittel enthalten oder auch zusätzlich geringe Mengen anderer filmbildender Harze. Als Resol eignen sich handelsübliche Produkte (Bakelite BLS 2700®), enthaltend ein Resol in 10 % Wasser und 35 % Ethanol, Resinox 594®, d.i. ein Resol enthaltend 25 % Ethanol und 10 % Wasser sowie GP 5137®, ein Resol enthaltend 25 % Ethanol und 10 % Wasser.

Bei einer bevorzugten Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Tinte ist auch eine geringe Menge eines modifizierenden Harzes, vorzugsweise eines Butyralharzes, enthalten. Es wurde festgestellt, daß die Anwendung eines Butyralharzes in der Tinte eine Reaktion mit den Methylolgruppen des Resols begünstigt unter Bildung eines hochvernetzten Harzes, gleichbedeutend mit sicherer Haftung der Tinte auf dem Druckträger. Ein solches Vernetzen erfolgt nach dem Abdampfen des oder der Lösungsmittel(s) entweder durch Altern, also mit der Zeit, oder in der Wärme. Es kann auch ein handelsübliches Butyralharz zugesetzt sein, vorzugsweise Vinylbutyralharze ("Bakelite XYHL" ®) . Andere modifizierende Harze in geringen Mengen als Zusätze können angewandt werden, wie Styrol/Acrylsäure-Copolymere, Kolophonium, Kolophoniumester, Polyvinylalkohole, PoIyacrylate und Polyeppxyde.

Die Menge an Resol in der erfindungsgemäßen Tinte kann in weiten Grenzen schwanken, abhängig von dem speziellen Anwendungsgebiet der Tinte. Im allgemeinen werden 2 bis 30 Gew.-% Resol, bezogen auf das Gewicht der Tinte, vorzugsweise 8 bis 20 Gew.-%, angewandt. Wird zusätzlich ein Vinylbutyralharz eingesetzt, so soll dessen Menge für die Vernetzung ausreichen; sie beträgt im allgemeinen bis 1 Gew.-%, vorzugsweise bis 0,2 Gew.-%.

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Wie oben bereits darauf hingewiesen, ist einer der Vorteile der erfindungsgemäßen Tinte, daß relativ billige, nichttoxische Stoffe als Hauptlösungsmittel zur Anwendung gelangen, nämlich niedere Alkanole, wie Methanol, Ethanol und/oder Propanol, und gegebenenfalls zusätzliche Lösungsmittel, niedere aliphatische gesättigte Ketone, wie Aceton, Dimethylketon, Methylethylketon, Methylpropylketon, Methylisobutylketon und Ethylpropylketon. Im allgemeinen ist der Anteil an Keton mit 2 bis 6 C-Atomen bis zu 30 Gew.-%. Im allgemeinen ist das Lösungsmittel die Restmenge der Tinte über die anderen Bestandteile hinaus. Die Lösungsmittelmenge kann bis etwa 75 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Tinte, betragen. Als sekundäre Lösungsmitte !komponenten kann Wasser bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 5 Gew.-%, und viel geringere Anteile an niederen aliphatischen Estern von gesättigten Carbonsäuren mit 2 bis 5 C-Atomen, vorzugsweise < 5 Gew.-%, zur Anwendung gelangen.

Es kann wünschenswert sein, in die erfindungsgemäße Tinte Aminsalze einzubringen, um die Stabilität und den Widerstand der Tinte zu verbessern. Gute Ergebnisse erhält man mit einem löslichen organischen Salz, Hydroxylamin-hydrochlorid, in einer Menge von 0,02 bis 5 %, vorzugsweise 0,1 bis 0,8 %, zur Stabilisierung und Einstellung des Widerstands der Tinte. Manchmal ist es wünschenswert, insbesondere wenn ein Keton als Lösungsmittel enthalten ist, zusätzlich zu dem Hydroxylamin-hydrochlorid ein Aminsalz wie Dimethylamin-hydrochlorid bis zu 5 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 1 Gew.-%, zuzufügen.

Die erfindungsgemäße Tinte enthält auch basische Farbstoffe für die angestrebte Farbe. Dazu eignen sich die verschiedensten Farbstoffe, wie Kristallviolett FN, Viktoriablau B, Base und zahllose andere alkohol- und was-

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■2-

serlösliche Farbstoffe. Bevorzugt werden Triarylmethan-Farbstoffe. Die Farbstoffe liegen in der Tinte im allgemeinen in einer Menge von 0,2 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 3 Gew.-%, vor.
5

Nicht notwendigerweise, jedoch zweckmäßigerweise enthält die erfindungsgemäße Tinte ein Mittel zur Verzögerung der Verdunstung der Lösungsmittel. Diese Komponenten sind bei Tinten für das Strahldrucken üblich. Es handelt sich dabei um beispielsweise Glykolether und/oder Glykolester, wie Ethylenglykol-monomethylether, Ethylenglykol-dimethylether, Ethylenglykol-monoethylether, Ethylenglykoldiethylether, Ethylenglykol-monobutylether, Ethylenglykol-monophenolether, Ethylenglykol-mono-2-ethylbuty1-ether, Diethylenglykol-monomethylether, Diethylenglykolmonethylether, Ethylenglykol-monomethyletheracetat, Ethylenglykol-monoethyletheracetat, Diethylenglykol-monomethyletheracetat, Propylenglykol-methylether und Dipropylenglykol-methylether.

Das verdampfungshemmende Mittel wird in einer Menge bis etwa 50 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Tinte, angewandt.

Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Tinte noch Harze, Plastifiziermittel oder Weichmacher, Lösungsmittel, Farbstoffe und Pigmente enthalten, um deren Eigenschaften im Hinblick für spezielle Anwendungen zu variieren.

Die erfindungsgemäße Tinte weist vorzugsweise folgende Eigenschaften auf:

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pH-Wert

1-7

3-6

spez.Widerstand
(Ohm . cm)

- 3000

400 - 1500

Viskosität
(mPa . s 20⁰C)

0,5 - 20

1,5 -

Schallgeschwindigkeit (m/s)

- 2000

- 1300

Dichte
(g/cm³)

0,8 - 1,0

0,86 - 0,93

15 Die Erfindung wird an folgenden Beispielen weiter erläutert:

Beispiel 1

Zusammensetzung der Tinte

Gew.-%

Methanol

55 %ige ethanolische Lösung von Resol (Bakelite BLS 2700) Ethylenglykolethylether Vinylbutyralharz (Bakelite XYHL) Hydroxylamin-hydrochlorid Basischviolett 3 Hydroxylamin-hydrochlorid

56,4

24,0 10,0 0,06 0,10 2,20 0,34

Die Tinte wird hergestellt, indem Methanol in ein 1 1-Becherglas vorgelegt, die Resollösung 15 Minuten eingemischt, dann Ethylenglykolethylether zugegeben und schließlich nach Zugabe des Vinylbutyralharzes noch 15

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Minuten gemischt wird. Die weitere Zugabe von Hydroxylamin- hydrochlorid erfolgte nach 15 Minuten, von Farbstoffe nach 30 Minuten und von zusätzlichen Hydroxylamin-hydrochlorid nach 1 Stunde Mischen. Dann wurde die Tinte durch ein Filterpapier Whatman No.3 und schließlich durch ein Polycarbonat-Filter 1 μπι filtriert. Die Analyse der Tinte ergab einen pH-Wert von 5,2, einen spezifischen Widerstand von 570 Ohm.cm, eine Dichte von 8,8 g/cm³, eine Viskosität von 2,2 mPa.s und eine Schallgeschwindigkeit von 1217 m/s.

Beispiel 2 Zusammensetzung der Tinte Gew.-%

;

Methanol 182,5

Ethylenglykolethylether 50,0

Methylethylketon 100,0

55 %ige ethanolische Lösung von Resol (Bakelite BLS 2700) 120,0

Dimethylamin-hydrochlorid 4,0

Hydroxylamin-hydrochlorid 0,8

Basischviolett 3 11,0

Herstellung und Filtrieren der Tinte geschah entsprechend Beispiel 1; die Tinte hatte folgende Eigenschaften:

pH-Wert 5,2

Viskosität 1,9

mPa . s

spezifischer Widerstand 950

Ohm . cm

Schallgeschwindigkeit 1256

m/s

■μ ■

Beispiel 3
Die Tinte hatte folgende Zusammensetzung:

lA-58 150

Gew.-ί

318	,5
102	,5
25	,5
7
7
0

Methanol

65 %ige ethanolische Lösung von Resol
(Rosinox 594)

Ethylenglykolethylether Dimethylenglykolethylether Basischviolett Hydroxylamin-hydrochlorid

Die Tinte hatte folgende Eigenschaften:

15 pH-Wert 5,0

spezifischer Widerstand 960

Ohm . cm

Schallgeschwindigkeit 1225

m/s

Viskosität 2,0

mPa . s

Dichte 0,88

g/cm³

—3τθ lA-58

Beispiel 4

Zusammensetzung der Tinte Gew.-%

Methanol 300

55 %ige ethanolische Lösung von Resol 120 (Bakelite BLS 2700)

Ethylengiykolethylether 25

Diethylenglykolethylether 7,5

Basischblau 81 · 6,0

Hydroxylamin-hydrochlorid 1,0 10

Die Tinte hatte folgende Eigenschaften:

pH-Wert 6,1

spezifischer Widerstand 1160

Schallgeschwindigkeit 1224 m/s

Viskosität 2,76 mPa .s

Beispiel 5 20

Die Tinte hatte folgende Zusammensetzung:

Gew.-%

Methanol 300

55 %ige ethanolische Lösung von Resol 120 (Bakelite BLS 2700)

Ethylengiykolethylether 25

Diethylenglykolethylether 7,5

Basischviolett 10 7,5

Hydroxylamin-hydrochlorid 0,5

Die Tinte hatte folgende Eigenschaften:

—rr

pH-Wert

spezifischer Widerstand Ohm . cm

Schallgeschwindigkeit m/s

Viskosität mPa . s

Dichte g/cm³

lA-58 150

6,4 1040

1220
2,5 0,88

Beispiel 6

Zusammensetzung der Tinte Gew.-%

Methanol

15 62%ige ethanolische Lösung von Resol (GP 5137)

Ethylenglykolethylether Diethylenglykolethylether Basischviolett Hydroxylamin-hydrochlorid 300 120

7,5 7,5 0,5

Die Tinte hatte folgende Eigenschaften:

pH-Wert

spezifischer Widerstand Ohm . cm

Schallgeschwindigkeit m/s

Viskosität mPa . s

Dichte g/cm³

6	,4
1150
1227
1	,8
0	,88

Beispiel

lA-58 150

Zusammensetzung der Tinte

Gew.-ί

Methanol

55%ige ethanolische Lösung von Resol (Bakelite BLS 2700) Ethylenglykolethylether Diethylenglykolethylether Basischviolett 10 Hydroxylamin-hydrochlorid ionenfreies Wasser

300
120

25
7,5 7,5 0,5

23

Die Tinte hatte folgende Eigenschaften:

pH-Wert

spezifischer Widerstand Ohm . cm

Schallgeschwindigkeit m/s

Viskosität
mPa . s

Dichte
g/cm³

5	,9
1080
1267
2	,5
0	,9

Bestimmung der Haftfestigkeit

25 Die Tinte des Beispiels 1, eine handelsübliche Tinte "Amjet P473" von American Can Co., und eine unhandelsübliche Tinte 16-7800, 16-7600 und 16-7400 der Anmelderin wurden den Untersuchungen unterworfen. Eine Probe der Tinte wurde wurde auf ein zinnfreies Stahlblech mit Hilfe

30 des Strahldruckers der Anmelderin Serie 9000 aufgebracht und an der Luft 1 Sekunde getrocknet.

Unmittelbar danach wurde das Prüfblech in siedendes Wasser getaucht und darin 2 Stunden gehalten. Das Schrift-

3-3 · lA-58

bild der Tinte aus Beispiel 1 war unverändert und zeigte eine hervorragende Haftung, Es ließ sich nicht durch Reiben mit dem Finger entfernen. Im Gegensatz dazu verblieb von der handelsüblichen Tinte Amjet P473 nur ein schwaeher Eindruck der gedruckten Information, während die Informationen der übrigen Tinten während des Verweilens in siedendem Wasser entfernt wurden.

Dieselben Untersuchungen wurden mit den Vergleichs-Tinten ^O und der erfindungsgemäßen Tinte nach Beispiel 2 auf Glasgefäßen durchgeführt. Nach 2 Stunden in siedendem Wasser war die erfindungsgemäße Tinte unverändert und zeigte gute Haftung und wurde auch nicht durch zehnmaliges überstreichen mit dem Finger entfernt. Die Informationen aus den Vergleichstinten P473, 16-7800 und 16-7600 kamen unter den gleichen Bedingungen heraus, während die.Information aus der Tinte 16-7400 teilweise entfernt war.

Wurden diese Untersuchungen auch mit den Tinten der Beispiele 3 bis 7 wiederholt, so erhielt man die gleichen Ergebnisse. Nach 2 Stunden im siedenden Wasser waren die erfindungsgemäßen Tinten einwandfrei, während die handelsüblichen Tinten vollständig abgetragen waren.

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Claims

lA-58 150 D-8000 MÜNCHEN 90 A.B.Dick SCHWEIGERSTRASSE2 telefon: (089) 66 20 ji TELEGRAMM." PROTECTPATENT TELEX: 524070 Patentansprüche :

1. Tinte für das Strahldrucken, bestehend aus

a) 2 bis 30 Gew.-% eines Resolharzes, erhalten durch Kondensation von Phenol mit Formaldehyd im Überschuß,

b) 0,2 bis 7,5 Gew.-% eines löslichen Triarylmethanfarb-Stoffs,

c) 0,02 bis 5 Gew.-% eines löslichen organischen Aminsalzes,

d) 0 bis 50 Gew.-% zumindest eines die Lösungsmittelverdampfung verzögernden Mittels,

e) bis zum 30 Gew.% Wasser,

Rest zumindest ein C-- bis C_-Alkanol als Lösungsmittel, wobei die Tinte einen spezifischen Widerstand von 50 bis 3000 Ohm . cm, eine Viskosität bei 20⁰C von 0,5 bis 30 mPa . s und eine Schallgeschwindigkeit von 900 bis 2000 m/s besitzt.

2. Tinte nach Anspruch 1, enthaltend zusätzlich bis 1 Gew.-% eines Butyralharzes.

3. Tinte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Lösungsmittel Methanol ist.

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4. Tinte nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet ,

daß das die Verdampfung hemmende Mittel ein niederer ali,-phatischer Glykolether ist. 5

5. Tinte nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das organische Salz Hydroxylamin-hydrochlorid ist.

6. Tinte nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß bis zum 50 Gew.-% - bezogen auf das Gewicht der Tinte - eines niederen aliphatischen Ketons und bis zu 1 Gew.-% Dimethylamin-hydrochlorid zur Verringerung des Widerstands enthalten sind.

7. Tinte nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß sie einen pH-Wert zwischen 1 und 7 hat.

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