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Diese
Erfindung betrifft Druckfarben zur Verwendung in Tintenstrahldruckern.
Insbesondere betrifft diese Erfindung Druckfarben zur Verwendung
in Tintenstrahldruckern, die unter Verwendung ultravioletter Strahlung
gehärtet
werden.
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Beim
Tintenstrahldrucken werden winzige Tröpfchen schwarzer oder gefärbter Druckfarbe
in einer kontrollierten Art und Weise aus einem oder mehreren Vorratsbehältern oder
Druckköpfen
durch enge Düsen auf
ein Substrat gespritzt, das sich relativ zu den Vorratsbehältern bewegt.
Die ausgespritzte Druckfarbe bildet ein Bild auf dem Substrat. Für das Hochgeschwindigkeitsdrucken
müssen
die Druckfarben schnell aus den Druckköpfen ausströmen und, um zu gewährleisten,
dass dies geschieht, müssen
sie bei der Verwendung eine geringe Viskosität aufweisen, typischerweise
unter 50 mPa·s
bei 25°C,
obwohl in den meisten Anwendungen die Viskosität unter 25 mPa·s liegen
sollte. Beim Ausspritzen durch die Düsen besitzt die Druckfarbe
typischerweise eine Viskosität
von 10,5 mPa·s
bei der Ausströmtemperatur
("jetting temperature"), die üblicherweise
auf etwa 40°C
erhöht
wird (die Druckfarbe kann bei Umgebungstemperatur eine viel höhere Viskosität besitzen). Einige
Druckköpfe
erfordern eine besonders geringe Viskosität, wie z.B. 4 oder 5 mPa·s bei
der Ausströmtemperatur,
um ein verlässliches
Ausströmleistungsverhalten
zu erzielen. Darüber
hinaus werden verschiedene Materialien bei der Herstellung von Druckköpfen verwendet,
von denen einige empfindlich gegenüber höheren Temperaturen sein können, wodurch
die Ausströmtemperatur auf
nahe an Umgebungstemperatur eingeschränkt wird. Dies erlegt den Anforderungen
an die Viskosität
des Produkts einen zusätzlichen
Druck auf. Aus Gründen
wie der einfachen Technik und Kostenbetrachtungen würden es
Druckerentwickler auch eher vermeiden, den Druckkopf erwärmen zu
müssen,
um ein verlässliches
Ausströmen
zu erzielen. Somit sind Tintenstrahldruckfarben mit niedriger Viskosität in hohem
Maße wünschenswert.
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Die
Druckfarben müssen
auch resistent gegenüber
einem Eintrocknen oder Verkrusten in den Vorratsbehältern oder
Düsen sein.
Aus diesen Gründen
werden Tintenstrahldruckfarben zur Anwendung bei oder nahe bei Umgebungstemperaturen üblicherweise
so formuliert, dass sie einen großen Anteil an einem beweglichen
flüssigen
Vehikel oder Lösungsmittel
enthalten. In einer üblichen
Art von Tintenstrahldruckfarbe ist diese Flüssigkeit Wasser – siehe
dazu beispielsweise die Veröffentlichung
von Henry R. Kang im Journal of Imaging Science, 35(3), S. 179–188 (1991).
Bei diesen Systemen müssen
große
Bemühungen
darauf gelegt werden, zu gewährleisten,
dass die Druckfarben nicht aufgrund des Verdampfens von Wasser im
Druckkopf trocknen. Bei einer anderen üblichen Art ist die Flüssigkeit
ein niedrig-siedendes Lösungsmittel
oder Gemisch von Lösungsmitteln – siehe
dazu beispielsweise
EP 0 314
403 ,
EP 0 424 714 und
GB 9927247.8 . Leider können Tintenstrahldruckfarben,
die einen großen
Anteil an Wasser oder Lösungsmittel
enthalten, nach dem Drucken nicht angefasst werden, bis die Tinten
entweder durch Verdampfen des Lösungsmittels
oder dessen Absorption in das Substrat getrocknet sind. Dieser Trocknungsprozess
ist häufig
langsam und kann in vielen Fällen (beispielsweise
beim Drucken auf ein wärmeempfindliches
Substrat wie Papier) nicht beschleunigt werden.
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Eine
andere Art von Tintenstrahldruckfarbe enthält ungesättigte organische Verbindungen,
die als Monomere bezeichnet werden, die durch Bestrahlung, üblicherweise
mit ultraviolettem Licht, in der Gegenwart eines Fotoinitiators
polymerisieren. Diese Art von Druckfarbe besitzt den Vorteil, dass
es nicht notwendig ist, die flüssige
Phase zu verdampfen, um den Ausdruck zu trocknen; stattdessen wird
der Ausdruck zu seinem Härten
oder Verfestigen Strahlung ausgesetzt, ein Verfahren, das schneller
ist als das Verdampfen des Lösungsmittels
bei mäßigen Temperaturen.
Diese Monomere können
Acrylat- oder Methacrylatester sein, wie es in
EP 0 054 203 B , US-A-5,270,368
und in WO 97/31071 offenbart ist. Bei derartigen Tintenstrahldruckfarben ist
es notwendig, Monomere zu verwenden, die eine niedrige Viskosität besitzen.
In der Praxis ist es schwierig, (Meth)acrylatmonomere oder Kombinationen
von (Meth)acrylatmonomeren zu finden, die keine Zusammensetzungen
mit einer zum Tintenstrahldrucken nicht annehmbar hohen Viskosität ergeben.
Dies trifft insbesondere dann zu, wenn Materialien mit mehr als
einer polymerisierbaren funktionellen Gruppe im Molekül ausgewählt werden,
obwohl diese Monomere den Vorteil besitzen, dass sie ein stärker vernetztes
und daher zäheres Polymer
nach dem Bestrahlen ergeben. Somit gibt es eine Beschränkung in
der Auswahl der multifunktionellen (Meth)acrylate mit höherem Molekulargewicht,
die im Allgemeinen stärker
viskos sind, die jedoch bei gleichen anderen Eigenschaften nach
der Polymerisation in höherem
Maße resistente
Filme ergeben. In der Praxis bedarf es der Verwendung von monofunktionellen
Acrylatmonomeren mit multifunktionellen Acrylatmonomeren, um eine
in geeigneter Weise niedrige Viskosität für das Tintenstrahldrucken zu
erreichen. Jedoch neigt dies zu einer Verringerung der Härtungsgeschwindigkeit
und senkt die Vernetzungsdichte, was Eigenschaften wie Adhäsion und
Zähigkeit
beeinträchtigt,
wenn auf nicht-poröse Substrate
gedruckt wird.
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Ein
anderes Verfahren zur Herstellung von UV-Tintenstrahldruckfarben
mit niedriger Viskosität
und guten Endverbrauchereigenschaften ist in PCT/GB02/00368 beschrieben.
Dieses Verfahren, das die Verwendung von α,β-ungesättigten Ethermonomeren, insbesondere
von Vinylethern, mit multifunktionellen (Meth)acrylaten beschreibt,
beseitigt das Erfordernis von multifunktionellen Acrylaten in der
Druckfarbe aufgrund der sehr guten Verdünnungseigenschaften von α,β-ungesättigten
Ethermonomeren. Produkte mit niedriger Viskosität und sehr guter chemischer
Beständigkeit,
schneller Härtungsgeschwindigkeit
sowie guter Adhäsion
auf einem weiten Bereich von Materialien werden auf diese Weise
erzielt.
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Dennoch
sind im Falle einige Anwendungen wie beim Bedrucken von Papier und
Karton, beispielsweise für
die Verpackungsindustrie, die Adhäsionsanforderungen weniger
streng als beim Drucken auf nicht-poröse Substrate. Es bestehen weniger
Anforderungen an Eigenschaften wie Härtungsgeschwindigkeit und Adhäsion aufgrund
der Absorption eines Teils der Druckfarbe in das poröse Material.
Es ist daher möglich,
Druckfarben herzustellen, die monofunktionelle (Meth)acrylate mit
einer sehr niedrigen Viskosität
enthalten, die jedoch immer noch die Anwendungserfordernisse für poröse Substrate
erfüllen.
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Dementsprechend
stellt die vorliegende Erfindung eine Tintenstrahldruckfarbe zur
Verfügung,
die im Wesentlichen frei von Wasser, flüchtigen organischen Lösungsmitteln
und multifunktionellen (Meth)acrylaten ist und mindestens ein monofunktionelles
(Meth)acrylatmonomer, mindestens ein α,β-ungesättigtes Ethermonomer, mindestens
einen Radikalfotoinitiator und mindestens ein Farbmittel umfasst,
wobei die Druckfarbe eine Viskosität von weniger als 50 mPa·s bei
25°C aufweist.
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Somit
stellt die vorliegende Erfindung Druckfarben mit besonders niedriger
Viskosität
zur Verfügung, die
immer noch die Anforderungen für
das Drucken auf poröse
Substrate wie Papier und Karton erfüllen. Dies wird durch die Verwendung
eines Gemisches aus α,β-ungesättigtem
Ethermonomer – das
einen ausreichend hohen Grad an Vernetzung gestattet, um eine ausreichende
Härtungsgeschwindigkeit
zu erzielen – und
monofunktionellen (Meth)acrylaten erzielt, was ein Produkt mit sehr
niedriger Viskosität
ergibt.
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Vorzugsweise
ist die Druckfarbe für
das Drucken auf poröse
Substrate geeignet.
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Vorzugsweise
beinhaltet die Druckfarbe 2 bis 15 (besonders bevorzugt 5 bis 15)
Gewichtsteile monofunktionelles (Meth)acrylatmonomer bei 1 Teil α,β-ungesättigtem
Ethermonomer.
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Vorzugsweise
sind die monofunktionellen (Meth)acrylatmonomere die Ester der Acrylsäure, beispielsweise
Octylacrylat, Decylacrylat, Isobornylacrylat, Phenoxyethylacrylat,
Tetrahydrofurylacrylat, 2-(2-Ethoxyethoxy)ethylacrylat und Gemische
davon.
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Ester
der Methacrylsäure
(d.h. Methacrylate) können
beispielsweise Allylmethacrylat, Tetrahydrofurylmethacrylat, 2-Phenoxyethylmethacrylat
und Isobornylmethacrylat sein.
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Vorzugsweise
liegt das monofunktionelle (Meth)acrylatmonomer in einer Menge von
50 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 60 bis 80 Gew.-%, vor.
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Der
Ausdruck "im Wesentlichen
frei von multifunktionellen (Meth)acrylaten", der hierin verwendet wird, bedeutet,
dass multifunktionelle (Meth)acrylate vermieden werden sollen, um
eine niedrige Viskosität
aufrecht zu erhalten, obwohl geringe Mengen an multifunktionellen
(Meth)acrylaten toleriert werden. Die Mengen an multifunktionellen
(Meth)acrylaten werden auf einem Minimum gehalten, so dass die Mehrzahl
der Vernetzungen eher durch die α,β-ungesättigten
Ethermonomere als durch die multifunktionellen (Meth)acrylatmonomere gebildet
werden. Vorzugsweise liegen multifunktionelle (Meth)acrylatmonomere
in einer Menge von weniger als 10 %, besonders bevorzugt weniger
als 5 % vor.
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Ein
oder mehrere α,β-ungesättigte Ethermonomere
müssen
in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
vorliegen. Beispiele α,β-ungesättigter
Ethermonomere sind Vinylethermonomere wie Triethylenglykoldivinylether,
Diethylenglykoldivinylether, 1,4-Cyclohexandimethanoldivinylether
und Ethylenglykolmonovinylether sowie Ethyl-1-propenylether, Triethylenglykolmethylpropenylether,
Triethylenglykolmethylvinylether und 2-Cyclopenten-1-ylether. Gemische α,β-ungesättigter
Ethermonomere können
verwendet werden. Der Anteil an multifunktionellem α,β-ungesättigtem
Ethermonomer liegt vorzugsweise zwischen 1 und 30 Gew.-%, stärker bevorzugt
zwischen 7 und 15 Gew.-%, unter der Maßgabe, dass das Verhältnis von
Acrylatmonomer zu α,β-ungesättigtem
Ethermonomer zwischen 5:1 und 15:1 liegt. Vorzugsweise werden multifunktionelle,
stärker bevorzugt
difunktionelle und trifunktionelle α,β-ungesättigte Ethermonomere verwendet.
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Vorzugsweise
liegt das α,β-ungesättigte Ethermonomer
in einer Menge von 1 bis 30 Gew.-%, stärker bevorzugt 7 bis 15 Gew.-%
vor, unter der Maßgabe,
dass das Verhältnis
von (Meth)acrylatmonomer zu α,β-ungesättigtem
Ethermonomer zwischen 2:1 und 15:1 liegt.
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Vorzugsweise
ist das α,β-ungesättigte Ethermonomer
ein Vinylethermonomer. Besonders bevorzugt ist der Vinylether aus
Triethylenglykoldivinylether, Diethylenglykoldivinylether, 1,4-Cyclohexandimethanoldivinylether,
Ethylenglykolmonovinylether und Gemischen davon ausgewählt.
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Zusätzlich zu
den voranstehend beschriebenen Monomeren beinhalten die Zusammensetzungen
einen Fotoinitiator, der unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht
die Polymerisation der Monomere initiiert. Bevorzugt sind Fotoinitiatoren,
die beim Bestrahlen freie Radikale erzeugen (freie Radikalfotoinitiatoren),
wie beispielsweise Benzophenon, 1-Hydroxycyclohexylphenylketon,
2-Benzyl-2-dimethylamino(4-morpholinophenyl)butan-1-on, Benzyldimethylketal,
Bis(2,6dimethylbenzoyl)-2,4,4-trimethylpentylphosphinoxid oder Gemische
davon. Derartige Fotoinitiatoren sind bekannt und wie zum Beispiel
unter den Handelsnamen Irgacure, Darocur (von Ciba) und Lucerin
(von BASF) erhältlich.
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Vorzugsweise
liegt der Fotoinitiator in einer Menge von 1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt
4 bis 10 Gew.-%, der Tinte vor.
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Die
erfindungsgemäße Tintenstrahldruckfarbe
beinhaltet auch ein Farbmittel, das entweder in dem flüssigen Medium
der Druckfarbe gelöst
oder dispergiert sein kann. Vorzugsweise ist das Farbmittel ein
dispergierbares Pigment der Arten, die im Stand der Technik bekannt
sind und beispielsweise unter den Handelsnamen Paliotol (erhältlich von
der BASF AG), Cinquasia, Irgalite (beide von Ciba Speciality Chemicals
erhältlich)
und Hostaperm (erhältlich
von Clariant GB) im Handel erhältlich
sind. Das Pigment kann von beliebiger gewünschter Farbe sein, wie beispielsweise
Pigment Gelb 13, Pigment Gelb 83, Pigment Rot 9, Pigment Rot 184,
Pigment Blau 15:3, Pigment Grün
7, Pigment Violett 19, Pigment Schwarz 7. In besonderem Maße nützlich sind
schwarz und die Farben, die für
den trichromatischen Druckprozess erforderlich sind. Gemische aus Pigmenten
können
verwendet werden. Der Gesamtanteil des Pigments, der vorliegt, beträgt vorzugsweise
0,5 bis 15 Gew.-%, stärker
bevorzugt 1 bis 5 Gew.-%. Andere Komponenten von Arten, die im Stand
der Technik bekannt sind, können
in der Druckfarbe vorliegen, um die Eigenschaften oder das Leistungsverhalten
zu verbessern. Diese Komponenten können beispielsweise Tenside,
Entschäumer,
Dispergiermittel, Synergiemittel für den Fotoini tiator, Stabilisatoren
gegen Verschlechterung durch Wärme
oder Licht, Geruchsstoffe, Fließ- oder
Gleithilfsstoffe, Biozide und Identifikationstracer sein.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Tintenstrahldrucken
unter Verwendung der voranstehend beschriebenen Druckfarbe zur Verfügung.
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Vorzugsweise
wird das Drucken auf poröse
Substrate durchgeführt.
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Die
Druckfarbe der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise durch ultraviolette
Strahlung getrocknet und ist für
die Anwendung durch Tintenstrahldrucken geeignet.
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Wir
haben herausgefunden, dass diese Tintenstrahldruckfarbe eine wünschenswerte,
sehr niedrige Viskosität
(weniger als 50 mPa·s,
stärker
bevorzugt weniger als 20 mPa·s
und am stärksten
bevorzugt weniger als 10 mPa·s
bei 25°C)
zeigt.
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Es
ist beabsichtigt, dass (Meth)acrylat hierin seine Standardbedeutung
besitzt, d.h., Acrylat und/oder Methacrylat.
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Die
Druckfarben der Erfindung können
durch bekannte Verfahren wie beispielsweise Rühren mit einem wassergekühlten Hochgeschwindigkeitsrührer oder
Mahlen auf einer horizontalen Perlmühle hergestellt werden.
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BEISPIELE
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Nun
wird die Erfindung exemplarisch unter Bezugnahme auf die folgenden
Beispiele beschrieben (Teile sind als Ge wichtsteile angegeben).
Die Beispiele 1 bis 3 sind UV-Tintenstrahldruckfarben
der Farbe Cyan. Diese Druckfarben verwenden Kombinationen von monofunktionellen
Acrylatmonomeren und α,β-ungesättigten
Ethern. BEISPIEL
1
| Sartomer
339 (UV-Verdünnungsmittel
von | 69,4
Teile |
| Cray
Valley) | |
| Solsperse
32000 (Dispergiermittel von | 0,40
Teile |
| Avecia) | |
| Irgalite
Blue (Pigment von Ciba) | 3,60
Teile |
| Genorad
16 (Stabilisator von der Rahn AG) | 0,05
Teile |
| Rapi-cure
DVE-3 (difunktioneller Vinylether | 10,0
Teile |
| von
ISP Europe) | |
| Lucirin
TPO (Fotoinitiator von BASF) | 8,5
Teile |
| Benzophenon
(Fotoinitiator) | 4,0
Teile |
| Irgacure
184 (Fotoinitiator von Ciba) | 4,0
Teile |
| Byk
307 (Entschäumer
von BYK Chemie) | 0,05
Teile |
-
Sartomer
339 ist Phenoxyethylacrylat, d.h. ein monofunktionelles Acrylat.
Das Produkt war eine Druckfarbe mit einer Viskosität von 12,7
mPa·s
bei 25°C.
Die Druckfarbe wurde auf Papier aufgedruckt und durch Führen mit
30 m/min unter Licht aus einer Eisen-dotierten Ultraviolettlampe
mit einer Leistung von 120 W/cm belichtet. Die Druckfarbe ergab
einen Ausdruck mit guter Härtung,
Adhäsion
und chemischer Beständigkeit. BEISPIEL
2
| Sartomer
256 (UV-Verdünnungsmittel
von | 69,4
Teile |
| Cray
Valley) | |
| Solsperse
32000 (Dispergiermittel von | 0,40Teile |
| Avecia) | |
| Irgalite
Blue (Pigment von Ciba) | 3,60
Teile |
| Genorad
16 | 0,05
Teile |
| Rapi-cure
DVE-3 (difunktioneller Vinylether | 10,0
Teile |
| von
ISP Europe) | |
| Lucirin
TPO (Fotoinitiator von BASF) | 8,5
Teile |
| Benzophenon
(Fotoinitiator) | 4,0
Teile |
| Irgacure
184 (Fotoinitiator von Ciba) | 4,0
Teile |
| Byk
307 (Entschäumer
von BYK Chemie) | 0,05
Teile |
-
Sartomer
256 ist 2-(2-Ethoxyethoxy)ethylacrylat, d.h. ein monofunktionelles
Acrylat. Das Produkt war eine Druckfarbe mit einer Viskosität von 5,4
mPa·s
bei 25°C.
Die Druckfarbe wurde auf Pappe ("cardboard") aufgedruckt und
durch Passieren mit 30 m/min unter Licht aus einer Eisen-dotierten
Ultraviolettlampe mit einer Leistung von 120 W/cm belichtet.
-
Wie
im Beispiel 1 ergab die Druckfarbe einen Ausdruck mit guter Härtung, Adhäsion und
chemischer Beständigkeit. BEISPIEL
3
| Sartomer
285 (UV-Verdünnungsmittel
von | 69,4
Teile |
| Cray
Valley) | |
| Solsperse
32000 (Dispergiermittel von | 0,40
Teile |
| Avecia) | |
| Irgalite
Blue (Pigment von Ciba) | 3,60
Teile |
| Genorad
16 | 0,05
Teile |
| Rapi-cure
DVE-3 (difunktioneller Vinylether | 10,0
Teile |
| von
ISP Europe) | |
| Lucirin
TPO (Fotoinitiator von BASF) | 8,5
Teile |
| Benzophenon
(Fotoinitiator) | 4,0
Teile |
| Irgacure
184 (Fotoinitiator von Ciba) | 4,0
Teile |
| Byk
307 (Entschäumer
von BYK Chemie) | 0,05
Teile |
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Sartomer
285 ist Tetrahydrofurylacrylat, d.h. ein monofunktionelles Acrylat.
Das Produkt war eine Druckfarbe mit einer Viskosität von 5,8
mPa·s
bei 25°C.
Die Druckfarbe wurde auf Pappe ("cardboard") aufgedruckt und
durch Passieren mit 30 m/min unter Licht aus einer Eisen-dotierten
Ultraviolettlampe mit einer Leistung von 120 W/cm belichtet. Wie
in Beispiel 1 ergab die Druckfarbe einen Ausdruck mit guter Härtung, Adhäsion und
chemischer Beständigkeit.