DE69636069T2

DE69636069T2 - Tinte für tintenstrahldruck

Info

Publication number: DE69636069T2
Application number: DE69636069T
Authority: DE
Inventors: J. Richard Walpole LARSON
Original assignee: Markem Corp
Current assignee: Markem Imaje Corp
Priority date: 1995-03-13
Filing date: 1996-01-19
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2016-01-20
Also published as: EP0814961A4; US5700313A; DE69636069D1; JPH11501877A; EP0814961A1; WO1996028305A1; EP0814961B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft Druckfarben für Tintenstrahldruck.
Tintenstrahldruck, beispielsweise Drop-on-Demand-Tintenstrahldruck, umfasst die Bildung von Zeichen auf einem Substrat durch Ausstoßen von Tintentröpfchen aus einem Druckkopf mit einer oder mehreren Düsen. Die Druckfarben können Heißschmelzdruckfarben sein, die Feststoffe bei Raumtemperatur, jedoch in einem flüssigen Zustand bei Ausstoßtemperaturen sind. Heißschmelzdruckfarben können nach dem Verfestigen als Reaktion auf beispielsweise Reiben, Kratzen oder Biegen teilweise oder vollständig von der Oberfläche eines Substrats verschwinden.
Tintenstrahldrucker können zum Aufdrucken von Codes (beispielsweise Herstellungs- und/oder Ablaufdaten, Chargennummer, Herstellungsort) auf Verpackungsmaterialien für Verbraucherprodukte, wie Süßigkeitenriegel, Milchkartons und andere Nahrungsmittelprodukte, sowie direkt auf einigen Produktarten, wie PVC-Rohrleitungen, Elektrodrähten, Kunststoffflaschen und dgl., verwendet werden.
Die EP 0 709 439 (die Stand der Technik nur aufgrund von Artikel 54(3) und (4) ist) und die US 5 354 368 beschreiben jeweils eine Heißschmelztintenstrahlzusammensetzung, die ein polares Vehikel und darin dispergiertes Farbmittel umfasst.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung betrifft Druckfarben für Tintenstrahldruck, die eine im wesentlichen permanente Farbe auf einem Substrat ergeben, auch wenn das Tintenvehikel vom Substrat verschwindet.
Es gibt eine Reihe von Aspekten für die Erfindung, die in den Ansprüchen 1, 11 und 20 definiert sind.
In einem Aspekt umfasst ein Schmelztintenstrahldruckverfahren die Verwendung einer Heißschmelzdruckfarbe, wobei sich das Farbmittel an einem Substrat befestigen kann. Das Farbmittel ist in der Druckfarbe im wesentlichen löslich, wenn die Druckfarbe in einem flüssigen Zustand ist, jedoch in der Druckfarbe relativ unlöslich, wenn die Druckfarbe verfestigt ist. Wenn sich die Druckfarbe nach dem Drucken auf die Oberfläche des Substrats verfestigt, wandert eine ausreichende Menge Farbmittel von der Druckfarbe zur Substratoberfläche und befestigt sich an der Substratoberfläche, wobei diese eine im wesentlichen permanente lesbare Farbe erhält.
Der hier verwendete Ausdruck "Befestigung" an der Substratoberfläche bedeutet, dass das Farbmittel an dem Substratmaterial (beispielsweise durch Wasserstoffbrückenbindung, ionische Bindung, Säure-Base-Wechselwirkung, van der Waals-Kräfte, London-Dispersion und dgl.) so haftet, dass eine im wesentlichen permanente Farbe auf der Substratoberfläche unter der Druckfarbe erhalten wird.
Der hier verwendete Ausdruck "im wesentlichen permanente" Farbe bedeutet, dass die Farbe bei Aufbewahrung unter Umgebungsbedingungen im Dunkeln während mindestens sechs Monaten (und vorzugsweise mindestens einem Jahr) nicht signifikant die Auflösung (beispielsweise durch Federung) verliert, nachdem das Druckfarbenvehikel (und in dem Druckfar benvehikel eingearbeitete Komponenten, die sich nicht an der Substratoberfläche befestigten) von dem Substrat innerhalb von drei Monaten nach dem Drucken abgerieben wurde. Umgebungsbedingungen betragen beispielsweise Raumtemperatur (22 °C–25 °C) und atmosphärischen Druck.
Der hier verwendete Ausdruck "lesbare Farbe" bedeutet eine Farbe, die von einer Person mit normaler Sehkraft unter normalen Lichtbedingungen unzweifelhaft lesbar ist.
In einem weiteren Aspekt ist Gegenstand der Erfindung ein bedrucktes Produkt, das eine im wesentlichen permanente lesbare Farbbezeichnung umfasst. Das Produkt umfasst ein Substrat und eine feste Druckfarbe, die eine Druckfarbenmarkierungsbezeichnung auf der Oberfläche des Substrats festlegt. Die Druckfarbe umfasst ein Farbmittel und das Produkt umfasst ferner eine ausreichende Menge des an der Substratoberfläche befestigten Farbmittels, wobei eine im wesentlichen permanente lesbare Farbbezeichnung, die allgemein der Druckfarbenmarkierungsbezeichnung entspricht, bereitgestellt wird.
In einem weiteren Aspekt ist eine Heißschmelzdruckfarbenzusammensetzung bei Umgebungstemperatur fest, schmilzt jedoch bei erhöhter Temperatur. Die Heißschmelzdruckfarbe umfasst ein Vehikel und ein Farbmittel, das in der Druckfarbe im wesentlichen löslich ist, wenn die Tinte in einem flüssigen Zustand ist, jedoch in der Druckfarbe bei Umgebungsbedingungen relativ unlöslich ist. Wenn die Druckfarbe auf eine Polyamidoberfläche ausgestoßen wird, wandert eine ausreichende Menge des Farbmittels zur Substratoberfläche und befestigt sich an dieser, wobei eine im wesentlichen permanente lesbare Farbe erhalten wird.
In einem weiteren Aspekt umfasst ein Druckverfahren das Ausstoßen einer Druckfarbe in einem flüssigen Zustand auf eine Oberfläche. Die Druckfarbe umfasst ein Vehikel und ein Farbmittel und das Farbmittel ist im wesentlichen in der flüssigen Druckfarbe gelöst. Das Verfahren umfasst ferner das Verfestigen der Druckfarbe auf der Oberfläche. Die Verfestigung kann das Kühlen der flüssigen Druckfarbe, wenn die Druckfarbe beispielsweise eine Heißschmelzdruckfarbe ist, oder das Härten der flüssigen Druckfarbe, wenn die Druckfarbe Monomere oder Präpolymere, die beispielsweise durch UV-Licht, Wärme härtbar sind, und/oder andere zum Bewirken einer Härtung notwendige Mittel umfasst, umfassen. Das Farbmittel wandert von der Tinte zur Oberfläche und befestigt sich an der Oberfläche, wobei eine relativ permanente lesbare Markierung erhalten wird.
In einem weiteren Aspekt umfasst eine Heißschmelzdruckfarbenzusammensetzung einen öllöslichen Anthrachinonfarbstoff und ein unpolares Wachsvehikel, in dem der Farbstoff bei Umgebungsbedingungen relativ unlöslich ist.
In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Markierung codierter Zeichen (beispielsweise Datumangaben, Ort, Chargennummer, Graphik, Produktbeschreibung und dgl.) auf einer Oberfläche eines Verpackungsmaterials (beispielsweise einer Hülle), das zur Verpackung eines Produkts verwendet wird, oder auf der Oberfläche des Produkts selbst beschrieben. Das Verfahren umfasst das Ausstoßen einer Druckfarbe in einem flüssigen Zustand auf die Oberfläche in der Form codierter Zeichen. Die Druckfarbe umfasst ein Vehikel und ein Farbmittel, das in der flüssigen Druckfarbe im wesentlichen gelöst ist. Die Druckfarbe wird an der Oberfläche adsorbiert und verfestigt. Das Farbmittel ist in der verfestigten Druckfarbe relativ unlöslich und das Farbmittel ergibt eine im wesentlichen permanente lesbare Farbe, die allgemein den codierten Zeichen auf der Oberfläche entspricht.
Druckfarben, die eine im wesentlichen permanente lesbare Markierung auf einem Substrat ergeben können, können durch Wahl eines Farbmittels, das sich an einer speziellen Art einer Substratoberfläche befestigt, und durch Wahl eines Vehikels, in dem das Farbmittel relativ unlöslich ist, wenn sich die Druckfarbe verfestigt, gestaltet werden. Die Oberfläche können beispielsweise ein Polyamid, Nitrocellulose, ein Polyester, Ionomer, Ethylenvinylacetat, Polyvinylacetat, Polyurethan, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylidenchlorid/Acrylnitril, Polystyrol, Acrylat, Polypropylen oder Polyethylen oder Gemische derselben sein. Die Oberfläche kann polar oder unpolar sein. Die Druckfarben können eine niedrige Schrumpfung bei Verfestigung zeigen und, wenn sie nicht verschwinden, ein scharfes Bild mit hoher Auflösung ergeben.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform derselben und aus den Ansprüchen offensichtlich.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die bevorzugte Druckfarbe ist eine Heißschmelzdruckfarbe, die ein Wachsvehikel, ein Antioxidationsmittel und ein Farbmittel umfasst. Die Druckfarbe weist vorzugsweise eine Schmelzviskosität von mindestens 5 Centipoise (0,005 Pa·s), vorzugsweise mindestens 10 Centipoise (0,01 Pa·s) und noch besser 15 Centipoise (0,015 Pa·s) bis 25 Centipoise (0,02 Pa·s) bei einer Temperatur von mindestens 105 °C, vorzugsweise 115 °C bis 165 °C und noch besser 130 °C bis 140 °C auf.
Das Wachsvehikel ist der Träger für das Farbmittel. Typischerweise enthält das Wachsvehikel ein Gemisch von Wachsen, die der Druckfarbe die passende Höhe von Schmelzpunkt, Zähigkeit, Flexibilität, Substratadhäsion und dgl. verleihen. Vorzugsweise weist das Wachsvehikel einen allgemein niedrigeren Schmelzpunkt als die Temperatur, bei der der Tintenstrahldrucker arbeitet, auf. Die Druckfarbe umfasst vorzugsweise zwischen etwa 50 und etwa 98 Gew.-% an dem Wachsvehikel.
Beispiele für Wachse umfassen Stearinsäure, Laurinsäure, lineares Polyethylen, Behensäure, Stearon, Carnaubawachs, mikrokristalline Wachse, Paraffinwachse, Polyethylenwachs, Candelillawachs, Montanwachs, Fischer-Tropsch-Wachse, Bisamidwachse, Amidwachse, gehärtetes Rizinusöl, synthetische Esterwachse, oxidierte Polyethylenwachse, Oleamide, Stearamide, Lauramide, Erucamide, Glycerinester, chlorierte Wachse, urethanmodifizierte Wachse und andere synthetische und natürliche Wachse.
Das Wachsvehikel wird so gewählt, dass unter Berücksichtigung der Eigenschaften der anderen Komponenten der Druckfarbe das Farbmittel in der geschmolzenen Druckfarbe löslich ist, jedoch in der verfestigten Druckfarbe relativ unlöslich ist. Als allgemeine Regel können polare Farbmittel in verfestigten unpolaren Vehikeln unlöslich sein und nichtpolare Farbmittel in verfestigten polaren Vehikeln unlöslich sein. Daher ist, wenn das Farbmittel polar ist, das Wachsvehikel vorzugsweise im wesentlichen unpolar.
Das Antioxidationsmittel hemmt eine Oxidation der Druckfarbenkomponenten. Ausreichendes Antioxidationsmittel sollte zur Hemmung einer Oxidation eingearbeitet werden, doch sollte nicht so viel eingearbeitet werden, dass die anderen Eigenschaften der Druckfarbe nachteilig beeinflusst werden.
Die Druckfarbe umfasst vorzugsweise zwischen etwa 0,1 und etwa 5 Gew.-%, vorzugsweise zwischen etwa 0,5 und etwa 3 Gew.-% an dem Antioxidationsmittel. Geeignete Antioxidationsmittel umfassen die herkömmlicherweise einschlägig verwendeten, beispielsweise Dibutylhydroxytoluolverbindungen.
Das Farbmittel verleiht dem Substrat die im wesentlichen permanente opake Farbe, wenn die Druckfarbe auf das Substrat gedruckt wird. Das Farbmittel sollte sich an dem Substratmaterial, auf dem die Druckfarbe verwendet werden soll, befestigen. Bevorzugte Farbmittel umfassen polare Farbstoffe, wie öllösliche Anthrachinone (beispielsweise Nitrofast Blue 2B), die Gruppen aufweisen, die zur Befestigung an der Substratoberfläche zur Verfügung stehen. Die Druckfarbe sollte eine so ausreichende Menge Farbmittel umfassen, dass die Druckfarbe eine adäquate Farbe aufweist und dass adäquates Farbmittel zur Wanderung von der verfestigten Druckfarbe zur Substratoberfläche zur Verfügung steht. Bevorzugte Druckfarben umfassen zwischen etwa 0,1 und etwa 10 Gew.-%, vorzugsweise zwischen etwa 1 und etwa 3 Gew.-% an dem Farbmittel.
Die Druckfarbe kann optional andere herkömmliche Heißschmelzdruckfarbenbestandteile, wie Harze und Flexibilisierungsmittel/Weichmacher umfassen. Beispiele für Harze umfassen aliphatische Kohlenwasserstoffe, aromatische Kohlenwasserstoffe, Ethylenvinylacetat, Kolophoniumderivate (die Gummi, Tallöl und Holzkolophoniumarten umfassen), Polyamide und andere synthetische und natürliche Harze. Beispiele für Flexibilisierungsmittel/Weichmacher umfassen aromatische Sulfonamide, Phthalate, Acetate, Adipate, Amide, Azelate, Epoxide, Glutarate, Laurate, Oleate, Sebacate, Stearate, Sulfonate, Tallate und Trimellitate. Eine ausreichende Menge eines optionalen Bestandteils kann in die Druckfarbe eingearbeitet werden, um die gewünschte Eigenschaft zu erhalten.
Die Heißschmelzdruckfarben werden allgemein durch Kombination der Wachsvehikelkomponenten und des Antioxidationsmittels, Erhitzen der Kombination auf deren Schmelzpunkt und langsames Rühren, bis die verflüssigte Kombination homogen ist, hergestellt. Das Farbmittel wird dann unter Rühren zu dem Gemisch gegeben. Die geschmolzene Druckfarbe wird dann filtriert, um Teilchen einer Größe von größer als 1 μm zu entfernen.
Eine Heißschmelzdruckfarbe, die 20 Teile Paraffin SP Wax 130/135 (erhältlich von Strahl und Pitsch), 38 Teile Polywax 500 (erhältlich von Petrolite Polymers), 42 Teile AC 617 (erhältlich von Allied Signal), 1 Teil Igranox 1010 (erhältlich von Ciba-Geigy) und 1 Teil Nitrofast Blue 2B (erhältlich von Sandoz) umfasste, wurde hergestellt. AC-617 (Viskosität 180 Centipoise (0,18 Pa·s) bei 135 °C) ist ein Polyethylenhomopolymer und verleiht dem Wachsgemisch Zähigkeit. Polywax 500 (Viskosität 3,8 Centipoise (0,0038 Pa·s) bei 135 °C) ist ebenfalls ein Polyethylenhomopolymer und es verringert die Sprödigkeit des Paraffin SP Wax (Viskosität 3 Centipoise bis 5 Centipoise (0,003–0,005 Pa·s) bei 135 °C).
Andere Ausführungsformen liegen innerhalb des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche.

Claims

Schmelztintenstrahldruckverfahren, das das Ausstoßen einer Heißschmelzdruckfarbe auf eine nichtporöse Oberfläche, wobei die Druckfarbe an der nichtporösen Oberfläche adsorbiert wird und beim Abkühlen verfestigt wird, umfasst; wobei die Druckfarbe ein unpolares Wachsvehikel und einen polaren Farbstoff, der in dem Vehikel im wesentlichen löslich ist, wenn die Druckfarbe verflüssigt ist, jedoch in dem Vehikel im wesentlichen unlöslich ist, wenn die Druckfarbe verfestigt ist; wobei der polare Farbstoff zur nichtporösen Oberfläche wandert und sich an dieser befestigt, wobei die nichtporöse Oberfläche eine im wesentlichen permanente lesbare Farbe erhält.
Druckverfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Verfestigen der Druckfarbe auf der nichtporösen Oberfläche umfasst.
Druckverfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Oberfläche ein Polymer umfasst, das aus der Gruppe von einem Polyamid, Nitrocellulose, einem Polyester, Ionomer, Ethylenvinylacetat, Polyvinylacetat, Polyurethan, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylidenchlorid/Acrylnitril, Polystyrol, Acrylat, Polypropylen oder Polyethylen oder Gemischen derselben ausgewählt ist.
Druckverfahren nach Anspruch 1, wobei der Farbstoff einen öllöslichen Anthrachinonfarbstoff umfasst.
Druckverfahren nach Anspruch 1, wobei die Druckfarbe ein Antioxidationsmittel umfasst.
Druckverfahren nach Anspruch 1, wobei die Druckfarbe bei einer Temperatur von mindestens 105 °C schmilzt.
Druckverfahren nach Anspruch 1, wobei die Druckfarbe, wenn sie verflüssigt ist, eine Viskosität von mindestens 5 Centipoise (0,005 Pa·s) aufweist.
Druckverfahren nach Anspruch 1, Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die Heißschmelzdruckfarbe auf die Oberfläche eines zur Verpackung eines Produkts verwendeten Verpackungsmaterials oder auf eine Oberfläche des Produkts selbst in der Form codierter Zeichen entsprechend der im wesentlichen permanenten lesbaren Farbe gedruckt wird.
Druckverfahren nach Anspruch 8, wobei die Zeichen eine oder mehrere Angaben der folgenden: ein Datum, einen Herstellungsort, eine Chargennummer, ein graphisches Bild und/oder eine Produktbeschreibung umfassen.
Druckverfahren nach Anspruch 1, Anspruch 2 oder Anspruch 8, wobei das Vehikel aus Polyethylenwachs besteht.
Produkt, das eine im wesentlichen permanente Farbbezeichnung umfasst, wobei das Produkt umfasst: ein Substrat, das eine nichtporöse Oberfläche umfasst, eine feste Druckfarbe, die ein unpolares Wachsvehikel umfasst und die eine Druckfarbenmarkierungsbezeichnung auf der nichtporösen Oberfläche festlegt, wobei die Druckfarbe ein Farbmittel in der Form eines polaren Farbstoffs umfasst; und eine ausreichende Menge des Farbmittels, das an der nichtporösen Oberfläche befestigt ist, so dass eine im wesentlichen permanente lesbare Farbbezeichnung, die allgemein der Druckfarbenmarkierungsbezeichnung entspricht, erhalten wird.
Produkt nach Anspruch 11, wobei die Oberfläche ein Polymer umfasst, das aus der Gruppe von einem Polyamid, Nitrocellulose, einem Polyester, Ionomer, Ethylenvinylacetat, Polyvinylacetat, Polyurethan, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylidenchlorid/Acrylnitril, Polystyrol, Acrylat, Polypropylen, Polyethylen und Gemischen derselben ausgewählt ist.
Produkt nach Anspruch 11, wobei die feste Druckfarbe eine Heißschmelzdruckfarbe, die bei einer Temperatur über Umgebungstemperatur schmilzt, umfasst.
Produkt nach Anspruch 13, wobei die Heißschmelzdruckfarbe bei einer Temperatur von größer als 105 °C schmilzt.
Produkt nach Anspruch 13, wobei die Heißschmelzdruckfarbe ein Antioxidationsmittel umfasst.
Produkt nach Anspruch 13, wobei das Farbmittel in der Heißschmelzdruckfarbe löslich ist, wenn die Druckfarbe in einem flüssigen Zustand ist, jedoch in der Druckfarbe im wesentlichen unlöslich ist, wenn die Druckfarbe verfestigt ist.
Produkt nach Anspruch 11, wobei das Farbmittel in der Druckfarbe im wesentlichen unlöslich ist, wenn die Druckfarbe verfestigt ist.
Produkt nach Anspruch 11, wobei das Farbmittel einen Farbstoff umfasst.
Produkt nach Anspruch 18, wobei der Farbstoff ein öllösliches Anthrachinon ist.
geißschmelzdruckfarbenzusammensetzung, die zur Verwendung bei Tintenstrahldruck geeignet ist, die ein unpolares Wachsvehikel und einen polaren Farbstoff, der in dem Vehikel bei erhöhter Temperatur im wesentlichen löslich ist, jedoch in dem Vehikel bei Umgebungstemperatur relativ unlöslich ist, umfasst, wobei der Farbstoff, wenn die Druckfarbenzusammensetzung als Tröpfchen auf einen Polypropylenfilm mit einer Polyamidoberfläche ausgestoßen wird, zu dem Polypropylenfilm mit einer Polyamidoberfläche wandert und sich an diesem befestigt, wobei eine im wesentlichen permanente lesbare Farbe erhalten wird.
Heißschmelzdruckfarbenzusammensetzung nach Anspruch 20, wobei der Farbstoff einen öllöslichen Anthrachinonfarbstoff umfasst.
Heißschmelzdruckfarbenzusammensetzung nach Anspruch 20, wobei die Heißschmelzdruckfarbenzusammensetzung bei einer Temperatur von mindestens 105 °C schmilzt.
Heißschmelzdruckfarbenzusammensetzung nach Anspruch 20, wobei die Zusammensetzung einen öllöslichen Anthrachinonfarbstoff und ein unpolares Wachsvehikel, in dem der öllösliche Anthrachinonfarbstoff bei Umgebungsbedingungen im wesentlichen unlöslich ist, umfasst.
Heißschmelzdruckfarbenzusammensetzung nach Anspruch 20, wobei das Vehikel aus Polyethylenwachs besteht.