DD275700A1 - Durch elektronenstrahlung haertbare druckfarben und decklacke - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Druckfarben und Decklacke, die durch beschleunigte Elektronen haertbar sind und besonders zum Bedrucken von Papier, Pappe, Polymerfolien u. ae. geeignet sind, aber auch zur Beschichtung von Blechen, Holz und anderen Materialien eingesetzt werden koennen. Sie enthalten eine Mischung aus ungesaettigten Polyesterharzen, multifunktionellen Acrylaten, Pigmenten und gegebenenfalls weiteren Zusatzstoffen und sind gekennzeichnet dadurch, dass neben 30-50 Ma.-% Tri- und/oder Tetraacrylat und 15-25 Ma.-% Pigment 50-30 Ma.-% einer Mischung aus 60-80 Ma.-% eines a,b-ungesaettigten Polyesters und 40-20 Ma.-% Styren enthalten sind.

Description

Charakteiistik der bekannten technischen Lösungen Der Einsatz von elektronenstrahlhärtbaren Lacken und Druckfarben hat im Vergleich zu den thermisch trocknenden den Vorteil,

daß für ihre Aushärtung bedeutend weniger Energie aufgewendet werden muß und dabei in der Regel auch keine

Lösungsmittelemission auftritt. Solche Lacke und Farben enthalten hochreaktive Bindemittel, die durch relativ niedrige Strahlendosen (im Bereich von etwa 10 bis 5OkGy) schnell und klebfrei aushärten. Das ist besonders für schnell ablaufende Produktionsprozesse, wie z. B. bei der Herstellung von Druckerzeugnissen oder bei Beschichtungsverfahren, von großem

Interesse.

Bekannt sind elektronenstrahlhärtbare Druckfarben, die aus einem Gemisch von acryllertem epoxidiertem Sojabohnenöl oder Ihren Urethanderivaten sowie aus Acrylaten und Pigmenten bestehen (US-PS 4167947; US-PS 4233130). Acrylierte Epoxide und mehrfunktionelle Acrylate, besonders Hexandioldiacrylat, Trimethylolpropantriacrylat oder Dipentiierythrithexaacrylat, sind ebenfalls für den genannten Zweck einsetzbar (JP83191773; JP3149969), z. B. auch für das Bedrucken von Polyethylenterephthalatfolien(JP82211083; JP8214663). Zur Verbesserung der Verdruckbarkeit werden die Präpolymeren oft mit pflanzlichen Ölen (Leinöl, Sojabohnenöl) modifiziert

(JP 7758608; JP 7721903). Die HSrtungsdosen betragen 10 bis 4OkGy.

Mit einer Dosis von 1OkGy härten Druckfarben aus ungesättigten Alkydharzen und Acrylatmonomeren aus (JP 82 78468;

JP 82174363).

Für die Beschichtung von Holz und holzähnlichen Werkstoffen werden als Bindemittel ungesättigte Polyesterharze im Gemisch

mit multifunktionellen Acrylaten eingesetzt (DE-OS 2411637). Die Härtu^gsdosen liegen jedoch selbst bei einem Zusatz von 60%

Trimethylolpropantriacrylat und Bestrahlung in Schutzganatmoephäre bei 17 kGy. Ein weiterer Nachteil dieser Gemische besteht

darin, daß sie zur Viskositätsherabsetzung fast immer Lösungsmittel (z.B. Ethyl· oder Butylacetat in unterschiedlichen Mengen) enthalten, das vor dem eigentlichen Härtungsprozeß entfernt werden muß (meist mit 100°C heißer Umluft).

Ein allgemeiner Nachteil der bekannten elektronenstrahlhärtbaren Farben und Lacke ist, daß sie große Anteile acryliort'j Verbindungen enthalten, deren Herstellung zeit· und kostenaufwendig ist. Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung let die Herabsetzung der zur Aushärtung von Druckfarben und Decklacken erforderlichen Bestrahlungsdosen und die Vermeidung des Verfahrensschrittes zur Entfernung von Lösungsmitteln vor der Aushärtung.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, lösungsmittelfrele und mit Eleki· cnenstrahlung mit Dosen s 10 kGy schnell und klebfrei aushärtbare Druckfarben und Dccklacke anzugeben.

Die erfindungsgemäßen Druckfarben und Decklacke enthalten α,β-ungesättigte Polyesterharze, multifunktionelle Acrylate, Pigmente und gegebenenfalls v/eitere Zusatzstoffe und sind dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 30-50Ma.*% TrI- und/oder Tetraacrylat, 15-25Ma.-% Pigment und 50-30Ma.-% einer Mischung aus 60-80Ma.-% eines α,β-ungesättlgten Polyesters und 40-20 Ma.-% Styren bestehen.

Es ist zwar bekannt, daß Kombinationen von ungesättigten Polyesterharzen mit Styren als Comonomere für die Härtung in Gegenwart von Peroxiden und Beschleunigern oder durch UV-Strahlui.g Ir Anwesenheit von Photoinitiatoren die reaktivstem Systeme sind und gute Überzüge für Holz und holzähnliche Werkstoffe ergeben, daß sie jedoch für die Härtung durch Elektronenstrahlung auch bei Zugabe von Phosphinen, Arsinen oder Stibinen eine völlig unzureichende Reaktivität aufweisen (vergl. DE-OS 1769952). Aus diesem Grunde wird die Verwendung von Styren als Comonomere für elektronenstrahlhärtbare Farben und Lacke als nicht brauchbar angegeben (DE-OS 2411637).

Überraschend wurde nun gefunden, daß sich auch Mischungen, die Styren enthalten, ausgezeichnet für den Einsatz in elektronenstrahlhärtbaron Druckfarben und Decklacken eignen, wenn sie den erfindungsgemäßen Rezepturen entsprechen. Das Styren wird dabei als härtungsaktives Lösungsmittel mit 20-40Ma.-% dem α,β-ungesättigten Polyester zugesetzt; Als vorteilhaft erweist sich die Kombination von 35Ma.-% Styren mit 65Ma.-% ungesättigtem Polyester.

Die gemäß Erfindung eingesetzten ungesättigten Polyester werden noch bekanntet-) Verfahren durch Polykondensation von

mindestens einer α,β-ethylenisch ungesättigten Dicarbonsäure oder deren esterbildenden Derivaten, die gegebenenfalls mit bis zu 90Mol-%, bezogen auf die ungesättigte Säurekomponente, einer gesättigten Dicarbonsäure oder deren esterbildendon

Derivate abgemischt sein können, mit mindestens einem zweiwertigen Alkohol hergestellt. Als Beispiele für besonders

geeignete Verbindungen seien die Reaktionsprodukte von Maleinsäure- bzw. Phthalsäureanhydrid mit Propylen genannt.

Die eingesetzten mi'Uifunktionellen Acrylate sind z. B. die Tri- oder Tetraacrylate aus Trimethylolpropan, Pentaerythrit oder

anderen mehrwertigen Alkoholen und Acrylsäure, die nach bekannten Verfahren erhalten werden. Als Beispiel dafür sollen

Trimethylopropantriacrylat und Pentaerythritol· und/oder -tetraacrylat aufgeführt werden. Als Zusatzstoffe können z.B. Verbindungen zur Verhinderung einer vorzeitigen Polymerisation der elektrononstrahlhärtbaren Druckfarben und Decklacke (Polymerisationsinhibitoren oder Antioxydanzien, z. B. Hydrochinon oder sterisch gehinderte Phenole) oder die Aushärtung beschleunigende Verbindungen (z. B. Phosphine, Arsine, Stibine) zugesetzt werden. Zur Anfärbung der Druckfarben und Decklacke können alle für derartige Einsatzzwecke geeigneten Pigmente genommen

werden. Die damit hergestellten Oberflächen sind in Anbängigkeit von der Pigmentart, der Fr.rbschichtdicke und der Papierart von glänzend bis stumpf einstellbar.

Die Aushärtung der Druckfarben und Decklacke wird durch Bestrahlung mit Elektronen erreicht, deren Energie im Bereich von

etwa 150 bis 300keV, besonders jedoch be* 200keV, liegt. Die zur Erzielung einer klebfreien Oberfläche erforderliche

Bestrahlungsdosis liegt bei den. T:.iuungsgemäßen Druckfarben und Decklacken unterhalb 1OkGy, in der Regel zwischen 5 und BkGy. Bei entsprechender Dosisleistung rnichen somit Zeiten im Millisekundenbereich für eine vollständige Aushärtung aus. Die Bestrahlung erfolgt in einer Inertgasatmosphäre, z.B. Stickstoff, deren Sauerstoffgehalt unter 200ppm liegt. Der Auftrag der Druckfarben und Decklacke auf den zu bedruckenden bzw. zu beschichtenden Stoff wird mittels bekannter Verfahren, z. B. durch Walzen, vorgenommen; die Schichtdicken liegen zwischen 1 und 5 pm. Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen elektronenstrahlhärtbaren Druckfarben und Decklacke bestehen somit

- im Einsatz von nichtacrylierten, billigeren Polyesterharzen,

- im teilweisen Ersatz der teuren multifunktionellen Acrylate durch Styren,

- in der Verwendung vollständig polymerisierbarer Bindemittel, wodurch eine hohe Materialeffektivität und die Vermeidung von Schadstoffemission erreicht wird,

- in der sehr schnellen Trocknung zu klebfreion Oberflächen bei Anwendung niedriger Bestrahlungsdosen, womit erhebliche Energieeinsparungen verbunden sind, und

- in der Bildung flexibler Überzüge, die die technologischen Prozesse eines Druckvorganges ohne Beschädigung überstehen.

AutfOhrungtbelspiel

1. Durch Mischen der entsprechenden Komponenten wird eine Druckfarbe folgender Zusammensetzung hergestellt: 40Ma.-% einer Mischung aus 65Ma.-% ungesättigtem Polyesterharz und 25Ma.-% Styren (die Viskosität dieser Mischung beträgt 900 mPa · s, die Säurezahl etwa 30), 40 Ma.-% Trimethylolpropantriacrylat (96%ig nach HPLC-Analyse) und 20 Ma.-% Pigment Gelb. Die Viskosität der Druckfarbe wird zu 14Pa · s bestimmt.

Nachdem diese Farbe mittels einer Walze mit einer Schichtdicke von etwa 1-2 pm auf Kunstdruckpapier aufgetragen wurde, erfolgt die Härtung durch Elektronenbestrahlung (Energie der Elektronen 200 keV, Bestrahlungsdosis BkGy) in Stickstoff atmosphäre, wobei der Sauerstoffgehalt im Stickstoff unter 200 ppm gehalten wird. Es entsteht eine klebfreie, glänzende, wischfeste Oberfläche.

2. Eine aus 40Me.-% der im ersten Beispiel beschriebenen Mischung aus Polyesterharz und Styren, 40Ma.-% einer Acrylatmischung (60% Pentaerythrittetraacrylat, 30% Pentaerythrittriacrylat, 20% Mono- und Diacrylat) und 20Ma.-% Magenta-Rot bestehende Mischung (Viskosität 75Pa · s) wird mit Butylacrylat verdünnt, bis eine Druckfarbe mit einer Viskosität von 15Pa · s entsteht. Dazu sind etwa 15Ma.-% Butylacrylat erforderlich. Für die Aushärtung der mit dieser Farbe hergestellten Schicht sind bei sonst gleichen Bedingungen wie im ersten Beispiel 6kGy notwendig.

3. Ein Klarlack, der aus 50 Ma.-% der Im ersten Beispiel beschriebenen Mischung aus Polyesterharz und Styren und 50 Ma.-% der Im zweiton Beispiel genannten Acrylatmischung besteht (Vitkosistät 700 mPa · s), ergibt nach Auftragen auf Kunstdruckpapier

.und Aushärtung mit Elektronenstrahlung unter den Bedingungen des Beispiels 1 nach einer Bestrahlungsdosis von BkGy hochglänzende, klebfreie Oberflächen.

Claims (1)

1. Durch Elektronenstrahlung in Inertgi ^atmosphäre aushärtbare Druckfarben und Decklacke, enthaltend eine Mischung aus α,β-ungesättigten Polyesterharzen, multifunktionellen Acrylaten, Pigmenten und gegebenenfalls weiteren Zusatzstoffen, gekennzeichnet dadurch, daß neben 30-50Ma.-%Tri- und/ oder Tetraacrylat und 15-25 Ma.-% Pigment 50-30Ma.-% einer Mischung aus 60-80Ma.-% eines α,β-ungesättigten Polyesters und 40-20Ma.-% Styren enthalten sind.

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft Druckfarben und Decklacke, die durch beschleunigte Elektronen härtbar sind und besonders zum Bedrucken von Papier, Pappe, Polymerfolien u. S. geeignet sind, aber auch zur Beschichtung von anderen Materialien eingesetzt werden können.