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Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung, im Konkreten eine Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe für den thermisch aktivierten Tintendruck, wobei die Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe zumindest eine flüchtige Komponente und zumindest eine vernetzbare Komponente aufweist, und wobei die Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe durch Verdampfen zumindest eines Teils zumindest der einen flüchtigen Komponente auf ein Substrat aufbringbar ist. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer vorgenannten Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe sowie ein Verfahren für den thermisch aktivierten Tintendruck.
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Verfahren und Vorrichtungen für den thermisch aktivierten Tintendruck (auch Thermal Ink Jet oder Bubble-Jet genannt) sind in Gewerbe und Privathaushalten millionenfach verbreitet. Bei diesem Tintendruck werden durch ein Heizelement flüchtige Bestandteile in der Druckfarbe erhitzt und verdampft. Durch derart explosionsartig gebildete Dampfblasen lässt sich die Druckfarbe in einzelne Volumeneinheiten (Tropfen) zerlegen und darauffolgend zeit- und ortsabhängig applizieren. Mit anderen Worten kann ein Tintendruck erzeugt werden, welcher durch entsprechende Steuerung ein gewünschtes Druckbild auf einem Substrat (bspw. Papier) bereitstellen kann.
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Die in Tröpfchenform bzw. Volumeneinheiten applizierte Druckfarbe besteht im Allgemeinen aus zumindest einer flüchtigen Komponente wie z. B. Verdünnungs- und/oder Lösungsmitteln und aus zumindest einer nicht bzw. wenig flüchtigen Komponente wie Filmbildnern oder Farbmitteln (Farbstoffe und/oder Pigmente). Dabei sind Zusammensetzungen bekannt, welche als Grundstoff für eine später herzustellende Druckfarbe dienen und ihrerseits noch keine Farbmittel aufweisen. Diese Zusammensetzungen bzw. Druckfarben oder Basen für eine Druckfarbe sind ausdrücklich von der vorliegenden Erfindung umfasst. Im Rahmen des thermisch aktivierten Tintendrucks ist jedoch zumindest eine flüchtige und damit verdampfbare Komponente Voraussetzung für die Generierung von Dampfblasen. Demnach müssen Druckfarben für den thermisch aktivierten Tintendruck zumindest eine flüchtige Komponente aufweisen.
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Die Viskosität der Druckfarbe dämpft die Geschwindigkeit von Blasenwachstum und Flüssigkeitsbewegung. Unter sonst gleichen Bedingungen sinkt das Tropfenvolumen und die Tropfenaustrittsgeschwindigkeit mit steigender Viskosität. Ab einer bestimmten Viskosität ist das Blasenwachstum und die damit induzierte Flüssigkeitsbewegung nicht mehr ausreichend, um überhaupt Tropfen zu bilden. Daher müssen Druckfarben für den thermisch aktivierten Tintendruck genügend dünnflüssig sein.
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Die in Form des Tintendrucks auf das Substrat applizierte Druckfarbe bildet dort unter weiterem Verdampfen der flüchtigen Komponenten einen Farbfilm, welcher durch eine Vernetzung (Polymerisation) ein haltbares und fehlerfreies Druckbild bereitstellen soll.
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US 2006/0217457 und
WO 2006/102524 offenbaren eine aushärtbare Zusammensetzung für Thermodruck. Die Zusammensetzung enthält ein härtbares Monomer in flüssiger Phase, ein flüchtiges Treibfluid, das durch einen Thermodruckkopf verdampft werden kann und ein Widerstandsschutzmittel. Das flüchtige Treibfluid kann ein niedriger Alkohol sein.
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WO 2008/053235 betrifft eine aushärtbare Zusammensetzung in einer einzigen Phase, die für thermische Tintenstrahldrucker geeignet ist. Die Zusammensetzung weist ein Gemisch härtbarer Materialien, 10 bis 30 Gewichtsprozent Wasser und ein oder mehrere Kosolventien für die härtbaren Materialien auf. Der Gesamtanteil an Kosolventien, zu denen u. a. Alkohole zählen können, liegt typischerweise im Bereich von 20 bis 45 Gewichtsprozent.
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DE 20 2006 010 292 U1 offenbart ein Drucksystem zur Ansteuerung des Druckkopfes einer herkömmlichen Druckerpatrone, die an sich für Druckertinte auf Wasserbasis bestimmt ist. Die Druckertinte in der Druckerpatrone hat einen hohen Alkoholanteil. DE 20 2006 010 292 U1 empfiehlt einen Alkoholvolumenanteil von über 70%.
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WO 2006/087087 betrifft eine Vorbehandlung und/oder Vorbeschichtung von nicht saugfähigen Substraten/Trägermaterialien wie Kunststoffen, Metallen oder Glas für den Tintendruck. WO 2006/087087 offenbart auch eine Tintenzusammensetzung, die 10 bis 98 Gewichtsprozent Lösungsmittel, insbesondere Wasser, enthält.
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Die Verwendung bereits bekannter Zusammensetzungen für den thermisch aktivierten Tintendruck ist dabei jedoch mit einer Reihe von Nachteilen behaftet.
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Enthält die Druckfarbe einen hohen Anteil flüchtiger Komponenten, kann die auf das Substrat applizierte Farbe verlaufen, was insbesondere bei nicht oder nur wenig absorbierenden Substraten beobachtet wird. Andererseits ist es schwierig, einen kräftigen Farbauftrag zu erhalten.
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Enthält die Druckfarbe auf der anderen Seite einen niedrigen Anteil flüchtiger Komponenten, kann es zu dem bekannten Phänomen der Kogation kommen, d. h. zur Bildung von Ablagerungen auf dem Heizelement und ggf. zu einem Verstopfen der Düsen. Des Weiteren ist die Viskosität der Druckfarbe hoch, wodurch die Tropfenbildung behindert wird.
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Unabhängig vom Anteil der flüchtigen Komponenten in vorbekannten Druckfarben wird darüber hinaus festgestellt, dass – insbesondere auf wenig oder nicht absorbierenden Substraten – die Vernetzung des Farbfilms nach dem Verdampfen der flüchtigen Komponenten nicht so gelingt, dass ein qualitativ befriedigender und haltbarer Tintendruck bereitstellbar ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen thermisch aktivierten Tintendruck von hoher und gleichbleibender Qualität zu realisieren, mit dem unlösliche und maximal beständige feste Farbfilme bereitstellbar sind.
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Diese Aufgabe ist zunächst in Bezug auf eine Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist eine Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe nach Aufbringen auf ein Substrat einen flüssigen Film bildet, der auch nach Entfernung aller flüchtigen, nicht vernetzbaren Komponenten flüssig bleibt und erst durch Polymerisation fest wird. Die im Folgenden in der Beschreibung verwendeten Begriffe ”Vernetzung”, ”vernetzbar”, etc. sind ist im Sinne von ”Polymerisation”, ”polymerisierbar”, etc. zu verstehen.
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Mit anderen Worten sieht die Erfindung vor, dass die auf das Substrat applizierte Druckfarbe so beschaffen ist, dass auch nach dem Verdampfen aller verbliebener flüchtiger Komponenten ein flüssiger Farbfilm verbleibt, der aus vernetzbaren Komponenten besteht.
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In erfindungsgemäßer Weise ist erkannt worden, dass in einem solchen Film eine vorteilhafte Flüssigpolymerisation stattfinden kann, wodurch sich insbesondere auf „schwierigen”, weil wenig oder nicht absorbierenden Substraten, Farbfilme mit hoher Qualität und maximaler Beständigkeit bilden lassen.
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Im Rahmen der Erfindung ist festgestellt worden, dass die erfindungsgemäß herstellbaren Farbfilme in punkto Unlöslichkeit und Beständigkeit bei gleichzeitig hoher Farbtiefe und Qualität des Druckauftrags bisher erreichbaren Druckergebnissen überlegen sind.
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Im Ergebnis ist mit der erfindungsgemäßen Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe ein thermisch aktivierter Tintendruck von hoher und gleichbleibender Qualität realisierbar, mit dem unlösliche und maximal beständige feste Farbfilme bereitstellbar sind.
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Dazu kann die zumindest eine vernetzbare Komponente für sich gesehen (d. h. auch ohne flüchtige Komponenten) in flüssiger Phase vorliegen und durch eine Flüssigpolymerisation, insbesondere eine Massepolymerisation, Lösungsmittelpolymerisation, Fällungspolymerisation, Emulsionspolymerisation oder Suspensionspolymerisation vernetzbar sein.
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Gleichzeitig sind die bisher oft beobachteten Probleme der Kogation oder mangelhafter Tropfenbildung überwunden.
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Die erfindungsgemäße Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe eignet sich besonders zum Auftrag auf wenig oder nicht absorbierende Substrate, ohne dass ein Verlaufen der Druckfarbe aufgrund eines zu hohen Anteils flüchtiger Komponenten stattfindet. Dennoch kann die Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe die zur Tropfenbildung nötige, bevorzugt niedrige Viskosität aufweisen.
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In besonders raffinierter Weise erlaubt die vorliegende Erfindung, in bzw. auf den beim Aufbringen auf ein Substrat gebildeten Film einen weiteren flüssigen Film, insbesondere einer anderen Druckfarbe, ein- bzw. aufzubringen. Dadurch lassen sich durch Mischen flüssiger Farbfilme, welche insbesondere jeweils nur aus vernetzbaren Komponenten bestehen, interessante Farb- oder Mischeffekte bereitstellen. Andererseits ist es möglich, einen zuerst aufgebrachten Farbfilm (teilweise) zu vernetzen und danach einen weiteren, zweiten Farbfilm aufzutragen. Durch eine nachfolgende gemeinsame Vernetzung können dann besonders vielseitige und langlebige feste Farbfilme bereitgestellt werden.
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In einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist die zumindest eine vernetzbare Komponente chemisch, insbesondere photochemisch, vernetzbar.
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Dabei ist eine Weiterbildung bevorzugt, bei der die Vernetzung durch Beaufschlagung mit Licht, insbesondere kurzwelligem sichtbaren und/oder ultraviolettem Licht, induzierbar ist, und/oder die Vernetzung thermisch beschleunigbar ist. So hat sich insbesondere eine photochemische Induzierbarkeit der Vernetzung als besonders vorteilhaft im Sinne einer gezielt steuerbaren und vollständigen Vernetzbarkeit des Farbfilms erwiesen. Andererseits kann mittels einer kurzzeitigen Lichteinwirkung (bspw. über den Einsatz von LEDs) eine erste Fixierung des Farbfilms erfolgen, wonach ein weiterer Farbfilm ein- oder aufbringbar ist. Danach lässt sich der entstandene Farbauftrag insgesamt durch weitere Lichteinwirkung vollständig vernetzen.
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Im Sinne einer photochemischen Induzierbarkeit der Vernetzung kann die Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe einen Photoinitiator aufweisen.
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Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Vernetzung durch sichtbares Licht, insbesondere mit einer Wellenlänge von ca. 380 nm bis ca. 420 nm, vorzugsweise ca. 395 nm, induzierbar ist. Die Vernetzung durch die Einwirkung sichtbaren Lichts ist technisch besonders einfach durchführbar (bspw. durch LEDs) und gleichzeitig besonders gut überwachbar.
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Wie bereits erwähnt, enthält die erfindungsgemäße Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe nicht zwingend bereits ein Farbmittel. Sofern jedoch die Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe als Druckfarbe bereitgestellt werden soll, weist diese ein Farbmittel, insbesondere einen Farbstoff und/oder ein Pigment, auf.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe zwei oder mehrere flüchtige Komponenten auf, ggf. wobei zumindest eine flüchtige Komponente als Lösungs- und/oder Verdünnungsmittel für die zumindest eine vernetzbare Komponente und/oder das Farbmittel (sofern vorhanden) wirken. Sofern mehrere flüchtige Komponenten vorhanden sind, ist bevorzugt, dass neben in üblicher Weise verwendeten Lösungs- und/oder Verdünnungsmitteln (bspw. Wasser) weitere Verdünnungs- und/oder Lösungsmittel (Cosolvenzien) enthalten sind. Solche weiteren Bestandteile können dazu beitragen, die Viskosität, die Tropfenbildung, die Benetzbarkeit des Substrats und das Trocknungsverhalten des aufgebrachten Farbfilms an die gewünschten Spezifikationen anzupassen.
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Eine flüchtige Komponente weist dabei erfindungsgemäß Wasser auf. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist der Anteil von Wasser an der Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe gegenüber aus den Stand der Technik bekannten Formulierungen erniedrigt. Gemäß der Erfindung beträgt dieser 5 Vol.-% bis 15 Vol.-%, wobei sich insbesondere ein Wasseranteil von 10 Vol.-% als besonders vorteilhaft erwiesen hat.
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Demzufolge ist im Rahmen des Erfindungsgedankens gefunden worden, dass ein weiter verbesserter thermisch aktivierter Tintendruck erreichbar ist, falls der Wassergehalt im Vergleich zu bekannten Formulierungen abgesenkt wird. Im Gegenzug hat sich als erfindungsgemäß erwiesen, eine flüchtige Komponente teilweise oder vollständig aus einem Alkohol, insbesondere einem monofunktionellen Alkohol, zu bilden. Dabei hat sich die Verwendung von 2-Propanol, Methylpropan-2-ol, Ethanol, und bevorzugt 1-Propanol, oder einer Mischung hiervon, als besonders wirksam erwiesen. Im Hinblick auf gute und konstante Ergebnisse hat sich erfindungsgemäß dabei ein Alkoholgehalt der Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe von ca. 50 Vol.-% bis ca. 70 Vol.-%, insbesondere von ca. 55 Vol.-% bis ca. 65 Vol.-%, und insbesondere von ca. 60 Vol.-% als wirksam erwiesen.
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Demgemäß kann als besonders vorteilhafte Ausführungsform eine Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe angegeben werden, welche ca. 10 Vol.-% Wasser und ca. 60 Vol.-% Alkohol aufweist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist eine flüchtige Komponente zusätzlich ein Keton, insbesondere ein monofunktionelles Keton, auf. Das Keton kann zusammen mit Wasser und/oder Alkohol den flüchtigen Bestandteil der Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe bilden.
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In einer weiteren zweckmäßigen Weiterbildung weist eine flüchtige Komponente zusätzlich einen Ester, insbesondere einen monofunktionellen Ester, auf.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist gefunden worden, dass durch einen niedrigen Wassergehalt und die Zugabe von Alkohol und ggf. einem Keton und ggf. einem Ester in überraschender Weise eine Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe mit besonderen Vorteilen in Bezug auf die oben bereits genannten Eigenschaften bereitstellbar ist.
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Eine weitere, besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe weist zwei oder mehrere vernetzbare Komponenten auf, ggf. wobei eine vernetzbare Komponente als Lösungs- und/oder Verdünnungsmittel für zumindest eine weitere vernetzbare Komponente wirkt. Durch den Einsatz weiterer vernetzbarer Komponenten, welche als Lösungs- oder Verdünnungsmittel für andere vernetzbare Komponenten wirken, wird begünstigt, dass der auf dem Substrat gebildete, noch nicht vernetzte Film auch nach Entfernung aller flüchtigen Komponenten in flüssiger Phase vorliegt. Demnach liegt das Gemisch von vernetzbaren Komponenten auch für sich gesehen und ohne das Vorhandensein flüchtiger Komponenten in flüssiger Phase vor. Die Viskosität der vernetzbaren Bestandteile der Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe kann durch Verdünnungsmittel herabgesetzt werden, so dass die Tropfenbildung begünstigt wird. Die Menge ggf. zudosierter Verdünnungsmittel ist dabei einerseits abhängig von deren Verdünnungswirkung und andererseits von den gewünschten Eigenschaften des festen Farbfilms, wie z. B. Farbtiefe, Filmdicke oder Vernetzungsgrad.
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In einer weiteren nicht erfindungsgemäßen Ausgestaltung weist eine vernetzbare Komponente dabei einen Bestandteil mit zumindest zwei Hydroxylgruppen auf. Im Hinblick auf eine schnelle und vollständige Vernetzung in der flüssigen Phase hat sich dabei eine vernetzbare Komponente als besonders wirksam erwiesen, welche ein Diol und/oder ein Polyol als Bestandteil aufweist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist eine vernetzbare Komponente alternativ oder zusätzlich einen Bestandteil mit einer Alkengruppe auf. Auch diese funktionelle Gruppe hat sich unter den vorliegenden Gegebenheiten als gut vernetzbar erwiesen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann eine vernetzbare Komponente alternativ oder zusätzlich zu den vorgenannten Komponenten ein Acrylat (Acrylsäureester) als Bestandteil aufweisen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird schließlich vorgeschlagen, dass eine vernetzbare Komponente alternativ oder zusätzlich einen Vinylether (Enolether) als Bestandteil aufweist.
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In einer weiteren zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist eine vernetzbare Komponente alternativ oder zusätzlich ausgewählt aus der Gruppe der Methacrylate, Oxacycloalkane, insbesondere Oxacyclopropane (Epoxide), Enamine und Enamide.
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In Verbindung mit den bereits genannten, besonders wirksamen flüchtigen Komponenten ist gefunden worden, dass ein Diol und/oder ein Polyol und/oder eine Komponente mit einer Alkengruppe, ein Acrylat, ein Vinlyether, eine Komponente aus der Gruppe der Methacrylate, Oxacycloalkane, insbesondere Oxacyclopropane (Epoxide), Enamine und Enamide, oder eine Mischung hiervon, in überraschender Weise besonders wirksame vernetzbare Komponenten für die erfindungsgemäße Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe bereitstellen.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren für den thermisch aktivierten Tintendruck ist dadurch charakterisiert, dass eine erfindungsgemäße Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe mittels thermisch aktivierten Tintendrucks durch Verdampfen zumindest eines Teils einer flüchtigen Komponente als Film auf ein Substrat aufgebracht wird. Danach werden alle flüchtigen Komponenten aus dem Film entfernt (im Allgemeinen durch Verdampfen). Daran schließt sich das Vernetzen der vernetzbaren Komponente bzw. Komponenten an. Der thermisch aktivierte Tintendruck ist eingangs beschrieben worden und dem Fachmann überdies aus dem Stand der Technik bekannt. Auch in Bezug auf den Vernetzungsschritt kann auf die oben stehenden Ausführungen verweisen werden.
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Als Substrat ist jeder geeignete Druckträger verwendbar, z. B. Papier, Karton, Stoff oder dergleichen mehr. Insbesondere aber eröffnen die erfindungsgemäße Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe sowie das erfindungsgemäße Verfahren neue Möglichkeiten in Bezug auf das Bedrucken wenig oder nicht absorbierender Substrate, bspw. von Glas oder Kunststoff. Dazu wird auch auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.
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Eine erfindungsgemäße Verwendung der Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe ist schließlich durch die Verwendung der Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe für den thermisch aktivierten Tintendruck angegeben.
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In Bezug auf vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Verwendung wird auf die Ausführungen zu den vorteilhaften Ausgestaltungen der Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe verwiesen.
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Abschließend sei hervorgehoben, dass die im Hinblick auf die erfindungsgemäße Druckfarbe oder Basis für eine Druckfarbe beschriebenen Ausführungsbeispiele, welche demnach auch die erfindungsgemäße Verwendung sowie das erfindungsgemäße Verfahren betreffen, die beanspruchte Lehre erörtern, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.