DE102010009379B4

DE102010009379B4 - Druckfarbenzusammensetzung, Verfahren zum Bedrucken und Verwendung der Druckfarbenzusammensetzung

Info

Publication number: DE102010009379B4
Application number: DE102010009379.3A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Weippert
Original assignee: Carl Zeiss Vision International GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Vision International GmbH
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2014-10-30
Anticipated expiration: 2030-02-27
Also published as: WO2011104121A1; US20130063517A1; DE102010009379A1; EP2539407A1

Abstract

Eine Feststoff-Druckfarbenzusammensetzung, umfassend – zumindest eine organische Verbindung mit einem Schmelzpunkt von mindestens 40°C und einem Molekulargewicht von weniger als 1000 g/mol, wobei die organische Verbindung aus einem Ester, einem Ether oder einem Amid ausgewählt wird, – ein Harz, – einen Farbstoff und/oder ein Pigment, und – eine reaktive Epoxidverbindung und eine Hydroxylkomponente, wobei die Hydroxylkomponente durch die organische Verbindung mit dem Schmelzpunkt von mindestens 40°C und dem Molekulargewicht von weniger als 1000 g/mol und/oder durch eine zusätzlich zugegebene Verbindung bereitgestellt wird, und wobei das molare Verhältnis der Hydroxylgruppen zu den Epoxidgruppen in der Zusammensetzung im Bereich von 2:1 bis 4:1 liegt.

Description

Vor der Auslieferung an den Augenoptiker werden Brillengläser mit verschiedenen Markierungen (z. B. optische Achsen, etc.) bedruckt. Diese Bedruckung ist erforderlich, damit beim Augenoptiker während des Einschleifprozesses die jeweiligen Brillengläser exakt auf den Sehfehler des Endkunden angepasst werden können. Nach dem Anpassungsvorgang müssen sich die Markierungen ohne größeren Aufwand rückstandsfrei entfernen lassen.
Ein derzeit eingesetztes Verfahren zum Bedrucken von Brillengläsern ist z. B. das Tamponprintverfahren. Nachteilig bei dieser Methode ist, dass man für jeden Radius und jede Stempelfigur ein eigenes Cliche benötigt. In der Vergangenheit gab es daher verschiedene Bemühungen, das recht aufwendige Tamponprintverfahren durch andere, flexiblere Methoden zu ersetzten, z. B. unter Verwendung eines Tintenstrahldruckkopfes (Inkjet).
Bekannt ist auch ein Inkjet-Verfahren bei der Kennzeichnung von Verpackungseinheiten, das mit einem paraffin-basischen Wachs arbeitet. Das Wachs wird auf > 70°C aufgeheizt und dabei geschmolzen. Die niederviskose Schmelze wird mit einem piezoelektrischen Druckkopf auf das zu beschriftende Substrat wie z. B. ein Brillenglas gespritzt. Die Wachströpfchen erstarren dabei unmittelbar nach dem Auftreten auf der Substratoberfläche. Ein wesentlicher Nachteil dieser Wachse als Beschriftungsmaterial bei Brillengläsern ist die unzureichende Entfernbarkeit, wesentlich verursacht durch das schlechte Lösungsverhalten von Paraffinen und vergleichbaren Wachsen (Montanwachse, Stearinwachse, Bienenwachse etc.).
Druckfarben auf Basis von Schmelzkleber-Zubereitungen bzw. von Wachsmischungen werden in US2003/0127021 A1 beschrieben. Die beschriebenen „Hot Melt Inks” können Wachse, Harze, Polymere, Weichmacher, Antioxidantien, Pigmente und Dispergierhilfsmittel als mögliche Komponenten enthalten. Der Auftrag auf die Substrate erfolgt durch Inkjet-Drucker, z. B. MARKEM MODEL 5000. Aufgrund der erwähnten möglichen Inhaltsstoffe ist eine leichte und rückstandsfreie Entfernbarkeit von optischen Flächen wie z. B. Brillengläser bei diesen Farben nicht gegeben.
DE 10 2005 021 654 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem Brillengläser mittels eines Inkjet-Verfahrens mit einer Ethanol haltigen Tinte bedruckt werden. Bei hydrophobierten Oberflächen (z. B. Lotu-Tec-Beschichtung) treten bei lösungsmittelhaltigen Druckfarben leicht Probleme durch Zusammenziehen des Druckbildes während des Ablüftvorgangs (Lösungsmittelverdunstung) auf. Außerdem neigen lösungsmittelhaltige Druckfarben dazu, als „Ghosting” bezeichnete Hauchbilder auf den Brillenglasoberflächen zu hinterlassen, verursacht durch Eindringen Lösungsmittel löslicher Anteile der Druckfarben in die Antireflexbeschichtung der Brillengläser (Einfluss auf die optischen Eigenschaften der Beschichtung). In der DE 10 2005 021 654 A1 wird versucht, dieses Problem dadurch zu lösen, dass der Ablüftvorgang durch Infrarotstrahlung bzw. durch Warmluft stark beschleunigt wird.
DE 601 10 027 T2 beschreibt eine Tintenzusammensetzung für eine schmelzbare Tinte, wobei die Zusammensetzung eine aromatische Diesterverbindung enthält.
US 4,931,095 beschreibt eine Tintenzusammensetzung mit einem organischen Lösungsmittel, welches ein oder mehrere Benzoatverbindungen umfasst, wobei das organische Lösungsmittel einen Schmelzpunkt unterhalb von 175°C und eine Viskosität von weniger als 30 cP aufweist.
US 5,066,332 beschreibt eine Tintenzusammensetzung, die eine farbgebende Komponente in einem thermoplastischen Träger und einen Korrosionsinhibitor umfasst.
DE 603 11 917 T2 beschreibt eine Tintenzusammensetzung mit einem Harz, das eine Verbindung enthält, die das Reaktionsprodukt eines Dialkanolamins und einer monofunktionellen aromatischen Säure ist.
DE 698 22 680 T2 beschreibt eine Tintenzusammensetzung, die ein Färbemittel und ein aus einer Reaktion eines Anhydrids und eines Organoamins erhältliches reversibles Komponentenvehikel umfasst.
EP 1 118 644 A2 beschreibt eine Heißschmelzdruckfarbe, die ein Lösemittel mit einem Schmelzpunkt von 65 bis 109°C und ein Bindemittel mit einer Glasübergangstemperatur von 30 bis 65°C enthält.
DE 603 12 928 T2 beschreibt Heißschmelztinten, die spezifische dimere Azopyridonfarbmittelverbindungen enthalten.
Für die Entwicklung einer festen, wachsähnlichen Druckfarbe, die mittels Inkjet-Technik auf Brillengläser aufgebracht werden kann, hat sich folgendes Anforderungsprofil ergeben:

– Gute Substrathaftung,
– randscharfe Druckkonturen,
– kein Zusammenziehen des Druckbildes bei Lotu Tec-Gläsern (d. h. bei hydrophobierten Oberflächen),
– lagerstabile Bedruckung, keine Ablösung bzw. Abplatzer, kein Ankleben am Verpackungsmaterial der Brillengläser,
– Lagertemperatur der bedruckten Brillengläser ca. –25°C bis +50°C,
– wasserunlöslich,
– kein Ghosting-Effekt nach Liegezeit der bedruckten Brillengläser bis zu 6 Monaten (Hauchbild auf der Brillenglasoberfläche durch die Bedruckung nach Entfernung der Druckfarbe),
– lösungsmittelfrei,
– alterungsstabil,
– einfärbbar in verschiedene Farbtöne, bevorzugt gelb und blau, Mehrfarbendruck optional,
– Schmelze niederviskos, viskositätsstabil, sollte nicht schäumen,
– Schmelze sollte feinfiltrierbar sein (Filterfeinheit bis 5 μ oder kleiner),
– Bedruckung (beim Optiker) leicht und ohne Verschmieren entfernbar mit Alkoholen (Ethanol, Isopropanol), evtl. auch mit Aceton,
– möglichst keine gesundheitsschädlichen Inhaltsstoffe.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Druckfarbenzusammensetzung bereit zu stellen, die mittels eines Inkjet-Verfahrens auf optische Glaser aufgebracht werden kann und möglichst viele der oben genannten Anforderungen wie z. B. gute Substrathaftung, randscharfe Konturen, kein Zusammenziehen des Druckbildes bei hydrophobierten Oberflächen, kein Ghosting-Effekt, sowie leichte Entfernbarkeit durch Alkohole bzw. Aceton ohne Verschmieren, erfüllt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch die Bereitstellung einer Feststoff-Druckfarbenzusammensetzung, umfassend:

– zumindest eine organische Verbindung mit einem Schmelzpunkt von mindestens 40°C und einem Molekulargewicht von weniger als 1000 g/mol, wobei die organische Verbindung aus der Substanzklasse der Ester, Ether oder Amide ausgewählt wird,
– ein Harz,
– einen Farbstoff und/oder ein Pigment, und
– eine reaktive Epoxidverbindung und eine Hydroxylkomponente, wobei die Hydroxylkomponente durch die organische Verbindung mit dem Schmelzpunkt von mindestens 40°C und dem Molekulargewicht von weniger als 1000 g/mol und/oder durch eine zusätzlich zugegebene Verbindung bereitgestellt wird, und wobei das molare Verhältnis der Hydroxylgruppen zu den Epoxidgruppen in der Zusammensetzung im Bereich von 2:1 bis 4:1 liegt.

Die erfindungsgemäße Zusammensetzung lässt sich im geschmolzenen Zustand mittels Inkjet-Technik auf optische Gläser wie z. B. Brillengläser applizieren. Durch das rasche Erstarren der beim Inkjet-Verfahren erzeugten Farbtröpfchen beim Auftreffen auf der Brillenglasoberfläche wird ein Zusammenziehen des Druckbildes bei Lotu Tec-Gläsern vermieden. Die Farben lassen sich nach dem Bedrucken mit Alkoholen (Ethanol, Isopropanol) bzw. mit Aceton vollständig und ohne Verschmieren von der Brillenglasoberfläche entfernen.
Bevorzugt handelt es sich bei der organischen Verbindung um einen aromatischen Ester, ein aromatisches Amid oder einen aromatischen Ether.
Unter aromatischen Ester, Ether und Amiden werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung solche Verbindungen verstanden, die zum einen zumindest eine entsprechende funktionelle Gruppe, also zumindest eine Ester-, Ether- oder Amidgruppe aufweisen und weiterhin zumindest eine aromatische Gruppe enthalten. Der Begriff „aromatische Gruppe” wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung in seiner üblichen, dem Fachmann geläufigen Bedeutung verwendet und umfasst daher eine cyclische Gruppe mit einem vollständig über den Ring konjugierten Doppelbindungssystem. Bei der aromatischen Gruppe kann es sich um eine carbocyclische (d. h. aromatischer Ring, der nur C-Atome aufweist) oder heterocyclische aromatische Gruppe handeln, wobei im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine carbocyclische aromatische Gruppe bevorzugt ist. Grundsätzlich können einkernige wie auch zwei- oder mehrkernige aromatische Systeme verwendet werden.
Bei der bevorzugten Verwendung eines aromatischen Esters, Ethers oder Amids oder eines Gemisches dieser aromatischen Verbindungen hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung gezeigt, dass die rasche Kristallisation des organischen Feststoffes beim Auftreffen des Flüssigkeitstropfens auf die Oberfläche des optischen Glases (z. B. Brillenglas) weiter verbessert werden kann.
Bei einem aromatischen Ester kann die aromatische Gruppe in dem Teil des Moleküls vorliegen, der sich von der Säure ableitet und/oder in dem Teil, der sich vom Alkohol ableitet.
Bei einem aromatischen Amid kann die aromatische Gruppe in dem Teil des Moleküls vorliegen, der sich von der Säure ableitet und/oder in dem Teil, der sich vom Amin ableitet.
Bei dem aromatischen Ether kann die aromatische Gruppe entweder nur in einer der Alkoholkomponenten der Etherverbindung oder alternativ in zwei oder mehr Alkoholkomponenten vorliegen. Mit dem Begriff „Alkoholkomponente” ist ein sich aus einem Alkohol ableitende Teil der Etherverbindung gemeint.
Der Ester, der Ether und/oder das Amid können nur eine entsprechende funktionelle Gruppe oder mehrere entsprechende funktionelle Gruppen aufweisen.
Bevorzugt handelt es sich bei der organischen Verbindung um einen Ester, einen Ether oder ein Amid einer aromatischen Carbonsäure und/oder eines aromatischen Alkohols.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann es sich bei der aromatischen Carbonsäure um eine aromatische Monocarbonsäure, eine aromatische Dicarbonsäure, eine aromatische Tricarbonsäure oder ein Gemisch dieser Verbindungen handeln.
Bei der aromatischen Monocarbonsäure handelt es sich bevorzugt um eine substituierte oder unsubstituierte Benzoesäure.
Bei der aromatischen Dicarbonsäure handelt es sich bevorzugt um eine substituierte oder unsubstituierte Terephthalsäure, eine substituierte oder unsubstituierte Isophthalsäure, eine substituierte oder unsubstituierte Phthalsäure, oder ein Gemisch dieser Verbindungen.
Als bevorzugte aromatische Tricarbonsäure kann z. B. eine substituierte oder unsubstituierte Trimesinsäure, eine substituierte oder unsubstituierte Trimellitsäure, oder ein Gemisch dieser Verbindungen genannt werden.
Bei dem aromatischen Alkohol handelt es sich bevorzugt um ein substituiertes oder unsubstituiertes einwertiges, zweiwertiges oder dreiwertiges Phenol oder um ein Gemisch dieser Verbindungen.
Als Beispiele für einwertige, zweiwertige und dreiwertige Phenole können Phenol, 1,2-Dihydroxybenzol (Brenzcatechin), 1,3-Dihydroxybenzol (Resorcin), 1,4-Dihydroxybenzol (Hydrochinon), 1,2,3-Trihydroxybenzol (Pyrogallol), 1,3,5-Trihydroxybenzol (Phloroglucin) genannt werden, wobei diese Phenole substituiert oder unsubstituiert sein können.
Sofern die oben genannten aromatischen Carbonsäuren oder Alkohole subsituiert sind, kann es sich z. B. um Alkyl, bevorzugt C_1-4-Alkyl, Aryl, bevorzugt Phenyl handeln, die ihrerseits wieder substituiert sein können. Die aromatischen Carbonsäuren oder Alkohole können aber auch mit weiteren polaren Gruppen, z. B. Hydroxylgruppen substituiert sein. Durch die geeignete Auswahl von Substituenten kann der Schmelzpunkt und das Kristallisationsverhalten des organischen Feststoffs beeinflusst werden.
Die oben beschriebene aromatische Mono-, Di- oder Tricarbonsäure kann mit einem einwertigen oder mehrwertigen (bevorzugt zwei- oder dreiwertigen) Alkylalkohol, Cycloalkylalkohol, Arylalkohol (bevorzugt ein Phenol, wie es oben bereits beschrieben wurde) oder einem Gemisch dieser Alkohole verestert sein.
Beispielhafte Benzoesäureester, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind z. B. Glycerintribenzoat (Schm. p. = 71°C), Neopentylglycoldibenzoat (Schm. p. = 49°C), 1,4-Cyclohexandimethanoldibenzoat (Schm. p. = 118°C), Phenylbenzoat (Schm. p. = 66–69°C), 3-Hydroxyphenylbenzoat (Schm. p. = 133°C), Resorcinmonobenzoat (Schm. p. = 133–141°C), Resorcindibenzoat.
Beispielhafte Terephthalsäureester, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind z. B. Bis-(2-Hydroxyethyl)terephthalat (Schm. p. = 106–109°C), Dimethylterephthalat (Schm. p. = 139–141°C).
Beispielhafte Isophthalsäureester, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind z. B. Isophthalsäuredimethylester (Schm. p. = 64–68°C), Isophthalsäuremonomethylester (Schm. p. = 194–196°C), Isophthalsäurediphenylester (Schm. p. = 136–138°C).
Als Phthalsäureester kann z. B. Dicyclohexylphthalat (Schm. p. = 63–65°C) verwendet werden.
Als geeignete Trimesinsäureester (1,3,5-Tricarbonsäure) können z. B. Trimesinsäuretrimethylester (Schm. p. = 145-147°C) und Trimesinsäuretriethylester (Schm. p. = 134–139°C) genannt werden.
Das aromatische Amid kann durch Umsetzung der oben beschriebenen aromatischen Mono-, Di- oder Tricarbonsäure mit NH₃, einem primären, sekundären und/oder tertiären Amin erhältlich sein. Die primären, sekundären oder tertiären Amine können Alkyl-, bevorzugt C_1-4-Alkyl-, Cycloalkyl- wie z. B. Cyclohexyl-, und/oder Aryl- wie z. B. Phenylreste aufweisen. Als beispielhaftes aromatisches Amid kann Dimethylbenzamid (Schm. p. = 43–45°C) genannt werden.
Der oben definierte aromatische Alkohol kann mit einem weiteren Alkohol zu dem aromatischen Ether verethert sein. Als geeigneter weiterer Alkohol, mit dem die Umsetzung zum aromatischen Ether erfolgt, kann ein einwertiger oder mehrwertiger (bevorzugt zwei- oder dreiwertiger) Alkylalkohol, Cycloalkylalkohol, Arylalkohol (bevorzugt eines der bereits oben beschriebenen Phenole) oder ein Gemisch dieser Alkohole verwendet werden.
Beispielhafte aromatische Ether, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind z. B. 1,4-Dimethoxybenzol (Schm. p. = 54–56°c), Resorcindiphenylether (Schm. p. 59–61°C), Ethylenglycoldiphenylether (Schm. p. = 94–96°C), Phenylethylenglycol (Schm. p. = 66–68°C), oder deren Gemische.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der oben definierte aromatische Alkohol auch mit einer anorganischen Säure wie z. B. Phosphorsäure, zu einem aromatischen Ester umgesetzt werden. Beispielhaft kann in diesem Zusammenhang ein Arylphosphat, bevorzugt ein Triarylphosphat wie z. B. Triphenylphosphat (Schm. p. = 47–53°C) genannt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die organische Verbindung eine 1,4-disubstituierte Cyclohexan- oder Benzoleinheit auf und jeder der beiden Substituenten, die bevorzugt identisch sind, enthält eine Ester-, Amid- oder Ethergruppe. Beispielhafte organische Verbindungen, die in diesem Zusammenhang genannt werden können, sind Ester der Terephthalsäure oder auch 1,4-Cyclohexandioldicarboxylate wie z. B. 1,4-Cyclohexandimethanoldibenzoat. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich gezeigt, dass lineare Molekülstrukturen wie z. B. 1,4-disubstituierte Aromaten besonders leicht aus der Schmelze rekristallisieren.
Bevorzugt weist die oben beschriebene organische Verbindung einen Schmelzpunkt von 250°C oder weniger, bevorzugter einen Schmelzpunkt von 200°C oder weniger auf.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Feststoff-Druckfarbenzusammensetzung nur eine der oben beschriebenen organischen Verbindungen oder alternativ ein Gemisch von zwei oder mehr dieser organischen Verbindungen enthalten. Durch die Verwendung geeigneter Gemische dieser organischen Verbindungen ist es möglich, das Kristallisationsverhalten gezielt zu beeinflussen. Dabei ist es möglich, dass das Gemisch zwei oder mehr der oben beschriebenen Ester (bevorzugt aromatische Ester) und/oder zwei oder mehr der oben beschriebenen Ether (bevorzugt aromatische Ether) und/oder zwei oder mehr der oben beschriebenen Amide (bevorzugt aromatische Amide) aufweist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es aber auch möglich, dass das Gemisch z. B. einen Ester in Kombination mit einem Ether oder einen Ester in Kombination mit einem Amid oder einen Ether in Kombination mit einem Amid aufweist.
Bevorzugt liegt die organische Verbindung bzw. liegen die organischen Verbindungen mit einem Schmelzpunkt von mindestens 40°C und einem Molekulargewicht von weniger als 1000 g/mol in einer Menge von 60 Gew.% bis 98 Gew.%, bevorzugter in einer Menge von 80 Gew.% bis 92 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, vor.
Wie oben bereits dargelegt, umfasst die erfindungsgemäße Feststoff-Druckfarbenzusammensetzung mindestens ein Harz.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Harz um ein nicht-reaktives Harz.
Als bevorzugte Harze können z. B. Kolophoniumderivate, Polyterpenharze, Kohlenwasserstoffharze, Ketonharze, Aldehydharze, Polyvinylacetate, Acryl- und/oder Methacrylharze, Polyamidharze oder Gemische dieser Harze genannt werden.
Bevorzugt liegt das Harz in einer Menge von 2 Gew.% bis 40 Gew.%, bevorzugter in einer Menge von 5 Gew.% bis 20 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, vor.
Wie oben bereits dargelegt, umfasst die erfindungsgemäße Feststoff-Druckfarbenzusammensetzung einen Farbstoff und/oder ein Pigment.
Bevorzugt wird der Farbstoff oder das Pigment aus Metallkomplexfarbstoffen, z. B. Neozaponblau (kommerziell erhältlich von BASF), organischen bzw. anorganischen Pigmenten, z. B. Lichtgelb (Bayer), anorganischen Fluoreszenzpigmenten, z. B. Lumilux Rot (Honeywell), oder einem Gemisch dieser Farbstoffe und/oder Pigmente ausgewählt.
Bevorzugt liegt der Farbstoff oder das Pigment in einer Menge von 0,05 Gew.% bis 5 Gew.%, bevorzugter in einer Menge von 0,1 Gew.% bis 2 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, vor.
Die Zusammensetzung kann weiterhin ein Netzmittel umfassen.
Beispielhaft können Fluortenside als Netzmittel genannt werden, z. B. solche, die unter dem Handelsnamen Zonyl^® bekannt sind.
Bevorzugt liegt das Netzmittel in einer Menge von 0,02 Gew.% bis 5 Gew.%, bevorzugter in einer Menge von 0,1 Gew.% bis 2 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, vor.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Feststoff-Druckfarbenzusammensetzung ein Nukleierungsmittel.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird der Begriff „Nukleierungsmittel” in seiner üblichen, dem Fachmann geläufigen Bedeutung verwendet und umfasst solche Verbindungen, die als Keimbildner fungieren und dadurch die Kristallisation fördern.
Bevorzugt handelt es sich um ein aromatisches Nukleierungsmittel, d. h. das Nukleierungsmittel enthält mindestens eine aromatische Gruppe. Hinsichtlich des Begriffs der „aromatischen Gruppe” kann auf die obigen Ausführungen verwiesen werden. Das aromatische Nukleierungsmittel weist bevorzugt einen Schmelzpunkt von mindestens 140°C auf. Bevorzugter weist das aromatische Nukleierungsmittel einen Schmelzpunkt im Bereich von 140°C bis 350°C, noch bevorzugter im Bereich von 200°C bis 300°C auf.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Nukleierungsmittel um eine Verbindung, die in einer Schmelze der oben definierten organischen Verbindung mit einem Schmelzpunkt von mindestens 40°C und einem Molekulargewicht von weniger als 1000 g/mol nur eine mäßige bis geringe Löslichkeit aufweist. Hinsichtlich der Wirkungsweise des Nukleierungsmittels wird Folgendes vermutet: Verlässt die geschmolzene Druckfarbenzusammensetzung in Form eines Flüssigkeitstropfens die Druckervorrichtung, z. B. eine Inkjet-Druckvorrichtung, kommt es bereits in der Luft vor dem Auftreffen auf der Oberfläche des optischen Glases zu einer merklichen Abkühlung des Flüssigkeitstropfens. Diese Abkühlung ist bereits ausreichend, dass sich erste Kristallkeime des Nukleierungsmittels in dem Flüssigkeitstropfen bilden. Trifft dieser Flüssigkeitstropfen dann auf der zu bedruckenden Oberfläche auf, bewirken die Kristallkeime des Nukleierungsmittels eine noch raschere Kristallisation der oben definierten organischen Verbindung.
Als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die organische(n) Verbindung(en) ein aromatischer Ester, ein aromatisches Amid und/oder ein aromatischer Ether ist/sind und das Nukleierungsmittel eine aromatische Gruppe aufweist (d. h. ein aromatisches Nukleierungsmittel). Hinsichtlich des Begriffs der „aromatischen Gruppe” kann auf die obigen Ausführungen verwiesen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem aromatischen Nukleierungsmittel um ein substituiertes oder unsubstituiertes Anthracen, ein substituiertes oder unsubstituiertes Pyren oder ein substituiertes oder unsubstituiertes Perylen, oder ein Gemisch dieser Verbindungen.
Bevorzugt liegt das Nukleierungsmittel in einer Menge von 1 Gew.% bis 6 Gew.%, bevorzugter in einer Menge von 2 Gew.% bis 4 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, vor.
Grundsätzlich gilt, dass bedruckte Brillengläser erst dann in die üblichen Verpackungen wie Papiertütchen verpackt werden dürfen, wenn die Bedruckung eine ausreichende Festigkeit erreicht hat. Werden die Brillengläser zu früh verpackt, kann das Druckbild verschmieren.
Um den Gesamtprozess (Bedrucken + Verpacken) noch weiter zu beschleunigen, enthält die Feststoff-Druckfarbenzusammensetzung eine reaktive Epoxidverbindung, bevorzugt eine reaktive, durch kationische UV-Polymerisation härtbare Epoxidverbindung oder Epoxidharz, und eine Hydroxylkomponente. Die Hydroxylkomponente kann bereits durch die organische Verbindung mit einem Schmelzpunkt von mindestens 40°C und einem Molekulargewicht von weniger als 1000 g/mol bereit gestellt werden, d. h. die organische Verbindung weist eine oder mehrere (z. B. zwei) Hydroxylgruppen auf. Beispielhaft kann hier Bis-(2-hydroxyethyl)terephthalat genannt werden. Alternativ kann der Zusammensetzung eine weitere Verbindung als Hydroxylkomponente in Form eines Feststoffes zugefügt werden.
Damit die Feststoff-Druckfarbenzusammensetzung nach der UV-Härtung trotzdem noch gut und vollständig in Aceton löslich ist, liegt das molare Verhältnis der Hydroxylgruppen zu den Epoxidgruppen in der Zusammensetzung im Bereich von 2:1 bis 4:1. Durch den bewussten Unterschuss an Epoxidgruppen entstehen bei der UV-Härtung lediglich oligomere, aber nicht dreidimensional vernetzte Strukturen, so dass eine ausreichende Löslichkeit in Aceton noch gegeben ist.
Als Hydroxylkomponenten werden im Sinne der Anmeldung Feststoffe eingesetzt. Wie oben erwähnt, kann bereits die organische Verbindung mit einem Schmelzpunkt von mindestens 40°C und einem Molekulargewicht von weniger als 1000 g/mol diese Hydroxylkomponente bereit stellen. Alternativ kann eine zusätzliche Verbindung als Hydroxylkomponente zugegeben werden. Als bevorzugte Hydroxylkomponenten können Bis-(2-Hydroxyethyl)-terephthalat und 2,2-Dimethyl-1,3-propandiol genannt werden.
Bevorzugte Epoxidverbindungen sind ringepoxidierte Cycloaliphaten wie z. B. 3,4-Epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexan-Carboxylat (Cyracure UVR-6110, Hersteller: Union Carbide) oder Bis-(3,4-epoxycyclohexyl)-adipat (Cyracure UVR-6128).
Als UV-Initiatoren eignen sich Triarylsulphoniumsalze, wie z. B. Cyracure UVI 6976 oder Cyracure UVI 6990.
Da die Löslichkeit der Epoxidharze in den Hydroxylkomponenten temperaturabhängig ist, wird beim raschen Abkühlen aus der klaren Schmelze (ohne Pigment) der entsprechenden Feststoff-Druckfarbenzusammensetzung eine rasche Eintrübung durch beginnende Kristallisation der Hydroxylkomponenten, verbunden mit einem erheblichen Viskositätsanstieg beobachtet. Dieser Effekt wirkt dem Lotu-Tec-Effekt deutlich entgegen. Unmittelbar nach der UV-Härtung ist die Bedruckung so fest, dass die bedruckten Brillengläser direkt in Papiertütchen verpackt werden können.
Die Feststoff-Druckfarbenzusammensetzung kann hergestellt werden, indem die oben beschriebenen Komponenten durch gängige Mischverfahren, die dem Fachmann geläufig sind, miteinander vermischt werden. Es ist dabei bevorzugt, dass eine möglichst homogene Zusammensetzung erhalten wird.
Bevorzugt werden beim Aufschmelzen der festen Komponenten zu hohe Temperaturen bzw. Überhitzungen vermieden, da es sonst zu Zersetzungsprozessen und folglich zu Qualitätsverschlechterungen kommen kann.
Gemäß eines weiteren Aspekts betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bedrucken von optischen Gläsern, insbesondere Brillengläsern, wobei die oben beschriebene Feststoff-Druckfarbenzusammensetzung bereit gestellt wird, und die Zusammensetzung durch eine Druckervorrichtung auf die Oberfläche eines optischen Glases, insbesondere eines Brillenglases, aufgebracht wird.
Bevorzugt handelt es sich bei der Druckervorrichtung um eine solche, die die Druckfarbenzusammensetzung unter Verwendung eines Tintenstrahldruckkopfes auf die zu bedruckende Oberfläche aufbringt.
Bevorzugt handelt es sich bei der Druckervorrichtung um einen Tintenstrahldrucker.
Gemäß eines weiteren Aspekts betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der oben beschriebenen Feststoff-Druckfarbenzusammensetzung für das Bedrucken von optischen Gläsern, insbesondere Brillengläsern.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf nicht zur Erfindung gehörende Anwendungsbeispiele eingehender erläutert.
Beispiel 1 (nicht erfindungsgemäß):

92 Gew.Teile 1,4-Cyclohexandimethanoldibenzoat
8 Gew.Teile Kunstharz SK (Ketonharz)
2 Gew.Teile Zonyl FSN
1 Gew.Teil Sudanblau 670
Erweichungsbereich ca. 120–125°C

Beispiel 2 (nicht erfindungsgemäß):

85 Gew.Teile 1,4-Cyclohexandimethanoldibenzoat
10 Gew.Teile Glycerintribenzoat
5 Gew.Teile Kunstharz SK
1 Gew.Teil Zonyl FSN
0,1 Gew.Teile Neozapongelb 157
Erweichungsbereich ca. 110–115°C

Beispiel 3 (nicht erfindungsgemäß):

60 Gew.Teile Bis-(hydroxyethyl)-terephthalat
30 Gew.Teile Triphenylphosphat
10 Gew.Teile Kunstharz SK
0,1 Gew.Teile Neozapongelb 157
Erweichungsbereich ca. 100°C

Beispiel 4 (nicht erfindungsgemäß):

70 Gew.Teile 1,4-Cyclohexandimethanoldibenzoat
20 Gew.Teile Triphenylphosphat
10 Gew.Teile Kunstharz SK
0,1 Gew.Teile Neozapongelb 157
Erweichungsbereich ca. 100°C

Beispiel 5 (nicht erfindungsgemäß):

75 Gew.Teile 1,4-Cyclohexandimethanoldibenzoat
15 Gew.Teile Triphenylphosphat
10 Gew.Teile Kunstharz SK
0,5 Gew.Teile Zonyl FSN
0,1 Gew.Teile Neozapongelb 157
Erweichungsbereich ca. 105–110°C

Beispiel 6 (nicht erfindungsgemäß):

50 Gew.Teile 1,4-Cyclohexandimethanoldibenzoat
40 Gew.Teile Bis-(hydroxyethyl)-terephthalat
10 Gew.Teile Kunstharz SK
0,5 Gew.Teile Zonyl FSN
0,1 Gew.Teile Neozapongelb 157
Erweichungsbereich ca. 10–105°C

Beispiel 7 (nicht erfindungsgemäß):

58 Gew.Teile 1,4-Cyclohexandimethanoldibenzoat
42 Gew.Teile Bis-(2-Hydroxyethyl)-terephthalat
12 Gew.Teile Kunstharz SK
1 Gew.Teil Anthracen
0,2 Gew.Teile Zonyl FSN
0,4 Gew.Teile Sudanblau
Erweichungsbereich ca. 100–105°C

Beispiel 8 (nicht erfindungsgemäß):

95 Gew.Teile 1,4-Cyclohexandimethanoldibenzoat
15 Gew.Teile Kunstharz SK
5 Gew.Teile Anthracen
0,2 Gew.Teile Zonyl FSN
0,4 Gew.Teile Neozapongelb 157
Erweichungsbereich ca. 105–110°C

Die oben beschriebenen Zusammensetzungen der Beispiele 1–8 lassen sich im geschmolzenen Zustand mittels Inkjet-Technik auf optische Gläser wie z. B. Brillengläser applizieren. Beim Auftreffen der Farbtröpfchen auf die Oberfläche des Brillenglases zeigen diese ein sehr rasches Erstarren.
Durch diesen raschen Erstarrungsvorgang beim Auftreffen auf der Brillenglasoberfläche wird auch bei Gläsern mit hydrophobierter Oberfläche (Lotu-Tec-Gläser) ein Zusammenziehen des Druckbildes vermieden. Weiterhin lassen sich die Farben nach dem Bedrucken mit Alkoholen (Ethanol, Isopropanol) bzw. mit Aceton vollständig und ohne Schmierer von der Brillenglasoberfläche entfernen.
Die Zusammensetzungen der Beispiele 7 und 8 enthielten zusätzlich ein Nukleierungsmittel, so dass der Erstarrungsvorgang des Flüssigkeitstropfens auf der Brillenglasoberfläche noch rascher ablief. Bei Lotu-Tec-Gläsern wird bei Flüssigkeitströpfchen, die auf die Oberfläche auftreffen, ein rasches Zusammenziehen beobachtet. Dieser für das Bedrucken der Brillengläser unerwünschten Eigenschaft wird tendenziell entgegengewirkt wenn der Flüssigkeitstropfen schnell erstarrt bzw. rasch eine hohe Viskosität annimmt.

Claims

Eine Feststoff-Druckfarbenzusammensetzung, umfassend – zumindest eine organische Verbindung mit einem Schmelzpunkt von mindestens 40°C und einem Molekulargewicht von weniger als 1000 g/mol, wobei die organische Verbindung aus einem Ester, einem Ether oder einem Amid ausgewählt wird, – ein Harz, – einen Farbstoff und/oder ein Pigment, und – eine reaktive Epoxidverbindung und eine Hydroxylkomponente, wobei die Hydroxylkomponente durch die organische Verbindung mit dem Schmelzpunkt von mindestens 40°C und dem Molekulargewicht von weniger als 1000 g/mol und/oder durch eine zusätzlich zugegebene Verbindung bereitgestellt wird, und wobei das molare Verhältnis der Hydroxylgruppen zu den Epoxidgruppen in der Zusammensetzung im Bereich von 2:1 bis 4:1 liegt.
Die Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei es sich bei der organischen Verbindung um einen aromatischen Ester, ein aromatisches Amid oder einen aromatischen Ether handelt.
Die Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei der organischen Verbindung um einen Ester, einen Ether oder ein Amid einer aromatischen Carbonsäure und/oder eines aromatischen Alkohols handelt.
Die Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei es sich bei der aromatischen Carbonsäure um eine aromatische Monocarbonsäure, eine aromatische Dicarbonsäure, eine aromatische Tricarbonsäure oder ein Gemisch dieser Verbindungen handelt.
Die Zusammensetzung nach Anspruch 4, wobei es sich bei der aromatischen Monocarbonsäure um eine substituierte oder unsubstituierte Benzoesäure handelt.
Die Zusammensetzung nach Anspruch 4 oder 5, wobei es sich bei der aromatischen Dicarbonsäure um eine substituierte oder unsubstituierte Terephthalsäure, eine substituierte oder unsubstituierte Isophthalsäure, eine substituierte oder unsubstituierte Phthalsäure, oder ein Gemisch dieser Verbindungen handelt.
Die Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 4–6, wobei es sich bei der aromatischen Tricarbonsäure um eine substituierte oder unsubstituierte Trimesinsäure, eine substituierte oder unsubstituierte Trimellitsäure, oder ein Gemisch dieser Verbindungen handelt.
Die Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 3–7, wobei es sich bei dem aromatischen Alkohol um ein substituiertes oder unsubstituiertes einwertiges, zweiwertiges oder dreiwertiges Phenol oder um ein Gemisch dieser Verbindungen handelt.
Die Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die organische Verbindung bzw. die organischen Verbindungen in einer Menge von 60 Gew.% bis 98 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, vorliegt bzw. vorliegen.
Die Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Harz aus Kolophoniumderivaten, Polyterpenharzen, Kohlenwasserstoffharzen, Ketonharzen, Aldehydharzen, Polyvinylacetaten, Acryl- und/oder Methacrylharzen, Polyamidharzen oder Gemischen dieser Harze ausgewählt wird, und/oder wobei das Harz in einer Menge von 2 Gew.% bis 40 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, vorliegt.
Die Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Farbstoff oder das Pigment aus Metallkomplexfarbstoffen, organischen Pigmenten, anorganischen Pigmenten, anorganischen Fluoreszenzpigmenten, oder einem Gemisch dieser Farbstoffe und/oder Pigmente ausgewählt wird, und/oder wobei der Farbstoff oder das Pigment in einer Menge von 0,05 Gew.% bis 5 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, vorliegt.
Die Zusammensetzung nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin umfassend ein Nukleierungsmittel, wobei es sich bevorzugt um ein aromatisches Nukleierungsmittel handelt, und wobei das Nukleierungsmittel bevorzugt in einer Menge von 1 Gew.% bis 6 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, vorliegt.
Ein Verfahren zum Bedrucken von optischen Gläsern, wobei die Feststoff-Druckfarbenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 bereit gestellt wird, und die Zusammensetzung durch eine Druckervorrichtung auf die Oberfläche eines optischen Glases aufgebracht wird.
Verwendung der Feststoff-Druckfarbenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 für das Bedrucken von optischen Gläsern.