DE10328531A1 - UV-drying lustering preparation for decorating ceramic, porcelain or glass, especially for ceramic transfer decoration, contains metal-organic compound, cationically-polymerisable monomer and suitable initiator - Google Patents

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Abstract

A UV-drying lustering preparation (I) based on (A) organic compound(s) of precious or non-precious metals, for decorating ceramic, porcelain and glass, also contains (B) cationically-polymerisable monomer(s) and (C) initiator(s) for cationic polymerisation. An independent claim is also included for a method for coating ceramic substrates by applying preparation (I) and hardening the coating with UV light.

Description

Die Erfindung betrifft UV-trocknende Lüsterpräparate und deren Verwendung.The The invention relates to UV-drying chandelier preparations and their use.

Dekorationsmaterialien aus der Gruppe der Lüsterpräparate, die zur Verzierung von Keramik, Porzellan und Glas eingesetzt werden, sind in zahlreichen Veröffentlichungen beschrieben.Decoration materials from the group of chandelier preparations, used to decorate ceramics, porcelain and glass, are in numerous publications described.

Sie bestehen im wesentlichen aus folgenden Bestandteilen:

  • – Einer Mischung organischer Edel- und/oder Unedelmetallverbindungen, die sich beim Einbrennen zu den jeweiligen Metalloxiden oder Metallen zersetzen und der je nach Zusammensetzung die verschiedensten Farbtöne aufweisen kann.
  • – Organischen Lösungsmitteln als Träger für die gelösten Metallverbindungen.
  • – Natur- und Kunstharzen zur Einstellung der optimalen Verarbeitungsviskosität bzw. Anpassung und Optimierung der Eigenschaften der Präparate an die jeweilige Applikationsmethode.
They consist essentially of the following components:
  • - A mixture of organic precious and / or base metal compounds which decompose on baking to the respective metal oxides or metals and which may have a variety of shades depending on the composition.
  • - Organic solvents as carriers for the dissolved metal compounds.
  • - Natural and synthetic resins for setting the optimum processing viscosity or adaptation and optimization of the properties of the preparations to the respective application method.

Ein erheblicher Anteil der Lüsterpräparate zur Dekoration wird über sogenannte keramische Abziehbilder verbraucht. Hierzu wird ein Präparat in pastöser Form im erwünschten Design mittels Siebdruck auf ein spezielles Trägerpapier aufgebracht. Nach der Trocknung der Paste und gegebenenfalls dem Druck weiterer Farben wird ein keramischer Transferlack überdruckt. Nach dem Trocknen des Abziehbildes kann das Motiv durch Einweichen in Wasser vom Trägerpapier abgelöst, auf den zu dekorierenden Gegenstand appliziert und eingebrannt werden. Durch thermische Zersetzung bildet sich hierbei der dekorative Metalloxidfilm aus.One considerable proportion of chandelier preparations Decoration is over so-called ceramic decals consumed. For this purpose, a preparation in pasty Shape in the desired Design applied by screen printing on a special carrier paper. To the drying of the paste and optionally the printing of other colors a ceramic transfer varnish is overprinted. After drying of the decal, the motif can be soaked in water from the backing paper replaced, applied to the object to be decorated and baked. Thermal decomposition forms the decorative metal oxide film out.

Ein großer Nachteil der lösungsmittelhaltigen Präparate ist bei diesem Verfahren, dass die Trocknungszeit zum Abdampfen der Lösungsmittel mehrere Stunden beträgt. Bei der Herstellung keramischer Abziehbilder ist es inzwischen gelungen, übliche Dekorfarben mittels UV- trocknender Druckmedien zu verarbeiten und somit die Trocknungszeit beim Herstellprozess gravierend zu verkürzen. Weiterhin hat diese Technologie den Vorteil, dass es zu keinen Lösungsmittelemissionen kommt. Es war daher sehr wünschenswert auch Lüsterpräparate bereitzustellen, die sich für diese Technologie der Herstellung keramischer Abziehbilder eignen.One greater Disadvantage of the solvent-containing preparations is in this process that the drying time for evaporation the solvent several hours. In the meantime, it has succeeded in producing ceramic decals, using the usual decorative colors by means of UV-drying To process print media and thus the drying time during the production process severely shorten. Furthermore, this technology has the advantage that there are no solvent emissions comes. It was therefore very desirable also to provide chandelier preparations, for themselves this technology of making ceramic decals are suitable.

In der europäischen Patentschrift EP 0 346 570 B1 werden bereits photopolymerisierbare Lüsterpräparate beschrieben. Diese Lüsterpräparate bestehen im wesentlichen aus folgenden Bestandteilen:
Vertretern der organischen Edelmetall- und Nichtedelmetallverbindungen;
Isobornylacrylat oder Dicyclopentadienylacrylat und gegebenenfalls weiteren Acryl- oder Methacrylsäureestern;
Acrylsäure- oder Methacrylsäureoligomeren;
Metallresinaten;
Photoinitiator;
Natur- oder Kunstharzen bzw. Mischungen davon.
In the European patent specification EP 0 346 570 B1 already photopolymerizable luster preparations are described. These chandelier preparations consist essentially of the following components:
Representatives of the organic precious and non-precious metal compounds;
Isobornyl acrylate or dicyclopentadienyl acrylate and optionally further acrylic or methacrylic acid esters;
Acrylic acid or methacrylic acid oligomers;
metal resinates;
Photoinitiator;
Natural or synthetic resins or mixtures thereof.

Das Grundprinzip dieser Zusammensetzungen beruht auf der radikalischen Photopolymerisation. Durch Bestrahlung mit UV-Licht geeigneter Wellenlänge wird der Photoinitiator in Radikale gespalten, die mit den Acrylsäureestern unter Polymerisation reagieren.The The basic principle of these compositions is based on the radical Photopolymerization. By irradiation with UV light of suitable wavelength the photoinitiator is split into radicals that react with the acrylic acid esters react under polymerization.

Präparate dieser Art haben sich durchaus als sehr gut für den Direktdruck auf Glas oder auf Keramik erwiesen. Leider haben sie Nachteile bei der Anwendung für keramische Abziehbilder derart, dass bei der Applikation des keramischen Transferlacks stets ein leichtes Anlösen des UV-getrockneten Präparats durch die Lösungsmittel erfolgt, was zur Folge hat, dass nach dem Einbrennen das Präparat verwaschene oder verfärbte Konturen durch herausgelöste Bestandteile aufweist oder trüb ausbrennt.Preparations of these Species have proven to be very good for direct printing on glass or proven on ceramic. Unfortunately, they have disadvantages in the application for ceramic Decals such that in the application of the ceramic transfer varnish always easy to solve of the UV-dried preparation through the solvents takes place, which has the consequence that washed after the burn the preparation or discolored contours through liberated Constituents or cloudy burns out.

Es wurde versucht, diesen Nachteil durch Erhöhung der Pigmentvolumenkonzentration zu beseitigen ( EP 1 291 335 A1 ).An attempt has been made to eliminate this disadvantage by increasing the pigment volume concentration ( EP 1 291 335 A1 ).

Als weiterer Nachteil zeigte sich, dass in Anwesenheit von Goldsulforesinaten oder schwefelhaltiger Harze, wie sie häufig zur Glanzverbesserung im Präparat enthalten sind, eine starke Inhibierung der UV-Trocknung eintritt, da der anwesende Schwefel als Radikalfänger wirkt. Es wird daher eine extrem lange Trocknungszeit mit UV-Licht benötigt, die für die Praxis untauglich ist bzw. es tritt gar keine UV-Trocknung ein.When Another disadvantage was that in the presence of Goldsulforesinaten or sulfur-containing resins, as is often the case for gloss improvement in the preparation contain a strong inhibition of UV drying, because the sulfur present acts as a radical scavenger. It will therefore be a extremely long drying time with UV light needed, which is unsuitable for the practice or there is no UV drying at all.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zumindest teilweise zu beseitigen und Lüsterpräparate zur Verfügung zu stellen, die für den Einsatz bei der Herstellung keramischer Abziehbilder geeignet sind.task It is the object of the present invention to at least partially overcome these disadvantages to eliminate and chandelier preparations for disposal to ask for suitable for use in the manufacture of ceramic decals are.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können diese Nachteile vermieden werden, wenn die Edelmetallpräparate durch kationische Photopolymerisation ausgehärtet werden.According to the present Invention can These disadvantages are avoided when the precious metal preparations by Cationic photopolymerization are cured.

Die Erfindung betrifft somit ein Lüsterpräparat zur Verzierung von Keramik, Porzellan und Glas, enthaltend

  • A mindestens eine organische Edel- oder Unedelmetallverbindung;
  • B mindestens ein kationisch polymerisierbares Monomer; und
  • C mindestens einen Initiator für die kationische Polymerisation.
The invention thus relates to a chandelier preparation for decorating ceramics, porcelain and glass containing
  • A is at least one organic precious or base metal compound;
  • B at least one cationically polymerizable monomer; and
  • C at least one initiator for the cationic polymerization.

Durch die kationische Photopolymerisation kann einerseits die Inhibierung der Trocknung durch Schwefel größtenteils vermieden werden, andererseits ist es möglich zu vermeiden, dass beim Überlackieren der gehärteten Präparate ein „Anlösen" durch den Lack und somit eine verfärbte Kontur nach dem Einbrand entsteht.By the cationic photopolymerization on the one hand, the inhibition drying by sulfur mostly be avoided, on the other hand, it is possible to avoid that when overpainting the hardened preparations a "solving" by the paint and thus a discolored Contour after firing arises.

Das Prinzip der kationischen Photopolymerisation besteht darin, dass geeignete Photoinitiatoren bei der UV-Bestrahlung Protonensäuren erzeugen. Diese Protonensäuren können mit verschiedenen Typen von Monomeren reagieren, die einer kationischen Polymerisation zugänglich sind.The The principle of cationic photopolymerization is that suitable photoinitiators in the UV irradiation produce protic acids. These protic acids can react with different types of monomers that are cationic Polymerization accessible are.

Die kationischen Photoinitiatoren können in folgende Gruppen unterteilt werden:

  • 1. Ionische Photoinitiatoren 1a. „Onium" Salze Typische Beispiele sind z.B. Aryldiazonium-Salze, Diaryliodonium-Salze, Triarylsulfonium-Salze, Triarylselenium-Salze, Dialkylphenacylsulfonium-Salze, Triarylsulfoxonium-Salze usw., wobei die Anionen Tetrafluoroborate, Hexafluorophosphate, Hexafluoroantimonate und Hexafluoroarsenate sind. 1b. Organometall-Salze Typische Beispiele sind z.B. Eisen-Aren Komplexe, wie etwa Irgacure 261 [(eta6-Isopropylbenzol)(eta5 cyclopentadienyl)eisen]hexafluorophosphat.
  • 2. Nicht-ionische Photoinitiatoren 2a. Organosilane 2b. Latente Sulfonsäuren 2c. Verschiedene sonstige nichtionische Verbindungen
The cationic photoinitiators can be divided into the following groups:
  • 1. Ionic photoinitiators 1a. "Onium" salts Typical examples are, for example, aryldiazonium salts, diaryliodonium salts, triarylsulfonium salts, triarylselenium salts, dialkylphenacylsulfonium salts, triarylsulfoxonium salts, etc., where the anions are tetrafluoroborates, hexafluorophosphates, hexafluoroantimonates and hexafluoroarsenates. Salts Typical examples are, for example, iron-arene complexes such as Irgacure 261 [(eta 6- isopropylbenzene) (eta 5 cyclopentadienyl) iron] hexafluorophosphate.
  • 2. Nonionic photoinitiators 2a. Organosilane 2b. Latent sulfonic acids 2c. Various other nonionic compounds

Weiter Beispiele finden sich in der Monographie S.P. Pappas (ed), Radiation Curing: Science and Technology (1992).Further Examples can be found in the monograph S.P. Pappas (ed), Radiation Curing: Science and Technology (1992).

Kommerziell im Einsatz sind jedoch im wesentlichen nur die Diaryliodonium- und Triarylsulfoniumsalze mit Hexafluorophosphat und -antimonat Anionen.Commercially In use, however, are essentially only the diaryliodonium and Triarylsulfonium salts with hexafluorophosphate and antimonate anions.

Als reaktionsfähige Monomere eignen sich vor allem kationisch polymerisierbare Monomere wie cyclische Ether, Epoxide, Lactone, cyclische Sulfide, Acetate und Siloxane oder Vinylether. Besonders geeignet und am gebräuchlichsten sind die Epoxide.When reactive Monomers are especially suitable cationically polymerizable monomers such as cyclic ethers, epoxides, lactones, cyclic sulfides, acetates and siloxanes or vinyl ethers. Especially suitable and most common are the epoxides.

Neben den niedermolekularen monofunktionellen und difunktionellen Epoxidmonomeren können auch Epoxy-Präpolymere und höhere Oligomere verwendet werden. Unter den Epoxyharzen werden im wesentlichen 3 Haupttypen bei der Formulierung kationisch härtbarer Systeme eingesetzt:
Cycloaliphatische Epoxyharze,
Glycidyletherharze, z.B. Bisphenol-A-diclycidylether, und
Epoxidierte Öle, z.B. epoxidiertes Sojaöl.
In addition to the low molecular weight monofunctional and difunctional epoxy monomers, epoxy prepolymers and higher oligomers can also be used. Among the epoxy resins, essentially three major types are used in the formulation of cationic curable systems:
Cycloaliphatic epoxy resins,
Glycidyl ether resins, eg, bisphenol A dicyclodyl ether, and
Epoxidized oils, eg epoxidized soybean oil.

Die bei der Photolyse der kationischen Photoinitiatoren generierten Lewis- oder Brönsted-Säuren reagieren mit oben genannten Monomeren, Oligomeren und Harzen unter kationischen Polymerisation. Die Brönsted-Säure protoniert zunächst die Epoxidgruppe. Das protonierte Epoxid bildet unter Ringöffnung ein Carbonium-Ion, welches mit einem weiteren Epoxidmolekül unter Kettenbildung weiterreagiert.The generated during the photolysis of the cationic photoinitiators Lewis or Bronsted acids react with above Monomers, oligomers and resins under cationic polymerization. The Bronsted acid protonates first the epoxide group. The protonated epoxide forms a carbonium ion with ring opening, which reacts further with another epoxide molecule with chain formation.

Überraschenderweise ist es möglich, durch Auflösen der für Lüsterpräparate geeigneten Metallverbindungen in geeigneten Epoxymonomeren Lösungen herzustellen, die einer kationschen Polymerisation unterworfen werden können. Diese Monomeren müssen einerseits eine gute Löslichkeit für die geeigneten Edelmetallverbindungen aufweisen, andererseits bei der thermischen Zersetzung die Bildung eines hochglänzenden Metallfilms nicht stören. Die erfindungsgemäßen Präparate sind somit vorzugsweise frei von üblichen organischen Lösungsmitteln.Surprisingly, it is possible by dissolving the metal compounds suitable for chandelier preparations in suitable epoxy monomers to prepare solutions which undergo cationic polymerization can be thrown. On the one hand, these monomers must have good solubility for the suitable noble metal compounds, but on the other hand should not interfere with the formation of a high-gloss metal film during thermal decomposition. The preparations according to the invention are thus preferably free from customary organic solvents.

Als besonders geeignet haben sich Epoxymonomere erwiesen, die sich von Terpenkohlenwasserstoffstrukturen ableiten. Beispiele sind Alpha- und Beta-Pinenoxid, Limonenmonoxid und -dioxid, Terpinolenedioxid, Myrcenedioxid, Dicyclopentadiendioxid, Terpenolenoxid, Myrcenmonoxid usw.When epoxy monomers have proven particularly suitable which differ from Derive terpene hydrocarbon structures. Examples are alpha and beta-pinene oxide, limonene monoxide and dioxide, terpinolene dioxide, Mycene dioxide, dicyclopentadiene dioxide, terpenol oxide, myrcene monoxide etc.

Weitere geeignete mono- und difunktionelle Epoxide leiten sich von Epoxycylohexylverbindungen ab.Further Suitable mono- and difunctional epoxides are derived from epoxycyclohexyl compounds from.

Weiterhin ist es überraschend, dass die üblicherweise als kationische Photoinitiatoren eingesetzten Oniumsalze beim Einbrennen die Bildung des glänzenden Oxidfilms nicht immer negativ beeinflussen. Triarylsulfonium-hexafluoroantimonate, -hexafluorophosphate und tetrafluoroborate als Photoninitiatoren erwiesen sich als durchaus geeignet und führen zu hochglänzenden Metallfilmen nach dem Einbrennen.Farther it is surprising that usually Onium salts used as cationic photoinitiators during baking the formation of the shiny Oxide film does not always affect negatively. Triarylsulfonium hexafluoroantimonate, hexafluorophosphates and tetrafluoroborates as photoinitiators proved to be quite suitable and lead to high gloss Metal films after baking.

Die Mengen der Monomeren liegen in der Regel bei etwa 20 – 60 % im Präparat. Neben den Monomeren können die Formulierungen auch einen Anteil an Epoxidharzen aber auch von nichtreaktiven Harzen wie sie üblicherweise in Glanzedelmetallpräparaten eingesetzt werden enthalten. Beispiele hierfür sind Asphalt, Kolophonium und von Kolophonium abgeleitete Harze, Phenolharze, Maleinatharze, Alkydharze, geschwefelte Naturharze und Mischungen dieser Harze. Die Mengen dieser Zusatzkomponenten liegen bevorzugt bei 0 bis ca. 20%.The Amounts of monomers are usually about 20 - 60% im Preparation. In addition to the monomers can the formulations also a share of epoxy resins but also of non-reactive resins as they usually do in bright precious metal preparations to be used. Examples include asphalt, rosin rosin-derived resins, phenolic resins, maleate resins, Alkyd resins, sulfurized natural resins and mixtures of these resins. The amounts of these additional components are preferably from 0 to about 20%.

Die Formulierungen können eine große Anzahl von organischen Metallverbindungen enthalten, die zur Erzielung des gewünschten Farbtons nötig sind. Beispiele sind die Resinate, Sulforesinate oder Carboxylate der Elemente B, Al, Cr, Cu, Fe, Co, Mn, Ni, Bi, V, Rh, Si, Rh, Pd, Pt, Ru, Ir, Ti, Zr, Ag usw. und deren Mischungen. Die Metallverbindungen sind bevorzugt einzeln zu 1 bis 20 Gew.% und zusammen zu etwa 5 bis 30 Gew.% in den UV-trocknenden Präparaten vorhanden.The Formulations can a big Number of organic metal compounds included, to achieve of the desired Shades needed are. Examples are the resinates, sulforesinates or carboxylates of Elements B, Al, Cr, Cu, Fe, Co, Mn, Ni, Bi, V, Rh, Si, Rh, Pd, Pt, Ru, Ir, Ti, Zr, Ag, etc., and mixtures thereof. The metal compounds are preferably individually from 1 to 20% by weight and together about 5 up to 30% by weight in the UV-drying preparations.

Die Präparate gemäß dieser Erfindung können auf ein keramisches Abziehbilderpapier gedruckt und mit einer handelsüblichen Quecksilber-Hochdrucklampe in 1 – 2 Sek. getrocknet werden. Nach dem Übertragen auf Porzellan und Einbrennen bei 820 °C bildet sich ein hochglänzender, rissfreier Film in der für Lüster typischen Erscheinung.The preparations according to this Invention can printed on a ceramic decal paper and with a commercial High-pressure mercury lamp to be dried in 1 - 2 sec. After transferring on porcelain and baking at 820 ° C, a high-gloss, crack-free movie in the for Chandelier typical Appearance.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung näher, ohne sie zu beschränken: Beispiel für ein UV-trocknendes Lüsterpräparat: Limonendioxid 52,5 g Kolophonium 40 g Tetraisobutylorthotitanat 4 g Triarylsulfoniumhexafluoroantimonat (50%ige Lsg.) 3 g Entschäumer 0,5 g Summe 100 g The following examples illustrate the invention in more detail, without limiting it: Example of a UV-drying Luster Preparation: limonene 52.5 g rosin 40 g tetraisobutylorthotitanate 4 g Triarylsulfonium hexafluoroantimonate (50% solution) 3 g defoamers 0.5 g total 100 g

Die Komponenten werden gelöst und im Siebdruckverfahren mit einem 130 mesh/cm Polyestergewebe auf ein herkömmliches keramisches Abziehbilderpaper gedruckt.The Components are solved and screen-printed with a 130 mesh / cm polyester fabric on a conventional printed ceramic decals paper.

Die UV-Trocknung erfolgt mit einem üblichen Hochdruck-Quecksilberlampe bei einer Bandgeschwindigkeit von 15 m/min. in 1 – 2 Sek.The UV drying is done with a standard High pressure mercury lamp at a belt speed of 15 m / min. in 1 - 2 Second

Anschließend wird mit einem üblichen keramischen Siebdrucklack überlackiert (Heraeus L 406).Subsequently, will with a usual ceramic screen printing varnish overcoated (Heraeus L 406).

Nach dem Trocknen wird das Abziehbild durch Einweichen in Wasser vom Trägerpapier abgelöst und wie üblich bei 800 °C eingebrannt.To drying is the decal by soaking in water from backing paper superseded and as usual at 800 ° C baked.

Es bildet sich ein glänzender, irisierender Spiegel von Titanoxid.It forms a shiny, iridescent mirror of titanium oxide.

Claims (7)

UV-trocknendes Lüsterpräparat zur Verzierung von Keramik, Porzellan und Glas, enthaltend A mindestens eine organische Edel- oder Unedelmetallverbindung; B mindestens ein kationisch polymerisierbares Monomer; und C mindestens einen Initiator für die kationische Polymerisation.UV-drying luster preparation for decorating ceramics, Porcelain and glass, containing A at least one organic Precious or base metal compound; B at least one cationic polymerizable monomer; and C at least one initiator for the cationic polymerization. Lüsterpräparat nach Anspruch 1, enthaltend als Komponente B eines oder mehrere Epoxymonomere.Luster preparation after Claim 1, containing as component B one or more epoxy monomers. Lüsterpräparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallverbindungen) in dem/den Epoxymonomeren gelöst sind.Luster preparation after Claim 2, characterized in that the metal compounds) dissolved in the / the epoxy monomers are. Lüsterpräparat nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Epoxymonomeren sich von Terpenkohlenwasserstoffstrukturen oder Epoxycylohexylverbindungen ableiten.Luster preparation after one of the claims 2 or 3, characterized in that the epoxy monomers differ from Terpene hydrocarbon structures or epoxycyclohexyl compounds derived. Lüsterpräparat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Initiator der Gruppe der Oniumsalze angehört.Luster preparation after one of the claims 1 to 4, characterized in that the initiator of the group of Belongs to onium salts. Verfahren zur Beschichtung keramischer Substrate durch Aufbringen eines Lüsterpräparats nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und anschließendes Härten mit UV-Licht.Process for coating ceramic substrates by applying a chandelier preparation one of the claims 1 to 5 and subsequent hardening with UV light. Verwendung von Lüsterpräparaten nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Dekoration von keramischen Substraten.Use of chandelier preparations according to one of the claims 1 to 5 for the decoration of ceramic substrates.
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