DE2556183C2 - Druckfarbenbindemittel - Google Patents

Druckfarbenbindemittel

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DE2556183C2 DE2556183A DE2556183A DE2556183C2 DE 2556183 C2 DE2556183 C2 DE 2556183C2 DE 2556183 A DE2556183 A DE 2556183A DE 2556183 A DE2556183 A DE 2556183A DE 2556183 C2 DE2556183 C2 DE 2556183C2
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Description

Die teilweise Neutralisation von Naturharzsäuren durch Verbindungen der II. Gruppe des Periodischen Systems ist bekannt und hat den Zweck, die preiswerten Naturharzsäuren mit niedrigem Schmelzpunkt und hoher Säurezahl in die härtere Form von Reslnaten, die eine niedrigere Säurezahl aufweisen, überzuführen. Diese Resinate werden jedoch lediglich als Zusatz- bzw. Verschnittharze zu Druckfarben, Lackblndemllteln, Klebstoffen oder dergleichen eingesetzt, well sie wegen Ihrer relativ langsamen Trocknung und ungenügendem Stand auf satiniertem Papier als alleiniges Bindemittel für Tiefdruckfarben nicht geeignet sind.
Es Ist auch bekannt, dimere Harzsäuren in Resinate umzuwandeln. Diese zeigen wesentlich höhere Schmelzpunkte und bei gesenkter Säurezahl höhere Viskositäten als entsprechende Resinate aus monomeren Naturharzsäuren und sind daher auch als alleinige Bindemittel für Tiefdruckfarben besser geeignet. Außerdem neigen sie während Ihrer Herstellung nicht zur Kristallisation, und es treten erheblich weniger Abbauprodukte auf. Jedoch Ist die Dlmerlsierung langwierig und umständlich. *>o Außerdem 1st sie mit einem erheblichen Gewichtsverlust verbunden.
Gegenstand der Erfindung sind Druckfarbenblndemlttel. wie sie Im Anspruch 1 definiert sind. Diese trocknen rasch und sind noch besser für den Tiefdruck geeignet als die bisher bekannten Produkte. Ihre Viskosität beträgt vorzugsweise 50 bis 150. Insbesondere bis 100 cP (50% Toluol/20C C), der Phenolanteil vorzugsweise 3 bis 10 Gew.-% und der Gesamtanteil von mindestens 2 Metallen vorzugsweise 3 bis 7, Insbesondere 5 bis 7 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Naturharz. Der Anteil an Formaldehyd macht vorzugsweise 1 bis 2 Mol pro Phenol aus.
Obwohl die Reaktionsprodukte eine verhältnismäßige niedrige Viskosität aufweisen, zeigen sie eine Erhöhung des Schmelzpunktes und der Viskosität gegenüber denjenigen des Ausgangsnaturharzes. Überraschenderweise zeigen sie trotz Ihrer verhältnismäßig niederen Viskosität nicht nur eine ebenso rasche Trocknung wie die bekannten Calciumreslnate aus dimerer Naturharzsäure, sondern besitzen darüber hinaus eine verbesserte Lagerstabllltät und geben exaktere Drucke mit höherem Glanz und Fafbdichte, Insbesondere auch In Kombination mit Rotund Blaupigmenten.
Durch diese Eigenschaften ergibt sich ein wesentlicher Vorteil für die Verwendung der Produkte als Druckfarbenbindemittel, auch als Alleinbindemittel, Insbesondere für den Tiefdruck auf gravierten Zylindern.
Geeignete Naturharze sind z. B. Balsamkolophonium, Wurzelharz, Tallharz oder dergleichen.
Geeignete Komponenten für 11) sind Phenol, Alkylphenole, wie Kresol, Butylphenol, Amylphenol, Octylphenol, Nonylphenol und Dlphenylolpropan bzw. deren Gemische. Der Formaldehyd kann als solcher oder In Form von Paraformaldehyd oder Trioxan vorliegen. Bei höheren Phenolantellen, z. B. von mindestens 10%, wird man Im allgemeinen den Formaldehydgehalt so wählen, daß er nicht wesentlich mehr als 1 Mol pro Mol Phenol ausmacht.
Die erfindungsgemäße Verwendung ganz bestimmter Mengen der Phenolkomponente II) bringt den Vorteil mit sich, daß das Harz wegen größeren Anteils an funktlonellen Gruppen, verglichen mit dem Ausgangsharz I), einen höheren Vernetzungsgrad aufweist, dor jedoch nicht so hoch Ist, daß ein unerwünschter Vlskosltätsanstleg eintritt. Durch gegenseitige Abstimmung des Phenolanteils, des Metallgehalts und durch die Auswahl der Phenolkomponente läßt sich erreichen, daß die erfindungsgemäß erhaltenen Produkte Innerhalb eines Vlskosltätsberelchs liegen, der eine optimale Verarbeitung, Insbesondere bei der Verwendung als Druckfarbenblndemlttel ermöglicht.
Die Viskosität der erf'lndungsgemäßen Bindemittel läßt sich einerseits durch die Menge und Reaktivität der Phenol-Formaldehyd-Komponenten einstellen, andererseits durch den Anteil an Metallverbindungen. So kann beispielsweise bei konstantem Metallgehalt durch Erhöhung des Phenolanteils eine höhere Viskosität eingestellt werden, wie es auch möglich Ist, bei konstantem Phenolgehalt durch die Erhöhung und Art der Metallverbindungen die Viskosität zu steuern. Vielfach ist es zweckmäßig, bei Phenolantellen von mindestens 10 Gew.-% den Metallanteil nicht über 7 Gew.-% ansteigen zu lassen.
Die Metallverbindungen III) werden zweckmäßig In Form Ihrer Oxyde, Hydroxyde oder Acetate bzw. von deren Gemischen verwendet.
Die Verwendung eines Gemlschs von Metallverbindungen mit einem mindestens 60%lgen Anteil an Calcium bewirkt ein günstiges Verhalten der Produkte In Kombination mit Pigmenten, wie sie bei der Verwendung der Produkte als Druckfarbenbindemittel gegeben Ist. Es hat sich nämlich gezeigt, daß gerade dieser hohe Anteil an Calcium eine besonders guK" Lagerstabilität der pigmentierten Druckfarben, Insbesondere auch mit Gelbpigmenten bewirkt.
Die erfindungsgemäß verwendeten Produkte haben
Schmelzpunkte von mindestens 110° C (Kapillarmethode). Sie sind in aromatischen Lösungsmitteln in jedem Verhältnis löslich. Sie lassen sich alle zu Bindemitteln für den Toluol-Tiefdruck verarbeiten. Die verhältnismäßig hochviskosen Produkte haben im allgemeinen eine Viskosität von 250 bis 600, vorzugsweise 250 bis 400 cP. Produkte mit einer solchen höheren Viskosität können von Vorteil sein, wenn Druckfarben auf geätzten Zylindern gedruckt werden. Die niedrig- bis mittelviskosen Produkte mit einer Viskosität von 40 bis 250, vor-10 zugsweise 50 bis 150 cP (50% Toluol/200 C) sind auch in Benzinen der Siedebereiche von 80 bis 110° C mit 5% Toluol-Zusatz sehr gut löslich, so daß Bindemittel sowohl für den Benzin-Tiefdruck wie auch für den Mischtiefdruck, d.h. mit Lösungsmittelmischungen aus Toluol und Benzin, hergestellt werden können. Dies ist besonders wichtig bei der Verwendung der Produkte als Druckfarbenbindemittel in solchen Ländern, In welchen Druckfarben unter ausschließlicher Verwendung aromatischer Lösungsmittel nicht gestattet sind.
Da im allgemeinen Leichtbenzin enthaltende Farben rascher trocknen als Farben In reinem Toluol, ist durch die Erfindung die Möglichkeit gegeben, die Bindemittel mit einem wesentlichen Anteil an Kunstharzen, die an sich keine günstigen Druckeigenschaften aufweisen, zu verschneiden und dabei trotzdem noch rasch trocknende Druckfarben mit gutem Glanz und gutem Stand auf dem Papier zu erhalten.
Nach einer Ausführungsform kann demgemäß das Reaktionsprodukt Im Gemisch mit einem Anteil von höchstens 50, vorzugsweise 20 bis 35 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtfestkörpergehalt der Harze, eines Kohlenwasserstoffharzes auf der Basis eines hauptsächlich aus cyclischen Dienen bestehenden Monomeren-Gemlschs vorliegen. ir>
Geeignete Kohlenwasserstoffharze sind beispielsweise solche, die auf der Basis von Vlnylmonomeren, wie Styrol, Mcthylstyrol, Vlnyltoluol, Mono- und/oder Dloleflnen mit 4 bis 5 C-Atomen, Aromaten, wie Inden, ferner Cyclopentadien oder dessen Dlmerisierungs- oder40 Substitutionsprodukten aufgebaut sind. Bevorzugt sind solche, die die zuletzt genannten cyclischen Diene, Im allgemeinen in einem überwiegenden Anteil, enthalten. Die zusätzlichen Kohlenwasserstoffharze können aus Erdölfraktionen, z.B. aus sogenannten »Cs- bis C,-45 Schnitten« oder durch Polymerisation von künstlichen Gemischen hergestellt sein, wobei die Herstellung durch thermische, Ionische oder radikalische Polymerisation, ζ. B. auch mittels Friedel-Crafts-Katalysatoren, möglich Ist. '»'
Da die erfindungsgemäßen Produkte hohen Glanz, hohe Farbdichte neben ihrer anderen günstigen Eigenschaften beim Drucken ergeben, sind sie besonders gut für den Druck auf gravierten Zylindern geeignet, die wesentlich höhere Anforderungen bezüglich Fließvermö-5'' gen, Glanz und Farbstärke als beim Arbeiten mit den bisher üblichen geätzten Zylindern stellen.
Es 1st auch möglich, die erfindungsgemäßen Druckfarbenbindemittel zusätzlich noch mit anderen Harzen, z. B. solchen auf der Basis von Naturharzen, die gegebenen-60 falls tellverestert und/oder mit Maleinsäure bzw. deren Anhydrid und/oder Phenolharzen bzw. Phenolen modifiziert sind, oder mit Kohlenwasserstoffharzen, die mit Maleinsäure bzw. deren Anhydrid und/oder Phenolharzen bzw. Phenolen modifiziert sind, zu vermischen. b5
Für die folgenden Beispiele werden Bindemittel A bis K verwendet, die wie folgt hergestellt werden. Dabei sind T Gewichtsteile und % Gew.-%. Die Viskosität wurde, wenn nicht anders angegeben, jeweils In 50%iger Toluollösung bei 20° C bestimmt.
Beispiele
A) Zu 1000 T geschmolzenem portugiesischem Balsamkolophonium werden bei 150° C nacheinander 14,5 T Calclumacetat, 43 T Calciumoxyd, HT Zinkoxyd, schließlich 70T Phenol und bei 135° C 50 T Paraformaldehyd gegeben. Innerhalb von 2 Stunden wird das Gemisch auf 250° C erhitzt und 4 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Die flüchtigen Anteile werden schließlich unter vermindertem Druck entfernt. Man erhält 1030T Harz, Schmelzpunkt 135° C, Säurezahl 63, Viskosität (5096Ig Toluol/Kapillarmethode nach Ubbelohde) 90 cP.
B) Es wird verfahren wie bei A) mit dem Unterschied, daß hierbei anstatt 43 T Calciumoxyd nunmehr 60 T Calciumoxyd und anstatt 50 T Paraformaldehyd nur 40 T Paraformaldehyd eingesetzt werden. Man erhält 1037 T Harz; Schmelzpunkt 139° C, Säurezahl 48, Viskosität 247 cP.
C) Es wird verfahren wie bei A), jedoch mit dem Unterschied, daß anstatt Calciumoxyd 57 T Calciumhydroxyd, anstatt 14,5 T Calciumacetat nunmehr 34 T Calciumacetat und anstatt 50 T Paraformaldehyd 40 T Paraformaldehyd eingesetzt werden. Man erhält 1025 T Harz; Schmelzpunkt 138° C, Säurezahl 50, Viskosität (40%ig in Toluol) 104 cP.
D) 2000 T Wurzelharz werden bei 140° C mit 140T eines alkalisch kondensierten Phenol-Formaldehyd-Kondensats (Molverhältnis Formaldehyd : Phenol = 1,4:1, Trockenrückstand 1 H/135°C = 67%) umgesetzt. Danach wird das Reaktionsprodukt mit 96 T Calciumoxyd, 22 T Zinkoxyd und 68 T Calciumacetat wie nach Beispiel A) umgesetzt. Man erhält 2095 T Harz; Schmelzpunkt 145° C, Säurezahl 55, Viskosität 62 cP.
E) 2000T portugiesisches Kolophonium werden bei 140° C mit 30 T tert.-Butylphenol und 140 T des gleichen Phenolresols wie nach D), dann mit 96 T Calciumoxyd, 45 T Calciumacetat und 11 T Magnesiumoxyd umgesetzt. Man erhält 2137 T Harz; Schmelzpunkt 14O0C, Säurezahl 40s Viskosität 92 cP.
F) Es wird gearbeitet wie nach E) mit dem Unterschied, daß anstatt 30 T p-tert.-Butylphenol nunmehr 20T Dlphenylolpropan eingesetzt werden. Man erhält 2130T Harz; Schmelzpunkt 1380C, Säurezahl 40, Viskosität 123 cP.
G) 140T Phenol und 2000T portugiesisches Kolophonium werden geschmolzen und bei 110° C Guttemperatur mit 50 T paraformaldehyd und 50 T 25%lgem Ammoniak 3 Stunden unter Rückfluß kondensiert. Nach Entfernen des Rückflußkühlers erhitzt man das Gemisch auf 160° C, fügt 116 T Calciumoxyd, 1OT Magnesiumoxyd und nach Erreichen von 250° C 20 T Calciumacetat zu und hält das Gemisch weitere 4 Stunden bei 250' C. Man erhält 2137 T Harz; Schmelzpunkt 117° C, Säurezahl 31, Viskosität 400 cP.
H) 1500 T portugiesisches Kolophonium und 500 T Tallharz werden bei 14O0C mit 180T desselben Phenolresols wie nach D) und darauf bei 180° C mit 70 T Calciumoxyd, 20 T Magnesiumoxyd und 50 T Caclumacetat umgesetzt. Nach 4 Stunden langer Behandlung bei 250° C werden 20 T Hexamethylentetramin allmählich zugefügt. Das Gemisch läßt man noch 30 Minuten bei dieser Temperatur reagieren. Man erhält 2121 T Harz; Schmelzpunkt 137° C, Säurezahl 56. Viskosität 175 cP.
I) 2100 T portugiesisches Kolophonium werden mit 100 T Phenol, 20 T Dlphenylolpropan. 50 T Paraformal-
dehyd und 50 T 25%igem Ammoniak 3 Stunden unter Rückfluß kondensiert. Darauf wird das Gemisch mit 96 T Calciumoxyd, 70 T Calciumacetat und 10 T Magnesiumoxyd versetzt und wie nach Beispiel E weiter umgesetzt. Man erhält 2151 T Harz; Schmelzpunkt 133° C. Säurezahl 27, Viskosität 380 cP.
Vergleich A)
K) 2000 T handelsübliches dimerisiertes Kolophonium werden geschmolzen. Bei 190° C werden 10 T Calciumacetat u&i 120T Calciumhydroxyd bei steigender Temperatur umgesetzt. Nach 5 Stunden langer Behandlung bei 250 bis 260° C erhält man 2000 T Harz; Schmelzpunkt 155° C, Säurezahl 51, Viskosität 320 cP.
L) Als Vergleichsprobe wird ein aus dimerisiertem Kolophonium hergestelltes Ha-Z verwendet. Schmelzpunkt 148° C, Säurezahl 53, Viskosität 240 cP.
Beispiele
Herstellung der Druckfarben
20
Es wurden 50%ige Toluollösunge.n der Bindemittel A bis 1 und der Vergleichsbindemittel K und L zubereitet und die Auslaufzeit dieser Lösungen im 4-mm-DIN-Becher bei 20° C bestimmt. Dann wurde durch weitere Zugabe von Toluol auf eine Auslaufzeit von 17 Sekunden eingestellt. Je nach der gewünschten Druckfarbe wurde ein geeignetes Pigment in diesen Lösungen in einer Glaskugelmühle 15 Minuten bei 1500 Umdrehungen pro Minute dispergiert, und zwar erfolgte die Pigmentierung im Falle von Blaufarben mit 12 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Bindemittel, Hostapermblaa® B 3 G (Hoechst), Im Falle von Gelbfarben mit 13 Gew-% Permanentgelb® DHG 23 (Hoechst) und im Falle von Rotfarben mit 20 Gew.-% Permanentrubin® L6B (Hoechst).
Danach wurde die Auslaufzeit der Farben im 4-mm-DIN-Becher du-rch Toluolzugabe wieder auf 17 Sekunden eingestellt und zur Bestimmung der Lagerstabilität der Druckfarben jeweils nach 1 und 12 Tagen Lagerung noch *o einmal geprüft.
Drucktechnische Prüfung
Zur Ermittlung der Klebfreiheit wurde zunächst eine 36 μ dicke Naßfilmschicht der Farbe mit einer Drahtspirale auf gestrichenes Papier aufgezogen. Durch Aufdrükken der Handkante wurde die Zelt in Sekunden bis zur Klebfreiheit bestimmt.
Die Glanzmessung erfolgte nach Lange nach 1 Tag Lagerung der auf gestrichenes Papier aufgebrachten Druckfarbe. Der Rückstand der Farben wurde durch Einwaage von 4 g Farbe auf einen Blechdeckel durchgeführt, der 30 Minuten auf 150° C unter Überleiten von Luft erwärmt wurde.
Prüfergebnisse
In nachstehender Tabelle sind die Prüfergebnisse getrennt nach Farben zusammengestellt. In Tell I sind die Werte der blauen, in Teil II die der gelben und In Teil b0 II die der roten Druckfarben dargestellt.
DO
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Os
CM Tj- CN Γ-* 19,8 OO
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O*
CM
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OO VO* ' 20,2 OS
ι— CM
Tt-
O r- Os* 2"
O VO
Tj-
OS
Diskussion der Ergebnisse
Die aus den niedrigviskosen Proben A, C bis F und II hergestellten Farben trocknen entgegen den Erwartungen bei allen 3 Farbtypen ebenso rasch wie die hochviskosen Vergleichsproben K und L, desgleichen die hochviskosen Proben B, G und I. Die erfindungsgemäß hergestellten Bindemittel, auch die hochviskosen Proben B, G und I zeigen wiederum bei allen Farbtypen erheblich höheren Glanz als die Vergleichsproben. Noch größer Ist der Unterschied bei der Lagerstabilität. Die Auslaufzelt der Vergleichsproben nahm nach Tell I um 95 bis 114, Im Teil III sogar um 131 bis 135% zu, während die höchste Viskositätszunahme der erfindungsgemäßen Proben Im Tel! ! nur !996 und Im Te!! H! maxima! 4696 ausmachte.
Beim Druck auf einer Tiefdruckmaschine vom Typ »Labra-Tester« war die Farbübertragung von der Druckplatte auf das Papier bei den Vergleichsproben deutlich ungünstiger als bei den Farben aus den erfindungsgemäßen Bindemitteln. Die guten Druckeigenschaften der erfindungsgemäßen Proben sind für den In der Praxis bevorzugten Viskositätsbereich zwischen 50 bis 15OcP ungewöhnlich.
Die unterschiedlichen Ablüftungszeiten je nach dem verwendeten Harz und Lösungsmittel werden durch die folgende Versuchsreihe mit jeweils 50*igen Lösungen der Bindemittel, die zusätzlich noch Blaupigmente enthalten, veranschaulicht. Die hierbei verwendeten Lösungsmittelgemische bestanden jeweils aus 85 bis 60 Gew.-% Benzin und 15 bis 40 Gew.-% Toluol.
Eine vorstehend beschriebene Druckfarbenprobe A, also gelöst in reinem Toluol, wird verglichen mit weiteren Proben, von denen Probe M dasselbe Bindemittel wie Probe A, jedoch gelöst in einem Lösungsmittelgemisch enthält.
Vergleichsprobe N stellt die Lösung eines im wesentlichen Cyclopentadien enthaltenden, handelsüblichen, thermisch polymerisieren Kohlenwasserstoffharzes (Schmelzpunkt 1090C, Säurezahl 0, Viskosität 3OcP) In dem Lösungsmittelgemisch dar.
Probe O enthält als Harzkomponente ein Gemisch des Harzes gemäß A und des Kohlenwasserstoffharzes der Vergleichsprobe N im Gewichtsverhältnis 1:1, gelöst Im Lösungsmittelgemisch.
Probe P enthält als Harzkomponente ein Gemisch derselben Harze wie nach Probe O, jedoch im Verhältnis 2:1, gelöst Im Lösungsmittelgemisch.
Die drucktechnische Prüfung erfolgte wie oben angegeben. Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
Tabelle 2
Probe
N O
(Vergleich)
Rückstand 50 49,7 54 52 50
Ablüftung s 46 22 110 50 35
20 Glanz 90 80 100 90 88
nach Lange
Diskussion der Ergebnisse
Tabelle 2 läßt erkennen, daß die Probe M im Toluol-Benzln-Gemlsch nur noch die halbe Ablüftungszeit benötigt, d. h. doppelt so rasch trocknet wie Probe A In reinem Toluol. Dagegen erfordert die Ablüftung der Vergleichsprobe N aus dem Kohlenwasserstoffharz im Toluol-Benzln-Gemisch die fünffache Zelt im Vergleich zu Probe M.
Geht man jedoch von Mischungen des Harzes von Probe A mit dem Kohlenwasserstoffharz der Probe N In einem Toluol-Benzin-Gemisch aus (vergleiche Probe O), so erreicht man bei einer 50%igen Mischung fast eine ebenso rasche Ablüftung wie bei Probe A. Im Falle eines Mischungsverhältnisses von 2: 1 (vergleiche Probe P) wird die Ablüftungszeit von Probe A sogar noch unterschritten, das heißt, eine erhebliche Steigerung der Ablüftung wurde erreicht.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Druckfarbenbindemltte!, erhalten durch Umsetzung von
a) Naturharzen mit
b) Phenol-Formaldehyd-Resolen, deren Phenol-Komponente aus der Gruppe Phenol, Alkylphenole und Dlphenylolpropan gewählt ist, und/oder ι ο den Komponenten der Resole und
c) Verbindungen von Ci) Calcium und C2) Zink und/oder Magnesium, wobei die Umsetzungsprodukte
α) eine Viskosität von 40 bis 600 cP (50% Toluol/20° C),
ß) einen Phenolanteil von 0,3 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Naturharz,
γ) einen Gesamtanteil von c,) Calcium und C2) Zink und/oder Magnesium von 3 bis 12 Gew.-», bezogen auf das Naturharz, aufweisen und
δ) der Anteil an Formaldehyd 0,9 bis 4,0 Mol pro Mol Phenol beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallverbindungen In derartigen Mengen eingesetzt werden, daß der Metallanteil in den Salzgruppen der Umsetzungsprodukte zu 60 bis 95% aus Calcium und zu 5 bis 40% aus Magnesium und/oder Zink besteht.
2. Druckfarbenbindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzungsprodukte eine Viskosität von 50 bis 15OcP (50% Toluol/20o C) aufweisen.
3. Druckfarbenbindemittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsprodukte einen Metallanteil von höchstens 7 Gew.-% aufweisen. J5
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