DE2647678A1

DE2647678A1 - Bindemittelfreie druckfarbe

Info

Publication number: DE2647678A1
Application number: DE19762647678
Authority: DE
Inventors: Raymond Leo Germonprez
Original assignee: American Can Co
Current assignee: Primerica Inc
Priority date: 1975-11-24
Filing date: 1976-10-21
Publication date: 1977-06-02
Also published as: AU1844176A; JPS5264302A

Description

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Mappe 24 117
File: 11461

American Can Company, Greenwich, Connecticut, USA

Bindemittelfreie Druckfarbe Priorität USA vom 24. November 1975

Die Erfindung betrifft Druckfarben zur Verwendung in Strahldruckvorrichtungen und insbesondere Druckfarben, die speziell zum Strahldrucken von Produktions-Codezeichen auf Nahrungsmittel- und Getränkedosen formuliert sind, welche Körper und/oder Enden aus dünnem Stahlblech aufweisen, die mit einem schützenden und Rost verhindernden Überzug aus einem Polymerharz beschichtet sind. Die erfindungsgemäßen Druckfarben sind auch von besonderem Wert zum Aufdrucken von Zeichen auf Formkörper, welche aus einer Vielzahl von Polymerharzen zusammengesetzt sind oder damit beschichtet sind.

Metalldosen werden weit zum Abpacken einer großen Vielzahl von Produkten verwendet, wobei viele Millionen von Dosen täglich

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zum Abpacken von Nahrungsmitteln, Getränken und vielen anderen Materialien verwendet werden- Über viele Jahre hinweg waren die üblichen Metalldosen aus zinnplattiertem Stahl hergestellt. Diese wurden üblicherweise als ETP-Dosen bezeichnet, wobei ETP die Bedeutung von "electro-tin-plated" hat. Behälter dieser Art werden auch in der Allgemeinheit als "Zinndosen" bezeichnet. In den letzten Jahren hat jedoch die Metallindustrie organische Polymerharzüberzüge für Metalldosen entwickelt, die dem Stahl praktisch den gleichen Schutz verleihen wie der traditionelle dünne Überzug aus Zinnmetall. Diese Überzüge auf der Basis organischer Harze sind sowohl als Spitzenüberzug über den traditionellen dünnen Zinnüberzug als auch als einziger Schutzüberzug direkt auf den Körper und/oder die Endkomponenten der Stahldose aufgebracht worden, so daß sowohl harzbeschichtete ETP-Dosen als auch harzbeschichtete zinnfreie Stahldosen, die nunmehr als "tinfree steel"- oder TFS-Dosen bezeichnet werden, erhalten wurden. Die vorliegende Erfindung richtet sich nun in erster Linie auf Druckfarben, die zum Aufdrucken von identifizierenden Zeichen auf harzbeschichtete Oberflächen von TFS- und beschichtete ETP-Dosen und Dosenkomponenten mittels Strahldrucktechniken geeignet sind.

Bei der Abpackung von verschiedenen Produkten in Metalldosen hat es sich als sehr zweckmäßig erwiesen, an einem Punkt der Dosenoberfläche eine Reihe von Code-Symbolen aufzudrucken, die Informationen tragen, welche in erster Linie den Verpacker interessieren, z.B. die jeweilige Maschine, mit der die Dose abgepackt wurde, das Datum und die Zeit des Abpackens und vielleicht auch den Namen der Bedienungsperson der Maschine. Solche Werte sind z.B. dann nützlich, wenn der Weg einer bestimmten Dose nach dem Abpacken verfolgt werden soll.

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Viele der in Metalldosen abgepackten Produkte werden während der Pasteurisierung oder Sterilisierung, die vor oder nach dem Füllen der Dose mit dem Produkt und dem Verschließen durchgeführt wird, Bedingungen einer hohen Temperatur und einer hohen Feuchtigkeit unterworfen. Die auf die Dosen aufgedruckten Codezeichen müssen, damit sie zufriedenstellend sind, dazu imstande sein, diesen Prozeßbedingungen widerstehen und auch gegenüber einem Abrieb beständig sein zu können.

Durch die Erfindung werden nun Druckfarben für Druckvorrichtungen, die nach dem sogenannten Druckfarbenstrahldruckprinzip arbeiten, in Betracht gezogen. Das Druckfarbenstrahldrucken ist eine neuere Entwicklung bei der Technik der Aufbringung von identifizierenden und dekorativen Zeichen auf eine Grundlage. Hierbei wird allgemein gesprochen, eine fließfähige Druckfarbe unter Druck durch eine sehr kleine Öffnung in einem Öffnungsblock gepreßt, welcher einen piezoelektrischen Kristall besitzt, der mit hoher Frequenz vibriert (50 bis 100000 Vibrationen/sec). Hierdurch wird die die Öffnung durchlaufende Druckfarbe in kleine Tröpfchen aufgebrochen, deren Anzahl der Anzahl der Kristallvibrationen gleich ist. Die kleinen Tröpfchen werden durch eine Aufladungszone geleitet, wo die einzelnen Tröpfchen in Beantwortung eines Video-Signals eine elektrische Aufladung erhalten. Die Amplitude der Aufladung hängt dabei von der Amplitude des Video-Signals ab. Sodann laufen die Tröpfchen durch ein elektrisches Feld mit fixierter Intensität, wodurch eine variierte Ablenkung der einzelnen Tröpfchen je nach der Intensität ihrer Ladung bewirkt wird. Schließlich werden die abgelenkten Tröpfchen auf das Basismedium aufprallen gelassen, das die dekorativen oder informativen Druckzeichen erhalten soll. Geeignete Vorrichtungen für die Durchführung dieses Strahldruckens werden z.B. in den US-PS 3 465 350 und 3 465 351 beschrieben. Die erfindungsgemäße Druckfarbe ist für solche Vorrichtungen geeignet.

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Damit die Druckfarbe in einem Druckfarbenstrahldrucksystem zufriedenstellend arbeitet, muß sie eine gleichmäßige Aufbrechlänge, Tropfengeschwindigkeit und Tropfenladung bei den eingestellten Betriebsbedingungen der Maschine zeigen. Hierzu muß die Druckfarbe strengen Anforderungen hinsichtlich der Viskosität und des Widerstands, der Löslichkeit und der Verträglichkeit der Komponenten, der Stabilität und der Antihautbildungseigenschaften genügen und sie muß in.einem geeigneten Lösungsmittel rasch wiederauflösbar sein, damit die Maschinenkomponenten mit einem Minimum an Anstrengungen rasch gereinigt werden können.

Es hat sich gezeigt, daß der Arbeitsbereich der Viskosität einer Druckfarbe, die in einer Strahldruckvorrichtung mit einer Düsenöffnung mit einem Durchmesser von 7,62 χ 10 cm verwendet werden soll, nicht mehr als etwa 5 cps. bei 20,0⁰C betragen darf, wobei für ein besseres Verhalten ein Viskositätswert von etwa 1,90 bis 2,0 zu bevorzugen ist. Die Viskosität kann auch etwas höher liegen als die obigen Werte, wenn der Öffnungsdurchmesser beispielsweise auf 12,70 χ 10"' cm erhöht wird. In jedem Fall ist jedoch eine Druckfarbe mit einer Viskosität von weniger als 10 cps. und vorzugsweise weniger als etwa 5 cps. bei 20⁰C anzustreben. Der Widerstand kann sich in einem Bereich von etwas unterhalb 100 Ohm-cm bis etwa 1500 Ohm-cm bewegen, wobei der beste Wert zwischen etwa 150 und 300 Ohm-cm liegt. Ein Widerstand von mehr als etwa 1500 Ohm-cm bringt Probleme hinsichtlich des Erhalts der richtigen Aufladung der Tröpfchen mit sich, wodurch die Ablenkbarkeit der Tröpfchen in einem elektrischen Feld fehlerhaft verschlechtert wird.

Die Öffnung, durch die die Druckfarbe hindurchgehen muß, hat normalerweise einen Durchmesser von 5,08 χ 10 ^ bis 12,70 χ 10 cm. Um ein Verstopfen dieser Öffnung zu verhindern, ist es anzustreben, daß alle Komponenten der Druckfarbe sich in dem Trägerme-

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dium in einer Lösung anstelle in einem kolloidalen oder anderen Suspensionszustand befinden. In jedem Falle muß die vollständige Druckfarbenzusammensetzung durch mindestens ein 2-um-Filter hindurchgehen, um für die Praxis geeignet zu sein. Weiterhin dürfen die Druckfarbenkomponenten in den Transportleitungen, dem Zuführungstank, der Öffnung oder in irgendeinem anderen Teil des Druckfarbenzuführungssystems selbst dann keine Abscheidungen ergeben, wenn das Lösungsmittelmedium der Druckfarbe in dem Druckfarbenzurückführungssystem und in dem Zuführungstank teilweise verdampft. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß das Lösungsmittelmedium eine Reservelöslichkeit für die gelösten Komponenten der Druckfarben haben muß, damit unerwünschte Ausfällungen verhindert werden, die die kleinen Düsenöffnungen verstopfen könnten. Die Druckfarbe muß auch Antihautbildungseigenschaften besitzen, damit eine Hautbildung über der Öffnung oder auf dem Tank während Stillegungsperioden verhindert wird. Unter solchen Bedingungen gebildete Häute könnten nämlich zu kleinen festen Teilchen aufbrechen, welche die Öffnung verstopfen könnten.

Um eine Reinigung der Vorrichtung nach dem Gebrauch zu erleichtern, sollten die Druckfarbenkomponenten in einem gemeinsamen Lösungsmittelmedium leicht löslich sein. Hierdurch wird ein allmählicher Aufstau von Druckfarbenresten in dem System verhindert, der eine Fehlfunktion ergeben könnte.

Die oben angegebenen Eigenschaften der Druckfarbe werden in erster Linie durch die Erfordernisse der Strahldruckvorrichtung gegeben. Zusätzlich zu diesen Erfordernissen muß die Druckfarbe auch bestimmte andere Eigenschaften besitzen, die in spezieller Beziehung zu dem vorgesehenen Anwendungszweck beim Bedrucken von Metalldosen und insbesondere von beschichteten Stahldosenkörpern, welche zum Abpacken von Nahrungsmitteln und Getränken vorgese-

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• f.

hen sind, stehen.

So muß z.B. die Druckfarbe die beschichtete Dosenoberfläche, auf der die aufgedruckten Zeichen erscheinen sollen, richtig benetzen. Wenn die Druckfarbe eine solche Zusammensetzung hat, daß sie die beschichtete Metalloberfläche nicht ohne weiteres benetzt, dann teilt sich die Druckfarbe auf der Oberfläche perlenförmig auf und sie kann daran nicht richtig haften. In extremen Fällen wachsen die perlförmigen Tropfen zu größeren Tropfen zusammen, die verlaufen und den Druck vollständig unlesbar machen. Dieses Problem wird oftmals durch ölige oder fettartige Rückstände, die auf der Dosenoberfläche von früheren Herstellungsstufen des Behälters herrühren, verstärkt. Wenn andererseits die Druckfarbe eine solche Zusammensetzung hat, daß sie die beschichtete Metalloberfläche zu rasch benetzt, dann verflachen sich die Tintentropfen und sie verbreiten sich durch Kriechen auf der Oberfläche aus, wodurch die Farbintensität der Druckfarbe vermindert wird und das Bild der angrenzenden Punkte überlappt wird. Ein ausreichendes Ausbreiten macht das aufgedruckte Bild verwischt und die Zeichen unlesbar.

Zusätzlich zu dem Erfordernis der richtigen Benetzung der zu bedruckenden Oberfläche müssen die Druckfarbentröpfchen auch fest an der Oberfläche nach dem Aufbringen und Trocknen haften, so daß der Aufdruck sowohl gegenüber einem physikalischen Abrieb als auch gegenüber Feuchtigkeit beständig ist. Die Fähigkeit der Druckfarbe, ein gewünschtes Bild auf einer TFS- oder beschichteten ETP-Dose in Gegenwart von Feuchtigkeit beizubehalten, und die Fähigkeit, einer Entfernung durch Feuchtigkeit zu widerstehen, ist für diese Anwendungszwecke von großer Bedeutung, da die Oberflächen der Metalldosen im allgemeinen vor, während und nach dem Druckvorgang feucht sind. Besonders schwierig ist es, eine zufriedenstellende Haftung der Druckfarbe an Metalldosen

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aufrechtzuerhalten, die einer Pasteurisierung unterworfen werden, da die hierbei angewendete Kombination von Feuchtigkeit und hoher Temperatur ein Ausbluten der Färbestoffe bewirken kann und weiterhin die Haftung der Druckfarbe an dem Dosenkörper stark vermindert, so daß die Druckfarbe durch ein nachfolgendes Reiben leicht entfernt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, Druckfarben zur Verfügung zu stellen, die sich in einer Druckfarben-Strahldruckvorrichtung zufriedenstellend verhalten, um auf die Oberfläche von TFS-Dosen identifizierende Zeichen aufzudrucken, die gegenüber einem Abrieb und den Effekten von hoher Temperatur und Feuchtigkeit bei der "Wasserdampfpasteurisation oder Sterilisation beständig sind. Diese Druckfarbe soll auch für das Druckfarben-Strahldrucken auf beschichtete Metalldosen geeignet sein, wie sie zum Abpacken von Nahrungsmitteln und Getränken verwendet werden. Besonders sollen durch die Erfindung Strahldruckfarben zum Aufdrucken von Zeichen auf polymerharzbeschichtete Metalldosen zur Verfügung gestellt werden, die einer nachfolgenden Pasteurisierung unterworfen werden.

Die meisten der herkömmlichen fließfähigen Druckfarben enthalten drei Grundkomponenten. Die erste Komponente ist ein Färbemittel, um eine Sichtbarkeit der aufgedruckten Zeichen im Kontrast zu der Substratoberfläche zu ergeben. Das Färbemittel kann entweder ein Farbstoff, der in dem Druckfarbenlösungsmittelmedium löslich ist, oder ein Pigment, das in dem Lösungsmittelmedium suspendiert ist, sein. Die zweite Komponente ist ein Harz oder ein Bindemittel, das auf der Substratoberfläche nach dem Aufdrucken zurückbleibt und das den Farbstoff oder das Pigment auf der Substratoberfläche bindet. Die dritte Hauptkomponente ist ein Lösungsmittel, das der Druckfarbe ein Fließfähigkeit verleiht und das das Harz und das Färbemittel in Lösung oder Sus-

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pension trägt. Zusätzlich zu diesen drei Komponenten, die in nahezu allen fließfähigen Druckfarben vorhanden sind, können verschiedene andere Bestandteile verwendet werden, wie z.B. Trocknungs-, Dispergierungs- und Benetzungsmittel, Weichmacher, Verdünnungsmittel und dergleichen. Druckfarben für das Strahldrukken können zusätzlich zu den obengenannten drei Grundkomponenten auch gegebenenfalls noch eine vierte fakultative Komponente enthalten, die für die Druckfarbe hinsichtlich der Natur der Vorrichtung und des Verfahrens des Strahldruckens geeignet ist. Hierbei handelt es sich um einen Elektrolyten, der zugesetzt wird, daß den Tintentröpfchen eine starke, reproduzierbar variable elektrische Aufladung verliehen wird, die ihrerseits eine kontrollierte reproduzierbare Ablenkung der Tröpfchen durch Anlegung eines elektrischen Feldes an den Strom der Tröpfchen ermöglicht. Andere Druckprozesse als das Strahldrucken erfordern keine Druckfarben mit solchen elektrischen Eigenschaften.

Durch die Erfindung wird nun eine Druckfarbe zur Verfügung gestellt, die kein klebrigmachendes Harzbindemittel enthält und bei der das Lösungsmittelsystem aus einem homogenen Gemisch aus Yfesser, einem niedrigen aliphatischen Alkohol, einem oxygenierten aliphatischen oder cyclischen Keton, Ester oder Äther und gegebenenfalls einem alphatischen Kohlenwasserstoff zusammengesetzt ist; Die einzigen weiteren wesentlichen Komponenten sind ein lösliches Färbemittel und ein oberflächenaktives Mittel, das die doppelte Funktion eines Homogenisierungsmittels und eines Elektrolyten erfüllt.

Das Lösungsmittelsystem ist so ausgewählt, daß das Substrat aus dem organischen Polymeren genügend erweicht und quillt, daß eine Eindringung des Färbemittels in dessen unter der Oberfläche gelegene Struktur möglich ist. Hierdurch werden die auf das Substrat aufgedruckten Zeichen gegenüber einem Abrieb und den

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Bedingungen einer hohen Temperatur und Feuchtigkeit, die bei Wasserdampfpasteurisierungs- und Sterilisierungsprozessen auftreten, hoch beständig.

Die erfindungsgemäßen Druckfarben unterscheiden sich von den herkömmlichen Druckfarben und von den Druckfarben, die bislang zum Strahldrucken verwendet worden sind, sowohl hinsichtlich der Zusammensetzung als auch des Mechanismus, durch den der Druckfarbenfilm an dem Substrat haftet. Die herkömmlichen Druckfarben enthalten ein klebrigmachendes filmbildendes harzartiges Bindemittel, das das Färbemittel an dem Substrat bindet, wenn ein haftender Film auf der Substratoberfläche nach Abdampfen der flüchtigen Druckfarbenlösungsmittel gebildet worden ist. Die erfindungsgemäßen Druckfarben enthalten jedoch kein filmbildendes harzartiges Bindemittel und sie bilden daher keinen Film auf der Oberfläche des Polymerüberzugs, der die Oberfläche von TFS- oder ETP-Dosen bedeckt. Im Gegensatz zu bislang verwendeten Druckfarben enthalten die erfindungsgemäßen Druckfarben Lösungsmittel, die den Überzug der TFS-Dosen aus dem Polymerharz genügend zeitweise erweichen und aufquellen, daß die Färbemittelkomponente der Druckfarbe die Oberflächenschichten des Polymerüberzugs durchdringen kann. Nach dem Abdampfen der Druckfarbenlösungsmittel bleibt die Färbemittelkomponente der Druckfarbe in dem harzartigen Polymerüberzug der Dose zurück, und zwar in erster Linie innerhalb des Überzugs anstelle an seiner Oberfläche. Der Schutzüberzug der TFS- oder beschichteten ETP-Dosen dient daher nicht nur als Substrat zum Tragen der aufgedruckten Zeichen, sondern auch als Bindemittel für die Druckfarbe, die wegen der Eindringung des Färbemittels in die Innenstruktur des Überzugs zu einem integralen Teil des Überzugs wird, der praktisch abriebfest ist, was im Gegensatz zu normalen Druckfarben steht, die bei geringer oder keiner Eindringung als Oberflächenfilm zurückbleiben.

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Damit sie für die Zwecke der Erfindung geeignet sind, müssen die Druckfarbenlösungsmittel dazu imstande sein, wachsartige oder ölige SchmiermittelfilmrUckstände zu durchdringen, die auf der Oberfläche der beschichteten TFS-Dosen als Ergebnis der Prozeßstufe des Stempelns und Verformens der Dosenkomponente aus dem Blech-oder Rollenrohmaterial zurückbleiben. Sie müssen weiterhin ein zeitweiliges Erweichen und Quellen des Polymerharzüberzugs der Dose bewirken, das ausreichend ist, daß das Färbemittel in den gequollenen Körper des Überzugs eindringen kann. Die Druckfarbenlösungsmittel dürfen jedoch den Überzug des Dose nicht auflösen oder unterbrechen oder dessen Haftung an der Oberfläche der Metalldose zerstören. Sie dürfen auch in keiner sonstigen Weise die Schutzeigenschaften des Überzugs nachteilig beeinflussen.

Bei der Auswahl der Druckfarbenlösungsmittel ist daher darauf zu achten, daß sowohl auf dem Überzug der Dosen die gewünschten Effekte erhalten werden als auch die richtige Löslichkeit für die Färbe- und die anderen Komponenten der Druckfarbe erhalten wird und daß schließlich'auch die gewünschten Viskositätsund Verdampfungseigenschaften» wie sie nachstehend beschrieben werden, erhalten werden.

Hinsichtlich der Effekte der Druckfarbenlösungsmittel auf den Dosenüberzug hat sich gezeigt, daß zufriedenstellende Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemische für jeden der Typen von Schutzüberzügen entwickelt werden können, die üblicherweise für TFS- oder beschichtete ETP-Dosen verwendet werden, wie z.B. Epoxyharze, Polyvinylchlorid, Acrylharze, Polyamid-Epoxyharze, Polyamide, melaminmodifizierte Alkydharze, verätherte Melaminformaldehyd/Styrol-Harze und Butadien/Styrol-Copolymere. Ketone, Aldehyde und Acetale sind wirksame Lösungsmittel für die Druckfarben, die zum Aufdrucken auf Überzüge aus Polyvinylchlo-

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rid, Epoxyharzen, Acrylharzen und Styrol/Butadien-Copolymerisäten verwendet werden. Ester und Äther sind auch für Epoxy- und Acrylüberzüge geeignet. Dimethylacetamid und halogenierte Alkohole werden wirksam bei Polyamidharzüberzügen und solchen aus Polyamid-Epoxyharzen verwendet, während aromatische organische Lösungsmittel für Druckfarben geeignet sind, die zum Aufdrucken auf modifizierte Alkydharze und Melaminformaldehydharze vorgesehen sind, wenn diese Harze als Überzüge auf zinnfreien Stahloder ETP-Dosenkomponenten verwendet werden. Im allgemeinen sind bevorzugte Lösungsmitteil, und zwar insbesondere für Epoxy- und Acrylharzüberzüge, die vorwiegend zum Beschichten von Dosen verwendet werden, oxygenierte organische Verbindungen entweder vom aliphatischen, heterocyclischen oder aromatischen Typ, die im Einzelfall jeweils so ausgewählt werden, daß der richtige Grad der Erweichung und Quellung des Substratüberzugs während des Strahldruckens erhalten wird, wie in den folgenden Beispielen gezeigt werden wird.

Die Eigenschaften des Lösungsmittels und die Charakteristika, die der Druckfarbe durch das Lösungsmittel verliehen werden, sind für die vorliegende Erfindung von grundlegender Bedeutung. Es wurde schon darauf hingewiesen, daß die gesamte Druckfarbenzusammensetzung eine relativ niedrige Viskosität haben muß. Zufriedenstellende Ergebnisse werden ohne weiteres mit Druckfarben erhalten, die eine Viskosität von so hoch wie etwa 5 cps. bei 20,0⁰C haben. Es ist auch möglich, mit Druckfarben zu arbeiten, die eine an 10 cps. herankommende Viskosität haben, obgleich die Kontrolle des Strahldruckverfahrens mit steigender Viskosität zunehmend schwieriger wird. Eine Viskosität von etwa 1,90 cps. wird als optimal angesehen.

Die Eigenschaft des Lösungsmittels, das Substrat zu benetzen, gemessen anhand der Oberflächenspannung des Lösungsmittels und

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der dieses enthaltenden Druckfarbe, ist von großer Wichtigkeit und muß sorgfältig geregelt werden. So benetzt beispielsweise ¥asser die Oberfläche von TFS-Dosen nicht zufriedenstellend, weil es eine unerwünscht hohe Oberflächenspannung (72 Dyn cm bei Standardtemperatur) hat. Druckfarben auf Wasserbasis sind daher für das Bedrucken von Metalldosen nicht zufriedenstellend, obgleich solche Druckfarben zum Strahldrucken von Pappe schon verwendet worden sind, weil Pappoberflächen durch Wasser leicht benetzt werden. Andererseits benetzen oxygenierte Lösungsmittel, wie Ketone, Alkohole, Äther und Ester, die erheblich niedrigere Oberflächenspannungen haben als Wasser, TFS-Dosen so rasch, daß die beschichtete Metalloberfläche von dem Lösungsmittel überflutet wird, welches sich ausbreitet und mit anderen Tröpfchen vereinigt, so daß die Grenzen von aufgedruckten Zeichen durch diese Lösungsmittel verschleiert werden. Die erfindungsgemäßen Druckfarben sind bei ihrer Verwendung für Oberflächen von TFS-Dosen so zusammengemischt, daß sie Oberflächenspannungen von etwa 22 bis 35 Dyn cm bei 20,0⁰C haben, wobei der untere Teil dieses Bereiches im allgemeinen bevorzugt wird.

Damit es für die Formulierung von Druckfarben für das Strahldrucken von Metalldosen wirksam ist, muß das Lösungsmittelmedium ohne weiteres genügende Mengen des Farbstoffes, des Elektrolyten und gegebenenfalls vorhandener fakultativer Komponenten auflösen, damit der gewünschte Wert der Leitfähigkeit und des visuellen Aufschiagens der Druckfarbe erhalten wird. Da weiterhin in den Druckfarbenzuführungs- und Druckfarbenzurückführungssystemen ein gewisses Verdampfen des Lösungsmittels stattfindet, wodurch die Feststoffkonzentration des Mittels in diesen Gegenden erhöht wird, muß das Lösungsmittel eine Reservelösungsmittelkraft haben, die ausreichend ist, daß in diesem Falle eine Ausfällung verhindert wird.

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Obgleich ein Verdampfen des Lösungsmittels aus den Druckfarbenzuführungs- und -Zurückführungssystemen im allgemeinen unerwünscht ist, ist es wichtig, daß das Lösungsmittel genügend rasch von der bedruckten Bildgegend abdampft, daß die aufgedruckten Zeichen ziemlich rasch nach Durchführung des Druckvorgangs schmierfest und feuchtigkeitsfest zurückbleiben. In dem Lösungsmittelgemisch muß daher ein zufriedenstellendes Gleichgewicht der Verdampfungseigenschaften zwischen diesen entgegengesetzten Anforderungen vorliegen.

Wie bereits ausgeführt wurde, muß, damit sich die Druckfarbe in einem Strahldrucksystem zufriedenstellend verhält, die Druckfarbe einen hohen Leitfähigkeitsgrad oder umgekehrt einen niedrigen spezifischen Widerstand besitzen. Da die meisten Druckfarbensysteme auf der Basis organischer Lösungsmittel in dieser Hinsicht Mangel aufweisen, enthalten die erfindungsgemäßen Druckfarben als notwendige Komponenten eine mäßige Menge von Wasser und eines Elektrolyten, wodurch die Leitfähigkeit der Druckfarbe und ihre Fähigkeit, eine elektrische Ladung auf den Tröpfchen aufzunehmen, wenn sie auf das zu bedruckende Substratziel geschleudert werden, stark erhöht wird. Die Zugabe von Wasser zu einem System auf organischer Lösungsmittelbasis neigt dazu, die Lösungsstabilität des Systems zu vermindern. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, ein organisches oberflächenaktives Mittel der Druckfarbe zuzusetzen, um die Stabilität der Druckfarbe wiederherzustellen und aufrechtzuerhalten. In dieser Hinsicht ist es am zweckmäßigsten, als erforderlichen Elektrolyten ein hoch-ionisiertes oberflächenaktives Mittel, wie z.B. Natriumlaurylsulfat, zu verwenden, das den doppelten Zweck erfüllt, daß der Druckfarbe die erforderliche Leitfähigkeit verliehen wird und daß zur gleichen Zeit dem gesamten Druckfarbensystem eine Lösungsstabilität verliehen wird, das nunmehr sowohl Wasser als auch ein organisches Lösungsmittel mit einer et-

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was begrenzten Verträglichkeit enthält. Es ist naturgemäß offensichtlich, daß gesonderte Komponenten diese einzelnen Rollen ausüben können, wobei das oberflächenaktive Mittel vom nichtionogenen Typ ist und der Elektrolyt ein Salz, wie z.B. Lithiumchlorid, ist, das eine relativ hohe Löslichkeit in Lösungsmittelsystemen besitzt, die hierin verwendet werden. Bei bevorzugten Ausführungsformen wird jedoch eine einzige Komponente verwendet, die oberflächenaktive Eigenschaften aufweist und die auch stark ionisiert ist. Anionische oberflächenaktive Mittel, wie Natriumlaurylsulfat, α-Methylnatriumlaurylsulfat und die Ätherderivate von Natriumlaurylsulfat, sind am besten geeignet. Es können auch verschiedene kationische oberflächenaktive Mittel verwendet werden, obgleich die Benetzungseigenschaften dieser kationischen Substanzen in erfindungsgemäßen Druckfarben etwas weniger zufriedenstellend sind, als diejenigen von anionischen oberflächenaktiven Mitteln.

Die erfindungsgemäß verwendeten Färbemittel oder Farbstoffe müssen sich in dem Lösungsmittel vollständig auflösen, daß eine schlammfreie Lösung gebildet wird, oder sie müssen so fein dispergiert sein, daß die gesamte Zusammensetzung durch mindestens ein 2-um-Filter hindurchgeht. Das Färbemittel, das hinsichtlich der Farbintensität, der Stabilität und der Verträglichkeit mit den anderen Druckfarbenkomponenten gemäß der Erfindung bevorzugt wird, ist Viktoria-Blau-FGA, obgleich auch andere basische Farbstoffe, z.B. Rhodamin, Methyl violett, Kristallviolett, Chrysoidin und Auramin, ebenfalls zufriedenstellend sind und in Konzentrationen verwendet werden können, die entsprechend der gewünschten Farbtiefe natürlich innerhalb der Löslichkeitsgrenzen des jeweiligen Farbstoffes verwendet werden können. So können z.B. Viktoria-Blau, Rhodamin und Methylviolett in Mengen von 0,5% bis zu etwa 5 Gew.-%, bezogen auf die Druckfarbe, zugesetzt werden, obgleich im allgemeinen Mengen von 1 bis 3 Gew.-94

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dieser Farbstoffe eine angemessene Farbintensität geben. Höhere prozentuale Anteile werden daher im allgemeinen als wirtschaftlich unzweckmäßig angesehen. Geeignet sind auch neutrale Farbstoffe, wie die öllöslichen Azofarbstoffe und Anthrachinondispersionsfarbstoffe. Saure Farbstoffe sind im allgemeinen für die erfindungsgemäßen Mittel nicht zufriedenstellend.

Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert. Beispiel 1

Die folgende Zusammensetzung stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, wobei die Anteile der verschiedenen Bestandteile in Gewichtsprozent angegeben sind:

Gew. -%

2-Heptanon 57

Methylalkohol 12,5 1-Decen 3

Natriumlaurylsulfat 12,5

Wasser 14 Farbstoff (Viktoria-Blau-FGA) 1

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Mit einem Epoxyharzüberzug beschichtete TFS-Dosen wurden mit der Druckfarbe der obigen Zusammensetzung nach dea bekannten Strahldrucktechniken bedruckt. Es wurden ausgezeichnete Ergebnisse sowohl hinsichtlich der Lesbarkeit der aufgedruckten Zeichen als auch hinsichtlich der Beständigkeit gegenüber Wasserdampf sterilisierungsverfahren erhalten, die üblicherweise in der Nahrungs- und Getränkedosenindustrie angewendet werden. Es wurden auch sehr gute Ergebnisse bei Abriebtests erhalten, bei denen aufgedruckte Zeichen mit handelsüblichen Druckfarben praktisch ausgelöscht wurden.

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In der obigen Zusammensetzung können auch andere aliphatische Ketone, die sich in der Molekülstruktur von 2-Butanon bis 2-Octanon bewegen, anstelle des 2-Heptanons bei praktisch vergleichbaren Ergebnissen verwendet werden, obgleich 2-Heptanon bevorzugt wird, weil es die optimale Kombination von Verdampfungs- und Benetzungseigenschaften besitzt. Höhermolekulare Ketone verdampfen etwas langsamer, wodurch die Geschwindigkeit des Druckvorgangs begrenzt wird, während niedermolekulare Ketone so rasch verdampfen, daß die Druckfarbe keine optimale Eindringung in die Innenstruktur des Polymerharzüberzuges auf der Oberfläche der Metalldose erreichen kann. Aldehyde oder Acetale mit vergleichbarem Molekulargewicht können ebenfalls verwendet werden. Anderer geeignete oxygenierte aliphatische oder cyclische Lösungsmittel, die anstelle des ganzen Heptanons oder eines Teils desselben in der obigen Zusammensetzung verwendet werden können, sind z.B. Äther, wie die Propyl- und Butyläther, Furane und Dioxane sowie Ester, wie Äthyl-, Propyl- und Butylacetat.

Die Funktion des Decens in der obigen Zusammensetzung besteht darin, die dünne Schicht des öligen Materials durchzuschneiden oder zu durchdringen, welche als Schmiermittel auf den harzbeschichteten Metalloberflächen der Dosenkomponenten bei der Herstellung der Dose vorhanden sind. Andere wirksame fettschneidende aliphatische Kohlenwasserstofflösungsmittel mit Kohlenstoffketten mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen, z.B. Decan, Dodecen, Nonan, Octan oder Isooctan, können auch gewünschtenfalls anstelle davon verwendet werden, obgleich Decen aufgrund seiner optimalen Verdampfungseigenschaften bevorzugt wird. Ein Lösungsmittel dieser Art ist nicht notwendig, wenn das zu bedrukkende Substrat keine ölige Oberfläche hat. Geformte Kunststoffprodukte und viele mit Kunstharz beschichtete Substrate sind von solchen öligen Rückständen frei, so daß für das Aufdrucken

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auf solche Substrate keine decenartigen Lösungsmittel für die Druckfarbe erforderlich sind.

Die Methylalkoholkomponente verleiht der Zusammensetzung eine Homogenität und sie kann die Leitfähigkeit erhöhen. Ihr Anteil kann sich von etwa 8 bis etwa 25 Gew.-% der Zusammensetzung erstrecken, wobei die untere Grenze durch die Notwendigkeit gegeben wird, den Farbstoff und das 2-Heptanon in Lösung zu halten, und die obere Grenze durch die Notwendigkeit gegeben wird, eine Abtrennung des oberflächenaktiven Mittels zu verhindern. Äthylalkohol, n-Propylalkohol, oder Isopropylalkohol können anstelle des ganzen in der obigen Zusammensetzung verwendeten Methylalkohols oder eines Teils desselben verwendet werden. Methylalkohol wird bevorzugt, weil Variationen der Konzentration dieses Lösungsmittels einen geringeren Effekt auf die Leitfähigkeit der Druckfarbe ausüben. Druckfarben, in denen Äthyl- oder Propylalkohol verwendet werden, sind nämlich in dieser Hinsicht ziemlich empfindlich und sie zeigen häufig einen hohen spezifischen Widerstand (d.h. eine schlechte Leitfähigkeit) schon dann, wenn die Konzentration der Alkoholkomponente geringfügig erhöht wird.

Die Anwesenheit von Wasser in der Druckfarbe gewährleistet eine genügende elektrolytische Stärke, so daß sich die Druckfarbe beim Strahldrucken richtig verhält. Der Anteil des Wassers sollte jedoch nicht über etwa 35% hinausgehen, da das Mittel sonst das Substrat nicht genügend benetzt, daß der gewünschte Grad der Tropfenausbreitung und -eindringung erhalten v/ird.

Beispiel 2

Atmosphärische Bedingungen können die Druckeigenschaften einer gegebenen Druckfarbenzusammensetzung beeinflussen. Es ist in

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manchen Fällen zweckmäßig, etwaige Variierungen der Druckeigenschaften durch Veränderung der Konzentration von einer oder von mehreren der Druckfarbenkomponenten auszugleichen. Die folgende Druckfarbe kann z.B. mit Vorteil bei niedriger atmosphärischer Feuchtigkeit verwendet werden, obgleich sie erheblich mehr als die optimale ¥assermenge zur Verwendung für eine feuchte Atmosphäre enthält.

Gew.-$

2-Heptanon Methylalkohol 1-Decen

Natriumlaurylsulfat Wasser

Farbstoff (Viktoria-Blau-FGA

100

Im allgemeinen kann der Wassergehalt von etwa 12 bis 35%, der Gehalt der Alkoholkomponente von etwa 8 bis 25%, der Gehalt an Decen von etwa 0 bis 10%, je nach der Anwesenheit oder Abwesen heit eines öligen Oberflächenfilms auf dem Substrat, der Gehalt des oxygenierten aliphatischen oder cyclischen Lösungsmit tels vom Keton-, Aldehyd-, Acetal-, Äther- oder Estertyp von etwa 25 bis etwa 7596, der Gehalt des Elektrolyten von etwa 8 bis etwa 17% und der Gehalt an Farbstoff von etwa 0,5 bis etwa 5%, je nach der Löslichkeit und der gewünschten Farbtiefe, variieren.

Beispiel 3

Ein Ersatz der ganzen gegebenen Lösungsmittelkomponente oder eines Teils davon durch ein im wesentlichen äquivalentes Mate-

42	5
12,
7	5
12,
25
1

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rial erfordert oftmals geringfügige Veränderungen der Konzentration einiger der anderen Komponenten, damit eine stabile Druckfarbe mit ausgewogenen Eigenschaften aufrechterhalten wird. In der folgenden Druckfarbe ist z.B. ein Teil des bevorzugten 2-Heptanons durch 2,4-Pentandion ersetzt worden, das ein Lösungsmittel mit einer etwas größeren Polarität als Heptanon ist. Dies erfordert wiederum eine Erhöhung der 1-Decen-Konzentration, damit der gewünschte Benetzungsgrad der geschmierten Oberfläche beibehalten wird. Die Wasserkonzentration in dieser Zusammensetzung ist relativ hoch, wodurch diese für Bedingungen einer niedrigen Feuchtigkeit einsetzbar wird.

Gew.-%

2,4-Pentandion 2-Heptanon

Methylalkohol 1-Decen

Natriumlaurylsulfat Farbstoff (Malachit-Grün) Wasser

100

Die obige Zusammensetzung hat sich als sehr wirksam für das Aufdrucken auf die Oberfläche von epoxy- oder acrylharzbeschichtetem Stahl erwiesen, der einen dünnen, öligen Film eines Schmiermittels als Ergebnis der Stempelvorgänge bei der Herstellung von Nahrungsmittel- und Getränkedosen trägt.

Der in dieser Zusammensetzung verwendete Farbstoff kann durch 1 bis 2% eines ähnlichen Farbstoffs aus einer Vielzahl von basischen Triphenylmethanfarbstoffen ersetzt werden.

22,	5
22,	5
8
9
12
1
25

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ORIGINAL

Claims

- 30" - Patentansprüche

1. Bindemittelfreie Druckfarbe, die für das Strahldrucken geeignet ist und die dazu imstande ist, sich mit Oberflächen von synthetischen Polymerharzen durch Erweichen und Aufquellen der Oberflächenschichten des Polymeren, um eine Eindringung der Druckfarbe zu gestatten, zu vereinigen, dadurch gekennzeichnet , daß sie

a) etwa 25 bis 75 Gew.-% eines organischen Lösungsmittels aus der Gruppe aliphatische und cyclische Ketone, Aldehyde, Acetale, Äther und Ester,

b) etwa 8 bis 25 Gew.-% eines aliphatischen Alkohols mit nicht mehr als 3 Kohlenstoffatomen,

c) etwa 8 bis 17 Gew.-% eines oberflächenaktiven Mittels aus der Gruppe kationische und anionische oberflächenaktive Mittel,

d) etwa 12 bis 35 Gevr.-% Wasser,

e) 0,5 bis 5,0 Gew.-% eines Farbstoffs aus der Gruppe basische Farbstoffe und neutrale Farbstoffe und

f) 0 bis 10 Gew.-% eines aliphatischen Kohlenwasserstoffs mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen in der Kette

enthält, wobei die Druckfarbe eine Viskosität bei 20,0⁰C von weniger als 10 cps., einen spezifischen Widerstand von weniger als 1500 0hm-cm und eine Oberflächenspannung bei 20,0⁰C von 22 bis 35 Dyn cm hat.

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709822/0904

ORIGINAL INSPECTED

2. Druckfarbe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als organisches Lösungsmittel 2-Heptanon enthält, daß der aliphatische Alkohol aus der Gruppe Methylalkohol, Äthylalkohol und Gemische aus Methyl- und Äthylalkoholen ausgewählt ist, daß das oberflächenaktive Mittel Natriumlaurylsulfat ist, daß der Farbstoff ein basischer Farbstoff ist und daß der aliphatische Kohlenwasserstoff 1-Decen ist.

3. Bindemittelfreie Druckfarbe, die für das Strahldrucken auf Oberflächen von Polymerharzen geeignet ist, dadurch gekennzeichnet , daß sie im wesentlichen aus

57 Gew.-% 2-Heptanon

12,5 Gew.-?6 Methylalkohol

12,5 Gew.-% ITatriumlaurylsulfat 3 Gew.-% 1-Decen

1 Gew.-% eines basischen Farbstoffs und 14 Gevr.-% Wasser

besteht.

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