DE2747630A1

DE2747630A1 - Druckfarbe

Info

Publication number: DE2747630A1
Application number: DE19772747630
Authority: DE
Inventors: Randall John Walbrun
Original assignee: M&T Chemicals Inc
Current assignee: M&T Chemicals Inc
Priority date: 1976-10-26
Filing date: 1977-10-24
Publication date: 1978-04-27
Also published as: NL7711755A; CS195341B2; IT1089477B; GR65960B; BE859820A; ES463421A1; JPS5355214A; IL52911A0; ZA775618B; DK472877A; FR2369327A1; AU2989377A; BR7707066A; GB1577902A; SE7711941L; NO773612L

Description

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Mappe 24333 MftT Case 1193

M ft T CHEMICALS IVC. Greenwich» Conn.» USA

Druckfarbe

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Die Erfindung betrifft Farben (bzw. Tinten), die bei Einwirkung von UV-Licht Fluoreszenz zeigen. Im besonderen betrifft die Erfindung Druckfarben (bzw. Drucktinten), die im gewöhnlichen Licht farblos erscheinen, bei ÜV-Belichtung Jedoch deutlich fluoreszieren, so daß sie sich hervorragend zur Markierung verschiedener Materialien eignen, wobei die erhaltenen Aufzeichnungen normalerweise unsichtbar sind, bei UV-Belichtung jedoch leicht festgestellt werden können; die Druckfarben können in nach dem sogen. "Strahldruckprinzip" arbeitenden Druckvorrichtungen eingesetzt werden. Der Strahldruck ist ein in jüngerer Zeit entwickeltes Verfahren zur Aufbringung von kennzeichnenden oder dekorativen Mustern bzw. Drucken auf ein Substrat. Allgemein ausgedrückt» wird bei dieser Methode eine flüssige Druckfarbe durch eine in einem Düsenblock angeordnete, sehr kleine Düse gepreßt, welche einen piezoelektrischen Kristall beinhaltet, der mit hoher Frequenz (50 000 bis 100 000 Schwingungen/Sekunde) vibriert und bewirkt, daß die durch die Düse austretende Druckfarbe in winzige Tröpfchen zerteilt bzw."aufgerissen" wird, deren Anzahl den KristallSchwingungen entspricht. Die winzigen Tröpfchen werden durch einen Aufladebereich geleitet» in welchem einzelne Tröpfchen in Abhängigkeit von einem Videosirjial eine elektrische Ladung aufnehmen. Der Grad der Aufladung hängt von der Amplitude des Videosignals ab. Die Tröpfchen passieren dann ein elektrisches Feld mit festgelegter Intensität, welches eine unterschiedliche Ablenkung der einzelnen Tröpfchen in Abhängigkeit von der Intensität der von ihnen aufgenommenen Ladung bewirkt. Anschließend läßt man die abgelenkten Tröpfchen auf das Substrat aufprallen» das mit dem für Schmuck- oder Informationszwecke dienenden Aufdruck versehen werden soll. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Strahldruckverfahrens ist in den US-PSen 3 465 350 und 3 465 351 beschrieben. Die erfindungsgemäße Druckfarbe ist für den Einsatz in einer Vorrichtung und bei einem Verfahren vorgesehen» wie sie in diesen Patentschriften beschrieben sind.

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Sine für den Strahldruck gut brauchbare Druckfarbe muß unter festgelegten Betriebsbedingungen der verwendeten Maschine eine reproduzierbare Aufreißlänge» Tropfengeschwindigkeit und Tropfenladung aufweisen. Zu diesem Zweck muß die Druckfarbe strenge Anforderungen hinsichtlich der Viskosität» des Widerstandes» der Löslichkeit und Verträglichkeit der Komponenten sowie der Stabilität und hautbildungsverhindernden Eigenschaften erfüllen und leicht in einem geeigneten Lösungsmittel wieder auflösbar sein» damit die Maschinenteile rasch und unter möglichst geringem Aufwand gereinigt werden können.

Es wurde festgestellt» daß die Viskosität einer Druckfarbe» die in einer Strahldruckvorrichtung mit einer Düsenöffnung eines Durchmessers von 0»0762 mm (0*003 in.) eingesetzt werden soll, nicht mehr als etwa 16 cPs bei 20⁰C (68⁰F) betragen darf. Der günstigste Viekositätsbereich, bei dessen Einhaltung hervorragende Resultate ersielt werden» ist der Bereich von 1,9 bis 2,0. Die Viskosität kann etwas höher als die vorgenannten Werte sein» wenn der Durchmesser der Düsenöffnung erhöht wird. Eine Druckfarbe mit einer Viskosität von weniger als 20 cFs (vorzugsweise weniger als etwa 16 cFs) bei 2O⁰C (68⁰F) ist jedoch stets von großem Vorteil. Der elektrische Widerstand kann im Bereich von weniger als 10 0hm.cm bis etwa 2 000 Ohm.cm liegen; die vorteilhaftesten Werte liegen im Bereich von etwa 150 bis 300 0hm.cm. Widerstände von mehr als etwa 1000 Ohm.ca führen zu Problemen bezüglich der richtigen Aufladung der Tröpfchen» wodurch die Ablenkbarkeit der Tröpfchen im elektrischen Feld in unberechenbarer Weise beeinträchtigt wird.

Die Düse» durch welche die Druckfarbe hindurchgehen muß, weist normalerweise einen Durchmesser von 0,051 bis 0,127 mm (0,002 bis 0*005 in.) auf. Damit die Verstopfung der Düse

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verhindert wird, ist es sehr zwepkmäßig, wenn sämtliche Bestandteile der Druckfarbe als Lösung im Träger anstatt in kolloidaler oder auf sonstige Weise suspendierter Form vorliegen. In jedem Falle muß die fertige Druckfarbe zumindest ein 2/um-Pilter passieren, um eine befriedigende Einsatzfähigkeit zu besitzen. Ferner dürfen die Farbkomponenten in den Transportleitungen, dem Vorratsbehälter, der Düse oder irgendwelchen anderen Teilen des Farbzufuhrsysterne weder Schlamm noch sonstige Ablagerungen bilden» obwohl das Lösungsmittel die Druckfarbe im Farbrücklaufsystem und Vorratsbehälter bis zu einem bestimmten Grad verdampft. Fit anderen Worten, das Lösungsmittel muß ein Reservelösungsvermögen für die gelösten Farbkomponenten besitzen» damit jegliche unerwünschte Niederschlagsbildung, die zu einer Verstopfung oder Verlegung der engen Strahldüse führen könnte» vermieden wird. Ferner muß die Druckfarbe hautverhindernde Eigenschaften aufweisen, damit es während des Stillstands der Vorrichtung nicht zu einer Hautbildung über der Düse oder dem Behälter kommt. Eine unter diesen Bedingungen gebildete Haut kann nämlich zu kleinen» festen Partikeln aufgesplittert werden, welche die Düse verlegen können.

Damit die Reinigung der Vorrichtung nach dem Gebrauch erleichtert wird, sollen die Farbkomponenten in einem gebräuchlichen Lösungsmittel leicht löslich sein. Dadurch wird jegliche allmähliche Anreicherung von Farbresten im System» die zu Betriebsstörungen führen könnte, verhütet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere in der Schaffung von Farbzusammensetzungen für überzugsfreie» mit klaren überzügen versehene oder dekorierte Papier-, Pappe-, KunststoffundMetallsubstrate, die nicht stark geschmiert oder gewachst wer-

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den und höchstens eine geringe Ritze- oder Wasserbeständigkeit erfordern oder bis 82,2⁰C (180⁰P) hitzebeständig sowie wasserbeständig sein müssen, und für überzugsfreie, klare überzüge aufweisende oder dekorierte Metallsubstrate, die stark geschmiert oder gewachst werden und Hitzebeständigkeit bis 204»4⁰C (400°?) und hervorragende Vasserbeständigkeit aufweisen müssen.

Bei Papier-, Pappe- und Metallsubstraten, die bis zu 82,2⁰C (180⁰F) hitzebeständig sein müssen, eignen sich bindemittelfreie Farbsysteme.

In sämtlichen Fällen sind die Farben praktisoh frei von visuellen Färbemitteln.

Sie Aufgabe der Erfindung besteht weiterhin in der Schaffung von Druckfarben für den Strahldruck, welche alle für eine zufriedenstellende Anwendung in der Druckvorrichtung erforderlichen Eigenschaften in sich vereinen und im trockenen Zustand bei UV-Belichtung bei sehr kurzer Lumineszenz-Lebensdauer fluoreszieren. Die erfindungsgemäßen Druckfarben schließen sowohl Lösungsfarben, bei denen ein Pigment in einem Lösungsmittel gelöst ist, als auch Dispersionsfarben ein, bei denen ein Pigment in einem Medium, in welchem es unlöslich ist, dispergiert ist.

Druckfarben, deren Farbstoffe oder Pigmente eine genügend kurze Lumineszenz-Lebensdauer aufweisen, können zur Auslösung von Schaltvorrichtungen verwendet werden. Phosphoreszierende Verbindungen mit einer Lebensdauer von mehr als 1/900 Sekunde sind bereite theoretisch ungeeignet. In der Praxis werden wesentlich kürzere Emissionszeiten bevorzugt.

Die Fluoreszenz-Lebensdauer liegt gewöhnlich in der Größen-

—Q —12 * Ordnung von 10 ⁷ bis 10 Sekunden, während die Phosphor-

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eszenz-Lebensdauer Stunden betragen oder noch länger sein kann.

Rote Druckfarben» die im Spektralbereich von 500 bis 700 mn fluoreszieren» sind weniger gut geeignet als blaue oder grüne Druckfarben» an welche die meisten Menschen gewöhnt sind. Blaue oder grüne Druckfarben mit ausreichender Fluoreszenz im Bereich von 500 bis 700 mn sind in ästheti scher und praktischer Hinsicht vorteilhaft.

Die Erfindung befaßt sich mit gelben und grünen Druckfarben» die bei Anregung mit nahem (365 mn) oder mittlerem (254 mn) UV-Licht fluoreszieren und ihr Licht innerhalb sehr kurzer Lumineszenz-Lebensdauer im Bereich von 500 bis 700 mn emit tieren. Diese Druckfarben sind organischer Natur» was den Vorteil hat» daß sie nicht die Abriebswirkung vieler Druck farben auf Basis von reibenden anorganischen Pigmenten aufweisen.

Die meisten herkömmlichen flüssigen Druckfarben weisen drei Grundbestandteile auf. Die erste Komponente 1st ein fluores zierendes Färbemittel» mit dessen Hilfe der Aufdruck im Kontrast zur Substratoberfläche sichtbar gemacht wird. Das fluoreszierende Färbemittel kann entweder ein im Lösungsmittel der Druckfarbe löslicher Farbstoff oder ein im Lösungsmittel suspendiertes Pigment sein. Die zweite Komponente ist ein Harz oder Bindemittel, das nach dem Druckvorgang auf der Substratoberfläche verbleibt und für die Haftung des Farbstoffs oder Pigments an der Substratoberfläche sorgt. Die dritte Hauptkomponente ist das Lösungsmittel, welches der Druckfarbe Fließvermögen verleiht und als das Harz und Färbemittel lösendes oder suspendierendes Medium dient. Ausser den genannten, in nahezu allen flüssigen Druckfarben enthaltenen drei Hauptkomponenten können verschiedene andere Bestandteile, wie Trocken-, Dispergier-oder Netzmittel, Weichmacher oder Verdünnungs-

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mittel, zugegen sein. Druckfarben für den Strahldruck enthalten neben den drei erwähnten Hauptkomponenten ferner zweckmäßig eine vierte» fakultative Komponente» die für die jeweilige Druckfarbe unter Berücksichtigung der für den Strahldruck angewandten Vorrichtung und Methode ausgewählt wird. Diese fakultative Komponente ist ein Elektrolyt» dessen Zusatz zweckmäßig so erfolgt» daß den Farbtröpfchen eine starke» in reproduzierbarer Weise veränderliche elektrische Ladung verliehen wird» welche ihrerseits eine geregelte» reproduzierbare Ablenkung der Tröpfchen durch Anlegen eines elektrischen Feldes an dem Tröpfchenstrom ermöglicht. Andere Druckverfahren als der Strahldruck erfordern keine Farben mit elektrischen Eigenschaften» die die genannte Funktion erfüllen.

Die Eigenschaften des Lösungsmittels sowie die der Druckfarbe durch das Lösungsmittel verliehenen Merkmale sind für die Erfindung von außerordentlicher Bedeutung. Die Druckfarbe als ganzes muß - wie erwähnt - eine sehr niedrige Viskosität aufweisen. Zufriedenstellende Ergebnisse können leicht mit Druckfarben erzielt werden» die eine so hohe Viskosität wie etwa 16 cPs bei 20⁰C (68⁰F) besitzen. Man kann auch mit Druckfarben arbeiten» deren Viskosität 20 cPs erreicht» obwohl sich der Strahldruckprozeß bei ansteigender Viskosität der Druckfarbe immer schwerer regeln läßt. Eine Viskosität von etwa 1»90 cPs wird als optimal angesehen. Da die Harzkomponente die Viskosität des Lösungsmittels erhöht» muß dieses eine sehr niedrige Viskosität aufweisen» damit es bei der Abmischung der Farbe zu keiner unerwünschten Viskositätserhöhung kommt. Nur wenige Lösungsmittel erfüllen diese scharfen Viskositätsbedingungen sowie die übrigen funktioneilen Anforderungen der erfindungsgemäßen Strahldruckfarben. Lediglich einwertige aliphatische Alkohole mit niedrigem Molekulargewicht» wie Methanol» Ithanol» n-Propanol

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oder Isopropanol, weisen einzeln oder im Gemisch die richtige» den erfindungsgemäßen Anforderungen genügende Kombination von niedriger Viskosität» Lösungsvermögen für basische Farbstoffe und Elektrolyse, Mischbarkeit mit Wasser und Oberflächenspannung auf. Mit der Bezeichnung "niedere einwertige aliphatisch^ Alkohole" sind nachstehend die vier vorgenannten Alkohole gemeint.

Die niedrigste Viskosität weisen Jene Druckfarben auf, welche als alkoholisches Lösungsmittel Methanol oder ein Methanol/Äthanol-Gemisch enthalten. Wenn man bei einer be stimmten Druckfarbe Propanol oder Isopropanol anstelle von Methanol verwendet» erhält man eine Farbe mit etwas höherer Viskosität» wie nachstehend in den Beispielen näher erläutert wird. Optimale Resultate werden in einer Strahldruckvorrichtung mit einem Düsendurchmesser von 0*0762 mm (0,003 in.), wie sie in der Industrie gebräuchlich ist» mit Druckfarben einer Viskosität von etwa 1,5 bis 13 cPs bei 20⁰C (68⁰F) erzielt. Viskositäten innerhalb dieses Bereichs erreicht man bei Verwendung von Methanol oder eines Methanol/Äthanol-Gemisches als organisches Lösungsmittel. Entsprechende Farben, die jedoch ein Propanol als Lösungsmittel enthalten» weisen Viskositäten von 3 bis 5 cFs oder darüber auf. Die Standard-Strahldruckvorrichtung mit Düsendurchmes- sern von 0,0762 mm (0,003 in.) arbeitet bei Verwendung von Druckfarben mit einer Viskosität bis etwa 5 cFs (oder wenig darüber) zufriedenstellend, während Farben mit höherer Viskosität (bis etwa 8 bis 10 cFs) zwar ebenfalls brauchbar sind» Jedoch größere DUsendurchmesser» höhere Treibdrücke und beträchtliche Abänderungendes elektrischen Systems und der Geometrie der Druckvorrichtung erfordern. Aus praktischen und wirtschaftlichen Gründen bevorzugt man daher Druckfarben mit einer Viskosität von weniger als etwa 16 cPs. Die Viskosität der Druckfarben wird allerdings nicht nur durch die Viskosität des Lösungsmittels bestimmt, sondern auch durch

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die Konzentrationen der anderen Farbbestandteile» insbesondere der Harzkomponente» des Wassers und fakultativer modifizierender Zusätze» beeinflußt, wie nachstehend näher erläutert wird.

Die Neigung des Lösungsmittels zur Benetzung des Substrats» welche durch die Oberflächenspannung des Lösungsmittels und der es enthaltenden Druckfarbe bestimmt wird» ist von großer Bedeutung und muß sorgfältig eingestellt werden. Wasser benetzt beispielsweise wegen seiner zu hohen Oberflächenspannung (72 dyn.cm bei Raumtemperatur) Aluminiummetallsubstrate (z.B. Aluminiumbüchsen) nicht zufriedenstellend» weshalb Druckfarben auf wäßriger Grundlage keine genügende Eignung für das Bedrucken von Metallbüchsen besitzen. Solche Druckfarben· können jedoch z.B. zum Bedrucken von Pappe nach dem Strahldruckverfahren eingesetzt werden» da Wasser Pappeoberflächen gut benetzt. Andererseits benetzen Methanol» Ithanol» Propanol und Isopropanol» welche Oberflächenspannungen von 22, 23, 24 bzw. 22 dyn.cm (bei Raumtemperatur) aufweisen, Aluminium derart leicht, daß das Lösungsmittel die Metalloberfläche überschwemmt und eich ausbreitet und mit den anderen Tröpfchen vermischt» wodurch die Umrisse des Aufdrucks verwischt werden. Erfindungsgemäße Druckfarben» die für Aluminiumoberflächen vorgesehen sind» werden so abgemischt» daß sie Oberflächenspannungen bei 2O⁰G (68⁰F) von etwa 28 bis 40 dyn.cm aufweisen. Im Falle anderer Metalloberflächen (wie von Stahl oder Zinn- bzw. Weißblech) und Oberflächen organischer Überzüge (wie sie bei der Erzeugung von Stahlbüchsen bzw. -dosen gebräuchlich sind) müssen die Druckfarben Oberflächenspannungen von etwa 22 bis 35 dyn.cm aufweisen» wobei der untere Teil des genannten Bereiche bevorzugt wird.

Ein für eine Strahldruckfarbe für Metallbüchsen geeignetes Lösungsmittel muß leicht genügende Mengen der Harzkomponente»

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dee Farbstoffs und jeglicher erwünschter fakultativer Bestandteile (wie eines Elektrolyts) lösen» daß die angestrebte Leitfähigkeit und das gewünschte Haftvermögen und ansprechende Aussehen der Farbe erzielt werden. Sa das Lösungsmittel in den Farbzufuhr- und -rücklaufsystemen in jeinem gewissen Ausmaß verdampft, wodurch die Feststoffkonzentration der Farbe in den betreffenden Bereichen erhöht wird» muß das Lösungsmittel ferner ein dafür ausreichendes Reservelösungsvermögen aufweisen» daß unter diesen Bedingungen keine Niederschlagsbildung erfolgt.

Obwohl die Verdampfung des Lösungsmittels aus dem Färbzufunrund -rücklaufsystem im allgemeinen unerwünscht ist» ist es wichtig» daß das Lösungsmittel vom bedruckten Bildbereich relativ rasch verdampft, damit nahezu sofort nach dem Druckvorgang ein schmierfester und feuchtigkeitsbeständiger Aufdruck zurückbleibt. Das Lösungsmittel muß somit eine derartige Flüchtigkeit aufweisen, daß ein zufriedenstellender Ausgleich zwischen diesen beiden entgegengesetzten Zielen geschaffen wird.

Strahldruckfarben zum Bedrucken von Metall können eine Harzkomponente erfordern, die verschiedene Merkmale aufweisen muß. Im Vordergrund steht die Fähigkeit des Harzes zur festen Haftung an der Metalloberfläche, auf welche die Farbe aufgedruckt wird, und zur Bewahrung dieser festen Haftung unter stark schwankenden Feuchtigkeits- und Temperaturbedingungen. Wenn die Druckfarbe auf die Metalloberfläche aufgebracht wird» muß sie selbst in Gegenwart von etwas Feuchtigkeit rasch und fest am Metall "abbinden" (set) oder haften, sowie eine hohe Feuchtigkeitsbeständigkeit aufweisen» und zwar nicht nur zur Aufrechterhaltung der Haftung am Metall, sondern auch zum Schutz des gegebenenfalls wasserempfindlichen Farbstoffs vor der Feuchtigkeit, welche bewirken kann,

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daß der Farbstoff in die Umgebungebereiche ausläuft.

Die beim Bedrucken von Metall benötigte Harzkomponente muß ferner sehr leicht im Lösungsmittel unter Bildung einer stabilen Lösung mit niedriger Viskosität löslich sein, damit wirksame Harzmengen im Lösungsmittel gelöst werden können» ohne daß die Viskosität der Druckfarbe Übermäßig erhöht wird. Analog muß die bei den bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungeformen verwendete Elektrolytkomponente bei deutlich unterhalb ihrer Löslichkeitsgrenze liegenden Konzentrationen wirksam sein» damit die gewünschte Tropfenablenkung ohne Gefahr einer Niederschlagsbildung und Verstopfung des Systems erzielt wird.

Die erfindungsgemäße Druckfarbe enthält - wie erwähnt -mindestens eine farblose Verbindung» die im UV-Licht fluoresziert» ein Lösungsmittelgemisch und gegebenenfalls einen Elektrolyt in einer zur Erzielung der gewünschten Tropfenablenkung wirksamen Menge» wobei alle Komponenten in sorgfällig ausgewogenen Anteilen vorhanden sein müssen, damit die Farbe erfolgreich in einer Strahldruckvorrichtung eingesetzt werden kann. Zum Bedrucken von Metall kann eine Harzkomponente erforderlich sein.

Lösungsmittelgemisch

Obwohl der Druckfarbe für bestimmte Zwecke geringe Anteile anderer Lösungsmittel einverleibt werden können» ist das primäre Löeungsmittelgemisch eine Mischung mindestens eines der vorgenannten niederen aliphatischen Alkohole mit Wasser unter Verwendung so bemessener Anteile» daß die Oberflächenspannung der Farbe weniger als etwa 40 dyn.cm bei 20⁰C (68⁰F) beträgt. Bei Farben zum Bedrucken von Aluminiummetalloberflächen soll das Gewichteverhältnis des Wassere zurAlkoholkomponente im Bereich von 1:1*5 bis 1:5 liegen; das bevorzugte Mengenverhältnis beträgt etwa 1:3» da in die-

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sem Pall Druckfarben mit Oberflächenspannungen von etwa 30 bis 35 dyn.cm erhalten werden. Wenn das Lösungsmittelgemisch einen zu hohen Wasseranteil aufweist, neigt die Druckfarbe zur Tropfenbildung (bead up) an der Wetalloberflache, während besonders hohe Alkoholkonzentrationen bewirken» daß sich die Farbe
übermäßig auf der Metalloberfläche ausbreitet und zu einer Verschmierung oder Diffusion des Aufdrucks führt. Da Stahl und verzinnter Stahl eine etwas andere Benetzbarkeit als
Aluminium aufweisen· muß das Lösungsmittelverhältnis bis zu einem bestimmten Grad darauf eingestellt werden, wenn diese Metalle die zu bedruckenden Substrate darstellen; geeignete Wasser/Alkohol-Gewichtsverhältnisse betragen dann 1:3 bis etwa 1:10» vorzugsweise etwa 1:8, wobei Druckfarben im gewünschten Oberflächenspannungsbereich von 22 bis 30 dyn.cm erhalten werden.

Neben Methanol und Wasser enthält das Lösungsmittelgemisch der bevorzugten Druckfarben häufig etwas Äthanol, welches als primäres Lösungsmittel für die Harzkomponente dient.
Äthanol und die Propanole weisen - wie erwähnt - eine höhere Viskosität als Methanol auf. Die Viskosität einer bestimmten Druckfarbe hängt natürlich stark davon ab, welcher dieser Alkohole in welchem Anteil verwendet wird. Die Wahl der Alkoholkomponente hängt von den gewünschten, speziellen
Eigenschaften der fertigen Farbe ab. Wenn eine rasche Trocknung und/oder eine sehr niedrige Viskosität erforderlich sind, besteht die Alkoholkomponente zwangsläufig überwiegend aus Methanol. Wenn eine langsamere Trocknung und eine etwas höhere Viskosität tolerierbar sind, kann man das Methanol ganz oder teilweise durch Äthanol, n-Propanol oder Isopropnaol ersetzen. Druckfarben, welche diese weniger flüchtigen Alkohole enthalten» erfordern einen geringeren Zusatz von frischem Lösungsmittel und unterliegen weniger den durch die rasche Verdampfung der Lösungsmittel der Druckfarbe bedingten Problemen der Leitungsverstopfung. Gewöhnlich bevorzugt man Druckfarben mit sehr niedriger Viskosität (insbesondere von weniger

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als etwa 3 cFs bei 2O⁰C)* obwohl man auch mit Druckfarben einer Viskosität von etwa 5 cPs bei 20⁰C sehr befriedigende Ergebnisse erzielen kann. In Extremfallen» bei denen der Preßdruck hoch und der DUsendurchmesser relativ groß (z.B. 0,127 mm bzw. 0,005 in.) sind» kann man Druckfarben mit einer Viskosität verwenden,die 8 bis 10 cPs bei 20⁰C erreicht.

Bei jeder Druckfarbe muß die spezielle Alkoholkomponente im Verhältnis zu dem in der Druckfarbe enthaltenen Wasser in einem ausgewogenen, innerhalb der vorgenannten Grenzen liegenden Anteil vorliegen» damit die Farbe zufriedenstellend verwendbar ist.

Damit die Druckfarbe in einem pH-Bereich von 8,0 bis 9» 5 gehalten, wird» wird sie mit einer geringen Menge von Ammoniak oder eines entsprechenden Alkalisierungsmittels in Form einer konzentrierten wäßrigen lösung versetzt. Der bevorzugte pH-Bereich von 8»6 bis 8,8 wird im allgemeinen durch Zugabe von mindestens etwa 1 Gew.-Jt konzentrierter Ammoniaklösung (26° Baume) beibehalten; der Anteil dieser Komponente oder einer äquivalenten Substanz kann jedoch gemäß den vorgenannten pH-Anforderungen variiert werden.

Die Regelung des pH-Werts der Druckfarbe ist für deren erfolgreichen Einsatz beim Strahldruck von Bedeutung. Eine zu starke, oberhalb des vorgenannten pH-Bereichs liegende Alkalltät führt zu einer langsamen Trocknung der Farbe an einer bedruckten Oberfläche und zu einer relativ schlechten Haftung, während ein unterhalb des brauchbaren Bereichs liegender pH-Wert die Stabilität der Druckfarbe stark verschlechtern und dadurch zu einer Schlammbildung im System und Verstopfung der Strahldruckdüsen führen kann.

Wenn der gewünschte Farbstoff oder das Pigment eine relativ begrenzte Löslichkeit iin vorgenannten Lösungsmittel aufweist»

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kann man die Druckfarbe durch Zusatz einer mäßig hohen Menge eines weiteren Lösungsmittels modifizieren» In welchem der Farbstoff eine hohe Löslichkeit aufweist und welches eine geringe Oberflächenspannungι niedrige Viskosität und geeignete Verdampfungsgeschwindigkeit besitzt und mit Wasser vollständig mischbar ist. Bestimmte Glykoläther mit relativ niedrigem Molekulargewicht» wie Äthylenglykolmonomethyläther (Methylcellosolve)» Äthylenglykolmonoäthyläther (Celloeolve), Propylenglykolmonomethyläther oder Propylenglykolmonoäthyläther» haben sich in dieser Hinsicht als völlig zufriedenstellend erwiesen und können der Druckfarbe In Anteilen bis etwa 30 Gew.-Jt (wie es zur Stabilisierung des Färbemittels in der Lösung erforderlich ist) zugesetzt werden. Anteile der vorgenannten Glykoläther von mehr als 30 Gew.-Jt der Zusammensetzung sollen vermieden werden» da die Farbe die Oberfläche des zu bedruckenden Metallsubstrats ansonsten nicht zufriedenstellend benetzt.

Harzkomponente

Als Harzkomponente bevorzugt wird entwachster und gebleichter Schellack oder äquivalente Substanzen» obwohl jedes beliebige entsprechende Harz mit den erforderlichen Eigenschaften der Löslichkeit im Lösungsmittel und Fähigkeit zur Verankerung der Farbkomponente an der Metalloberfläche erfolgreich für die Druckfarbe verwendbar ist. Im allgemeinen 1st eine hohe Harzkonzentration zweckmäßig» damit der Farbstoff oder das Pigment sehr fest an der bedruckten Oberfläche verankert wird. Die Harzkonzentration wird jedoch durch die Viskositätserhöhung begrenzt» die bei einer Erhöhung des Harzanteile der Druckfarbe erfolgt.

Bei einer Erhöhung der Konzentration eines Harzes vom Schellack-Typ kann ferner eine Wechselwirkung zwischen dem Harz und der Färbekomponente erfolgen» die zu einer Schaum-

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oder Schlammbildung der Druckfarbe führt. Diese Erscheinung tritt insbesondere bei beträchtliche WasBeimengen enthaltenen Farbzusammensetzungen auf. Das Problem läßt sich jedoch nicht durch Beseitigung des Wassers lösen, da etwas Wasser benötigt wird» um die Oberflächenspannung der Druckfarbe innerhalb des brauchbaren Bereichs für eine richtige Benet/.unr, den Substrats zuhalten. Wenn die Alkoholkomponente hauptsächlich aus Methanol besteht» kann die Druckfarbe etwa 1 bis etwa 17 % Schellack enthalten» wodurch für ein wirksames Pigmentverankerungevermögen innerhalb des bevorzugten Viskositätebereichs der Druckfarbe (als Ganzes) von 1,75 bis 5 cPs gesorgt wird» welcher zuvor in Verbindung mit Düsen eines Durchmessers von etwa 0,0762 mm (etwa 0,00? in.) erwähnt wurde. Etwas höhere Schellackanteile können toleriert werden', wenn die Düsengröße proportional zum Anstieg der Viskosität aufgrund des höheren Harzgehalts erhöht wird. Bei Düsen mit einem Durchmesser von etwa 0,127 mm (etwa 0,005 in.) kann der Schellackanteil z.B. etwa 25Gew.-$ erreichen. Bei Druckfarben mit höheren Schellackanteilen sollen die Anteile des Wassers und der höheren Alkohole bei dem Minimalwert gehalten werden, der mit den vorgenannten Anforderungen der Substratbenetzbarkeit» Trocknungsgeschwindigkeit und Schlammverhinderung verträglich ist.

Bei Verwendung von Äthanol und der Propanole erhält man wie erwähnt - Druckfarben mit höherer Viskosität als bei Verwendung von Methanol als überwiegendes alkoholisches Lösungsmittel. Da eine Erhöhung des Anteile der Harzkomponente ebenfalls zu einem Viskositätsanstieg führt» muß zur Aufrecht erhaltung eines gewünschten Viskositätswerts naturgemäß bei Verwendung von Propanol als Lösungsmittel weniger Schellack als bei Verwendung von Äthanol eingesetzt werden.

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Elektrolytkomponente

Damit die aus den Düsen herausgeschleuderten Farbtröpfchen die richtige elektrische Ladung aufnehmen und bewahren» muß die Druckfarbe einen bestimmten elektrischen Widerstand innerhalb des Bereichs von etwas unterhalb 10 Ohm.cm bis etwa 2000 Ohm.cm aufweisen; der bevorzugte Widerstandsbereich beträgt etwa 150 bis 300 0hm.cm. Es wurde festgestellt, daß einige erfindungsgemäße Färbzusammensetzungen von Haus aus einen spezifischen Widerstand innerhalb des brauchbaren Bereichs besitzen und daher keinen speziell zum Zweck der Widerstandseinstellung dienenden Elektrolytzusatz erfordern. Im allgemeinen werden jedoch optimale Resultate erzielt» wenn man der Druckfarbe eine Komponente einverleibt» die ein Salz oder Salzgemisch enthält, das im Farbmedium löslich ist und keine schädlichen Auswirkungen auf die Druckvorrichtung und das bedruckte Substrat hat. Für diesen Zweck besonders gut geeignet sind Dimethylamin-hydrochlorid und Lithiumchlorid, obwohl man auch andere Alkalichloride, -nitrate oder -sulfate oder ähnliche, lösliche Salze verwenden kann. Die spezielle Eignung von Dimethylamin-hydrochlorid beruht auf seiner ausgeprägten Löslichkeit in den vorgenannten Lösungsmitteln.

Der Elektrolyt kann in einem Anteil zugesetzt werden, welcher den spezifischen Widerstand einer bestimmten Druckfarbe auf den gewünschten Wert senkt. Der wirksame Elektrolytanteil beträgt in Abhängigkeit vom ursprünglichen und angestrebten Widerstand der Druckfarbe 0 bis 2 oder 3 # (oder mehr). Anteile der bevorzugten Elektrolyte (Dimethylamin-hydrochlorid oder Lithiumchlorid) von mehr als etwa 1,5 % sind im allgemeinen überflüssig und daher aus wirtschaftlichen Gründen unerwünscht. Ansteigende Salzkonzentrationen ergeben Druckfarben mit sinkendem Widerstand. Obwohl Druckfarben mit sehr geringem spezifischen Widerstand für das Strahl druckverfahren

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recht gut geeignet sind» bringen Farben mit Widerständen ▼on weniger als etwa 100 Ohm.cm keinen speziellen Vorteil gegenüber Farben mit einem Widerstand von etwa 100 bis 300 Ohm.cm» welcher Bereich als optimal anzusehen ist. Sie vorgenannten Alkalisalze können auch in Konzentrationen bis etwa 2 i» eingesetzt werden; höhere Konzentrationen sind nicht nur überflüssig» sondern lassen sich wegen der begrenzten löslichkeit dieser Substanzen in den für die erfindungsgemäßen Druckfarben verwendeten Lösungsmitteln auch nur schwierig beibehalten. Wegen ihrer höheren Löslichkeit im Alkohol/Wasser-Lösungsmlttelsystem werden als Salze vorzugsweise Dimethylamin-hydrochlorid und/oder Lithiumchlorid bei einer Gesamtsalzkonzentration von etwa 1»5 Gew.-Jl der Druckfarbe eingesetzt.

Färbekomponente

Die erfindungsgemäßen Druckfarben werden dadurch hergestellt» daß man eine bestimmte Menge eines Farbstoffbildners in einer niederen Alkancarbonsäure (Alkylcarbonsäure) löst. Man verwendet z.S. eine Farbstoff menge, die zur Srzlelung eines genügend intensiven Blau oder Grün ausreicht» jedoch geringer als die Lösllchkeitsgrenze des Farbstoffbildners in Essigsäure ist. 0,263 g Farbstoffbildner pro ml Essigsäure haben sich beispielsweise als zweckmäßige Menge erwiesen» welche die vorgenannten Anforderungen bei vielen Farbstoff-Vorläufern erfüllt. Nach Bedarf kann man mehr oder weniger Säure verwenden. Dann fügt man einen bestimmten Anteil einer Polymerlösung in einem Lösungsmittelsystem hinzu» dessen Auswahl mit Rücksicht auf die Verträglichkeit mit sämtlichen Komponenten und eine richtige Trocknungsgeschwindigkeit erfolgt.

Das nachstehende Beispiel besieht sioh auf eine erfindungsgemäße Druckfarbe» die'zieh für den Strahldruck eignet.

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Beispiel

Ein Gemisch von 53 g Methanol, 22 g Wasser, 1 g Ammoniumhydroxid (26° Baume) und 1 g Lithiumchlorid wird mit einer Lösung von 16 g eines Farbstoffs in 17Og Methanol sowie einer Lösung von 15 g Schellack in 105 g Äthanol versetzt.

Man erhält eine Druckfarbe mit einer Viskosität von 2,36 cPs bei 20⁰C (68⁰P), einem Widerstand von 149 Ohm.cm, einem pH-Wert von 8,6 und einer Oberflächenspannung von 31 bis 32 dyn.cm bei 20⁰C (68⁰P).

Mit Hilfe der Druckfarbe werden nach einem Strahldruckverfahren Muster auf die Enden von Bier enthaltenden Aluminiumdosen und Donen aus zinnf reiem Stahl aufgedruckt. Die Aufdrucke trocknen sehr rasch und ergeben Bilder, die hervorragend am Substrat haften und eine hervorragende Abriebs- und Wasserbeständigkeit aufweisen. Die Bilder verlaufen bei der Dampfpasteurisierung geringfügig. Ähnliche Resultate werden erzielt, wenn man anstelle von Lithiumchlorid die gleiche Menge Dimethylamin-hydrochlorid verwendet. Die von den Strahl· düsen ausgestossenen, winzigen Farbtröpfchen nehmen jeweils leicht die richtige Ladung auf, um in dem die Aufprallsteile der Tröpfchen am Substrat bestimmenden elektrischen Feld die richtige Ablenkung zu erfahren. Ähnliche Resultate werden erzielt, wenn man in der vorgenannten Rezeptur einen anderen basischen Farbstoff verwendet.

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Claims

P A TEN TANSPH(JCHE

· Pur den Strahldruck geeignete Farbzusammensetzung, im wesentlichen bestehend aus einer Lösung folgender Komponenten:

a) etwa 0,5 bis 20 Gew.-# mindestens einer normalerweise farblosen Verbindung, die im UV-Licht fluoresziert,

b) 0 bis etwa 30 Gew.-^ eines modifizierenden Lösungsmittels aus der Gruppe bestehend aus Äthylenglykolmonomethyläther, Xthylenglykolmonoäthylather, Propylenglykolmonome thy lather und Propylenglykolmonoäthylä'ther,

c) 0 bis etwa 2 Gew.-^ eines Elektrolyts und

d) einem den Rest der Farbzusammensetzung ausmachenden Gemisch von Wasser und einem niederen, einwertigen aliphatischen Alkohol mit höchstens 3 Kohlenstoffatomen bei einem Wasser/Alkohol-Gewichtsverhältnis von 1:1,5 bis 1:10, wobei die innerhalb dieser Grenzen liegenden Anteile des Wassers und Alkohols so bemessen sind, daß die Färbzusammensetzung eine Oberflächenspannung bei 20⁰C (68⁰F) von etwa 22 bis 40 dyn.cm und eine Viskosität bei 20⁰C (68⁰F) von etwa 1,5 bis 16 cPs aufweist,

wobei die Farbzusammensetzung einen pH-Wert von 2,5 bis 9,5 und einen spezifischen Widerstand von weniger als¹ 2000 Ohm.cm aufweist.
2. Farbzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Komponente a) in der Lösung etwa 0,5 bis 10 Gew.-^ beträgt, daß kein Elektrolyt vorhanden ist und daß die Farbzusammensetzung einen spezifi-

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ORIGINAL INSPECTED

sehen Widerstand von etwa 10 bis 2000 Ohm.cm aufweist.
3. Farbzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Komponente a) in der Lösung etwa 0,5 bis 5 Gew.-i» beträgt, daß kein Elektrolyt vorhanden ist, daß die Anteile des Wassers und Alkohols so
bemessen sind, daß die Farbzusammensetzung eine Viskosität bei 20⁰C (68⁰P) von etwa 1,75 bis 3 cPs aufweist, und daß die Lösung zusätzlich etwa 1 bis 12 Gew.-# Schellack enthält.
4· Farbzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkoholbestandteil der Komponente d) ein Gemisch aus Äthanol und Propanol ist und die Viskosität "3 bis etwa 5 cPs bei 20⁰C (68⁰F) beträgt.
5. Farbzusammensetzung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Alkoholbestandteil der Komponente d) ein Ge misch aus Methanol und Äthanol ist und die Viskosität 1,9 bis 3 cPs bei 20⁰C (68⁰F) beträgt.

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