DE3024689C2

DE3024689C2 - Tinte für das Spritzdrucken auf Kunststoffflächen

Info

Publication number: DE3024689C2
Application number: DE3024689A
Authority: DE
Inventors: Josephine 60007 Grove Village Ill. Aguilar; Joseph 60090 Grove Ill. Wachtel
Original assignee: Dick Co Chicago Ill AB; AB Dick Co
Current assignee: Videojet Technologies Inc
Priority date: 1979-07-02
Filing date: 1980-06-30
Publication date: 1984-05-17
Also published as: SE8004741L; AU530306B2; BR8004139A; US4260531A; JPS5649772A; AU6002580A; FR2460982A1; GB2053948B; CA1147548A; FR2460982B1; DE3024689A1; GB2053948A

Description

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Die Erfindung betrifft Tinten for den Spritzdruck Insbesondere auf glatten KunststofTTlachen wie Polyäthylen, Polypropylen und anderen Polyolefinen wie Polybutylen und deren Copolymeren, gegebenenfalls nach einer Oberflächenbehandlung zur Verbesserung der Haltung der gedruckten Informationen auf der Oberflächen.

Die Grundlage des Spritzdruckes sind geregelte, d. h. genau eingestellte Tröpfchen, mit deren Hilfe die BlIdlnformatlonen gedruckt werden. Die Gesamtsumme der aufgebrachten Tröpfchen bildet das angestrebte Zeichen. Ist die Größe des durch das Tintentröpfchen hervorgerufenen Punktes nicht entsprechend eingestellt, so kann er aufgrund der Benetzung der Oberfläche und der Oberflächenspannung zu klein oder zu groß werden. Unter sol

chen Bedgung können die Zeichen nicht erkennbar, also die Buchstaben nicht lesbar, werden.

Das Bedrucken von Papier führt Im allgemeinen nicht zu einem derartigen Problem in diesem Umfang, da das »Trocknen« (Wegschlagen) durch Aufsaugen geschieht und die PunkigrOße durch die Eindringgeschwindlgkeit der Druckfarbe In das Papier einstellbar ist

Auf nichtsaugenden Druckträgem wird das Wasser oder Lösungsmittel der Tinte oder Druckfaibe nicht aufgesaugt, sondern es muß von der Flache abdunsten oder abdampfen. Aus diesem Grund ergibt sich die Punktgroße aus der vergleichbaren Oberflachenspannung der Flüssigkeit und dem Benetzungswinkel des Druckträgers (ASTM D2578-67). Durch Einstellung der Oberflächenspannung der Tinte auf eine bestimmte Fläche läßt sich normalerweise die Punktgröße innerhalb eines Bereiches einstellen, die einen zufriedenstellenden Druck ergibt.

Die Hauptschwierigkeit liegt beim Bedruiken von Polyolefinen oder anderen Kunststoffen, die sich durch Behandlung zu verändern vermögen. Polyäthylen und Polypropylen neben anderen Stoffen sind ohne einer gewissen Veränderung der Oberfläche normalerweise nicht bedruckbar. Die Oberfläche eines Kunststoffs 1st daher vor dem Druck entsprechend ai behandeln. Die Behandlung von Polyolefinen geschieht auf chemische Welse, durch Abflammen oder durch Coronaentladung.

Da die Verweilzeit unter Coronaentladung sich leicht einstellen läßt, werden die Kunststoffollen im allgemeinen auf diese Weise behandelt und das Ausmaß dieser Behandlung wird so eingestellt, daß man eine Benetzungsspannung auf der Oberfläche von 035 bis 0,40 N/m erhält. Schwerere Kunststoffmateriallen, wie verschieden geformte Flaschen, lassen sich in dieser Welse jedoch nicht vorbehandeln. Durch die unregelmäßige Form müssen sie durch den oxidierenden Teil einer Flamme geführt werden. Wegen der Unregelmäßigkeit der Form variiert auch das Ausmaß der Behandlung über den ganzen Behälter. Eine Reihe von Behältern aus Polyolefinen bei gleicher Zuführung zeigen Behandlungsausmaße in so variierender Art, daß nach ASTM D2578-67 mit speziellen Lösungsmitteln Oberflächenspannungen von 0,31 bis > 046 N/m gemessen werden.

Auf einer unbehandelten Polyäthylen-Flasche (ungefähre Benetzungsspannung OJl N/m) hat normalerweise ein Tintenpunkt beim Spritzdrack eine Große von 0,33 bis 0,43 mm, während die gleiche Tinte auf weitgehend vorbehandeltem Polyäthylen oder Polypropylen (etwa 0,56 N/m) eine Punktgröße von sogar 1,02 mm ergeben könnte. Dies verhindert die Anwendung der gleichen Tinte für unterschiedlich behandelte Flaschen und wirft selbst Probleme aus verschiedenen Bereichen der gleichen Flaschenart auf.

Aus der DE-OS 26 11 312 sind Tinten für das Spritzdrucken bekannt, die eine Oberflächenspannung von etwa 0,20 bis 0,40 N/m bei 20⁰C, eine Viskosität von etwa 1,75 bis 10 mPa ■ s bei 20⁰C, einen pH-Wert von 8 bis 9,5 und einen spezifischen Widerstand von < 1000 Ω/cm besitzen und

a) etwa 1 bis 25 Gew.-* Harzkomponente,

b) etwa 0,5 bis 5 Gew.-% Farbstoff,

c) 0 bis etwa 30 Gcw.-% verdunstungshemmendes MIttel,

d) 0 bis etwa 2 Gew.-% Elektrolyt und

e) Rest Lösungsmittel In Form eines Gemisches von Wasser und Alkohol

enthalten. Als einziges Beispiel für die Harzkomponente wird In

dieser Druckschrift Schellack genannt. Ein Elektrolyt Ist erforderlich, damit die Tlntentröpfchen die richtige Ladung aufnehmen und halten. Dafür eignet sich ein Salz oder Salzgemlsch, Insbesondere von Alkalimetallen wie Lithiumchlorid und Dlmethylamin-Hydrochlorld. Angewandt werden diese bekannten Tinten für das Bedrucken von unbeschichteten oder beschichteten Metalldosen, insbesondere aus Aluminium, wie Bierdosen. Zu beachten 1st, daß Im Falle von mit Kunststoff beschichteten Dosen die Beschichtung, was Ihre Oberflächeneigenschaften anbelangt, völlig homogen ist, denn beschichtete Bierdosen werden beispielsweise bekanntlich aus Kunststoff-beschichtetem Blech hergestellt und eine OberflädhenakUviening des Kunststoffüberzugs, wie sie im allgemeinen für die Verbesserung der Bedruckbarkelt vorgenommen wird, erfolgt auf dem Kunststoffbeschichteten Blech.

Aufgabe der Erfindung Ist nun eine Tinte für das Spritzdrucken auch auf vorgeformte Gegenstände unregelmäßiger For« aus Kunststoff oder überzogen mit Kunststoff, welcher gegebenenfalls zur Verbesserung der Bedruckbarkeit auch vorbehandelt worden 1st, jedoch dessen Oberflächeneigenschaften über die gesamte zu bedruckende Fläche nicht homogen sein brauchen.

Diese Aufgabe wird durch die In den Ansprüchen 1 bis 5 gekennzeichnete Tinte gelöst. Mit der erfindungsgemäßen Tinte lassen sich also unbehandelte oder behandelte, ebene und beliebig unebene Kunststoffflächen, Insbesondere Kunststoffflaschen, einwandfrei bedrucken.

Als Bindemittel können In Wasser verseifbare alkohollösliche Styrol/Acrylsäure- bzw. Styrol/Alkylacrylsäure-Mischpolymere angewandt werdet- Der Blndemlttelantell kann zwischen 5 und 20 Gew.-« in der Tinte variieren, wobei 8,5 bis 11 Gew.-56 bevorzi ,1 werden.

Abhängig von der Härte des Harzbinders können gegebenenfalls Weichmacher angewandt werden. Wird ein Weichmacher angewandt, so Hegt dessen Menge bei 3 bis 12 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 4 und 7 Gew.-*, bezogen auf Harz. Dibutylphthalat wirkt als Weichmacher für das Bindemittel. An dessen Stelle können übiiche Weichmacher allein oder Im Gemisch angewandt werden wie o- oder p-ToIuolsulfonamlde, Toluolsulfonamid/Formaldehyd-Harze oder übliche Phthalate, Glykolate - wie Blphthalylbutylglycolat -, Citrate und Phosphate - wie Trlbutylphosphat -.

Die Haltung der gedruckten Informationen auf der Kunststolffläche kann verbessert werden, Indem man in das Styrolacrylatharz Polymere oder Mischpolymere, die In einer wäßrigen Ammoniumhydroxidlösung und Alkohol löslich sind wie die Mischpolymeren von Polyvinylacetat, Styrol/Malelnsäureanhydrld; weiteres Polyvinylpyrrolidon, Koiophonlumester wie von Pentaerythrit und Naturharze wie Schelleck oder dgl., einbringt. Diese modifizierenden Harze werden in die erflndungsgemäße Tinte zur Verbesserung der Haltung In einer Menge bis 20 Gew.-96 - bezogen auf Bindemittel -, vorzugsweise 1 bis 10%, eingebracht.

Es können die verschiedensten Farbstoffe oder färbende Substanzen wie saure, basische Farbstoffe oder in Lösungsmitteln lösliche Farbstoffe und deren Gemische angewandt werden, In gewissem Umfang abhängig von den nichtflüchtigen Komponenten und dem Verhältnis von Wasser zu Alkohol In der Tinte. Jeder beliebige Farbstoff, der In Wasser löslich Ist und eine gewisse Toleranz für oder Löslichkeit In Alkohol besitzt oder der In Alkohol löslich Ist und eine Toleranz für eine müßige Wassermenge hat, läßt sich als färbende Komponente In der Tinte anwenden.

Beispiele für brauchbare Farbstoffe:

	C.I.
Basic Violet	10
Basic Violet	3
Acid Red	73
Acid Orange	10
Acid Blue	9
Add Black	1
Solvent Orange	3
Solvent Blue	38
Solvent Brown	20

Die Farbstoffmenge liegt zweckmäßigerweise zwischen 0,5 und 6 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 1 und 5 Gew.-*.

Äthylenglykol-monoäthyiäther und Diäthylenglykolmonoäthyläther wirken In der erfindungsgemäßen Tinte zur Verzögerung der Verdunstung. Zusätzlich zu oder anstelle dieser Substanzen können andere »Cellosolve-« oder »Carbltol-«Verblndungen angewandt werden, das sind verschiedene handelsübliche Äthyienglykoläther und Dläthylenglykol-monoäthyläther. Der Mengenanteil dieser Komponente In der erfindungsgemäßen Tinte kann bis 10 Gew.-* ausmachen, wobei 5 bis 7,5 Gew.-* bevorzugt wird, wenn nicht der Drucker mehr als 8 h täglich abgeschaltet ist. In einem solchen Fall enthält die Tinte vorzugsweise 4 bis 10 Gew.-* dieser Substanzen.

Bei den erfindungsgemäßen Tinten kann es sich um solche mit einem geringen und auch mit einem hohen Wassergehalt handeln. Für lange Stabilität Ist es wichtig. In die Tinte eine basische Verbindung einzubringen, um zu gewährleisten, daß das Bindemittel und die modifizierenden Harze über den gesamten Bereich des Wassergehalts und die gesamte Lagerzeit und die Anwendung löslich bleiben. Zu diesem Zweck hält nsan den pH-Wert der Tinte zwischen 7,5 und 10. Obwohl man Laugen wie Natronlauge oder Äthkali anwenden kann, führen solche Tinten zu einer geringeren Wasserbeständigkeit des Drucks nach dem Trocknen. Daher bevorzugt man eine organische Base, die durch Verdunstung oder Verdampfung eliminiert wird. Das zur pH-Werteinstellung angewandte MIttel soll schnell verdampfen, um die Ausbildung der Wasserfestigkeit mit dem Altern zu beschleunigen. Während man organische Amine anwenden kann, bevorzugt man zur Einstellung des pH-Werts zwischen 7,5 und 10 Ammoniumhydroxid. Morpholln kann für lange Stabilität während der Lagerzelt angewandt werden.

Als Verdünnungsmittel, die den Rest der Tintenzusammensetzung ausmachen, wird ein Gemisch von Wasser und einem oder mehreren Alkoholen mit 1 bis 3 C-Atomen angewandt. Das Verhältnis Wasser zu Alkohol hängt von der zur Verfügung stehenden Trocknungszelt und den Vorschriften für die Freisetzung von organischen Lösungsmitteln In die Atmosphäre ab.

Mit der erfindungsgemäßen Tinte kann die Verpakkung oder Abpackung ohne großen Aufwand und ohne dem Auttreten von Problemen, die die Anwendung unterschiedlicher Tinten bei unterschiedlich behandelten Flaschen erforderlich machen würden, durchgeführt werden. Auch Ist durch die erfindungsgemäßen Tinten das Problem unterschiedlicher Punktgröße bei variierenden Oberflächeneigenschaften auf ein und derselben Flasche eliminiert.

Ganz allgemein kann man sagen, daß die erfindungsgemäßen Tinten folgende Eigenschaften besitzen:

Viskosität (20° C) mPa · s 1,0-15,0

Elektrischer < 3000

Widerstand Ω - cm

Oberflächenspannung N/m 0,225-0,60

Schallgeschwindigkeit m/s 1200-1800

Spezifisches Gewicht g/cm³ 0,800-1,045

bevorzugt 1,5-7,0 < 2000

0,235-0,37 1200-1600 0,850-1,010

Gew.-% 10,00

Die erfindungsgemäßen Tinten zeigen auch gute Haftung auf anderen Kunststoffen als den oben erwähnten Polyolefinen und gestatten daher das Bedrucken derartiger Flächen durch Spntzdruck oder auch andere Drucktechniken.

Die Erfindung wird an folgenden Beispielen weiter erläutert.

Beispiel 1

in Wasser verseifbares Mischpolymer von Styrol und Acrylsäure {Molverhäknis 2: 1}

wäßrige Ammoniumhydroxid-Lösung 2,35

(28-30 %ige)

25

30

35

40

Wasser	Beispiel 2	Wasser	Beispiel 3	Wasser	37,90
Methanol		Ammonlumhydroxid-Lösung (28-30%ig)		Ammoniumhydroxid-Lösung (28-30%lg)	41,50
Dlbutylphthalat	Mischpolymer aus Beispiel 1	Mischpolymer aus Beispiel 1	0,50
Äthylenglykol-monoäthyläther	Pentaerytrltester von Kolophonium	Trlbutylphosphat	5,00
Diäthylenglykol-monoäthyläther	Methanol	Methanol	1,50
Basisch Violett 3	Butylphthalylbutylglykol	Äthylenglykol-monoäthyläther	1,25
Äthylenglykol-monoälhyläther	Diäthylenglykol-monoäthyläther
Diäthylenglykol-monoäthyläther	Solvent Blue 38	Gew.-%
Basisch Violett 10	Solvent Orange 3	37,70
Basisch Violett 10	2,30
9,00
1,00
41,50
0,50
5,00
1,50
1,50

Gew.-«
33,90
2,10
9,00
0,60
44,10
6,00
0,50
2,70
0,60
0,50

50

55

10,00 8,00 0,50 5,00 1,50

Beispiel 4

Das Polyvinylpyrrolidon diente In diesem Fall zur Modifizierung der Halteigenschallen und NaOH zur EInstellung des pH-Wertes. Mit dieser Tinte hergestellte Druckerzeugnisse lassen sich leicht mit Wasser und Seife abwaschen.

Gew.-%

Wasser 38,65

Natriumhydroxid 1,10

Ammoniumhydroxid-Lösung (28-30%ig) 0,25

Polyvinylpyrrolidon 1,00

Mischpolymer aus Beispiel 1 9,00

Dibutyiphthalat 0,50

Methanol

Äthylenglykol-monoäthyläther
Diäthylenglykol-monoäthyläther
Basisch Violett 10

Beispiel 5

In dieser Tinte Hegt ein hohes Verhältnis Wasser zu Alkohol vor, daher trocknet diese Tinte sehr langsam und gibt damit auch nur wenig Lösungsmittel in die Umgebung ab.

Gew.-%

Wasser 71,15

Ammoniumhydroxid-Lösung (28-30%ig)
Mischpolymer aus Beispiel 1
n-Propanol
Dibutyiphthalat
Äthylenglykol-monoäthyläther
Diäthylenglykol-monoäthyläther
Solvent Blue 38 UO

Durch die Kombination von Wasser und Alkohol als Verdünnungsmittel ist es möglich, Tinten herzustellen, die an unbehandelten oder behandelten Flächen von Kunststoffen haften, innerhalb einer vernünftigen Zeit trocknen und eine eingestellte Punktgröße ergeben. Dies war mit den bekannten Tinten für das Spritzdrucken nicht möglich.

Vergleichsversuch

Zum Vergleich wurden übliche Tinten für das Spritzdrucken auf behandelten und unbehandelten Polyäthylen-Flaschen unter Verwendung eines wVideojet«-Drukkers mit einer Düsenweite von 62,5 μηι angewandt. Auf den unbehandelten Flaschen (etwa 0,31 N/m Benetzungsspannung) ergeben die üblichen Tinten eine Panktgröße von 0,35 bis 0,425 mm auf einer sehr weitgehend behandelten Flasche (Benetzungsspannung > 0,56 M/m) von 1 mm. Vergleicht man diese Ergebnisse mit einer Tinte nach Beispiel 1, so Hegt die Punktgröße bei dieser zwischen 0,325 und 0,450 mm, und zwar sowohl auf unbehandelten als auch auf behandelten Flaschen einsrhHeßllch der Variationen der Oberflächenbeschaffenhelt der Flasche selbst. Daraus ergibt sich, daß die «rfladungsgemäße Tinte unabhängig von <<\homogecitäten der Druckfläche zu einem einwandfreien Druck föhrt, wohingegen es mit den bekannten Tinten bei variierenden Eigenschaften der Druckfläche zu einem sehr unterschiedlichen Diuckblld kommt.

Claims

L Tinte fur das

von Kimststoff-

f&hen mit einem pH-Wert zwischen 7 und

10

A) 5 bis 20 Gew. X HaEzkompoaentE,

B) O^ bis 6 Gew.-X in Wasser oder Alkohol Kfedlchem bzw. mit Alkohol oder einer mäßigen Was-

Mtmpijijirhrm Farbstoff,

Q 0 bis 10 Gew.-X veniimstnngshenunendem Mittel·,

D) Aunmu, Alkalihydroxid und/oder e organischen AmIn zur Einstellung des pH-Wertes und

E) Rest Verdünnungsmittel in Form von 20 bis 90 Gew.-Teilen Wasser und 80 bis 10 Gew.-Teilen C₁-bis C₃-AIkObOi-

dadurch gekennzeichnet, daß die HarzkompousSs ein SiyroL'Aciyist-Mischpoiyaser Ist uad die Tinte zusätzlich

a) 3 Ws 12 Gew.-Teile Weichmacher und b)0 bis 20 Gew-Teile modifizierendes Harz in _Μ Form von einem Mischpolymeren von Polyvinylacetat oder von Styrol/Maieinsaureanhydrid, einem Polyvinylpyrrolidon, einem Kolophoniumester und/oder einem Naturharz

auf 100 Teile Harzkomponente enthalten sind. *>
2. Tinte nach Anspruch 1 mit einem Gehalt an 84 bis UX Harzkomponente, 1 bis 4Gew.-% Farbstoff iSL-J S bis 74 Gew.-X verdunstungshemmendes Mittel, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 4 bis _]3 7Gew.-Teite Weichmacher und 0 bis lOGew.-Teile modifizierendes Harz, bezogen auf 100 Gew.-Teile Mischpolymer.
3. Tinte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Weichmacher Alkylphthalat, o- oder _w p-Toluolsulfonamld, ein Toluolsulfonamid/Formaldehyd-Harz, Alkylphosphat und/oder Alkylglykolat Ist.
4. Tinte nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verdunstungshemmende Mittel Äthylenglykol-monoäthyläther oder Diäthylenglykolmonoalkylather 1st.
5. Tinte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß UiS organische Amin Morpholln Ist.
6. Verwendung der Tinten nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Bedrucken von Polyolefln-Flachen.