DE3408706C2

DE3408706C2 - Tinte für das Strahldrucken

Info

Publication number: DE3408706C2
Application number: DE3408706A
Authority: DE
Inventors: Yog R Bhatia
Original assignee: Videojet Systems International Inc
Current assignee: Videojet Technologies Inc
Priority date: 1983-03-10
Filing date: 1984-03-09
Publication date: 1995-01-05
Anticipated expiration: 2004-03-10
Also published as: GB2137219B; GB8406244D0; US4465800A; JPH0321582B2; CA1207999A; GB2137219A; DE3408706A1; JPS59202274A

Description

Die Erfindung betrifft eine Tinte für das Strahldrucken mit verbesserter Haftung am Druckträger.

Das Strahldrucken ist bekannt; es erfolgt berührungslos zwischen der strahlerzeugenden Vorrichtung und dem Druck träger, wobei ein Tintenstrahl aus kleinen Tröpfchen ge gen die Fläche des Druckträgers gerichtet und durch elek tronische Steuerung bildgemäß auf diesem niedergeschlagen wird. Das Strahldrucken eignet sich besonders für unre gelmäßige Flächen, insbesondere Böden von metallischen Getränkebehältern.

Die Eigenschaften von Tinten für das Strahldrucken müssen sorgfältig eingestellt werden. Überspritzte Tinte wird gesammelt und in das Vorratsgefäß rückgeführt. Dies ist erforderlich, um das Tintenniveau in der Vorrichtung gleichzuhalten und relativ konstante Viskosität selbst bei Verdampfungsverlusten zu gewährleisten. Es ist auch wesentlich, die physikalischen Eigenschaften der Tinte einzustellen, nämlich Viskosität, elektrischen Wider stand, Oberflächenspannung, Schallgeschwindigkeit und Dichte.

Tinten für das Strahldrucken enthalten im allgemeinen ein Bindemittel in Form eines Harzes, einen löslichen Farb stoff und ein Lösungsmittel. Häufig enthalten sie noch Mittel zur Verringerung der Verdampfungsverluste, Mittel zur Einstellung des elektrischen Widerstands und ver schiedene übliche Zusätze.

Das Bindemittel oder die Harzkomponente der Tinte für das Strahldrucken dient unter anderem zur Erreichung einer entsprechenden Haftung von Bild und Schrift am Druckträ ger. Für solche Tinten sind eine große Anzahl von Harzen bekannt (US-PS 4 210 566), insbesondere Epoxyphenolharze und phenolmodifizierte Kolophoniumester-Harze. Eine der Hauptschwierigkeiten dieser bekannten Tinten ist ihr langsames Trocknen.

Aus der US-PS 4 155 767 ist die Verwendung eines Resols bekannt, jedoch ist für die Anwendung dieses Harzes ein sehr toxisches Lösungsmittel, wie Tetrahydrofuran, erfor derlich. Nach den US-PSen 4 024 096 und 4 045 397 ist die Verwendung linearer Novolakharze, die weniger toxische Alkohole als Lösungsmittel benötigen, bekannt. Jedoch führen diese Harze nicht zu einer optimalen Haftung auf einigen metallischen Druckträgern.

Aus der US-PS 4 155 895 sind Jetdrucktinten bekannt, die auf der Basis von thermotropen Farbstoffen hergestellt wurden. Hierbei handelt es sich um substituierte Phenanzine und diazo tierte Produkte davon. Solche Farbstoffe unterscheiden sich von allgemein im Jetdruck eingesetzten Tinten, da solche Tinten permanent ihre Farbe verändern und instabil sind. Im allgemei nen sind für Jetdruckanwendungen aber stabile Farbstoffe erfor derlich, die Temperaturen bis zu 400°F überstehen können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Tinte für das Strahldrucken (Jetdruck) bereitzustellen, die die vorstehend genannten Nach teile nicht aufweist und ein Harz enthält, welches eine sichere Bindung der Tinte auf dem Druckträger gestattet und mit billi gen, wenig toxischen Lösungsmitteln bereitet wird. Eine diese Aufgabe lösende Tinte oder Druckfarbe wird in den Ansprüchen angegeben. Vorzugsweise enthält diese Tinte bis zu 1 Gew.-% eines Butyralharzes. Das bevorzugte Lösungsmittel für die Tinte ist Methanol. Als das die Verdampfung hemmende Mittel wird vor zugsweise ein niederer aliphatischer Glykolether eingesetzt. Ein besonders geeignetes organisches Salz ist Hydroxylamin-hy drochlorid. Der pH-Wert der Tinte liegt überlicherweise zwi schen 1 und 7. Die erfindungsgemäße Tinte für das Strahldrucken enthält eine Harzkomponente in Form eines Resols, welches nach Verflüchtigung der Lösungsmittel zu härten vermag durch Altern oder Wärmeeinwirkung ohne zu schmelzen, wodurch eine bessere Haftung der Information, also Schrift und Bild, auf dem Druck träger erreicht wird. Diese Bindemittel gestatten die Anwen dung billiger, nichttoxischer Lösungsmittel, nämlich nie derer Alkohole mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, insbesonde re Methanol und/oder Ethanol. Tinten mit einem Resol als Bindekomponente und einem niederen Alkanol und gegebenen falls einem Keton als Hauptlösungsmittel gestatten eine verbesserte Haftung der Tinte auf dem Druckträger, auch wenn dieser Schmiermittelreste an seiner Oberfläche auf weist. Es wird vermutet, daß diese verbesserte Haftung auf der Fähigkeit des Resolharzes zum Härten nach Ver flüchtigung des Lösungsmittels durch Altern oder Erwärmen ohne Schmelzen bei erhöhten Temperaturen beruht.

Die erfindungsgemäße Tinte kann auch übliche Komponenten oder Zusätze, wie sie für Strahldruck-Tinten angewandt werden, enthalten, insbesondere Mittel zur Verzögerung der Verdunstung, um Lösungsmittelverluste gering zu hal ten, lösliche Farbstoffe oder Pigmente für die angestreb te Farbe der Informationen und verschiedene lösliche or ganische Salze zur Stabilisierung der Tinte und Einstel lung deren elektrischen Widerstandes.

Die phenolischen Bindemittel für die erfindungsgemäßen Tinten sind Resole, hergestellt durch Kondensation von Phenol mit überschüssigem Formaldehyd. Sie haben die all gemeine Strukturformel

Die erfindungsgemäße Tinte kann nur dieses Resol als Bin demittel enthalten oder auch zusätzlich geringe Mengen anderer filmbildender Harze. Als Resol eignen sich han delsübliche Produkte (Bakelite BLS 2700®), enthaltend ein Resol in 10% Wasser und 35% Ethanol, Resinox 594®, d.i. ein Resol enthaltend 25% Ethanol und 10% Wasser sowie GP 5137®, ein Resol enthaltend 25% Ethanol und 10% Was ser.

Bei einer bevorzugten Zusammensetzung der erfindungsgemä ßen Tinte ist auch eine geringe Menge eines modifizieren den Harzes, vorzugsweise eines Butyralharzes, enthalten. Es wurde festgestellt, daß die Anwendung eines Butyral harzes in der Tinte eine Reaktion mit den Methylolgruppen des Resols begünstigt unter Bildung eines hochvernetzten Harzes, gleichbedeutend mit sicherer Haftung der Tinte auf dem Druckträger. Ein solches Vernetzen erfolgt nach dem Abdampfen des oder der Lösungsmittel(s) entweder durch Altern, also mit der Zeit, oder in der Wärme. Es kann auch ein handelsübliches Butyralharz zugesetzt sein, vor zugsweise Vinylbutyralharze ("Bakelite XYHL"®). Andere modifizierende Harze in geringen Mengen als Zusätze kön nen angewandt werden, wie Styrol/Acrylsäure-Copolymere, Kolophonium, Kolophoniumester, Polyvinylalkohole, Poly acrylate und Polyepoxyde.

Die Menge an Resol in der erfindungsgemäßen Tinte kann in weiten Grenzen schwanken, abhängig von dem speziellen An wendungsgebiet der Tinte. Im allgemeinen werden 2 bis 30 Gew.-% Resol, bezogen auf das Gewicht der Tinte, vorzugs weise 8 bis 20 Gew.-%, angewandt. Wird zusätzlich ein Vi nylbutyralharz eingesetzt, so soll dessen Menge für die Vernetzung ausreichen; sie beträgt im allgemeinen bis 1 Gew.-%, vorzugsweise bis 0,2 Gew.-%.

Wie oben bereits darauf hingewiesen, ist einer der Vor teile der erfindungsgemäßen Tinte, daß relativ billige, nichttoxische Stoffe als Hauptlösungsmittel zur Anwendung gelangen, nämlich niedere Alkanole, wie Methanol, Ethanol und/oder Propanol, und gegebenenfalls zusätzliche Lö sungsmittel, niedere aliphatische gesättigte Ketone, wie Aceton, Dimethylketon, Methylethylketon, Methylpropyl keton, Methylisobutylketon und Ethylpropylketon. Im all gemeinen ist der Anteil an Keton mit 2 bis 6 C-Atomen bis zu 30 Gew.-%. Im allgemeinen ist das Lösungsmittel die Restmenge der Tinte über die anderen Bestandteile hinaus. Die Lösungsmittelmenge kann bis etwa 75 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Tinte, betragen. Als sekundäre Lö sungsmittelkomponenten kann Wasser bis 30 Gew.-%, vor zugsweise 2 bis 5 Gew.-%, und viel geringere Anteile an niederen aliphatischen Estern von gesättigten Carbonsäu ren mit 2 bis 5 C-Atomen, vorzugsweise < 5 Gew.-%, zur Anwendung gelangen.

Es kann wünschenswert sein, in die erfindungsgemäße Tinte Aminsalze einzubringen, um die Stabilität und den Wider stand der Tinte zu verbessern. Gute Ergebnisse erhält man mit einem löslichen organischen Salz, Hydroxylamin-hydro chlorid, in einer Menge von 0,02 bis 5%, vorzugsweise 0,1 bis 0,8%, zur Stabilisierung und Einstellung des Wi derstands der Tinte. Manchmal ist es wünschenswert, ins besondere wenn ein Keton als Lösungsmittel enthalten ist, zusätzlich zu dem Hydroxylamin-hydrochlorid ein Aminsalz wie Dimethylamin-hydrochlorid bis zu 5 Gew.-%, vorzugs weise bis zu 1 Gew.-%, zuzufügen.

Die erfindungsgemäße Tinte enthält auch basische Farb stoffe für die angestrebte Farbe. Dazu eignen sich die verschiedensten Farbstoffe, wie Kristallviolett FN, Vik toriablau B, Base und zahllose andere alkohol- und was serlösliche Farbstoffe. Bevorzugt werden Triarylmethan- Farbstoffe. Die Farbstoffe liegen in der Tinte im allge meinen in einer Menge von 0,2 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 3 Gew.-%, vor.

Nicht notwendigerweise, jedoch zweckmäßigerweise enthält die erfindungsgemäße Tinte ein Mittel zur Verzögerung der Verdunstung der Lösungsmittel. Diese Komponenten sind bei Tinten für das Strahldrucken üblich. Es handelt sich da bei um beispielsweise Glykolether und/oder Glykolester, wie Ethylenglykol-monomethylether, Ethylenglykol-dime thylether, Ethylenglykol-monoethylether, Ethylenglykol diethylether, Ethylenglykol-monobutylether, Ethylengly kol-monophenolether, Ethylenglykol-mono-2-ethylbutyl ether, Diethylenglykol-monomethylether, Diethylenglykol monethylether, Ethylenglykol-monomethyletheracetat, Ethylenglykol-monoethyletheracetat, Diethylenglykol-mono methyletheracetat, Propylenglykol-methylether und Dipro pylenglykol-methylether.

Das verdampfungshemmende Mittel wird in einer Menge bis etwa 50 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Tinte, angewandt.

Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Tinte noch Har ze, Plastifiziermittel oder Weichmacher, Lösungsmittel, Farbstoffe und Pigmente enthalten, um deren Eigenschaften im Hinblick für spezielle Anwendungen zu variieren.

Die erfindungsgemäße Tinte weist vorzugsweise folgende Eigenschaften auf:

Die Erfindung wird an folgenden Beispielen weiter erläu tert:

Beispiel 1
Zusammensetzung der Tinte
Gew.-%
Methanol
56,4
55%ige ethanolische Lösung von Resol (Bakelite BLS 2700)	24,0
Ethylenglykolethylether	10,0
Vinylbutyralharz (Bakelite XYHL)	0,06
Hydroxylamin-hydrochlorid	0,10
Basischviolett 3	2,20
Hydroxylamin-hydrochlorid	0,34

Die Tinte wird hergestellt, indem Methanol in ein 1-l-Be cherglas vorgelegt, die Resollösung 15 Minuten einge mischt, dann Ethylenglykolethylether zugegeben und schließlich nach Zugabe des Vinylbutyralharzes noch 15 Minuten gemischt wird. Die weitere Zugabe von Hydroxyl amin-hydrochlorid erfolgte nach 15 Minuten, von Farb stoffen nach 30 Minuten und von zusätzlichem Hydroxyl amin-hydrochlorid nach 1 Stunde Mischen. Dann wurde die Tinte durch ein Filterpapier Whatman No. 3 und schließlich durch ein Polycarbonat-Filter 1 µm filtriert. Die Analyse der Tinte ergab einen pH-Wert von 5,2, einen spezifischen Widerstand von 570 Ohm·cm, eine Dichte von 8,8 g/cm³, eine Viskosität von 2,2 mPa·s und eine Schallgeschwindig keit von 1217 m/s.

Beispiel 2
Zusammensetzung der Tinte
Gew.-%
Methanol
182,5
Ethylenglykolethylether	50,0
Methylethylketon	100,0
55%ige ethanolische Lösung von Resol (Bakelite BLS 2700)	120,0
Dimethylamin-hydrochlorid	4,0
Hydroxylamin-hydrochlorid	0,8
Basischviolett 3	11,0

Herstellung und Filtrieren der Tinte geschah entsprechend Beispiel 1; die Tinte hatte folgende Eigenschaften:

pH-Wert
5,2
Viskosität mPa·s	1,9
spezifischer Widerstand Ohm·cm	950
Schallgeschwindigkeit m/s	1256

Beispiel 3

Die Tinte hatte folgende Zusammensetzung:


Gew.-%
Methanol
318
65%ige ethanolische Lösung von Resol (Rosinox 594)	102
Ethylenglykolethylether	25
Dimethylenglykolethylether	7,5
Basischviolett 3	7,5
Hydroxylamin-hydrochlorid	0,5

Die Tinte hatte folgende Eigenschaften:

pH-Wert
5,0
spezifischer Widerstand Ohm·cm	960
Schallgeschwindigkeit m/s	1225
Viskosität mPa·s	2,0
Dichte g/cm³	0,88

Beispiel 4
Zusammensetzung der Tinte
Gew.-%
Methanol
300
55%ige ethanolische Lösung von Resol (Bakelite BLS 2700)	120
Ethylenglykolethylether	25
Diethylenglykolethylether	7,5
Basischblau 81	6,0
Hydroxylamin-hydrochlorid	1,0

Die Tinte hatte folgende Eigenschaften:

pH-Wert
6,1
spezifischer Widerstand	1160
Schallgeschwindigkeit m/s	1224
Viskosität mPa·s	2,76

Beispiel 5

Die Tinte hatte folgende Zusammensetzung:


Gew.-%
Methanol
300
55%ige ethanolische Lösung von Resol (Bakelite BLS 2700)	120
Ethylenglykolethylether	25
Diethylenglykolethylether	7,5
Basischviolett 10	7,5
Hydroxylamin-hydrochlorid	0,5

Die Tinte hatte folgende Eigenschaften:

pH-Wert
6,4
spezifischer Widerstand Ohm·cm	1040
Schallgeschwindigkeit m/s	1220
Viskosität mPa·s	2,5
Dichte g/cm³	0,88

Beispiel 6

Zusammensetzung der Tinte
Gew.-%
Methanol
300
62%ige ethanolische Lösung von Resol (GP 5137)	120
Ethylenglykolethylether	25
Diethylenglykolethylether	7,5
Basischviolett 3	7,5
Hydroxylamin-hydrochlorid	0,5

Die Tinte hatte folgende Eigenschaften:

pH-Wert
6,4
spezifischer Widerstand Ohm·cm	1150
Schallgeschwindigkeit m/s	1227
Viskosität mPa·s	1,8
Dichte g/cm³	0,88

Beispiel 7

Zusammensetzung der Tinte
Gew.-%
Methanol
300
55%ige ethanolische Lösung von Resol (Bakelite BLS 2700)	120
Ethylenglykolethylether	25
Diethylenglykolethylether	7,5
Basischviolett 10	7,5
Hydroxylamin-hydrochlorid	0,5
ionenfreies Wasser	23

Die Tinte hatte folgende Eigenschaften:

pH-Wert
5,9
spezifischer Widerstand Ohm·cm	1080
Schallgeschwindigkeit m/s	1267
Viskosität mPa·s	2,5
Dichte g/cm³	0,9

Bestimmung der Haftfestigkeit

Die Tinte des Beispiels 1, eine handelsübliche Tinte "Amjet P473" von American Can Co., und eine unhandelsüb liche Tinte 16-7800, 16-7600 und 16-7400 der Anmelderin wurden den Untersuchungen unterworfen. Eine Probe der Tinte wurde wurde auf ein zinnfreies Stahlblech mit Hilfe des Strahldruckers der Anmelderin Serie 9000 aufgebracht und an der Luft 1 Sekunde getrocknet.

Unmittelbar danach wurde das Prüfblech in siedendes Was ser getaucht und darin 2 Stunden gehalten. Das Schrift bild der Tinte aus Beispiel 1 war unverändert und zeigte eine hervorragende Haftung. Es ließ sich nicht durch Rei ben mit dem Finger entfernen. Im Gegensatz dazu verblieb von der handelsüblichen Tinte Amjet P473 nur ein schwa cher Eindruck der gedruckten Information, während die In formationen der übrigen Tinten während des Verweilens in siedendem Wasser entfernt wurden.

Dieselben Untersuchungen wurden mit den Vergleichs-Tinten und der erfindungsgemäßen Tinte nach Beispiel 2 auf Glas gefäßen durchgeführt. Nach 2 Stunden in siedendem Wasser war die erfindungsgemäße Tinte unverändert und zeigte gu te Haftung und wurde auch nicht durch zehnmaliges Über streichen mit dem Finger entfernt. Die Informationen aus den Vergleichstinten P473, 16-7800 und 16-7600 kamen un ter den gleichen Bedingungen heraus, während die Informa tion aus der Tinte 16-7400 teilweise entfernt war.

Wurden diese Untersuchungen auch mit den Tinten der Bei spiele 3 bis 7 wiederholt, so erhielt man die gleichen Ergebnisse. Nach 2 Stunden im siedenden Wasser waren die erfindungsgemäßen Tinten einwandfrei, während die han delsüblichen Tinten vollständig abgetragen waren.

Claims

1. Tinte für das Strahldrucken, bestehend aus

a) 2 bis 30 Gew.-% eines Resolharzes, erhalten durch Konden sation von Phenol mit Formaldehyd im Überschuß,
b) 0,2 bis 7,5 Gew.-% eines löslichen Triarylmethanfarb stoffs,
c) 0,02 bis 5 Gew.-% eines löslichen organischen Aminsalzes,
d) 0 bis 50 Gew.-% zumindest eines die Lösungsmittelver dampfung verzögernden Mittels,
e) bis zu 30 Gew.-% Wasser,

Rest zumindest ein C₁- bis C₃-Alkanol als Lösungsmittel.

2. Tinte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 50 Gew.-% - bezogen auf das Gewicht der Tinte - eines niederen aliphatischen Ketons und bis zu 1 Gew.-% Dimethylamin-hydrochlorid zur Verringerung des Wi derstands enthalten sind.