DE3624198A1

DE3624198A1 - Tintenzusammensetzung auf wasserbasis die ein ligninacetat-bindemittel enthaelt, vorzugsweise zum drucken

Info

Publication number: DE3624198A1
Application number: DE19863624198
Authority: DE
Inventors: Jun James E Miller; Peter Dilling
Original assignee: Westvaco Corp
Current assignee: Westvaco Corp
Priority date: 1985-07-18
Filing date: 1986-07-17
Publication date: 1987-02-05
Also published as: DE3624198C2; IT1196523B; JPH0154391B2; JPS6232160A; IT8621177A0; GB2178438A; GB8617504D0; US4612051A; GB2178438B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine weiterentwickelte flexographische Drucktintenzusammensetzung und spezieller auf eine weiterentwickelte flexographische Drucktintenzusammensetzung auf Wasserbasis, die einen Tintenfarbstoff und eine wasserunlösliche Ligninacetat- Zusammensetzung als Bindemittel und Trägersubstanz darin enthält. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung von solchen weiterentwickelten Drucktintenzusammensetzungen auf Wasserbasis.

Ein großer und schnell wachsender Bereich auf dem Gebiet der Drucktechnik ist als Flexographie oder flexographisches Tintendrucken bekannt. Flexographisches Tintendrucken ist ein Zweig des typographischen Rotationsdruckens, in dem auf das zu bedruckende Material mittels einer flexiblen Reliefplatte mit hochfluiden, leichtflüchtigen Tinten gedruckt wird, die unter Vakuum sehr schnell trocknen. Das Verfahren war ursprünglich auf das Bedrucken von Papiersäcken beschränkt, aber viele Erfolge konnten in letzten Jahren bei der Ausweitung der Verfahrensanwendung erzielt werden, um verschiedene flexible Packmaterialien, Textilien, Zeitungen und andere zu bedruckende Materialien zu bedrucken.

Eine flexographische Drucktinte enthält grundsätzlich drei Grundbestandteile, die als Lösungsmittel, Färbungsmittel und Bindemittel bezeichnet werden. Kleine Anteile von anderen Additiven können zusätzlich zugegeben werden, um die gewünschten rheologischen Eigenschaften, wie z. B. Viskosität und andere Eigenschaften für die Drucktintenzusammensetzung zu erreichen.

In den letzten Jahren ist die Tendenz abzulesen, anstatt eines Lösungsmittels auf Ölbasis eher Wasser als Lösungsmittel zu verwenden. Als Färbemittel werden disperse Farbstoffe, Pigmente oder Kombinationen von beiden grundsätzlich angewandt.

Die Bindemittelkomponente der Drucktintenzusammensetzung beinhaltet grundsätzlich ein Harz, das hauptsächlich dazu dient, die Adhäsion des Pigments auf dem Druckträger zu erhöhen, und auch oft als Dispergiermittel und Träger dient. Bindemittel, die hierzu in einer Drucktintenzusammensetzung auf Wasserbasis angewandt werden, beinhalten Acrylharze. Aminsalze des Lignins werden ebenso als Bindemittel in Drucktintensystemen auf Wasserbasis mit Druckerschwärze-Färbemittel angewandt.

Da Acrylharze verhältnismäßig langsam trocknen, erzeugt ihre Anwendung als Bindemittel einen unordentlichen Eindruck und eine Feuchtigkeit der Drucktinte, und ein Abfärben auf die zweite und die darauf folgenden Druckrollen der Druckmaschine machen es notwendig, in periodischen Abständen die gesamte Druckmaschine zur Reinigung stillzulegen, wobei dieser Zeitverlust insbesondere bei kommerziellem Betreiben sehr unerwünscht ist. Im Vergleich zu den Acrylharzen haben die Lignin-Amin-Salze den unordentlichen Eindruck und die anhaltende Feuchtigkeit vergleichsweise herabgesetzt, aber ihre dunkle Farbe schließt ihre Anwendung bei hellen Farbstoffschattierungen im Gegensatz zu den Druckerschwärzetinten aus.

Die kleinanteiligen Zusätze zur Drucktintenzusammensetzung können grundsätzlich oberflächenaktive Stoffe, Gleitmittel, Katalysatoren und Zusätze zur Einstellung der rheologischen Eigenschaften enthalten. Typische oberflächenaktive Stoffe sind organische Sulfonate, während Wachse als Gleitmittel dienen. Trockungsmittel können bleiabgeleitete Trockenöle enthalten, während Tonerden (Aluminiumoxide) und bestimmte hochmolekulare Polymere dazu verwandt werden können, die rheologischen Eigenschaften der Tintenzusammensetzung einzustellen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Drucktintenzusammensetzung auf Wasserbasis zur Verfügung zu stellen, die einen Tintenfarbstoff und als Bindemittel dafür ein verbessertes schwach gefärbtes Ligninacetat enthält.

Es ist eine weitere Aufgabe, eine verbesserte Drucktintenzusammensetzung auf Wasserbasis zur Verfügung zu stellen, die verbesserte Farb- und gute Drucktintenbindeeigenschaften aufweist.

Im speziellen besteht die Aufgabe darin, eine Drucktintenzusammensetzung auf Wasserbasis zur Verfügung zu stellen, die einen Ligninacetat-Binder enthält, um eine verbesserte Farbeigenschaft der Drucktinte mit verminderter Oberflächenfeuchtigkeit bei der Aufbringung auf dem zu bedruckenden Material zur Verfügung zu stellen.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer verbesserten Drucktintenzusammensetzung auf Wasserbasis zu schaffen, wobei die Drucktinte einen Farbstoff und ein Ligninacetat-Bindemittel enthält, das geringere Farbüberlagerungen mit dem Drucktintenfarbstoff hat.

In Lösung dieser Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine flexographische Drucktintenzusammensetzung auf Wasserbasis zur Verfügung, die verbesserte Farbeigenschaften und verminderte Feuchtigkeitseigenschaften beim Aufdruck aufweist und aus einem wasserlöslichen Medium besteht und weiterhin aus einem Farbstoff, der aus der Gruppe der dispersen Farbstoffe besteht, weiterhin einem Pigment und Mischungen von beiden und einem Bindemittel, das eine wasserunlösliche nichtsulfonierte Ligninacetat- Verbindung reduzierender Farbintensität aufweist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offenkundiger und die Erfindung noch deutlicher bei der ausführlichen Darstellung von bevorzugten Ausführungsformen, die in der Folge unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur, die eine graphische Darstellung der Farbwerte der Ligninacetat-Verbindungen in Abhängigkeit von verschiedenen Acetylierungsgraden darstellt, beschrieben werden.

Wie schon zuvor beschrieben, besteht die Drucktintenzusammensetzung der vorliegenden Erfindung aus einem Tintenfarbstoff in wässrigem Medium, der aus der Gruppe, die aus einem dispersen Farbstoff, einem Pigment und Mischungen von beiden besteht, ausgewählt ist. Typische Beispiele von der Vielfalt der Farbstoffe, die in der Drucktintenzusammensetzung angewandt werden können, sind folgende: Diarylgelb, Phthalblau und Bariumlitholrot.

Als Bindemittel zur Gewährleistung des sauberen Aufbringens des Tintenfarbstoffes auf den zu bedruckenden Stoff, beispielsweise Papier, wird in der vorliegenden Erfindung Ligninacetat verwendet. Derartige Anteile können aus den Ligninnebenprodukten des Kraftpulpenverfahrens bei der Papierherstellung dargestellt werden. Lignin wird aus der als Abfall des Kraftpulpenprozesses anfallenden schwarzen Lauge gewonnen durch Reduzierung des pH-Wertes der schwarzen Lauge von einem pH-Wert von ca. 13,5 auf einen pH-Wert von ca. 9,5, um das Lignin zu fällen. Die Ligninfällung wird darauf weiter angesäuert bis zu einem sauren pH-Wert, bei dem es abgetrennt wird und mit Wasser gewaschen wird, um die anorganischen Salze und andere Unreinheiten abzutrennen.Ein derartiges Verfahren zur Darstellung von Ligninnebenprodukten aus dem Kraftpulpenprozeß und ihre Reinigung ist im U.S.-Patent 43 81 194 beschrieben.

Wegen der offensichtlichen Färbung derartiger Lignine und der schädlichen Überlagerung, die die Ligninfärbung insbesondere bei weniger stark eingefärbten Färbemitteln bewirkt, konnten diese nicht zur Zufriedenheit bei weniger stark gefärbten Drucktintensystemen angewandt werden. Beim Versuch, die Einfärbung des Lignins zu vermindern oder ganz aufzuheben, um das Lignin als ein Bindemittel in einem Drucktintensystem auf Wasserbasis anwenden zu können, ist es eine logisch einsichtige Maßnahme, das nichtsulfonierte Kraftlignin oxidativ zu bleichen. Allerdings vergrößert der erhöhte Carboxylgehalt solcher Lignine die Wasserlöslichkeit derartig, daß die Lignine nicht mehr als Bindemittel für den Farbstoff in einem Drucktintensystem auf Wasserbasis angewandt werden können. Versuche, eine Tintenzusammensetzung darzustellen und anzuwenden, die einen sauren pH-Wert aufweist, um die Ligninwasserlöslichkeit zu reduzieren, führen zu einer Korrosion der Druckvorrichtung.

Es wurde nun herausgefunden, daß Ligninacetat sehr effektiv als Bindemittel ohne Farbinterferenzen und in vielen Fällen sogar als Farbverstärkung der ursprünglich aufgebrachten Farbe in Tintendruckzusammensetzungen auf Wasserbasis angewandt werden kann. Derartige Ligninverbindungen werden durch reduzierence Acetylierung von nichtsulfoniertem Lignin hergestellt unter Verwendung von Essigsäureanhydrid als Lösungsmittel und Acetylierungsmittel und Zinkstaub als Reduktionsmittel. Die resultierende Reaktion vermindert die farbbildenden Gruppen vom Chinon-Typ oder die Strukturen des Ligninmoleküls zu reaktiven Hydroxylgruppen, die wiederum mit dem als Lösungsmittel und Reaktant dienenden Essigsäureanhydrid reagieren, um Ligninacetat zu bilden. Die Reaktionsschritte des prozesses sind in folgender chemischer Gleichung dargestellt:

Durch diese Reaktion sind nicht nur die farbbildenden Moleküle des Lignins zerstört, sondern es ist auch einer Reoxidation vorgebeugt durch Blockieren der sich als Zwischenprodukt bildenden Phenolverbindungen durch gleichzeitiges Acetylieren. Zusätzlich werden die üblicherweise vorkommenden Phenole und aliphatischen Hydroxyle der Ligninzusammensetzung stabilisiert, die eine Bildung von Schwermetallkomplexen inhibieren. Das sich ergebende Ligninacetat-Produkt hat eine fahle gelbe Färbung und ist dadurch durchaus als Bindemittel für eine Tinte geeignet. Es wurde herausgefunden, daß das Ligninacetat-Bindemittel tatsächlich sogar eine Verstärkung des Farbstoffes bewirkt, die es ermöglicht, eine deutlichere und vollere Farbe auf dem zu bedruckenden Stoff unter Verwendung von weniger Farbstoffeinsatz in der Druckzusammensetzung zu erreichen.

Die Erfindung wird in der Folge anhand eines spezifischen Beispiels beschrieben, das die Herstellung und Verwendung von Ligninacetat als Bindemittel in einer Drucktintenzusammensetzung auf Wasserbasis beinhaltet. Die prozentualen Anteile sind, falls nicht anders angegeben, in Gewichtsprozenten angegeben.

Beispiel

Ein Nebenprodukt eines nichtsulfonierten Lignins eines Kraftpulpenprozesses wird aus schwarzer Restlauge gewonnen durch Einleiten von Kohlendioxid in die schwarze Lauge, um den pH-Wert von 13,5 auf 9,5 zu senken und somit das Lignin auszufällen. Der ausgefällte Ligninschlamm wird dann durch Hinzufügen von Schwefelsäure auf einen sauren pH-Wert angesäuert, bei dem es dann abgetrennt und mit Wasser gewaschen wird, um die anorganischen Salze und andere Verunreinigungen abzutrennen. Das nichtsulfonierte ausgefällte Lignin wird sprühgetrocknet bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von näherungsweise 4 bis 5%.

45,36 kg (100 lb) Essigsäureanhydrid wird in einem sauberen, trockenem Veresterungsreaktor eingefüllt. Unter Rühren wird die Temperatur des Reaktors auf 79,5°C (175°F) gesteigert. 22,68 kg (50 lb) des getrockneten Lignins wird langsam unter Rühren in den Reaktor gefüllt. Die Temperatur des Reaktors wird auf 100°C (212°F) erhöht, und weitere 13,6 kg (30 lb) Lignin wird langsam unter Verhinderung von Agglomeraten zugegeben. 3,63 kg (8 lb) Zinkstaub (10 Gewichtsprozent bezogen auf das Gewicht des Lignins) werden dann zugegeben, und der Veresterungsreaktor wird dicht verschlossen.

Die Reaktortemperatur wird auf 121°C (250°F) erhöht und für zwei Stunden auf diesem Temperaturniveau gehalten. Der Reaktordruck wird während der gesamten Reaktion bei atmosphärischem Druck belassen. Am Ende der Reaktion wird die Reaktionstemperatur auf 100°C (212°F) abgesenkt, und das Produkt wird in einen gerührten Reaktor gepumpt, der 113,4 kg (250 lb) (näherungsweise 0,1 m³ (30 Gallonen)) Wasser enthält. Es wird so lange gerührt, bis das Ligninacetat vollständig im Wasser dispergiert ist.

Der Ligninacetatschlamm wird dann gefiltert und gewaschen, so daß er eine endgültige Leitfähigkeit von weniger als 100 µSiemens aufweist. Ein Ligninacetatkuchen mit 40% bis 50% Feststoff wird erhalten und in einen Trockner gegeben, um den Feststoff auf einen endgültigen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 10% zu bringen.

Der Farbstoff des Ligninacetats wurde errechnet auf der Basis einer Lichtabsorbtionsmessung bei 500 mm von einer 1-%igen Ligninacetatlösung in einem 90/10 Dimethylformamid/Wassersystem. Die Werte wurden mit einem Beckmann DK-2A Spectrophotometer vorgenommen.

Das getrocknete Ligninacetatprodukt, das einen Farbwert von näherungsweise 1,0 und eine sehr fahle gelbe Farbe aufweist, wird nach und nach einer wässrigen Drucktintenzusammensetzung zugegeben, die typischerweise folgende Zusammensetzung hat:BestandteilGewichtsanteilFarbstoff (Phthalblau)10-16%Bindemittel (Ligninacetat)8-18%
Dispergiermittel/Feuchtigkeitsträger(Naphthalensulfonat)1-2%Füllstoff (Kaolin)1-6%
Schauminhibitor(ethyoxylierter Acetylalkohol)0,3-0,5%
Dickungsmittel (Carboxymethylcellulose)0,14-0,20%WasserDer Rest bis zu 100%

Die Druckzusammensetzung, die in der Hauptsache einen Farbstoff und ein wasserunlösliches Ligninacetat beinhaltet, wird beim flexographischen Drucken auf einen Papierträger aufgebracht. Der sich ergebende bedruckte Träger weist hervorragende Druckfarbenqualitäten auf mit einer Verstärkung der Farbe des Hauptfarbmittels durch die Verwendung des Ligninacetatsalzes.

Bei der Herstellung der Druckzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung liegt der Farbwert des Ligninacetates vorzugsweise um 1,0 oder darunter. Es wurde herausgefunden, daß es, um eine derartige Farbintensitätsreduzierung zu erhalten, wünschenswert ist, zumindest 10 Gewichtsprozent Zink zu verwenden und die Acetylierungsreaktion für eine Zeitspanne von ca. 30 Minuten oder länger durchzuführen. Zum Erreichen der besten Farbreduktionswerte ist es ebenfalls vorteilhaft, ein Einsatzmaterial des Ligninnebenproduktes zu verwenden, das einen Feuchtigkeitsgehalt von nicht mehr als 5% aufweist.

Die Abhängigkeit zwischen der Farbe des acetylierten Lignins und dem Actylierungsgrad ist in der Figur aufgetragen. Aus der Darstellung kann ersehen werden, daß eine Reaktionsdauer von nahezu 30 Minuten zur Bildung von ca. 6 acetylierten Molen auf 1.000 Gramm Lignin einen Farbwert von ca. 1,0 oder weniger bewirkt.

Claims

1. Verbesserte Drucktintenzusammensetzung auf Wasserbasis, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus folgenden Anteilen besteht: einem Farbstoff in wässrigem Medium, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem dispersen Farbstoff, einem Pigment oder Mischungen von diesen besteht, und einem wasserunlöslichen nichtsulfonierten Ligninacetat-Bindemittel für den Farbstoff.

2. Verfahren zur Herstellung einer verbesserten Drucktintenzusammensetzung auf Wasserbasis, die eine verbesserte Farbeigenschaft beim Auftrag hat, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Verfahrensschritte beinhaltet:
a) Zurverfügungstellen eines wasserunlöslichen nichtsulfonierten Lignins;
b) Reduzierende Acetylierung von nichtsulfoniertem Lignin, um eine Ligninacetatverbindung mit reduziertem Farbgehalt zu erhalten;
c) Trocknen des resultierenden Ligninacetates und
d) Zusammengeben des getrockneten Ligninacetates in wässrigem Medium mit einem Drucktintenfarbstoff, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem dispersen Farbstoff, einem Pigment und Mischungen von diesen besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserunlösliche nichtsulfonierte Lignin bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 5 Gewichsprozent getrocknet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ligninacetat dargestellt wird durch Reaktion des Lignins mit Essigsäureanhydrid und Zink bei erhöhten Temperaturen, um dasselbe reduzierend zu acetylieren und den Farbgehalt des Lignins zu vermindern.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Acetylierungsreaktion unter Verwendung von 10 Gewichtsprozent Zink, basierend auf dem Gewicht des Lignins, und bei erhöhten Temperaturen für eine Zeitspanne von 30 Minuten oder mehr durchgeführt wird, um eine Farbabschwächung des Lignins zu erreichen.