DE60005843T2

DE60005843T2 - Tintenzusammensetzung für tintenstrahldrucker

Info

Publication number: DE60005843T2
Application number: DE60005843T
Authority: DE
Inventors: Vincent Millot; Pierre De Saint Romain
Original assignee: Imaje SA
Current assignee: Markem Imaje SAS
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2020-07-29
Also published as: FR2796959B1; FR2796959A1; AU7009700A; DE60005843D1; WO2001009255A1; EP1200530A1; US6869986B1; ES2208414T3; EP1200530B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Tintenzusammensetzung zur Markierung von Trägern und Gegenständen aller Arten, deren Eigenschaften zur Markierung oder zum Bedrucken mit einem Flüssigkeitsstrahl besonders angepasst sind, aus einer sehr großen Vielzahl von Trägern.
Tintenstrahldruck ist eine bekannte Technik, die das Bedrucken, die Markierung oder die Dekoration aller Arten von Gegenständen mit großer Geschwindigkeit und ohne Kontakt dieser Gegenstände mit der Druckvorrichtung mit nach Wunsch variablen Mitteilungen, wie Strichcodes, Haltbarkeitsdaten und dgl., selbst auf nicht ebenen Trägern ermöglicht.
Die Tintenstrahldrucksysteme lassen sich in zwei große Arten unterteilen: "Tropfen nach Aufforderung" (Drop on demand, DOD) oder "kontinuierlicher Strahl" (CJ).
Wir interessieren uns speziell für diese letztere Technik, genauer die Technik des abgelenkten kontinuierlichen Strahls.
Das Ab- bzw. Aufspritzen durch einen abgelenkten kontinuierlichen Strahl besteht darin, unter Druck Tinte in eine Höhlung, die einen piezoelektrischen Kristall enthält, zu schicken, aus der die Tinte durch eine Öffnung (Düse) in Form eines Strahls austritt. Der piezoelektrische Kristall, der mit einer bestimmten Frequenz schwingt, ruft im Tintenstrahl Druckschwankungen hervor, wobei dieser schwingt und schrittweise in kugelförmige Tröpfchen zerbricht. Eine Elektrode, die auf dem Weg des Strahls da, wo er bricht, angeordnet ist, ermöglicht es, diesen Tropfen eine elektrostatische Ladung zu verleihen, wenn die Tinte leitfähig ist. Die auf diese Weise geladenen Tropfen werden in einem elektrischen Feld abgelenkt und ermöglichen das Bedrucken.
Diese Art des Aufspritzens von Tinte durch einen Strahl stellt eine Markierung ohne Kontakt mit großer Durchlaufgeschwindigkeit auf nicht zwangsläufig ebenen Gegenständen und mit der Möglichkeit, eine Mitteilung nach Wunsch zu ändern, sicher.
Die Tintenzusammensetzungen, die für ein Aufspritzen durch einen abgelenkten kontinuierlichen Strahl geeignet sind, müssen eine bestimmte Zahl von Kriterien, die für diese Technik inhärent sind, erfüllen, die u. a. die Viskosität, die elektrische Leitfähigkeit, die Löslichkeit in einem Lösemittel zur Reinigung, die Kompatibilität der Bestandteile, das korrekte Benetzen der zu markierenden Träger und dgl. betreffen.
Ferner müssen diese Tinten rasch trocknen, die Düse ohne Verstopfen passieren können und eine große Richtungsstabilität des Strahls aufweisen, obwohl eine leichte Reinigung des Druckkopfs möglich sein muss.
Die Bestandteile, die die derzeitigen Tinten für einen Tintenstrahl der Art eines abgelenkten kontinuierlichen Strahls umfassen, sind organische oder anorganische Produkte, Farbmittel, wie Farbmittel oder Pigmente, Harze oder Bindemittel in einem Lösemittel oder Lösemitteln, die mehr oder weniger flüchtig sind, oder in Wasser, optional ein Leitfähigkeitssalz oder Leitfähigkeitssalze sowie verschiedene Zusatzstoffe.
Das optionale Leitfähigkeitssalz oder die optionalen Leitfähigkeitssalze verleihen der Tinte die für eine elektrostatische Ablenkung notwendige Leitfähigkeit.
Die Zusatzstoffe umfassen Netzmittel, die das Benetzungsvermögen oder Eindringvermögen der Tinte modifizieren, insbesondere diejenigen, die die statische oder dynamische Oberflächenspannung modifizieren oder regulieren, wie Fluorad^® FC 430 der Firma 3 M^®, Mittel, die die durch die im vorhergehenden genannten Salze eingeführte Korrosion hemmen, oder auch Zusatzstoffe, die die Tinte vor der Proliferation von Bakterien und anderen Mikroorganismen schützen: es handelt sich um Biozide, Bakterizide, Fungizide und andere, die besonders in Tinten, die Wasser enthalten, günstig sind, den pH-Wert regelnde Puffer, Antischaumbildner.
Farbmittel werden als "Farbmittel oder Pigmente" bezeichnet, je nachdem, ob sie im verwendeten Lösemittel löslich oder unlöslich sind.
Die Pigmente, die unlöslicher Natur sind, sind daher dispergiert und können opak sein oder auch nicht. Sie verleihen der Tinte ihre Farbe, ihre Opazität oder spezielle optische Eigenschaften, wie Fluoreszenz (vgl. die Patente oder Patentanmeldungen US-A-4 153 593, US-A-4 756 758, US-A-4 880 465, EP-A-0 289 141, US-A-5 395 432, GB-A-2 298 713). In bestimmten Fällen verleihen die Farbmittel selbst der Tinte auch eine ausreichende Leitfähigkeit, so dass die Zugabe eines Leitfähigkeitssalzes nicht notwendig ist. Die unter der Bezeichnung C. I. Solvent Black 27, 29, 35 und 45 bekannten Farbmittel fallen unter diesen Fall.
Das Bindemittel oder Harz oder die Bindemittel oder Harze sind größtenteils eine feste und polymere Verbindung bzw. feste und polymere Verbindungen und ihre Wahl wird durch ihre Löslichkeit in den gewählten Lösemitteln und durch ihre Kompatibilität mit den Farbmitteln und den anderen Zusatzstoffen, jedoch auch und vor allem unter Berücksichti gung der Eigenschaften, die sie dem Tintenfilm verleihen, wenn er trocken ist, diktiert. Ihre erste Funktion besteht darin, der Tinte Haftung auf den meisten Trägern oder speziellen Trägern, beispielsweise nicht-porenhaltigen, zu verleihen. Sie können der Tinte auch die zur Bildung von Tropfen ausgehend von dem Strahl adäquate Viskosität verleihen und sie verleihen der Tinte, oder vielmehr der gebildeten Markierung den Kern von deren Eigenschaften der Beständigkeit gegenüber physischen und/oder chemischen Angriffen.
Das Lösemittel dieser Tinten besteht sehr häufig aus einem Gemisch, das einerseits eine Hauptmenge von flüchtigen und wenig viskosen Lösemitteln, um ein sehr rasches Trocknen der Markierungen zu ermöglichen und die Viskosität auf den gewünschten Wert, beispielsweise 2 bis 10 mPa·s, einzustellen, und andererseits stärker viskose und weniger flüchtige Lösemittel mit einem langsamereren Trocknen in einer geringeren Menge, um das Trocknen der Tinte in der Düse während Stillstandsphasen der Druckvorrichtung zu vermeiden, umfasst.
Die am häufigsten verwendeten flüchtigen Lösemittel sind Alkohole, Ketone oder Ester mit niedrigem Molekulargewicht, wie dies in den Patenten US-A-4 567 213, US-A-5 637 139 angegeben ist, wobei unter den Lösemitteln insbesondere Methanol, Ethanol, 1- und 2-Propanol, Aceton, Methylethylketon (MEK), Methylisobutylketon, Ethylacetat und Tetrahydrofuran genannt seien.
Das Patent US-A-4 210 566 gibt eine Tinte hauptsächlich auf der Basis von n-Propylacetat an.
Tetrahydrofuran ist im Patent US-A-4 155 767 als wesentlicher Bestandteil des Lösemittels einer Tinte für Tinten strahldruck angegeben (40 bis 85%).
Das Dokument US-A-4 166 044 beschreibt eine Tinte ohne Bindemittel, in der das Lösemittel Wasser (10 bis 35%), einen Alkohol (6 bis 25%) und eine organische Verbindung, die beispielsweise allgemein aus cyclischen Ethern ausgewählt ist, umfasst. Diese Tinte zeigt alle Nachteile, die mit dem Vorhandensein von Wasser verbunden sind.
Schließlich beschreibt das Dokument JP-A-63 06316 eine Tintenzusammensetzung für einen Tintenstrahl, deren Lösemittel Wasser ist, das mit einem weiteren Lösemittel, das aus 14 anderen Verbindungen, zu denen 1,3-Dioxolan gehört, ausgewählt ist.
Die weniger flüchtigen Lösemittel, die die Funktion eines Trocknungsverzögerers aufweisen, sind am häufigsten Ketone, wie Cyclohexanon, Glykolether, die in den Dokumenten US-A-4 024 096 und US-A-4 567 213 genannt sind, Acetale, wie Tetrahydrofuran oder Dioxan, die im Dokument US-A-4 155 767 genannt sind, Dimethylformamid oder Dimethylsulfoxid (US-A-4 155 895), Lactone (EP-A-0 034 881), N-Methyl-pyrrolidon (EP-A-0 735 120), Glykole (WO-A-96 23 844) und auch aliphatische Kohlenwasserstoffe, die ferner die Funktion besitzen, dass sie in Ölfilme eindringen (US-A-4 166 044), oder auch Wasser, allein oder in Kombination mit anderen Lösemitteln, die im vorhergehenden angegeben sind, wobei in dieser Hinsicht auf die Dokumente US-A-4 153 593, GB-A-2 277 094 und FR-A-2 460 982 verwiesen wird.
Allgemein müssen die hauptsächlichen oder Hauptlösemittel von Tinten zum Aufspritzen durch einen abgelenkten kontinuierlichen Strahl eine bestimmte Zahl von Kriterien erfüllen, wobei insbesondere gilt:

– ihre Flüchtigkeit muss derart ausreichend sein, dass die Tinte rasch auf dem zu markierenden Träger trocknet, aber sie darf nicht zu groß sein, damit sie in der Druckvorrichtung nicht zu schnell verdampft;
– ihr Lösevermögen gegenüber Bindemitteln der Tinte, Farbmitteln oder Pigmentdispersionen und gegenüber zu bedruckenden Trägern muss es ermöglichen, der Tinte eine gute Haftung zu verleihen;
– sie müssen die Fähigkeit besitzen, die ionischen Spezies (Salze), die der Tinte ihre elektrische Leitfähigkeit verleihen, dissoziiert zu halten;
– ihre Wirkung auf die Gesundheit von Personen, d. h. ihre Toxizität, Schädlichkeit, Reizwirkung und Entflammbarkeit, müssen vermindert sein;
– sie müssen es ermöglichen, dass eine Tinte, die ggf. eingenommen werden soll, steril gehalten wird.

Keines der Lösemittel, der hauptsächlichen oder Hauptlösemittel, die derzeit häufig in Tinten für Bedrucken mit einem kontinuierlichen Strahl verwendet werden, erfüllt gleichzeitig die gesamten im vorhergehenden genannten Kriterien.
So ist Methanol toxisch und zeigt ein mittelmäßiges Lösevermögen; Ethanol ist nicht ausreichend flüchtig und dessen Lösevermögen ist auch nicht sehr bedeutend; Ethylacetat und die andere Acetate besitzen einen sehr starken Geruch, was in zahlreichen Anwendungen ein hemmender Mangel ist; Aceton ist sehr flüchtig mit einem sehr niedrigen Flammpunkt (–18°C ); Methylethylketon (MEK) hat eine adäquate Löslichkeit und zeigt ein gutes Lösevermögen, es ist jedoch reizend, riechend und sehr entflammbar mit einem Flammpunkt von –9°C und ferner ist es durch die Vorschriften bestimmter Länder sogar verboten; Tetrahydrofuran (THF) hat eine größere Flüchtigkeit als Methylethylketon, ferner ist sein Siedepunkt 10°C unter dem von Methylethylketon, sein Flammpunkt von –17°C fast genauso niedrig wie der von Aceton, es kann explosive Peroxide bilden, es ist reizend wie Methylethylketon und Tinten, die es zu mehr als 25% enthalten, müssen als reizend gekennzeichnet werden.
Es besteht daher ein nicht erfüllter Bedarf nach einer passenden Tintenzusammensetzung, insbesondere für Bedrucken mit einem abgelenkten kontinuierlichen Strahl, dessen Lösemittel gleichzeitig u. a. die gesamten im vorhergehenden genannten Kriterien erfüllt, infolgedessen der Tinte die gewünschten Eigenschaften verliehen werden, während die Forderungen, insbesondere Vorschriften hinsichtlich Toxizität, Entflammbarkeit und Umweltschutz erfüllt werden.
Es wäre interessant, eine Tinte bereitzustellen, die alle Vorteile von Methylketon bietet, ohne dessen Nachteile zu zeigen.
Es besteht daher Bedarf nach einer Tinte, die insbesondere für Tintenstrahldruck geeignet ist, die eine rasche Markierung von allen Arten von Gegenständen mit unterschiedlichen Eigenschaften von Oberflächen, sowohl porenhaltigen als auch nicht-porenhaltigen, ermöglicht.
Die Tinte muss ferner eine Markierung ergeben, die eine gute Haftung und eine gute Beständigkeit gegenüber chemischen Angriffen zeigt, und allgemein alle Eigenschaften zeigen, die üblicherweise für Tinten für Tintenstrahldrucker, insbesondere für Drucker, die die Technik eines kontinuierlichen Strahls verwenden, erforderlich sind: Visko sität, spezifischer Widerstand und dgl.
Die Tinte muss ferner, um eine Markierung mit großer Geschwindigkeit zu ermöglichen, eine möglichst hohe Trocknungsgeschwindigkeit aufweisen.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Tintenzusammensetzung, die insbesondere für Drucken mit einem abgelenkten kontinuierlichen Strahl geeignet ist, die u. a. die im vorhergehenden angegebenen gesamten Anforderungen erfüllt, die die im vorhergehenden angegebenen Kriterien und Forderungen erfüllt, und die nicht die Nachteile, Beschränkungen, Fehler und Mängel von Tintenzusammensetzungen des Standes der Technik zeigt und die die Probleme von Zusammensetzungen des Standes der Technik, die insbesondere mit der Art des Lösemittels, das sie enthalten, verbunden sind, überwindet.
Diese Aufgabe und noch weitere werden gemäß der Erfindung durch eine Tintenzusammensetzung erreicht, die umfasst:

– ein Bindemittel,
– einen oder mehrere Farbstoffe und/oder Pigmente, und
– ein Lösemittel,

Um jede Zweideutigkeit zu beheben und wegen der Tatsache, dass der Name Dioxolan gleichzeitig zwei unterschiedlichen Produkten gegeben zu sein scheint, besitzt das 1,3-Dioxo-lan, das hier in Frage steht, die Summenformel C₃H₆O₂ und die CAS-Nummer [646-06-0].
Dessen Strukturformel ist die folgende:
Die Erfindung beruht auf der überraschenden Feststellung, dass 1,3-Dioxolan die Formulierung einer Tinte, die insbesondere zum Aufspritzen durch einen kontinuierlichen Strahl geeignet ist und dies ohne Einbringen von Wasser in die Formulierung möglich ist, ermöglicht. Tatsächlich sind die Probleme, die bei Tintenzusammensetzungen zum Drucken mit einem abgelenkten kontinuierlichen Tintenstrahl vorliegen, äußerst speziell, so dass sogar analoge Lösungen, die in für andere Techniken verwendeten Tintenzusammensetzungen verwendet werden können, nicht in unmittelbarer und direkter Weise auf die Tintenzusammensetzungen zum Drucken mit einem kontinuierlichen Strahl übertragen werden können.
In stärkerer Weise ermöglichte die optionale Verwendung von Dioxolan in noch weiter entfernten Zusammensetzungen, wie Anstrichmittelzusammensetzungen – die im Gegensatz zu Tintenzusammensetzungen stark opak sind –, absolut nicht die Folgerung, dass Dioxolan für eine sehr spezielle Verwendung in einer Tinte und noch spezieller in einer Tinte zum Drucken mit einem abgelenkten kontinuierlichen Strahl zweckmäßig sein kann.
Es war ausgehend von bekannten Zusammensetzungen nicht naheliegend, dass die Wahl von 1,3-Dioxolan – aus der Vielzahl von vorhandenen organischen Lösemitteln – zu einer Tinte führen könnte, die alle im vorhergehenden genannten Kriterien, Anforderungen und Notwendigkeiten, insbesondere in Bezug auf die Natur des Lösemittels, erfüllt. Die Verwendung von 1,3-Dioxolan in derartigen Tintenzusammenset zungen ist im Stand der Technik weder beschrieben noch nahegelegt, wo die einzige angegebene Tintenzusammensetzung für Tintenstrahldruck, die ggf. 1,3-Dioxolan enthalten kann, ein Lösemittel oder Vehikel umfasst, das im wesentlichen aus Wasser und 1,3-Dioxolan in geringen Mengen und lediglich fakultativer Weise besteht. Außerdem benötigt diese Zusammensetzung, wie es im vorhergehenden angegeben ist, Wasser in deutlichen Mengen, damit sie die beschriebenen Eigenschaften aufweist und korrekt gelöst wird.
Im Gegensatz dazu enthält die erfindungsgemäße Tintenzusammensetzung eine sehr geringe Menge Wasser von unter 5% und vorzugsweise unter 1%.
Die erfindungsgemäße Tintenzusammensetzung kann sogar als wasserfrei betrachtet werden. Tatsächlich ist das vorhandene Wasser nur das Wasser, das als Verunreinigung in den verschiedenen Bestandteilen der Tinte bezeichnete beigebracht wurde. Je größer der Reinheitsgrad der gewählten Bestandteile ist, desto geringer ist der Gehalt an Wasser.
Der geringe Gehalt oder das Fehlen von Wasser in der erfindungsgemäßen Tintenzusammensetzung begünstigt ein Drucken mit großer Geschwindigkeit, wofür eine sehr hohe Verdampfungsgeschwindigkeit notwendig ist.
Die hinsichtlich der Eigenschaften eines Lösemittels für eine Tintenzusammensetzung für Aufspritzen durch einen kontinuierlichen Strahl definierten Kriterien und Anforderungen sind im folgenden für 1,3-Dioxolan zusammengefasst:

– sein Siedepunkt beträgt 75°C, was nahe den Siedepunkten von Ethanol und Methylethylketon ist;
– seine Flüchtigkeit beträgt 3,4 (die von Butylacetat beträgt 1), was nahe der von Methylethylketon ist, die 3,7 beträgt.

Sein Lösevermögen für die meisten Polymere ist auch sehr interessant, um eine gute Haftung an einer sehr großen Zahl von zu markierenden Trägern zu erhalten.

– Es löst Polystyrol, Methylpolymethacrylat, Polysulfon, Polycarbonat, die Kautschukarten des Typs thermoplastischer Elastomere Styrol-Butadien-Styrol (SBS) vollständig.
– Es erweicht sehr stark Poly(phenylenoxid), Poly(vinylchlorid), bestimmte Polyurethane, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)-Copolymere.
– Es quillt Ethylen-Propylen-Dienmonomer (EPDM)-Elastomere, Polyethylenterephthalat (PET), Ethylen-Vinylacetat-Copolymere.
– Es löst auch eine große Zahl von Harzen oder Polymeren, die als Tintenbindemittel dienen und die Haftung auf den zu markierenden Trägern sicherstellen.
– Sein Lösevermögen für Farbmittel, insbesondere des Typs von C. I. Lösemittelfarbstoffen, ist ebensogut wie von Methylethylketon.

1,3-Dioxolan ist ein Produkt, das mit einem Flammpunkt gleich 2°C entflammbar ist, das jedoch weder schädlich noch reizend ist. Sein Geruch ist weder stark noch unangenehm.
1,3-Dioxolan ist daher allen hauptsächlichen Lösemitteln, die bisher in Tintenzusammensetzungen zum Aufsprühen durch einen kontinuierlichen Strahl am häufigsten verwendet wurden, überlegen.
1,3-Dioxolan ist tatsächlich interessanter als:

– Methanol, das toxisch ist und dessen Lösevermögen viel geringer ist;
– Ethanol, das weniger flüchtig ist und ein geringeres Lösevermögen aufweist;
– Ethylacetat oder die anderen Acetate, deren Geruch sehr stark ist;
– Aceton, das sehr flüchtig mit einem sehr niedrigen Flammpunkt (–18°C) ist;
– Methylethylketon, das reizend ist und einen niedrigeren Flammpunkt (–9°C) aufweist.

Genauer gesagt, ist 1,3-Dioxolan gegenüber Methylethylketon (oder MEK) weniger riechend, weniger schädlich und reizend, fast ebenso flüchtig und mit einem sehr ähnlichen Lösevermögen.
Dank 1,3-Dioxolan und gemäß der Erfindung ist es möglich, in überraschender Weise Tinten real ohne Methylethylketon zu formulieren, und denen daher die diesem innewohnenden Nachteile fehlen, die aber dennoch fast alle Vorteile von Methylethylketon bieten.
Insbesondere bieten die erfindungsgemäßen Tinten aufgrund von 1,3-Dioxolan eine große Stabilität.
Die Tintenzusammensetzung gemäß der Erfindung und genauer das in dieser enthaltene Lösemittel enthält ferner mindestens 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, einer anderen organischen Verbindung – d. h. eine von 1,3-Dioxolan verschiedene organische Verbindung –, die die ionisierbaren Spezies, insbesondere die Salze und speziell die Leitfähigkeitssalze, die während des größten Teils der Zeit in den Tinten zum Drucken durch einen abgelenkten kontinuierlichen Tintenstrahl notwendig sind, dissoziieren kann.
Tatsächlich ist das Dissoziierungsvermögen des 1,3-Dioxolan nicht so ausreichend, dass es als einziges Lösemittel verwendet werden kann, was der Grund dafür ist, dass es erfindungsgemäß mit einem zweiten Lösemittel zum Erlangen der notwendigen Leitfähigkeit, insbesondere zu dessen Verwendung bei Drucken mit kontinuierlichem Strahl, kombiniert werden muss.
Eine derartige Kombination ohne eine Schädigung der im vorhergehenden genannten vorteilhaften Eigenschaften von 1,3-Dioxolan in irgendeiner Weise verleiht das Dissoziationsvermögen, das für einen bevorzugte Verwendung, die mit der Tinte bei Drucken durch einen abgelenkten kontinuierlichen Tintenstrahl erfolgt, notwendig ist, und sie ermöglicht insbesondere das Dissoziieren der Leitfähigkeitssalze, die in Tinten zum Drucken durch einen abgelenkten kontinuierlichen Tintenstrahl während des größten Teils der Zeit notwendig sind.
Mit anderen Worten lässt sich sagen, dass das Dioxolan ohne Wasser und in Kombination mit einem Dissoziationslösemittel für die Ionen gleichzeitig Haftung an den Kunststoffmaterialien oder Kautschukmaterialien, "Aufspritzbarkeit" durch einen abgelenkten kontinuierlichen Strahl und Verdampfungsgeschwindigkeit ohne die mit der Gegenwart von Wasser verbundenen Nachteile, d. h. eine weniger gute Bildung des Tintenfilms, verleiht.
Zweckmäßigerweise umfasst die erfindungsgemäße Zusammensetzung 10 bis 85 Gew.-% 1,3-Dioxolan, vorzugsweise 35 bis 80 Gew.-%. Je reicher die Zusammensetzung an 1,3-Dioxolan ist, desto mehr nutzt sie die Vorteile, die dieses liefert.
Zweckmäßigerweise umfasst die erfindungsgemäße Zusammensetzung 5 bis 50 Gew.-% einer anderen organischen Verbindung oder anderer organischer Verbindungen, vorzugsweise 10 bis 40 Gew.-% einer anderen organischen Verbindung oder anderer organischer Verbindungen.
Die andere organische Verbindung oder anderen organischen Verbindungen, die einen Teil des Lösemittels bilden und von Dioxolan verschieden sind, werden beispielsweise aus Alkoholen, insbesondere Alkoholen mit niedrigem Molekulargewicht, beispielsweise aliphatischen Alkoholen, Ketonen, Al-kylenglykolethern und Estern derselben, Dimethylformamid, N-Methylpyrrolidon und allen Verbindungen, die einem Fachmann wegen ihrer Fähigkeit, ionisierbare oder in Ionen dissoziierbare Spezies zu dissoziieren, bekannt sind, sowie den Salzen und deren Gemischen gewählt: unter Verbindungen, die diese Fähigkeit der Dissoziation dieser Spezies besitzen, werden im allgemeinen flüssige Verbindungen verstanden, die elektrisch leitende Lösungen ergeben, wenn sich diese Spezies darin befinden.
Vorzugsweise sind die andere organische Verbindung oder die anderen organischen Verbindungen, die am Lösemittel beteiligt sind, organische Lösemittel, deren Flüchtigkeit unter der von 1,3-Dioxolan liegt.
Vorzugsweise besitzen diese Verbindung oder diese Verbindungen ferner die Eigenschaft, die anderen Bestandteile der Tinte, insbesondere das Bindemittel, die Farbmittel, die Zusatzstoffe und dgl., zu lösen und/oder das Verdampfen der Tinte zu verzögern im Vergleich zu einer Tinte, die nur 1,3-Dioxolan als Lösemittel enthält.
Die Alkohole sind vorzugsweise aus linearen oder verzweigten aliphatischen Alkoholen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, wie Methanol, Ethanol, 1-Propanol, 2-Propanol, n-Butanol, 2-Butanol, tert-Butanol und dgl., ausgewählt.
Die Ketone sind vorzugsweise aus Ketonen mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen, wie Aceton, Butanon (Methyl-ethyl-keton), Pentan-2-on (Methyl-propyl-keton) und 4-Methyl-pentan-2-on (Methyl-isobutyl-keton) ausgewählt.
Die Alkylenglykolether sind aus Alkylenglykolmono-(C₁-C₆)alkyl-ethern oder -di-(C₁-C₆)alkyl-ethern, die 1 bis 10 Kohlenstoffatome in der Alkylenkette umfassen, ausgewählt, vorzugsweise handelt es sich um Ethylen- oder Propylenglykolether, wie Methoxypropanol.
Die Ester von Glykolethern sind vorzugsweise aus den Estern derselben mit aliphatischen gesättigten Carbonsäuren mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Valeriansäure und Capronsäure, ausgewählt.
Als Beispiel seien Methoxypropylacetat, Butyldiglykolacetat und dgl. angegeben.
Es wurde festgestellt, dass ein Lösemittel, das eine Kombination der Lösemittel 1,3-Dioxolan und Aceton umfasst, Tinten mit einem besonders raschen Trocknen ergibt.
Die Tintenzusammensetzung gemäß der Erfindung umfasst auch ein Bindemittel, das ein oder mehrere Polymere und/oder Harze umfasst.
Diese Polymere und/oder Harze sind vorzugsweise aus (Meth)acrylharzen, Vinylharzen, Ketonharzen, Phenolharzen, Celluloseharzen, Styrolharzen, Epoxyharzen, Polyurethanharzen, Styrol-Acrylatharzen und Kombinationen von zwei oder mehreren derselben ausgewählt.
Beispiele für diese Harze sind die folgenden:
Für Acrylharze, Methacrylharze und Styrol-Acrylatharze: Joncryl^® der Firma JOHNSON POLYMER, Acryloid^® der Firma ROHM & HAAS, SMA^® der Firma ATOCHEM oder Neocryl^® von ZENECA.
Für Vinylharze: Hostaflex^® der Firma VIANOVA, Vinylit^® von UNION CARBIDE oder Vinnol^® von WACKER.
Für die Ketonharze: die von den Firmen HÜLS und BASF angebotenen Produkte, wie Harze der Bezeichnung AP und SK von HÜLS und die Harze LAROPAL^® von BASF.
Für die Phenolharze: die von der Firma VIANOVA angebotenen Produkte mit der Bezeichnung ALNOVOL^®.
Von den Celluloseharzen, wie Nitrocellulosearten, Ethylcellulosearten, Celluloseacetopropionate oder -acetobutyrate, seien beispielsweise die von den Firmen HERCULES oder EAST-MAN angebotenen Produkte genannt.
Von den Epoxyharzen seien das von der Firma SHELL angebotene Epikote^® oder Araldit von CIBA genannt.
Von den Polyurethanen sei Surkopak^® der Firma MITCHANOL genannt.
Der Anteil des Bindemittels in der Tintenzusammensetzung gemäß der Erfindung beträgt allgemein 0,1 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 20 Gew.-%.
Die Tintenzusammensetzung kann ferner ein oder mehrere Plastifizierungsmittel (des Bindemittelharzes oder -polymers oder der Bindemittelharze oder -polymere), die beispielsweise aus den einem Fachmann bekannten und in Abhängigkeit vom verwendeten Bindemittel gewählten Plastifizierungsmitteln ausgewählt sind, das ein oder mehrere Polymere und/oder Harze umfasst, umfassen, wobei als Plastifizierungsmittel beispielsweise thermoplastische Polyurethane genannt seien.
Das Lösevermögen des Dioxolans ermöglicht eine problemlose Einarbeitung derartiger Plastifizierungsverbindungen in die erfindungsgemäße Zusammensetzung.
Das Plastifizierungsmittel oder die Plastifizierungsmittel sind im allgemeinen in einem Anteil von 0,1 bis 20 Gew.-% vorhanden.
Das Farbmittel oder die Farbmittel und/oder das Pigment oder die Pigmente können aus den Farbmitteln oder Pigmenten, die für die gewünschte Verwendung günstig sind, die einem Fachmann bekannt sind, gewählt werden, wobei bestimmte dieser Pigmente oder Farbmittel bereits im vorhergehenden genannt wurden.
Diese werden im allgemeinen aus den Farbmitteln und Pigmenten ausgewählt, die unter der Bezeichnung "C. I. Solvent Dyes" und "C. I. Pigments" bekannt sind. Als Beispiel für die häufigsten Pigmente und Farbmittel seien C. I. Solvent Black 29, C. I. Solvent Black 7, C. I. Solvent Black 35, C. I. Solvent Blue 70, C. I. Solvent Red 124, die Dispersionen von Pigment Blue 60 oder Pigment Blue 15 angegeben.
Die Menge des Farbmittels und/oder Pigments beträgt allgemein 0,1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 10 Gew.-%.
Dank der Fähigkeit von 1,3-Dioxolan, das Farbmittel oder die Farbmittel in einer bedeutenderen Menge als die üblichen Lösemittel zu lösen, ist es insbesondere möglich, im Falle eines fluoreszierenden Farbmittels besonders fluoreszierende Tinten, d. h. Tinten, die unter einer schwachen UV-Beleuchtung sichtbar sind, zu erhalten.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann ferner optional mindestens ein Leitfähigkeitssalz umfassen.
Tatsächlich muss die Tinte, wenn sie für einen kontinuierlichen Strahl verwendbar sein muss, eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit, vorzugsweise der Größenordnung von 500 bis 2000 μS/cm oder mehr aufweisen.
Da die Produkte, die der Tinte die für ein Aufspritzen durch einen kontinuierlichen Strahl notwendige Leitfähigkeit verleihen, ionisierbare Verbindungen, wie Salze, sind, ist es möglich, dass die Farbmittel (die Pigmente und Lösemittel haben freilich keine Möglichkeit, zur Leitfähigkeit dieser Tinten beizutragen), die in der Tinte bereits vorhanden sind, dieser eine ausreichende Leitfähigkeit verleihen, so dass es nicht notwendig ist, ein Leitfähigkeitssalz zuzufügen, besser gesagt, diese Farbmittel also zwangsläufig Salze sind: dies ist der Fall bei den unter der Bezeichnung "C. I. Solvent Black 27, 29, 35 und 45" bekannten Verbindungen, die bereits genannt wurden.
Dennoch ist es häufig notwendig, in die Tintenzusammensetzung ein Leitfähigkeitssalz einzuarbeiten, das von Farbmitteln verschieden ist und das im allgemeinen aus Alkalimetallsalzen, Erdalkalimetallsalzen und einfachen oder quaternären Ammoniumsalzen in der Form von Halogeniden (Chloriden, Bromiden, Iodiden, Fluoriden), Perchloraten, Nitraten, Thiocyanaten, Formiaten, Acetaten, Sulfaten, Propionaten und dgl. ausgewählt ist. Diese Leitfähigkeitssalze sind daher, falls notwendig, in der Tintenzusammensetzung derart vorhanden, dass sie der Tinte die im vorhergehenden angegebene Leitfähigkeit verleihen: zweckmäßigerweise beträgt ihre Menge 0,1 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 10 Gew.-%.
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung kann ferner einen oder mehrere Zusatzstoffe umfassen, die aus Verbindungen ausgewählt sind, die die Löslichkeit von bestimmten dieser Verbindungen, die Druckqualität, die Haftung oder auch die Kontrolle des Benetzens der Tinte auf verschiedenen Trägern verbessern.
Der Zusatzstoff oder die Zusatzstoffe können beispielsweise aus Antischaumbildnern, chemischen Stabilisierungsmitteln, UV-Stabilisierungsmitteln, oberflächenaktiven Mitteln, wie Fluorad^® FC 430, Stabilisierungsmitteln gegenüber einer Korrosion durch die Salze, Bakteriziden, Fungiziden und Bioziden, pH-Einstellpuffern und dgl. ausgewählt sein.
Der Zusatzstoff oder die Zusatzstoffe werden in sehr geringen Dosen, im allgemeinen unter oder gleich 5% und manchmal auch nur 0,01%, wenn es sich um Antischaumbildner, Stabilisierungsmittel oder oberflächenaktive Mittel handelt, verwendet.
Aufgabe der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Markierung von beispielsweise porenhaltigen oder nicht-porenhaltigen Gegenständen durch Aufspritzen einer Tintenzusammensetzung, die im vorhergehenden beschrieben wurde, auf Gegenstände oder Substrate. Die Markierung kann insbesondere durch das Verfahren des kontinuierlichen abgelenkten Strahls durchgeführt werden.
Dieses Substrat kann aus Metall, beispielsweise Aluminium, aus Stahl (Getränkekästen), aus Glas (Glasflaschen), aus Holz, aus Keramik, aus Papier, aus Karton, aus einem synthetischen Polymer ("Kunststoff"), wie PVC, PET, aus einem Polyolefin, wie Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), aus "Plexiglas" oder aus jeder anderen nicht-porenhaltigen oder porenhaltigen Substanz sein. Es ist festzuhalten, dass auf grund der Löseeigenschaften von 1,3-Dioxolan für zahlreiche Substrate die Haftung der gemäß der Erfindung erhaltenen Markierungen selbst auf als schwierig erachteten Substraten, wie Polyethylen, hervorragend ist.
Die folgenden Tintenzusammensetzungen gemäß der Erfindung wurden durch Mischen der in Tabelle 1 genannten Produkte in den angegebenen Anteilen hergestellt, wobei auch die Viskosität und Leitfähigkeit der erhaltenen Tinten angegeben ist.
Tabelle I
Alle Prozentangaben sind Masseprozent.
Erfindungsgemäß ergibt jede der Tintenzusammensetzungen der Tabelle I gut gespannte und glänzende Filme, die an einer großen Vielzahl von Tägern stark haften. Sie enthalten nicht mehr als 1% Wasser, lediglich aufgrund von als unvermeidliche Verunreinigung enthaltenem Wasser in beispielweise den Alkoholen oder dem 1,3-Dioxolan.
Die auf diese Weise hergestellten Tinten wurden in Druckern mit kontinuierlichem abgelenktem Strahl, die von der Firma IMAJE^® gefertigt wurden, des Typs Jaime 1000 Reihe 4 getestet, und sie ermöglichen alle, Drucke hervorragender Qualität zu erhalten.
Beispiel 1
Die hergestellte Tinte ist eine orangefarbene fluoreszierende Tinte, die hauptsächlich zur postalischen Kennzeichnung verwendbar ist.
Iher Haftung ist auf allen Arten von Trägern, die zur Verpackung der verschiedenen Arten von Post verwendet werden, hervorragend.
Das Lösevermögen des Dioxolan ermöglicht das Einarbeiten eines plastifizierenden Polyurethanharzes.
Beispiel 2
Diese Tinte ist eine farblose und bei UV-Beleuchtung sichtbare Tinte, die für sogenannte "Sicherheits" markierungen verwendbar ist. Sie ist aufgrund der Fähigkeit des Dioxolan, das fluoreszierende Farbmittel in einer ziemlich bedeutenden Menge zu lösen, besonders fluoreszierend, d. h. unter einer schwachen UV-Beleuchtung sichtbar.
Beispiel 3
Diese rote Tinte ist selbst auf schwierigen Trägern, wie Polyethylen, besonders stark haftend.
Beispiel 4
Diese schwarze Tinte ist sehr interessant für die Markierung mit Strichcodes wegen deren Absorption von Rot- und Infrarotlicht. Ihre hervorragende Stabilität wird dank des Vorhandenseins von Dioxolan erhalten.
Beispiel 5
Diese blaue Tinte haftet besonders stark an Trägern des PVC-Typs.
Beispiel 6
Diese schwarze Tinte mit vielfachen Verwendungszwecken weist dank der Kombination der Lösemittel Aceton und Dioxolan eine besonders rasche Trocknung auf.
Mit Ausnahme der Tinten der Beispiele 2 und 5 müssen alle diese Tinten nur mit F = "leicht entzündlich" ausgezeichnet werden. Die Tinten der Beispiele 2 und 5, die Methylethylketon bzw. N-Methylpyrrolidon enthalten, müssen nach europäischem Recht mit Xi = reizend ausgezeichnet werden.

Claims

Tintenzusammensetzung mit: einem Bindemittel, einem oder mehreren Farbmittel(n) und/oder Pigment(en), und einem Lösemittel, wobei das Lösemittel mindestens 10 Gew.-% – im Verhältnis zum Gesamtgewicht der Tinte – 1,3-Dioxolan, mindestens 5 Gew.-% an einer oder mehreren anderen organischen Verbindung(en), welche die sich in der Tinte befindlichen ionisierbaren Spezies dissoziieren können, und mindestens 5% Wasser umfasst.
Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, die 10 bis 85 Gew.-% Dioxolan umfasst.
Tintenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, die 5 bis 50 Gew.-% der anderen organischen Verbindung(en) umfasst.
Tintenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die andere(n) organische(n) Verbindung(en) aus Alkoholen, Ketonen, Alkylenglykolethern und deren Estern, Dimethylformamid, N-Pyrrolidon und allen Verbindungen, die für ihre Fähigkeit, ionisierbare Spezies zu dissoziieren, und eventuell ihre Eigenschaften, die anderen Bestandteile der Tintenzusammensetzung zu lösen und/oder die Verdampfung der Tinte zu verzögern, bekannt sind, und aus deren Gemischen ausgewählt ist/sind.
Zusammensetzung nach Anspruch 4, wobei die andere(n) Verbindung(en) aus linearen oder verzweigten aliphatischen Alkoholen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, Ketonen mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen, Alkylenglykol-mono-(C₁-C₆)alkyl-ethern oder -di-(C₁-C₆)alkyl-ethern mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen in der Alkylenkette, wie Ethylenglykol und Propylenglykol, und deren Estern mit gesättigten aliphatischen Carbonsäuren mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen ausgewählt ist/sind.
Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Bindemittel ein oder mehrere Harz(e) oder Polymer(e) umfasst.
Tintenzusammensetzung nach Anspruch 6, wobei das oder die Harz(e) und/oder Polymer(e) aus (Meth)acryl-, Vinyl-Keton-, Phenol-, Cellulose-, Styrol-, Epoxyharzen, Polyurethanen, Styrol-Acrylaten und den Kombinationen aus zwei oder mehreren derselben ausgewählt ist/sind.
Tintenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die 0,1 bis 30 Gew.-% Bindemittel umfasst.
Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, die außerdem ein oder mehrere Plastifizierungsmittel in einem Anteil von 0,1 bis 20 Gew.-% umfasst.
Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das oder die Lösemittel und/oder Pigment(e) aus den Farbmitteln und Pigmenten ausgewählt ist/sind, die unter der Bezeichnung "C. I. Solvent Dyes" und "C. I. Pigments" bekannt sind.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die 0,1 bis 20 Gew.-% an Farbmittel(n) und/oder Pigment(en) umfasst.
Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die ferner mindestens ein Leitfähigkeitssalz in einem Anteil von 0,1 bis 20 Gew.-% umfasst.
Tintenzusammensetzung nach Anspruch 12, wobei das Leitfähigkeitssalz aus Alkalimetall-, Erdalkalimetall- und einfachen oder quaternären Ammoniumsalzen in der Form von Halogeniden, Perchloraten, Nitraten, Thiocyanaten, Formiaten, Acetaten, Sulfaten und Propionaten ausgewählt ist.
Tintenzusammensetzung nach Anspruch 1, die ferner einen oder mehrere Zusatzstoffe, die aus Entschäumungsmitteln, chemischen Sterilisierungsmitteln, UV-Stabilisierungsmitteln, grenzflächenaktiven Mitteln, die Korrosion durch Salze hemmenden Mitteln, Bakteriziden, Fungiziden und Bioziden und den pH-Wert regulierenden Puffern ausgewählt sind, umfasst.
Verfahren zum Kennzeichnen von Gegenständen durch Aufspritzen einer Tinte auf diese Gegenstände, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgespritzte Tinte eine Tintenzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ist.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennzeichnen mit dem Verfahren eines abgelenkten kontinuierlichen Strahls durchgeführt wird.