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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung liegt auf dem Gebiet von Tiefdrucktinten mit verbesserter
Dispergierbarkeit und chemischer Beständigkeit.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Tiefdruck
wird typischerweise zum Drucken von Sicherheitspapieren, wie etwa
Banknoten, eingesetzt und verwendet Druckzylinder mit Gravuren,
in denen Tiefdrucktinten abelagert wurden. Die Tinte wird auf den Druckzylinder
aufgetragen, derart, dass sie die Gravuren ausfüllt, und dann wird typischerweise
die überschüssige Tinte
auf dem Zylinder (d.h. die Tinte, die sich außerhalb der Gravuren befindet)
mittels eines Wischzylinders entfernt, der die überschüssige Tinte abwischt. Eine
verdünnte
wässerige
Lösung
aus Natriumhydroxid, d.h. eine alkalische (kaustische) Lösung wird
normalerweise von dem Wischzylinder verwendet, um die überschüssige Tinte
zu emulgieren und diese zu entfernen. Daher ist es wichtig, um effektives
Abwischen der Druckzylinder zu erreichen, dass die Tinte leicht
in der Wischlösung
dispergiert wird.
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Die
schlechte Dispergierbarkeit von bekannten handelsüblichen
Tinten in den alkalischen Waschlösungen,
die in den Zylinderwisch-Tiefdruckverfahren verwendet werden, stellt
oft ein Problem dar, und um dieses Problem zu lösen, werden oft Versuche gemacht,
die Dispergierbarkeit durch Beifügen
von Netzmitteln zu der Tinte zu verbessern. Jedoch resultiert das
Beifügen
von Netzmitteln gewöhnlich
in einem schnellen Verlust von Beständigkeit gegenüber Lösungsmitteln
und Chemikalien, insbesondere bei höheren Konzentrationen an Netzmittel,
wie etwa 2–10
Gew.-%.
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Unvorteilhafterweise
ist es notwendig, wenn eine kaustische Wischlösung verwendet wird, eine Ultrafiltrations-Vorrichtung
einzusetzen, um kaustische Werte aus der Waschlösung, die die schwebenden Tinten und
zusätzliche
Chemikalien, wie etwa Natrium- oder Potassiumhydroxid enthält, auszufiltern.
Weiterhin wird Schwefelsäure
benötigt,
um die verwendeten kaustischen Lösungen
zu neutralisieren. Im Kontrast hierzu wäre einfaches Leitungswasser
ideal zur Verwendung mit dem Wischzylinder wegen der ökologischen
Vorteile, die sich aufgrund der Verminderung der Verwendung von
Chemikalien ergeben. Die Tiefdrucktinten, die in der Industrie im
Allgemeinen verwendet werden, lösen
sich jedoch nicht ausreichend in kommunalem Wasser auf.
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Um
auf einem Substrat unter Verwendung des Tiefdruckverfahrens zu drucken,
nachdem die Gravuren mit Tinte gefüllt und die überschüssige Tinte
entfernt wurde, wird der Druckzylinder gegen das Substrat gepresst,
indem ein sehr hoher Druck von etwa 10 000 N pro Zentimeter der
Zylinderlänge
angewandt wird. Wenn das gedruckte Material trocken ist (typischerweise
nach mehreren Tagen oxidativen Aushärtens), ist es erstrebenswert,
dass es fest auf dem Substrat verbleibt, und beim Kontakt mit Lösungsmitteln
oder Chemikalien, wie etwa alkalischen Lösungen, auslauf- und wischfest
ist.
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Dementsprechend
ist es sehr erstrebenswert, dass die Eigenschaften einer Tiefdrucktinte
sowohl gute Dispergierbarkeit als auch gute Beständigkeit gegenüber Chemikalien/Lösungsmitteln
umfassen, und insbesondere, dass eine solche Dispergierbarkeit Dispergierbarkeit
in Wasser umfasst.
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Es
ist in der Technik zur Herstellung von Tinten und Beschichtungen
bekannt, dass Dispergierbarkeit durch Verwendung von Alkyden mit
hohen Säurezahlen
verbessert werden kann, aber solche Komponenten gewährleisten
nicht die erwünschte
Doppeleigenschaft von chemischer Beständigkeit und Dispergierbarkeit
in Wasser.
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In
U.S.-Patent Nr. 4,764,215 wird von Rudolph geltend gemacht, dass
Trockenölseifen,
die durch Hochtemperatur-Verseifung von ungesättigten Ölen unter Verwendung von Metall-Hydroxiden
in Gegenwart von Triethanolamin aufbereitet wurden, Tinten mit verbesserter
Wischbarkeit und Wasserfestigkeit ergeben und flüchtige organische Lösungsmittel
eliminieren. Wie in U.S.-Patent-Neuerteilung Nr. 34,389 an Amon
et al. offenbart, sind jedoch die von Rudolph beanspruchten Tintenzusammensetzungen
nicht zufriedenstellend, weil diese keine stabile Einbindung selbst
von sehr geringen Mengen an Wasser erlauben, nach dem Drucken nicht
ausreichend trocknen und nicht beständig gegenüber der Wirkung von alkalischen
Lösungen
sind.
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Es
ist auf dem Fachgebiet ebenfalls bekannt, dass die Probleme, die
mit dem Mangel an chemischer Beständigkeit einer Tinte verbunden
sind, teilweise durch das Beifügen
von Komponenten gelöst
werden können,
deren hohe chemische Beständigkeit
bekannt ist, wie etwa dehydriertes Castoröl oder Epoxyester von ungesättigten
Fettsäuren,
aber solche Zusatzstoffe führen üblicherweise
zu wesentlich reduzierter Dispergierbarkeit der modifizierten Tinte.
Manche dieser Zusatzstoffe weisen auch eine geringe Lösbarkeit
auf und erfordern die Verwendung eines Kompatibilität gewährleistenden
Lösungsmittels,
wie etwa Glykolether. Der Zusatz von solchen Kompatibilität gewährleistenden
Materialien von niedrigem Molekulargewicht (d.h. Lösungsmitteln)
verursacht ein Anwachsen der Gesamtkonzentration von flüchtigen
organischen Lösungsmitteln,
wodurch ein Rezepturproblem auftritt, weil manche Rechtssysteme,
aus umweltbedingten Gründen,
die erlaubte Konzentration von solchen Lösungsmitteln in Drucktinten
beschränken.
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Daher
besteht ein hohes Bedürfnis
in der Druckindustrie an einer Tiefdrucktinte mit verbesserter Beständigkeit
gegenüber
Lösungsmitteln
und verbesserter chemischer Beständigkeit,
ebenso wie verbesserter Dispergierbarkeit einschließlich Dispergierbarkeit
in Leitungswasser, während
gleichzeitig die Verwendung von hohen Konzentrationen an flüchtigen
organischen Bestandteilen vermieden wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der Erfindung
wird eine Tiefdrucktinte bereitgestellt, die aufweist: ein Alkyd
mit einer Säurezahl im
Bereich von 0–100,
in einem Anteil von 15–50
Gew.-%, eine ungesättigte Ölkomponente
in einem Anteil von 5–15
Gew.-%, ein anionisches oder nichtionisches Netzmittel in einem
Anteil von 0,5–12
Gew.-%, sowie eine organische Base in einem Anteil von 0,5–5 Gew.-%
und ausgewählt
aus der Gruppe, die aus Alkoholaminen, zykloaliphatischen Aminen
und substituierten Polyethyleniminen besteht, wobei die substituierten
Polyethylenimine mit Epichlorhydrin modifiziert oder alkoxyliert
sind und die Base einen Siedepunkt höher als 150°C aufweist. Die Tiefdrucktinte
umfasst normalerweise auch Pigment in einem Anteil von 0–15 Gew.-%,
ein Streckmittel in einem Anteil von 25–70 Gew.-% und eine Wachsverbindung
in einem Anteil von 0–15
Gew.-%.
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Es
ist zu bevorzugen, dass das Netzmittel ein niedriges Molekulargewicht
aufweist und dass die Molekularstruktur des Netzmittels massige
hydrophobe Teile aufweist. Die Tiefdrucktinte kann auch Wasser in
einem Anteil von 0–15
Gew.-% aufweisen.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
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Die
Tiefdrucktinten der vorliegenden Erfindung gewährleisten verbesserte Dispergierbarkeit
und Beständigkeit
gegenüber
Lösungsmitteln/Chemikalien
und können
mit relativ geringen Konzentrationen von flüchtigen organischen Komponenten
angesetzt werden. Zudem sind die hierin beanspruchten verbesserten Tinten
mit Wasser abwaschbar, im Gegensatz zu den Tinten, die bis jetzt
in der Industrie bekannt sind und verwendet werden.
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Die
verbesserten, auf Alkyd basierenden Tinten der Erfindung umfassen
ein Netzmittel und eine organische Base. Eine ungesättigte Ölkomponente,
wie hierin definiert, ist ebenfalls eingeschlossen, entweder als eine
separate Komponente oder als Teil des Alkyds selbst (d.h. residuelle Ölkomponenten,
die in dem Alkyd verbleiben und sich aus dem Verfahren oder aus
der Art und Weise der Herstellung des Alkyds ergeben). Zudem weisen
handelsübliche
Alkydprodukte manchmal als Zusatz des Herstellers eine separate
ungesättigte Ölkomponente
auf, die die „Öllänge" des Alkyds berichtigt.
Eine geeignete Öllänge des
Alkyd-Bindemittels ist erforderlich, um die optimale Dispergierbarkeit
der Tintenrezepturen zu erreichen, die hierin beansprucht werden.
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Der
hier verwendete Ausdruck „ungesättigte Ölkomponente" bedeutet Glyceride
von ungesättigten Fettsäuren (hauptsächlich Di-
und Triglyceride) oder eine Mischung von ungesättigten Fettsäuren (wie
etwa Tungöl).
Die Standardverfahren für
die Herstellung von Alkyden, wie etwa Alkoholyse oder Acidolyse
gefolgt von Polykondensation mit Polycarboxylsäuren, führen in der Regel, aber nicht
notwendigerweise, zu einer Öllänge, die
mittels des Zusatzes einer „Ölkomponente" berichtigt werden
muss.
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Der
Ausdruck „Öllänge" ist hier definiert
als die Menge an Öl
(oder Fettsäure,
ausgedrückt
als Triglycerid), die als ein Prozentanteil des gesamten nicht flüchtigen
Inhalts vorhanden ist (siehe zum Beispiel als Literaturhinweis P.
Oldring und G. Hayward, Resins for Surface Coating (Harze zur Oberflächenbeschichtung), Band
1, Seite 143, herausgegeben 1987 von SITA Technology, London, England).
Tungöl
oder eingedicktes Tungöl
werden hier als Ölkomponenten
angesehen, obwohl sie Mischungen von ungesättigten Fettsäuren sind,
da diese die „Öllänge" der Rezeptur erhöhen.
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Das
Netzmittel kann ein anionisches oder nichtionisches Netzmittel oder
eine Kombination aus diesen sein. Beispiele von geeigneten Netzmittelen
umfassen die folgenden, ohne auf diese beschränkt zu sein:
- (1)
Ethoxylierte Alkylphenole, wie etwa diejenigen, die unter den Marken
Triton X-100, Triton
X-165, Triton X-305, Tergitol NP-8, Tergitol NP-9, Tergitol NP-10
von Union Carbide Corporation in Danbury, Connecticut, U.S.A. verkauft
werden.
- (2) Phosphatester von ethoxylierten Phenol-Derivativen, wie
etwa Phosphatester von Tristyrylphenol, erhältlich unter der Marke Soprophor
3D33 von Rhodia/Rhone-Poulenc, Inc., Cranbury, New Jersey, U.S.A.
- (3) Alkylbenzen-Sulfonsäuren
und deren Salze, wie etwa diejenigen, die unter den Marken Witconate
1260 und Witconate 60T als Dodecylbenzensulfonat-Salze aufweisende
Mischungen von Witco Corp., Greenwich, Connecticut, U.S.A., verkauft
werden.
- (4) Alkyl(sulfophenoxy)benzen – Sulfonsäuren-Derivative, wie etwa diejenigen,
die unter den Marken Dowfax C6L, Dowfax C10L, Dowfax 3B0, Dowfax
2EP, Dowfax 2A0 und Dowfax 8390 als Salz- oder Säureformen von Alkyl(sulfophenoxy)benzen – Sulfonsäuren von
Dow Chemical Co., Midland, Michigan, U.S.A., verkauft werden.
- (5) Sulfuriertes Castoröl,
wie etwa das Produkt, das unter der Marke FREEDOM SCO-70 von BF Goodrich Co.,
Charlotte, North Carolina, U.S.A., verkauft wird.
- (6) Diester von Bernsteinsäure-Sulfonaten,
wie etwa Natriumdioctyl -Sulfosuccinat, verkauft unter der Marke
Geropon SDS von Rhodia/Rhone-Poulenc Inc., Cranbury, New Jersey,
U.S.A.
- (7) Ethoxylierte Sorbitanester, wie etwa ethoxyliertes Sorbitantrioleat,
verkauft unter der Marke Alkamuls PSTO-20 von Rhodia/Rhone-Poulenc
Inc., Cranbury, New Jersey, U.S.A.
- (8) Phosphatester von ethoxylierten Alkoholen, wie etwa Phosphatester
von ethoxyliertem Tridecylalkohol, verkauft unter den Marken Rhodafac
RS-710, Rhodafac RS-610 oder Rhodafac RS-410 von Rhodia/Rhone-Poulenc
Inc., Cranbury, New Jersey, U.S.A.
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Kationische
Netzmittele sind zur Verwendung nicht geeignet, da diese keine Verbesserung
der Dispergierbarkeit für
die sich ergebenden Tinten zeigen.
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Die
organische Base kann aus einer oder mehreren organischen Base-Komponenten
bestehen, von denen Beispiele die folgenden umfassen, aber nicht
auf diese beschränkt
sind:
- (1) Ethanolamine, wie etwa Diethanolamin
(DEA), Triethanolamin (TEA), N-Methyl-Diethanolamin (NMDEA), Monomethyl-Ethanolamin
(MMEA), 2-(2-Aminoethoxy)ethanol (verkauft unter der Marke DIGLYCOLAMINE-Mittel),
N,N-Dimethyl-2-(2-Aminoethoxy)ethanol (DMDGA) und Tetramethyl-Bis(aminoethyl)ether, die
von Huntsman Corp., Houston, Texas, U.S.A., erhältlich sind. (Einige dieser
Verbindungen sind auch von Aldrich Co., Milwaukee, Wisconsin, erhältlich.)
- (2) N-substituierte Morpholine, wie etwa N-Butylmorpholin (NBM)
und das unter der Marke JEFFCAT DMDEE verkaufte Produkt, erhältlich von
Huntsman Corp., Houston, Texas, U.S.A.
- (3) Derivative von Polyethyleniminen, wie etwa mit Epichlorhydrin
modifiziertes Polyethylenimin oder zu 80% ethoxyliertes Polyethylenimin,
erhältlich
von Sigma-Aldrich
Co., Milwaukee, Wisconsin, U.S.A.
- (4) Polyoxyalkylenamine, wie etwa diejenigen, die unter den
Marken JEFFAMIN D-230 und JEFFAMIN D-400 von Huntsman Corp., Houston,
Texas, U.S.A. verkauft werden.
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Die
Auswahl an organischen Basen, die zur Verwendung in der Erfindung
geeignet sind, werden hier als organische Amine definiert, ausgewählt aus
der Gruppe, die aus Alkoholaminen, ring-enthaltenden Stickstoffverbindungen
und substituierten Polyethyleniminen besteht, wobei die substituierten
Polyethylenimine mit Epichlorhydrin modifiziert oder alkoxyliert
sind und jedes der organischen Amine der Gruppe einen Siedepunkt von
höher als
150°C aufweist.
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Die
bevorzugte Konzentration der Netzmittel-Komponente der Tinte liegt
zwischen 0,5 und 12 Gew.-% der gesamten Tinte, während die bevorzugte Konzentration
der organischen Base zwischen 0,5 und 5 Gew.-% der gesamten Tinte
liegt. Am meisten zu bevorzugen ist eine Konzentration des Netzmitteles,
die zwischen 2 und 8 Gew.-% liegt und eine Konzentration der organischen
Base, die zwischen 1 und 4 Gew.-% der gesamten Tinte liegt. Obwohl
mehr als 5 Gew.-% an organischer Base verwendet werden können, wirkt
sich eine solche Menge im Allgemeinen nachteilig auf die chemische
Beständigkeit
des Druckes aus.
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Eine
gemäß der Erfindung
zusammengesetzte Tiefdrucktinte kann etwa 15–50 Gew.-% an Alkyd mit einer
Säurezahl
innerhalb eines Bereichs von 0–100
(typischerweise zwischen 20 und 80), etwa 0,5–12 Gew.-% an Netzmittel und
etwa 0,5–5
Gew.-% an organischer Base aufweisen. Vorzugsweise werden etwa 5–15 Gew.-%
einer ungesättigten Ölkomponente
(zum Beispiel Leinsamen, Soja, Tungöl oder eingedicktes Tungöl) beigefügt. Normalerweise
ebenfalls zugesetzt in Tiefdrucktinten sind Pigment(e), die trocken
oder durch ein Flushing-Verfahren zubereitet sein können und
Phtalocyanine und/oder andere organische und anorganische Pigmente
umfassen können,
ein Streckmittel wie etwa Bariumsulfat oder Calciumcarbonat und eine
Wachsverbindung, wie etwa natürliche
Wachse (Carnauba, Candelilla usw.) oder synthetische Wachse (Polyethylen,
Polytetrafluorethylen, Paraffin usw.).
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Die
bevorzugten Entfeuchter sind Verbindungen aus Kobalt, Mangan, Kalzium
und Zink. Die Tintenzusammensetzung kann auch oxidativ aushärtende Epoxyester,
vorzugsweise mit einer hohen Säurezahl,
oder mit Polyurethanen modifizierte Alkyde aufweisen. Zudem kann
die Zusammensetzung Rheologie-Modifikatoren umfassen, wie etwa denjenigen,
der unter der Marke Bentone SD1 (erhältlich von Rheox, Heightstown, New
Jersey, U.S.A.), verkauft wird, oder Oligomere von Ethylenoxid,
Propylenoxid oder deren Kombination, wie etwa diejenigen, die unter
den Marken Carbowax PEG 200 und Carbowax PEG 600 (erhältlich von
Union Carbide, Danbury, Connecticut, U.S.A.) verkauft werden. Die
Aufgabe eines solchen Rheologie-Modifikators ist
es, Viskosität,
Fließpunkt,
Klebrigkeit und das Druckverhalten der sich ergebenden Tinte zu
berichtigen.
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Zusätzlich zu
dem vorstehend beschriebenen Netzmittel kann die Tintenzusammensetzung
auch ein Netzmittel mit stark durchdringenden Eigenschaften enthalten,
wie etwa Natriumdioctyl-Sulfosuccinat (zum Beispiel dasjenige, das
unter der Marke Geropon SDS verkauft wird und von Rhodia, Cranbury,
New Jersey, U.S.A., erhältlich
ist). Nach Wunsch kann de Tintenzusammensetzung vorzugsweise auch
ein Anti-Blockmittel enthalten, wie etwa dasjenige, das unter der
Marke Ceramid verkauft wird und von Lonza, Fair Lawn, New Jersey,
U.S.A., erhältlich
ist.
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Eine
bevorzugte Tintenzusammensetzung gemäß der Erfindung ist die folgende:
Komponente | Gew.-% |
Modifiziertes
Bindemittel | 34,0 |
Pigment | 5,0 |
Calciumcarbonat | 40,92 |
Wachs | 9,0 |
Entfeuchter
(6% Mn) | 0,29 |
Entfeuchter
(10% Ca) | 0,29 |
Netzmittel | 7,0 |
Base | 3,5 |
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Um
diese Zusammensetzung aufzubereiten, werden der Lack auf Alkydbasis
und die ungesättigte Ölkomponente
miteinander vermischt. Dann werden das Pigment und das Streckmittel
(d.h. Calciumcarbonat) in die Mischung gerührt und die sich ergebende
Mischung wird auf einer Drei-Walzen-Mühle gemahlen, bis der gewünschte Grad
an Pigment-Dispersion erreicht ist. Dann werden das Wachs, die Entfeuchter
und die Additive aus Netzmittel und organischer Base in die Mischung
gerührt
und die sich ergebende Mischung wird durch die Drei-Walzen-Mühle hindurch
geführt.
Die resultierende Tinte wird dann gemischt, um eine gleichmäßige Zusammensetzung
zu erreichen, und in Behälter
verpackt.
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Die
Ergebnisse von vergleichenden Untersuchungsproben von 25 Tintenzusammensetzungen,
hierin als Tintenproben P1–P25
bezeichnet, werden weiter unten am Ende dieser Beschreibung unter
Tabellen 1, 2, 3 und 4 vorgelegt, zum Zwecke der Veranschaulichung
der Dispergierbarkeit und der Beständigkeit gegenüber Lösungsmitteln/Chemikalien,
die von der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
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Die
Tintenproben P1–P25
wurden aufbereitet, indem Lack (Hydrokyd – 9) mit eingedicktem Tungöl gemischt
wurde und dann das Pigment mit dem Streckmittel eingerührt wurde.
Diese Mischung wurde dann manuell gemischt, bis alle Feststoffe
vollständig
von der Lackmischung benetzt waren. Die Wachsverbindung wurde der
sich ergebenden Mischung beigefügt
und alle großen
Zusammenballungen wurden vollständig
dispergiert. Dann wurde die Mischung auf einem Labor-Farbverreiber
(48 Umdrehungen) gemahlen und die sich ergebenden Tintenproben wurden
in verschlossenen Glasfläschchen
zum Aufbewahren und Testen gesammelt. Die spezifische Rezeptur jeder
Untersuchungsprobe ist in Tabellen 1–4 dargelegt. In jedem Fall
wurden 4 Gramm der Probetinte aufbereitet.
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Tabelle
1 veranschaulicht den Effekt von verschiedenen Zusatzstoffen auf
die Eigenschaften der Tinte. Tabelle 2 veranschaulicht den Effekt
der Verwendung von verschiedenen organischen Basen auf die Eigenschaften
der Tinte, und Tabelle 3 veranschaulicht den Effekt der Verwendung
von verschiedenen Netzmitteln und Wasser auf die Eigenschaften der
Tinte.
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Das
Verfahren, das für
das Testen der Dispergierbarkeit der Tintenproben verwendet wurde,
war wie folgt. Etwa 0,1 g Tinte wurde auf dem Ende eines Spatels
aufgenommen und in die getestete Lösung (d.h. Wasser oder eine
kaustische Lösung
von festgelegter Konzentration) eingetaucht. Die Probe wurde unbewegt gehalten
und Absonderung von Tinte von dem Hauptteil der Probe wurde beobachtet.
Die Zeit von dem Beginn des Eintauchens der Probe bis zu dem Augenblick,
in dem ein nach unten fließender
Streifen von Tinte-Wasser-Suspension festgestellt wurde, wurde als
die Dispersionszeit aufgezeichnet. Ebenso wurde eine qualitative Auswertung
der Menge der abgesonderten Tinte durchgeführt, und die Gesamtbewertung
war von beiden Parametern abhängig.
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Die
Bewertungen der Dispergierbarkeit, die in den Tabellen dargelegt
sind, sind wie folgt definiert:
- E
- – Zeit kürzer als 5 Sekunden und große Quantität von Tintendispersion
beobachtet (exzellent)
- SG
- – Zeit von 5 bis 15 Sekunden
und große
Quantität
von Tintendispersion beobachtet (sehr gut)
- G
- – Zeit von 15 bis 30 Sekunden
und große
Quantität
von Tintendispersion beobachtet (gut)
- M
- – Zeit von 20 bis 40 Sekunden
und mäßige Quantität von Tintendispersion
beobachtet (mittelmäßig)
- S
- – Zeit von 30 bis 45 Sekunden
und geringe Quantität
von Tintendispersion beobachtet (schwach)
- SS
- – Zeit von 45 bis 60 Sekunden
und geringe Quantität
von Tintendispersion beobachtet (sehr schwach)
- ND
- – Zeit länger als 60 Sekunden (nicht
dispergierend)
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Die
Eigenschaft der Beständigkeit
gegenüber
Lösungsmitteln
und Chemikalien der Untersuchungsproben ist auf einer Skala von
0 bis 10 wie folgt bewertet:
- 0 – vollständige Entfernung der Tinte
- 1 & 2 – sehr schwache
Beständigkeit
- 3 & 4 – schwache
Beständigkeit
- 5 – nicht
ganz ausreichend
- 6 – passabel
- 7 & 8 – gute Beständigkeit
- 9 & 10 – sehr gute
Beständigkeit
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Die
chemische Beständigkeit
gegenüber
alkalischen Lösungen
und Lösungsmitteln
wurde untersucht, nachdem das Druckerzeugnis sieben Tage lang zum
oxidativen Aushärten
gelagert worden war.
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In
der untenstehenden Tabelle 1 wird gezeigt, dass Tintenprobe P1,
eine herkömmliche
Tiefdrucktinte auf Alkydbasis ohne Zusatz von Netzmittel, organischer
Base und entfeuchtendem Tungöl,
nicht in Wasser oder irgendeiner alkalischen Lösung mit bis zu 1,5 Gew.-%
an NaOH dispergierbar ist. Diese Tintenprobe zeigte auch sehr geringe
alkalische Beständigkeit
und Seifenbeständigkeit.
Tintenprobe P2 umfasst eingedicktes Tungöl über die herkömmliche
Rezeptur von Probe P1 hinaus. Die von Probe P2 gelieferten Testergebnisse zeigten
nur eine marginale Verbesserung in Bezug auf alkalische Beständigkeit
und keine Verbesserung in Bezug auf Dispergierbarkeit. Das Testergebnis
für Tintenproben
P3 und P4, die eine organische Base aber kein Netzmittel umfassen,
zeigt, dass die Base allein oder selbst in Kombination mit eingedicktem
Tungöl
(wie in Probe P4) keine Wirkung auf die Dispergierbarkeit von Tinte
hat. Jedoch zeigte Tintenprobe P4 generell eine höhere chemische
Beständigkeit
als Tintenprobe P3, was darauf hinzeigt, dass die Kombination von
eingedicktem Tungöl
mit einer organischen Base einen günstigen Effekt auf chemische
Beständigkeit
hat.
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Für Tintenprobe
P5 wurde ein Netzmittel (in einer Menge von 7,19 Gew.-%) beigefügt, aber
ohne den Zusatz einer organischen Base oder von Trockenöl, und die
Ergebnisse zeigen keine Verbesserung in Bezug auf chemische Beständigkeit,
aber eine gewisse beschränkte
Verbesserung in Bezug auf Dispergierbarkeit, insofern als gezeigt
wurde, dass die Tinte in manchen alkalischen Lösungen dispergierbar war. Tintenprobe P6
umfasste die Kombination eines Netzmittels mit einer organischen
Base, aber ohne eingedicktes Tungöl, und wie in Tabelle 1 dargestellt
zeigten die Ergebnisse nur eine begrenzte Verbesserung gegenüber der
herkömmlichen
Tintenrezeptur, und die erwünschte
chemische Beständigkeit
wurde nicht erreicht, während
Dispergierbarkeit in Wasser sehr beschränkt war. Für Probe P7, die eine Kombination
von Netzmittel mit eingedicktem Tungöl, aber ohne eine organische
Base aufwies, zeigen die Testergebnisse gleichermaßen nur
einen marginalen, unbefriedigenden Grad an Verbesserung für die chemische
Beständigkeit
der Tinte und eine Verbesserung der Dispergierbarkeit.
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Die
Testergebnisse von Tintenprobe P8, die jede der Komponenten – ein Netzmittel,
organische Base und eine ungesättigte Ölkomponente
(eingedicktes Tungöl) – umfasst,
zeigen, dass eine geeignete Kombination von Netzmittel mit einer
Base (mit optimisierter Öllänge) die
erwünschten
Ergebnisse verschafft, nämlich überlegene Eigenschaften
sowohl in Bezug auf Dispergierbarkeit als auch auf chemische Beständigkeit.
Beständigkeit
gegenüber
Lösungsmittel,
Knitterfestigkeit und Abriebwiderstand der Probetinte (P8) mit den
festgelegten Komponenten sind sehr gut, wie in Tabelle 1 dargestellt.
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Die
untenstehende Tabelle 2 veranschaulicht den Effekt verschiedener
Basen auf die Eigenschaften der Tintenproben. Die Testergebnisse
stellen klar, dass die Molekularstruktur der zur Verwendung ausgewählten Base
einen starken Effekt auf die chemische Beständigkeit der daraus erzeugten
Tinte hat.
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Tintenprobe
P11 zum Beispiel, in welcher die organische Base aus unsubstituiertem
Morpholin bestand, gewährleistete
kein akzeptables Niveau an chemischer Beständigkeit und die von dieser
erbrachten Ergebnisse waren den von Tintenprobe P8 (siehe Tabelle
1), in der Triethanolamin verwendet wurde, erbrachten Ergebnissen
unterlegen. In ähnlicher
Weise erreichte in Probe P10 die Verwendung von Monoethanolamin
keine akzeptable chemische Beständigkeit.
Jedoch erbrachte in Tintenprobe P9 die Verwendung von N-Methyldietholamin
gute Ergebnisse. Für
Tintenproben P12, P13, P14 und P15 wurden Polyethylenimin und dessen Derivative
als die organische Base verwendet und, wie in Tabelle 2 dargestellt,
erbrachten die Tintenproben, die ein unsubstituiertes Polyethylenamin
aufwiesen, keine akzeptablen Ergebnisse. Die Ergebnisse von Tintenproben
P12 und P15, die mit Epichlorhydrin modifiziertes Polyethylenimin
bzw. ethoxyliertes Polyrethylenimin aufwiesen, zeigten jedoch akzeptable
chemische Beständigkeit
und gute Dipergierbarkeit für
die alkalischen Lösungen
von höherer
Konzentration.
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Die
untenstehende Tabelle 3 veranschaulicht auf vergleichender Basis
den Effekt der Verwendung von verschiedenen Netzmitteln auf die
Eigenschaften der Tinten. Die Testergebnisse zeigen an, dass Tintenproben P19,
P22 und P23 (siehe Tabelle 3) und P8 (siehe Tabelle 1) die besten
Resultate erbrachten, wobei jede dieser Proben sowohl gute chemische
Beständigkeit
als auch gute Dispergierbarkeit zeigte. Die für diese Tintenproben verwendeten
Netzmittel, Rhodafac RS-610 und Soprophor 3D33 sind Netzmittel mit
niedrigem Molekulargewicht, und ihre Molekularstrukturen weisen
umfangreiche hydrophobe Teile auf, was ein bevorzugtes Merkmal für das Netzmittel
ist, das zur Verwendung in der Rezeptur zu wählen ist. Das Netzmittel von
Tintenproben P8 und P22, Rhodafac RS-610, ist ein Phosphatester
von verzweigtem Alkoholethoxylat und hat als solcher einen umfangreichen
hydrophoben Teil, und das Netzmittel von Tintenproben P19 und P23,
Soprophor 3D, ist ein Phosphatester von Tristyrylphenolethoxylat,
welches einen extrem umfangreichen hydrophoben Teil hat. Das Netzmittel
mit niedrigem Molekulargewicht von Probe P17, Triton X-100, das
ein Ethoxylat von Octylphenol mit einer durchschnittlichen Anzahl
von Ethylenoxid-Einheiten
gleich 9,5 ist, hat im Gegensatz hierzu keinen umfangreichen hydrophoben
Teil und ist als solches nicht ebenso effektiv zur Verbesserung
der erwünschten
Eigenschaften von Tinten. Der Ausdruck „niedriges Molekulargewicht" in Bezug auf das
Netzmittel wird hier verwendet zur Bezeichnung von oberflächenaktiven
Verbindungen mit Molekulargewichten von weniger als 5 000 Einheiten
atomarer Masse.
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Die
Ergebnisse von Tabelle 3 zeigen ebenfalls die Bedeutung der ionischen
Form des zur Verwendung auszuwählenden
Netzmittels. Es wurde gezeigt, dass anionische Netzmittel (z.B.
Rhodafac RS-610 und Soprophor 3D33) und nichtionische Netzmittel
(Triton X-100) effektiv sind zur Verbesserung der Eigenschaften
der Tinte, aber es wurde mittels Tintenproben P20 und P21 gezeigt,
dass ein kationisches Netzmittel (z.B. Chemzoline T-11, Alkyl-Aminoethyl-Imidazolin)
völlig
ineffektiv zur Verwendung als ein Mittel zum Verbessern der Dispergierbarkeit
der Tinten ist.
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Tabelle
3 veranschaulicht ebenfalls, durch Vergleichs-Probetinten P16 und
P17 und Tinten P18 und P19, dass der Zusatz einer organischen Base
(in diesen Fällen
Triethanolamin) zu Verbesserungen sowohl von Dispergierbarkeit als
auch von chemischer Beständigkeit
führte.
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Für die ein
kationisches Netzmittel aufweisenden Tintenproben P20 und P21 zeigten
die Testergebnisse, dass diese in Bezug auf die Tintenproben P1
und P2 verbesserte chemische Beständigkeit erbrachten, aber ihre
Dispergierbarkeit war inakzeptabel. Da kationische Netzmittel selbst
Basen sind, erbrachte zudem der Zusatz einer Base, wie etwa Triethanolamin
(siehe Probe P21) nur eine leichte Verbesserung der chemischen Beständigkeit
der Probe.
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Die
in Tabelle 3 dargestellten Testergebnisse stellen klar, dass eine
noch größere Verbesserung
der chemischen Beständigkeit
und der Dispergierbarkeit erreicht werden kann, indem etwa 4 Gew.-%
an Wasser der Tintenzusammensetzung beigefügt werden. Die Probetinten
P22 und P23 enthielten dementsprechend Wasser und zeigten exzellente
Wasser- und alkalische Dispergierbarkeit.
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Es
ist für
Fachleute klar, dass Veränderungen
an den spezifischen Beispielen von Auführungen der Erfindung, die
hierin beschrieben sind, durchgeführt werden können ohne
den Anwendungsbereich der gemachten und von den Anmeldern beanspruchten
Erfindung zu verlassen. Es versteht sich daher, dass die von den
Anmeldern beanspruchte Erfindung durch die angefügten Ansprüche definiert ist und nicht
auf irgendeines der Beispiele oder deren Abänderungen, die hierin beschrieben
sind, beschränkt
ist. Tabelle
1. Effekt von Zusatzstoffen auf die Eigenschaften von Tinten
- *
Ausführung
der Erfindung
Tabelle
2. Effekte verschiedener Basen auf die Eigenschaften von Tinten - NMDEA
- – N-Methyldiethanolamin; (Aldrich
Co., Milwaukee, WI)
- MEA
- – Monoethanolamin, (Aldrich
Co., Milwaukee, WI)
- Morph.
- – Morpholine; (Aldrich Co.,
Milwaukee, WI)
- PEI epi.
- – Mit Epichlorohydrin modifiziertes
Polyethylenimin, 17% wässerige
Lösung,
Molekulargewicht 20 000; (Aldrich Co., Milwaukee, WI)
- PEI linear
- – Lineares Polyethylenimin,
durchschnittliches Molekulargewicht 423; (Aldrich Co., Milwaukee,
WI)
- PEI niedriges M.Gew.
- – Polyerthylenimin, Molekulargewicht
600, verzweigte Struktur; (Aldrich Co., Milwaukee, WI)
- PEI/EO
- – Zu 80% ethoxyliertes Polyethylenimin,
37% wässerige
Lösung,
Molekulargewicht 50 000; (Aldrich Co., Milwaukee, WI)
-
Zusammensetzung
der Pigmente: Karminrot: 88,88 Gew.-%, Phtalocyaninblau: 7,54 Gew.-%,
Kohlenschwarz: 3,58 Gew.-%. Wachs: 67 Gew.-% Carnaubawachsverbindung,
33 Gew.-% Candelillawachsverbindung.
- * Ausführung der
Erfindung
Tabelle
3. Effekte verschiedener Netzmittel und von Wasser auf Eigenschaften
von Tinten - Trit.-X
- – Triton-X 100 nichtionisches
Netzmittel (Union Carbide, Danbury, CT)
- Sopr.
- – Sopropgor 3D33, anionisches
Netzmittel (Rhodia, Cranbury, NJ)
- T-11
- – Chemzoline T-!1, kationisches
Netzmittel (Chemron Corp., Paso Robles, CA)
- RS-610
- – Rhodafac RS-610, anionisches
Netzmittel (Rhodia, Cranbury, NJ)
- * Ausführung
der Erfindung