DE69008793T2 - Strahldrucktinten zum Markieren von Kunststoffen. - Google Patents
Strahldrucktinten zum Markieren von Kunststoffen.Info
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Description
- Diese Erfindung betrifft neue thermische Tintenstrahl-Tinten, die zur Markierung einer großen Auswahl von Kunststoffmaterialien nützlich sind. Die wasserhaltige Komponente von Tinten nach dem Stand der Technik können größtenteils oder gesamt durch organische Komponenten ersetzt werden, in denen der Farbstoff löslich ist, und die an dem Kunststoffmaterial anhaften, es zersetzen, es anschwellen lassen, oder in es eindringen. Markierungen auf Kunststoffmaterialien mit diesen Tinten besitzen gute Wasserbeständigkeit, Wischbeständigkeit und hochgradige Unlöschbarkeit.
- Schreibtinten, die einen Farbstoff, einen großen Anteil von Wasser und Wasser-mischbare Lösungsmittel umfassen, wurden in thermischen Tintenstrahldruckern verwendet. Solche Tinten mußten jedoch sehr strenge Anforderungen erfüllen. Sie sollten z.B. über eine verlängerte Periode stabil sein, die korrekte Viskosität, Leitfähigkeit und Oberflächenspannung haben, und ebenfalls schnell auf der Schreiboberfläche anhaften. Ferner sollte das sich ergebende Bild klar sein und eine gute Beständigkeit gegenüber Licht und Wasser haben.
- Die Träger, die in den vorangegangenen Formulierungen verwendet werden, sind im wesentlichen Mischungen, die einen bedeutenden Betrag an Wasser beinhalten. Solche Formulierungen können jedoch nicht wirksam verwendet werden, um Plastikmaterialien zu markieren; sie verschmieren, verwischen und/oder werden leicht abgewaschen. Zur Zeit werden Kunststoffmaterialien, die bei Tastenköpfen von Tastaturen verwendet werden, entweder durch Aufdrucken einer Schablone, durch Anpressen der Schablone gegen das Kunststoffsubstrat und durch Aufheizen der Verbindung auf eine Temperatur von etwa 150º bis etwa 250º, oder durch ein Sublimitationsverfahren markiert. Alle diese erfordern Kunststoffmaterialien, die ihre Abmessungen bei der erhöhten Temperatur beibehalten. Im Gegensatz dazu schließt die vorliegende Erfindung ein direktes Aufdrucken ein und vermeidet das Aufheizen und die Notwendigkeit einer Schablone.
- In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden neue Formulierungen für eine neue Klasse von Drucktinten aufgestellt. Diese Tinten sind beim Drucken auf einer großen Auswahl von Kunststoffmaterialien mittels Tintenstrahldruckern besonders wirksam. Die Tinten sind homogene Lösungen, die nach Gewicht von 1 % bis 10 % Farbstoff, von 1 % bis 25 % Ausspritzmittel, daß Wasser und/oder eine organische Flüssigkeit mit einer Siedetemperatur von 50ºC bis 200ºC ist, und wobei der Rest im wesentlichen ein organisches Lösungsmittel für den Farbstoff ist, der zum Zersetzen, Anschwellenlassen oder Eindringen in das Kunststoffmaterial fähig ist. Das organische Lösungsmittel enthält bevorzugterweise 2 bis 4 Komponenten. Die gedruckten Tinten weisen eine Wasserbeständigkeit auf, sind wischbeständig und sind unlöslich.
- Der Farbstoff ist in einer Menge im Bereich von 1 bis 10 Gewichts-%, und bevorzugterweise von 2 bis 4 Gewichts-% vorhanden; ein Pegel von etwa 2,5 Gewichts-% ist besonders wirksam. Eine große Auswahl von Farbstoffen ist nützlich, sowohl schwarz als auch andere Farben. Es können z.B. Morfast schwarze Tinte B, Lösungsmittelschwarz 46, Morfast rot 102, Stempelfarbe, Morfast gelb 102, Morfast blau 100, Morfast rot 106, Automate grün 1, künstliche Cochenille-Farbe (Lebensmittelfarbstoff) und Morfast Automate rot B verwendet werden. Viele dieser Farbstoffe sind als 50 % Farbstoff und 50 % Lösungsmittel käuflich erhältlich, wie z.B. 1-Propanol oder Ethylen-Glykol-Phenyl-Äther.
- Es sollte ausreichend Ausspritzmittel in der abschließenden Formulierung vorhanden sein, um Blasen an dem Druckkopf zu schaffen, um die Tinte zu veranlassen, auf das Druckmedium zu spritzen. Das Spritzverhalten ist eine komplexe Funktion des kritischen Drucks, des Volumens, der Temperaturcharakteristika und des Mol-Bruchteils des Mittels in der Tintenlösung. Das Ausspritzmittel ist Wasser und/oder eine organische Flüssigkeit, die eine Siedetemperatur von 50ºC bis 200ºC, bevorzugterweise von 50ºC bis 150ºC, hat. Wenn das Ausspritzmittel eine organische Flüssigkeit ist, sollte sie mit dem Wasser-mischbaren organischen Lösungsmittel für den Farbstoff mischbar sein. Beispiele für organische Ausspritzmittel sind Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, Ethyl-Azetat, Methyl-Ethyl-Keton, Methyl-Isobutyl-Keton, Ethyl-Glycol und Propylen-Glycol-Methyl-Äther.
- Wenn das Ausspritzmittel Wasser ist, können bis zu 25 Gewichts-% verwendet werden, aber erwünscht ist 1 Gewichts-% bis 10 Gewichts-%, bevorzugterweise von 4 Gewichts-% bis 6 Gewichts-%. Wenn mehr als 10 Gewichts-% Wasser verwendet werden, tendiert es dazu, das Eindringen der Tinte in das Kunststoffmaterial zu beeinflussen, und die Unlöschbarkeit der Tinte wird nachteilig beeinflußt.
- Wenn das Ausspritzmittel organisch ist, können 1 Gewichts-% bis 25 Gewichts-%, bevorzugterweise 5 Gewichts-% bis 15 Gewichts-%, verwendet werden. Mischungen aus organischem Mittel und Wasser liegen ebenfalls innerhalb der Lehre dieser Erfindung.
- Die Trägerlösungsmittel werden mit bestimmten Charakteristika ausgewählt. Es ist nicht notwendig, daß jedes mögliche Paar von Trägerlösungsmitteln Wasser-mischbar ist, lediglich die endgültige Mischung muß eine homogene Lösung sein. Zusätzlich sollte das organische Lösungsmittel ein Lösungsmittel für den Farbstoff sein. Am wichtigsten ist, daß das organische Lösungsmittel fähig ist, auf dem Druckmedium aus Kunststoffmaterial anzuhaften, dieses zu zersetzen, es anschwellen zu lassen oder in es einzudringen. Nachdem es beabsichtigt ist, mit den Tinten dieser Erfindung auf einer großen Auswahl von Kunststoffmaterialien zu drucken, muß das organische Lösungsmittel bezüglich des bestimmten Kunststoffmaterials ausgewählt werden.
- Die Lösungsmittel, die in dieser Erfindung verwendet werden, werden im wesentlichen Siedepunkte von 50ºC bis 200ºC, bevorzugterweise 50ºC bis 150ºC, haben. Unter geeigneten organischen Lösungsmitteln sind Alkyl-Glykol-Äther, wobei das Alkyl-Radikal bis zu vier Kohlenstoffatome, aromatische Kohlenwasserstoffe, Alkyl-Pyrolidone, Ketone und Lactone hat. Besondere Beispiele von geeigneten Lösungsmitteln schließen Dipropylen-Glykol und andere herkömmliche Glykole, Diethylen-Glykol-Methyl-Äther, Dipropylen-Glykol-Methyl-Äther, N- Methylpyrolidon, N-Ethylpyrolidon, Phenoxyethanol, Methyl- Ethyl-Keton, Methyl-Isobutyl-Keton, Cyclohexanon und γ-Butyrolacon ein. Die Löslichkeitsparameter der Materialien können entsprechend "Handbook of Solubility Parameters and Other Cohesion Parameters", Allan F.M. Barton, CRC Press, Inc., Boca Raton, FL (1983) bestimmt werden.
- Beim Bestimmen der Lösungsmittelmischung ist es wichtig, die Oberfläche des Kunststoffmaterials bezüglich seiner Löslichkeitsparameter zu charakterisieren. Dann wird ein Lösungsmittel ausgewählt, das einen Löslichkeitsparameter hat, der fast gleich dem des Kunststoffmaterials ist. Diese Technik ist in der Polymer- und Farbenindustrie gut bekannt und erfordert dementsprechend keine überflüssigen Experimente.
- Die Viskosität der abschließenden Formulierung muß eingestellt sein, um den Beschränkungen des Druckkopfes zu entsprechen. Die Viskosität liegt bevorzugterweise zwischen ca. 1 cp und ca. 20 cp bei 25ºC. Die Trockenzeit hängt primär von den Dampfdruck-Temperatur-Charakteristika der Lösungsmittelmischung ab. Je größer der (die) Dampfdruck(-Drücke) der Trägerlösungsmittel, desto kürzer ist die Trockenzeit. Wenn die Trockenzeit jedoch zu kurz ist, dann wird die Tinte in der Düse des Druckkopfes trocknen und diesen verstopfen.
- Diese Träger tragen den Farbstoff in die Oberfläche des Plastikmaterials. Die Lösungsmittelträger werden durch das Kunststoffmaterial bestimmt. Nachdem die Lösungsmittel/Kunststoffmaterialkombination gelöst ist, wird ein Farbstoff, der mit dem Träger kompatibel ist, ausgewählt.
- Um den Träger zu optimieren, sollte der Kontaktwinkel der Tintentropfen auf der Oberfläche des Kunststoffmaterials überprüft werden. Bei normaler Zimmertemperatur sollte der Kontaktwinkel zwischen 40º und 70º sein. Wenn der Kontaktwinkel kleiner als 40º ist, dann tendieren die Punkte dazu, aufgerauhte Kanten zu haben, und der Druck wird eine schlechte Auflösung haben. Wenn der Kontaktwinkel ca. 70º überschreitet, sind die Punkte sehr klein, und die gedruckten Zeichen haben eine schwache Dunkelheit und die Dauerhaftigkeit wird beeinträchtigt. Geräte zum Feststellen der Punktwinkel sind erhältlich; z.B. hat Rame-Hart ein Gerät, das NRL Contact Angle Goniometer genannt wird.
- Die Tinten der vorliegenden Erfindung werden bevorzugterweise verwendet, um Thermoplaste zu markieren, obwohl sie ebenfalls auf Duroplast-Materialien angewendet werden können. Aufgrund der Querverbindung in Duroplast-Materialien wird die mögliche Lösungsmitteleindringung schwieriger sein und die Unlöschbarkeit etwas geringer als bei Thermoplasten.
- Es wird erwartet, daß die Tintenzusammensetzungen der Erfindung bei der Markierung einer großen Vielzahl von Plastikmaterialien durch Tintenstrahldrucken Verwendung finden.
- Um die Erfindung weiter darzustellen, werden nun einige praktische Darstellungen gezeigt.
- Ein Polyethylen-Terephthalat-Glykol-Film (PETG) wurde mit einem Hewlett-Packard DeskJet Tintenkartuschenstift (DeskJet ist ein Warenzeichen der Hewlett-Packard Company) unter Verwendung einer Tinte mit der folgenden Formulierung gedruckt:
- Dipropylen-Glykol - 2,8 Gewichts-%
- γ-Butyrolacton - 87,2 Gewichts-%
- Wasser - 5,0 Gewichts-%
- Morfast schwarze Tinte B - 5,0 Gewichts-%.
- Scharfe, klare Zahlen und Buchstaben wurden erhalten.
- Ein Polycarbonat-Film wurde mit einem Hewlett-Packard DeskJet Tintenkartuschenstift unter Verwendung einer Tinte mit der folgenden Formulierung gedruckt:
- Phenoxyethanol - 4,3 Gewichts-%
- γ-Butyrolacton - 85,7 Gewichts-%
- Wasser - 5,0 Gewichts-%
- Morfast schwarze Tinte B - 5,0 Gewichts-%.
- Scharfe, klare Zahlen und Buchstaben wurden erhalten.
- Bei einem anderen Durchgang wurde ein ABS-Film mit einem ThinkJet-Stift unter Verwendung der folgenden Formulierung gedruckt (ThinkJet ist ein Markenzeichen der Hewlett-Packard Company):
- N-Methylpyrolidon - 79,55 Gewichts-%
- N-Cyclohexanonpyrolidon - 10,45 Gewichts-%
- Wasser - 5,00 Gewichts-%
- Morfast schwarze Tinte B - 5,00 Gewichts-%.
- Scharfe, klare Zeichen wurden erhalten.
- Eine Formulierung aus
- N-Methylpyrolidon - 80,0 Gewichts-%
- N-Cyclohexylpyrolidon - 10,0 Gewichts-%
- Deionisiertes Wasser - 5,0 Gewichts-%
- Schwarzes Lösungsmittel 46 - 5,0 Gewichts-%
- (50 % Farbstoff und 50 % 1-Propanol)
- wurde auf billige Konstruktions-Thermoplasten mit folgenden Ergebnissen gedruckt:
- Polykarbonat annehmbar bis gut
- Polyvinyl Chlorid gut bis exzellent
- ABS gut bis exzellent
- ABS/Polycarbonat-Mischung gut bis exzellent
- PBT annehmbar bis gut
- PETG annehmbar bis gut
- ABS = Acrylnitril-Butadien-Styrol;
- PBT = Polybutylen Terephthalat;
- ABS/Polycarbonat-Mischung = Mischung aus nominal 50/50 Gewichtsanteilen ABS und Polycarbonat.
- Eine Formulierung aus
- N-Ethylpyrolidon - 75,0 Gewichts-%
- N-Cyclohexylpyrolidon - 15,0 Gewichts-%
- Deionisiertes Wasser - 5,0 Gewichts-%
- Lösungsmittel schwarz 46 - 5,0 Gewichts-%
- wurde auf Qualitäts-Konstruktions-Thermoplasten mit folgenden Ergebnissen gedruckt:
- Polycarbonat annehmbar
- Polyvinyl Chlorid gut
- ABS/Polycarbonat-Mischung gut
- ABS gut bis exzellent
- PBT und PETG unannehmbar.
- Eine Formulierung aus
- Cyclohexanon - 71,0 %
- N-Cyclohexylpyrolidon - 24,0 %
- Lösungsmittel schwarz 46 - 5,0 %
- wurde auf Qualitäts-Konstruktions-Thermoplasten mit folgenden Ergebnissen gedruckt:
- Polycarbonat gut
- Polyvinyl Chlorid annehmbar bis gut
- ABS gut
- ABS/Polycarbonat-Mischung gut bis annehmbar
- PBT und PETG unannehmbar.
- Eine Formulierung aus
- Cyclohexanon - 90,0 %
- Methyl-Ethyl-Keton - 5,0 %
- Lösungsmittel schwarz 46 - 5,0 %
- wurde auf Qualitäts-Konstruktions-Thermoplasten mit folgenden Ergebnissen gedruckt:
- Polycarbonat annehmbar
- Polyvinyl Chlorid gut
- ABS annehmbar bis gut
- ABS/Polycarbonat-Mischung gut
- PBT unannehmbar.
- Eine Mischung, die gewichtsmäßig folgende Anteile umfaßt:
- Morfast rot 102 - 5,0 %
- Ethylen-Glykol-Phenyl-Äther - 5,0 %
- γ-Butyrolacton - 77,0 %
- Methyl-Ethyl-Keton - 10,0 %
- Wasser - 3,0 %
- wurde verwendet, um ABS-Kunststoffmaterialien mit hervorragenden Ergebnissen zu markieren.
- Eine Formulierung, die gewichtsmäßig folgende Anteile enthält:
- Stempelfarbe - 5,0 %
- Ethylen-Glycol-Phenyl-Äther - 5,0 %
- γ-Butyrolacton - 75,0 %
- Methyl-Ethyl-Keton - 10,0 %
- Wasser - 3,0 %
- Eine Formulierung, die gewichtsmäßig folgende Anteile umfaßt:
- Morfast Automate rot B - 5,0 %
- Ethylen-Glycol-Phenyl-Äther - 4,0 %
- γ-Butyrolacton - 81,0 %
- Isopropyl Alkohol - 10,0 %.
Claims (16)
1. Eine Tinte zum Markieren eines Kunststoffmaterials,
unter Verwendung eines Tintenstrahldruckers, wobei die Tinte
eine homogene Lösung ist, die gewichtsmäßig folgende Anteile
umfaßt:
(a) von 1 % bis 10 % Farbstoff;
(b) von 1 % bis 25 % Ausspritzmittel, das Wasser
und/oder eine organische Flüssigkeit mit einem
Siedepunkt von 50ºC bis 200ºC ist; und
(c) wobei der Rest im wesentlichen mindestens ein
organisches Lösungsmittel ist, das fähig ist, das
Kunststoffmaterial zu zersetzen, es anschwellen zu lassen
oder es zu durchdringen, und das ein Lösungsmittel
für den Farbstoff ist.
2. Eine Tinte nach Anspruch 1, wobei der Farbstoff 2 bis 4
Gewichts-% der Tinte umfaßt.
3. Eine Tinte nach Anspruch 2, wobei der Farbstoff etwa 2,5
Gewichts-% der Tinte umfaßt.
4. Eine Tinte nach Anspruch 1, wobei das Ausspritzmittel
Wasser ist und 1 bis 10 Gewichts-% der Tinte bildet.
5. Eine Tinte nach Anspruch 4, wobei das Ausspritzmittel
Wasser ist und 4 bis 6 Gewichts-% der Tinte bildet.
6. Eine Tinte nach Anspruch 1, wobei das Ausspritzmittel 5
bis 15 Gewichts-% der Tinte bildet und eine organische
Flüssigkeit ist, die eine Siedetemperatur zwischen 50ºC
und 200ºC hat.
7. Eine Tinte nach Anspruch 6, wobei das Ausspritzmittel 5
bis 15 Gewichts-% der Tinte bildet und ein organisches
Lösungsmittel ist, das einen Siedepunkt zwischen 50ºC
und 150ºC hat.
8. Eine Tinte nach Anspruch 1, wobei das Ausspritzmittel
mindestens einen Bestandteil umfaßt, der aus der Gruppe
ausgewählt ist, die aus Methanol, Ethanol, 1-Propanol,
Isopropanol, Ethyl-Acetat, Methyl-Ethyl-Keton, Methyl-
Isobutyl-Keton, Äthoxyl-Glycol und Propylen-Glycol-
Methyl-Äther besteht.
9. Eine Tinte nach Anspruch 1, wobei das Ausspritzmittel
eine Mischung aus Wasser und einer organischen
Flüssigkeit ist, die einen Siedepunkt zwischen 50ºC und 200ºC
hat.
10. Eine Tinte nach Anspruch 9, die etwa 5 Gewichts-% einer
organischen Flüssigkeit enthält, die zwischen 50ºC und
150ºC siedet.
11. Eine Tinte nach Anspruch 1, wobei das organische
Lösungsmittel eine Mischung aus zwei bis vier Komponenten
ist.
12. Eine Tinte nach Anspruch 1, wobei das organische
Lösungsmittel ein Bestandteil ist, der aus den Gruppen,
die Alkyl-Glykole umfassen, ausgewählt ist, wobei Alkyl
1 bis 4 Kohlenstoffatome, aromatische
Kohlenwasserstoffe, Ketone, Alkyl-Pyrolidone und Lactone hat.
13. Eine Tinte nach Anspruch 1, die einen Bestandteil
umfaßt, der aus der Gruppe, die aus dem folgenden besteht,
ausgewählt ist:
etwa 5 Gewichts-% Morfast schwarze Tinte B, etwa 3
Gewichts-% Dipropylen-Glykol, etwa 87 Gewichts-%
γ-Butyrolacton
und etwa 5 Gewichts-% Wasser;
etwa 5 Gewichts-% Morfast schwarze Tinte B, etwa 4
Gewichts-% Phenoxyethanol, etwa 86 Gewichts-%
γ-Butyrolacton und etwa 5 Gewichts-% Wasser;
etwa 5 Gewichts-% Morfast schwarze Tinte B, etwa 80
Gewichts-% N-Methylpyrolidon, etwa 10 Gewichts-%
N-Cyclohexylpyrolidon und etwa 5 Gewichts-% Wasser;
etwa 5 Gewichts-% schwarzes Lösungsmittel 46, etwa 80
Gewichts-% N-Methylpyrolidon, etwa 10 Gewichts-%
N-Cyclohexylpyrolidon und etwa 5 Gewichts-% Wasser;
etwa 5 Gewichts-% schwarzes Lösungsmittel 46, etwa 75
Gewichts-% N-Ethylenpyrolidon, etwa 15 Gewichts-%
N-Cyclohexylpyrolidon und etwa 5 Gewichts-% Wasser;
etwa 5 Gewichts-% Morfast rot 102, etwa 5 Gewichts-%
Ethylen-Glycolphenyl-Äther, 77 Gewichts-%
γ-Butyrolacton, etwa 10 Gewichts-% Methyl-Ethyl-Keton und etwa 3
Gewichts-% Wasser;
etwa 5 Gewichts-% Stempelfarbe, etwa 5 Gewichts-%
Ethylen-Glycolphenyl-Äther, etwa 77 Gewichts-%
γ-Butyrolacton, etwa 10 Gewichts-% Methyl-Ethyl-Keton und etwa
3 Gewichts-% Wasser; und
etwa 5 Gewichtsprozent Morfast Automate rot B, etwa 4
Gewichts-% Ethylen-Glycolphenyl-Äther, etwa 81
Gewichts-% γ-Butyrolacton und etwa 10 Gewichts-%
Isopropyl-Alkohol.
14. Eine Tinte nach Anspruch 1, wobei der Farbstoff
wasserlöslich ist.
15. Eine Tinte nach Anspruch 1, wobei der Wasserstoff in
einem organischen Lösungsmittel löslich ist.
16. Verwendung einer Tinte gemäß irgendeinem vorangegangenen
Anspruch zum Drucken mit einem Tintenstrahldrucker auf
einem Kunststoffmaterial, das aus der Gruppe ausgewählt
ist, die aus Polyethylen Terephthalate Glykol;
Acrylnitrid-Butadien-Styrol; Polycarbonat; Polyvinylchlorid;
einer Mischung von etwa 50 % Polycarbonat und etwa 50 %
Acrylnitrid-Butadien-Styrol; und Polybutylen
Terephthalate besteht.
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