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Die vorliegende Erfindung betrifft
Verbesserungen in dem Bereich des Elektrokoagulations-Druckens. Im
besonderen bezieht sich die Erfindung auf eine verbesserte Elektrokoagulations-Druckfarbe.
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Im US-Patent Nr. 4,895,629 vom 23.
Januar 1990 werden ein Hochgeschwindigkeits-Elektrokoagulations-Druckverfahren und
eine -Vorrichtung offenbart, in denen Gebrauch gemacht wird von
einer positiven Elektrode, in der Form eines drehbaren Zylinders,
der eine passivierte Oberfläche
hat, auf der Punkte von farbiger, koagulierter Druckfarbe erzeugt
werden, die stellvertretend für
ein Bild stehen. Diese Punkte aus farbiger, koagulierter Druckfarbe,
die auf der passivierten Oberfläche
erzeugt wurden, werden danach mit einem Substrat wie Papier kontaktiert,
um eine Übertragung
der farbigen, koagulierten Druckfarbe auf das Substrat zu verursachen
und dadurch das Substrat mit dem Bild zu bedrucken. Wie in diesem
US-Patent erklärt
wird, wird die positive Elektrode mit einer öligen Substanz beschichtet,
um Mikrotröpfchen
aus öliger
Substanz auf der Oberfläche
der positiven Elektrode vor der elektrischen Aufladung der negativen
Elektrode zu erzeugen, um damit das Haften der Punkte der koagulierten
Druckfarbe an der positiven Elektrode zu schwächen und um außerdem die
unkontrollierte Korrosion der positiven Elektrode zu verhindern.
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Die Elektrokoagulations-Druckfarbe,
die benutzt wird, um den Zwischenraum, der definiert ist zwischen
der positiven und der negativen Elektrode, auszufüllen, dieser
besteht im wesentlichen aus einer Lösung oder einer Dispersion,
die ein elektrolytisch koagulierbares Polymer, ein flüssiges Medium,
einen löslichen
Elektrolyten und ein Färbemittel
enthält.
Das Färbemittel
kann ein Farbstoff oder ein Pigment sein. Nach der Koagulation der
Druckfarbe wird jegliche übrige,
nicht-koagulierte Druckfarbe von der Oberfläche der positiven Elektrode
entfernt, z. B. durch Abschaben der Oberfläche mit einem Weichgummischaber,
um vollständig
die farbige, koagulierte Druckfarbe freizulegen, die danach auf
das Substrat übertragen
wird. Die Oberfläche
der positiven Elektrode wird danach mittels einer Bürste und
einer Reinigungsflüssigkeit
gereinigt, um jegliche übrige
koagulierte Druckfarbe zu entfernen, die an der Oberfläche der
positiven Elektrode haftet.
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Das Dokument WO 96/18507 offenbart
eine Elektrokoagulations-Druckfarbe, die ein Dispergiermittel enthalten
kann, um das Pigment einheitlich in der Dispersion zu dispergieren.
Nicht-ionische und anionische Dispergiermittel können dafür benutzt werden. Das Dokument
7P-A 4-504,688 (entsprechend zu Dokument WO 90/11897) offenbart
die gleichen Dispergiermittel wie das vorher erwähnte Dokument.
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Das Dokument „Kirk-Othmer, Encyclopedia
of Chemical Technology, 1997, J. Wiley & Sons, New York, Band 23, Seite 205
bis 206" offenbart,
dass die Kondensationsprodukte aus Formaldehyd und dem Natriumsalz
von Naphthalinsulfonsäure
als Dispergiermittel in der Farbstoff-Fertigung benutzt werden.
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Wo das benutzte Färbemittel ein Pigment ist,
ist es notwendig ein Dispergiermittel hinzuzufügen, um das Pigment einheitlich
in der Elektrokoagulations-Druckfarbe zu dispergieren. Bei Verwendung
eines Dispergiermittels wie dem nicht-ionischen Dispergiermittel,
das von der Firma ICI Canada Inc. unter der Marke SOLSPERSE® 27.000
verkauft wird, haben die Erfinder beobachtet, dass sich die Pigmentpartikel
absetzen, nachdem die Druckfarbe für mehr als 24 Stunden stehengelassen
wurde, woraus eine Phasentrennung resultiert, was einer mechanischen
Bewegung bedarf, um die Pigmente in der Druckfarbe wieder zu dispergieren.
Es wurde auch gefunden, dass die Verwendung eines solchen Dispergiermittels
eine Zunahme der Viskosität
der Druckfarbe auf 1.500 mPa s (500 cps) oder größer hervorruft, sowie auch
eine Bildung eines unerwünschten farbigen
Hintergrunds auf den Elektrokoagulations-Druck-Bildern hervorruft,
der eine optische Dichte mit einem hohen Wert von 0,07 hat. Außerdem verursacht
das Gas, das als Ergebnis der Elektrolyse bei der Aufladung der
negativen Elektroden erzeugt wird, Defekte auf den Bildern. Es kommt
vor, dass die optische Dichte der koagulierten Druckfarbe, die dieses
Dispergiermittel enthält,
in einem Bereich von etwa 1 20 bis etwa 1 : 25 liegt.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, die obigen Nachteile zu überwinden und eine verbesserte
Elektrokoagulations-Druckfarbe zur Verfügung zu stellen, die eine erhöhte Lagerfähigkeit
und eine Viskosität
im Bereich von etwa 300 bis 400 mPa s (300 bis 400 cps) hat, und
die es ermöglicht,
die optische Dichte der koagulierten Druckfarbe zu erhöhen und
den unerwünschten
farbigen Hintergrund auf dem Elektrokoagulations-Druck-Bild sowie
die Defekte auf dem Bild zu reduzieren, die durch die Gasentwicklung
an den negativen Elektroden verursacht werden.
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Eine Elektrokoagulations-Druckfarbe
entsprechend der vorliegenden Erfindung besteht im wesentlichen
aus einer flüssigen
Dispersion, die ein elektrolytisch koagulierbares Polymer, ein flüssiges Medium,
einen löslichen
Elektrolyten, ein Pigment und ein Dispergiermittel, enthält, worin
das Dispergiermittel ein Alkalimetall-Salz eines Naththalinsulfonsäure-Formaldehyd-Polykondensats
der chemischen Formel (I) ist:
in der M ein Alkalimetall
ist und in dem n eine ganze Zahl ist, die im Bereich von 2 bis 15
liegt.
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Die Erfinder haben herausgefunden,
dass durch das Auswählen
eines Alkalimetall-Salzes
eines Naphthalinsulfonsäure-Formaldehyd-Polykondensats
der chemischen Formel (I) als vorgenanntes Dispergiermittel die
Lagerfähigkeit
der Elektrokoagulations- Druckfarbe
auf mindestens einige Monate erhöht
wird, die Druckfarben-Viskosität
in einem Bereich von 300 bis 400 mPa s (300 bis etwa 400 cps) liegt,
und es ist möglich,
die Defekte auf dem Bild, verursacht durch die Gasentwicklung an
den negativen Elektroden, zu reduzieren. Zudem ermöglicht die
Verwendung eines Alkalimetall-Salzes eines Naphthalinsulfonsäure-Formaldehyd-Polykondensats,
die optische Dichte der koagulierter Druckfarbe auf 1,40 bis 1,50
zu erhöhen
und die optische Dichte des unerwünschten farbigen Hintergrunds
auf dem elektrokoagulierten Druckbild auf 0,02 zu verringern.
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Die vorliegende Erfindung schließt außerdem ein
Elektrokoagulations-Druckverfahren ein. Der Ausdruck „Elektrokoagulations-Drucken", wie er hier benutzt
wird, bezieht sich auf den ganzen Druckprozess, bei dem ein Bild
durch Elektrokoagulation von Druckfarbe reproduziert wird, die ein
elektrolytisch koagulierbares Polymer enthält und das so reproduzierte
Bild auf ein Substrat, wie Druckpapier, übertragen wird. Der ganze Druckprozess
schließt
damit die Schritte ein: (a) Reinigung der Oberfläche der positiven Elektrode,
(b) Beschichtung der Oberfläche
der positiven Elektrode mit einer öligen Substanz, (c) Befüllung des
Elektroden-Zwischenraums mit der Druckfarbe der Erfindung, (d) elektrische
Aufladung von ausgewählten
negativen Elektroden um auf der Oberfläche der positiven Elektrode,
die mit Mikrotropfen der öligen
Substanz beschichtet ist, eine Reihe von Tropfen von koagulierter
Druckfarbe zu formen, die für
ein gewünschtes
Bild stehen, (e) Entfernung jeglicher übriger nicht-koagulierten Druckfarbe
von der Oberfläche
der positiven Elektrode und (f) Kontaktierung der Punkte der koagulierten
Druckfarbe mit einem Substrat um die Übertragung von der koagulierten Druckfarbe
auf das Substrat zu bewirken.
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Der Ausdruck „Elektrokoagulation von Druckfarbe", wie er hier benutzt
wird, bezieht sich nur auf Schritt (d) des obigen Prozesses, der
eine Beschädigung
des passiven Oxidfilms auf der Oberfläche der positiven Elektrode,
die Freisetzung von mehrwertigen Metall-Ionen von der Oberfläche der
positiven Elektrode, die Koagulation von elektrolytisch koagulierbarem
Polymer in der Druckfarbe durch die mehrwertigen Metall- Ionen und die Bildung
von Punkten von koagulierter Druckfarbe auf der Oberfläche der
positiven Elektrode einschließt.
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1 zeigt
ein Beispiel von einer Elektrokoagulations-Druck-Vorrichtung, in
der die Elektrokoagulations-Druckfarbe der vorliegenden Erfindung
verwendet wird.
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Pigmente, die in der Elektrokoagulations-Druckfarbe
der Erfindung verwendet werden, können organische und anorganische
Pigmente sein, wie sie allgemein in einer Druckfarbe oder einem
Beschichtungsmaterial verwendet werden. Beispiele von brauchbaren
organischen Pigmenten schließen
ein: Azo-Pigmente, Phthalocyanin-Pigmente, Anthrachinon-Pigmente,
Perylen-Pigmente, Perynon-Pigmente, Chinacridon-Pigmente, Thioindigo-Pigmente,
Dioxazin-Pigmente, Isoindolinon-Pigmente, Chinophthalon-Pigmente, Azomethinazo-Pigmente,
Diketopyrrolopyrrol-Pigmente und Isoindolin-Pigmente. Beispiele von anorganischen
Pigmenten schließen
ein: Ruß,
Titanoxid und rotes Eisenoxid.
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Als eine schwarze Druckfarbe wird
die Verwendung von Ruß bevorzugt.
Speziell die Verwendung von Ruß mit
einer Öladsorption
von 80 bis 200 ml/100 g und einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser
von 35 bis 100 nm ermöglicht
es, dunkel- bläulich-schwarz
gefärbte
Drucksachen herzustellen. Als Ruß kann zum Beispiel Ruß Monarch® 120
Verwendung finden, das von der Firma CABOT CORP. erhältlich ist.
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Als eine cyanfarbene Druckfarbe können organische
Kupfer-Phthalocyanin-Pigmente wie Hostaperm® Blau
B2G oder B3G bevorzugt verwendet werden. Vorzugsweise wird von solchen
Pigmenten Gebrauch gemacht, die von der Firma HOECHST erhältlich sind,
wie Permanent Rubin F6B oder L6B für eine magentafarbene Druckfarbe
und Permanent Gelb DGR oder DHG für eine gelbe Druckfarbe. Diese
Pigmente werden in einer Menge verwendet, die notwendig ist, um
die Punkte einer koagulierten Druckfarbe durch Elektrokoagulation
mit ausreichender Dichte herzustellen, vorzugsweise in einer Menge
von 5 bis 20 Gew.-%, oder noch mehr bevorzugt in einer Menge von
6,5 bis 15 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der Druckfarbe.
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Ein Alkalimetall-Salz eines Naphthalinsulfonsäure-Formaldehyd-Polykondensats
als Dispergiermittel ist eine Verbindung mit der chemischen Formel
(I):
Chemische
Formel (I) in der M ein Alkalimetall und n eine ganze Zahl
von 2 bis 15 ist.
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In der Formel (I) wird besonders
bevorzugt, Natrium als M und n im Bereich zwischen 5 und 12 zu haben,
oder noch mehr bevorzug n im Bereich von 7 bis 10 zu haben. Das
Alkalimetall-Salz des Naphthalinsulfonsäure-Formaldehyd-Polykondensats
wird vorzugsweise verwendet in einer Menge von 0,05 bis 5 Gew.-% oder
noch mehr bevorzugt in einer Menge von 0,1 bis 2 Gew.-%, basierend
auf dem Gesamtgewicht der Druckfarbe. Wenn die Menge des Dispergiermittels
unterhalb von 0,05 Gew.-% liegt, basierend auf dem Gesamtgewicht
der Druckfarbe, gibt es eine Tendenz der Lagerfähigkeit der Druckfarbe sich
zu verringern, wohingegen es dann, wenn die Menge des Dispergiermittels
oberhalb von 5 Gew.-% liegt, basierend auf dem gesamten Gewicht
der Druckfarbe, eine Tendenz zur Verringerung der Dichte der koagulierten
Punkte, die auf das Substrat übertragen
werden, gibt. Es existiert eine Tendenz, dass die Viskosität der Druckfarbe
ansteigt, wenn die Menge an Dispergiermittel oberhalb von 2 Gew.-%
liegt, basierend auf dem Gesamtgewicht der Druckfarbe, besonders
wenn Ruß als
Pigment verwendet wird. Das Dispergiermittel, angegeben in Formel
(I), in dem M Natrium ist und n = 7 ist, wird verkauft durch Boehme
Filatex Canada Inc. unter der Marke CLOSPERSE 2500, das ein durchschnittliches
Molekulargewicht von etwa 2000 hat.
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Das Alkalimetall-Salz des Naphthalinsulfonsäure-Formaldehyd-Polykondensats
ist aus der Sicht bevorzugt, dass es gute Pigment-Dispergierbarkeit
zeigt, wenn es der Druckfarbe hinzugefügt wird, und dass es nicht
die Oberflächenspannung
der Druckfarbe herabsetzt. Weil nämlich die Herabsetzung der
Oberflächenspannung
der Druckfarbe die Verringerung des Kontaktwinkels zwischen der
Oberfläche
der positiven Elektrode und der Druckfarbe hervorruft, was es vereinfachen
kann, die Oberfläche
der positiven Elektrode zu benetzen, gibt es eine Tendenz dazu,
dass die Entfernung der überschüssigen nicht-koagulierten
Druckfarbe auf der Oberfläche
der positiven Elektrode schwierig wird und sich ein unerwünschter
gefärbter
Hintergrund bildet. Damit ist die Oberflächenspannung der Druckfarbe
ein wichtiger Faktor, und vorzugsweise liegt sie bei mindestens
30·10–5 N/cm
(30 dyn/cm) (bei 25°C)
oder höher.
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Die Oberflächenspannung der Druckfarbe
ist im allgemeinen so hoch wie 35 bis 75·105 N/cm
(35 bis 75 dyn/cm) (bei 25°C),
wenn dieses Dispergiermittel in der oben beschriebenen Menge der
Druckfarbe hinzugefügt
wird.
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Ein elektrolytisch koagulierbares
Polymer, das in der Elektrokoagulations-Druckfarbe verwendet wird, eignet
sich dazu, chemische Bindungen mit mehrwertigen Metall-Ionen einzugehen
und enthält
eine funktionelle Gruppe wie eine Amido-Gruppe, eine Amino-Gruppe und eine Carboxyl-Gruppe.
Das Polymer hat vorzugsweise ein Molekulargewicht zwischen etwa
10.000 und etwa 1.000.000, oder noch bevorzugter zwischen 100.000
und 600.000. Beispiele von geeigneten Polymeren schließen natürliche Polymere
ein wie: Albumin, Gelatine, Casein und Agar, und synthetische Polymere
wie: Polyacrylsäure,
Polyacrylamid und Polyacrylsäurehydrazid.
Ein besonders bevorzugtes Polymer ist ein lineares anionisches Acrylamid-Polymer
und ACCOSTRENGTH® 86, das von der Firma
Cyanamid Inc. verkauft wird kann beispielsweise verwendet werden. Das
Polymer wird vorzugsweise in einer Menge von 4 bis 15 Gew.-% verwendet
und noch bevorzugter in einer Menge von 6 bis 12 Gew.-%, basierend
auf dem Gesamtgewicht der Druckfarbe.
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Ein löslicher Elektrolyt wie er in
der Elektrokoagulations-Druckfarbe verwendet wird, wird hinzugefügt, um die
elektrische Leitfähigkeit
der Druckfarbe zu erhöhen
und um eine erwünschte
Beschädigung
des passiven Oxidfilms auf der positiven Elektroden-Oberfläche zu verursachen.
Bevorzugte Elektrolyten schließen
Halogenide, besonders Chloride ein. Beispiele von Alkalimetall-Halogeniden
und Erdalkalimetall-Halogeniden schließen Lithiumchlorid, Natriumchlorid,
Kaliumchlorid und Calciumchlorid ein. Verwendet werden können auch
Ammoniumchlorid, Nickelchlorid, Kupferchlorid und Magnesiumchlorid.
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Die elektrische Leitfähigkeit
der Elektrokoagulations-Druckfarbe reicht vorzugsweise von 1 bis
200 mS/cm (bei 25°C).
Wenn die elektrische Leitfähigkeit
der Druckfarbe unterhalb von 1 mS/cm liegt, verringert sich die
optische Dichte der auf das Substrat übertragenen koagulierten Druckfarbe.
Dementsprechend wird der Elektrolyt in solch einer Menge hinzugefügt, dass
die elektrische Leitfähigkeit
der Druckfarbe in den obigen Bereich fällt. Im allgemeinen wird der
Elektrolyt vorzugsweise in einer Menge von 5 bis 10 Gew.-%, oder
noch bevorzugter in einer Menge von 6 bis 9 Gew.-% verwendet, basierend
auf dem Gesamtgewicht der Druckfarbe.
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Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung schließt
die Druckfarbe weiter ein Sequestrierungsmittel zur Komplexierung
von Metall-Ionen ein, die von der positiven Elektrode während des Elektrokoagulations-Druckens
erzeugt werden. Das Sequestrierungsmittel wird in einem Bereich
verwendet, in dem kein unerwünschter
Anstieg der Viskosität
der Druckfarbe durch die Metall-Ionen verursacht wird, ohne nachteilig,
eine Elektrokoagulation des elektrolytisch koagulierbaren Polymers
zu beeinflussen.
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Wo eine positive Elektrode, die aus
nicht-rostendem Stahl oder Aluminium besteht, in dem Elektrokoagulations-Druckverfahren
verwendet wird, erzeugt die Beschädigung des passiven Oxidfilms
an solch einer Elektrode, die durch Beaufschlagung mit elektrischer
Energie erzeugt wird, Fe3+ oder Al3+-Ionen. Die dreiwertigen Ionen Fe3+ oder Al3+ bilden
Kreuzverknüpfungen
mit Polymeren aus, besonders mit Polymeren wie Po lyacrylamid, um
Punkte auf der positiven Elektrode zu bilden, aber andererseits
können
sie eine Zunahme der Viskosität
der Druckfarbe verursachen.
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Nach der Elektrokoagulation wird
jegliche übrige
nicht-koagulierte Druckfarbe von der Oberfläche der positiven Elektrode
durch ein System zu deren Entfernung entfernt, zum Beispiel durch
Abschaben der Oberfläche
mit einem Weichgummischaber und zurückgeschleust an die Druckfarben-Austragseinheit.
Weil allerdings die gesammelte nichtkoagulierte Druckfarbe eine
geringe Menge an Punkten der koagulierten Druckfarbe enthält, ist
die Druckfarbe mit Eisen(III)- oder Aluminium-Ionen verunreinigt
und die Konzentration von diesen Metall-Ionen erhöht sich
während
des Elektrokoagulations-Druckens
mit der Zeit. Weiterhin enthalten einige Substrate, auf die die
Punkte der koagulierten Druckfarbe übertragen werden, mehrwertige
Metall-Ionen und diese können
auf die positive Elektroden-Oberfläche bei Kontakt des Substrats
mit dieser freigesetzt werden und verunreinigen so die Druckfarbe.
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All diese Metall-Ionen kreuzverknüpfen das
Polymer, das in der Druckfarbe enthalten ist, was eine Viskositätserhöhung zur
Folge hat, was letztlich zu einem Gelieren der Druckfarbe führt.
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Dementsprechend genügt es, diese
Metall-Ionen zu maskieren, um zu verhindern, dass die Metall-Ionen,
die während
der Elektrokoagulation in die Druckfarbe eingemischt werden, einen
unerwünschten
Anstieg der Viskosität
der Druckfarbe verursachen. Die Menge an Sequestrierungsmittel,
die notwendig ist um solche Metall-Ionen zu maskieren, hängt von
der Konzentration der Metall-Ionen ab, die den unerwünschten
Anstieg der Viskosität
der Druckfarbe verursachen und vom Typ des Sequestrierungsmittels
das verwendet wird, sowie von dem Typ an Polymer, das in der Druckfarbe
enthalten ist.
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Die Menge an zugefügtem Sequestrierungsmittel
sollte nicht so groß sein,
dass sie die Elektrokoagulation des Polymers nachteilig beeinflusst,
da viel Sequestrierungsmittel auch die Metall-Ionen komplexieren würde, die
von der Oberfläche
der positiven Elektrode während
der Beschädigung
des passiven Films freigesetzt werden und die not wendig für die Koagulation
des Polymers sind, was eine Schwierigkeit der Koagulation zur Folge
hat.
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Wenn die Konzentration an Metall-Ionen
wie Eisen(III)-Ionen, die eine Kreuzverknüpfung des Polymers bewirken,
größer als
25 ppm ist, ist die Druckfarbe zu viskos für geeignetes Arbeiten und bei
140 ppm findet die Gelierung der Druckfarbe statt. Damit wird entsprechend
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, das Sequestrierungsmittel in einer solchen Menge
hinzugefügt,
die größer ist
als oder gleich dem ist, was nötig
ist, um die Metall-Ionen wie beispielsweise Eisen(III)-Ionen zu
maskieren, wodurch man sie in einer Menge von höchstens 20 ppm zugegen sein
läßt, und
vorzugsweise in einer Menge von höchstens 15 ppm, und die auch
kleiner ist als oder gleich ist dem was notwendig ist um den Zustand
aufrecht zu erhalten, in dem die Elektrokoagulation der Druckfarbe
stattfindet.
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Die Konzentration an Metall-Ionen
in der Druckfarbe wie Eisen(III)-Ionen steigt mit der Elektrokoagulations-Druckzeit
an und erreicht einen Wert, der so hoch ist wie einige Hundert ppm.
Jedoch das Hinzufügen des
Sequestrierungsmittels erzeugt den Zustand, in dem die Metall-Ionen
in einer kleinen Menge von höchstens
20 ppm vorliegen und befähigen
die Metall-Ionen Elektrokoagulation der Druckfarbe unter Beibehaltung dieses
Zustands zu verursachen.
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Das verwendete Sequestrierungsmittel
ist vorzugsweise ein Chelatisierungsmittel, das Ringstrukturen bildet,
die dabei die Metall-Ionen als zentrale Metall-Atome einschließen. Eine
solche Ringbildung erhöht
die Stabilität
der Bindungen des Metallchelatisierenden Mittels. Eine bevorzugte
Klasse von Chelatisierungsmitteln umfasst Polyaminocarbonsäuren und
deren Salze. Beispiele von Polyaminocarbonsäuren schließen ein: Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA),
Iminodiessigsäure
(IDA), Hydroxyethyliminodiessigsäure
(HIDA), Ethylenbis(hydroxyphenyl-)glycin (EHPG), Hydroxyethylethylendiamintriessigsäure (HEDTA),
Nitrilotriessigsäure (NTA),
Ethylenbis(oxyethylennitrilo-)tetraessigsäure (EGTA), Cyclohexandiamintetraessigsäure (CyDTA),
Diethylentriaminpentaessigsäure
(DTPA), und Triethylentetraminhexaessig säure (TTHA). Besonders bevorzugte
Chelatisierungsmittel sind EDTA und ihre Salze, die leicht verfügbar sind
bei niedrigen Kosten. Diese Chelatisierungsmittel werden bevorzugt
verwendet in einer Menge von 0,01 bis 0,3 Gew.-%, oder noch mehr
bevorzugt in einer Menge von 0,01 bis 0,2 Gew.-%, basierend auf
dem Gesamtgewicht der Druckfarbe.
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Unterdessen steigt für den Fall
des Druckens über
einen längeren
Zeitraum beim Elektrokoagulations-Drucken die Menge an Metall-Ionen
in der Druckfarbe stärker
an, im Gegensatz zu dem Fall von Drucken über einen kurzen Zeitraum wie
oben beschrieben. Daher ist es bevorzugt, Druckfarben für langzeitiges
und kurzzeitiges Drucken herzustellen, die eine unterschiedliche
Menge an Chelatisierungsmittel enthalten. Beispiele für Druckfarbe
wie sie für
kurzzeitiges Drucken verwendet wird, schließt „Arbeits-Druckfarbe" ein, wie sie in dem Fall verwendet
wird, bei dem ein Druckvorgang abgeschlossen ist, zum Beispiel innerhalb
etwa einer Stunde, ohne dass Druckfarbe zugeführt wird. Die Druckfarben,
wie sie für
Langzeitdrucken verwendet werden, sind eingeteilt, zum Beispiel
in „Anfangs-Druckfarbe", die für den Beginn
von einem kontinuierlichen Druckvorgang, der einige Stunden andauert,
genutzt wird bei diskontinuierlichem Hinzufügen der Druckfarbe und „Auffülldruckfarbe", die der Anfangs-Druckfarbe
während
des Druckens hinzugefügt
wird und die für
das Wiederauffüllen
verwendet wird.
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Diese „Arbeits-Druckfarbe" und „Anfangs-Druckfarbe" sind im wesentlichen
die gleichen Typen an Druckfarbe aus der Sicht, dass sie bei Beginn
des Druckens verwendet werden. Die Menge an Polyaminocarbonsäure oder
ihren Salzen, wie sie in diesen Druckfarben verwendet werden, liegt
bei 0,01 bis 0,2 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der Druckfarbe.
Betrachtet man die jeweilige Zeit, in der beide Druckfarben verwendet
werden, liegt die Menge an Polyaminocarbonsäure oder ihrer Salze vorzugsweise
zwischen 0,03 bis 0,1 Gew.-% im Falle der Arbeits-Druckfarbe und
von 0,02 bis 0,1 Gew.-% im Falle der Anfangs-Druckfarbe. Andererseits
liegt im Falle der Auffülldruckfarbe
die Menge an Polyaminocarbonsäure
oder ihrer Salze, wie sie in der Druckfarbe verwendet wird, vorzugsweise
bei 0,1 bis 0,3 Gew.-% und noch bevorzugter bei 0,15 bis 0,2 Gew.-%,
basierend auf dem Gesamtgewicht der Druckfarbe, unter Berücksichtigung
der Maskierung von Metall-Ionen, die die Druckfarbe verunreinigen.
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Wasser wird vorzugsweise verwendet
als flüssiges
Medium, dass das Pigment löst
oder dispergiert, wobei das Dispergiermittel verwendet wird, um
das Pigment einheitlich in dem flüssigen Medium, in dem elektrolytisch
koagulierbaren Polymer und den löslichen
Elektrolyten zu dispergieren und so eine gewünschte Elektrokoagulations-Druckfarbe
zur Verfügung
zu stellen.
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Vorzugsweise umfasst die Druckfarbe
gemäß der vorliegenden
Erfindung weiter ein biozides Mittel um Bakterien- und Schimmel-wachstum
und ähnliches
zu verhindern. Bevorzugte Beispiele von bioziden Mitteln schließen ein:
Natriumdehydroacetat, Natriumbenzoat, Natriumpyrridinthion-1-oxid,
Zinkpyridinthion-l-oxid, und Aminsalze von 1,2-Benzisothiazolin-3-on
oder 1-Benzisothiazolin-3-on. Zum Beispiel kann Gebrauch gemacht
werden von einem bioziden Mittel wie es verkauft wird von der Firma
Gray Products unter der Marke PARMETOL® K-50.
Das biozide Mittel wird vorzugsweise in einer Menge von 0,01 bis
2 Gew.-% verwendet oder noch bevorzugter von 0,1 bis 1 Gew.-%, basierend
auf dem Gesamtgewicht der Druckfarbe.
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Über
die oben genannte Verbindungen hinaus können verschiedene Additive
wie Farbstoffe, Infrarot-Strahlen absorbierende Mittel, UV-Strahlen
absorbierende Mittel, Duftstoffe, Antioxidantien, Anti-Schaummittel,
Silan-Kopplungsmittel, Weichmacher, Flammenhemmungsmittel, Feuchtigkeitsspeichermittel,
organische Lösungsmittel
und oberflächenaktive
Mittel wie gefordert optional hinzugefügt werden entsprechend den Anwendungen
der Druckfarbe der vorliegenden Erfindung.
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Die Druckfarbe der vorliegenden Erfindung
wird hergestellt durch Mischen, Lösen und Dispergieren des oben
erwähnten
elektrolytisch koagulierbaren Polymers, des löslichen Elektrolyten, des Pigments
und des Dispergiermittels, das ein Alkalimetall-Salz des Naphthalinsulfonsäure-Formaldehyd-Polykondensats
der allgemeinen Formel (I) ist und, falls benötigt, andere Additive wie das
Sequestrierungsmittel in dem flüssigen
Me dium. Eine allgemein verwendete Dispergiervorrichtung wie ein
Walzmühle,
eine Kugelmühle,
eine Rohrmühle,
eine Reibungsmühle
(Attritor) und eine Sandmühle
kann verwendet werden. Eine Pigment-Dispersion, die mindestens ein
Pigment, ein Dispergiermittel und ein flüssiges Medium umfaßt, die
eine gewünschte
Partikel-Größenverteilung
hat, kann erhalten werden durch eine geeignete Steuerung der Größe der Mahl-Medien der
Dispergiervorrichtung, der Packungsdichte der Mahl-Medien, der Behandlungszeit
der Dispersion, der Entladungsgeschwindigkeit und der Viskosität der Pigmentdispersion
und dergleichen.
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In dem Fall, wo Bulk-Partikel und
Blasen in der Druckfarbe enthalten sind, ist es wünschenswert,
diese durch Filtration, Entlüftung
und dergleichen zu entfernen, da sie die Elektrokoagulation behindern
und die Bildqualität
herabsetzen. Jeglicher konventionell bekannter Filter und Entlüfter kann
verwendet werden.
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Die Wasserstoff-Ionen-Konzentration
(pH-Wert) der Druckfarbe, die nach den obigen Methoden hergestellt
wird, liegt vorzugsweise in einem Bereich von 3 bis 8, noch bevorzugter
von 3 bis 6, und am meisten bevorzugt von 4 bis 5, gemessen bei
25°C. Wenn
der pH-Wert außerhalb
des Bereichs von 3 bis 8 liegt, verringert sich die optische Dichte
der auf ein Substrat übertragenen
koagulierten Druckfarbe. Eine konventionell bekannte Säure oder
Base wie Salzsäure,
Schwefelsäure,
Essigsäure,
Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und Ammoniumhydroxid kann als pH-Wert-Einstellungsmittel
zum Regulieren des pH-Wertes der Druckfarbe verwendet werden.
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Eine bevorzugte Druckfarben-Formulierung
der vorliegenden Erfindung für
eine Verwendung als Arbeits-, Anfangs- oder Auffüll-Druckfarbe besteht im wesentlichen
aus einer wässrigen
flüssigen
Dispersion, die einen pH-Wert von 3 bis 8 hat und die 60 bis 80
Gew.-% Wasser enthält,
die 4 bis 15 Gew.-% eines elektrolytisch koagulierbaren Polymers
enthält,
die 5 bis 10 Gew.-% eines löslichen
Elektrolyten enthält,
die 5 bis 20 Gew.-% eines Pigments enthält, die 0,05 bis 5 Gew.-% eines
Alkalimetall-Salzes eines Naphthalinsulfonsäure-Formaldehyd-Polykondensats
der allgemeinen Formel (I) enthält,
die 0,01 bis 0,3 Gew.-% von Polyaminocarbonsäure oder eines Salzes davon
ent hält
und die 0,01 bis 2 Gew.-% eines bioziden Mittels enthält, basierend
auf dem Gesamtgewicht der Druckfarbe.
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Nachfolgend wird ein Verfahren für die Benutzung
der Druckfarbe der vorliegenden Erfindung erklärt.
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Elektrokoagulations-Druckapparates 1 zum
Drucken unter Benutzung der Druckfarbe der vorliegenden Erfindung.
Der Apparat 1 ist ausgestattet mit einer Grundplatte 5,
aufgestellt auf einer Vielzahl von Fußteilen 3. Eine Mehrzahl
von nach oben gerichteten Gestellen 7 sind auf der Grundplatte 5 montiert.
Ein Paar senkrechter Platten 9 wird an den oberen Teilen
des Gestells 7 angeordnet. Eine sich drehende zylindrische
positive Elektrode 11, die von einem Antriebsmotor (nicht
gezeigt) frei in Umlauf gesetzt werden kann, ist zwischen den vertikalen
Platten 9 angeordnet. Die positive Elektrode 11 kann
sich in eine Richtung senkrecht zum Papier in 1 ausdehnen und hat eine aktive Oberfläche, die einen
passiven Oxidfilm aufweist.
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Der Elektrokoagulations-Druckapparat 1 umfasst
auch: ein Beschichtungsmittel 13 entlang der positiven
Elektrode 11, um eine ölige
Substanz wie eine olefinische Verbindung auf die aktive Oberfläche der
positiven Elektrode aufzubringen, um Mikrotropfen der öligen Substanz
auf der aktiven Oberfläche
der positiven Elektrode zu formen; Druckfarben-Zuführungsmittel 15 zum
Zuführen
der Druckfarbe der vorliegenden Erfindung auf die positive Elektrode;
und ein Druckkopf 19, der eine negative Elektrode 17 hat,
der auf der aktiven Oberfläche
der positiven Elektrode eine Mehrzahl von Punkten von farbiger,
koagulierter Druckfarbe bildet, die für ein gewünschtes Bild stehen, und zwar
durch die Elektrokoagulation der Druckfarbe. Der Apparat 1 umfasst weiter
ein Entfernungsmittel 21, wie einen Gummischaber zur Entfernung
der nichtkoagulierten Druckfarbe von der aktiven Oberfläche der
positiven Elektrode. Der Elektrokoagulations-Druckapparat 1 umfasst
weiter eine Druckwalze 23 als Mittel, durch das die resultierende
Mehrzahl an Punkten von farbiger, koagulierter Druckfarbe, die auf
der aktiven Oberfläche
der positiven Elektroden gebildet wurden und für ein gewünschtes Bild stehen, mit einem
Substrat W kontaktiert wird um die Punkte von farbiger, koagulierter
Druckfarbe von der aktiven Oberfläche der positiven Elektrode
auf das Substrat zu überlagen
und dabei das Bild auf das Substrat zu drucken.
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Ein Reinigungsmittel 25 zur
Reinigung der aktiven Oberfläche
der positiven Elektrode um übrigbleibende
koagulierte Druckfarbe von der aktiven Oberfläche der positiven Elektrode
zu entfernen ist unterhalb der positiven Elektrode 11 angeordnet.
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Aufgrund von einer solchen Struktur
werden Mikrotropfen einer öligen
Substanz durch das Beschichtungsmittel 13 auf die aktive
Oberfläche
der sich drehenden positiven Elektrode 11 aufgetragen und
die Druckfarbe der vorliegenden Erfindung wird dann dem Zwischenraum
zugeführt,
der zwischen den negativen Elektroden 17 des Druckkopfes 19 und
der positiven Elektrode 11 definiert ist, und zwar durch
die Druckfarben-Zuführungseinrichtung 15.
Die zugeführte
Druckfarbe bildet Tropfen von koagulierter Druckfarbe durch elektrische
Aufladung der positiven und negativen Elektroden und die nicht-koagulierte
Druckfarbe wird von der aktiven Oberfläche der positiven Elektrode
mit einem Gummischaber 21 entfernt.
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Dann wird das Substrat W mit den
Punkten aus koagulierter Druckfarbe in Kontakt gebracht, die auf der
aktiven Oberfläche
der positiven Elektrode an einer Stelle zwischen der positiven Elektrode 11 und
der Druckwalze 23 gebildet wurden um die Punkte an koagulierter
Druckfarbe auf das Substrat W zu übertragen und dadurch das Substrat
zu bedrucken.
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Vielfarb-Drucken kann durch das Vorbereiten
einer gewünschten
Zahl an Elektrokoagulations-Druckapparaten 1, wie sie in 1 gezeigt wird, und aufeinanderfolgendes
Drucken mit Elektrokoagulations-Druckfarben von gewünschten
Farben in jedem Elektrokoagulations-Druckapparat erreicht werden.
Zum Beispiel kann ein Prozess-Druck ausgeführt werden, indem man 4 Elektrokoagulations-Druckapparate 1,
wie sie in 1 gezeigt
werden, in Tandem-Anordnung anordnet und unter Verwendung von gelber,
cyanfarbener, roter und schwarzer Druckfarbe in jedem Apparat nacheinanderfolgend
druckt.
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Die vorliegende Erfindung wird detaillierter
erklärt
durch Bezug auf die folgenden Beispiele, mit denen jedoch nicht
beabsichtigt ist, die vorliegende Erfindung einzuschränken, Variationen
davon können
dabei gemacht werden ohne von dem technischen Anwendungsbereich
der Erfindung abzuweichen.
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Beispiel 1
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Eine cyanfarbene Druckfarben-Zusammensetzung,
die als Arbeits-Druckfarbe verwendbar ist, wurde aus folgenden Bestandteilen
hergestellt:
Entmineralisiertes
Wasser | 72,18
Gew.-% |
Pigment,
verkauft unter der Marke Hostaperm® Blue
B2G | 10,49
Gew.-% |
Anionisches
Dispergiermittel, verkauft unter der Marke CLOSPERSE® 2500 | 1,78
Gew.-% |
Anionisches
Acrylamid-Polymer, verkauft unter der Marke ACCOSTRENGTH® 86 | 6,99
Gew.-% |
Kaliumchlorid | 8,39
Gew.-% |
Dinatrium-EDTA-Dihydrat,
verkauft unter der Marke SEQUESTRENE® NA2 | 0,03
Gew.-% |
Biozides
Mittel, verkauft unter der Marke PARMETOL® K-50 | 0,14
Gew.-% |
| 100,00 Gew.-% |
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Das Pigment wurde zuerst in Wasser
mit einem Dispergiermittel dispergiert unter Benutzung einer Sandmühle. Das
Acrylamid-Polymer wurde dann der resultierenden Dispersion hinzugefügt, gefolgt
von der Zugabe von Kaliumchlorid und dem bioziden Mittel. Nachdem
das Chelatisierungsmittel SEQUESTRENE® NA2
beigemischt war, wurde die Lösung
filtrtert und entlüftet.
Die Elektrokoagulations-Druckfarbe hatte damit einen pH-Wert von
4,5 und eine Oberflächenspannung
von 55·10–5 N/cm
(55 dyn/cm).
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Die obige Arbeits-Druckfarbe wurde
in einem Elektrokoagulations-Druckapparat vom Typ her verwendet,
wie er beschrieben ist, in dem oben erwähnten U.S. Patent Nr. 4,895,629,
gezeigt in 1. Die Viskosität der Druckfarbe
während
des Elektrokoagulations-Druckens lag bei 360 mPa s (360 cps) und
blieb im wesentlichen konstant für
einen Zeitraum von ungefähr
1 h. Die koagulierte Druckfarbe, die auf das Substrat transferiert
wurde hatte eine optische Dichte von 1,45. Der geschaffene farbige
Hintergrund auf dem Substrat hatte ein optische Dichte von 0,02.
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Beispiel 2
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Eine gelbfarbene Druckfarben-Zusammensetzung,
die als Anfangs-Druckfarbe verwendbar ist, wurde aus folgenden Bestandteilen
zusammengesetzt:
Entmineralisiertes
Wasser | 71,18
Gew.-% |
Pigment,
verkauft unter der Marke Permanent Gelb DGR | 11,72
Gew.-% |
Anionisches
Dispergiermittel, verkauft unter der Marke CLOSPERSE® 2500 | 1,76
Gew.-% |
Anionisches
Acrylamid-Polymer, verkauft unter der Marke ACCOSTRENGTH® 86 | 6,90
Gew.-% |
Kaliumchlorid | 8,28
Gew.-% |
Dinatrium-EDTA-Dihydrat,
verkauft unter der Marke SEQUESTRENE® NA2 | 0,02
Gew.-% |
Biozides
Mittel, verkauft unter der Marke PARMETOL® K-50 | 0,14
Gew.-% |
| 100,00 Gew.-% |
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Eine gelbfarbene Druckfarben-Zusammensetzung,
die als Auffüllungs-Druckfarbe
verwendbar ist, wurde aus folgenden Bestandteilen zusammengesetzt:
Entmineralisiertes
Wasser | 72,37
Gew.-% |
Pigment,
verkauft unter der Marke Permanent Gelb DGR | 10,81
Gew.-% |
Anionisches
Dispergiermittel, verkauft unter der Marke CLOSPERSE® 2500 | 1,62
Gew.-% |
Anionisches
Acrylamid-Polymer, verkauft unter der Marke ACCOSTRENGTH® 86 | 6,36
Gew.-% |
Kaliumchlorid | 8,55
Gew.-% |
Dinatrium-EDTA-Dihydrat,
verkauft unter der Marke SEQUESTRENE® NA2 | 0,15
Gew.-% |
Biozides
Mittel, verkauft unter der Marke PARMETOL® K-50 | 0,14
Gew.-% |
| 100,00 Gew.-% |
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Beide, die Anfangs-Druckfarbe und
die Auffüllungs-Druckfarbe
wurden hergestellt in der gleichen Weise wie die Arbeits-Druckfarbe
in Beispiel 1. Beide damit erhaltenen Druckfarben hatten einen pH-Wert
von 4,3 und eine Oberflächenspannung
von 55·10–5 N/cm
(55 dyn/cm).
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Die oben genannte Anfangs-Druckfarbe
wurde dafür
verwendet, um ein kontinuierliches Drucken, das über mehrere Stunden dauerte,
zu beginnen, in dem gleichen Elektrokoagulations-Druckapparat wie
in Beispiel 1. Da das Niveau der Druckfarbe sich in dem Druckfarben-Zufuhrleitung
verminderte, wurde die Druckfarbe mit der obigen Auffüllungs-Druckfarbe
aufgefüllt,
um ein konstantes Druckfarben-Niveau zu erhalten. Die Druckfarben-Viskosität lag bei
350 mPa s (350 cps) und blieb im wesentlichen konstant während des
ganzen Druckens.
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Beispiel 3
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Beispiel 1 wurde wiederholt mit der
Ausnahme, dass das Pigment und das Chelatisierungsmittel in der Arbeits-Druckfarbe
waren jeweils permanent Rubin F6B und EDTA, verkauft unter der Marke
SEQUTESTRENE® AA.
Die damit erhaltene Arbeits- Druckfarbe
hatte eine Viskosität
von 380 mPa s (380 cps), einen pH-Wert von ungefähr 4,2 und eine Oberflächenspannung
von 47·10–5 N/cm
(47 dyn/cm). Die Druckfarben-Viskosität während des
Druckens unter Verwendung des oben erwähnten Elektrokoagulations-Druckapparates
blieb im wesentlichen konstant während
des ganzen Drukkens. Im wesentlichen wurden die gleichen Ergebnisse
wie in Beispiel 1 erhalten.
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Beispiel 4
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Beispiel 1 wurde wiederholt mit der
Ausnahme, dass das Pigment und das Chelatisierungsmittel in der Arbeits-Druckfarbe
zugegen waren, in eine Menge von 8,00 Gew.-% von Ruß Monarch® 120
und 0,03 Gew.-% an DTPA, verkauft unter der Marke CHEL® DTPA,
und daß die
Menge an verwendetem Dispergiermittel und entmineralisiertem Wasser,
0,31 Gew.-% bzw. 67,14 Gew.-% waren. Die damit erhaltene Arbeits-Druckfarbe hatte
eine Viskosität
von 370 mPa s (370 cps), einen pH-Wert von 4,1 und eine Oberflächenspannung
von 42·10–5 N/cm
(42 dyn/cm). Die Druckfarben-Viskosität während des Druckens blieb im
wesentlichen konstant während
des ganzen Druckens. Im wesentlichen wurden die gleichen Ergebnisse
wie in Beispiel 1 erhalten.
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Vergleichsbeispiel 1
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Eine Arbeits-Druckfarbe wurde in
der gleichen Weise hergestellt wie in Beispiel 4, außer dass
ein nicht-ionisches Dispergiermittel, verkauft durch ICI Canada
Inc. unter der Marke SOLSPERESE® 27000
als Dispergiermittel verwendet wurde. Die Viskosität, der pH-Wert
und die Oberflächenspannung
der resultierenden Arbeits-Druckfarbe lagen bei 570 mPa s (570 cps),
4,1 bzw. 40·10–5 N/cm
(40 dyn/cm). Drucken unter Verwendung dieser Arbeits-Druckfarbe
wurde unter Verwendung des oben erwähnten Elektrokoagulations-Druckapparates
ausgeführt.
Einige Defekte in dem Bild, die von dem Gas verursacht wurden, das
an den negativen Elektroden während
des Elektrokoagulations-Druckens
erzeugt wurden, wurden auf dem Substrat beobachtet. Die optische
Dichte der koagulierten Druckfarbe, die auf das Substrat transferiert
wurde, hatte einen niedrigen Wert von 1,25. Die optische Dichte
von einem auf dem Substrat gebildeten unerwünschten gefärbten Hintergrund lag bei 0,07.
Außerdem
wurde, nachdem die Druck farbe für
24 Stunden stehen gelassen wurde, beobachtet, dass Pigment-Partikel
ausfielen, was zu einer Phasen-Trennung führte, was ein mechanisches
Rühren erfordert
um das Pigment in der Druckfarbe wieder zu dispergieren.
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Vergleichsbeispiel 2
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Eine Arbeits-Druckfarbe wurde in
der gleichen Weise hergestellt wie in Beispiel 4, außer dass
ein nicht-ionisches Dispergiermittel, das durch die Firma ICI Canada
Inc. unter der Marke SOLSPERSE® 20000 verkauft wird,
als Dispergiermittel verwendet wurde. Die Viskosität, der pH-Wert
und die Oberflächenspannung von
der resultierenden Arbeits-Druckfarbe lagen bei 800 mPa s (800 cps),
4,1 bzw. 25·10–5 N/cm
(25 dyn/cm). Beim Drucken unter Verwendung dieser Arbeits-Druckfarbe
und des oben erwähnten
Elektrokoagulations-Druckapparates war die optische Dichte der koagulierten
Druckfarbe, die auf das Substrat transferiert wurde, die gleiche
wie in Beispiel 4. Jedoch wurden einige Defekte an einem Bild, die
durch die Gasentwicklung an den negativen Elektroden während des
Elektrokoagulations-Drucken hervorgerufen wurden, auf dem Substrat
beobachtet, und die optische Dichte des unerwünschten gefärbten Hintergrunds, der auf
dem Substrat gebildet wurde, lag bei 0,22.