DE69914848T2

DE69914848T2 - Emulsionstinte für den Schablonendruck

Info

Publication number: DE69914848T2
Application number: DE1999614848
Authority: DE
Inventors: Sadanao Inashiki-gun Okuda; Hiromichi Inashiki-gun Yamada
Original assignee: Riso Kagaku Corp
Current assignee: Riso Kagaku Corp
Priority date: 1998-10-19
Filing date: 1999-09-28
Publication date: 2004-12-30
Anticipated expiration: 2019-09-29
Also published as: JP3571233B2; JP2000119581A; EP0995779B1; EP0995779A1; DE69914848D1; US6190444B1; CN1185312C; CN1251378A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Emulsionstinte für den Schablonendruck, insbesondere eine Emulsionstinte, deren Viskosität sich im Laufe der Zeit wenig verändert, und die stabil Drucke hoher Qualität liefern kann.
Beim Schablonendrucken wird eine Druckschablone perforiert, um eine Vorlage herzustellen, und Tinte durch die perforierten Bereiche auf einen zu bedruckenden Gegenstand, wie Druckpapier, gedrückt. Da die Herstellung einer Vorlage einfach ist, wird Schablonendrucken in vielen Bereichen angewendet.
Gewöhnlich werden Wasser-in-Öl(W/O)-Emulsionstinten zum Schablonendrucken verwendet, wie beispielsweise in JP 61-255967 A , JP 64-14284 A, JP 4-132777 A, JP 5-117565 A und JP 7-179799 A offenbart. Jedoch weisen diese Wasser-in-Öl(W/O)-Emulsionstinten den Nachteil auf, dass sich ihre Viskosität im Lauf der Zeit verringert.
Um dieses Problem zu lösen wurde vorgeschlagen, bestimmte oberflächenaktive Stoffe, beispielsweise Isostearate mehrwertiger Alkohole (JP 7-157701 A), Polyglycerin-Fettsäureester-Emulgatoren (JP 6-145577 A), Sorbitolester gesättigter oder ungesättigter Fettsäuren mit 12–24 Kohlenstoffatomen ( JP 6-145576 A ) oder Oxyfettsäureester mehrwertiger Alkohole, wie Polyglycerin, Zucker und Zuckeralkohole (JP 3-78433 B), zu verwenden. Es wurde weiter vorgeschlagen, oberflächenaktive Stoffe mit einem bestimmten HLB-Wert zu verwenden (JP 6-329970 A, JP 6-220383 A und JP 6-49401 A). Jedoch kann keiner dieser Ansätze eine ausreichende Stabilität der Emulsion gewährleisten.
Des weiteren wurde vorgeschlagen, ein wasserlösliches Magnesium zu der Wasserphase der Wasser-in-Öl(W/O)-Emulsion zu geben, um die Stabilität der Emulsion zu verbessern ( JP 7-150091 A ). Durch dieses Verfahren kann keine zufriedenstellende Stabilität der Emulsion erreicht werden.
Des weiteren offenbart die US-A-5 800 599 eine Wasser-in-Öl(W/O)-Emulsionstinte für den Schablonendruck, welche eine Ölphase und eine wässrige Phase enthält. Die Ölphase enthält ein Pigment und ein Harz mit relativ hohem Molekulargewicht (Gewichtsmittel) zwischen 25 000 und 150 000. Die Wasserphase enthält ein zweiwertiges oder dreiwertiges Metallsalz und ein einwertiges Metallsalz, welches Alkalinität aufweist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die Probleme bei den konventionellen Techniken zu lösen und eine Emulsionstinte für den Schablonendruck zur Verfügung zu stellen, deren Viskosität sich im Lauf der Zeit weniger verändert und die stabil Drucke hoher Qualität liefern kann.
Als Ergebnis intensiver Studien durch die Anmelder stellte sich heraus, dass die Stabilität einer Emulsion in Wasser-in-Öl(W/O)-Emulsionstinten bemerkenswert verbessert werden kann, wenn in der Ölphase eine Harzkomponente mit einer freien Carbonsäuregruppe oder eine höhere Fettsäure, und in der Wasserphase ein zweiwertiges oder dreiwertiges Metallsalz und ein einwertiges Metallsalz, welches Alkalinität aufweist, enthalten sind. Das einwertige Metallsalz, welches Alkalinität aufweist, ist wenigstens in einer Menge enthalten, die äquivalent zu der freien Carbonsäuregruppe der in der Ölphase enthaltenen Harzkomponente und höheren Fettsäure ist. Das zweiwertige oder dreiwertige Metallsalz ist in wenigstens einer Menge enthalten, die äquivalent zu der freien Carbonsäuregruppe der in der Ölphase enthaltenen Harzkomponente und höheren Fettsäure ist.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung eine Wasser-in-Öl(W/O)-Emulsionstinte für den Schablonendruck mit einer Ölphase und einer Wasserphase, wobei die Ölphase eine Harzkomponente mit einer freien Carbonsäuregruppe oder eine höhere Fettsäure und die Wasserphase ein zweiwertiges oder dreiwertiges Metallsalz und ein einwertiges Metallsalz, welches Alkalinität aufweist, enthält. Das einwertige Metallsalz, welches Alkalinität aufweist, ist in wenigstens einer Menge enthalten, die äquivalent zu der freien Carbonsäuregruppe der in der Ölphase enthaltenen Harzkomponente und höheren Fettsäure ist. Das zweiwertige oder dreiwertige Metallsalz ist in wenigstens einer Menge enthalten, die äquivalent zu der freien Carbonsäuregruppe der in der Ölphase enthaltenen Harzkomponente und höheren Fettsäure ist.
Erfindungsgemäß wird die Stabilität der Emulsion der Tinte bemerkenswert verbessert durch den Gehalt einer Harzkomponente mit einer freien Carbonsäuregruppe oder einer höheren Fettsäure in der Ölphase und der Co-Existenz eines zweiwertigen oder dreiwertigen Metallsalzes und eines einwertiges Metallsalzes, welches Alkalinität aufweist, in der Wasserphase. Es wird vermutet, dass diese Verbesserung durch die Reaktion der freien Carbonsäure der Harzkomponente oder höheren Fettsäure mit dem zweiwertigen oder dreiwertigen Metallsalz in einer Zwischenflächenschicht der Emulsion, also einem Bereich, in dem die Wasserphase und die Ölphase miteinander in Kontakt treten, so dass eine Metallseife gebildet und dadurch die Grenzflächenschicht fester wird, zustande kommt.
Ohne Festlegung auf diese Theorie wird angenommen, dass in der Tinte der vorliegenden Erfindung zunächst eine Alkaliseife durch die Reaktion gemäß folgender Formel (1) und anschließend eine Metallseife durch die doppelte Zerfallsreaktion gemäß folgender Formel (2), in der zwei Verbindungen ihre Komponenten austauschen, um zwei neue Verbindungen herzustellen, gebildet wird. RCOO-H + XY → RCOO-X + H-Y (1) worin RCOO-H eine Harzkomponente mit einer freien Carbonsäuregruppe oder eine höhere Fettsäure, XY ein einwertiges Metallsalz mit Alkalinität und RCOO-X eine Alkaliseife sind. nRCOO-X + AB → (RCOO)_n-A + X_n-B (2)worin n 2 oder 3, AB ein zweiwertiges oder dreiwertiges Metallsalz, wobei A ein Metall ist, und (RCOO)_n-A eine Metallseife sind.
Es wird angenommen, dass die Metallseife in der Zwischenflächenschicht der Emulsion gebildet wird. Vermutlich wird sie, da die Carbonsäuregruppe (-COOH) in der Harzkomponente oder höheren Fettsäure zu der Wasserphasenseite orientiert ist, unlöslich in Wasser, wodurch die Reaktion der Formel (2) unmittelbar abläuft und eine Metallseife gebildet wird, wodurch im Ergebnis die Stabilität der Emulsion verbessert wird.
Die Emulsionstinte für den Schablonendruck der vorliegenden Erfindung wird beispielsweise dadurch hergestellt, dass nach und nach 90–10 Gew.-% der Wasserphase zu 10–90 Gew.-% der Ölphase gegeben werden und die Mischung emulgiert wird.
In der erfindungsgemäßen Emulsionstinte für den Schablonendruck kann ein Farbmittel in der Ölphase und/oder Wasserphase enthalten sein. Als Farbmittel können bekannte Pigmente verwendet werden, bei Einfarbigkeit zählen dazu beispielsweise Ruße, wie Ofenruß, Lampenruß, Acetylenruß und Kanalruß, Metalle, wie Kupfer, Eisen und Titanoxid, und organische Pigmente, wie Phthalocyaninpigmente, lösliche Azopigmente, unlösliche Azopigmente und Quinacridonpigmente.
In der erfindungsgemäßen Emulsionstinte für den Schablonendruck enthält die Ölphase im wesentlichen ein Lösungsmittel, einen Emulgator und eine Harzkomponente mit einer freien Carbonsäuregruppe oder eine höhere Fettsäure.
Die Harzkomponente mit einer freien Carbonsäuregruppe ist bevorzugt ein Alkydharz, ein rosin-modifiziertes Phenolharz, ein Maleinsäureharz oder ein Rosinharz.
Als höhere Fettsäure können beispielsweise Ölsäure, Isostearinsäure, Stearinsäure, Palmitinsäure, Laurinsäure, Beheninsäure, Ricinolsäure, Hydroxyfettsäuren und Tallöl-Fettsäuren verwendet werden.
Der Gehalt an der Harzkomponente oder höheren Fettsäure beträgt bevorzut 0,5–30 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Emulsionstinte. Wenn die Menge innerhalb des obigen Bereichs liegt, wird eine ausreichende Menge an Metallseife in der Zwischenflächenschicht der Emulsionstinte gebildet, wodurch die Stabilität der Emulsion erhöht werden kann.
Als Lösungsmittel kann ein nicht-flüchtiges oder flüchtiges Lösungsmittel verwendet werden. Bei dem nicht-flüchigen Lösungsmittel handelt es sich beispielsweise um Mineralöle, wie Motoröl, Spindelöl, Maschinenöl und flüssiges Paraffin, oder pflanzliche Öle, wie Olivenöl, Rizinusöl und Salatöl. Bei dem flüchtigen Lösungsmittel handelt es sich um bekannte Lösungsmittel des Mineralöltyps oder pflanzliche Öle.
Der Emulgator, der der Ölphase zugegeben wird, wird verwendet, um eine Wasser-in-Öl(W/O)-Emulsion zu bilden; es handelt sich bevorzugt um einen nicht-ionischen grenzflächenaktiven Stoff. Als beispielhafte grenzflächenaktive Stoffe seien Sobitanester höherer Fettsäuren, wie Sorbitanmonolaurat, Sorbitanmonopalmitat und Sorbitansesquioleat, Fettsäureglyceride, wie Ölsäuremonoglycerid und Ölsäurediglycerid, und Ethylenoxidaddukte höherer Alkohole, Alkylphenole und Fettsären erwähnt.
Wenn ein Farbmittel in der Wasserphase enthalten ist, kann die Wasserphase der Tinte grenzflächenaktive Stoffe enthalten, um das Farbmittel zu dispergieren oder die Öl-in-Wasser(O/W)-Emulsion zu bilden. In diesem Fall werden die Emulgatoren be vorzugt derart ausgewählt, dass die Wasser-in-Öl(W/O)-Emulsion nicht durch die grenzflächenaktiven Stoffe zerstört wird.
Wenn das Farbmittel in der Ölphase enthalten ist, wird bevorzugt eine Harzkomponente der Ölphase zugegeben, um die Druckfähigkeit zu verbessern. Als Harze können die oben erwähnten Harzkomponenten, wie Alkydharze, rosin-modifizierte Phenolharze, Maleinsäureharze und Rosinharze, und außerdem Phenolharze und Petroleumharze verwendet werden.
Bei der erfindungsgemäßen Emulsionstinte für den Schablonendruck wird die Wasserphase im wesentlichen dadurch hergestellt, dass das zweiwertige oder dreiwertige Metallsalz und des einwertigen Metallsalzes, welches Alkalinität aufweist, in Wasser gelöst werden. Die Wasserphase kann außerdem eine Öl-in-Wasser(O/W)-Emulsion eines Harzes oder ein wasserlösliches Harz enthalten, um die Fixierung des Farbmittels zu verbessern. Außerdem kann die Wasserphase ein Benetzungsmittel, einen Elektrolyten und ein Antioxidationsmittel enthalten.
Zu zweiwertigen oder dreiwertigen Metallsalzen zählen beispielsweise wasserlösliche Metallsalze, wie Sulfate, Nitrate, Borate, Acetate, Phosphate und Zitrate von Calcium, Magnesium oder Aluminium. Das zweiwertige oder dreiwertige Metallsalz ist wenigstens in einer äquivalenten Menge zu den freien Carbonsäuregruppen der in der Ölphase enthaltenen Harzkomponente oder höheren Fettsäure enthalten. Hierbei bedeutet die Bezeichnung "äquivalente Menge" die Menge an Metallsalz, welche notwendig ist, um gemäß Formel (2) mit allen freien Carbonsäuregruppen der Alkaliseife, die gemäß Formel (1) gebildet wurden, zu reagieren. Die Menge an freien Carbonsäuregruppen kann anhand des Säuregrads bestimmt werden. Der Säuregrad ist definiert durch die Menge (mg) an Kaliumhydroxid, welche zur Neutralisierung der in 1 g Öl oder Fett vorliegenden freien Fett säuren notwendig ist. Aus dem resultierenden Wert kann die Menge an Carbonsäuregruppen der Fettsäure erhalten werden.
Bei den einwertigen Metallsalzen kann es sich um solche handeln, die sich in Wasser lösen und eine alkalische Lösung bilden. Beispielhaft seien die Alkalimetallsalze Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid und außerdem Borax, Natriumhydrogencarbonat, Dinatriumhydrogenphosphat und Dikaliumhydrogenphosphat genannt. Das einwertige Metallsalz ist in wenigstens einer äquivalenten Menge zu der freien Carbonsäuregruppe der in der Ölphase enthaltenen Harzkomponente oder höheren Fettsäure enthalten. Hierbei bedeutet der Ausdruck "äquivalente Menge" eine Menge an Metallsalz, die notwendig ist, um mit allen freien Carbonsäuregruppen der Harzkomponente oder höheren Fettsäure gemäß der obigen Formel (1) zu reagieren.
Zu Beispielen für die Öl-in-Wasser(O/W)-Harzemulsion zählen Emulsionen von Harzen, wie Polyvinylacetat, Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, Vinylacetat-Acrylat-Copolymer, Polymethacrylate, Polystyrol, Styrol-Acrylat-Copolymer, Styrol-Butadien-Copolymer, Vinylidenchlorid-Acrylat-Copolymer, Polyvinylchlorid, Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymer und Polyurethan.
Zu Beispielen für das wasserlösliche Harz zählen Polyvinylalkohol, Methylzellulose, Carboxymethylzellulose, Hydroxymethylzellulose, Polyvinylpyrrolidon, Polyethylen-Polyvinylalkohol-Copolymer, Polyethylenoxid, Polyvinylether, Polyacrylamid, Gummiarabikum, Stärke und wasserlösliches Polyurethan.
Die Menge der Harzemulsion oder des wasserlöslichen Harzes beträgt bevorzugt 1–20 Gew.-%, bevorzugter 2–10 Gew.-%, Feststoffgehalt, bezogen auf die Gesamtmenge der Emulsionstinte. Wenn die Menge weniger als 1 Gew.-% beträgt, wird das in der Wasserphase enthaltene Farbmittel nicht vollständig auf dem zu bedruckenden Gegenstand fixiert; wenn sie mehr als 20 Gew.-% beträgt, bilden die Tinten einen Film auf den Perforationen der Druckschablone und es wird schwierig, sie durch die Perforationen zu passieren, wenn sie für einen längeren Zeitraum auf der Druckschablone verbleiben.
Wenn die Harzemulsion oder das wasserlösliche Harz leicht mit dem Metallsalz reagiert, wird bevorzugt die Harzemulsion oder das wasserlösliche Harz getrennt von der Wasserphase, welche das Metallsalz enthält, der Ölphase zugegeben. Beispielsweise wird die Wasserphase, welche das Metallsalz enthält, zu der Ölphase gegeben, um die Emulgierung zu bewirken, und anschließend, getrennt davon, die Wasserphase, welche die Harzemulsion oder das wasserlösliche Harz enthält, der Ölphase zugegeben, um Emulgierung zu bewirken.
Bei den Benetzungsmitteln handelt es sich beispielsweise um mehrwertige Alkohole, wie Ethylenglycol, Sorbitol und Glycerin, und Polyethylenglycol.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird detaillierter anhand der folgenden Beispiele erläutert. In den Beispielen bedeutet der Ausdruck "Teil (e)" "Gewichtsteil (e)".
Beispiel 1
Es wurde eine Emulsionstinte für den Schablonendruck gemäß der in Tabelle 1 wiedergegebenen Formulierung hergestellt.
Zunächst wurden Ruß, Alkydharz und ein Teil No. 5-Lösungsmittel (hergestellt von Nippon Oil Co., Ltd.) durch eine Drei-Walzen-Mühle dispergiert, um eine Dispersion herzustellen. Anschließend wurden zu dieser Dispersion das übrige No. 5-Lösungsmittel und Sorbitansesquioleat gegeben, um eine Ölphase zu erhalten. Separat wurden Wasser, Magnesiumsulfat, Natriumhydroxid und Ethylenglycol gemischt, um eine Wasserphase zu erhalten. Diese Wasserphase wurde nach und nach zu der Ölphase gegeben und die Emulgierung durch einen Hochgeschwindigkeitsrührer durchgeführt, wodurch eine Wasser-in-Öl(W/O)-Emulsionstinte für den Schablonendruck gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurde.
Beispiele 2–4 und Vergleichsbeispiele 1–3
Es wurden Emulsionstinten für den Schablonendruck auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 gemäß den in Tabelle 1 wiedergegebenen Formulierungen hergestellt.
Testbeispiele
Die in den Beispielen 1–4 und Vergleichbeispielen 1–3 hergestellten Emulsionstinten für den Schablonendruck wurden 3 Monate bei 50°C stehen gelassen und dann betrachtet, um zu bestimmen, ob eine Zerstörung der Emulsion der Tinten auftrat oder nicht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben. Wenn keine Zerstörung der Emulsion und keine wesentliche Änderung der Viskosität beobachtet wurden, ist dies mit einem "(–)" angegeben, wenn eine signifikante Zerstörung oder Viskositätsänderung beobachtet wurden, ist dies mit einem "(+)" angegeben.
Aus den Ergebnissen von Tabelle 1 wird deutlich, dass die erfindungsgemäße Emulsionstinte für den Schablonendruck keine Zerstörung der Emulsion und keine wesentliche Änderung der Viskosität im Vergleich zu den Tinten der Vergleichsbeispiele aufweist.
Erfindungsgemäß ist eine Harzkomponente mit einer freien Carbonsäuregruppe oder eine höhere Fettsäure in einer Ölphase einer Wasser-in-Öl(W/O)-Emulsionstinte für den Schablonendruck enthalten; ein zweiwertiges oder dreiwertiges Metallsalz und ein einwertiges Metallsalz, welches Alkalinität aufweist, sind in einer Wasserphase der Tinte enthalten, wobei eine Metallseife in einer Zwischenflächenschicht der Emulsion gebildet wird. Im Ergebnis wird die Grenzflächenschicht verfestigt, und es kann eine Emulsionstinte für den Schablonendruck mit verbesserter Emulsionsstabilität erhalten werden.

Claims

Wasser-in-Öl(W/O)-Emulsionstinte für den Schablonendruck mit einer Ölphase und einer Wasserphase, wobei die Ölphase eine Harzkomponente mit einer freien Carbonsäuregruppe oder eine höhere Fettsäure enthält, und wobei die Wasserphase ein zweiwertiges oder dreiwertiges Metallsalz und ein einwertiges Metallsalz, welches Alkalinität aufweist, enthält, wobei das einwertige Metallsalz, welches Alkalinität aufweist, wenigstens in einer Menge enthalten ist, die äquivalent zu der freien Carbonsäuregruppe der in der Ölphase enthaltenen Harzkomponente und höheren Fettsäure ist, und wobei das zweiwertige oder dreiwertige Metallsalz wenigstens in einer Menge enthalten ist, die äquivalent zu der freien Carbonsäuregruppe der in der Ölphase enthaltenen Harzkomponente und höheren Fettsäure ist.
Emulsionstinte für den Schablonendruck gemäß Anspruch 1, wobei es sich bei der Harzkomponente, welche eine freie Carbonsäuregruppe aufweist, um ein Alkydharz, ein rosin-modifiziertes Phenolharz, ein Maleinsäureharz und/oder ein Rosinharz handelt.
Emulsionstinte für den Schablonendruck gemäß Anspruch 1, wobei das einwertige Metallsalz, welches Alkalinität aufweist, ein Alkalimetallsalz, Borax, Natriumhydrogencarbonat, Dinatriumhydrogenphosphat oder Dikaliumhydrogenphosphat ist.
Emulsionstinte für den Schablonendruck gemäß Anspruch 1, wobei das zweiwertige oder dreiwertige Metallsalz ein Sulfat, Nitrat, Borat, Acetat, Phosphat oder Zitrat von Calcium, Magnesium oder Aluminium ist.
Emulsionstinte für den Schablonendruck gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Harzkomponente oder die höhere Fettsäure in einer Menge von 0,5 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Emulsionstinte, enthalten ist.