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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine rasch trocknende Tintenzusammensetzung
zum Tintenstrahldrucken, die sich zum Bedrucken von Glasoberflächen eignet,
die während
des Bedruckens feuchten Bedingungen ausgesetzt sein können.
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Tintenstrahldrucken
ist eine bekannte Technik, bei der das Drucken ohne Kontakt zwischen
der Druckvorrichtung und dem Substrat, auf das die gedruckten Zeichen
aufgebracht werden, erfolgt. Kurz beschrieben wird bei der Technik
des Tintenstrahldruckens ein Strom von Tintentröpfchen auf eine Oberfläche projiziert
und die Richtung des Stroms elektronisch gesteuert, so dass bewirkt
wird, dass die Tröpfchen
die gewünschte Druckinformation
auf dieser Oberfläche
bilden.
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Die
Technik des Tintenstrahldruckens oder kontaktlosen Druckens eignet
sich besonders für
das Ausbringen von Zeichen auf unregelmäßig geformte Oberflächen wie
z.B. Glas-, Metall- oder Kunststoffbehälter, die im Allgemeinen für die Aufnahme
von Getränken,
Kosmetika, Medikamenten, Alkohol und Gesundheitspflegeprodukten
verwendet werden.
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Übersichten
verschiedener Aspekte des Tintenstrahldruckens lassen sich in folgenden
Publikationen finden: Kuhn et al., Scientific American, April 1979,
162–178
und Keeling, Phys. Technol., 12(5), 196–303 (1981). In folgenden US-Patenten sind verschiedene
Tintenstrahlvorrichtungen beschrieben: 3,060,429, 3,298,030, 3,373,437,
3,416,153 und 3,673,601.
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Im
Allgemeinen muss eine Tintenstrahltintenzusammensetzung bestimmte
strenge Erfordernisse wie z.B. Viskosität, spezifischen elektrischen
Widerstand, Löslichkeit,
Kompatibilität
der Komponenten und Benetzbarkeit des Substrates erfüllen, um
für das
Tintenstrahldrucken nützlich
zu sein. Weiterhin muss die Tinte rasch trocknen, schmierfest, abriebfest
und ohne Verstopfen durch die Tintenstrahldüse leitbar sein und eine rasche
Säuberung
der Maschinenbauteile mit minimalem Aufwand erlauben.
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Darüber hinaus
muss die Tinte bestimmte andere Erfordernisse erfüllen. Viele
Getränkehersteller
füllen
die Behälter
mit gekühlten
Getränken,
häufig
unter feuchten Bedingungen, die die Feuchtigkeitskondensation auf
den Behältern
fördern.
Die Feuchtigkeit, die auf den Behälteroberflächen kondensiert, stellt ein
großes Problem
dar, wenn es um das Eindringen der Tinte, eine gute Haftung und
die Abriebfestigkeit der Druckinformationen geht. Daher sollte die
Tintenstrahltinte das Bedrucken dieser Behälter in Gegenwart der Kondensation
erlauben und die Druckinformationen sollten ebenfalls nicht durch
die Kondensation beschädigt
werden. Darüber
hinaus sollten die Informationen beim Eintauchen der Behälter in
Eiswasser zwecks Kühlung
durch das Eiswasser nicht zersetzt oder beschädigt werden. Außerdem können die
Flaschen während
der Lagerung und des Transportes in verschiedene Landesteile zu
unterschiedlichen Jahreszeiten warmen und feuchten Bedingungen ausgesetzt
sein. Die Informationen sollten durch die heißen und kalten feuchten Bedingungen
nicht beschädigt
werden. Weiterhin sollten die Informationen durch eine Laugenwäsche entfernbar
sein, um eine Wiederverwendung der zurückgegebenen Glasflaschen zu
erlauben.
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Viele
der bekannten Tintenstrahltintenzusammensetzungen eignen sich nicht
für das
Bedrucken von Glas unter feuchten Bedingungen bzw. erzeugen keine
wasserfesten Druckinformationen auf Glasoberflächen. Es wird berichtet, dass
sich nur einige wenige Tintenzusammensetzungen zum Bedrucken von
Glasoberflächen
unter feuchten Bedingungen eignen. Das US-Patent 5,693,127 beispielsweise
offenbart eine Tintenstrahltinte, die ein Bindemittel, ein Farbmittel,
ein flüssiges
Vehikel und einen Haftvermittler, bei dem es sich um ein Alkoxysilylpolyalkylenimin
handelt, umfasst. Zwar gibt das Patent an, dass sich die Tinte zum
Bedrucken von Glasflaschen mit darauf befindlicher Kondensation
eignet, doch bei der Ausübung
seiner Lehren ergeben sich bestimmte Schwierigkeiten. Der Haftvermittler
Alkoxysilylpolyalkylenimin beispielsweise scheint nicht im Handel
erhältlich
zu sein und das Patent lehrt den Fachmann nicht, wie man diesen
Haftvermittler herstellt. Weiterhin bleibt die Stabilität der die
alkoxysilylierten Polyalkylenimine enthaltenden Tintenzusammensetzung
unter bestimmten Bedingungen unsicher.
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Das
US-Patent 5,596,027 offenbart eine Tintenstrahltintenzusammensetzung,
die einen Tintenträger, ein
Farbmittel, ein Polyamin und ein saures Harz umfasst. Diese Tintenzusammensetzung
kann Bilder auf Glasflaschen erzeugen, die gegenüber Kondensation und Feuchtigkeit
beständig
sind. Zwar beziehen sich die Patentansprüche auf Zusammensetzungen auf
Lösungsmittel-
und Wasserbasis, doch das Patent weist nicht auf den spezifischen
Vorteil – die
kurze Trocknungszeit – hin,
der durch die Verwendung organischer Lösungsmittel als Tintenträger hierin
erreicht wurde. Tinten auf Wasserbasis haben auf Glassubstraten
eine relativ lange Trocknungszeit. Bei Tinten auf Wasserbasis können Trocknungszeiten
von mehr als 10 Sekunden notwendig sein.
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Daher
besteht ein Bedarf an einer Tintenstrahltintenzusammensetzung, die
bestimmte kritische Leistungserfordernisse erfüllt. Es besteht ein Bedarf
an einer Tintenstrahltintenzusammensetzung, die qualitativ hochwertige
Informationen auf Behälteroberflächen, insbesondere
Glasoberflächen
erzeugt. Es besteht ein Bedarf an einer Tintenstrahltintenzusammensetzung,
die auf Glasoberflächen
mit eventuell darauf befindlicher Feuchtigkeitskondensation gedruckt
werden kann. Es besteht ein Bedarf an einer Tintenstrahltintenzusammensetzung,
deren Druckinformationen nach Einwirkung von Eiswasser nicht verschmieren,
abgerieben werden oder sich anderweitig verschlechtern. Weiterhin
besteht ein Bedarf an einer Tintenstrahltintenzusammensetzung, deren
Druckinformationen nach Einwirkung von heißen und kalten feuchten Bedingungen
nicht verschmieren, abgerieben werden oder sich anderweitig verschlechtern.
Es besteht weiterhin ein Bedarf an einer Tintenstrahltintenzusammensetzung,
deren Druckinformationen auf Glasoberflächen mit Hilfe einer Ätzlösung abgewaschen
werden können.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tintenstrahltintenzusammensetzung
bereitzustellen, die qualitativ hochwertige Informationen auf verschiedenen
Oberflächen,
insbesondere Glasoberflächen
mit eventuell darauf befindlicher Feuchtigkeitskondensation erzeugt.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tintenstrahltintenzusammensetzung
bereitzustellen, deren Druckinformationen bei Einwirkung von heißen und
kalten feuchten Bedingungen nicht verschmieren, abgerieben werden
oder sich anderweitig verschlechtern. Es ist eine weitere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Tintenstrahltintenzusammensetzung
bereitzustellen, deren Druckinformationen bei Einwirkung von Eiswasser
nicht verschmieren, abgerieben werden oder sich anderweitig verschlechtern.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tintenstrahltintenzusammensetzung
bereitzustellen, deren Informationen auf Glasoberflächen mit
Hilfe einer Ätzlösung leicht
abgewaschen werden können.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Tintenstrahltintenzusammensetzung
auf der Basis eines organischen Lösungsmittels bereit, die das
organische Lösungsmittel,
ein Farbmittel, ein von Alkoxysilylgruppen freies oder im Wesentlichen
freies Polyamin und ein saures Harz mit einer Säurezahl von 10 bis 120 umfasst.
Die Säurezahl
ist in mg KOH/g Harz ausgedrückt.
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Die
erfindungsgemäße Tintenstrahltintenzusammensetzung
hat den Vorteil, dass sie qualitativ hochwertige Informationen auf
verschiedenen Oberflächen
erzeugen kann. Die Tintenstrahltintenzusammensetzung ermöglicht das
Bedrucken von Glasoberflächen
mit einer darauf befindlichen Feuchtigkeitskondensation. Nach Einwirkung
von feuchten Bedingungen verschmieren die Druckinformationen auf
Glas nicht bzw. werden nicht abgerieben. Nach Einwirkung von Eiswasser,
kalten und heißen
feuchten Bedingungen verschmieren die Druckinformationen ebenfalls
nicht bzw. werden nicht abgerieben. Die auf Glas gedruckten Informationen
lassen sich mit Hilfe einer Ätzlösung abwaschen.
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Das
bei der erfindungsgemäßen Tintenzusammensetzung
verwendete Farbmittel schließt
einen Farbstoff oder ein Pigment ein. Die erfindungsgemäße Tintenzusammensetzung
kann zusätzlich
Tenside, Benetzungsmittel, Weichmacher, Entschäumer und Elektrolyte einschließen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein verbessertes Verfahren
zum Bedrucken von Glasoberflächen
mit kondensations- und wasserfesten Informationen mittels Tintenstrahldrucken
bereit, wobei die Verbesserung die Verwendung der erfindungsgemäßen Tintenzusammensetzung
beim Tintenstrahldrucken umfasst.
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Die
erfindungsgemäße Tintenzusammensetzung
weist im Allgemeinen die folgenden Eigenarten zur Verwendung bei
Tintenstrahldrucksystemen auf: (1) eine Viskosität von etwa 1,5 Centipoise (cps)
bis etwa 7 cps bei 25°C,
(2) einen spezifischen elektrischen Widerstand von etwa 50 ohm-cm
bis etwa 2000 ohm-cm und (3) eine Schallgeschwindigkeit von etwa
1100 m/s bis etwa 1700 m/s.
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Die
erfindungsgemäße Tintenstrahltintenzusammensetzung
hat den Vorteil, dass sie auf Substratoberflächen, insbesondere Glasoberflächen rasch
trocknet und so ein Hochgeschwindigkeitsdrucken ermöglicht.
Die Trocknungszeit der mittels Tintenstrahldrucken aufgebrachten
Information beträgt
weniger als 10 Sekunden, vorzugsweise weniger als etwa 2 Sekunden
und noch bevorzugter etwa 1 Sekunde oder weniger.
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Vorzugsweise
schließt
das in der Tintenzusammensetzung verwendete Farbmittel einen Farbstoff oder
ein Pigment ein. Die erfindungsgemäße Tintenzusammensetzung kann
zusätzlich
Tenside, Benetzungsmittel, Weichmacher, Elektrolyte und Entschäumer einschließen.
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Die
erfindungsgemäße Tintenzusammensetzung
lässt sich
nach jedem geeigneten Verfahren herstellen. Die Komponenten der
Zusammensetzung können
beispielsweise kombiniert und in einem geeigneten Mischer gemischt
werden. Nachfolgend sind eine detaillierte Diskussion der einzelnen
Komponenten sowie die Eigenarten der erfindungsgemäßen Tintenzusammensetzung
aufgeführt.
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Organisches
Lösungsmittel
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Als
Tintenträger
der erfindungsgemäßen Tintenzusammensetzung
kann jedes geeignete organische Lösungsmittel verwendet werden;
vorzugsweise wird ein organisches Lösungsmittel mit niedrigem Siedepunkt oder
ein Gemisch solcher organischen Lösungsmittel als Tintenträger verwendet.
Beispiele für
geeignete organische Lösungsmittel
sind Ketone, Alkohole, Ester, Ether und Amide, vorzugsweise niedere
Ketone, niedere Alkohole und Mischungen davon. Daher sind Methylethylketon,
Ethanol und Mischungen davon Beispiele für bevorzugte Tintenträger.
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Es
kann jede geeignete Menge des Tintenträgers eingesetzt werden. Typischerweise
wird der Träger in
einer Menge von bis zu etwa 95, vorzugsweise in einer Menge von
etwa 35 bis etwa 85 und noch bevorzugter in einer Menge von etwa
80 bis etwa 85 Gew.-% der Tintenzusammensetzung verwendet.
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Polyamin
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Die
erfindungsgemäße Tintenzusammensetzung
umfasst ein von Alkoxysilylgruppen freies oder im Wesentlichen freies
Polyamin. Man glaubt, dass die Aminogruppe des Polyamins mit dem
sauren Harz in Wechselwirkung tritt, so dass eine haltbare Druckinformation
entsteht, die gegenüber
Feuchtigkeitskondensation beständig
ist und bei Einwirkung von Eiswasser nicht verschmiert bzw. nicht
beschädigt
wird. Die Wechselwirkung zwischen dem Polyamin und dem sauren Harz
versteht man noch nicht ganz; man glaubt, dass es sich dabei um
Wechselwirkungen wie z.B. die Bildung von kovalenten Bindungen,
Ionenbindungen und Wasserstoffbindungen und/oder andere Wechselwirkungen
wie z.B. van der Waals-Wechselwirkungen, Dipol-Dipol-Wechselwirkungen,
dipolinduzierte Dipol-Wechselwirkungen oder Kombinationen davon
handelt. Ein Beispiel für
eine Ionenwechselwirkung ist die Bildung eines Ammoniumcarboxylatsalzes.
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Man
glaubt außerdem,
dass Polyamin und die Substratoberfläche in geeigneter Weise in
Wechselwirkung stehen, so dass eine verbesserte Haftung zwischen
der Substratoberfläche
und den Komponenten der Druckinformation erzeugt wird. Daher glaubt
man, dass die Oberflächengruppen
wie z.B. die Aminogruppen auf dem Polyamin mit den Oberflächengruppen
auf dem Substrat in Wechselwirkung stehen.
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Das
Polyamin hat mindestens zwei Aminogruppen pro Molekül. Es kann
ein kleines Molekül
wie z.B. Ethylendiamin oder ein Polymermolekül wie z.B. Polyethylenimin
sein. Das Molekül
kann linear, verzweigt, vernetzt oder dreidimensional sein.
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Eine
bevorzugte Polyaminklasse ist ein Polyalkylenamin. Eine weitere
bevorzugte Polyaminklasse ist ein Aminoacrylpolymer, z.B. ein in
dem US-Patent 4,834,799 beschriebenes Copolymer aus Methylmethacrylat
und Dimethylaminoethylmethacrylat. Ein weiteres Beispiel für eine bevorzugte
Polyaminklasse ist ein Dendrimer.
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Beispiele
für geeignete
Polyamine sind N,N'-Bis(3-aminopropyl)-1,2-ethylendiamin,
1,4-Bis(3-aminopropyl)piperazin, N,N'-Bis(3-aminopropyl)-1,4-butandiamin,
Nitrilotrisethylamin, N,N'-(Diaminoethyl)piperazin, Piperazinylethylethylendiamin,
Aminoethyltriethylentetramin, Aminoethylpiperazinylethylethylendiamin,
Piperazinylethyldiethylentriamin und Polyalkylenamine wie z.B. Ethylendiamin,
Diethylentriamin, Triethylentetramin, Tetraethylenpentamin und Pentaethylenhexamin
sowie Mischungen davon.
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Dendrimere
sind radial symmetrische Moleküle
einer STARBURSTTM-Topologie, die aus einem Initiatorkern
wie z.B. Stickstoff, Ethylenimin und dergleichen, an dem Kern befestigten
Innenschichten, die eine geeignete Anzahl von Armen, z.B. zwei bis
vier Arme umfassen, wobei jeder Arm aus sich wiederholenden Einheiten
besteht und die Anzahl der sich wiederholenden Einheiten in den
einzelnen Armen als Dendrimergeneration gilt, sowie einer Endgruppenfunktionalität, z.B.
einem an der äußersten
Generation befestigten primären Amin
bestehen. Diese Dendrimere sind z.B. in den US-Patenten 4,507,466,
4,631,337, 4,558,120, 4,568,737 und 4,587,329 sowie in Tomalia et
al., Angewandte Chemie, Int. Ed. Engl. 29, 138 (1990) illustriert.
Größe und Gestalt
des STARBURST-Dendrimermoleküls
und der funktionellen Gruppen in dem Dendrimermolekül lassen sich
durch die Wahl des Initiatorkerns, der Anzahl der Generationen und
der sich wiederholenden Einheiten in jeder Generation steuern.
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Die
Wahl der Dendrimerkomponenten kann die Eigenschaften der Dendrimere
beeinflussen. Der Initiatorkerntyp kann die Dendrimergestalt beeinflussen
und z.B. zu spheroidförmigen,
zylindrischen, stangenförmigen
oder ellipsoidförmigen
Dendrimeren führen.
Der sequentielle Aufbau der Generationen bestimmt die Abmessungen
der Dendrimere sowie die Natur ihres Inneren. Beispiele für geeignete
Kernmaterialien sind Ammoniak, polyfunktionelle Alkohole wie z.B.
Pentaerythritol oder Tris(hydroxymethyl)ethan, 1,1,1-Tris(4'-hydroxyphenyl)ethan,
polyfunktionelle Amine wie z.B. Ethylendiamin, lineare Polyethylenimine
und dergleichen. Die chemische Funktionalität der sich wiederholenden Einheiten
in den Innenschichten kann z.B. Amidoamine wie Aminoethylacetamid,
Imine wie Diethylendiimin oder Ether wie die aus Materialien wie
3,5-Dihydroxyethylbenzylalkohol gewonnenen einschließen. Die
Endfunktionalitäten
schließen
z.B. Aminogruppen, Hydroxylgruppen, Carbonsäuregruppen, Carboxylate, Ester,
Amide, Phosphate, Sulfonate und dergleichen ein.
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Die
Synthese der Dendrimere erfolgt für gewöhnlich in einem divergenten
Ansatz, bei dem ein Monomer zunächst
mit dem Initiatorkern umgesetzt und die entstandenen funktionellen
Gruppen anschließend
erschöpfend
mit einer difunktionellen Verbindung wie z.B. einem Diamin wie Ethylendiamin
umgesetzt werden, um die nächste
Generation der reaktiven Aminogruppen zu erzeugen. Daher kann beispielsweise
Ethylendiamin geeigneterweise zunächst mit Methylacrylat umgesetzt
werden, so dass eine Verbindung wie N,N,N',N'-Tetra(methoxycarbonylethyl)ethylendiamin
entsteht. Diese Verbindung kann im nächsten Schritt mit Ethylendiamin
umgesetzt werden, so dass ein Amidoamin- Dendrimer mit einer Generationsanzahl
von Null, einem Molekulargewicht von 517 und vier primären Aminogruppen
auf der Oberfläche
entsteht. Die Wiederholung des zuvor beschriebenen zweistufigen
Verfahrens führt
zu aufeinander folgenden Generationen.
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Ein
alternativer Syntheseweg verwendet eine konvergente Wachstumssynthese,
wie sie in Hawker et al., J. Amer. Chem. Soc., 112, 7638 (1990)
im Detail beschrieben ist.
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Das
Dendrimer kann zusätzlich
zu den Aminogruppen andere Gruppen oder Segmente aufweisen. An das
Dendrimer kann z.B. ein Farbstoff kovalent gebunden sein oder es
können
bestimmte funktionelle Gruppen auf das Dendrimer aufgepfropft sein.
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Bevorzugte
Dendrimere zur Verwendung bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Tintenzusammensetzung
schließen
Dendrimere mit Amin-Endfunktionalität auf der
Oberfläche
ein. Das Dendrimer hat außerdem
vorzugsweise ein Molekulargewicht im Bereich von etwa 300 bis etwa
100.000, eine Generationsanzahl von 0 bis 10, eine Oberflächenamingruppenkonzentration
von etwa 3 bis etwa 4100 und einen Moleküldurchmesser von etwa 10 A
bis etwa 10.000 A. Noch bevorzugter hat das Dendrimer ein Molekulargewicht
im Bereich von etwa 500 bis etwa 5000, eine Generationsanzahl von
0 bis etwa 2 und eine Oberflächengruppenkonzentration
von etwa 4 bis etwa 16. Der Polydispersitätsindex (Mw/Mn) des Dendrimers
ist darüber
hinaus vorzugsweise niedrig, vorzugsweise im Bereich von etwa 1,1000
bis etwa 1,0001 und noch bevorzugter im Bereich von etwa 1,001 bis
etwa 1,0001. Weitere Einzelheiten zu den Dendrimeren finden sich
in dem US-Patent 5,596,027, Spalte 6, Zeilen 39–62, auf dessen Offenbarung
hierin Bezug genommen wird.
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Es
kann jede geeignete Menge des Polyamins eingesetzt werden. Das Polyamin
wird vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 5 Gew.-%
und noch bevorzugter in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 0,5 Gew.-%
der Tintenzusammensetzung verwendet.
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Farbmittel
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Die
erfindungsgemäße Tintenzusammensetzung
umfasst ein Farbmittel. Es kann jedes geeignete Farbmittel, jeder
geeignete Farbstoff oder jedes geeignete Pigment verwendet werden.
Ein Beispiel für
einen geeigneten Farbstoff ist C. I. Solvent Black 29, der als ORASOL
BLACK RLITM von Ciby-Geigy erhältlich ist. Beispiele
für Pigmente
und weitere Beispiele für
Farbstoffe finden sich in dem US-Patent 5,596,027, Spalte 7, Zeile
12 bis Spalte 9, Zeile 3, auf dessen Offenbarung hierin Bezug genommen
wird.
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Das
Farbmittel kann in der Tintenzusammsensetzung in einer Menge eingesetzt
werden, die erforderlich ist, um die gewünschte Farbintensität, den gewünschten
Farbkontrast und die gewünschte
Lesbarkeit zu erzielen. Das Farbmittel wird vorzugsweise in einer
Menge von etwa 1 bis etwa 10 Gew.-% und noch bevorzugter in einer
Menge von etwa 3 bis etwa 6 Gew.-% der Tintenzusammensetzung verwendet.
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Saures Harz
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Die
erfindungsgemäße Tintenzusammensetzung
umfasst ein saures Harz mit einer Säurezahl von 10 bis 120. Es
kann jedes geeignete Polymerharz einer Carboxyl-, Sulfon- oder Phosphonsäuregruppe
verwendet werden, wobei die Carboxylgruppe bevorzugt ist. Bevorzugte
saure Harze sind die mit einer Säurezahl
im Bereich von 50 bis 80.
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Die
sauren Harze, die bei der Tintenzusammensetzung verwendet werden
können,
schließen
in einem organischen Lösungsmittel
lösliche
oder dispergierbare Harze ein. Daher kann das Harz eine echte Lösung oder
eine kolloidale Suspension bilden, die verwendet werden kann, wenn
sie ohne wesentliche Trennung durch einen Filter filtriert werden
kann, dessen Porengröße erheblich
kleiner ist als die des Kapillarröhrchens des Druckers, z.B.
durch einen Filter einer Porengröße von etwa
einem Mikrometer.
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Beispiele
für saure
Harze, die in der erfindungsgemäßen Tintenzusammensetzung
verwendet werden können,
schließen
Acrylharze mit darauf befindlichen Carboxylgruppen ein. Beispiele
für geeignete
Acrylharze schließen
das von Allied Colloids Co., Suffolk, Virginia erhältliche
SURCOLTM 836-Harz ein. Das SURCOL 836-Harz
hat eine Säurezahl
von 63, ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von etwa 26.000 und
ein massegemitteltes Molekulargewicht von etwa 46.000. Andere Beispiele
für solche
Acrylharze schließen
JONCRYLTM 611 und JONCRYLTM 586,
erhältlich
von S. C. Johnson Co., Racine, Wisconsin ein. JONCRYL 611 hat eine Säurezahl
von 53 und JONCRYL 586 hat eine Säurezahl von 108. Ein weiteres
Beispiel für
ein geeignetes saures Acrylharz ist CARBOSETTM 527,
erhältlich
von B. F. Goodrich Specialty Chemicals Co., Cleveland, Ohio. CARBOSET
527 hat eine Säurezahl
von 80 und ein massegemitteltes Molekulargewicht von etwa 40.000.
Ein weiteres Beispiel für
ein geeignetes saures Acrylharz ist NEOCRYLTM B-817,
erhältlich
von Zeneca Resins, Inc., Wilmington, Delaware. NEOCRYL B-817 ist
ein Copolymer aus Methylmethacrylat und Ethylacrylat und hat eine
Säurezahl
von 55 und ein massegemitteltes Molekulargewicht von etwa 20.000.
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Das
Säureharz
kann in jeder geeigneten Menge eingesetzt werden. Das Säureharz
wird vorzugsweise in einer Menge von etwa 3 bis etwa 30 Gew.-% und
noch bevorzugter in einer Menge von etwa 7 bis etwa 15 Gew.-% der
Tintenzusammensetzung eingesetzt.
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Tensid
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Die
erfindungsgemäße Tintenstrahltintenzusammensetzung
kann weiterhin ein Tensid zur Optimierung der Befeuchtungs- und
Trocknungseigenarten der Tinte einschließen. Es kann jedes geeignete
Tensid eingesetzt werden, z.B. fluoraliphatische Polymerester und
polyalkylenoxid-modifizierte Polydimethylsiloxane. Beispiele für geeignete
Tenside sind SILWETTM 7622, ein von OSI
Specialties, Inc., Danbury, Connecticut erhältliches polyethylenoxid-modifiziertes
Polydimethylsiloxan und FC 430, ein von 3M Co erhältlicher
fluoraliphatischer Polymerester.
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Das
Tensid kann in jeder geeigneten Menge eingesetzt werden, vorzugsweise
in einer Menge von bis zu etwa 2 Gew.-% und noch bevorzugter in
einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 1 Gew.-% der Tintenzusammensetzung.
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Weichmacher
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Die
erfindungsgemäße Tintenstrahltintenzusammensetzung
kann außerdem
einen Weichmacher zur Verbesserung der Haltbarkeit der Druckinformation
einschließen.
Es kann jeder geeignete Weichmacher eingesetzt werden, z.B. Plasticizer
8, ein von Monsanto Co. erhältliches
o,p-Gemisch aus N-Ethyltoluolsulfonamid.
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Der
Weichmacher kann in jeder geeigneten Menge eingesetzt werden, vorzugsweise
in einer Menge von bis zu etwa 2 Gew.-% und noch bevorzugter in
einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 1 Gew.-% der Tintenzusammensetzung.
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Benetzungsmittel
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Die
erfindungsgemäße Tintenzusammensetzung
kann vorzugsweise ein Benetzungsmittel einschließen, um zu verhindern, dass
die Tinte auf dem Druckkopf während
des Druckens sowie bei der Lagerung der Tinte trocknet. Benetzungsmittel
sind hydrophile Lösungsmittel
mit einem hohen Siedepunkt, vorzugsweise über 100°C und noch bevorzugter im Bereich
von etwa 150°C
bis etwa 250°C.
Es kann jedes dem Fachmann bekannte geeignete Benetzungsmittel eingesetzt
werden. Beispiele für
geeignete Benetzungsmittel sind Glycole wie z.B. Ethylenglycol,
Propylenglycol, Glycerin, Diglycerin, Diethylenglycol und dergleichen,
Glycolether wie z.B. Ethylenglycoldimethylether, Ethylenglycoldiethylether,
Propylenglycolmethylethercellosolve, Diethylenglycolmonoethylether
(Carbitol), Diethylenglycoldimethylether und Diethylenglycoldiethylether,
Dialkylsulfoxide wie z.B. Dimethylsulfoxid und andere Lösungsmittel
wie z.B. Sulfolan, N-Methylpyrrolidinon und dergleichen.
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Das
Benetzungsmittel kann in einer Menge von bis zu etwa 5 Gew.-%, und
noch bevorzugter in einer Menge von bis zu etwa 2 Gew.-% der Tintenzusammensetzung
eingesetzt werden.
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Entschäumer
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Die
erfindungsgemäße Tintenzusammensetzung
kann weiterhin einen Entschäumer
einschließen,
um zu verhindern, dass die Tinte während ihrer Herstellung sowie
während
des Druckens aufschäumt.
Es kann jeder dem Fachmann bekannte geeignete Entschäumer eingesetzt
werden, z.B. Polysiloxan-Entschäumer. Ein Beispiel
für einen
Poylsiloxan-Entschäumer
ist BYKTM 065 von BYK-Chemie, Wallingford,
Connecticut.
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Der
Entschäumer
kann in der erfindungsgemäßen Tintenstrahltintenzusammensetzung
in einer Menge vorliegen, die ein Aufschäumen der Tintenstrahltinte
während
der Herstellung und des Gebrauchs wirksam verhindert. Der Entschäumer kann
in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 1 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von
etwa 0,25 bis etwa 0,35 Gew.-% verwendet werden.
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Die
erfindungsgemäße Tintenstrahltintenzusammensetzung
kann außerdem
ein geeignetes Silan zur weiteren Verbesserung der Haftung der Information
an Glassubstraten einschließen.
Ein Beispiel für
ein geeignetes Silan ist ein Epoxysilan wie z.B. Silane A-187, erhältlich von
OSI Specialties, Inc., bei dem es sich um γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan
handelt. Die Tintenstrahltintenzusammensetzung kann weiterhin, sofern
notwendig, ein Elektrolyt zur Einstellung der elektrischen Leitfähigkeit
einschließen.
Es können
alle dem Fachmann bekannten geeigneten Elektrolyte eingesetzt werden.
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Die
erfindungsgemäße Tintenstrahltintenzusammensetzung
kann auf eine Vielzahl von Glasflaschen gedruckt werden. Beispiele
für Glasflaschen
sind Mehrweg- und Einweg-Bierflaschen. Die erfindungsgemäße Tintenstrahltinte
kann mittels Tintenstrahldrucken auf eine Vielzahl von Glasarten
wie z.B. Natronkalk-, Borsilicat-, Aluminiumsilicat-, Blei- und
Boratglas und dergleichen aufgebracht werden. Die zuvor genannten
Arten von Glasbehältern
können
eine zusätzliche
Beschichtung enthalten.
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Die
folgenden illustrativen Beispiele veranschaulichen die vorliegende
Erfindung weiter, sollen ihren Umfang jedoch natürlich in keiner Weise einschränken.
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Beispiel 1
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Dieses
Beispiel veranschaulicht die Herstellung einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der Pentaethylenhexamin als Polyamin
und SURCOL 836 als saures Harz verwendet wurden. Die folgenden Bestandteile
wurden in den angegebenen Mengen verwendet. IPA steht nachfolgend
für Isopropanol.
| Bestandteile | Teile |
| Methylethylketon
(MEK, Exxon) | 629 |
| Ethanol
CDA-19 200 Proof (EMCO Chemical) | 200 |
| Pentaethylenhexamin,
10% in IPA (Aldrich) | 20 |
| SURCOL
836 (Allied Colloids) | 100 |
| ORASOL
BLACK RLI (Ciba-Geigy) | 50 |
| FC-430,
10% in MEK (3M) | 1 |
| | Gesamt:
1000 |
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Die
Tinte wurde in einer Kammer bei 95°F und 90% relativer Luftfeuchtigkeit
auf COCA-COLATM- und FANTATM-Glasflaschen
gedruckt. Vor dem Bedrucken wurden die Flaschen durch 5-minütiges Waschen
mit einer 3% Natriumhydroxidlösung
bei 60°C
und anschließendes
Spülen
mit entionisiertem Wasser gereinigt. Dann wurden die Flaschen mit
Eiswasser gefüllt. Überschüssige Wassertropfen
auf der Oberfläche
der Flaschen wurden mit einer Luftbürste entfernt. Eine Minute
nach dem Füllen
der Flaschen wurden unterhalb der Fülllinie mittels Tintenstrahldrucken
Informationen aufgedruckt. Aufgrund der hohen Luftfeuchtigkeit der
Umgebung und der niedrigen Temperatur der Flaschen entstand vor
und nach dem Drucken eine erhebliche Menge Feuchtigkeitskondensation
auf den Flaschen.
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Auf
den bedruckten Flaschen wurden folgende Tests durchgeführt:
Kammerabriebtest:
Die Druckinformation wurde eine Minute nach dem Drucken mit starkem
Daumendruck abgerieben und die Zahl der für die Entfernung der Information
notwendigen Abriebbewegungen notiert. Es waren mindestens 10 Abriebbewegungen
notwendig, um die Informationen von der Glasoberfläche zu entfernen.
Eiswassertest:
Die Flaschen wurden über
einen Zeitraum von mindestens 16 Stunden in Eiswasser getaucht, nachdem
man die Informationen auf den Flaschen mindestens einige Stunden
lang bei Umgebungsbedingungen hatte trocknen lassen. Die Informationen
wurden unter starkem Daumendruck abgerieben. Es waren 7 Abriebbewegungen
notwendig, um die Informationen von der Glasoberfläche zu entfernen.
Laugenwaschtest:
Man ließ die
Flaschen mindestens eine Stunde lang bei Raumtemperatur trocknen
und tauchte sie anschließend
5 Minuten lang in ein 60° C
heißes,
3% Natriumhydroxid enthaltendes Bad. Bei der Großzahl der Fälle wurden die Informationen
durch die Ätzlösung entfernt.
In einigen Fällen
wurden die Informationen durch die Ätzlösung nicht vollständig entfernt;
die Flaschen wurden nach 5-minütigem
Eintauchen aus dem Ätzbad
genommen und in ein Bad aus entionisiertem Wasser gelegt. Diese
Informationen wurden durch das Wasserbad vollständig von der Glasoberfläche entfernt.
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Beispiel 2
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Dieses
Beispiel veranschaulicht die Herstellung einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der Pentaethylenhexamin als Polyamin
und SURCOL 836 als saures Harz eingesetzt wurden. Die folgenden
Bestandteile wurden in den angegebenen Mengen verwendet.
| Bestandteile | Teile |
| Methylethylketon
(MEK, Exxon) | 748 |
| Ethanol
CDA-19 200 Proof (EMCO Chemical) | 90 |
| Pentaethylenhexamin,
10% in IPA (Aldrich) | 20 |
| SURCOL
836 (Allied Colloids) | 80 |
| ORASOL
BLACK RLI (Ciba-Geigy) | 40 |
| Plasticizer
8 (Monsanto) | 10 |
| FC-430,
10% in MEK (3M) | 10 |
| BYK
065 (BYK-Chemie) | 2 |
| | Gesamt:
1000 |
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Die
Glasflaschen wurde mittels Tintenstrahldrucken bedruckt und die
Druckinformationen wie in Beispiel 1 aufgeführt getestet. Die Informationen
wiesen ein gute Abriebfestigkeit auf und bestanden den Laugenwaschtest.
In dem Kammerabriebtest sowie dem Eiswassertest waren mehr als 10
Abriebbewegungen notwendig, um die Informationen zu entfernen.
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Beispiel 3
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Dieses
Beispiel veranschaulicht die Herstellung einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der STARBUST Generation 2 als Polyamin
und SURCOL 836 als saures Harz eingesetzt wurden. Die folgenden
Bestandteile wurden in den angegebenen Mengen verwendet.
| Bestandteile | Teile |
| Methylethylketon
(MEK, Exxon) | 763 |
| Ethanol
CDA-19 200 Proof (EMCO Chemical) | 90 |
| STARBUST
Generation 2, 49,51% in Methanol (Dendritech) | 5 |
| SURCOL
836 (Allied Colloids) | 80 |
| ORASOL
BLACK RLI (Ciba-Geigy) | 40 |
| Plasticizer
8 (Monsanto) | 10 |
| FC-430,
10% in MEK (3M) | 10 |
| BYK
065 (BYK-Chemie) | 2 |
| | Gesamt:
1000 |
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Die
Glasflaschen wurde mittels Tintenstrahldrucken bedruckt und die
Druckinformationen wie in Beispiel 1 aufgeführt getestet. Die Informationen
wiesen ein gute Abriebfestigkeit auf und bestanden den Laugenwaschtest.
In dem Kammerabriebtest sowie dem Eiswassertest waren mehr als 10
Abriebbewegungen notwendig, um die Informationen zu entfernen.
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Beispiel 4
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Dieses
Beispiel veranschaulicht die Herstellung einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der ein Copolymer aus Methylmethacrylat
und Dimethylaminoethylmethacrylat als Polyamin und SURCOL 836 als
saures Harz eingesetzt wurden. Die folgenden Bestandteile wurden
in den angegebenen Mengen verwendet.
| Bestandteile | Teile |
| Methylethylketon
(MEK, Exxon) | 742 |
| Ethanol
CDA-19 200 Proof (EMCO Chemical) | 100 |
| Copolymer
aus Methylmethacrylat und Dimethylaminoethylmethacrylat (70/30),
35,5% in MEK | 16 |
| SURCOL
836 (Allied Colloids) | 80 |
| ORASOL
BLACK RLI (Ciba-Geigy) | 40 |
| Plasticizer
8 (Monsanto) | 10 |
| FC-430,
10% in MEK (3M) | 10 |
| BYK
065 (BYK-Chemie) | 2 |
| | Gesamt:
1000 |
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Die
Glasflaschen wurde mittels Tintenstrahldrucken bedruckt und die
Druckinformationen wie in Beispiel 1 aufgeführt getestet. Die Informationen
wiesen ein gute Abriebfestigkeit auf und bestanden den Laugenwaschtest.
In dem Kammerabriebtest sowie dem Eiswassertest waren mehr als 10
Abriebbewegungen notwendig, um die Informationen zu entfernen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Tintenstrahltintenzusammensetzung
auf der Basis eines organischen Lösungsmittels bereit, bei der
Methylethylketon in einer Menge von etwa 30 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-% der
Tintenzusammensetzung vorliegt, Ethanol in einer Menge von bis zu
etwa 50 Gew.-% der Tintenzusammensetzung vorliegt, ein von Alkoxysilylgruppen
freies oder im Wesentlichen freies Polyamin in einer Menge von etwa
0,1 Gew.-% bis etwa 0,5 Gew.-% der Tintenzusammensetzung vorliegt,
ein saures Harz mit einer Säurezahl
von 10 bis 120 in einer Menge von etwa 5 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-%
der Tintenzusammensetzung vorliegt, ein Farbstoff in einer Menge
von etwa 3 Gew.-% bis etwa 6 Gew.-% der Tintenzusammensetzung vorliegt,
ein Tensid in einer Menge von etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 1 Gew.-%
der Tintenzusammensetzung vorliegt und ein Benetzungsmittel in einer
Menge von bis zu etwa 2 Gew.-% der Tintenzusammensetzung vorliegt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein verbessertes Verfahren
zum Drucken von wasserfesten Informationen auf Glasoberflächen mittels
Tintenstrahldrucken bereit, bei dem ein Strom von Tintentröpfchen auf
die Oberfläche
geleitet und die Richtung der Tröpfchen
so gesteuert wird, dass sie die Informationen bilden, wobei die
Verbesserung darin besteht, dass eine Tintenstrahltintenzusammensetzung
auf der Basis eines organischen Lösungsmittels, die ein organisches
Lösungsmittel,
ein Farbmittel, ein von Alkoxysilylgruppen freies oder im Wesentlichen
freies Polyamin und ein saures Harz mit einer Säurezahl von 10 bis 120 umfasst,
auf die Oberfläche
geleitet wird.