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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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A. GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine organische Tintenzusammensetzung
für Glassubstrate und
ein Verfahren zu deren Aufbringung und insbesondere eine organische
Tintenzusammensetzung des durch Ultraviolettstrahlung aushärtbaren
Typs zum Drucken von Kennzeichnungen, Mustern und anderen Verzierungen
auf Glasflaschen.
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B. BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
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Es
gibt auf dem Markt einige bekannte anorganische und organische Pigmentzusammensetzungen,
die hauptsächlich
zur Verzierung von Kunststoff- oder Papiergegenständen eine
akzeptable Färbung bereitstellen.
Jedoch wurden diese Pigmentzusammensetzungen hauptsächlich aufgrund
ihrer schwachen Wasser-, Lösungsmittel-
und Abriebbeständigkeit
usw. auf Glassubstrate nicht sachgerecht aufgebracht.
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Es
gibt eine Anzahl von bekannten durch Strahlung aushärtbaren
Tintenzusammensetzungen für
den Siebdruck, die Pigmente wie Kupfer, Silber, Cadmium, Chrom,
Mangan usw. einschließen.
Beispiele für
derartige Tintenzusammensetzungen sind in den US-Patenten Nr. 3,957,694;
3,963,056 und 3,939,644, sämtlich
an Bolon et al, offenbart, die hauptsächlich zum Siebdruck auf gedruckte
Schaltungen geeignet sind.
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Es
wurde für
Glashersteller, insbesondere Flaschenhersteller zunehmend interessant,
hauptsächlich
aus Umweltschutzgründen
und zum Reduzieren des Energieaufwands, sowie zum Einhalten von äußeren Bestimmungen
organische Tinten zum Kennzeichnen oder Verzieren von Glasflaschen
zu verwenden.
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Es
ist für
die unterschiedlichsten Zwecke wie die Bereitstellung von Datenschutz,
Sonnenstrahlungsregulierung, Abriebverstärkung usw. auch eine Anzahl
von pigmentierten oder nicht pigmentierten organischen Zusammensetzungen,
die aufgebracht und durch Ultraviolett- bis Infrarotstrahlung ausgehärtet werden,
bekannt, Beispiele für
diese organischen Zusammensetzungen sind in den US-Patenten Nr.
4,923,754 und 4,946,874, beide an Lee et al.; 5,514,521 an Kobayashi:,
5,178,952 an Yamamoto et al. und 5,262,450 an Vera et al. offenbart.
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Diese
Pigmente oder Überzüge sind üblicherweise
auf Kunststoff- und Papiersubstrate, gedruckte Schaltungen usw.
beschränkt,
konnten aber aufgrund eines Mangels an Haftung oder Verankerung
auf der sehr glatten Oberfläche
der Glassubstrate, sowie aufgrund ihrer schlechten Wasser-, Lösungsmittel
und Abriebbeständigkeit
für die
raue Handhabung nicht für
Glasanwendungen verwendet werden.
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US-Patent
Nr. 5,731,359 an Kamen et al. offenbart eine pigmentierte Tintenzusammensetzung, die
einen durch Strahlung aushärtbaren
Bestandteil und zum Bereitstellen einer roten oder gelben Farbe ein
Pyrrolopyrrol- oder Isoindolinpigment einschließt, die offenbar durch Heißstanzen
aus einer Folie oder direkt auf ein Substrat aufgebracht und durch
Strahlung ausgehärtet
werden kann.
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Diese
Tinten waren offenbar zum Aufbringen auf Einweg-(Nicht-Mehrweg-)-Glasflaschen geeignet.
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Daher
wurden einige Haftverstärker,
Photoinitiatoren wie das Irgacure 184 von Ciba Geigy, Verstärkungsmittel,
Lagerstabilisatoren, Photosensibilisatoren, Vernetzungsmittel usw.
in die Tintenzusammensetzungen und Überzüge eingebracht, um deren Beständigkeit
gegenüber
dem Abfüllverfahren,
dem mehrfachen alkalischen Waschverfahren und der rauen Handhabung
zu verbessern, jedoch wurden sie immer noch nicht zum Verleihen
der gewünschten Eigenschaften
für die
Aufbringung auf Mehrwegglasflaschen als geeignet betrachtet.
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Erfindungsgemäß ist eine
durch Ultraviolettstrahlung aushärtbare
organische Tintenzusammensetzung bereitgestellt, umfassend 80 bis
95 Gew.-% einer Tinte auf Epoxy-Polyurethan-Basis; 0,5 bis 8 Gew.-%
eines ein Gemisch aus Polyethylenwachsen und Polytetrafluorethylenwachsen
einschließenden Zusatzes;
1 bis 7 Gew.-% eines die Wasserbeständigkeit verbessernden, aus
Polyamid mit niedrigem bis mittlerem Molekulargewicht hergestellten
Zusatzes, von welchem empfohlen ist, dass er direkt vor dem Aufbringen
der hergestellten Tintenzusammensetzung zuzusetzen ist, da diese
Zusammensetzung nach ihrer Herstellung höchstens 8 Stunden beständig ist;
und einen Haftverstärker,
der der Tintenformel zugesetzt oder als auf das Glassubstrat vor
der Verzierung aufzubringende Grundierung verwendet werden kann
und ein Silan in einer Konzentration von 0,15 bis 3 Gew.-% einschließt; die
unter anderem
für
Glassubstrate besonders geeignet ist;
eine gewünschte Waschfestigkeit
vor und nach dem Abfüllverfahren,
sowie eine geeignete Beständigkeit gegenüber Abrieb
und hohen Strapazen, welchen Mehrwegflaschen unterliegen, aufweist;
in
einem Ofen calciniert werden kann, wenn sie als Glasbruch einer
geschmolzenen Glasmasse rückgeführt wird,
ohne die Eigenschaften der Glasmasse zu beeinträchtigen, da sie keine toxischen
Metalle wie Blei, Cadmium, sechswertiges Chrom usw. enthält;
für die Umwelt
geeignet ist, da sie weder schädliche Verbrennungsgase
noch Treibhausgase bildet;
den Tintenverbrauch reduziert, da
sie eine spezifische Dichte aufweist, die um etwa das Vierfache
weniger schwer als die üblicherweise
zur Verzierung von Glasflaschen verwendeten, verglasbaren Keramikanstriche
ist;
eine größere Ausbeute
pro Gewichteinheit bereitstellt und Energie und Platz spart, da
sie keine großen Öfen zum
Erhitzen des Anstrichs benötigt;
intensivere
und leuchtendere Farben und einen breiteren Bereich an Farben als
die Keramikanstriche bereitstellt;
aufgrund der Gegenwart eines
Haftverstärkers
in der Tinte oder in der auf die Oberfläche der Glasflaschen aufgebrachten
Grundierung und aufgrund des spezifischen Aufbringungsverfahrens,
durch welches sie aufgebracht werden kann, ein besseres Haftvermögen auf
Glassubstraten aufweist.
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Weiterhin
ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur
Herstellung und Aufbringung der vorstehend offenbarten durch Ultraviolettstrahlung
aushärtbaren organischen
Tintenzusammensetzung bereitgestellt, umfassend a) Herstellen einer
durch Ultraviolettstrahlung aushärtbaren
organischen Tintenzusammensetzung durch Mischen von 80 bis 95 Gew.-%
einer Tintenzusammensetzung auf Epoxy-Polyurethan-Basis; und 0,5 bis 8 Gew.-%
eines aus einem Gemisch aus Polyethylenwachsen und Polytetrafluorethylenwachsen
hergestellten Zusatzes unter kräftigem
Rühren
des Gemischs; b) Zusetzen von 1 bis 7 Gew.-% eines die Wasserbeständigkeit
verbessernden, aus Polyamid mit niedrigem bis mittlerem Molekulargewicht
hergestellten Zusatzes direkt vor dem Aufbringen der hergestellten
Tintenzusammensetzung, da diese Zusammensetzung nach deren Herstellen
maximal 8 Stunden beständig
ist; c) Zusetzen einer Haftverstärkergrundierungszusammensetzung, umfassend
von 0,15 bis 3 Gew.-% eines Silans; e) Aufbringen der hergestellten
Tintenzusammensetzung auf das Glassubstrat durch Siebdruck, Tampondruck
oder dergleichen und Aushärten
der Tintenzusammensetzung durch Bestrahlen der beschichteten Oberfläche mit
Ultraviolettlicht; f) Erwärmen
des Sub strats durch Durchleiten dessen durch einen Heiz-Kühlofen zum
Erhöhen
der Substrattemperatur auf zwischen 100 bis 160°C; und g) Aufbringen eines ein
Produkt auf Ölsäure-Basis
einschließenden Schmiermittels
als Gas oder Dampf, und/oder Aufsprühen einer wässrigen Emulsion aus einem
ethoxylierten Polyethylenderivat.
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Damit
stellt die vorstehende Zusammensetzung in Kombination mit dem offenbarten
Verfahren zu ihrer Herstellung und Aufbringung sämtliche der vorstehend offenbarten
Vorteile gegenüber
dem bekannten Stand der Technik bereit.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist deshalb eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine durch
Ultraviolettstrahlung aushärtbare
organische Tintenzusammensetzung bereitzustellen, die speziell für Glassubstrate
geeignet ist, die eine gewünschte
Waschfestigkeit vor und nach dem Abfüllverfahren, sowie eine geeignete
Beständigkeit
gegenüber
starkem Abrieb und hohen Strapazen, welchen Mehrwegflaschen unterliegen, aufweist.
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Es
ist auch eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine durch
Ultraviolettstrahlung aushärtbare
organische Tintenzusammensetzung mit der vorstehend offenbarten
Beschaffenheit bereitzustellen, die in einem Ofen calciniert werden
kann, wenn sie als Glasbruch zu einer geschmolzenen Glasmasse wiederverwertet
wird, ohne die Eigenschaften der Glasmasse zu beeinträchtigen,
da sie keine toxischen Metalle wie Blei, Cadmium, sechswertiges
Chrom usw. enthält
und die für
die Umwelt geeignet ist, da sie weder schädliche Verbrennungsgase noch
Treibhausgase bildet.
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Es
ist auch eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine durch
Ultraviolettstrahlung aushärtbare
organische Tintenzusammensetzung mit der vorstehend offenbarten
Beschaffenheit bereitzustellen, die den Tintenverbrauch reduziert,
da sie eine spezifische Dichte aufweist, die um etwa das Vierfache
weniger schwer als die üblicherweise
zur Verzierung von Glasflaschen verwendeten, verglasbaren Keramikanstriche
ist, wodurch eine größere Ausbeute
pro Gewichteinheit bereitgestellt und Energie und Platz gespart
wird, da sie keine großen Öfen zum
Erhitzen des Anstrichs benötigt.
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Es
ist noch eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine durch
Ultraviolettstrahlung aushärtbare
organische Tintenzusammensetzung mit der vorstehend offenbarten
Beschaffenheit bereitzustellen, die intensivere und leuchtendere
Farben und einen breiteren Bereich an Farben als die Keramikanstriche
bereitstellt.
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Es
ist zusätzlich
eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur
Herstellung und Aufbringung einer durch Ultraviolettstrahlung aushärtbaren
organischen Tintenzusammensetzung, die speziell für Glassubstrate
geeignet ist, bereitzustellen, durch welches den Glassubstraten,
Produkten oder Flaschen sämtliche
der vorstehenden gewünschten
offenbarten Eigenschaften verliehen werden.
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Diese
und andere zusätzliche
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Durchschnittsfachmann
aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung mit Bezug
auf deren spezifische Ausführungsformen
klar.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Erfindungsgemäß ist eine
durch Ultraviolettstrahlung aushärtbare
Tintenzusammensetzung bereitgestellt, umfassend
eine durch
Ultraviolettstrahlung aushärtbare
Tintenzusammensetzung, einschließend 80 bis 95 Gew.-% einer
Tinte auf Epoxy-Polyurethan-Basis; und 0,5 bis 8 Gew.-% eines aus
einem Gemisch aus Polyethylenwachsen und Polytetrafluorethylenwachsen
hergestellten Zusatzes;
1 bis 7 Gew.-% eines die Wasserbeständigkeit
verbessernden, aus Polyamid mit niedrigem bis mittlerem Molekulargewicht
hergestellten Zusatzes, der direkt vor dem Aufbringen der hergestellten
Tintenzusammensetzung zuzusetzen ist, da diese Zusammensetzung nach
ihrer Herstellung weniger als 8 Stunden beständig ist; und
eine Haftverstärkergrundierung,
einschließend
0,15 bis 3 Gew.-% eines Silans.
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In
Bezug auf das Verfahren zur Herstellung und Aufbringung der vorstehend
offenbarten durch Ultraviolettstrahlung aushärtbaren organischen Tintenzusammensetzung
umfasst dieses in einer bevorzugten Ausführungsform:
- a)
Herstellen einer durch Ultraviolettstrahlung aushärtbaren
Tintenzusammensetzung durch Mischen von 80 bis 95 Gew.-% einer Tinte
auf Epoxy-Polyurethan-Basis;
und 0,5 bis 8 Gew.-% eines ein Gemisch aus Polyethylenwachsen und
Polytetrafluorethylenwachsen hergestellten Zusatzes unter kräftigem Rühren des
Gemischs;
- b) Zusetzen von 1 bis 7 Gew.-% eines aus Polyamid mit niedrigem
bis mittlerem Molekulargewicht hergestellten wasserabstoßenden Mittels
direkt vor dem Aufbringen der hergestellten Tintenzusammensetzung,
da diese Zusammensetzung nach deren Herstellen maximal 8 Stunden
beständig
ist;
- c) Zusetzen einer Haftverstärkergrundierungszusammensetzung,
umfassend 0,15 bis 3 Gew.-% eines Silans;
- d) Aufbringen der hergestellten Tintenzusammensetzung auf das
Glassubstrat durch Siebdruck, Tampondruck oder dergleichen;
- e) Aushärten
der Tintenzusammensetzung durch Bestrahlen der beschichteten Oberfläche mit
Ultraviolettlicht
- f) Erwärmen
des Substrats durch Durchleiten dessen durch einen Heiz-Kühlofen zum
Erhöhen
der Substrattemperatur auf zwischen 100 bis 160°C; und
- g) Aufbringen eines ein Produkt auf Ölsäure-Basis einschließenden Schmiermittels
als Gas oder Dampf, und/oder Aufsprühen einer wässrigen Emulsion aus einem
ethoxylierten Polyethylenderivat auf den Teil des Glassubstrats,
der die Tintenzusammensetzung einschließt.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung ist es praktisch, die Haftverstärkergrundierungszusammensetzung
durch Zusetzen von 70 bis 97 Gew.-% entmineralisiertes Wasser und
0 bis 19,4 Gew.-% Ethylalkohol und 0,15 bis 3 Gew.-% Silan unter
Rühren
getrennt herzustellen und sie als dünne Schicht vor dem Aufbringen
der durch Ultraviolettlicht aushärtbaren
organischen Tintenzusammensetzung zum Verbessern ihres Haftvermögens auf
das Glassubstrat aufzubringen und die Haftverstärkergrundierungszusammensetzung
auf dem Glassubstrat zu trocknen.
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Die
Tinte auf Epoxy-Polyurethan-Basis kann aus verschiedenen Farben
ausgewählt
werden, ist eine rote Farbe erwünscht,
ist sie ausgewählt
aus der Familie von Monoazopigmenten wie denjenigen, die als CD-Photoflex
von der Firma Sericol Inc. bekannt sind, insbesondere denjenigen,
die unter der Marke Graftol 210; Red 2000 CD-JC-2455; Red Rubine CD-155;
Intensive Red CD-141; Heat Red CD-130, sämtlich von der Firma Sericol
Inc., vertrieben werden.
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Die
weiße
Farbe ist ausgewählt
aus der Titanoxid-Familie, insbesondere denjenigen, die unter den
Bezeichnungen Opaque White CD-311, ebenfalls von Sericol Inc., vertrieben
werden.
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Andere
Farben sind Yellow Medium CD-123; Yellow Lemon CD-111; Silver Gray
CD-302; Black Shadow CD-SB; Opaque Black CD-301; Reflex Blue CD-205; Blue Process
CD-190 und andere.
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Der
das Gemisch aus Polyethylenwachsen und als „PTFE" bekannten Polytetrafluorethylenwachsen
einschließende
Zusatz ist ausgewählt
aus denjenigen, die als Polifluo XF-523 von der Firma Micropowders,
Corp. den TL-Serien von Harwick Standard Chemical, Polipenco von
Polymer Corporation und Whitcon von Whitford Chemical Corp., vertrieben werden,
und anderen.
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Das
aus Polyamid mit niedrigem und mittlerem Molekulargewicht hergestellte
wasserabstoßende
Mittel ist ausgewählt
aus denjenigen, die als Kaeropox und „Water Resistance Agent" von Sericol Inc. vertrieben
werden.
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Die
Haftverstärkergrundierung
ist ausgewählt
aus denjenigen, die als Z-6011, Z-6032, beide von Dow Corning, A-1100
von Witco vertrieben werden, oder ähnlichem oder einem Gemisch
davon.
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Und
letztendlich ist das ein Produkt auf Ölsäure-Basis einschließende Schmiermittel
ausgewählt
aus demjenigen, das als AP-5 von US-CAN vertrieben wird.
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Folglich
sollte es klar sein, dass es aufgrund der Eigenschaften der durch
Ultraviolettlicht aushärtbaren
organischen Tintenzusammensetzung praktisch ist, die Zusammensetzung
wenige Stunden vor deren Aufbringung herzustellen.
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Weiterhin
sollte es klar sein, dass die Erfindung auf die vorstehend offenbarten
spezifischen Ausführungsformen
der Zusammensetzung und des Verfahrens zu deren Herstellung und
Aufbringung auf Glassubstrate nicht beschränkt ist, und dass der Durchschnittsfachmann
Veränderungen
in die Bestandteile und Schritte im Hinblick auf die Lehren dieser
Erfindung einbringen kann, die im wie Folgenden beanspruchten tatsächlichen
Umfang der Erfindung liegen.