DK150801B - Trykfarve - Google Patents

Description

i 150801 o

Den foreliggende opfindelse angår en trykfarve, der er tilpasset til hurtiggående trykkeoperationer.

Dispergering af findelte pigmenter i organiske trykfarvegrundlag til fremstilling af et materiale, 5 der er egnet som trykfarve, er en yderst kompliceret teknik. Typen af den overflade, der trykkes, den specifikt anvendte trykkepresse, operationens hastighed og tørretiden er alle tilgrundliggende faktorer, der bestemmer de nødvendige arbejdskvaliteter for en tilfredsstillende 10 farve.

De stærkt ekspanderede oplagstal for moderne aviser har forårsaget udvikling og anvendelse af hurtiggående presser inden for trykkeindustrien. Dette har krævet trykfarver, der hærder hurtigt. Systemer på harpiks-15 basis, der kan tørres ved hjælp af vand, vanddamp eller varm luft, erstatter gradvis de konventionelt anvendte tørreolier. Moderne hurtiggående presser kræver farver, der hærder i løbet af sekunder fremfor minutter.

Til hurtiggående trykning skal trykfarver bevare 20 en passende balance mellem klæbeevne, indtrængen og fylde-kontrol. Ved "klæbeevne" forstås den egenskab, at trykfarven hænger ved farvevalsen, og som efter trykning tillader, at farven hæfter til det papir, hyorpå der er trykt. En høj klæbeevne bevirker, at farven ikke slyn-25 ges af valsen (sløring)., men derimod overføres til papiret.

En for høj grad af klæbeevne kan imidlertid bevirke, at papiret rives i stykker, eller at farven sløres ved høje pressehastigheder. Farve med utilstrækkelig klæbeevne overføres ikke på passende måde ved trykkeoperationen. Hvis 30 trykfarvens indtrængen er for stor, bliver trykket synligt fra papirets modsatte side, eller der fremkaldes udviskning af skrifttegn. En dårligt kontrolleret indtrængen kan resultere i udtværing, efter at farven er formodet hærdet. En trykfarve skal have fylde for at forhindre centrifugal af-

OfT

stødning ved høje trykkehastigheder. I modsætning hertil strømmer en for viskos farve ikke på rette måde fra beholderne til valserne.

O

2 150801

Disse variationer og de betingelser, der nødvendigvis skal opfyldes, gør det bydende nødvendigt for trykfarveindustrien at sætte sin lid til særlige formuleringer. I US-patentskrift nr. 2.750.296 er der 5 f.eks. beskrevet en trykfarve, der indeholder et pigment dispergeret i et trykfarvegrundlag, der omfatter et olieopløseligt harpiksbindemateriale opløst i mineralolie, og som indeholder et langkædet, aliphatisk aminbentonit med 34 carbonatomer i den aliphatiske kæde. I modsætning 10 hertil er der i US-patentskrift nr. 2.754.219 beskrevet fremstilling af en anti-slørende trykfarve, hvis hovedbestanddel i trykfarvegrundlaget er et carbonhydrid indeholdende en aromatisk bestanddel af et findelt, organisk derivat af montmorillonit, hvori den organiske bestanddel indbefat-15 ter en kæde på mindst 12 carbonatomer. Endvidere er der i US-patentskrift nr. 2.739.067 beskrevet en trykfarve indeholdende et modificeret ler, der som ler-geleringsmiddel indeholder reaktionsproduktet af bentonit og dimethyl-dioctadecylammoniumchlorid. De ifølge den kendte teknik 20 anvendte forbindelser er imidlertid alle behæftet med forskellige ulemper. Nogle kræver f.eks. den uønskede anvendelse af polære dispersionsadditiver, der kan reagere med andre trykfarvebestanddele og derved eliminere essentielle farveegenskaber, medens andre kræver talrige ud-25 sættelser for forskydningskræfter i en valsemølle til frembringelse af et viskositetsstabilt materiale, hvis viskositet ikke stiger ved opbevaring, med deraf følgende høje arbejdsomkostninger og ledsagende produktionsstandsning. Ler-geleringsmidler af den i US-patentskrift nr.

30 2.739.067 beskrevne type fører til trykfarver, hvis vis kositet er utilstrækkelig, således som det fremgår af de sammenligningsforsøg A, B, F, G og I, som er omtalt i det følgende.

Man har nu uventet fundet frem til en opbevarings-35 stabil trykfarve, der eliminerer ulemper ved de kendte farver. Den der omhandlede trykfarve består af et organisk 150801

. 3 O

bindemiddel, hvori der er dispergeret et pigment og et organofilt ler-geleringsmiddel samt gængse mængder af opløsningsmidler, fernisser og trykfarveadditiver, og den er ejendommelig ved, at ler-geleringsmidlet er til 5 stede i en mængde på 0,1-5 vægtprocent, baseret på trykfarven, og består af reaktionsproduktet af et ler af smectittypen med en kationbytterkapacitet på mindst 75 mækv. pr. 100 g ler og en kvaternær ammoniumforbindelse med den almene formel i— ! + 10 Ir1; r1_!_R4 ' M‘

R3 I

1 L -I 2 15 hvori R betyder CH^ eller CgH^CE^R betyder CgH^CI^, R"^ og R^ betyder alkylgrupper, som består af en blanding af alkylgrupper med 14-22 carbonatomer, og M betyder chlorid, bromid, nitrit, hydroxyl, acetat, methylsulfat eller blandinger deraf, hvorhos den mængde af ammonium-20 forbindelsen, der er omsat med leret, er 100-120 mækv.

pr. 100 g ler, baseret på 100% aktivt ler. Der er hermed tilvejebragt en trykfarve indeholdende et forbedret, viskositetsforøgende additiv.

Det er uventet og yderst overraskende, at de 25 ifølge opfindelsen anvendte ler-geleringsmidler let dispergeres i trykfarven, og at de tillader opbygningen af høj viskositet og høj klæbeevne ved minimal forskydningspåvirkning i en mølle, jfr. eksempel 4 og den tilhørende tabel IV i det følgende. Dette er specielt overra-30 skende, fordi disse ønskelige egenskaber opnås, uden at det er nødvendigt at tilsætte et polært additiv, som kunne påvirke den færdige farves egenskaber ugunstigt.

De lerarter, der anvendes til fremstilling af de orgaqofile ler-geleringsmidler, som anvendes i trykfarven 35 ifølge opfindelsen, er lerarter af smectittypen, der har en kationbytterkapacitet på mindst 75 mækv. pr. 100 g ler.

4

O

150801 Særlig ønskelige typer ler er de naturligt forekommende Wyoming-varieteter af kvældende bentonitarter og lignende lerarter og hectorit, et kvældende magnesiumlithiumsili-catler.

5 Lerarterne, især lerarterne af bentonittypen, omdannes fortrinsvis til natriumformen, hvis de ikke allerede foreligger i denne form. Dette kan hensigtsmæssigt gøres ved fremstilling af en vandig leropslæmning og ved gennemledning af opslæmningen gennem en masse af 10 kationbytterharpiks i natriumformen. Alternativt kan leret blandes med vand og en opløselig natriumforbindelse, såsom natriumcarbonat eller natriumhydroxid, og blandingen kan udsættes for forskydningskræfter i en lermølle eller ekstruder.

15 Lerarter af smectittypen, der er fremstillet syntetisk ved enten en pneumatolytisk eller, fortrinsvis, en hydroterm syntesefremgangsmåde, kan også anvendes til fremstilling af de organofile lerater, som indgår i den her omhandlede trykfarve. Repræsentative for sådanne 20 lerarter er montmorillonit, bentonit, beidellit, hectorit, saponit og stevensit. Disse lerater kan syntetiseres hydrotermt ved fremstilling af en vandig reaktionsblanding i form af en opslæmning indeholdende blandede vandholdige oxider eller hydroxider af de ønskede metaller 25 med eller uden, afhængigt af det foreliggende tilfælde, natrium- (eller en alternativ ombyttelig kation eller en blanding deraf) -fluorid i de passende mængder til det ønskede, specifikke syntetiske smectit. Opslæmningen anbringes dernæst i en autoklav og opvarmes under autogent 30 tryk til en temperatur i området fra ca. 100 til 325°C, fortrinsvis 274-300°C, i et tilstrækkeligt tidsrum til dannelse af det ønskede produkt.

Kationbytterkapaciteten af lerarterne af smectittypen kan bestemmes ved den velkendte ammoniumacetatmetode.

35 De kvaternære ammoniumforbindelser, der omsættes med disse lerarter af smectittypen, er et methylbenzyl-

O

5 150801 eller dibenzyldialkylammoniumsalt, hvor alkylgrupperne indeholder 14-22 carbonatomer, fortrinsvis 16 eller 18 carbonatomer, og mest foretrukket indeholder 20-35% af alkylgrupperne 16 carbonatomer, og 60-75% indeholder 18 5 carbonatomer.

Det foretrukne kvaternære ammoniumsalt er methylbenzyldi-(hydrogeneret talg)-ammoniumchlorid.

Kommercielt fremstillet, hydrogeneret talg indeholder typisk ifølge analyse:2,0% C^-, 0,5% C.^-, 29,0% C^g-, 10 1,5% C^.y-, 66,0% C-j^g— og 1,0% C2Q-alkylradikaler.

De i den her omhandlede trykfarve anvendte orga-nofile lerarter kan fremstilles ved blanding af leret, den kvaternære ammoniumforbindelse og vand, fortrinsvis ved en temperatur i området fra 38 til 82°C, mere fore-15 trukket fra 60 til 77°C, i et tilstrækkeligt tidsrum til, at den organiske kvaternære ammoniumforbindelse overtrækker lerpartiklerne, efterfulgt af filtrering, vask, tørring og formaling. Hvis de organofile lerarter anvendes i emulsioner, kan tørre- og formalingstrinene elimineres.

20 Når leret, den kvaternære ammoniumforbindelse og vandet blandes i sådanne koncentrationer, at der ikke dannes en opslæmning, kan filtrerings- og vasketrinene elimineres.

Leret dispergeres fortrinsvis i vand ved en koncentration på fra ca. 3 til 7 vægtprocent, opslæmningen 25 centrifugeres eventuelt til fjernelse af ikke-ler-forure-ninger, der udgør fra ca. 10 til ca. 50 vægtprocent af udgangslermaterialet, opslæmningen omrøres og opvarmes til en temperatur i området fra 60 til 77°C, det kvaternære aminsalt tilsættes i det ønskede milliækvivalentforhold, 30 fortrinsvis som en væske i isopropanol eller dispergeret i vand, og omrøringen fortsættes til fremkaldelse af reaktionen.

Den mængde af den kvaternære ammoniumforbindelse, der sættes til leret til den foreliggende opfindelses formål, skal være tilstrækkelig til at bibringe leret de 35 ønskede, forbedrede dispersionskarakteristika. Milliækvivalentforholdet defineres som antallet af milliækvivalenter 6

O

150801 af den kvaternære ammoniumforbindelse i det organofile ler pr. 100 g ler, baseret på 100% aktivt ler. De her omhandlede organofile lerarter har et milliækvivalentforhold på fra 100 til 120. Ved lavere milliækvivalentforhold er 5 de organofile lerarter ineffektive geleringsmidler, selv om de kan være effektive geleringsmidler, når de disperge-res på kendt måde med et polært additiv. Ved højere milliækvi valent forhold er de organofile lerarter dårlige geleringsmidler. Det foretrukne milliækvivalentforhold i om-10 rådet fra 100 til 120 varierer i afhængighed af de karakteristika, der foreligger for dét organiske system, der skal underkastes geldannelse ved hjælp af det organofile ler.

Trykfarven fremstilles på økonomisk og i prak-15 sis gennemførlig måde ved simpel inkorporering af de organofile ler-geleringsmidler i et tilgrundliggende bindemiddel, der indeholder et pigment og et organisk trykfarvegrundlag. Farve, der er behandlet på denne måde, ser ud til at være uændret og har normale strømmeegenskaber, 20 men den er i stand til at blive ikke-slørende i karakteren, idet den har forøget viskositet efter at være blevet udsat for forskydningskræfter, f.eks. ved en enkelt gennemled-ning gennem en trevalsemølle eller ved passage over møllerne i et farvefordelingssystem. At udsætte farven for 25 forskydningskræfter er ganske almindeligt inden for trykfarvefremstillingsteknikken, hvad enten der ønskes en stigning i viskositeten eller ej. Mindst én passage over trevalsemøllen er almindeligvis nødvendigt for en tilfredsstillende dispergering af pigmenterne eller -materialerne, 30 således at farven trykker tilfredsstillende på trykkemaskinen. Den her omhandlede trykfarve kan også fremstilles ved tilsætning af det organofile ler-geleringsmiddel til en i forvejen fremstillet, færdigbehandlet trykfarve. Disse trykfarver kan fremstilles ved en hvilken som helst gængs 35 metode, såsom med kolloidmøller, valsemøller eller kuglemøller, hvori pigmentet bliver godt dispergeret i det orga-

O

7 150801 niske trykfarvegrundlag ved hjælp af de stærke forskydningskræfter, der anvendes ved behandlingen. Denne dispersion af pigment i grundlaget udgør en normal trykfarve og har den konventionelle tilbøjelighed til sløring.

5 Det organofile ler-geleringsmiddel anvendes i mængder, der er tilstrækkelige til at opnå den ønskede viskositetsværdi og klæbeevne i trykfarven. Om nødvendigt kan viskositeten reguleres yderligere ved tilsætning af et viskositetsreduktionsmiddel, f.eks. naphthensyre. Mængder 10 på fra 0,1 til 5 vægtprocent af trykfarven er tilstrækkelige til en stærk reduktion af farvens sløringstilbøjeligheder, når denne anvendes ved hurtiggående trykkeoperationer, idet de især foretrukne mængder er 1-3 vægtprocent.

Når ler-geleringsmidlet anvendes i koncentrationer på un-15 der 0,1 eller over 5 vægtprocent af trykfarven, forringes konsistensen, strømmeevnen og andre egenskaber, der påvirker sværtens kritiske karakteristika, stærkt, dvs., at den ønskede stigning i viskositet og klæbeevne ikke opnås.

Den her omhandlede trykfarve kan indeholde kon-20 ventionelle farveadditiver, der anvendes i trykfarver.

Olieopløselige toningsmidler, der anvendes til bekæmpelse af den brunlige tone af mineralolie og kønrøgpigment, såvel som ringe mængder voks eller fedt kan f.eks. anvendes til at bibringe trykfarven specielle egenskaber.

25 De trykfarver, der kan anvendes med de her om handlede ler-geleringsmidler, indbefatter varmehærdende trykfarve eller avispapirtrykfarve, vand- eller vanddamphærdende trykfarve eller litografisk trykfarve.

Avispapirtrykfarve tørrer først og fremmest ved 30 indtrængen og absorption, selv om der anvendes nogen varme til accelerering af tørringen og forhindring af udtværing.

Ved passende regulering af viskositets-, klæbeevne- og udbytteforholdet i sådanne trykfarver opnås med de her omhandlede, organofile lerarter en passende indtrængen på 35 effektiv måde uden centrifugal afstødning eller sløring.

O

8 150801 Når de ifølge opfindelsen anvendte, organofile lerarter anvendes sammen med andre varmehærdende, typografiske farver, såsom højkvalitetstrykfarver til tidsskrifter, der indeholder additiver, såsom bindemidler plus opløs-5 ningsmidler, er farverne yderst fleksible, ikke-udtværende, de trykker godt og hærder hurtigt ved høje temperaturer.

Anvendelsen af ler-geleringsmidlet ved vanddampeller vandhærdende trykfarver påvirker i stort omfang viskositeten og klæbeevnen ved at frembringe en karakteristisk 10 korthed i trykfarven.

I modsætning hertil er litografiske trykfarver meget lig typografiske farver i sammensætning med den undtagelse, at fylden er noget større, og pigmentkoncentrationen er højere. De ovenfor angivne fordele ved an-15 vendelse af de organofile lerarter gælder også her.

Nedenstående eksempler tjener til illustrering af opfindelsen. Alle i beskrivelsen angivne procentdele er baseret på vægten, medmindre andet er angivet.

20

Eksempel 1

Der fremstilles en varmehærdende, blå offsetfarve til rotationspresser indeholdende 3,1% varmehærdende paraffinvoksforbindelse, 7,8% strækmiddellak, 49,0% 25 phthalocyaninblåt flusmiddel, 4,1% polyethylenvoksdisper-sion i lak (polyethylenforbindelse -124) og 8,5% opløsningsmiddel ("Magiesol" ^ nr. 51, der er fremstillet af Magie Bros. Oil Company, og som er et paraffinisk carbon-hydrid med en molekylvægt på 220). Separate farveprøver 30 behandles med forskellige organofile lerderivater af ammoniumforbindelser og ledes tre gange gennem en valsemølle. Farveopløsningsmiddelkoncentrationen varieres for at muliggøre tilsætning af lerderivaterne. Resultaterne er angivet i tabel I.

35 Sammenligningsforsøg A og B anvender et kommer cielt fremstillet reaktionsprodukt af bentonit og dimethyl--di-(hydrogeneret talg)-ammoniumchlorid. Forsøg 1 og 2 ifølge opfindelsen anvender et reaktionsprodukt af bentonit

O

150801 9 og methylbenzyl-di-(hydrogeneret talg)-ammoniumchlorid, der er fremstillet på nedenstående måde:

Ca. 1325 liter af en 3% opslæmning af Wyoming-ben-tonit i vand, som i forvejen er behandlet ved centrifuge-5 ring til fjernelse af alle ikke-ler-urenheder og ionbyttet til tilvejebringelse af leret i natriumformen, opvarmes til ca. 65,5°C og forenes med 33,6 kg 77,8% methylbenzyl--di-(hydrogeneret talg)-ammoniumchlorid. Blandingen omrøres i 45 minutter, filtreres til fjernelse af faststof- 10 fer, tørres ved 65,5°C og formales til slut til frembringelse af et organofilt ler-geleringsmiddel indeholdende 110,8 mækv. kvaternær ammoniumforbindelse pr. 100 g ler.

Eksempel 2 15 Fremgangsmåden fra eksempel 1 gentages med samme farvebase og opløsningsmiddel med den undtagelse, at der anvendes forskellige kommercielt tilgængelige, organofile lerarter i 2% koncentrationer. Resultaterne er angivet i tabel II.

20 Sammenligningsforsøg C anvender "TROYKYD ^XYZ", der er et polymeriseret, organisk esteradditiv, der forøger viskositeten, forhindrer bundfældning og uregelmæssig nedadtrækning og forbedrer ikke-indtrængen, og som er fremstillet af Troy Chemical Co.

25 Sammenligningsforsøg D anvender "CAB-O-SIL ^M5", o + 2 der er et siliciumoxid med et overfladeareal på 200_ 25 m pr. g, og som er fremstillet ved hydrolyse af siliciumte-trachlorid i en flamme af hydrogen og oxygen af Cabot Corporation.

30 Sammenligningsforsøg E anvender "TROYKYD^ABC", der er et behandlet ler, der danner en gel med organiske trykfarvegrundlag, og som er fremstillet af Troy Chemical Co.

Sammenligningsforsøg F anvender et kommercielt 35 fremstillet reaktionsprodukt af bentonit og dimethyl-di--(hydrogeneret talg)-ammoniumchlorid.

Forsøg 3 ifølge opfindelsen anvender det ved forsøg 1 og 2 beskrevne produkt.

O

IQ

150801

Eksempel 3

Fremgangsmåden ifølge eksempel 1 gentages i nærværelse og fraværelse af propylencarbonat som polært additivdispergeringsmiddel. Resultaterne er angivet i 5 tabel III.

Sammenligningsforsøg G anvender 2% af et kommercielt fremstillet reaktionsprodukt af bentonit og dimethyl-- di-(hydrogeneret talg)-ammoniumchlorid plus 0,66% propylencarbonat.

10 Sammenligningsforsøg H anvender 2% "CAB-O-SIL^ M5" uden dispergeringsmiddel.

Forsøg 4 ifølge opfindelsen anvender det ved forsøg 1 og 2 beskrevne produkt uden dispergeringsmiddel.

15 Eksempel 4

Fremgangsmåden fra eksempel 1 gentages med den undtagelse, at der foretages viskositets- og udbytteværdi-bestemmelser hver gang, præparaterne udsættes for forskydningskræfter i trevalsemøllen. Resultaterne er angivet 20 i tabel IV.

Sammenligningsforsøg I anvender samme præparat som anvendes ved forsøg A og B.

Forsøg 5 ifølge opfindelsen anvender samme præparat som anvendes ved forsøg 1 og 2.

25 Det i sammenligningseksempel A, B, F, G og I anvendte organofile ler svarer i sin sammensætning omtrent til det i eksempel 2 i US-patentskrift nr. 2.739.067 beskrevne ler.

Af resultaterne i de efterfølgende tabeller vil det ses, at den viskositet, som opnås i trykfarver fremstillet med 30 dette gængse ler, er overraskende meget lavere end viskositeten i trykfarver ifølge opfindelsen.

35 150801 11

O

Tabel I

% ler- % opløs- Viskositet Klæbe-

Prøve_derivat ningsmiddel_(P)_evne

Kontrol 0 8,5 80,0 12,0 5

Sammenligningsforsøg A 1 7,5 95 15,2

Forsøg 1 ifølge opfindelsen 1 7,5 115 15,0

Sammenligningsforsøg B 2 6,5 130 16,8 10

Forsøg 2 ifølge opfindelsen 2 6,5 145 16,3

Af resultaterne ses, at farverne ifølge opfindelsen har højere viskositet og samme klæbeevne sammenlignet med 15 de kendte farver.

Tabel XI Viskositet 20 Prøve_ (Pj_ Klæbe evne

Kontrol 120 16,0

Sammenlig- ningsforsøg C 130 15,6

Sammenligningsforsøg D 130 15,7 25 Sammenligningsforsøg E 140 16,3

Sammenligningsforsøg F 165 15,7

Forsøg 3 ifølge opfindelsen 175 16,0 30

Af resultaterne ses, at farven ifølge opfindelsen har højere viskositet og samme klæbeevne sammenlignet med de kendte faryer.

35 150801 .

O

12

Tabel III Viskositet

Prøve_(P)_Klæbeevne

Sammenlig- 5 ningsforsøg G 140 16

Sammenligningsforsøg H 120 15

Forsøg 4 ifølge opfindelsen 180 16,2 10 Af resultaterne ses, at faryen ifølge opfin delsen har højere viskositet og mindst samme klæbeevne som de kendte farver.

Tabel IV

15 Viskositet Udbytte-

Prøve Gennemledning (P) værdi 2 . . dyn/cin

Forsøg 5 ifølge opfindelsen 1 235 26.000 2 235 32.000 20 3 237 30.000

Sammenligningsforsøg I 1 192 17.000 2 208 19.000 3 213 24.000 25

Som de fremkomne data angiver, opnår de her omhandlede, hidtil ukendte trykfaryer deres fulde viskosi-tetsniveauer ved én gennemledning gennem valsemøllen, medens sammenligningsgeleringsmidlet kontinuerligt stiger 30 i viskositet og end ikke opnår den viskositet, der opnås af præparatet ifølge opfindelsen ved én gennemledning.

Efter 6 måneders opbevaring stiger viskositeten af den her omhandlede trykfarve ikke. I iriodsætning hertil stiger sammenligningstrykfarven i viskositet, hvilket viser, at 35 der ikke opnås fuld viskositetsudvikling ved udsættelsen for forskydningskræfter.

13

O

150801

Udbytteværdien beregnes ud fra Bingham-ligningen fB = 5 som er skæringspunkt på aksen for forskydningsbelastningen, når forskydningshastigheden er 0. f_ er udbytteværdien T er forskydningsbelastningen Dd er forskydningshastigheden

O

10 Mg er viskositeten.

Viskositeten bestemmes under anvendelse af et Thwing-Alhert-viskometer, der er et koncentrisk cylinder--viskometer, der anvender aksial strømning.