ES2221114T3 - Composicion de tinta para una tinta que se puede fundir. - Google Patents
Composicion de tinta para una tinta que se puede fundir.Info
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Abstract
COMPOSICION DE TINTA PARA UNA TINTA FUSIBLE, UTILIZABLE EN DESPOSITIVOS DE IMPRESION, EN LOS CUALES LAS GOTITAS DE TINTA SE LANZAN A PARTIR DE CONDUCTOS. DICHA COMPOSICION CONTIENE UN MATERIAL FUSIBLE DE BASE, Y TAMBIEN UN COMPUESTO MONOMERICO QUE SOLIDIFICA EN FORMA AMORFA Y UN AGLUTINANTE DE UN POLIMERO U OLIGOMERO AMORFO Y EL MATERIAL DE BASE ES UN COMPUESTO MONOMERICO QUE SOLIDIFICA EN FORMA CRISTALINA. LAS PROPIEDADES DE FLUJO Y SOLIDIFICACION Y LA CONSISTENCIA DE LA TINTA SE AJUSTAN MEDIANTE LA ELECCION Y PROPORCION RELATIVA DE LOS CONSTITUYENTES.
Description
Composición de tinta para una tinta que se puede
fundir.
Esta invención se refiere a una composición de
tinta para una tinta que se puede fundir, utilizable en
dispositivos de impresión en los que las gotas de tinta se lanzan
desde conductos, composición que contiene un material de base
fusible. Estos materiales de base pueden ser ceras naturales o
sintéticas, alcoholes, amidas de ácido carboxílico o ácido sulfónico
y similares. Se indican materiales adecuados por ejemplo en la
patente de EE.UU. 5 122 187. Las composiciones de tinta de la
técnica anterior en el estado solidificado generalmente producen
sobre los materiales receptores capas que son demasiado frágiles o
precisamente demasiado blandas, con el resultado de que la
resistencia al engomado, rayado y doblado, particularmente de las
capas dobles, esto es capas de tintas diferentes, por ejemplo de
colores diferentes, no cumplen la norma. Para endurecer
formulaciones de tintas que son demasiado frágiles o para hacer más
rígidos a unos materiales cristalinos demasiado blandos, es
necesaria la adición de un ligante amorfo, con o sin combinación de
un plastificante monómero. Sin embargo, como resultado del
considerable aumento de viscosidad en estado fundido producido por
una adición de este tipo, sólo se puede usar una baja concentración
(hasta un 20% en peso aproximadamente) de polímero amorfo o ligante
oligómero.
El aumento de viscosidad en estado fundido es
indeseable porque las tintas resultantes generalmente penetran de un
modo insatisfactorio en los materiales receptores (por ejemplo en
el papel), con el resultado de que se forman capas gruesas sobre el
material receptor que son mecánicamente vulnerables. Con el aumento
de viscosidad, la tinta también deja de ser pulverizable con
facilidad, si efectivamente se usan cabezales pulverizadores que
tienen diámetros de boquilla por debajo de 45 \mum. En el caso de
una baja concentración de polímero amorfo, se produce una rigidez
inadecuada y/o una fragilidad excesiva de las composiciones de
tinta en el estado solidificado. Por tanto hay un dilema con las
composiciones de tinta existentes: la rigidez requerida en estado
solidificado frente a una deseable viscosidad relativamente baja a
la temperatura de trabajo. También se ha encontrado en la práctica
que las formulaciones de tinta en las que están presentes dos o más
materiales son frecuentemente inestables con el tiempo, incluso si
la tinta ya ha sido pulverizada sobre un material receptor. Así,
con mezclas de materiales cristalinos y amorfos hay frecuentemente
una alteración después de la cristalización, como resultado de la
cual pueden producirse cambios de color y las impresiones pueden
volverse opacas, siendo esto un obstáculo, por ejemplo, si se usan
estas combinaciones de tinta sobre una lámina de proyector.
Lo que se requiere por tanto es una composición
en la que una considerable cantidad de ligante amorfo se pueda
disolver de tal manera que aumente la rigidez después de la
solidificación de la composición de tinta mientras que la
viscosidad de la composición de tinta tenga un valor a
120-130ºC tal que la composición de tinta se pueda
usar en dispositivos de impresión que tienen una boquilla con un
diámetro menor que 45 \mum. Además, la composición de tinta ha de
tener buena estabilidad al chorro y resistencia al engomado, al
rayado y al doblado y no exhibir alteración alguna después de la
cristalización.
La composición de tinta según la presente
invención, según se indica en el preámbulo, se caracteriza porque
la composición de tinta también contiene un compuesto monómero de
solidificación amorfa y un ligante amorfo polímero u oligómero y el
material de base es un compuesto monómero de solidificación
cristalina.
Según la presente invención, es ahora posible,
por combinación de estos tres constituyentes, ajustar las
características de fluidez y de solidificación por una elección
óptima de las proporciones relativas de los constituyentes
anteriormente mencionados.
El compuesto monómero de solidificación amorfa
tiene una temperatura de transición vítrea de (Tg) de
10-50ºC, una viscosidad menor que 100 mPa.s a 150ºC
y tiene un peso molecular menor que 1000 g/mol.
Si se usa en la composición de tinta un compuesto
monómero de solidificación amorfa que tiene un valor de Tg mayor que
50ºC, la tinta resultante es demasiado frágil y demasiado viscosa.
Un valor de Tg menor que 10ºC conduce a una composición de tinta
que tiene unas características de solidificación a temperatura
ambiente tales que, por ejemplo, las hojas de papel impresas con
tintas de este tipo se pegan unas con otras. Una viscosidad más
alta que 100 mPa.s a 150ºC da como resultado un comportamiento de
pulverización insatisfactorio en los dispositivos de pulverización.
Si el peso molecular es más que 1000 g/mol, la viscosidad estará
fuera del intervalo mencionado y la tinta será difícilmente
procesable, o nada procesable.
Compuestos monómeros de solidificación amorfa
son, por ejemplo, los compuestos que tienen la propiedad de que se
solidifican de manera principalmente amorfa incluso a velocidades
de enfriamiento de 50ºC/min aproximadamente, que son relativamente
bajas en comparación con la velocidad de enfriamiento de las gotas
de tinta en un material receptor.
Por combinación de los tres constituyentes es
posible aumentar drásticamente hasta 40% en peso la fracción amorfa
(monómero de solidificación amorfa y ligante amorfo polímero u
oligómero) en la composición de la tinta al tiempo que se retiene
la viscosidad baja.
Es posible incluso un 75% de fracción amorfa si
los compuestos monómeros de más baja viscosidad que se usan tienen
una viscosidad menor que 50 mPa.s a 150ºC.
El compuesto monómero de solidificación amorfa es
preferiblemente un compuesto que se selecciona del grupo de
bis-uretanos, ésteres de pentaeritritol y
dipentaeritritol, carbonatos de pentaeritritol, productos de
reacción de epóxidos y alcoholes, bis-amidas,
bis-sulfonamidas o mezclas de estos compuestos.
Bis-uretanos preferiblemente
usados son producto de reacción de diisocianato de isoforona con
alcohol metílico o el producto de reacción de diisocianato de
4,4'-diciclohexilmetano con alcohol bencílico.
Los ésteres de pentaeritritol y dipentaeritritol
son preferiblemente ésteres de benzoato, toluato y anisilato.
Los carbonatos de dipentaeritritol son
preferiblemente carbonatos de fenilo o carbonatos de fenilo
sustituidos.
Los productos de reacción de epóxidos y alcoholes
son preferiblemente productos de reacción del éter diglicidílico de
bis-fenol A con fenoles sustituidos alquilo o
cicloalquilo. También es posible seleccionar compuestos del grupo
de bis-amidas asimétricas según se dan en la patente
de EE.UU. US-5 421 868 y de
bis-amidas y bis-sulfonamidas
simétricas. Es posible usar mezclas de los compuestos
anteriores.
Aunque los compuestos anteriores de
solidificación amorfa son utilizables por sí mismos como tinta, en
la práctica son demasiado viscosos a las temperaturas de trabajo de
130ºC aproximadamente y esto da lugar a problemas cuando se usan
boquillas pequeñas. Además, las imágenes impresas son
frecuentemente inestables con el tiempo. Por último, se produce la
cristalización en la mayoría de las ocasiones, de modo que la
fragilidad aumenta y la transparencia disminuye.
El compuesto monómero de solidificación amorfa no
funciona simplemente como plastificante, sino como un ligante que da
rigidez con una viscosidad baja, sin reducción drástica de Tg de la
composición completa de tinta.
Si se obtiene la misma reducción de Tg del
ligante de oligómero o polímero mediante un plastificante oleoso,
tal como por ejemplo, ftalato de dioctilo en lugar de mediante un
compuesto monómero de solidificación amorfa, el resultado obtenido
no es bueno. En ese caso el producto es más gruesamente cristalino,
siendo más opaco y menor rígido.
El ligante amorfo polímero u oligómero tiene una
temperatura de transición vítrea (Tg) preferiblemente entre 25 y
120ºC, un peso molecular medio ponderado de entre 1000 y 15000
g/mol, medido sobre la base de los estándares de poliestireno y una
viscosidad mayor que 1000 mPa.s a 150ºC. Una viscosidad inferior a
1000 mPa.s da un ligante insuficientemente rígido que generalmente
será demasiado frágil y tenderá a cristalizar. Si el valor de Tg es
menor que 25ºC, la composición de tinta obtenida es demasiado
pegajosa y a un valor de Tg por encima de 120ºC la viscosidad será
demasiado alta. El ligante amorfo de polímero u oligómero usado
puede ser el producto de reacción de ácidos resínicos hidrogenados
con, por ejemplo, glicerol o pentaeritritol o se usa producto de
condensación de acetofenona y formaldehído tal como Kunstharz SK o
AP (™ Hüls) o resinas de condensación de ciclohexanona tal como
Kunstharz CA (™ Hüls), copolímeros de estireno, acrilato y
metacrilato, alcohol alílico y similares, y diversos
(co)poliésteres tales como Dynacol 7130 y 7150 (™ Hüls) o
poli(ftalato de etileno) (Crystalbond 509, ™ Printlas) y
mezclas de estos compuestos. El valor de Tg del producto de
condensación anteriormente mencionado Kunstharz SK es 88ºC y el
peso molecular medio ponderado es aproximadamente 1350 (medido
sobre la base de los estándares de poliestireno).
Además del fuerte efecto de rigidez del material
de polímero u oligómero sobre la tinta, también suprime cualquier
aparición de cristalización del constituyente de monómero de
solidificación amorfa en el transcurso del tiempo.
El material de base, que es un monómero de
solidificación cristalina, tiene preferiblemente un punto de fusión
inferior a 110ºC y una viscosidad de 1-10 mPa.s a
150ºC.
Preferiblemente los materiales de base cristalina
se pueden seleccionar del grupo de alcoholes alifáticos tales como
dodecanodiol y hexadecanodiol, o compuestos aromáticos tales como
1-0-para-anisil
glicerol, meta-toluamida, sulfonamida de
para-n-butilbenceno y mezclas de
estos compuestos.
En el caso de tintas predominantemente
cristalinas, la composición de tinta según la presente invención
consta preferiblemente de una cantidad de compuesto monómero de
solidificación cristalina entre 60% en peso y 90% en peso, una
cantidad de compuesto monómero de solidificación amorfa entre 5% en
peso y 20% en peso y una cantidad de ligante amorfo de polímero u
oligómero entre 5% en peso y 20% en peso, basados en la composición
de tinta total. Los más adecuados para estas tintas son los
monómeros de solidificación cristalina que tienen una diferencia
entre la temperatura de fusión y la temperatura de cristalización
(Tm - Tc) de menos que 50ºC (DSC, 20ºC por minuto).
Si la cantidad usada de compuesto monómero de
solidificación amorfa es más que 20% en peso, entonces la
composición de la tinta obtenida es generalmente demasiado blanda,
ciertamente si el material cristalino tiene por su naturaleza un
amplio retraso de cristalización de modo que tarda varios segundos
antes de que la imagen sea sólida. Si la cantidad de monómero de
solidificación amorfa usada es menor que 5% en peso, entonces la
composición de la tinta obtenida no es suficientemente rígida. La
cantidad de ligante amorfo de polímero u oligómero tiene que ser
menor que 20% en peso puesto que en caso contrario la viscosidad de
la composición de tinta se hace demasiado alta.
Sin embargo, según la invención, se pueden
preparar tintas predominantemente amorfas en las que la fracción
amorfa (el monómero de solidificación amorfa y el ligante amorfo de
polímero y oligómero juntos) constituye más del 50% en peso. En
este caso, el monómero de solidificación cristalina debería ser un
compuesto que cristalice rápidamente por su naturaleza, puesto que
en caso contrario la tinta permanece oleosa sobre el papel durante
demasiado tiempo. Además, la viscosidad de la fracción amorfa no
debería ser demasiado alta. Los monómeros de solidificación
cristalina con una diferencia entre la temperatura de fusión y la
temperatura de cristalización (Tm - Tc) de menos que 25ºC (DSC,
20ºC por minuto) son excelentes para esta finalidad.
La tinta predominantemente amorfa según la
invención tiene preferiblemente la siguiente composición:
Monómero cristalino que se solidifica rápidamente
(25-45% en peso, por ejemplo
1,12-dodecanodiol), monómero de solidificación
amorfa (45-65% en peso, por ejemplo tetrabenzoato
de pentaeritritol) y 5-10% en peso de ligante amorfo
de polímero u oligómero, por ejemplo Kunstharz SK (™ Hüls.
Esta composición es suficientemente rígida y
tiene una viscosidad suficientemente baja a la temperatura de
eyección.
La viscosidad a 130ºC de la composición de tinta
finalmente obtenida es preferiblemente menor que 25 mPa.s. Si la
viscosidad a 130ºC de la composición de tinta finalmente obtenida
es mayor que 25 mPa.s, la composición de tinta no se puede usar
satisfactoriamente en los dispositivos de impresión provistos de
conductos de diámetro menor que 45 \mum, porque las gotas ya no
se pueden formar de modo satisfactorio. También, porque se forma una
capa gruesa sobre el material receptor. Entonces, la tinta penetra
inadecuadamente en el material receptor. Por consiguiente, el
comportamiento de extensión y penetración de la tinta dejan mucho
que desear.
La presente invención se explicará detalladamente
con referencia a los siguientes ejemplos.
La Tabla 1 da una selección de resinas monómeras
de solidificación amorfa.
La Tabla 2 es un estudio de algunos materiales
amorfos polímeros u oligómeros.
La Tabla 3 es una selección de monómeros de
solidificación cristalina (materiales de base).
La Tabla 4 es un estudio de formulaciones de
tinta.
Tabla
1
La parte A de la Tabla 1 proporciona compuestos
de pentaeritritol: I tetra-acetato de
pentaeritritol. II tetra-benzoato de pentaeritritol.
III, IV, V, respectivamente, ésteres de orto-, meta- y
para-toluato. VI es una mezcla sintética
estadística de compuestos de orto- y para-toluato.
VII es un compuesto de tetra-anisilato. VIII es un
compuesto de tetra-carbonato.
Los compuestos IX a XV son unos compuestos
similares a di-pentaeritritol. Éstos se
proporcionan en la Parte B de la Tabla 1. Los ésteres y carbonatos
de pentaeritritol y di-pentateritritol
respectivamente (Tablas 1A y 1B) se sintetizan fácilmente haciendo
reaccionar dichos compuestos tetra y hexa hidroxi con cloruros de
benzoílo y cloroformiato de fenilo, respectivamente, que pueden
estar sustituidos o no estarlo. La Parte C de la Tabla 1
proporciona compuestos de diisocianato de isoforona con un alcohol
alifático (por ejemplo alcohol isopropílico, alcohol metílico,
alcohol etílico) o alcohol aromático (por ejemplo alcohol
bencílico). Los compuestos de diisocianato de 4,diciclohexilmetano
con un alcohol (por ejemplo alcohol bencílico, metiletilenglicol y
alcohol feniletílico) se presentan en la Parte D de la Tabla 1. La
Parte E de esta Tabla proporciona detalles de algunos otros
bis-uretanos basados en diisocianato de
difenilmetano y un alcohol.
La Parte F proporciona los detalles de algunos
productos de reacción de diglicidil éter de
bis-fenol A con fenol (XXVI), ciclohexilfenol
(XXVII) y terc-amilfenol (XXVIII)
respectivamente.
La Tabla indica si los materiales son utilizables
como monómeros de solidificación amorfa en la tinta según la
invención.
Tabla
2
La Tabla 2 muestra claramente que el oligómero
amorfo, para un funcionamiento óptimo, tiene preferiblemente un peso
molecular medio ponderado por encima de 1000, medido sobre la base
de los estándares de polietileno y una viscosidad a 150ºC de más
que 1000 mPa.s.
Tabla
3
La Tabla 3 es un estudio de monómeros de
solidificación cristalina, incluyendo un cierto número de
bis-uretanos cristalinos (productos de reacción de
diisocianato de hexametileno y metiletilenglicol, etiletilenglicol,
hexanol y alcohol feniletílico respectivamente). Además, hay un
cierto número de sulfonamidas
(para-toluenosulfonamida, una mezcla de orto- y
para-toluenosulfonamida,
para-etilbencenosulfonamida y una mezcla de
para-toluenosulfonamida y
para-etilbencenosulfonamida y
para-n-butilbencenosulfonamida
respectivamente). También se proporcionan detalles de algunos
(di)-alcoholes y algunos otros compuestos.
Un compuesto monómero de solidificación
cristalina adecuado para uso como material de base según la presente
invención tiene un punto de fusión menor que 110ºC y forma un
material finamente cristalino después de la cristalización.
Tabla
4
La Tabla 4 proporciona detalles de diversas
formulaciones de tinta en las que CM representa monómero
cristalino, ASM representa monómero de solidificación amorfa y AOP
representa oligómero o polímero amorfo, Tm y Tc representan
temperatura de fusión y de cristalización respectivamente (ambas
medidas a velocidades de enfriamiento/calentamiento de 20ºC/min) y h
130ºC representa la viscosidad (mPa.s) medida a 130ºC del total de
la formulación de tinta.
Las tintas 1, 2, 3, 5, 6, 9, 13, 15,
17-19, 24, 25, 27-30, 36, 37, 40,
44, 45 y 48 no son formulaciones según la invención. Estas tintas
son o demasiado frágiles o insuficientemente rígidas directamente
después de la impresión o dentro de unas pocas horas después de la
impresión. Aunque la composición 4 tiene una fluidez razonable
sobre el material receptor, la imagen resultante no es muy rígida
debido a la baja viscosidad del AOP (el oligómero o polímero
amorfo). Todas las composiciones 7, 8, 10-12, 14 y
16 son tintas basadas en 1,12-dodecanodiol como
material de base y están de acuerdo con la invención. Aunque estas
composiciones tienen poca fluidez sobre el material receptor, las
imágenes resultantes son suficientemente rígidas. Las tintas
20-23 y 26 basadas en HMDI-MEG como
material de base tienen una buena fluidez y son rígidas como
imágenes impresas. Las tintas basadas en
para-n-butilbenceno sulfonamida
(tintas 31-35) también dan buenos resultados. Las
otras tintas según la invención 38, 39, 41-43, 46 y
47 fluyen suficientemente bien y son rígidas. La composición de la
tinta 49 tiene un retraso de cristalización demasiado grande para
uso práctico.
Evidentemente, se pueden hacer adiciones
convencionales a las tintas, por ejemplo colorantes, pigmentos
coloreados, pigmentos, antioxidantes tales como Vanox 1005
(Vanderbit™) y tensioactivos.
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Claims (8)
1. Una composición de tinta para una tinta que se
puede fundir, utilizable en dispositivos de impresión en los que las
gotas de tinta se lanzan desde conductos, composición que contiene
un material de base fusible, caracterizada porque la
composición de tinta también contiene un compuesto monómero que se
solidifica de manera amorfa a una velocidad de enfriamiento de
50ºC/min y un ligante amorfo de polímero u oligómero y el material
de base es un compuesto monómero de solidificación cristalina, en
donde el compuesto monómero que se solidifica de manera amorfa
tiene una temperatura de transición vítrea (Tg) de
10-50ºC, una viscosidad menor que 100 mPa.s a 150ºC
y tiene un peso molecular menor que 1000, el ligante amorfo
polímero u oligómero tiene una Tg entre 25 y 120ºC, un peso
molecular medio ponderado entre 1000 y 15000 y una viscosidad mayor
que 1000 mPa.s a 150ºC, y el compuesto monómero de solidificación
cristalina tiene un punto de fusión menor que 110ºC y una
viscosidad a 150ºC de 1-10 mPa.s.
2. Una composición de tinta según la
reivindicación 1, caracterizada porque el compuesto monómero
que se solidifica de manera amorfa se selecciona del grupo de
bis-uretanos, ésteres de pentaeritritol y de
dipentaeritritol, carbonatos de dipentaeritritol,
bis-amidas, bis-sulfonamidas y
productos de reacción de epóxidos y alcoholes.
3. Una composición de tinta según la
reivindicación 1, caracterizada porque la cantidad de
compuesto monómero de solidificación cristalina está entre 60% en
peso y 90% en peso, la cantidad de compuesto monómero de
solidificación amorfa está entre 5% en peso y 20% en peso, y la
cantidad de ligante amorfo de polímero u oligómero está entre 5% en
peso y 20% en peso, basados en la composición de tinta total,
siendo la diferencia entre la temperatura de fusión y la
temperatura de cristalización del monómero de solidificación
cristalina menor que 50ºC.
4. Una composición de tinta según la
reivindicación 1, caracterizada porque la cantidad de
compuesto monómero de solidificación cristalina está entre 25 y 45%
en peso, la cantidad de compuesto monómero de solidificación amorfa
está entre 45% en peso y 65% en peso, y la cantidad de ligante
amorfo de polímero u oligómero está entre 5% en peso y 10% en peso,
basados en la composición de tinta total, siendo la diferencia
entre la temperatura de fusión y la temperatura de cristalización
del monómero de solidificación cristalina menor que 25ºC.
5. Una composición de tinta según una cualquiera
de las precedentes reivindicaciones 1 y 2, caracterizada
porque el compuesto de solidificación amorfa se selecciona del
grupo: el producto de reacción de diisocianato de isoforona con
alcohol metílico o el producto de reacción de diisocianato de
4,4'-diciclohexilmetano con alcohol bencílico, los
ésteres de benzoato, toluato y anisilato de pentaeritritol y
dipentaeritritol, carbonatos de fenilo o carbonatos de fenilo
sustituidos de dipentaeritritol, productos de reacción del éter
diglicidílico de bis-fenol A con fenoles sustituidos
con alquilo o cicloalquilo.
6. Una composición de tinta según una cualquiera
de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque el
compuesto monómero de solidificación cristalina se selecciona del
grupo: alcoholes, sulfonamidas, bis-uretanos y
amidas.
7. Una composición de tinta según la
reivindicación 6, caracterizada porque el compuesto monómero
de solidificación cristalina se selecciona del grupo: dodecanodiol,
hexadecanodiol, para-toluenosulfonamida, para-
etilbencenosulfonamida,
para-n-butilbenceno-sulfonamida,
1-O-para-anisil-
glicerol, meta-toluamida, el producto de reacción de
diisocianato de hexametileno y 2-metoxietanol o es
una mezcla de estos compuestos.
8. Una composición de tinta según una cualquiera
de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la
viscosidad de la composición de tinta total es menor que 25 mPa.s a
130ºC.
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