DE2704082C3

DE2704082C3 - Tinte für das Strahldrucken

Info

Publication number: DE2704082C3
Application number: DE2704082A
Authority: DE
Inventors: Ki-Sup Chicago Hwang; Daniel M. Park Ridge Zabiak
Original assignee: AB Dick Co
Current assignee: Videojet Technologies Inc
Priority date: 1976-02-02
Filing date: 1977-02-01
Publication date: 1979-01-18
Also published as: CA1092268A; GB1543703A; AU2157377A; US4070322A; FR2339660B1; DE2704082A1; DE2704082B2; JPS5296106A; FR2339660A1; AU501978B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Tinte oder Druckfarbe für das Strahldrucken auf nicht-poröse nicht-saugende Flächen mit einer Viskosität zwischen 1,5 und 10 cP, einem Widerstand von weniger als 2000 Ω cm, einer Oberflächenspannung von weniger als 28 dyn/cm, einer Schallgeschwindigkeit zwischen 1200 und 1700 m/s, wobei die unlöslichen Substanzen maximal eine Größe von 5 μπι, vorzugsweise 2 μηι, besitzen, aus einem Lösungsmittel, einem Leitsalz und einem löslichen Farbstoff sowie Glykoläther und gegebenenfalls Polyvinylbutyral.

Die DE-AS 1814378 (= US-PS 3912520) beschreibt abwaschbare Tinten zum Schreiben auf einer Schreibtafel, wobei sich die Schrift dann durch leichtes Reiben entfernen läßt. Diese Tinte für manuelles Schreiben enthält ein hygroskopisches Salz, das aus der Luft Feuchtigkeit anzieht und dadurch die Schrift feucht hält und deren Entfernung ermöglicht.

Aus der DE-OS 2 617407 ist eine Druckfarbe oder Tinte auf Wasserbasis für das Strahldrucken bekannt. Solche Druckfarben sind für das Strahldrucken auf Papier oder anderen Flächen geeignet, die die Druckfarbe schnell aufnehmen, jedoch eignen sie sich nicht für das Strahldrucken auf nicht-porösen nicht saugenden Flächen wie Glas, Metall, Kunststoffen, Keramik oder dergleichen oder auf Oberflächen und/oder Laminaten von Kunststoffen, Metall, Glas bzw. Flächen, die hydrophob und damit wasserabweisend sind, wie sie ölige oder schmiermittelhaltige Oberflächen darstellen oder solche, die nach dem Ausformen noch Reste von Schmiermitteln oder Trennmitteln aufweisen.

■> Es gibt eine Anzahl von Gründen, warum derartige Druckfarben auf Wasserbasis für das Bedrucken derartiger Flächen unbrauchbar sind. Ein Grund liegt darin, daß sie solche Flächen nicht benetzen, wobei auf Grund der Oberflächenspannung die Druckfarbe

in zu Tröpfchen zusammenläuft, so daß Buchstaben mit sehr schlechtem Aussehen oder mangelhafter Erkennbarkeit entstehen.

Wenn an 'der Oberfläche keine feste physikalische Bindung durch Ansaugen zustande kommt, so müssen

is sich chemische Kräfte zwischen der getrockneten Druckfarbe und der nicht-saugenden nicht-porösen Oberfläche ausbilden. Dies gelingt jedoch nicht mit Druckfarben auf Wasserbasis, so daß die Buchstaben leicht abgewischt oder abgewaschen werden können.

Darüber hinaus erfolgt das Trocknen der Druckfarbe durch Verdampfen des Wassers, so daß der Informationsgehalt so langsam trocknet, daß derartige Druckfarben für schnelle Druckwerke unbrauchbar sind. Man bat versucht, durch Austauschen von Wasser gegen Alkohol diese Nachteile zu überwinden und ein schnelles Trocknen, ausreichend geringe Oberflächenspannung und gute Haftung zu erreichen. Während jedoch solche alkoholische Druckfarben einige der Unzulänglichkeiten beheben, wie Trocknungsge-

in schwindigkeit und hohe Oberflächenspannung, führen sie zu keiner zufriedenstellenden Haltung der Buchstaben an der Oberfläche.

Aufgabe der Erfindung ist nun eine Druckfarbe, die schnell trocknet, eine geringe Oberflächenspan-

r> nung und gute Besetzung sowie eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Abreiben hat und auf nicht-porösen nicht-saugenden Oberflächen gut haftet und auch sonst den Anforderungen an eine Druckfarbe für das Strahldrucken entspricht, nämlich eine Visko sität zwischen 1,5 und 10 cP, einen Widerstand unter 2000 Ω cm, eine Schallgeschwindigkeit zwischen 1200 und 1700 m/s besitzt und die unslöslichen Produkte < 5 μ sind.

Die Erfindung geht aus von einer Tinte oder

-r, Druckfarbe für das Strahldrucken enthaltend in einem Lösungsmittel 0,25 bis 2 Gew.% Leitsalz, zumindest 0,25 Gew.% eines löslichen Farbstoffs sowie bis zu 4 Gew.% Glykoläther und gegebenenfalls eine geringe Menge an Polyvinylbutyral.

so Die Aufgabe wird dadurch gelör.t, daß die Tinte oder Druckfarbe als Hauptanteil des Lösungsmittels ein organisches Keton, bis 10 Gew.% Wasser und bis 6 Gew.% Vinylacetat-Mischpolymer enthält.

Die erfindungsgemäßen Druckfarben eignen sich

,5 z. B. für Metallwerkstoffe (Eisen, Stahl, Zinn, Kupfer), Kunststoffgegenstände (Polyäthylen, Cellulose, Epoxyharze, Vinylpolymere und Mischpolymere, Polyester, Polyamide, Polyacrylate oder Polyalkylacrylatc, Polyacetale, Phenolharze, Butadien-Styrol- Mischpolymere), Glas, glasierte Keramikgegenstände und dergleichen sowie für mit solchen Überzügen versehene Gegenstände oder auch für Gegenstände, die noch Reste an Trennmitteln oder Schmiermitteln aufweisen.

<,<-, Druckfarben für das Bedrucken derartiger Flächen für in Wasser unlösliche, gegen Abrieb widerstandsfähige, gut gebundene Informationen sind zwar bekannt, jedoch eignen sich diese bekannten Druckfar-

25

ben nicht für das Strahldrucken im Hinblick auf die Viskosität, den elektrischen Widerstand und den Feststoffgehalt.

Die erfindungsgemäße Druckfarbe für das Bedrukken dichter Flächen nach dem Strahldruckverfahren ϊ beruht auf einem Lösungsmittel, das in der Hauptsache ein Keton ist, insbesondere ein aliphatisches Keton wie Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon und insbesondere ein geradkettiges aliphatisches Keton mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen oder n» ein acyclisches Keton wie Cyclopentanon, Cyclohexanon oder andere alicyclischc Ketone mit bis zu 10 C-Atomen.

Die erfindungsgemäße Druckfarbe zeichnet sich durch eine niederere Oberflächenspannung gegenüber den wäßrigen Druckfarben und die bessere Benetzung hydrophober Flächen aus, so daß sie darauf nicht zu Tröpfchen zusammenläuft. Die Ketone als Hauptbestandteil des Verdünnungsmittels der erfindungsgemäßen Druckfarbe bewirken ein Anquellen oder oberflächlictKS Erweichen der Kunststoffmateriaücn, wodurch man eine festere und dauerhaftere Haftung der Druckfarbe auf der bedruckten Fläche erreicht. Die Ketone sind leicht flüchtig, so daß die Druckfarbe am Druckträger schnell trocknet.

Zum Unterschied von den stark Wasserstoff-gebundenen Verdünnungsmitteln (wie Alkohole und Wasser), in denen die gewünschte Leitfähigkeit bereits durch Zugabe des Farbstoffs erhalten wird, stellen die Ketone nur mäßig wasserstoffgebundene Lö- to sungsmittcl dar, so daß man ein Leitsalz zusetzen muß (ionisiertes Salz).

Solche ionisierbarc in dem Lösungsmittel lösliche Salze (Leitsalze) sind z. B. Alkali- und Erdalkalihalogenide (Natrium, Kalium- oder Ammoniumchlorid), Ji Ammoniumnitrat, Alkalithiocyanat, Alkalialkylate wie -acetate). Keine Vorteile bietet ein Leitsalzgehalt von über 2 Gew.%. Bevorzugt wird ein Leitsalzgehalt von 0,5 bis 1 Gew.%.

Obwohl man mit der erfindungsgemäßen Druckfarbe am Druckträger nach dem Trocknen wasserunlösliche Informationen erhält, soll die Druckfarbe doch wasserverträglich sein, um ein Arbeiten unter feuchten Umgebungsbedingungen ohne Benachteiligung der Stabilität der Druckfarbe zu ermöglichen. Die Leitfähigkeit der erfindungsgemäßen Druckfarbe wird gewährleistet durch die Anwesenheit einer geringen Wassermenge, die entweder zugesetzt wird oder aus der Luft beim Arbeiten unter feuchten Umgebungsbedingungen aufgenommen wird. Die Wassermenge in der Druckfarbe liegt vorzugsweise zwischen 0 und 5 Gew.%.

Eine weitere Verbesserung der Druckfarbe hinsichtlich der Haftung am Druckträger erreicht man durch ein Polyvinylacetat-Mischpolymer, welches neben Vinylacetat noch Vinylchlorid oder Crotonsäure enthält. Derartige Produkte sind im Handel.

Es ist interessant festzustellen, daß die Haftungsverbesserung nicht erreicht wird mit einem Vinylacetat- oder Vinylchlorid-Homopolymeren. Andere Vinylacetatmischpolymere, wie solche mit Äthylen, sind in dem Keton der erfindungsgemäßen Druckfarbe nicht ausreichend löslich.

Obwohl die Anwendung des Vinylacetat-Mischpolymeren für die erfindungsgemäße Druckfarbe nicht b> wesentlich ist, so erreicht man damit doch eine bessere Haftung. Jedenfalls sollte der Anteil an diesem Bindemittel nicht mehr als 6 Gew.% ausmachen. Im allgemeinen bevorzugt man 2 bis 4 Gew,%.

Selbst wenn man zusätzliche Kunststoffbinder in der erfindungsgemäßen Druckfarbe anwendet, so erreicht man keine gute Haftung auf Polyester, PoIyamid, Polytetrafluorethylen und Siliconkunststoffen (Polysiloxanen). Da die Druckfarbe aus einer Spritzdüse flüssig aufgebracht wird, ist die Art der Oberfläche des Druckträgers nicht wesentlich, d. h. das Bedrucken kann auf einer ebenen, konkaven, konvexen, geprägten, gerippten oder dergleichen Fläche geschehen. Der Strahl gelangt in die Oberflächenunregelmäßigkeiten, was bei anderen Druckverfahren nicht der Fall ist.

Als farbgebende Komponente können nur Farbstoffe angewandt werden, die ketonlöslich sind, gegeber-anfalls mit geringen Anteilen Wasser oder Alkohol in Gegenwart des Leitsalzes, z. B. Methylviolet (C. L Lösungsmittel Violet 8), Rhodamin B-Base (C. I. Lösungsmittel Rot 49). Die Farbstoffe sollen in einer Konzentration von vorzugsweise 0,5 bis 2 Gew.% zur Anwendung gelangen.

Als Lösungsvermittler sind in obigen Beispielen N-Methyl-2-pyrrolidon und Äthanol genannt. Sie begünstigen auch die Wassertoleranz der Druckfarbe. Man kann sie durch andere Pyrrolidone und niedere Alkohole ersetzen. Der Anteil der Pyrrolidone soll 0 bis 4, vorzugsweise 1 bis 3 Gew.%, und die der C,-bis C₅-Alkohole 0 bis £, vorzgusweise 2 bis 6 Gew.% betragen.

Zur Einstellung der Trocknungsgeschwindigkeit kann man Diäthylenglykoläther oder andere Glykoläther anwenden und zwar in einer Menge von 0 bis 4, vorzugsweise 1 bis 3 Gew.%.

Die Erfindung wird an folgenden Beispielen weiter erläutert:

Beispiel 1

Methyläthylketon 80,7%

N-Methyl-2-pyrrolidon 2,0%

Diäthylenglykol-äthylälher 2,1%

Wasser 5,0%

Vinylacetat-Vinylchlorid-Copolymer 2,3%

Polyvinylbutyral 0,9%·

4i Kaliumthiocyanat 1,0%

Rhodamin B-Basc 1,0%

Äthylalkohol 5,0%

Diese Druckfarbe eignet sich hervorragend für >o Metall- und Kunststotf-Druckträger im Strahldruckverfahren und ergibt eine gut lesbare Schrift, die hervorragend widerstandsfähig gegen Abreiben ist.

Beispiel 2	Methylisobutylketon	7 «,7%
N-Methyl-2-pyrrolidon	2.0%
Diäthylenglykol-äthyläther	2,1%
Wasser	5,0%
ω Äthylalkohol	7,0%
Vinylacetat-Vinylchlorid-Copolymer	2,3%
Polyvinylbutyral	o,y%
Kaliumthiocyanat	1,0%
Rhodamin B-Basc	1,0%

Diese Druckfarbe haftet einwandfrei auf Dosendeckeln, die noch beträchtliche Mengen an Gleitmitteln aus dem Entformen aufweisen.

Beispiel 3

Methylisobutylketon

Methyläthylketon

Vinylacetat-Vinylchlorid-Copolymer N-Methyl-2-pyrrolidon

Diäthylenglykol-äthyläther

Methylalkohol

Kaliumthiocyanat

Methylviolet Base

63,2%

17,0%.

4,0%

2,0%.

2,8%,

y,5%

0,5% 1,0%

Diese Druckfarbe ohne Wassergehalt hat eine Viskosität von 2,75 cP und einen Widerstand von 25·'.Η) Ω ■ cm und eignet sich damit hervorragend fiirdas Strahldrucken.

Beispiel 4

Methylisobutylketon 63,5%

Methyläthylketon 15,0%

Vinyiacetat-Vinylchlorid-Copolymer 3,7% -^(l

N-Methyl-2-pyrrolidon 2,0%

Diathylenglykol-äthyläther 2,5%

Wasser 5,0%

Methylalkohol 6,5%

Kaliumthiocyanat 0,8%

Methylviolet Base 1,0%

In Abwandlung des Beispiels 3 liegen hier 5% Wasser vor. Die Viskosität ist 2,56 cP und der Widerstand 660 Ω · cm. Das Strahlspritzen ging gut. Die ge- jo trockneten Informationen hatten eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb an allen Druckträgern einschließlich solchen, die noch Entformungsmittel aufwiesen.

i) Beispiel 5

Methylisobutylketon 76,5 %■

Polyvinylacetat-Crotonsäurc-Copolymer 5.0 % modifiziertes Cumaron-Inden-Har/. mit

einem Schmelzhereiuli von H5 bis ^CJ5° C 2,0

Äthylenglykol-älhyliither 2,5

N-Mcthyl-2-pyrrolidnn 2,5

Wasser 5,0

Methylalkohol 5,0

Kaliumthiocyanat 0,75%.

Methylviolet Base 0,75%

Die Druckfarbe ließ sich gut verspritzen und zeigte eine gute Haftung sowohl an Metall als auch an Kunststoff auch auf solchen Flächen, die noch Trennmittel aufwiesen.

Beispiel 6

Methyläthylketon 88,7%

Diäthylenglykoläthcr 2,0%

Wasser 5,0%

Vinylacctat-Vinylchlorid-Mischpolymer 2,3 %

Rhodamin B-Base " 1,0%

Kaliumrhodanid 1,0%

Die Druckfarben nach den Beispielen 1 bis 6 erfüllen die Forderungen für das Strahldrucken nämlich Viskosität 1,5 bis 10 cP, vorzugsweise 2 bis 6 cP; elektrischer Widerstand unter 2000, vorzugsweise unter 100 Ω cm; Oberflächenspannung unter 20 dyn/cm; Schallgeschwindigkeit - um eine entsprechende Düsenresonanz zu gewährleisten - von 1200-1700 m/s. Die Druckfarben werden filtriert, um unlösliche Stoffe mit einer Größe über 5 μΓη, vorzugsweise über 2 μπ\. zu entfernen.

Die Abriebbeständigkeit des Druckererzeugnisses wird bestimmt mit einem angefeuchteten Daumen. Gute Abriebbeständigkeit ist dann gegeben, wenn die trockenen Buchstaben nach dreimaligem festen Darüberreiben mit dem angefeuchteten und dann trockenen Finger nicht abgeschmicrt waren.

Claims

Patentansprüche:

1. Tinte oder Druckfarbe für das Bedrucken von nicht-porösen, nicht-saugenden Druckträgern nach dem Strahldruckverfahren mit einer Viskosität von 1,5 bis 10 cP, einem Widerstand von weniger als 2Ü00 Ω cm, einer Oberflächenspannung von weniger als 28 dyn/cm, einer Schallgeschwindigkeit zwischen 1200 und 1700 m/s und keinen Feststoffen mit einer Größe von >5 μΐη, enthaltend in einem Lösungsmittel ein Leitsalz in einer Menge von 0,25 bis 2 Gew.%, einen löslichen Farbstoff in einer Menge von zumindest 0,25 Gew.% sowie bis zu 4 Gew.% Glykoläther und gegebenenfalls Polyvinylbutyral, gekennzeichnet durch ein organisches Keton als Hauptanteil des Lösungsmittels, bis 10 Gew.% Wasser und bis zu 6 Gew.% Vinylacetat-Mischpolymer.

2. Druckfarbe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Keton ein aliphatisches C, bis C_l0-Keion öder ein acyclisches Keton bis C_n, ist.

3. Druckfarbe nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfarbe zusätzlich bis zu 8 Gew.% C₁- bis C₅-Alkohole enthält.

4. Druckfarbe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie 2 bis 6 Gew.% C₁- bis C₅-Alkohole enthält.

5. Druckfarbe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckfarbe zusätzlich bis zu 4% Pyrrolidon enthält.

6. Druckfarbe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie 1 bis 3 Gew.% N-Methyl-2-pyrrolidon enthält.