DE3024689C2 - Tinte für das Spritzdrucken auf Kunststoffflächen - Google Patents
Tinte für das Spritzdrucken auf KunststoffflächenInfo
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Description
60
Die Erfindung betrifft Tinten for den Spritzdruck Insbesondere auf glatten KunststofTTlachen wie Polyäthylen,
Polypropylen und anderen Polyolefinen wie Polybutylen und deren Copolymeren, gegebenenfalls nach einer Oberflächenbehandlung zur Verbesserung der Haltung der
gedruckten Informationen auf der Oberflächen.
Die Grundlage des Spritzdruckes sind geregelte, d. h.
genau eingestellte Tröpfchen, mit deren Hilfe die BlIdlnformatlonen gedruckt werden. Die Gesamtsumme der
aufgebrachten Tröpfchen bildet das angestrebte Zeichen. Ist die Größe des durch das Tintentröpfchen hervorgerufenen Punktes nicht entsprechend eingestellt, so kann er
aufgrund der Benetzung der Oberfläche und der Oberflächenspannung zu klein oder zu groß werden. Unter sol
chen Bedgung können die Zeichen nicht erkennbar, also die Buchstaben nicht lesbar, werden.
Das Bedrucken von Papier führt Im allgemeinen nicht
zu einem derartigen Problem in diesem Umfang, da das »Trocknen« (Wegschlagen) durch Aufsaugen geschieht
und die PunkigrOße durch die Eindringgeschwindlgkeit
der Druckfarbe In das Papier einstellbar ist
Auf nichtsaugenden Druckträgem wird das Wasser oder Lösungsmittel der Tinte oder Druckfaibe nicht aufgesaugt, sondern es muß von der Flache abdunsten oder
abdampfen. Aus diesem Grund ergibt sich die Punktgroße aus der vergleichbaren Oberflachenspannung der
Flüssigkeit und dem Benetzungswinkel des Druckträgers
(ASTM D2578-67). Durch Einstellung der Oberflächenspannung der Tinte auf eine bestimmte Fläche läßt sich
normalerweise die Punktgröße innerhalb eines Bereiches einstellen, die einen zufriedenstellenden Druck ergibt.
Die Hauptschwierigkeit liegt beim Bedruiken von
Polyolefinen oder anderen Kunststoffen, die sich durch
Behandlung zu verändern vermögen. Polyäthylen und
Polypropylen neben anderen Stoffen sind ohne einer gewissen Veränderung der Oberfläche normalerweise
nicht bedruckbar. Die Oberfläche eines Kunststoffs 1st daher vor dem Druck entsprechend ai behandeln. Die
Behandlung von Polyolefinen geschieht auf chemische Welse, durch Abflammen oder durch Coronaentladung.
Da die Verweilzeit unter Coronaentladung sich leicht
einstellen läßt, werden die Kunststoffollen im allgemeinen auf diese Weise behandelt und das Ausmaß dieser
Behandlung wird so eingestellt, daß man eine Benetzungsspannung auf der Oberfläche von 035 bis 0,40 N/m
erhält. Schwerere Kunststoffmateriallen, wie verschieden
geformte Flaschen, lassen sich in dieser Welse jedoch
nicht vorbehandeln. Durch die unregelmäßige Form müssen sie durch den oxidierenden Teil einer Flamme
geführt werden. Wegen der Unregelmäßigkeit der Form variiert auch das Ausmaß der Behandlung über den ganzen Behälter. Eine Reihe von Behältern aus Polyolefinen
bei gleicher Zuführung zeigen Behandlungsausmaße in so variierender Art, daß nach ASTM D2578-67 mit speziellen Lösungsmitteln Oberflächenspannungen von 0,31
bis > 046 N/m gemessen werden.
Auf einer unbehandelten Polyäthylen-Flasche (ungefähre Benetzungsspannung OJl N/m) hat normalerweise
ein Tintenpunkt beim Spritzdrack eine Große von 0,33
bis 0,43 mm, während die gleiche Tinte auf weitgehend vorbehandeltem Polyäthylen oder Polypropylen (etwa
0,56 N/m) eine Punktgröße von sogar 1,02 mm ergeben könnte. Dies verhindert die Anwendung der gleichen
Tinte für unterschiedlich behandelte Flaschen und wirft selbst Probleme aus verschiedenen Bereichen der gleichen Flaschenart auf.
Aus der DE-OS 26 11 312 sind Tinten für das Spritzdrucken bekannt, die eine Oberflächenspannung von
etwa 0,20 bis 0,40 N/m bei 200C, eine Viskosität von
etwa 1,75 bis 10 mPa ■ s bei 200C, einen pH-Wert
von 8 bis 9,5 und einen spezifischen Widerstand von < 1000 Ω/cm besitzen und
a) etwa 1 bis 25 Gew.-* Harzkomponente,
b) etwa 0,5 bis 5 Gew.-% Farbstoff,
c) 0 bis etwa 30 Gcw.-% verdunstungshemmendes MIttel,
d) 0 bis etwa 2 Gew.-% Elektrolyt und
e) Rest Lösungsmittel In Form eines Gemisches von
Wasser und Alkohol
enthalten.
Als einziges Beispiel für die Harzkomponente wird In
dieser Druckschrift Schellack genannt. Ein Elektrolyt Ist
erforderlich, damit die Tlntentröpfchen die richtige
Ladung aufnehmen und halten. Dafür eignet sich ein Salz oder Salzgemlsch, Insbesondere von Alkalimetallen
wie Lithiumchlorid und Dlmethylamin-Hydrochlorld.
Angewandt werden diese bekannten Tinten für das Bedrucken von unbeschichteten oder beschichteten
Metalldosen, insbesondere aus Aluminium, wie Bierdosen. Zu beachten 1st, daß Im Falle von mit Kunststoff
beschichteten Dosen die Beschichtung, was Ihre Oberflächeneigenschaften anbelangt, völlig homogen ist, denn
beschichtete Bierdosen werden beispielsweise bekanntlich aus Kunststoff-beschichtetem Blech hergestellt und
eine OberflädhenakUviening des Kunststoffüberzugs, wie
sie im allgemeinen für die Verbesserung der Bedruckbarkelt vorgenommen wird, erfolgt auf dem Kunststoffbeschichteten Blech.
Aufgabe der Erfindung Ist nun eine Tinte für das Spritzdrucken auch auf vorgeformte Gegenstände unregelmäßiger For« aus Kunststoff oder überzogen mit
Kunststoff, welcher gegebenenfalls zur Verbesserung der Bedruckbarkeit auch vorbehandelt worden 1st, jedoch
dessen Oberflächeneigenschaften über die gesamte zu bedruckende Fläche nicht homogen sein brauchen.
Diese Aufgabe wird durch die In den Ansprüchen 1 bis
5 gekennzeichnete Tinte gelöst. Mit der erfindungsgemäßen Tinte lassen sich also unbehandelte oder behandelte,
ebene und beliebig unebene Kunststoffflächen, Insbesondere Kunststoffflaschen, einwandfrei bedrucken.
Als Bindemittel können In Wasser verseifbare alkohollösliche Styrol/Acrylsäure- bzw. Styrol/Alkylacrylsäure-Mischpolymere angewandt werdet- Der Blndemlttelantell kann zwischen 5 und 20 Gew.-« in der Tinte variieren, wobei 8,5 bis 11 Gew.-56 bevorzi ,1 werden.
Abhängig von der Härte des Harzbinders können gegebenenfalls Weichmacher angewandt werden. Wird ein
Weichmacher angewandt, so Hegt dessen Menge bei 3 bis
12 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 4 und 7 Gew.-*, bezogen auf Harz. Dibutylphthalat wirkt als Weichmacher für das Bindemittel. An dessen Stelle können übiiche Weichmacher allein oder Im Gemisch angewandt
werden wie o- oder p-ToIuolsulfonamlde, Toluolsulfonamid/Formaldehyd-Harze oder übliche Phthalate, Glykolate - wie Blphthalylbutylglycolat -, Citrate und Phosphate - wie Trlbutylphosphat -.
Die Haltung der gedruckten Informationen auf der Kunststolffläche kann verbessert werden, Indem man in
das Styrolacrylatharz Polymere oder Mischpolymere, die
In einer wäßrigen Ammoniumhydroxidlösung und Alkohol löslich sind wie die Mischpolymeren von Polyvinylacetat, Styrol/Malelnsäureanhydrld; weiteres Polyvinylpyrrolidon, Koiophonlumester wie von Pentaerythrit und
Naturharze wie Schelleck oder dgl., einbringt. Diese modifizierenden Harze werden in die erflndungsgemäße
Tinte zur Verbesserung der Haltung In einer Menge bis
20 Gew.-96 - bezogen auf Bindemittel -, vorzugsweise 1
bis 10%, eingebracht.
Es können die verschiedensten Farbstoffe oder färbende Substanzen wie saure, basische Farbstoffe oder in
Lösungsmitteln lösliche Farbstoffe und deren Gemische angewandt werden, In gewissem Umfang abhängig von
den nichtflüchtigen Komponenten und dem Verhältnis von Wasser zu Alkohol In der Tinte. Jeder beliebige
Farbstoff, der In Wasser löslich Ist und eine gewisse
Toleranz für oder Löslichkeit In Alkohol besitzt oder der In Alkohol löslich Ist und eine Toleranz für eine müßige
Wassermenge hat, läßt sich als färbende Komponente In
der Tinte anwenden.
C.I. | |
Basic Violet | 10 |
Basic Violet | 3 |
Acid Red | 73 |
Acid Orange | 10 |
Acid Blue | 9 |
Add Black | 1 |
Solvent Orange | 3 |
Solvent Blue | 38 |
Solvent Brown | 20 |
Die Farbstoffmenge liegt zweckmäßigerweise zwischen 0,5 und 6 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 1 und
5 Gew.-*.
Äthylenglykol-monoäthyiäther und Diäthylenglykolmonoäthyläther wirken In der erfindungsgemäßen Tinte
zur Verzögerung der Verdunstung. Zusätzlich zu oder anstelle dieser Substanzen können andere »Cellosolve-«
oder »Carbltol-«Verblndungen angewandt werden, das sind verschiedene handelsübliche Äthyienglykoläther
und Dläthylenglykol-monoäthyläther. Der Mengenanteil
dieser Komponente In der erfindungsgemäßen Tinte kann bis 10 Gew.-* ausmachen, wobei 5 bis 7,5 Gew.-*
bevorzugt wird, wenn nicht der Drucker mehr als 8 h täglich abgeschaltet ist. In einem solchen Fall enthält
die Tinte vorzugsweise 4 bis 10 Gew.-* dieser Substanzen.
Bei den erfindungsgemäßen Tinten kann es sich um solche mit einem geringen und auch mit einem hohen
Wassergehalt handeln. Für lange Stabilität Ist es wichtig.
In die Tinte eine basische Verbindung einzubringen, um
zu gewährleisten, daß das Bindemittel und die modifizierenden Harze über den gesamten Bereich des Wassergehalts und die gesamte Lagerzeit und die Anwendung löslich bleiben. Zu diesem Zweck hält nsan den pH-Wert
der Tinte zwischen 7,5 und 10. Obwohl man Laugen wie Natronlauge oder Äthkali anwenden kann, führen solche
Tinten zu einer geringeren Wasserbeständigkeit des Drucks nach dem Trocknen. Daher bevorzugt man eine
organische Base, die durch Verdunstung oder Verdampfung eliminiert wird. Das zur pH-Werteinstellung angewandte MIttel soll schnell verdampfen, um die Ausbildung der Wasserfestigkeit mit dem Altern zu beschleunigen. Während man organische Amine anwenden kann,
bevorzugt man zur Einstellung des pH-Werts zwischen 7,5 und 10 Ammoniumhydroxid. Morpholln kann für
lange Stabilität während der Lagerzelt angewandt werden.
Als Verdünnungsmittel, die den Rest der Tintenzusammensetzung ausmachen, wird ein Gemisch von Wasser und einem oder mehreren Alkoholen mit 1 bis 3 C-Atomen angewandt. Das Verhältnis Wasser zu Alkohol
hängt von der zur Verfügung stehenden Trocknungszelt und den Vorschriften für die Freisetzung von organischen Lösungsmitteln In die Atmosphäre ab.
Mit der erfindungsgemäßen Tinte kann die Verpakkung oder Abpackung ohne großen Aufwand und ohne
dem Auttreten von Problemen, die die Anwendung unterschiedlicher Tinten bei unterschiedlich behandelten
Flaschen erforderlich machen würden, durchgeführt werden. Auch Ist durch die erfindungsgemäßen Tinten das
Problem unterschiedlicher Punktgröße bei variierenden Oberflächeneigenschaften auf ein und derselben Flasche
eliminiert.
Ganz allgemein kann man sagen, daß die erfindungsgemäßen Tinten folgende Eigenschaften besitzen:
Viskosität (20° C) mPa · s 1,0-15,0
Elektrischer < 3000
Widerstand Ω - cm
Oberflächenspannung N/m 0,225-0,60
Schallgeschwindigkeit m/s 1200-1800
Spezifisches Gewicht g/cm3 0,800-1,045
bevorzugt 1,5-7,0 < 2000
0,235-0,37 1200-1600 0,850-1,010
Gew.-% 10,00
Die erfindungsgemäßen Tinten zeigen auch gute Haftung
auf anderen Kunststoffen als den oben erwähnten Polyolefinen und gestatten daher das Bedrucken derartiger
Flächen durch Spntzdruck oder auch andere Drucktechniken.
Die Erfindung wird an folgenden Beispielen weiter erläutert.
in Wasser verseifbares Mischpolymer von Styrol und Acrylsäure {Molverhäknis 2: 1}
wäßrige Ammoniumhydroxid-Lösung 2,35
(28-30 %ige)
25
30
35
40
Wasser | Beispiel 2 | Wasser | Beispiel 3 | Wasser | 37,90 |
Methanol | Ammonlumhydroxid-Lösung (28-30%ig) | Ammoniumhydroxid-Lösung (28-30%lg) | 41,50 | ||
Dlbutylphthalat | Mischpolymer aus Beispiel 1 | Mischpolymer aus Beispiel 1 | 0,50 | ||
Äthylenglykol-monoäthyläther | Pentaerytrltester von Kolophonium | Trlbutylphosphat | 5,00 | ||
Diäthylenglykol-monoäthyläther | Methanol | Methanol | 1,50 | ||
Basisch Violett 3 | Butylphthalylbutylglykol | Äthylenglykol-monoäthyläther | 1,25 | ||
Äthylenglykol-monoälhyläther | Diäthylenglykol-monoäthyläther | ||||
Diäthylenglykol-monoäthyläther | Solvent Blue 38 | Gew.-% | |||
Basisch Violett 10 | Solvent Orange 3 | 37,70 | |||
Basisch Violett 10 | 2,30 | ||||
9,00 | |||||
1,00 | |||||
41,50 | |||||
0,50 | |||||
5,00 | |||||
1,50 | |||||
1,50 | |||||
Gew.-« | |||||
33,90 | |||||
2,10 | |||||
9,00 | |||||
0,60 | |||||
44,10 | |||||
6,00 | |||||
0,50 | |||||
2,70 | |||||
0,60 | |||||
0,50 |
50
55
10,00 8,00 0,50 5,00 1,50
Das Polyvinylpyrrolidon diente In diesem Fall zur Modifizierung der Halteigenschallen und NaOH zur EInstellung
des pH-Wertes. Mit dieser Tinte hergestellte Druckerzeugnisse lassen sich leicht mit Wasser und Seife
abwaschen.
Gew.-%
Wasser 38,65
Natriumhydroxid 1,10
Ammoniumhydroxid-Lösung (28-30%ig) 0,25
Polyvinylpyrrolidon 1,00
Mischpolymer aus Beispiel 1 9,00
Dibutyiphthalat 0,50
Methanol
Äthylenglykol-monoäthyläther
Diäthylenglykol-monoäthyläther
Basisch Violett 10
Diäthylenglykol-monoäthyläther
Basisch Violett 10
In dieser Tinte Hegt ein hohes Verhältnis Wasser zu Alkohol vor, daher trocknet diese Tinte sehr langsam
und gibt damit auch nur wenig Lösungsmittel in die Umgebung ab.
Gew.-%
Wasser 71,15
Ammoniumhydroxid-Lösung (28-30%ig)
Mischpolymer aus Beispiel 1
n-Propanol
Dibutyiphthalat
Äthylenglykol-monoäthyläther
Diäthylenglykol-monoäthyläther
Solvent Blue 38 UO
Mischpolymer aus Beispiel 1
n-Propanol
Dibutyiphthalat
Äthylenglykol-monoäthyläther
Diäthylenglykol-monoäthyläther
Solvent Blue 38 UO
Durch die Kombination von Wasser und Alkohol als Verdünnungsmittel ist es möglich, Tinten herzustellen,
die an unbehandelten oder behandelten Flächen von Kunststoffen haften, innerhalb einer vernünftigen Zeit
trocknen und eine eingestellte Punktgröße ergeben. Dies war mit den bekannten Tinten für das Spritzdrucken
nicht möglich.
Vergleichsversuch
Zum Vergleich wurden übliche Tinten für das Spritzdrucken auf behandelten und unbehandelten Polyäthylen-Flaschen
unter Verwendung eines wVideojet«-Drukkers mit einer Düsenweite von 62,5 μηι angewandt. Auf
den unbehandelten Flaschen (etwa 0,31 N/m Benetzungsspannung) ergeben die üblichen Tinten eine Panktgröße
von 0,35 bis 0,425 mm auf einer sehr weitgehend behandelten Flasche (Benetzungsspannung
> 0,56 M/m) von 1 mm. Vergleicht man diese Ergebnisse mit einer
Tinte nach Beispiel 1, so Hegt die Punktgröße bei dieser
zwischen 0,325 und 0,450 mm, und zwar sowohl auf unbehandelten als auch auf behandelten Flaschen einsrhHeßllch
der Variationen der Oberflächenbeschaffenhelt der Flasche selbst. Daraus ergibt sich, daß die «rfladungsgemäße
Tinte unabhängig von <<\homogecitäten
der Druckfläche zu einem einwandfreien Druck föhrt, wohingegen es mit den bekannten Tinten bei variierenden
Eigenschaften der Druckfläche zu einem sehr unterschiedlichen Diuckblld kommt.
Claims (6)
- L Tinte fur dasvon Kimststoff-f&hen mit einem pH-Wert zwischen 7 und10A) 5 bis 20 Gew. X HaEzkompoaentE,B) O^ bis 6 Gew.-X in Wasser oder Alkohol Kfedlchem bzw. mit Alkohol oder einer mäßigen Was-Mtmpijijirhrm Farbstoff,Q 0 bis 10 Gew.-X veniimstnngshenunendem Mittel·,D) Aunmu, Alkalihydroxid und/oder e organischen AmIn zur Einstellung des pH-Wertes undE) Rest Verdünnungsmittel in Form von 20 bis 90 Gew.-Teilen Wasser und 80 bis 10 Gew.-Teilen C1-bis C3-AIkObOi-dadurch gekennzeichnet, daß die HarzkompousSs ein SiyroL'Aciyist-Mischpoiyaser Ist uad die Tinte zusätzlicha) 3 Ws 12 Gew.-Teile Weichmacher und b)0 bis 20 Gew-Teile modifizierendes Harz in Μ Form von einem Mischpolymeren von Polyvinylacetat oder von Styrol/Maieinsaureanhydrid, einem Polyvinylpyrrolidon, einem Kolophoniumester und/oder einem Naturharzauf 100 Teile Harzkomponente enthalten sind. *>
- 2. Tinte nach Anspruch 1 mit einem Gehalt an 84 bis UX Harzkomponente, 1 bis 4Gew.-% Farbstoff iSL-J S bis 74 Gew.-X verdunstungshemmendes Mittel, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 4 bis ]3 7Gew.-Teite Weichmacher und 0 bis lOGew.-Teile modifizierendes Harz, bezogen auf 100 Gew.-Teile Mischpolymer.
- 3. Tinte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Weichmacher Alkylphthalat, o- oder w p-Toluolsulfonamld, ein Toluolsulfonamid/Formaldehyd-Harz, Alkylphosphat und/oder Alkylglykolat Ist.
- 4. Tinte nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verdunstungshemmende Mittel Äthylenglykol-monoäthyläther oder Diäthylenglykolmonoalkylather 1st.
- 5. Tinte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß UiS organische Amin Morpholln Ist.
- 6. Verwendung der Tinten nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Bedrucken von Polyolefln-Flachen.
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