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WO2024160467A1 - Zusammensetzung zum färben eines substrats und verwendung derselben - Google Patents

Zusammensetzung zum färben eines substrats und verwendung derselben Download PDF

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Publication number
WO2024160467A1
WO2024160467A1 PCT/EP2024/025053 EP2024025053W WO2024160467A1 WO 2024160467 A1 WO2024160467 A1 WO 2024160467A1 EP 2024025053 W EP2024025053 W EP 2024025053W WO 2024160467 A1 WO2024160467 A1 WO 2024160467A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
composition
weight
substrate
coloring
binder
Prior art date
Application number
PCT/EP2024/025053
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Arno Castner
Original Assignee
Staedtler Se
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Staedtler Se filed Critical Staedtler Se
Publication of WO2024160467A1 publication Critical patent/WO2024160467A1/de

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    • C09D11/00—Inks
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/16—Writing inks

Definitions

  • composition for colouring a substrate and use thereof
  • the present invention relates to a composition for coloring a substrate.
  • the invention also relates to the use of the composition for coloring a substrate for producing a film on a substrate.
  • Aqueous writing fluids such as inks
  • inks are known from the state of the art and usually contain water as a solvent and pigments or water-soluble dyes as colorants. They also usually contain other additives, such as surfactants, emulsifiers, preservatives or humectants.
  • Pigmented inks have been known for many years, particularly for artistic applications (painting, drawing, etc.). These are often formulated with plastic dispersions as binding agents and/or with wetting agents.
  • the "cap-off time" (COT) of a writing fluid describes a period of time in which the writing fluid in a writing or application device does not dry out when stored with the writing tip unlocked or with the cap removed.
  • COT cap-off time
  • State-of-the-art water-based writing fluids can be divided into the following three groups: a) Inks that are supposed to have a very good COT. These contain a high level of so-called drying retarders or humectants to prevent the writing tip from drying out (fineliners, fiber pens). Due to the high proportion of drying retarders or humectants, such inks can only contain small amounts of binding agent. These inks therefore usually have very long drying times and poor durability. Such writing fluids are usually only suitable for absorbent substrates, such as paper. b) Inks that are supposed to dry quickly and permanently on non-absorbent surfaces. Unfortunately, these usually have a completely unsatisfactory COT. c) Inks that offer a compromise between a) & b), i.e. have a good COT and satisfactory durability, but only on absorbent substrates.
  • EP 3 613 814 Bi describes a writing, marking and/or drawing fluid which contains an aqueous pigment preparation, a binder, a base and a Contains a dispersing wetting agent, wherein the dispersing wetting agent is an aqueous solution of a modified polymer with pigment-affine groups.
  • State-of-the-art pigment liner inks contain 20% urea by mass and a further 15% humectant to achieve an 18-hour COT.
  • the addition of urea ensures that the smear dries satisfactorily quickly on moderately absorbent substrates and has a reasonable resistance after a longer drying time.
  • the urea crystallizes out in the process.
  • the smear does not dry satisfactorily or is not stable even after hours or days.
  • the result is that the smear smears or discolors on contact.
  • the high urea content impairs the water resistance of the smear and the urea tends to decompose when the inks are stored for a long time (particularly at elevated temperatures according to a Tso storage test), forming C0 2 and ammonia in the alkaline range and causing a further increase in pH.
  • the result is the gradual destabilization of the inks.
  • COT cap-off time
  • composition for coloring a substrate comprising: - 10 to 70 wt.% water;
  • tetrahydric alcohol based on the total weight of the composition; the tetrahydric alcohol having at least 5 carbon atoms.
  • the object is further achieved by the use of the composition for coloring a substrate according to the present invention for producing a film on an absorbent substrate.
  • composition according to the present invention is suitable and preferably intended for coloring a substrate.
  • Coloring preferably includes or consists of writing, drawing, painting, printing, spraying or a combination of two or more thereof.
  • the substrate is preferably an absorbent substrate, for example an absorbent writing medium, more preferably drawing cardboard or paper, particularly preferably watercolor paper, or a non-absorbent substrate, for example a plastic substrate or a plastic substrate, particularly preferably a plastic or plastic film, or a mixed media substrate, i.e. one made of an absorbent material and a non-absorbent material, or a canvas. Any other suitable substrate, such as wood, stone, eggshells, etc., can also be provided.
  • an absorbent substrate for example an absorbent writing medium, more preferably drawing cardboard or paper, particularly preferably watercolor paper
  • a non-absorbent substrate for example a plastic substrate or a plastic substrate, particularly preferably a plastic or plastic film, or a mixed media substrate, i.e. one made of an absorbent material and a non-absorbent material, or a canvas. Any other suitable substrate, such as wood, stone, eggshells, etc., can also be provided.
  • the composition according to the invention for coloring a substrate contains water in an amount of 10 to 70% by weight, based on the total weight of the composition. It is preferred that deionized or demineralized water is used as the water. This makes it possible to avoid the introduction of unwanted impurities, such as hardness-forming substances such as calcium and magnesium or the like.
  • the composition contains water as the predominant solvent, preferably in an amount of at least 90% by volume, based on the total amount of solvent in the composition. It is particularly preferred that the composition contains water as the sole solvent.
  • the composition contains water in an amount of at least 15% by weight, more preferably at least 20% by weight, most preferably at least 25% by weight, each based on the total weight of the composition.
  • the composition contains water in an amount of at most 65% by weight, more preferably at most 60% by weight, further preferably at most 55% by weight, more preferably at most 50% by weight, most preferably at most 45% by weight, for example at most 40% by weight, in each case based on the total weight of the composition.
  • the composition contains water in an amount of 15 to 65% by weight, more preferably 20 to 40% by weight, most preferably 25 to 35% by weight, for example about 30% by weight, in each case based on the total weight of the composition.
  • water is the only solvent in the composition according to the invention for coloring a substrate. It can alternatively be provided that the composition according to the invention for coloring a substrate comprises a further solvent in addition to the water.
  • the composition for coloring a substrate contains the further solvent in an amount of at least 1% by weight, particularly preferably at least 5% by weight, most preferably at least 10% by weight, in each case based on the total weight of the composition.
  • the composition for coloring a substrate contains the further solvent in an amount of at most 40% by weight, more preferably at most 35% by weight, further preferably at most 30% by weight, more preferably at most 20% by weight, most preferably at most 15% by weight, in each case based on the total weight of the composition.
  • the composition for coloring a substrate contains the further solvent in an amount of 1 to 40 wt.%, more preferably 5 to 20 wt.%, most preferably 10 to 15 wt.%, in each case based on the total weight of the composition.
  • the further solvent is a water-soluble organic solvent, further preferably an alcohol, furthermore preferably a polyhydric alcohol, most preferably glycerin or a glycol, e.g. 1,2-propanediol.
  • an improved solubility behavior can be achieved for substances such as pigments or other colorants that are difficult to dissolve in water.
  • the effectiveness of the tetrahydric alcohol as a cap-off additive can be increased in a synergistic manner.
  • the film formation and thus the durability of the smear can be positively influenced.
  • composition according to the invention for coloring a substrate contains a colorant in an amount of 0.025 to 12.5% by weight, based on the total weight of the composition.
  • the colorant is a dye, a pigment or a mixture of two or more thereof.
  • dyes in particular water-soluble dyes, preferably water-soluble dyes based on food dyes and/or acid dyes and/or basic dyes can be used.
  • Food colorings from the group: E 110, CI 15985, Food Yellow 3; E 104, CI 47005, Food Yellow 13; E 102, CI 19140, Food Yellow 4; E 124, CI 16255, Food Red 7; E 127, CI 45430, Food Red 14; E 133, CI 42090, Food Blue 2; E 131, CI 42051, Food Blue 3 and/or
  • Basic dyes preferably dyes from the group of xanthene, coumarin and rhodamine dyes, for example Basic Violet 11, Basic Yellow 40, Basic Blue 3, Basic Blue 7, Basic Red 1, Basic Green 1
  • pigments preferably organic pigments, furthermore preferably quinacridones, phthalocyanine, metal complex, dioxazine, isoindoline, isoindolinone, benzimidazolone, anthraquinone, arylide, perinone, perylene, naphthol, diketopyrrolo-pyrrole or azo pigments, particularly preferably magenta red P.R. 122 or other quinacridones and/or inorganic pigments, such as titanium dioxide, iron oxide, ultramarine or carbon black, can be used.
  • quinacridones phthalocyanine, metal complex, dioxazine, isoindoline, isoindolinone, benzimidazolone, anthraquinone, arylide, perinone, perylene, naphthol, diketopyrrolo-pyrrole or azo pigments, particularly preferably magenta red P.R. 122 or other quinacridone
  • the colorants indicated as preferred can achieve a particularly brilliant, strong and durable coloration. It is preferred that the composition contains the colorant in an amount of at least 0.05% by weight, particularly preferably at least 0.075% by weight, in each case based on the total weight of the composition. It is preferred that the composition contains the colorant (or the colorant preparation) in an amount of at most 11.25% by weight, more preferably at most 10% by weight, further preferably at most 8.75% by weight, more preferably at most 7.5% by weight, most preferably at most 6.25% by weight, for example at most 5% by weight, in each case based on the total weight of the composition.
  • the pigments are present and used as a component of a pigment preparation.
  • the composition contains the colorant in an amount of 0.025 to 10 wt.%, more preferably 0.05 to 7.5 wt.%, most preferably 0.075 to 5 wt.%, each based on the total weight of the composition.
  • the composition contains the colorant in an amount of 0.025 to 3% by weight, more preferably 0.05 to 2% by weight, most preferably about 0.1 to 1% by weight, each based on the total weight of the composition.
  • the composition contains the colorant in an amount of 0.25 to 10% by weight, more preferably 1.25 to 7.5% by weight, most preferably 2.5 to 5% by weight, for example about 4.8% by weight, in each case based on the total weight of the composition.
  • the pigment content can be reduced to 0.025% by weight.
  • Optimum coloring can be achieved by using the preferred amounts of colorant.
  • composition according to the invention for coloring a substrate contains 0.1 to 10 wt.% of a tetrahydric alcohol, based on the total weight of the composition.
  • the tetrahydric alcohol has at least 5 carbon atoms.
  • the tetrahydric alcohol preferably has at most 22 carbon atoms, more preferably 5 to 18 carbon atoms, further preferably 5 to 15 carbon atoms, likewise preferably 5 to 12 carbon atoms, most preferably 5 to 10 carbon atoms.
  • the tetrahydric alcohol is preferably present in an amount of at least 1% by weight, more preferably at least 2% by weight, further preferably at least 3% by weight, most preferably at least 4% by weight, based on the total weight of the composition.
  • the tetrahydric alcohol is preferably present in an amount of at most 9% by weight, more preferably at most 8% by weight, further preferably at most 7% by weight, most preferably at most 6% by weight, based on the total weight of the composition.
  • the tetrahydric alcohol is preferably present in an amount of 1 to 9% by weight, more preferably 2 to 8% by weight, further preferably 3 to 7% by weight, most preferably 4 to 6% by weight, for example about 5% by weight, based on the total weight of the composition.
  • Alcohols are organic compounds that have one or more functional hydroxyl groups (-0H). Polyhydric alcohols have several hydroxyl groups. Tetrahydric alcohols have four hydroxyl groups.
  • the tetrahydric alcohol contained in the composition according to the invention for coloring a substrate has an organic part which has at least 5 carbon atoms.
  • This organic part can be a hydrocarbylene group, in particular a C 5 to C 22 , preferably C 5 to C18, further preferably C 5 to C15 , moreover preferably C 5 to C12 , most preferably C 5 to C10 hydrocarbylene group or a heterohydrocarbylene group, in particular a C 5 to C 2i , preferably C 5 to C18, further preferably C 5 to C15 , moreover preferably C 5 to C12 , most preferably C 5 to C10 heterohydrocarbylene group.
  • hydrocarbyl is the name for monovalent groups that are formed by removing one hydrogen atom H from a hydrocarbon molecule. Accordingly, according to the present application, a hydrocarbylene group is formed by removing at least one hydrogen atom H, in particular four hydrogen atoms from a hydrocarbon molecule.
  • a heterohydrocarbylene group according to the present disclosure is a hydrocarbylene group in which at least one of the carbon atoms is replaced by a heteroatom, in particular by a heteroatom selected from the group consisting of O, N, S and P.
  • the hydrocarbylene group may be an alkylene group, an arylene group, an alkene group, an alkyne group, an alkylarylene group, an arylalkylene group, etc.
  • the hydrocarbylene group may be an alkylene group.
  • the hydrocarbylene group can in particular be a C 5 to C 22 alkyl group, preferably C 5 to C 18 alkyl group, furthermore preferably C 5 to C 15 alkyl group, furthermore preferably C 5 to C 12 alkyl group, most preferably C 5 to C 10 alkyl group.
  • the hydrocarbylene group is a tert-pentylene group.
  • the heterohydrocarbylene group may comprise one or more ether groups, a thioether group, an amine group, particularly a secondary amine group, an alkylphosphine group, etc. between two or more hydrocarbylene groups.
  • the heterohydrocarbylene group may comprise an ether group between two hydrocarbylene groups.
  • the heterohydrocarbylene group may be a C 5 to C 22 heteroalkyl group, preferably C 5 to C18 heteroalkyl group, further preferably C 5 to Ci 5 heteroalkyl group, furthermore preferably a C 5 to C i2 heteroalkyl group, most preferably a C 5 to C i0 heteroalkyl group.
  • a heteroalkyl group is an alkyl group in which one or more carbon atoms are replaced by one or more heteroatoms, such as O, S, N or P.
  • the heterohydrocarbylene group is a C 5 to C 22 heteroalkyl group, preferably C 5 to C 18 heteroalkyl group, further preferably C 5 to C 15 heteroalkyl group, furthermore preferably C 5 to C 12 heteroalkyl group, most preferably C 5 to C 10 heteroalkyl group, which contains an ether bond, ie in which formally one of the carbon atoms of the alkyl group is replaced by an oxygen atom.
  • the tetrahydric alcohol has a molecular weight of 100 to 1,000 g/mol, more preferably 100 to 750 g/mol, further preferably 100 to 500 g/mol, further preferably 100 to 300 g/mol, most preferably 130 to 230 g/mol, for example 136 to 223 g/mol.
  • the tetrahydric alcohol has a solubility in deionized water at 20°C of from 10 to 100 g/L, preferably from 15 to 80 g/L, most preferably from 21 to 70 g/L.
  • the tetrahydric alcohol is symmetrical, in particular has a symmetry which causes the tetrahydric alcohol to have no dipole character. It is preferred that the tetrahydric alcohol is symmetrical with respect to the four hydroxyl groups of the tetrahydric alcohol. It is preferred that the tetrahydric alcohol has a plane of symmetry. It is preferred that the tetrahydric alcohol has a plane of symmetry, wherein two of the four hydroxyl groups of the tetrahydric alcohol are arranged on one side of the mirror plane and the two remaining hydroxyl groups of the tetrahydric alcohol are arranged on the other side of the mirror plane.
  • the tetravalent alcohol has the following formula (1) wherein R is a C1 to C18 hydrocarbylene group or a C1 to C17 heterohydrocarbylene group having 1 to 3 heteroatoms independently selected from O, N, S and P.
  • R in the formula (1) is a Ci to C i2 hydrocarbylene group or a Ci to Cu heterohydrocarbylene group having 1 to 2 heteroatoms independently selected from O and S. Furthermore preferably, R in the formula (1) is a Ci to Cs hydrocarbylene group or a Ci to Cs heterohydrocarbylene group having one heteroatom independently selected from O and S. Further preferably, R in the formula (1) is a Ci to C ⁇ hydrocarbylene group or a Ci to C ⁇ heterohydrocarbylene group having O (oxygen) as the only heteroatom.
  • R in formula (1) is a Ci to C i2 alkylene group or a Ci to Cu heteroalkylene group having 1 to 2 heteroatoms independently selected from O and S.
  • R in the formula (1) is preferably a Ci to Cs alkylene group or a Ci to Cs heteroalkylene group having one heteroatom independently selected from O and S.
  • R in the formula (1) is preferably a Ci to C8 alkylene group or a Ci to C8 heteroalkylene group having O (oxygen) as the only heteroatom.
  • tetrahydric alcohol is selected from tetrahydric alcohols of formulas (2) and (3)
  • the tetrahydric alcohol acts as a cap-off additive in the composition according to the invention for coloring a substrate.
  • a cap-off additive improves the "cap-off time". "Cap-off time” is the time that a writing instrument or writing system can be left open, i.e. unlocked, stored or unused without drying out.
  • composition for coloring a substrate further comprises 0.1 to 50 wt.% of a binder.
  • the composition contains the binder in a total amount of at least 5% by weight, particularly preferably at least 10% by weight, further preferably at least 20% by weight, moreover preferably 25% by weight, most preferably at least 28% by weight, in each case based on the total weight of the composition.
  • the composition contains the binder in a total amount of at most 45% by weight, particularly preferably at most 40% by weight, for example about 38% by weight, in each case based on the total weight of the composition.
  • the composition contains the binder in a total amount of 5 to 45 wt.%, particularly preferably 10 to 40 wt.%, further preferably 20 to 40 wt.%, most preferably about 25 to 38 wt.%, for example about 28 to 38 wt.%, in each case based on the total weight of the composition.
  • binders in the composition support the solubility and effectiveness of the tetrahydric alcohol.
  • the binder can be used as a solid and/or as an aqueous binder preparation in the composition, that is to say, it can be used in these forms to produce the composition.
  • An aqueous binder preparation in this context is in particular a binder solution or a binder dispersion.
  • a binder dispersion is used to prepare the composition according to the invention.
  • the amount of binder in the composition is in such a case indicated with reference to the total weight of the binder dispersion (including solvent, etc.).
  • the binder is a synthetic polymeric binder, preferably a polyacrylate, a polyurethane, a polyester, a sulphopolyester, a maleate resin, or a copolymer of two or more thereof, or a wax, for example beeswax.
  • the binder can be Acronal 12DE (dispersion of an acrylonitrile-acrylic acid ester copolymer, BASF), Neocryl XK166N (dispersion of an acrylstyrene copolymer, Covestro), NeoRez R-3972 (polyurethane dispersion, Covestro), Eastek 1000 (colloidal solution of a sulfopolyester, Eastman) or Neocryl XK-39 (alkali-soluble polyacrylate dispersions, Covestro).
  • Acronal 12DE dispensersion of an acrylonitrile-acrylic acid ester copolymer, BASF
  • Neocryl XK166N disersion of an acrylstyrene copolymer, Covestro
  • NeoRez R-3972 polyurethane dispersion, Covestro
  • Eastek 1000 colloidal solution of a sulfopolyester, Eastman
  • Neocryl XK-39 alkali-soluble
  • the binder is an acrylic styrene copolymer, a sulfopolyester or a mixture thereof, preferably a mixture of an acrylic styrene copolymer and a sulfopolyester. It is further preferred that the binder is a mixture of an acrylic styrene copolymer and a sulfopolyester in a weight ratio of 10:1 to 1:2, more preferably 5:1 to 1:1.5, further preferably 3:1 to 1:1, for example about 2:1.
  • the binder can be a mixture of Neocryl XK166N (dispersion of an acrylic styrene copolymer, Covestro) and Eastek 1000 (colloidal solution of a sulfopolyester, Eastman) in a weight ratio of 2:1.
  • the binder preferably has an acid number of at most 250 mg KOH/g dry matter, more preferably of at most 220 mg KOH/g dry matter, further preferably at most 200 mg KOH/g dry matter, more preferably at most 180 mg KOH/g dry matter, even more preferably at most 170 mg KOH/g dry matter, most preferably at most 160 mg KOH/g dry matter, for example about 130 mg KOH/g or 160 mg KOH/g dry matter.
  • the binder may preferably have an acid number of 50 to 250 mg KOH/g dry substance, more preferably 60 to 220 mg KOH/g dry substance, further preferably 70 to 220 mg KOH/g dry substance, more preferably 80 to 180 mg KOH/g dry substance, even more preferably 100 to 170 mg KOH/g dry substance, Furthermore, preferably 100 to 160 mg KOH/g dry substance, most preferably no to 160 mg KOH/g dry substance, such as no to 130 mg KOH/g dry substance, for example about 130 mg KOH/g dry substance or 160 mg KOH/g dry substance.
  • binders with a corresponding acid number advantageous effects with regard to resolubility using a basic composition for watercolor painting could be achieved.
  • the binder can preferably be a polymeric binder.
  • the binder can preferably be a polymer resin. It can be provided that the binder has carboxyl groups and/or nitrile groups and/or sulfonyl groups, preferably has carboxyl groups. This makes it possible to achieve particularly good colorability, in particular with basic dyes. It is preferably provided that the binder is a polymer resin that comprises carboxyl-containing monomer units. It is particularly preferred that the binder comprises or consists of a polyacrylate resin.
  • the binder dispersion has a pH of at most 7, preferably less than 7, more preferably from 1 to 5, further preferably from 1.5 to 3, most preferably from 1.9 to 2.5. It can be provided that the binder dispersion in acidic or neutral pH ranges (at pH ⁇ 7) is a thin, white or translucent binder particle dispersion, with these binder particles increasingly dissolving at higher pH values until a clear, transparent and highly viscous solution is formed.
  • the binder dispersion has a solids content of 30 to 60 wt.%, preferably 40 to 50 wt.%, particularly preferably 43 to 47 wt.%, most preferably 44 to 46 wt.%, in each case based on the total weight of the binder dispersion.
  • the binder can be an alkali-soluble acrylate dispersion.
  • the binder can be an alkali-soluble polyacrylate dispersion.
  • the binder can be an acidic acrylate dispersion.
  • the binder can be an acidic polyacrylate dispersion.
  • the binder can be an ASE thickener.
  • Commercially available examples of corresponding binders are Joncryl 142, 661, 662, 667 (BASF), Texicryl 13-812, 13-825 (Scott Bader), NeoCryl BT-9, BT-21, BT-24, BT-100, BT-107, BT-207 (DSM), NeoCryl XK-39 (DSM), GLASCOL LE510, LE520 etc. (BASF) or Lucidene 198 (Brenntag).
  • the most pronounced effects according to the invention were achieved, namely a particularly well adjustable water resistance.
  • the binder in particular the binder dispersion, comprises binder particles. It can be provided that the binder particles have an average particle diameter of at least 50 nm, preferably of at least 100 nm. The particle diameter can be determined by dynamic light scattering according to ASTM E 3247-20 in the version valid on the priority date. By using appropriately large diameters of the binder particles, it can be achieved that the Composition does not penetrate too deeply into the absorbent substrate, which can improve the watercolorability, i.e. the subsequent paintability of the ink on the substrate.
  • the composition further comprises 0.01 to 0.5% by weight, based on the total weight of the composition, of a preservative and/or a biocide.
  • a preservative and/or a biocide are, for example, a mixture of tert-butyl hydroperoxide and monophenyl glycol ether, particularly preferably a mixture of 12 to 60% by weight of tert-butyl hydroperoxide and 3 to 50% by weight of monophenyl glycol ether, or a mixture of i,6-dihydroxy-2,5-dioxahexane and tetramethylolacetylenediurea.
  • Such a preservative is particularly suitable for aqueous solutions and emulsions.
  • a preferred biocide is, for example, a mixture of 2-bromo-2-nitropropane-i,3-diol and 2-octyl-2H-isothiazol-3-one or a mixture of BIT (i,2-benzisothiazolin-3-one), MIT (2-methyl-4-isothiazolin-3-one) and OIT (2-octyl-2H-isothiazol-3-one), which in particular prevents contamination.
  • Another preferred biocide is a mixture of CIT/MIT in a weight ratio of 3:1.
  • Another preferred biocide is 2-bromo-2-nitropropane-i,3-diol.
  • Another preferred biocide is 2-octyl-2H-isothiazol-3-one.
  • Another preferred biocide is phenoxyethanol.
  • the composition contains the preservative and/or the biocide in a total amount of at least 0.05% by weight, particularly preferably at least 0.2% by weight, further preferably at least 0.15% by weight, most preferably at least 0.1% by weight, in each case based on the total weight of the composition.
  • the composition contains the preservative and/or the biocide in a total amount of at most 0.4 wt.%, particularly preferably at most 0.3 wt.%, further preferably at most 0.25 wt.%, most preferably at most 0.2 wt.%, in each case based on the total weight of the composition.
  • the composition contains the preservative and/or the biocide in a total amount of 0.025 to 0.4 wt.%, particularly preferably 0.05 to 0.3 wt.%, further preferably 0.75 to 0.2 wt.%, most preferably about 0.1 wt.%, in each case based on the total weight of the composition.
  • the composition further comprises 0.01 to 20% by weight, based on the total weight of the composition, of a humectant.
  • the humectant is preferably an organic polyol and/or polyglycol and/or a sugar alcohol and/or a polar organic compound that is liquid at room temperature and under normal pressure, particularly preferably selected from the group consisting of diethylene glycol, propylene glycol, 1,2-propanediol, glycerin, trimethylolpropane, di-trimethylolpropane, neopentyl glycol, erythritol, dimethyl sulfoxide, pyrrolidones, in particular 2-pyrrolidone or N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and mixtures thereof, particularly preferably 1,2-propanediol.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • a combination of an organic polyol as a humectant on the one hand and pentaerythritol and/or di(trimethylolpropane) on the other hand is preferred.
  • 1,2-propanediol is preferred as a humectant in combination with pentaerythritol and/or di(trimethylolpropane) as a tetrahydric alcohol.
  • 1,2-propanediol is particularly preferred as a humectant in combination with pentaerythritol as a tetrahydric alcohol.
  • the composition contains the humectant in an amount of at least 1% by weight, more preferably at least 5% by weight, further preferably at least 7.5% by weight, most preferably at least 10% by weight, in each case based on the total weight of the composition.
  • the composition contains the humectant in an amount of at most 17.5 wt.%, particularly preferably at most 15 wt.%, further preferably at most 13.5 wt.%, in each case based on the total weight of the composition.
  • the composition contains the humectant in an amount of 1 to 17.5 wt.%, more preferably 5 to 15 wt.%, further preferably 7.5 to 14.5 wt.%, most preferably about 10 to 13.5 wt.%, each based on the total weight of the composition.
  • humectants in appropriate concentrations improve the COT and the writing behavior after short time intervals.
  • the film formation and thus the stability of the smear is positively influenced.
  • a corresponding synergistic effect can be observed in conjunction with the tetravalent alcohol.
  • composition further comprises 0.01 to 7% by weight, based on the total weight of the composition, of a surfactant and/or a surface-active substance.
  • the surfactant can be an emulsifier, a dispersant, a stabilizer or a substrate wetting agent, preferably a silicone surfactant, a fatty alcohol ether sulfate, in particular Ci2-Ci4 fatty alcohol ether sulfate sodium salt (30 EO), a fatty alcohol ether phosphate, a fatty alcohol phosphate ester, a sulfosuccinate, or the like.
  • the surfactant is preferably a nonionic surfactant, an anionic surfactant or an amphoteric surfactant.
  • Stabilizers within the meaning of the present disclosure are in particular surface-active substances which stabilize the colloidal particle system against reagglomeration or coagulation by adsorption at the particle interfaces by means of steric, electrostatic or electrosteric interactions and thus prevent sedimentation, syneresis, and increases in grain size and viscosity.
  • Nonionic surfactants within the meaning of the present disclosure can be classified according to the following system. This is the "HLB system” (hydrophilic-lipophilic balance) developed by Atlas Chemie. In the HLB system, each emulsifier is assigned a numerical value, which is called the HLB value. The HLB value indicates the hydrophilic-lipophilic balance.
  • HLB system hydrophilic-lipophilic balance
  • All emulsifiers contain both hydrophilic and lipophilic groups.
  • a lipophilic emulsifier has a low HLB value of less than 9.0 and a hydrophilic emulsifier has a high HLB value of more than 11.0.
  • Emulsifiers with low HLB values tend to be oil-soluble, while emulsifiers with high HLB values are water-soluble. For example, a water-soluble emulsifier is used when the final product can be diluted with water.
  • O/W emulsifiers have HLB values between 8 and 18. Hydrophilic emulsifiers with a high HLB value promote the formation of an O/W emulsion.
  • emulsifiers can preferably be used as non-ionic solubilizers, which are available, for example, as viscous solutions and which have been produced by reacting ethylene oxide with hydrogenated castor oil and can be composed, for example, of 90% by weight of hydrogenated castor oil, 5% by weight of 1,2-propylene glycol and 5% by weight of water.
  • Components of such emulsifiers can also be fatty acid glycerol polyethylene glycol esters and fatty acid polyethylene glycol esters. They represent the hydrophobic part of the products.
  • the hydrophilic part can consist of polyethylene glycol and glycerol ethoxylate.
  • Possible emulsifiers are preferably non-ionic emulsifiers from the following groups: alcohol fatty acid esters, ethylene fatty acid esters, polyethylene glycol fatty acid esters, glycerol or polyfatty acid esters, sorbitol fatty acid esters, pentaerythritol fatty acid esters, fatty acid esters of glycerol esters, sucrose fatty acid esters, alcohol polyglycol ethers, fatty acid polyglycol ethers,
  • Fatty acid ester polyglycol ethers Fatty acid ester polyglycol ethers, fatty amine polyglycol ethers, polyglycol ethers of fatty acid alkanolamides, polyglycol ethers of fats and oils, polypropylene glycol polyglycol ethers, lanolin polyglycol ethers, alcohol polypropylene glycol ethers, fatty acid polypropylene glycol ethers, polypropylene glycol ethers of fatty amines, lanolin polypropylene glycol ethers.
  • the composition contains the surfactant and/or the surface-active substance in a total amount of at least 0.1% by weight, particularly preferably at least 0.5% by weight, further preferably at least 1% by weight, most preferably at least 1.5% by weight, in each case based on the total weight of the composition. It is preferred that the composition contains the surfactant and/or the surface-active substance in a total amount of at most 5 wt.%, particularly preferably at most 4 wt.%, further preferably at most 3 wt.%, most preferably at most 2 wt.%, in each case based on the total weight of the composition.
  • the composition contains the surfactant and/or the surface-active substance in a total amount of 0.1 to 5 wt.%, preferably 0.5 to 4 wt.%, more preferably 1 to 3 wt.%, most preferably 1.5 to 2 wt.%, for example about 1.5 wt.%, in each case based on the total weight of the composition.
  • the composition further comprises a compound with surface-active and/or pigment-affine groups, preferably an oligomer with surface-active and/or pigment-affine groups and/or a polymer with surface-active and/or pigment-affine groups, in an amount of 0.01 to 5% by weight, based on the total weight of the composition.
  • a compound with surface-active and/or pigment-affine groups preferably an oligomer with surface-active and/or pigment-affine groups and/or a polymer with surface-active and/or pigment-affine groups, in an amount of 0.01 to 5% by weight, based on the total weight of the composition.
  • Pigment-affine groups within the meaning of the present disclosure are anchor groups which are selected depending on the type of pigment, for example whether it is organic or inorganic.
  • Surface-active groups in the sense of the present disclosure are groups having an affinity to surfaces and interfaces, for example of glass, metal, plastic, air, binder particles (mineral or organic) or pigments (mineral or organic).
  • compounds with anionic or cationic surface-active and/or pigment-affine groups can be provided, in particular amino, phosphate, quaternary ammonium, sulfonate, carboxylate groups, etc.
  • Unmodified organic pigments are usually non-polar and do not carry any surface charges.
  • the corresponding non-polar sections are to be regarded as pigment-affine groups.
  • hydrophobic surface-active and/or pigment-affine groups are nonylphenol, isotridecyl, isotristyrene, C13, siloxane and novolak groups.
  • pigmented writing fluid has the effect of protecting it against agglomeration, sedimentation, syneresis, viscosity drift, colour intensity fluctuations, colour tone changes and to stabilize other aging effects or to improve the compatibility between binder and colorant.
  • the composition contains the compound with surface-active and/or pigment-affine groups in a total amount of at least 0.1% by weight, particularly preferably at least 0.5% by weight, further preferably at least 0.75% by weight, most preferably at least 1% by weight, in each case based on the total weight of the composition.
  • the composition contains the compound with surface-active and/or pigment-affine groups in a total amount of at most 5 wt. %, particularly preferably at most 2.5 wt. %, further preferably at most 1.5 wt. %, most preferably at most 1 wt. %, in each case based on the total weight of the composition.
  • the composition contains the compound with surface-active and/or pigment-affine groups in a total amount of 0.1 to 5 wt.%, particularly preferably 0.5 to 2.5 wt.%, further preferably 0.75 to 1.5 wt.%, most preferably about 1 wt.%, in each case based on the total weight of the composition.
  • co-binders e.g. acrylate polymers without acid number, etc.
  • co-film-forming agents Texanol, butyl glycol, butyl diglycol, etc.
  • Waxes may also be added to improve scratch resistance.
  • the composition may be intended to be free of urea.
  • free of means that urea has not been actively added to the composition, but is present only as an impurity in amounts that cannot be eliminated by conventional purification processes.
  • the invention relates to a composition for coloring a substrate comprising:
  • the invention relates to a composition for coloring a substrate comprising:
  • tetrahydric alcohol has the following formula (1) wherein R is a C1 to C18 hydrocarbylene group or a C1 to C17 heterohydrocarbylene group having 1 to 3 heteroatoms independently selected from O, N, S and P.
  • the invention relates to a composition for coloring a substrate comprising:
  • tetrahydric alcohol is selected from tetrahydric alcohols of the formulas (2) and (3)
  • the composition for coloring a substrate can be produced using mixing methods known from the prior art, for example in a mixing vessel into which the components of the composition for coloring a substrate are added.
  • the components are continuously and intensively mixed with one another using suitable stirring tools in order to distribute them sufficiently evenly.
  • the components of the composition according to the invention for coloring a substrate are heated for a sufficient period of time, preferably 30 to 60 minutes, preferably to a temperature of 50 to 60 °C, in order to obtain a particularly homogeneous composition, for example in the form of a dispersion.
  • the soluble components of the composition remain permanently dissolved. Without being bound to this assumption, it can be assumed that the tetravalent alcohol attaches to or is adsorbed on the particle interfaces present in the composition (pigments & polymer particles) (or attaches to dissolved polymer molecules).
  • composition for coloring a substrate Use of the composition for coloring a substrate
  • the invention further relates to the use of the composition for coloring a substrate according to the present invention for producing films on a substrate.
  • the use according to the invention can in particular comprise the provision of a substrate, preferably an absorbent substrate, for example an absorbent writing medium, more preferably drawing cardboard or paper, particularly preferably watercolor paper, or a non-absorbent substrate, for example a plastic substrate or a plastic substrate, particularly preferably a plastic or plastic film, or a mixed media substrate, ie a combination of an absorbent material and a non-absorbent material, or a canvas. Any other suitable substrate, such as wood, stone, eggshells, etc., can also be provided.
  • composition according to the invention for coloring a substrate is then applied to the substrate.
  • the composition can be applied to at least one surface of the substrate.
  • the composition is applied to at least part of the corresponding surface.
  • the application can include writing, drawing, painting, printing, spraying or a combination of two or more thereof.
  • the application can be carried out using a brush, a pen, in particular a watercolor pencil, a print head, a fountain pen or another conventional application device (e.g. airbrush) or a combination of two or more thereof.
  • the applied composition can be dried on the substrate (or partially in it, if part of the composition has penetrated into the substrate). Drying can take place at room temperature (23°C) under normal atmospheric pressure. Drying can be assisted by the application of heat, passing a gas stream (air stream) past the composition to be dried, applying a vacuum, etc.
  • composition according to the invention for coloring a substrate surprisingly has an excellent cap-off time (COT) and at the same time a very short drying time as well as excellent resistance to various types of substrates, in particular also to non-absorbent surfaces.
  • COT cap-off time
  • composition according to the invention for coloring a substrate without urea in particular only using substances which - in contrast to urea - are stable to hydrolysis, do not tend to decompose and have no influence on the long-term pH of the composition.
  • the composition according to the invention for coloring a substrate also makes it possible to significantly reduce the overall humectant content compared to that of writing fluids known from the prior art.
  • the composition according to the invention makes it possible to significantly increase the binder content. This results in new scope and degrees of freedom in the formulation of writing fluids.
  • composition according to the invention contains a dye, this also includes the case in which the composition contains a mixture of several dyes.
  • composition according to the invention for coloring a substrate add up to a total amount of too much weight percent and thus give the total amount of the composition.
  • composition refers to the “composition of the invention for coloring a substrate”.
  • Acticide MBT1 biocide
  • 1,2-propanediol humectant
  • Neocryl XK-166N (first binder)
  • magenta red preparation (30% PR122) The corresponding components were mixed, heated to 6o°C for 30 min and then cooled to room temperature.
  • Formulation Example 2 was prepared as in Formulation Example 1, with the only exception that di(trimethylolpropane) was used as the tetrahydric alcohol instead of pentaerythritol.
  • Formulation Example 3 was prepared as Formulation Example 1, with the only exception that urea was used as a humectant instead of 1,2-propanediol.
  • Ci2-Ci4 fatty alcohol ether sulfate Na salt (30EC) (surfactant)
  • Neocryl XK-39 (acidic, alkali-soluble binder)
  • Comparative Formulation 1 was prepared in the same way as Formulation Example 1, with the only exception that a tetrahydric alcohol was used instead of pentaerythritol with erythritol.
  • Comparative Formulation 3 was prepared as in Formulation Example 1, with the only exception that 8-caprolactam was used instead of pentaerythritol. 8-Caprolactam
  • Comparative Formulation 4 was prepared as in Formulation Example 1, with the only exception that a hexavalent alcohol was used instead of pentaerythritol with sorbitol.
  • Comparative Formulation 5 was prepared as in Formulation Example 1, with the only exception that 8-caprolactone was used instead of pentaerythritol.
  • Comparative Formulation 6 was prepared as in Formulation Example 1, with the only exception that a dihydric alcohol was used instead of pentaerythritol with neopentyl alcohol. Neopentyl alcohol
  • Comparative Formulation 7 was prepared as in Formulation Example 1, with the only exception that a trihydric alcohol, 1,1,1-trimethylolpropane (TMP), was used instead of pentaerythritol.
  • TMP 1,1,1-trimethylolpropane
  • Comparative Formulation 8 was prepared in the same way as Formulation Example 1, with the only exception that a pentahydric alcohol was used instead of pentaerythritol with xylitol.
  • composition prepared in recipe example 1 was filled into test pens (fibre pens with capillary storage). These were then completed with an extruded POM plastic tip (0.5 mm) and stored horizontally overnight.
  • test pen protectors were removed at the start of the test.
  • the test pens were used for writing after time intervals of 10 minutes, 30 minutes, 60 minutes and 10 hours.
  • the cap-off test is considered to have been passed very well if the pen writes again spontaneously and forms a homogeneous, opaque line “+++”. If the pen writes again properly after a few millimetres, the test is still considered to have been passed “+”. If the pen no longer writes or only writes after a long period of “scribble”, the test is considered to have been failed “-”.
  • Comparative Examples 1 to 8 were carried out in the same way as Example 1, with the sole exception that instead of the composition of Formulation Example 1, the compositions of Comparative Formulations 1 to 8 were used.

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Abstract

Die vorliegende betrifft eine Zusammensetzung zum Färben eines Substrats, umfassend: - 10 bis 70 Gew.-% Wasser; - 0,025 bis 12,5 Gew.-% eines Farbmittels; und - 0,1 bis 10 Gew.-% eines vierwertigen Alkohols, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung; wobei der vierwertige Alkohol mindestens Kohlenstoffatome aufweist; sowie die Verwendung der Zusammensetzung zum Färben eines Substrats zum Herstellen eines Films auf einem Substrat.

Description

Zusammensetzung zum Färben eines Substrats und Verwendung derselben
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung zum Färben eines Substrats.
Die Erfindung betrifft ebenfalls die Verwendung der Zusammensetzung zum Färben eines Substrats zum Herstellen eines Films auf einem Substrat.
Hintergrund der Erfindung
Wässrige Schreibflüssigkeiten, wie etwa Tinten, sind aus dem Stand der Technik bekannt und weisen in der Regel Wasser als Lösungsmittel und Pigmente oder wasserlösliche Farbstoffe als Farbmittel auf. Sie enthalten zudem in der Regel weitere Additive, beispielsweise Tenside, Emulgatoren, Konservierungsmittel oder Feuchthaltemittel.
Insbesondere für künstlerische Anwendungen (Malen, Zeichnen etc.) sind seit vielen Jahren pigmentierte Tinten (Farben) bekannt. Diese werden häufig mit Kunststoffdispersionen als Bindemittel und/oder mit Netzmitteln formuliert.
Die „Cap-Off Time“ (COT) einer Schreibflüssigkeit beschreibt einen Zeitraum, in dem die Schreibflüssigkeit in einem Schreib- oder Auftragsgerät bei Lagerung mit unverschlossener Schreibspitze bzw. mit entfernter Verschlusskappe nicht eintrocknet. Für eine Anwendung einer Schreibflüssigkeit in der Praxis ist es vorteilhaft, wenn das Schreib- oder sonstiges Auftragsgerät über längere Zeit, vorzugsweise über mehrere Stunden oder Tage, offen liegen bleiben kann, ohne dass die Schreibflüssigkeit eintrocknet.
Aus dem Stand der Technik bekannte wasserbasierte Schreibflüssigkeiten lassen sich in folgende drei Gruppen einteilen: a) Tinten, die eine sehr gute COT aufweisen sollen. Diese enthalten in hohem Maße sog. Trocknungsverzögerer bzw. Feuchthaltemittel, um ein An- bzw. Austrocknen der Schreibspitze zu verhindern (Fineliner, Fasermaler). Solche Tinten können aufgrund des hohen Anteils an Trocknungsverzögerer bzw. Feuchthaltemittel nur geringe Mengen an Bindemittel enthalten. Diese Abstriche haben deshalb in der Regel sehr lange Trocknungszeiten und eine schlechte Beständigkeit. Derartige Schreibflüssigkeiten sind in der Regel nur für saugfähige Substrate, etwa Papier, geeignet. b) Tinten, die rasch und permanent auf nichtsaugenden Untergründen trocknen sollen. Diese haben leider meist eine völlig unbefriedigende COT. c) Tinten, die einen Kompromiss aus a) & b) bieten, d.h. eine gute COT und eine befriedigende Beständigkeit aufweisen, allerdings nur auf saugfähigen Substraten.
In der EP 3 613 814 Bi wird etwa eine Schreib-, Markier- und/oder Zeichenflüssigkeit beschrieben, die eine wässrige Pigmentpräparation, ein Bindemittel, eine Base und ein Dispergiernetzmittel enthält, wobei als Dispergiernetzmittel eine wässrige Lösung eines modifizierten Polymers mit pigmentaffinen Gruppen enthalten ist.
Aus dem Stand der Technik bekannte Pigmentlinertinten enthalten 20 Massen% Harnstoff sowie weitere 15% Feuchthaltemittel, um eine 18-stündige COT zu erreichen. Der Harnstoffzusatz bewirkt, dass der Abstrich auf mäßig saugenden Untergründen dennoch befriedigend rasch trocknet und nach längerer Trockenzeit eine brauchbare Beständigkeit aufweist. Der Harnstoff kristallisiert dabei aus.
Auf ungünstigen, schlechtsaugenden Papiersorten oder gar auf folierten Substraten (beispielsweise Fotoabzüge, kaschierte Papiere etc.) kommt es hingegen selbst nach Stunden oder Tagen zu keiner befriedigenden Trocknung oder Beständigkeit des Abstrichs. Die Folge ist, dass die Abstriche bei Kontakt verschmieren oder abfärben. Des Weiteren führt der hohe Harnstoffanteil zu einer Beeinträchtigung der Wasserfestigkeit des Abstrichs und der Harnstoff neigt bei längerer Lagerung der Tinten (insbesondere bei erhöhten Temperaturen entsprechend einem Tso-Lagerversuch) zur Zersetzung unter Bildung von C02 und Ammoniak im alkalischen Bereich und weiterem pH-Anstieg. Die Folge ist die allmähliche Destabilisierung der Tinten.
Es gibt alkoholbasierte Tinten (Lumocolor permanent, Whiteboardmarker) die mit der sogenannten "Dry Safe"-Technologie seit etwa zwanzig Jahren eine Lösung für dieses Problem bieten, nämlich sowohl eine sehr gute COT sowie eine kurze Trocknungszeit als auch eine sehr gute Beständigkeit aufweisen. Hier sorgen spezielle, in der Tinte mäßig lösliche Wachsadditive für einen Austrocknungsschutz, indem das bis zur Sättigung gelöste Wachs beim "offen liegen lassen" des Stifts an der Spitze ausfällt und einen hauchdünnen Barrierefilm bildet, der vor weiterem Lösemittelverlust und damit Austrocknung schützt. Dieser Film ist jedoch mechanisch so instabil, dass er beim geringsten Kontakt der Spitze mit dem Substrat aufreißt und sofort einen Tintenfluss gewährleistet. Entsprechende Lösungen für wasserbasierte Schreibflüssigkeiten existieren nicht.
Aufgabe der Erfindung
Es ist demzufolge die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine wasserbasierte Schreibflüssigkeit bereitzustellen, die Nachteile des Stands der Technik überwindet, insbesondere eine wässrige Schreibflüssigkeit mit hervorragender Cap-Off-Time (COT) bereitzustellen, die dennoch sehr kurze Trockenzeiten und eine exzellente Beständigkeit auf allen Arten von Substraten, insbesondere auch auf nichtsaugenden Oberflächen, aufweist, vorzugsweise eine entsprechende wässrige Schreibflüssigkeit, die einen reduzierten Harnstoffanteil hat oder gar frei von Harnstoff ist.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gemäß dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch eine Zusammensetzung zum Färben eines Substrats, umfassend: - 10 bis 70 Gew.-% Wasser;
- 0,1 bis 50 Gew.-% eines Farbmittels; und
- 1 bis 6 Gew.-% eines vierwertigen Alkohols, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung; wobei der vierwertige Alkohol mindestens 5 Kohlenstoffatome aufweist.
Die Aufgabe wird ferner durch die Verwendung der Zusammensetzung zum Färben eines Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung zum Herstellen eines Films auf einem saugfähigen Substrat gelöst.
Zusammensetzung zum Färben eines Substrats
Die Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung ist geeignet und bevorzugt vorgesehen zum Färben eines Substrats.
Färben
Das Färben beinhaltet oder besteht vorzugsweise aus Schreiben, Zeichnen, Malen, Drucken, Sprühen oder eine Kombination von zwei oder mehreren davon ist.
Substrat
Das Substrat ist vorzugsweise ein saugfähiges Substrat, beispielsweise ein saugfähiger Schriftträger, weiter bevorzugt Zeichenkarton oder Papier, besonders bevorzugt Aquarellpapier, oder ein nicht-saugfähiges Substrat, beispielsweise ein Kunststoffsubstrat oder ein Plastiksubstrat, besonders bevorzugt eine Kunststoff- oder Plastikfolie, oder ein Mixed Media- Substrat, d.h. etwa eine aus einem saugfähigen Material und einem nicht saugfähigen Material, oder eine Leinwand. Ebenfalls kann ein beliebiges weiteres geeignetes Substrat, etwa Holz, Stein, Eierschalen etc. vorgesehen sein.
Wasser
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung zum Färben eines Substrats enthält Wasser in einer Menge von 10 bis 70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung. Es ist bevorzugt, dass als Wasser entionisiertes oder demineralisiertes Wasser verwendet wird. Hierdurch ist es möglich, den Eintrag ungewollter Verunreinigungen, wie zum Beispiel Härtebildner wie Calcium und Magnesium o.ä. zu vermeiden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Zusammensetzung das Wasser als überwiegendes Lösungsmittel enthält, vorzugsweise in einer Menge von mindestens 90 Vol.-%, bezogen auf die Gesamtmenge an Lösungsmittel in der Zusammensetzung. Es ist besonders bevorzugt, dass die Zusammensetzung Wasser als ausschließliches Lösungsmittel enthält.
Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung Wasser in einer Menge von mindestens 15 Gew.- %, besonders bevorzugt mindestens 20 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 25 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung Wasser in einer Menge von höchstens 65 Gew.- %, darüber hinaus bevorzugt höchstens 60 Gew.-%, weiterhin bevorzugt, höchstens 55 Gew.- %, bevorzugter höchstens 50 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 45 Gew.-%, beispielsweise höchstens 40 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung Wasser in einer Menge 15 bis 65 Gew.-%, darüber hinaus bevorzugt 20 bis 40 Gew.-%, am bevorzugtesten 25 bis 35 Gew.-%, beispielsweise etwa 30 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Mit den angegebenen bevorzugten Mengen an Wasser in der Zusammensetzung konnte eine optimierte Färbung einerseits und Anwendbarkeit andererseits erreicht werden.
Weiteres Lösungsmittel
Es kann vorgesehen sein, dass Wasser das einzige Lösungsmittel in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zum Färben eines Substrats ist. Es kann alternativ vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Zusammensetzung zum Färben eines Substrats neben dem Wasser ein weiteres Lösungsmittel umfasst.
Es kann vorgesehen sein, dass die Zusammensetzung zum Färben eines Substrats das weitere Lösungsmittel in einer Menge von mindestens 1 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 5 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung zum Färben eines Substrats das weitere Lösungsmittel in einer Menge von höchstens 40 Gew.-%, darüber hinaus bevorzugt höchstens 35 Gew.-%, weiterhin bevorzugt, höchstens 30 Gew.-%, bevorzugter höchstens 20 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 15 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung zum Färben eines Substrats das weitere Lösungsmittel in einer Menge 1 bis 40 Gew.-%, darüber hinaus bevorzugt 5 bis 20 Gew.-%, am bevorzugtesten 10 bis 15 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Es ist bevorzugt, dass das weitere Lösungsmittel ein wasserlösliches organisches Lösungsmittel, weiterhin bevorzugt ein Alkohol, darüber hinaus bevorzugt ein mehrwertiger Alkohol, am bevorzugtesten Glycerin oder ein Glycol, z.B. 1,2-Propandiol, ist. Durch die Zugabe des weiteren Lösungsmittels zu der erfindungsgemäßen Zusammensetzung kann ein verbessertes Löslichkeitsverhalten für Substanzen, etwa Pigmente oder andere Farbmittel, die in Wasser schwer löslich sind, erreicht werden. Zudem kann die Wirksamkeit des vierwertigen Alkohols als Cap-Off-Additiv in synergistischer Weise erhöht werden. Schließlich kann durch Zugabe eines geeigneten Lösemittels die Filmbildung und damit die Beständigkeit des Abstrichs positiv beeinflusst.
Farbmittel
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung zum Färben eines Substrats enthält ein Farbmittel in einer Menge von 0,025 bis 12,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Es ist bevorzugt, dass das Farbmittel ein Farbstoff, ein Pigment oder ein Gemisch von zwei oder mehreren davon ist.
Als Farbstoff können insbesondere wasserlösliche Farbstoffe, vorzugsweise wasserlösliche Farbstoffe auf der Basis von Lebensmittelfarbstoffen und/oder Säurefarbstoffe und/oder basische Farbstoffe verwendet werden.
Als besonders geeignet haben sich die nachfolgend aufgeführten Farbstoffe erwiesen:
Lebensmittelfarbstoffe aus der Gruppe: E 110, CI 15985, Food Yellow 3; E 104, CI 47005, Food Yellow 13; E 102, CI 19140, Food Yellow 4; E 124, CI 16255, Food Red 7; E 127, CI 45430, Food Red 14; E 133, CI 42090, Food Blue 2; E 131, CI 42051, Food Blue 3 und/oder
Säurefarbstoffe aus der Gruppe: Acid Yellow 23, CI 1910; Acid Red 18, CI 16255; Acid Red 51, CI 45430; Acid Orange 4, CI 16230; Acid Blue 93; Acid Blue 9, CI 42090; Acid Blue 104, CI 42735; Acid Violett 49, CI 42640.
Basische Farbstoffe, vorzugsweise Farbstoffe aus der Gruppe der Xanthen-, Cumarin- und Rhodaminfarbstoffe, beispielsweise Basic Violet 11, Basic Yellow 40, Basic Blue 3, Basic Blue 7, Basic Red 1, Basic Green 1
Als Pigmente können vorzugsweise organische Pigmente, darüber hinaus bevorzugt Chinacridone, Phthalocyanin-, Metallkomplex-, Dioxazin-, Isoindolin-, Isoindolinon-, Benzimidazolon-, Anthrachinon-, Arylid-, Perinon-, Perylen-, Naphthol-, Diketo-pyrrolo- pyrrol- oder Azopigmente, besonders bevorzugt Magentarot P.R. 122 oder andere Chinacridone und/oder anorganische Pigmente, etwa Titandioxid, Eisenoxid, Ultramarin oder Ruß, verwendet werden.
Durch die als bevorzugt angegebenen Farbmittel kann eine besonders brillante, farbstarke und beständige Färbung erreicht werden. Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung das Farbmittel in einer Menge von mindestens 0,05 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 0,075 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält. Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung das Farbmittel (bzw. die Farbmittelzubereitung) in einer Menge von höchstens 11,25 Gew.-%, darüber hinaus bevorzugt höchstens 10 Gew.-%, weiterhin bevorzugt, höchstens 8,75 Gew.-%, bevorzugter höchstens 7,5 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 6,25 Gew.-%, beispielsweise höchstens 5 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Es kann vorgesehen sein, dass die Pigmente als Bestandteil einer Pigmentpräparationen vorliegen und eingesetzt werden.
Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung das Farbmittel in einer Menge 0,025 bis 10 Gew.-%, darüber hinaus bevorzugt 0,05 bis 7,5 Gew.-%, am bevorzugtesten 0,075 bis 5 Gew.- %, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Wenn das Farbmittel ein Farbstoff ist, ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung das Farbmittel in einer Menge 0,025 bis 3 Gew.-%, darüber hinaus bevorzugt 0,05 bis 2 Gew.-%, am bevorzugtesten etwa 0,1 bis 1 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Wenn das Farbmittel ein Pigment ist, ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung das Farbmittel in einer Menge 0,25 bis 10 Gew.-%, darüber hinaus bevorzugt 1,25 bis 7,5 Gew.-%, am bevorzugtesten 2,5 bis 5 Gew.-%, beispielsweise etwa 4,8 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Bei Pastellfarbtönen kann der Pigmentgehalt bis 0,025 Gew.-% reduziert sein.
Durch die als bevorzugt angegebenen Mengen an Farbmittel kann eine optimale Färbung erreicht werden.
Vierwertiger Alkohol
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung zum Färben eines Substrats enthält 0,1 bis 10 Gew.-% eines vierwertigen Alkohols, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Der vierwertige Alkohol weist mindestens 5 Kohlenstoffatome auf. Der vierwertige Alkohol weist vorzugsweise höchstens 22 Kohlenstoffatome, darüber hinaus bevorzugt 5 bis 18 Kohlenstoffatome, weiterhin bevorzugt 5 bis 15 Kohlenstoffatome, ebenfalls bevorzugt 5 bis 12 Kohlenstoffatome, am bevorzugtesten 5 bis 10 Kohlenstoffatome auf.
Der vierwertige Alkohol ist vorzugsweise in einer Menge von mindestens 1 Gew.-%, darüber hinaus bevorzugt mindestens 2 Gew.-%, weiterhin bevorzugt mindestens 3 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 4 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthalten.
Der vierwertige Alkohol ist vorzugsweise in einer Menge von höchstens 9 Gew.-%, darüber hinaus bevorzugt höchstens 8 Gew.-%, weiterhin bevorzugt höchstens 7 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 6 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthalten. Der vierwertige Alkohol ist vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 9 Gew.-%, darüber hinaus bevorzugt 2 bis 8 Gew.-%, weiterhin bevorzugt 3 bis 7 Gew.-%, am bevorzugtesten 4 bis 6 Gew.-%, beispielsweise etwa 5 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthalten.
Als Alkohole werden organische Verbindungen bezeichnet, die eine oder mehrere funktionelle Hydroxylgruppe(n) (-0H) aufweisen. Mehrwertige Alkohole weisen mehrere Hydroxylgruppen auf. Vierwertige Alkohole weisen vier Hydroxylgruppen auf.
Neben den vier Hydroxylgruppen weist der vierwertige Alkohol, der in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zum Färben eines Substrats enthalten ist, einen organischen Teil auf, der mindestens 5 Kohlenstoffatome aufweist. Dieser organische Teil kann eine Hydrocarbylengruppe, insbesondere eine C5 bis C22, vorzugsweise C5 bis C18, weiterhin bevorzugt C5 bis Ci5, darüber hinaus bevorzugt C5 bis Ci2, am bevorzugtesten C5 bis C10 Hydrocarbylengruppe oder eine Heterohydrocarbylengruppe, insbesondere eine C5 bis C2i, vorzugsweise C5 bis C18, weiterhin bevorzugt C5 bis Ci5, darüber hinaus bevorzugt C5 bis Ci2, am bevorzugtesten C5 bis Ci0 Heterohydrocarbylengruppe, sein.
Laut lUPAC-Definition ist Hydrocarbyl die Bezeichnung für einwertige Gruppen, die durch Entfernung eines Wasserstoffatoms H aus einem Kohlenwasserstoff-Molekül hervorgehen. Entsprechend ist gemäß der vorliegenden Anmeldung eine Hydrocarbylengruppe, die durch Entfernung von mindestens eines Wasserstoffatoms H, insbesondere von vier Wasserstoffatomen aus einem Kohlenwasserstoff-Molekül hervorgeht.
Eine Heterohydrocarbylengruppe gemäß der vorliegenden Offenbarung ist eine Hydrocarbylengruppe, in der zumindest eines der Kohlenstoffatome durch ein Heteroatom ersetzt ist, insbesondere durch ein Heteroatom, das aus der Gruppe, bestehend aus O, N, S und P, ausgewählt ist.
Die Hydrocarbylengruppe kann eine Alkylengruppe, eine Arylengruppe, eine Alkenengruppe, eine Alkinengruppe, eine Alkylarylengruppe, eine Arylalkylengruppe etc. sein. Die Hydrocarbylengruppe kann eine Alkylengruppe sein.
Die Hydrocarbylengruppe kann insbesondere eine C5 bis C22 Alkylgruppe, vorzugsweise C5 bis C18 Alkylgruppe, weiterhin bevorzugt C5 bis Ci5 Alkylgruppe, darüber hinaus bevorzugt C5 bis Ci2 Alkylgruppe, am bevorzugtesten C5 bis Ci0 Alkylgruppe sein.
Besonders bevorzugt ist die Hydrocarbylengruppe eine tert-Pentylene-Gruppe.
Die Heterohydrocarbylengruppe kann eine oder mehrere Ethergruppen, eine Thioethergruppe, eine Amingruppe, insbesondere eine sekundäre Amingruppe, eine Alkylphosphingruppe etc. zwischen zwei oder mehreren Hydrocarbylengruppe umfassen. Die Heterohydrocarbylengruppe kann eine Ethergruppe zwischen zwei Hydrocarbylengruppe umfassen.
Die Heterohydrocarbylengruppe kann eine C5 bis C22 Heteroalkylgruppe, vorzugsweise C5 bis C18 Heteroalkylgruppe, weiterhin bevorzugt C5 bis Ci5 Heteroalkylgruppe, darüber hinaus bevorzugt C5 bis Ci2 Heteroalkylgruppe, am bevorzugtesten C5 bis Ci0 Heteroalkylgruppe sein. In diesem Zusammenhang ist eine Heteroalkylgruppe eine Alkylgruppe, in der eines oder mehrere Kohlenstoffatome durch ein, bzw. mehrere Heteroatome, wie etwa O, S, N oder P ersetzt sind.
Vorzugsweise ist die Heterohydrocarbylengruppe eine C5 bis C22 Heteroalkylgruppe, vorzugsweise C5 bis C18 Heteroalkylgruppe, weiterhin bevorzugt C5 bis Ci5 Heteroalkylgruppe, darüber hinaus bevorzugt C5 bis Ci2 Heteroalkylgruppe, am bevorzugtesten C5 bis Ci0 Heteroalkylgruppe, die eine Etherbindung enthält, d.h. in der formal eines der Kohlenstoffatome der Alkylgruppe durch ein Sauerstoffatom ersetzt ist.
Es ist bevorzugt, dass der vierwertige Alkohol ein Molekulargewicht von 100 bis 1.000 g/mol, darüber hinaus bevorzugt 100 bis 750 g/mol, weiterhin bevorzugt 100 bis 500 g/mol, ferner bevorzugt 100 bis 300 g/mol, am bevorzugtesten von 130 bis 230 g/mol, beispielsweise von 136 bis 223 g/mol, hat.
Es ist bevorzugt, dass der vierwertige Alkohol eine Löslichkeit in entionisiertem Wasser bei 20°C von 10 bis 100 g/L, vorzugsweise von 15 bis 80 g/L, am meisten bevorzugt von 21 bis 70 g/L, hat.
Es ist bevorzugt, dass der vierwertige Alkohol symmetrisch ist, insbesondere eine Symmetrie aufweist, die bewirkt, dass der vierwertige Alkohol keinen Dipolcharakter aufweist. Es ist bevorzugt, dass der vierwertige Alkohol in Bezug auf die vier Hydroxylgruppen des vierwertigen Alkohols symmetrisch ist. Es ist bevorzugt, dass der vierwertige Alkohol eine Symmetrieebene aufweist. Es ist bevorzugt, dass der vierwertige Alkohol eine Symmetrieebene aufweist, wobei zwei der vier Hydroxylgruppen des vierwertigen Alkohols auf einer Seite der Spiegelebene angeordnet sind und die beiden übrigen Hydroxylgruppen des vierwertigen Alkohols auf der anderen Seite der Spiegelebene angeordnet sind.
Vorzugsweise hat der vierwertige Alkohol die folgende Formel (1)
Figure imgf000009_0001
wobei R eine Ci bis C18 Hydrocarbylengruppe oder eine Ci bis Ci7 Heterohydrocarbylengruppe mit 1 bis 3 Heteroatomen, unabhängig ausgewählt aus O, N, S und P, ist.
Vorzugsweise ist R in der Formel (1) eine Ci bis Ci2 Hydrocarbylengruppe oder eine Ci bis Cu Heterohydrocarbylengruppe mit 1 bis 2 Heteroatomen, unabhängig ausgewählt aus O und S. Darüber hinaus bevorzugt ist R in der Formel (1) eine Ci bis Cs Hydrocarbylengruppe oder eine Ci bis Cs Heterohydrocarbylengruppe mit einem Heteroatom, unabhängig ausgewählt aus O und S. Weiterhin bevorzugt ist R in der Formel (1) eine Ci bis CÖ Hydrocarbylengruppe oder eine Ci bis CÖ Heterohydrocarbylengruppe mit O (Sauerstoff) einzigem Heteroatom.
Vorzugsweise ist R in der Formel (1) eine Ci bis Ci2 Alkylengruppe oder eine Ci bis Cu Heteroalkylengruppe mit 1 bis 2 Heteroatomen, unabhängig ausgewählt aus O und S. Darüber hinaus bevorzugt ist R in der Formel (1) eine Ci bis Cs Alkylengruppe oder eine Ci bis Cs Heteroalkylengruppe mit einem Heteroatom, unabhängig ausgewählt aus O und S. Weiterhin bevorzugt ist R in der Formel (1) eine Ci bis CÖ Alkylengruppe oder eine Ci bis CÖ Heteroalkylengruppe mit O (Sauerstoff) einzigem Heteroatom.
Es ist am bevorzugtesten, dass der vierwertige Alkohol ausgewählt ist aus vierwertigen Alkoholen der Formeln (2) und (3)
Figure imgf000010_0001
Pentaerythritol
Figure imgf000010_0002
Di(trimethylolpropan)
Der vierwertige Alkohol wirkt in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zum Färben eines Substrats als Cap-Off-Additiv. Ein Cap-Off-Additiv verbessert die „Cap-Off-Time“. Unter "Cap-Off-Time" ist die Zeit zu verstehen, die ein Schreibgerät oder ein Schreibsystem offen, d.h. unverschlossen, liegen bleiben, aufbewahrt werden oder unbenutzt bleiben kann, ohne hierbei einzutrocknen.
Bindemittel
Es kann vorgesehen sein, dass die Zusammensetzung zum Färben eines Substrats ferner 0,1 bis 50 Gew.-% eines Bindemittels umfasst.
Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung das Bindemittel in einer Gesamtmenge von mindestens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 10 Gew.-%, weiterhin bevorzugt mindestens 20 Gew.-%, darüber hinaus bevorzugt 25 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 28 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung das Bindemittel in einer Gesamtmenge von höchstens 45 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 40 Gew.-%, beispielsweise etwa 38 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung das Bindemittel in einer Gesamtmenge von 5 bis 45 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 40 Gew.-%, weiterhin bevorzugt 20 bis 40 Gew.-%, am bevorzugtesten etwa 25 bis 38 Gew.-%, beispielsweise etwa 28 bis 38 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Entsprechende Mengen an Bindemittel in der Zusammensetzung unterstützen die Löslichkeit und Wirksamkeit des vierwertigen Alkohols. Das Bindemittel kann als Feststoff und/oder als wässrige Bindemittelpräparation in der Zusammensetzung verwendet werden, das heißt, in diesen Formen zur Herstellung der Zusammensetzung verwendet werden. Eine wässrige Bindemittelpräparation ist in diesem Zusammenhang insbesondere eine Bindemittellösung oder eine Bindemitteldispersion.
Es ist bevorzugt, dass eine Bindemitteldispersion zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung verwendet wird. Die Menge des Bindemittels in der Zusammensetzung wird in einem solchen Fall unter Bezugnahme auf das Gesamtgewicht der Bindemitteldispersion (inkl. Lösungsmittel etc.) angegeben. Durch die Verwendung einer entsprechenden Bindemitteldispersion zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung kann eine vorteilhafte Vermischung in der Zusammensetzung erreicht werden.
Es kann vorgesehen sein, dass das Bindemittel ein synthetisches polymeres Bindemittel, vorzugsweise ein Polyacrylat, ein Polyurethan, ein Polyester, ein Sulfopolyester, ein Maleinatharz, oder ein Copolymer von zwei oder mehreren davon, oder ein Wachs, beispielsweise Bienenwachs, ist.
Beispielsweise kann das Bindemittel Acronal 12DE (Dispersion eines Acrylnitril- Acrylsäureester-Copolymers, BASF) Neocryl XK166N (Dispersion eines Acrylstyrol- Copolymers, Covestro) NeoRez R-3972 (Polyurethandispersion, Covestro) Eastek 1000 (Kolloidale Lösung eines Sulfopolyesters, Eastman) oder Neocryl XK-39 (alkalilösliche Polyacrylatdispersionen, Covestro) sein.
Es ist bevorzugt, dass das Bindemittel ein Acrylstyrol-Copolymer, ein Sulfopolyester oder ein Gemisch davon ist, vorzugsweise ein Gemisch eines Acrylstyrol-Copolymers und eines Sulfopolyesters. Es ist weiterhin bevorzugt, dass das Bindemittel ein Gemisch eines Acrylstyrol-Copolymers und eines Sulfopolyesters in einem Gewichtsverhältnis von 10:1 bis 1:2, darüber hinaus bevorzugt 5:1 bis 1:1,5, ferner bevorzugt 3:1 bis 1:1, beispielsweise etwa 2:1, ist.
Beispielsweise kann das Bindemittel ein Gemisch von Neocryl XK166N (Dispersion eines Acrylstyrol-Copolymers, Covestro) und Eastek 1000 (Kolloidale Lösung eines Sulfopolyesters, Eastman) in einem Gewichtsverhältnis von 2:1 sein.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Bindemittel vorzugsweise eine Säurezahl von höchstens 250 mg KOH/g Trockensubstanz, darüber hinaus bevorzugt von höchstens 220 mg KOH/g Trockensubstanz, weiterhin bevorzugt höchstens 200 mg KOH/g Trockensubstanz, bevorzugter höchstens 180 mg KOH/g Trockensubstanz, noch bevorzugter höchstens 170 mg KOH/g Trockensubstanz, am bevorzugtesten höchstens 160 mg KOH/g Trockensubstanz, beispielsweise etwa 130 mg KOH/g oder 160 mg KOH/g Trockensubstanz, hat.
Das Bindemittel kann vorzugsweise eine Säurezahl von 50 bis 250 mg KOH/g Trockensubstanz, darüber hinaus bevorzugt von 60 bis 220 mg KOH/g Trockensubstanz, weiterhin bevorzugt 70 bis 220 mg KOH/g Trockensubstanz, bevorzugter 80 bis 180 mg KOH/g Trockensubstanz, noch bevorzugter 100 bis 170 mg KOH/g Trockensubstanz, darüber hinaus bevorzugt 100 bis 160 mg KOH/g Trockensubstanz, am bevorzugtesten no bis 160 mg KOH/g Trockensubstanz , wie etwa no bis 130 mg KOH/g Trockensubstanz, beispielsweise etwa 130 mg KOH/g Trockensubstanz oder 160 mg KOH/g Trockensubstanz, haben. Mit Bindemitteln mit entsprechender Säurezahl konnten vorteilhafte Effekte im Hinblick auf eine Wiederanlösbarkeit mittels einer basischen Zusammensetzung zum Aquarellieren erreicht werden.
Das Bindemittel kann vorzugsweise ein polymeres Bindemittel sein. Das Bindemittel kann vorzugsweise ein Polymerharz sein. Es kann vorgesehen sein, dass das Bindemittel Carboxylgruppen und/oder Nitrilgruppen und/oder Sulfonylgruppen aufweist, vorzugsweise Carboxylgruppen aufweist. Hierdurch kann eine besonders gute Einfärbbarkeit, insbesondere mit basischen Farbstoffen, erreicht werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Bindemittel ein Polymerharz ist, das Carboxyl-enthaltene Monomereinheiten umfasst. Es ist besonders bevorzugt, dass das Bindemittel ein Polyacrylatharz umfasst oder aus diesem besteht.
Es kann vorgesehen sein, dass die Bindemitteldispersion einen pH-Wert von höchstens 7 hat, vorzugsweise von weniger als 7, darüber hinaus bevorzugt von 1 bis 5, ferner bevorzugt von 1,5 bis 3, am bevorzugtesten von 1,9 bis 2,5. Es kann vorgesehen sein, dass die Bindemitteldispersion in sauren oder neutralen pH-Bereichen (bei pH < 7) eine dünnflüssige, weiße oder transluzente Bindemittelpartikeldispersionen ist, wobei diese Bindemittelpartikel bei höheren pH-Werten zunehmend in Lösung gehen, bis eine klare, transparente und hochviskose Lösung entsteht.
Es kann vorgesehen sein, dass die Bindemitteldispersion einen Feststoffgehalt von 30 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 43 bis 47 Gew.-%, am bevorzugtesten 44 bis 46 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Bindemitteldispersion, hat.
Das Bindemittel kann eine alkalilösliche Acrylatdispersion sein. Das Bindemittel kann eine alkalilösliche Polyacrylatdispersion sein. Das Bindemittel kann eine saure Acrylatdispersion sein. Das Bindemittel kann eine saure Polyacrylatdispersion sein. Das Bindemittel kann ein ASE-Verdicker sein. Kommerziell erhältliche beispielhafte entsprechende Bindemittel sind etwa Joncryl 142, 661, 662, 667 (BASF), Texicryl 13-812, 13-825 (Scott Bader), NeoCryl BT-9, BT-21, BT-24, BT-100, BT-107, BT-207 (DSM), NeoCryl XK-39 (DSM), GLASCOL LE510, LE520 etc. (BASF) oder Lucidene 198 (Brenntag). Mit entsprechenden alkalilöslichen Polyacrylatdispersionen wurden die ausgeprägtesten erfindungsgemäßen Effekte erreicht, nämlich eine besonders gut einstellbare Wasserbeständigkeit.
Es kann vorgesehen sein, dass das Bindemittel, insbesondere die Bindemitteldispersion, Bindemittelpartikel umfasst. Es kann vorgesehen sein, dass die Bindemittelpartikel einen mittleren Teilchendurchmesser von mindestens 50 nm, vorzugsweise von mindestens 100 nm, haben. Der Teilchendurchmesser kann durch Dynamische Lichtstreuung gemäße ASTM E 3247-20 in der zum Prioritätstag gültigen Fassung bestimmt werden. Durch entsprechend große Durchmesser der Bindemittelpartikel kann erreicht werden, dass die Zusammensetzung nicht zu tief in das saugfähige Substrat eindringt, wodurch die Aquarellierbarkeit, das heißt, die spätere Vermalbarkeit der Tinte auf dem Substrat, verbessert werden kann.
Konservierungsmittel/ Biozid
Es kann vorgesehen sein, dass die Zusammensetzung ferner o,oi bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, eines Konservierungsmittels und/oder eines Biozids umfasst. Bevorzugte Konservierungsmittel sind etwa ein Gemisch aus tert- Butylhydroperoxid und Monophenylglykolether, besonders bevorzugt ein Gemisch aus 12 bis 60 Gew.-% tert-Butylhydroperoxid und 3 bis 50 Gew.-% Monophenylglykolether, oder ein Gemisch aus i,6-Dihydroxi-2,5-dioxahexan und Tetramethylolacetylendiharnstoff. Ein solches Konservierungsmittel eignet sich besonders für wässrige Lösungen und Emulsionen. Ein bevorzugtes Biozid ist beispielsweise ein Gemisch aus 2-Brom-2-nitropropan-i,3-diol und 2-Octyl-2H-isothiazol-3-on oder ein Gemisch aus BIT (i,2-Benzisothiazolin-3-on), MIT (2-Methyl-4-isothiazolin-3-on) und OIT (2-Octyl-2H-isothiazol-3-on), das insbesondere einer Verkeimung vorbeugt. Ein weiteres bevorzugtes Biozid ist ein Gemisch von CIT/MIT in einem Gewichtsverhältnis von 3:1. Ein weiteres bevorzugtes Biozid ist 2-Brom-2- nitropropan-i,3-diol. Ein weiteres bevorzugtes Biozid ist 2-Octyl-2H-isothiazol-3-on. Ein weiteres bevorzugtes Biozid ist Phenoxyethanol.
Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung das Konservierungsmittel und/ oder das Biozid in einer Gesamtmenge von mindestens 0,05 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 0,2 Gew.-%, weiterhin bevorzugt mindestens 0,15 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 0,1 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung das Konservierungsmittel und/ oder das Biozid in einer Gesamtmenge von höchstens 0.4 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 0,3 Gew.- %, weiterhin bevorzugt höchstens 0,25 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 0,2 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung das Konservierungsmittel und/oder das Biozid in einer Gesamtmenge von 0,025 bis 0,4 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,05 bis 0,3 Gew.-%, weiterhin bevorzugt 0,75 bis 0,2 Gew.-%, am bevorzugtesten etwa 0,1 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Feuchthaltemittel
Es kann vorgesehen sein, dass die Zusammensetzung ferner 0,01 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, eines Feuchthaltemittels umfasst. Bevorzugt ist das Feuchthaltemittel ein organisches Polyol und/oder Polyglycol und/oder ein Zuckeralkohol und/oder einer polaren organischen Verbindung, die bei Raumtemperatur und unter Normaldruck flüssig ist, besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Diethylenglykol, Propylenglycol, 1,2-Propandiol, Glycerin, Trimethylolpropan, Di-Trimethylolpropan, Neopentylglycol, Erythrit, Dimethylsulfoxid, Pyrrolidonen, insbesondere 2-Pyrrolidon oder N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) und Mischungen davon, besonders bevorzugt 1,2-Propandiol. Bevorzugt ist eine Kombination aus einem organischen Polyol und/oder Polyglycol und/oder einer polaren organischen Verbindung, die bei Raumtemperatur und unter Normaldruck flüssig ist, als Feuchthaltemittel einerseits und Pentaerythritol und/oder Di(trimethylolpropan) andererseits. Bevorzugt ist eine Kombination aus einem organischen Polyol und/oder Polyglycol als Feuchthaltemittel einerseits und Pentaerythritol und/oder Di(trimethylolpropan) andererseits. Darüber hinaus ist eine Kombination aus einem organischen Polyol als Feuchthaltemittel einerseits und Pentaerythritol und/oder Di(trimethylolpropan) andererseits. Insbesondere ist 1,2-Propandiol als Feuchthaltemittel in Kombination mit Pentaerythritol und/oder Di(trimethylolpropan) als vierwertiger Alkohol bevorzugt. Besonders bevorzugt ist 1,2-Propandiol als Feuchthaltemittel in Kombination mit Pentaerythritol als vierwertigem Alkohol.
Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung das Feuchthaltemittel in einer Menge von mindestens 1 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 5 Gew.-%, weiterhin bevorzugt mindestens 7,5 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung das Feuchthaltemittel in einer Menge von höchstens 17,5 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 15 Gew.-%, weiterhin bevorzugt höchstens 13,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung das Feuchthaltemittel in einer Menge von 1 bis 17,5 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 15 Gew.-%, weiterhin bevorzugt 7,5 bis 14,5 Gew.-%, am bevorzugtesten etwa 10 bis 13,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Entsprechende Feuchthaltemittel in entsprechenden Konzentrationen verbessern die COT und das Anschreibverhalten nach kurzen Zeitintervallen. Zusätzlich wird die Filmbildung und damit die Beständigkeit des Abstrichs positiv beeinflusst. Insbesondere kann ein entsprechender synergistisch er Effekt im Zusammenwirken mit dem vierwertigen Alkohol beobachtet werden.
Tensid/Oberflächenaktive Substanz
Es kann vorgesehen sein, dass die Zusammensetzung ferner 0,01 bis 7 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, eines Tensids und/oder einer oberflächenaktiven Substanz umfasst.
Das Tensid kann ein Emulgator, ein Dispergiermittel, ein Stabilisator oder ein Substratnetzmittel, vorzugsweise ein Silikontensid, ein Fettalkoholethersulfat, insbesondere Ci2-Ci4-Fettalkoholethersulfat-Natriumsalz (30 EO), ein Fettalkoholetherphosphat, ein Fettalkoholphosphatester, ein Sulfosuccinat, o.ä. sein.
Das Tensid ist vorzugsweise ein nichtionisches Tensid, ein anionisches Tensid oder ein amphoteres Tensid. Stabilisatoren im Sinne der vorliegenden Offenbarung sind insbesondere oberflächenaktive Substanzen, die das kolloidale Partikelsystem durch Adsorption an den Partikelgrenzflächen mittels sterischer-, elektrostatischer- oder elektrosterischer Wechselwirkungen gegen Reagglomeration bzw. Koagulation stabilisieren und damit Sedimentation, Synärese, Korngrößen- und Viskositätsanstieg verhindern.
Nichtionische Tenside im Sinne der vorliegenden Offenbarung können nach dem folgenden System eingeteilt werden. Es handelt sich hierbei um das von der Fa. Atlas Chemie entwickelte "HLB-System" (Hydrophilic-Lipophilic-Balance). Im HLB-System schreibt man jedem Emulgator einen Zahlenwert zu, der HLB-Wert genannt wird. Der HLB-Wert gibt das hydrophile-lipophile Gleichgewicht an.
Alle Emulgatoren enthalten sowohl hydrophile als auch lipophile Gruppen. Ein lipophiler Emulgator besitzt einen niedrigen HLB-Wert von unter 9,0 und ein hydrophiler Emulgator einen hohen HLB-Wert von über 11,0. Emulgatoren mit niedrigen HLB-Werten neigen dazu, Öl-löslich zu sein, während Emulgatoren mit hohem HLB-Werten wasserlöslich sind. Man verwendet z.B. einen wasserlöslichen Emulgator, wenn das Endprodukt mit Wasser verdünnt werden kann. O/W-Emulgatoren weisen HLB-Werte zwischen 8 und 18 auf. Hydrophile Emulgatoren mit hohem HLB-Wert begünstigen die Bildung einer O/W-Emulsion.
In der erfindungsgemäßen Zusammensetzung können als nichtionogene Lösungsvermittler bevorzugt handelsübliche Emulgatoren eingesetzt, die beispielsweise als zähflüssige Lösungen erhältlich sind und die durch Umsetzung von Ethylenoxid mit hydriertem Rizinusöl hergestellt wurden und sich z.B. aus 90 Gew.-% hydriertem Rizinusöl, 5 Gew.-% 1,2-Propylenglykol und 5 Gew.-% Wasser zusammensetzen können. Bestandteile derartiger Emulgatoren können auch Fettsäureglycerinpolyethylenglycolester und Fettsäurepolyethylenglycolester sein. Sie stellen den hydrophoben Teil der Produkte dar. Der hydrophile Teil kann aus Polyethlenglycol und Glycerinethoxylat bestehen.
Als mögliche Emulgatoren können bevorzugt nichtionische Emulgatoren aus den nachfolgend aufgeführten Gruppen in Betracht kommen: Alkoholfettsäureester, Ethylenfettsäureester, Polyethylenglycolfettsäureester, Glycerin- bzw. Polyfettsäureester, Sorbitfettsäureester, Pentaerythritfettsäureester, Fettsäureester von Glycerinester, Saccarosefettsäureester, Alkoholpolyglycolether, Fettsäurepolyglycol ether,
Fettsäureesterpolyglycolether, Fettaminpolyglycolether, Polyglycolether von Fettsäurealkanolamiden, Polyglycolether von Fetten und Ölen, Polypropylenglycolpolyglycolether, Lanolinpolyglycolether, Alkoholpolypropylenglycolether, Fettsäurepolypropylenglycolether, Polypropylenglycolether von Fettaminen, Lanolinpolypropylenglycolether.
Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung das Tensid und/oder die oberflächenaktive Substanz in einer Gesamtmenge von mindestens 0,1 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 0,5 Gew.-%, weiterhin bevorzugt mindestens 1 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 1,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält. Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung das Tensid und/oder die oberflächenaktive Substanz in einer Gesamtmenge von höchstens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 4 Gew.-%, weiterhin bevorzugt höchstens 3 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 2 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung das Tensid und/oder die oberflächenaktive Substanz in einer Gesamtmenge von 0,1 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 4 Gew.-%, weiterhin besonders bevorzugt 1 bis 3 Gew.-%, am bevorzugtesten von 1,5 bis 2 Gew.-%, beispielsweise etwa 1,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Durch entsprechende Tenside und/oder oberflächenaktive Substanzen in entsprechenden Mengen kann eine verbesserte Tintenstabilität und Benetzbarkeit des zu färbenden Substrats erreicht werden.
Oligomer/ Polymer mit oberflächenaktiven/pigmentaffinen Gruppen
Es kann vorgesehen sein, dass die Zusammensetzung ferner eine Verbindung mit oberflächenaktiven und/oder pigmentaffinen Gruppen, vorzugsweise ein Oligomer mit oberflächenaktiven und/oder pigmentaffinen Gruppen und/oder ein Polymer mit oberflächenaktiven und/oder pigmentaffinen Gruppen, in einer Menge von 0,01 bis 5 Gew.- %, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, umfasst.
Pigmentaffine Gruppen im Sinne der vorliegenden Offenbarung sind Ankergruppen, die abhängig vom Pigmenttyp, beispielsweise davon, ob dieses organisch oder anorganisch ist, ausgewählt sind.
Oberflächenaktive Gruppen im Sinne der vorliegenden Offenbarung sind Gruppen mit einer Affinität zu Oberflächen und Grenzflächen beispielsweise von Glas, Metall, Kunststoff, Luft, Bindemittelpartikeln (mineralisch oder organisch) oder Pigmenten (mineralisch oder organisch).
Insbesondere für die Verwendung zusammen mit anorganischen bzw. mineralischen Pigmenten (Ti02, Eisenoxid etc.) können Verbindungen mit anionischen oder kationischen oberflächenaktiven und/oder pigmentaffinen Gruppen vorgesehen sein, insbesondere Amino-, Phosphat-, quaternäre Ammonium-, Sulfonat-, Carboxylatgruppen etc.
Unmodifizierte organische Pigmente sind meist unpolar und tragen keine Oberflächenladungen. Hier kommen meist nichtionische Dispergiermittel mit hydrophilen und hydrophoben Molekülabschnitten zum Einsatz, wobei sich die unpolaren Abschnitte über Van der Waals-Wechselwirkungen an die Pigmentoberfläche anlagern (=> siehe HLB- Wert). Hier sind die entsprechenden unpolaren Abschnitte als pigmentaffine Gruppe anzusehen. Beispielhafte hydrophobe oberflächenaktive und/oder pigmentaffine Gruppen sind etwa Nonylphenol-, Isotridecyl, Isotristyrol, C13-, Siloxan-, Novolakgruppen.
Die Zugabe solcher Verbindungen mit oberflächenaktiven und/oder pigmentaffinen Gruppen zur pigmentierten Schreibflüssigkeit hat den Effekt, diese gegenüber Agglomeration, Sedimentation, Synärese, Viskositätsdrift, Farbstärkeschwankungen, Farbtonveränderung und weitere Alterungseffekte zu stabilisieren bzw. die Kompatibilität zwischen Bindemittel und Farbmittel zu verbessern.
Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung die Verbindung mit oberflächenaktiven und/oder pigmentaffinen Gruppen in einer Gesamtmenge von mindestens 0,1 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 0,5 Gew.-%, weiterhin bevorzugt mindestens 0,75 Gew.-%, am bevorzugtesten mindestens 1 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung die Verbindung mit oberflächenaktiven und/oder pigmentaffinen Gruppen in einer Gesamtmenge von höchstens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt höchstens 2,5 Gew.-%, weiterhin bevorzugt höchstens 1,5 Gew.-%, am bevorzugtesten höchstens 1 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Es ist bevorzugt, dass die Zusammensetzung die Verbindung mit oberflächenaktiven und/oder pigmentaffinen Gruppen in einer Gesamtmenge von 0,1 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 2,5 Gew.-%, weiterhin bevorzugt 0,75 bis 1,5 Gew.-%, am bevorzugtesten etwa 1 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, enthält.
Weitere Bestandteile
Ferner kann der Zusatz von Co-Bindemitteln (z.B. Acrylatpolymere ohne Säurezahl etc.) und Co-Filmbildemitteln (Texanol, Butylglycol, Butyl diglycol etc.) vorgesehen sein, um die Filmbeschaffenheit und andere Anwendungseigenschaften der Tinte weiter zu optimieren.
Ebenso kann der Zusatz von Wachsen zur Verbesserung der Kratzfestigkeit vorgesehen sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die Zusammensetzung frei von Harnstoff ist. In diesem Zusammenhang bedeutet „frei von“, dass Harnstoff der Zusammensetzung nicht aktiv zugegeben wurde, sondern lediglich höchstens als Verunreinigung in Mengen vorhanden ist, die durch übliche Aufreinigungsverfahren nicht unterbunden werden können.
Ausführung sf armen
In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Zusammensetzung zum Färben eines Substrats, umfassend:
- 20 bis 40 Gew.-% Wasser;
- 1 bis 6 Gew.-% eines vierwertigen Alkohols;
- 0,1 bis 0,5 Gew.-% eines Biozids;
- 5 bis 15 Gew.-% eines Feuchthaltemittels;
- 1 bis 3 Gew.-% eines Tensids und/oder einer oberflächenaktiven Substanz; - 1 bis 12,5 Gew.-% eines Farbmittels; und
- 25 bis 45 Gew.-% eines Bindemittels; jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung; wobei der vierwertige Alkohol mindestens 5 Kohlenstoffatome aufweist.
In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Zusammensetzung zum Färben eines Substrats, umfassend:
- 20 bis 40 Gew.-% Wasser;
- 1 bis 6 Gew.-% eines vierwertigen Alkohols;
- 0,1 bis 0,5 Gew.-% eines Biozids;
- 5 bis 15 Gew.-% eines Feuchthaltemittels;
- 1 bis 3 Gew.-% eines Tensids und/oder einer oberflächenaktiven Substanz;
- 1 bis 12,5 Gew.-% eines Farbmittels; und
- 25 bis 45 Gew.-% eines Bindemittels; jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung; wobei der vierwertige Alkohol die folgende Formel (1) hat
Figure imgf000018_0001
wobei R eine Ci bis C18 Hydrocarbylengruppe oder eine Ci bis Ci7 Heterohydrocarbylengruppe mit 1 bis 3 Heteroatomen, unabhängig ausgewählt aus O, N, S und P, ist.
In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Zusammensetzung zum Färben eines Substrats, umfassend:
- 20 bis 40 Gew.-% Wasser;
- 1 bis 6 Gew.-% eines vierwertigen Alkohols; - 0,1 bis 0,5 Gew.-% eines Biozids;
- 5 bis 15 Gew.-% eines Feuchthaltemittels;
- 1 bis 3 Gew.-% eines Tensids und/oder einer oberflächenaktiven Substanz;
- 1 bis 12,5 Gew.-% eines Farbmittels; und
- 25 bis 45 Gew.-% eines Bindemittels; jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung; wobei der vierwertige Alkohol ausgewählt ist aus vierwertigen Alkoholen der Formeln (2) und (3)
Figure imgf000019_0001
Herstellung der Zusammensetzung zum Färben eines Substrats
Die Herstellung der Zusammensetzung zum Färben eines Substrats kann mit aus dem Stand der Technik bekannten Mischverfahren hergestellt werden, etwa in einem Mischkessel, in welchen die Bestandteile der Zusammensetzung zum Färben eines Substrats zugegeben werden. Dabei werden die Bestandteile kontinuierlich mittels geeigneter Rührwerkzeuge intensiv miteinander vermischt um diese ausreichend gleichmäßig zu verteilen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Bestandteile der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zum Färben eines Substrats für einen ausreichenden Zeitraum, vorzugsweise 30 bis 60 min, erwärmt werden, vorzugsweise auf eine Temperatur von 50 bis 60 °C, um so eine besonders homogene Zusammensetzung, etwa in Form einer Dispersion, zu erhalten.
Nach dem Abkühlen bleiben die löslichen Bestandteile der Zusammensetzung dauerhaft gelöst. Ohne an diese Vermutung gebunden zu sein, kann angenommen werde, dass sich der vierwertige Alkohol an die in der Zusammensetzung vorhandenen Partikelgrenzflächen (Pigmente & Polymerpartikel) anlagert bzw. adsorbiert wird (oder sich an gelöste Polymermoleküle anlagert).
Verwendung der Zusammensetzung zum Färben eines Substrats
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der Zusammensetzung zum Färben eines Substrats gemäß der vorliegenden Erfindung zum Herstellen Films auf einem Substrat. Die erfindungsgemäße Verwendung kann insbesondere das Bereitstellen eines Substrats, vorzugsweise ein saugfähiges Substrat, beispielsweise ein saugfähiger Schriftträger, weiter bevorzugt Zeichenkarton oder Papier, besonders bevorzugt Aquarellpapier, oder ein nichtsaugfähiges Substrat, beispielsweise ein Kunststoffsubstrat oder ein Plastiksubstrat, besonders bevorzugt eine Kunststoff- oder Plastikfolie, oder ein Mixed Media-Substrat, d.h. etwa eine Kombination aus einem saugfähigen Material und einem nicht saugfähigen Material, oder eine Leinwand, umfassen. Ebenfalls kann ein beliebiges weiteres geeignetes Substrat, etwa Holz, Stein, Eierschalen etc. vorgesehen sein.
Es kann vorgesehen sein, dass dann die erfindungsgemäße Zusammensetzung zum Färben eines Substrats auf das Substrat aufgebracht wird.
Die Zusammensetzung kann hierbei zumindest auf eine Oberfläche des Substrats aufgebracht werden. Die Zusammensetzung wird hierbei zumindest auf einen Teil der entsprechenden Oberfläche aufgebracht. Das Aufbringen kann Schreiben, Zeichnen, Malen, Drucken, Sprühen oder eine Kombination von zwei oder mehreren davon umfassen. Das Aufbringen kann mittels eines Pinsels, eines Stifts, insbesondere eines Aquarellstifts, eines Druckkopfes, eines Füllfederhalters oder eines sonstigen üblichen Auftragegeräts (z.B. Airbrush) oder einer Kombination von zwei oder mehreren davon erfolgen.
Nach erfolgtem Aufträgen kann die aufgetragene Zusammensetzung auf dem Substrat getrocknet werden (bzw. teilweise in diesem, sofern ein Teil der Zusammensetzung in das Substrat eingedrungen ist). Das Trocknen kann bei Raumtemperatur (23°C) unter normalem Atmosphärendruck erfolgen. Das Trocknen kann durch die Zufuhr von Wärme, Vorbeiführen eines Gasstroms (Luftstroms) and der zu trocknenden Zusammensetzung, Anlegen eines Vakuums etc. unterstützt werden.
Effekt der Erfindung
Die erfindungsgemäße Zusammensetzung zum Färben eines Substrats hat überraschenderweise hervorragende Cap-Off-Time (COT) und gleichzeitig eine sehr kurze Trockenzeit sowie eine exzellente Beständigkeit auf verschiedenen Arten von Substraten, insbesondere auch auf nichtsaugenden Oberflächen.
Insbesondere wurde überraschenderweise festgestellt, dass der Zusatz bestimmter 4-wertiger Alkohole zu einer außergewöhnlich guten COT führt, wobei die übrigen Anwendungseigenschaften nicht beeinträchtigt, sondern sogar noch signifikant verbessert werden. Als besonders vorteilhaft erwiesen sich die beiden Substanzen Di-Trimethylolpropan (Di-TMP) und Pentaerythrit (= Pentaerythritol) die einen besonders ausgeprägten Effekt auslösten.
Darüber hinaus ist es überraschenderweise möglich, die erfindungsgemäße Zusammensetzung zum Färben eines Substrats harnstofffrei zu formulieren, insbesondere nur unter Verwendung von Substanzen, die - im Gegensatz zu Harnstoff - hydrolysestabil sind, nicht zur Zersetzung neigen und keinen Einfluss auf den Langzeit-pH-Wert der Zusammensetzung haben. Ebenso ermöglicht es die erfindungsgemäße Zusammensetzung zum Färben eines Substrats den Feuchthaltemittelgehalt insgesamt gegenüber dem von aus dem Stand der Technik bekannten Schreibflüssigkeiten deutlich zu reduzieren. Gleichzeitig ermöglicht es die erfindungsgemäße Zusammensetzung den Bindemittelgehalt signifikant zu erhöhen. Damit ergeben sich bei der Formulierung von Schreibflüssigkeiten neue Spielräume und Freiheitsgrade.
Allgemeine Definitionen
Soweit nicht ausdrücklich anderslautend angegeben umfasst ein im Singular (ein, eine...) angegebenes Merkmal auch den Plural. Wird beispielsweise angegeben, dass die erfindungsgemäße Zusammensetzung einen Farbstoff enthält, schließt dies auch den Fall ein, in dem die Zusammensetzung ein Gemisch mehrerer Farbstoffe enthält.
Soweit nicht ausdrücklich anderslautend angegeben umfassen Begriffe wie „umfassend“, enthaltend“ etc. die Bedeutungen „im Wesentlichen umfassend“, „im Wesentlichen enthaltend“ oder „bestehend aus“.
Die für die erfindungsgemäße Zusammensetzung zum Färben eines Substrats angegebenen Mengen addieren sich zu einer Gesamtmenge von too Gew.-% auf und ergeben so die Gesamtmenge der Zusammensetzung.
Soweit nicht ausdrücklich anders angegeben, bezeichnet der Begriff „Zusammensetzung“ wie hierin verwendet, die „erfindungsgemäße Zusammensetzung zum Färben eines Substrats“.
Ausführungsbeispiele
Rezepturbeispiel i
30,0 g Wasser
0,10 g Acticide MBT1 (Biozid) io,o g 1,2-Propandiol (Feuchthaltemittel)
5,0 g Pentaerythrit (vierwertiger Alkohol)
1.50 g Ci2-Ci4-Fettalkohol-ethersulfat-Na-Salz (30E0) (Tensid)
24,0 g Neocryl XK-166N (erstes Bindemittel)
12,0 g Eastek 1100 (zweites Bindemittel)
2.50 g TEXANOL (Filmbildemittel)
16,0 g Magentarot-Präparation (30% P.R.122) Die entsprechenden Bestandteile wurden vermengt, für 30 min auf 6o°C erhitzt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt.
Figure imgf000022_0001
Pentaerythrit
Rezepturbeispiel 2
Rezepturbeispiel 2 wurde wie Rezepturbeispiel 1 hergestellt, mit der einzigen Ausnahme, dass anstelle von Pentaerythrit Di(trimethylolpropan) als vierwertiger Alkohol verwendet wurde.
Figure imgf000022_0002
Di(trimethylolpropan)
Rezepturbeispiel 3
Rezepturbeispiel 3 wurde wie Rezepturbeispiel 1 hergestellt, mit der einzigen Ausnahme, dass anstelle von 1,2-Propandiol Harnstoff als Feuchthaltemittel verwendet wurde.
Rezepturbeispiel 4
36,9 g Wasser
0,10 g Acticide MBT1 (Biozid)
10,0 g 1,2-Propandiol (Feuchthaltemittel)
5,0 g Pentaerythritol (vierwertiger Alkohol)
1,50 g Ci2-Ci4-Fettalkohol-ethersulfat-Na-Salz (30EC)) (Tensid)
28,0 g Neocryl XK-39 (saures, alkalilösliches Bindemittel)
0,7 g Triethanolamin (pH-Einstellmittel, Base) 20,0 g Ruß-Präparation (34% Pigment)
Vergleichsrezeptur 1
Vergleichsrezeptur 1 wurde wie Rezepturbeispiel 1 hergestellt, mit der einzigen Ausnahme, dass anstelle von Pentaerythritol mit Erythrit ein vierwertiger Alkohol verwendet wurde.
Figure imgf000023_0001
Erythrit
Vergleichsrezeptur 2 Vergleichsrezeptur 2 wurde wie Rezepturbeispiel 1 hergestellt, mit der einzigen Ausnahme, dass anstelle von Pentaerythritol mit Di-Pentaerythrit ein sechswertiger Alkohol (Wasserlöslichkeit => 2,4 g/1) verwendet wurde.
Figure imgf000023_0002
Di-Pentaerythrit
Vergleichsrezeptur 3
Vergleichsrezeptur 3 wurde wie Rezepturbeispiel 1 hergestellt, mit der einzigen Ausnahme, dass anstelle von Pentaerythritol 8-Caprolactam verwendet wurde.
Figure imgf000023_0003
8-Caprolactam
Vergleichsrezeptur 4
Vergleichsrezeptur 4 wurde wie Rezepturbeispiel 1 hergestellt, mit der einzigen Ausnahme, dass anstelle von Pentaerythritol mit Sorbitol ein sechswertiger Alkohol verwendet wurde.
Figure imgf000024_0003
Sorbitol
Vergleichsrezeptur 5
Vergleichsrezeptur 5 wurde wie Rezepturbeispiel 1 hergestellt, mit der einzigen Ausnahme, dass anstelle von Pentaerythritol 8-Caprolacton verwendet wurde.
Figure imgf000024_0001
8-Caprolacton
Vergleichsrezeptur 6
Vergleichsrezeptur 6 wurde wie Rezepturbeispiel 1 hergestellt, mit der einzigen Ausnahme, dass anstelle von Pentaerythritol mit Neopentylalkohol ein zweiwertiger Alkohol verwendet wurde.
Figure imgf000024_0002
Neopentylalkohol
Vergleichsrezeptur 7
Vergleichsrezeptur 7 wurde wie Rezepturbeispiel 1 hergestellt, mit der einzigen Ausnahme, dass anstelle von Pentaerythritol mit 1,1,1-Trimethylolpropan (TMP) ein dreiwertiger Alkohol verwendet wurde.
Figure imgf000025_0001
TMP
Vergleichsrezeptur 8
Vergleichsrezeptur 8 wurde wie Rezepturbeispiel 1 hergestellt, mit der einzigen Ausnahme, dass anstelle von Pentaerythritol mit Xylit ein fünfwertiger Alkohol verwendet wurde.
Figure imgf000025_0002
Xylit
Ausführungsbeispiele
Beispiel 1
Die im Rezepturbeispiel 1 hergestellte Zusammensetzung wurde in Teststiften (Faserschreiber mit Kapillarspeicher) abgefüllt. Diese wurden anschließend mit einer extrudierten POM-Kunststoffspitze (0,5 mm) komplettiert und über Nacht waagrecht gelagert.
Ein sich anschließender Cap-Off-Test wurde unter Normklimabedingungen (23°C, 50% rel.
Feuchte) durchgeführt. Hierzu wurden jeweils 3 Stifte pro Rezeptur verwendet und mit diesen die Zusammensetzung des Rezepturbeispiels auf Normalpapier, Xerox 8og als Substrat, aufgebracht.
Die Schoner der Test-Stifte wurden zum Start-Zeitpunkt entfernt. Die Teststifte wurden nach Zeitintervallen von 10 min., 30 min., 60 min. und 10 h angeschrieben, d.h. zum Schreiben verwendet.
Der Cap-Off-Test gilt als sehr gut bestanden, wenn der Stift spontan wieder anschreibt und eine homogen deckende Linie bildet „+++“. Schreibt der Stift nach wenigen Millimetern wieder einwandfrei an, gilt der Test als noch bestanden „+“. Schreibt der Stift nicht mehr oder erst nach längerem „Kritzeln“ an, gilt der Test als nicht bestanden „-.
Beispiele 2 bis 4
Die Beispiele 2 bis 4 wurden wie das Beispiel 1 durchgeführt, mit der einzigen Ausnahme, dass anstelle der Zusammensetzung des Rezepturbeispiels 1 jeweils die Zusammensetzungen der Rezepturbeispiele 2 bis 4 verwendet wurden.
Vergleichsbeispiele 1 bis 8
Die Vergleichsbeispiele 1 bis 8 wurden wie das Beispiel 1 durchgeführt, mit der einzigen Ausnahme, dass anstelle der Zusammensetzung des Rezepturbeispiels 1 jeweils die Zusammensetzungen der Vergleichsrezepturen 1 bis 8 verwendet wurden.
Die Ergebnisse der Beispiele 1 bis 4 und der Versuchsbeispiele werden in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1:
Figure imgf000026_0001
Figure imgf000027_0001
+++ Stift schreibt spontan und homogen wieder an. => siehe Text auf voriger Seite
++ Stift schreibt fast spontan und homogen wieder an. => siehe Text auf voriger Seite
+ Stift schreibt nach kurzem Aussetzer homogen wieder an. - Stift schreibt erst nach mehreren Zentimetern wieder an
— Stift schreibt auch nach längerem Kritzeln nicht mehr an
— Stift unbrauchbar, auch nach längerer Regenerationszeit nach Wiederaufstecken des Schoners. Zusätzlich wurden die Zusammensetzungen hinsichtlich ihrer Trockenzeit und Wasserbeständigkeit getestet. Die Versuchsbedingungen und Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
Tabelle 2:
Figure imgf000027_0002
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Die in der vorstehenden Beschreibung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

Patentansprüche
1. Zusammensetzung zum Färben eines Substrats, umfassend:
- 10 bis 70 Gew.-% Wasser;
- 0,025 bis 12,5 Gew.-% eines Farbmittels; und
- 0,1 bis 10 Gew.-% eines vierwertigen Alkohols, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung; wobei der vierwertige Alkohol mindestens 5 Kohlenstoffatome aufweist.
2. Zusammensetzung zum Färben eines Substrats nach Anspruch 1, wobei das Färben Schreiben, Zeichnen, Malen, Drucken, Sprühen oder eine Kombination von zwei oder mehreren davon ist.
3. Zusammensetzung zum Färben eines Substrats nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Substrat ein saugfähiger Schriftträger, vorzugsweise Zeichenkarton oder Papier, oder ein nicht-saugfähiges Substrat, vorzugsweise eine Kunststofffolie oder eine Plastikfolie, ein Mixed Media Substrat oder eine Leinwand ist.
4. Zusammensetzung zum Färben eines Substrats nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Farbmittel ein Farbstoff, ein Pigment oder ein Gemisch von zwei oder mehreren davon ist.
5. Zusammensetzung zum Färben eines Substrats nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der vierwertige Alkohol die folgende Formel (1) hat
Figure imgf000029_0001
wobei R eine Ci bis C18 Hydrocarbylengruppe oder eine Ci bis Ci7 Heterohydrocarbylengruppe mit 1 bis 3 Heteroatomen, unabhängig ausgewählt aus O, N, S und P, ist.
6. Zusammensetzung zum Färben eines Substrats nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der vierwertige Alkohol ausgewählt ist aus vierwertigen Alkoholen der Formeln (2) und (3)
Figure imgf000029_0002
Figure imgf000030_0001
7- Zusammensetzung zum Färben eines Substrats nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zusammensetzung ferner 0,1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, eines Bindemittels umfasst.
8. Zusammensetzung zum Färben eines Substrats nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zusammensetzung ferner 0,01 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, eines Konservierungsmittels und/oder eines Biozids umfasst.
9. Zusammensetzung zum Färben eines Substrats nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zusammensetzung ferner 0,01 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, eines Feuchthaltemittels umfasst.
10. Zusammensetzung zum Färben eines Substrats nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zusammensetzung ferner 0,01 bis 7 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, eines Tensids umfasst.
11. Verwendung der Zusammensetzung zum Färben eines Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Herstellen eines Films auf einem Substrat.
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