DE19516027A1 - Mineralölfreie Lösungsmittel für Druckfarben auf Etherbasis - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Dialkylethern, gegebenenfalls im Gemisch mit Fettsäureestern, als Ersatz für Mineralöle in Lösungsmitteln für Druckfarben. Weiterhin betrifft die Erfindung Druckfarben, die Bindemittel, Pigmente sowie Lösungsmittel, enthaltend Dialkylether sowie gegebenenfalls Fettsäureester, sowie gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe enthalten.

Stand der Technik

Um die unterschiedlichsten Arten von Druckerzeugnissen herzustellen, bedient man sich verschiedener Drucktechniken die sich in drei Hauptdruckarten einteilen lassen: den Hochdruck, den Flachdruck (oder auch Offsetdruck) sowie den Tiefdruck.

Beim Hochdruck erfolgt die Übertragung der Druckfarbe von harten, erhabenen Lettern, die durch Gummiwalzen mit einer dünnen Farbschicht bedeckt werden, auf das Substrat. Die Druckfarbe muß so beschaffen sein, daß sie relativ langsam trocknet und nicht vorzeitig auszuhärten beginnt. Für moderne, schnellaufende Zeitungsdruckmaschinen im Rotations-Hochdruckverfahren werden viskose, sehr langsam trocknende Druckfarben benötigt.

Beim Offsetdruck wird die abzubildende Gestalt in Form von Zonen gegensätzlicher Polarität auf den Druckplatten fixiert. Die hydrophobe, viskose Druckfarbe benetzt nur die ebenfalls hydrophoben Bereiche auf den Druckplatten. Beim Tiefdruckprozeß wird das Motiv in die Druckplatte eingraviert. Nach dem Benetzen der Druckplatte mit der relativ dünnflüssigen Druckfarbe wird die Oberfläche abgestreift und es verbleibt nur noch Druckfarbe in den eingravierten Vertiefungen, von denen sie dann auf das zu bedruckende Substrat übertragen wird.

Die vorangegangenen Beispiele zeigen, daß Druckfarben vor dem Hintergrund der Wirtschaftlichkeit eine Vielzahl an Anforderungen erfüllen müssen. Die Hauptbestandteile einer Druckfarbe sind Pigmente, Bindemittel, Lösungsmittel und Additive, mit denen die gewünschten Eigenschaften der Druckfarben eingestellt werden. Je nach Einsatz der Druckfarbe können so beispielsweise die Viskosität, das Fließverhalten und die Klebrigkeit eingestellt werden. Die unterschiedlichen Anforderungen an die physikalischen Eigenschaften vor dem Hintergrund der Wirtschaftlichkeit, insbesondere bei den Massen­ druckerzeugnissen stellen an das in der Druckfarbe verwendete Lösungsmittel hohe Anforderungen. Einerseits muß es in der Lage, sein mit den unterschiedlichsten Bindemitteln sowie verschiedensten Zusätzen verträglich zu sein, andererseits soll es eine Einstellung der Viskosität im gewünschten Bereich erlauben.

Aufgrund ihres günstigen Preises haben sich die Mineralöle als Lösungsmittel im Druckfarbenbereich durchsetzen können. Ein Nachteil dieser Verdünner auf petrochemischer Basis liegt jedoch in der Tatsache, daß ihre Lösungs- und Suspendierungseigenschaften in Bezug auf die eingesetzten Bindemittel schlecht sind. So stellt man beispielsweise beim Einbringen von Alkydharzen in Mineralöl mit abnehmendem Aromatengehalt eine Verschlechterung der Lösungseigenschaften fest (Ullmann′s Encyclopedia of Industrial Chemistry, A 22, 147 (1993)). In der Praxis kommen daher in Druckfarben Lösungsmittel mit z. T. hohem Gehalt an aromatischen Kohlenwasserstoffen zum Einsatz, um die schlechten Lösungseigenschaften der aliphatischen Kohlenwasserstoffe im Mineralöl zu kompensieren. Die aromatischen Bestandteile im Lösungsmittel wirken sich jedoch ungünstig auf die Toxikologie sowie auf das Umweltverhalten des Lösungsmittels aus.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es aus den genannten Gründen, Mineralöl in zur Herstellung von Druckfarben benutzten Lösungsmittelgemischen durch in der Wirksamkeit mindestens gleich gute, in der Umweltverträglichkeit jedoch klar überlegene Stoffe zu substituieren.

Überraschend wurde jetzt gefunden, daß sich durch lineare Dialkylether, gegebenenfalls im Gemisch mit Fettsäureestern, Mineralöle als Lösungsmittel für Druckfarben in den unterschiedlichsten Einsatzbereichen völlig ersetzen lassen.

Der Begriff "Lösungsmittel" steht im Kontext der vorliegenden Erfindung sowohl für ein Mittel zum Erzeugen echter Lösungen als auch für ein Medium, in dem die Inhaltsstoffe beispielsweise als stabile Suspension, Dispersion, Emulsion, Gel und/oder Gemische dieser physikalisch unterschiedlichen Zustände vorliegen können. Der Einfachheit halber ist im folgenden Text daher nur der Begriff "Lösungsmittel" gebraucht, auch wenn beispielsweise eine Suspension oder ein Gel vorliegt.

Beschreibung der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Dialkylethern mit insgesamt 6 bis 72 C-Atomen als Lösungsmittel zur Herstellung von Druckfarben.

Bevorzugt werden solche Dialkylether verwendet, die insgesamt zwischen 12 und 36 C-Atomen enthalten. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden solche Dialkylether eingesetzt, die insgesamt zwischen 12 und 24 C-Atomen aufweisen.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Dialkylether enthalten bevorzugt nur eine Ethergruppe.

Erfindungsgemäß können sowohl symmetrische als auch unsymmetrische Dialkylether zum Einsatz kommen.

Symmetrische lineare Dialkylether sind beispielsweise Di-n-octylether, Di-n­ decylether, Di-n-nonylether, Di-n-undecylether und Di-n-dodecylether. Weitere symmetrische, lineare Dialkylether offenbaren sich dem Fachmann indem er die Enden zweier identischer Alkylradikale aus der homologen Reihe der n-Alkane über ein Sauerstoffatom verknüpft.

Außer den symmetrischen, linearen Dialkylethern können auch unsymmetrische Dialkylether zum Einsatz gelangen.

Unsymmetrische Ether sind dadurch gekennzeichnet, daß die Alkylreste des Dialkylethers paarweise unterschiedlich sind. Hierzu gehören beispielsweise der n-Hexyl-n-octylether, n-Octyl-n-decylether, n-Decyl-n-undecylether, n-Undecyl-n- dodecylether und der n-Hexyl-n-Undecylether. Die Fortführung dieser Reihe erschließt sich dem Fachmann sofort aus der homologen Reihe der n-Alkane, wobei immer die Enden zweier nichtidentischer Alkylradikale über ein Sauerstoffatom so verknüpft werden, daß die Gesamtzahl der Kohlenstoffatome zwischen 6 und 72 liegt.

Die Alkylreste der Dialkylether können nicht nur linear und identisch oder paarweise verschieden sein, es können erfindungsgemäß ebenso Dialkylether eingesetzt werden, deren Alkylreste eine oder mehrere Verzweigungen aufweisen. Hierbei ist es unerheblich, ob die Verzweigungen in einem oder in beiden Alkylresten auftreten. Symmetrische Dialkylether mit verzweigten Alkylresten sind z. B. Di-tert-butylether, Di-iso-pentylether, Di-3-ethyldecylether. Beispiele für unsymmetrische Dialkylether mit der hier angesprochenen Struktur sind tert.-Butyl-n-octylether, iso-Pentyl-n-octylether oder 2-Methyl-pentyl-n­ octylether. Weitere Homologe erschließen sich dem Fachmann in Kenntnis der homologen Reihen der verzweigten Paraffine, indem er zwei identische oder unterschiedliche, verzweigte Alkylradikale am jeweils gleichen Ende über ein Sauerstoffatom verknüpft.

Neben den bisher beschriebenen Ausführungen können die erfindungsgemäß eingesetzten Ether auch über Doppelbindungen in der Alkylkette verfügen. Hierbei ist die Zahl der Doppelbindungen nicht limitiert und sie können in konjugierter oder in isolierter Stellung stehen. Symmetrische Dialkylether der beschriebenen Form sind beispielsweise Di-hexenylether, Di-octenylether, Di­ decenylether, Di-undecenylether und Di-octadecenylether. Erfindungsgemäße Beispiele für unsymmetrische, ungesättige Dialkylether sind Vinyl-n-octylether, Allyl-n-octylether, But-2-enyl-dodecylether, Oct-3-enyl-n-octylether sowie alle weiteren Homologen und Isomere mit 6 bis 72 C-Atomen, die sich dem Fachmann in an sich bekannter Weise aus der Kombination der entsprechenden Alkenylradikale an ein Sauerstoffatom ergeben.

Selbstverständlich sind auch solche Dialkylether erfindungsgemäß brauchbar, die über eine Merkmalskombination wie z. B. symmetrisch, verzweigt, ungesättigt oder unsymmetrisch bestehend aus einer linearen, gesättigten und einer verzweigten ungesättigten Alkylkette verfügen.

Erfindungsgemäß ist besonders der Einsatz von solchen Dialkylethern bevorzugt, die in an sich bekannter Weise aus Fettalkoholen mit 6 bis 12 C-Atomen hergestellt werden. Hierbei sind insbesondere die Fettalkohole aus den C₈- und C₁₀-Fettsäuren, die bei der Verseifung des Palmkernöls, des Kokosöls und des Cupheaöls gewonnen werden, hervorzuheben.

Die Verwendung der bislang beschriebenen Dialkylether als Lösungsmittel zur Herstellung von Druckfarben ist sowohl in reiner Form als auch im Gemisch untereinander und mit anderen Stoffen möglich. So kann beispielsweise ein Gemisch aus Di-n-octylether und Di-n-decylether erfindungsgemäß eingesetzt werden. Hierbei spielt es keine Rolle, in welchem Mischungsverhältnis die Dialkylether zueinander stehen. Beispiele für Mischungsverhältnisse zweier Dialkylether wären 50 : 50, 40 : 60, 30 : 70, 20 : 80,10 : 90 sowie die möglichen Zwischenstufen, wobei die Summe der Anteile beider Ether stets 100 ergibt. Ternäre und höhere Mischungen, insbesondere wie sie sich aus der Kondensation von Reduktionsprodukten natürlicher Fette und Öle ergeben, sind ebenso erfindungsgemäß nutzbar. Im Einzelfall kann das beste Mischungsverhältnis für die jeweils herzustellende Druckfarbe vom Fachmann anhand weniger Versuche ermittelt werden.

Besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist der Einsatz symmetrischer Dialkylether.

Unter diesen sind Di-n-octylether und Di-n-decylether für den erfindungsgemäßen Gebrauch besonders geeignet.

In einer besonderen Ausführungsform werden die Dialkylether im Gemisch mit Fettsäureestern mit 8 bis 72 C-Atomen eingesetzt. Die Ester werden dabei in einem Bereich von 1 bis 90 Gew.% bezogen auf den gesamten Lösungsmittelgehalt eingesetzt.

Zur Verwendung gelangen dabei bevorzugt solche Fettsäureester, deren Fettsäurerest natürlichen Ursprungs ist.

Erfindungsgemäß können auch solche Fettsäureester zum Einsatz kommen, die im Fettsäurerest eine oder mehrere Doppelbindungen enthalten.

Besonders bevorzugt sind die ungesättigten Fettsäuren und unter diesen die natürlich vorkommenden, wie z. B. die Ölsäure, Erucasäure, Ricinolsäure, Tallölfettsäure, Linolsäure, Azelainsäure, von denen wiederum die mit 8 bis 18 C- Atomen besonders bevorzugt sind. Erfindungsgemäß einsetzbar sind ebenfalls Fettsäureester, die durch Umesterung natürlich vorkommender Triglyceride wie Rindertalg, Kokosöl, Palmöl, Palmkernöl, Rüböl, Baumwollsaatöl, Sojaöl, Sonnenblumenöl und Leinöl mit entsprechenden Alkoholen erhältlich sind und somit ein Gemisch von Fettsäureestern mit unterschiedlichen Fettsäureresten darstellen.

Erfindungsgemäß zum Einsatz können auch solche gesättigten oder ungesättigten Fettsäureester kommen, deren Säurerest ein Derivat des Säurerests einer natürlich vorkommenden Fettsäure ist. So sind beispielsweise die Ester der Ricinenensäure, der Pelargonsäure und der Elaidinsäure erfindungsgemäß brauchbar. Ebenso geeignet sind die Ester der sich aus der Dimerisierung natürlich vorkommender Fettsäuren ergebenden Dicarbonsäuren.

Die Alkoholkomponenten der Fettsäureester können aus linearen oder verzweigten, mono- oder polyfunktionellen Alkoholen mit 1-36 C-Atomen bestehen.

Die Alkoholkomponenten der Fettsäureester können gesättigt oder ungesättigt mit einer oder mehreren Doppelbindungen sein.

Erfindungsgemäß geeignet sind besonders alle mono-, di-, und trifunktionellen Alkohole. Hierzu zählen insbesondere die einfachen geradkettigen und verzweigten Alkanole wie z. B. Methanol, Ethanol, Propanol, iso-Propanol, Butanol, iso-Butanol, tert.-Butanol, Pentanol, Hexanol sowie die höheren Homologen. Doch auch ungesättigte Alkohole wie Allylalkohol, Butenylalkohol, Pentenylalkohol sowie die höheren Homologen bis zu den Fettalkoholen wie z. B. dem Oleylalkohol und dem Erucaalkohol sowie auch die aus der Reduktion von Dimerfettsäuren erhältlichen Diole können erfindungsgemäß eingesetzt werden. Bevorzugt ist allerdings der Einsatz von monofunktionellen Alkoholen mit 1 bis 6 C-Atomen, insbesondere der Einsatz von monofunktionellen Alkoholen mit 1-4 C-Atomen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung liegt dann vor, wenn der Dialkylether oder das eingesetzte Gemisch aus Dialkylethern und Fettsäureestern bei 20°C und bevorzugt bei 15°C flüssig sind. Wird ein Gemisch aus Dialkylethern und Fettsäureestern eingesetzt, so spielt der Aggregatzustand der Einzelkomponenten bei der gewünschten Temperatur keine Rolle, solange das Gemisch flüssig ist.

Durch die Verwendung unterschiedlich zusammengesetzter Mischungen aus verschiedenen Dialkylethern und/oder Fettsäureestern lassen sich die Viskositäten der hergestellten Druckfarben in weiten Bereichen einstellen. Die jeweils optimale Mischung ist von vielen unterschiedlichen Parametern wie z. B. Druckverfahren, zu bedruckendem Untergrund, Verarbeitungstemperatur, Bindemittel, Pigment sowie Zusatzstoffen abhängig. Das im jeweiligen Fall optimale Verhältnis der Komponenten läßt sich jedoch vom Durchschnittsfachmann leicht anhand weniger Versuche ermitteln.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Druckfarbe, die Bindemittel Pigmente, sowie Lösungsmittel, enthaltend Dialkylether mit 6 bis 72 C-Atomen sowie bevorzugt nur einer Ethergruppe, enthält.

Sie kann gegebenenfalls weiterem Inhaltsstoffe wie Tenside, Füllstoffe Stabilisatoren, Sikkative und Rheologieverbesserer enthalten.

Hierbei können als Bindemittel die an sich bekannten Harze wie beispielweise Schellack, Kolophonium, Phenol-modifiziertes Kolophonium, Polyamide, Phenolharze, Polyurethane, Polyepoxide, Cellulose, Nitrocellulose sowie bevorzugt Alkydharze benutzt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch können unter Zugabe der üblichen Komponenten Offset-, Transfer-, Flach-, Hoch-, und/oder Tiefdruckfarben hergestellt werden.

Beispiele

Alle prozentualen Angaben verstehen sich, sofern nicht anders vermerkt, als Gewichtsprozent.

Beispiel 1 Herstellung einer Tiefdruckfarbe

100 Teile einer Pigmentbase (Hacolor P.Y. 13) zusammen mit 100 Teilen eines handelsüblichen, trocknenden Alkydharzes auf Basis Sojaöl (Isophthalsäure Trimethylolpropan, 1500 dPa s, 20°C), 10 Teilen Cobalt-Octoat mit einem Cobalt Anteil von 6%, 20 Teilen eines mikronisierten Polyethylenwachses, 320 Teilen eines Phenol-modifizierten Kolophoniumharzes und 440 Teile einer Mischung aus 45% Kokosfettsäure2-ethylhexylester, 45% Ölsäurepropylester und 10% Di-n­ decylether werden auf einem Dreiwalzenstuhl angerieben.

Vergleichbeispiel 1

In der oben angegebenen Zusammensetzung wurden anstatt 440 Teilen einer Mischung aus 45% Kokosfettsäure2-ethylhexylester, 45% Ölsäurepropylester und 10% Di-n-decylether, 440 Teile eines Mineralöls mit einem Aromatengehalt von 18% (Siedebereich 270-310°C, Anilinpunkt 72°C) verwendet.

Die Farben wurden einem drucktechnischen Vergleich unterzogen. Die aufgetragene Druckfarbenschicht betrug in allen Fällen 1,5 g/m² ± 5%.

Beispiel 2 Herstellung einer Offsetdruckfarbe

100 Teile Furnace-Ruß wurden zusammen mit 10 Teilen eines mikronisierten Polyethylenwachses, 35 Teilen eines handelsüblichen, trocknenden Alkydharzes auf Basis Sojaöl (Isophthalsäure, Trimethylolpropan, 1500 dPa·s, 20°C), 2 Teilen Cobalt-Octoat mit einem Cobalt Anteil von 6%, 65 Teilen eines Phenol­ modifizierten Kolophoniumharzes, 50 Teilen Gilsonite Asphalt und 240 Teilen Di­ n-octylether (Siedebereich 286°C) bei 200°C zusammengeschmolzen und auf einem Dreiwalzenstuhl angerieben.

Vergleichsbeispiel 2

In der oben angegebenen Zusammensetzung wurden anstatt 240 Teilen Dioctylether 240 Teile eines Mineralöls mit einem Aromatengehalt von 18% (Siedebereich 270-310°C, Anilinpunkt 72°C) verwendet. Die Komponenten wurden bei 200°C zusammengeschmolzen und auf einem Dreiwalzenstuhl angerieben.

Die Farben wurden im Rotationsdruck auf Zeitungspapier (52 g/m²) gedruckt und einem drucktechnischen Vergleich unterzogen.

Die aufgetragene Druckfarbenschicht betrug in allen Fällen 1,5 g/m² ± 5%.

Claims (10)

1. Verwendung von Dialkylethern mit insgesamt 6 bis 72 C-Atomen als Lösungsmittel zur Herstellung von Druckfarben.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dialkylether insgesamt 12 bis 36 C-Atome enthalten.

3. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dialkylether symmetrisch sind.

4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dialkylether nur eine Ethergruppe enthalten.

5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dialkylether in an sich bekannter Weise aus Fettalkoholen mit 6 bis 12 C-Atomen hergestellt sind.

6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß Dialkylether im Gemisch mit Fettsäureestern mit 8 bis 72 C-Atomen als Lösungsmittel verwendet werden.

7. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Dialkylether einzeln oder als Gemisch mit Fettsäureestern bei 20°C flüssig sind.

8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Dialkylether als Lösungsmittel in Offset-, Transfer-, Flach-, Hoch­ und/oder Tiefdruckfarben verwendet werden.

9. Druckfarben, enthaltend Bindemittel, Pigmente und Lösungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß Dialkylether mit 6 bis 72 C-Atomen enthalten sind.

10. Druckfarben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dialkylether nur eine Ethergruppe enthalten.