DE60003234T2

DE60003234T2 - Durch strahlung härtbare zusammensetzung

Info

Publication number: DE60003234T2
Application number: DE60003234T
Authority: DE
Inventors: Keith Edward Nixon; Angelique Catherine Joyce Runacre
Original assignee: Sericol Ltd
Current assignee: Sericol Ltd
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2020-12-16
Also published as: GB9930041D0; EP1244940B1; ATE242495T1; US20030138576A1; EP1244940A2; WO2001061416A3; US6815468B2; WO2001061416A2; GB2357776A; AU7420201A; DE60003234D1; JP2003523293A

Description

Die Erfindung betrifft eine strahlungshärtbare Zusammensetzung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine strahlungshärtbare Zusammensetzung, die als Grundschicht für zum Beispiel elektrostatische Offset-Tinten verwendet werden kann.
Beim elektrostatischen Offset-Druck wird ein Bild ausgebildet, indem man eine oder mehrere pigmentierte Tinten oder Toner auf eine selektiv geladene Trommel gibt, die dann, entweder direkt oder über ein Zwischenglied, auf ein Substrat transferiert werden. Elektrostatische Offset-Drucker werden zum Beispiel hergestellt und vertrieben von Indigo NV und Xeikon SA.
Tinten, die im Offset-Druck verwendet werden, weisen eine schwierige Haftung an bestimmten Substraten, wie zum Beispiel Kunststoffen, auf. Dies kann überwunden werden, indem man die Oberfläche des Substrats modifiziert. Die Oberfläche kann modifiziert werden durch Applikation einer Vor-Grundschicht, die zum Beispiel ein Harz auf Lösungsmittelbasis enthält, zum Beispiel ein Polyamid, ein Butadienharz oder ein Ethylen-Acrylsäureharz (siehe JP 10076744). Wenn ein Harz auf Lösungsmittelbasis verwendet wird, muss das Lösungsmittel vor dem Drucken verdampft werden, was langsam, gefährlich und offensiv verlaufen kann, und nicht umweltfreundlich ist.
WO 98/49604 beschreibt eine Copolymer-Rezeptorschicht, die durch Extrusion auf eine Polyvinylchlorid-Unterlage appliziert wird, um die Abriebfestigkeit zu verbessern. Die Copolymer-Rezeptorschicht kann verwendet werden, um die Druckqualität auf einer Polycarbonat-Unterlage zu verbessern. In beiden dieser Anwendungen wurde festgestellt, dass die Copolymer-Rezeptorschicht an der Polyvinylchlorid-Unterlage in Abwesenheit von UV- Strahlung anhaftet.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Grundschicht bereitzustellen, die auf schwierigen Substraten verwendet werden kann, wie zum Beispiel Kunststoffsubstraten, die, zum Beispiel unter Verwendung des Offset-Drucks, bedruckt werden.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Grundschicht bereitzustellen, die keine flüchtigen organischen Lösungsmittel enthält.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Grundschicht bereitzustellen, die durch Siebdruck oder irgendein anderes geeignetes Beschichtungs- oder Druckverfahren appliziert werden kann.
Erfindungsgemäß wird eine strahlungshärtbare Zusammensetzung zur Verfügung gestellt, die als Grundiermittel für den elektrostatischen Offset-Druck verwendet werden kann, wobei die Zusammenfassung umfasst:
(i) 10-80 Gew.-% eines ethylenisch ungesättigten Monomers, Oligomers oder Polymers, das photopolymerisiert werden kann;
(ii) 0.5-20 Gew.-% eines Photoinitiators, der die Polymerisation des ethylenisch ungesättigten Monomers (i) initiieren kann, wenn er mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird;
(iii) gegebenenfalls ein Pigment;
(iv) 0.5-50 Gew.-% eines anorganischen Übertragungsmittels; und
(v) 5-25 Gew.-% einer adhäsionsfördernden polaren organischen Stickstoffverbindung, die zwei oder mehrere Stickstoffatome enthält und ein Molekulargewicht von über 200 aufweist.
Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zum Bedrucken eines Substrats bereitgestellt, wobei das Verfahren die Stufe des Aufbringens einer Grundschicht auf das Substrat vor dem Drucken umfasst, wobei die Grundschicht die vorstehend definierte Zusammensetzung aufweist.
Erfindungsgemäß wird auch die Verwendung der vorstehend definierten Zusammensetzung als Grundschicht für den Druck bereitgestellt.
Die Grundschicht kann auf ein Substrat appliziert werden, indem man zum Beispiel einen Seiden- oder Siebdruck, einen Flexodruck, ein Gießlackieren, eine Walzenbeschichtung und eine Schleuderbeschichtung verwendet.
Bei der Verwendung wird die Grundschicht auf das Substrat appliziert und dann unter Verwendung von ultraviolettem Licht bestrahlt. Die gehärtete Grundschicht besitzt hervorragende Eigenschaften zur Aufnahme von Bildern, die durch elektrostatischen Offset- Druck gebildet werden. Die Grundschicht kann zum Beispiel verwendet werden zum Bedrucken von Compact-Discs, Aufklebern oder ähnlichen Kunststoffartikeln.
Das Monomer, Oligomer oder Prepolymer (i) ist vorzugsweise ein Ester einer Acryl- oder Methacrylsäure, wie zum Beispiel Phenoxyethylacrylat, Hexandioldiacrylat, Tri(propylenglykol)diacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Polyethylenglykoldiacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Tetrahydrofurfurylacrylat, Laurylacrylat, Octylacrylat, Decylacrylat, Acrylate von Pulyurethan, Polyester, Polyether, Melamin oder Epoxidharzen, ein ethoxyliertes oder propoxyliertes Derivat irgendeines der vorstehend genannten Acrylate oder Methacrylate; oder ein N-Vinylamid, wie zum Beispiel N-Vinylcaprolactam oder N-Vinylformamid; oder eine Mischung davon. Das Monomer, Oligomer oder Prepolymer ist in einer Menge von 10 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 60 Gew.-% der Zusammensetzung vorhanden.
Der Photoinitiator (ii) besteht aus dem Typ, der dafür bekannt ist, dass er bei der Bestrahlung freie Radikale liefert. Der Photoinitiator ist zum Beispiel Benzophenon, 1- Hydroxycyclohexylphenylketon, 2-Benzyl-2-dimethylamino-(4-morpholinophenyl)butan-1-on, Benzildimethylketal, Isopropylthioxanthon, Bis(2,6-dimethylbenzoyl)-2,4,4- trimethylpentylphosphinoxid oder eine Mischung davon. Farblose oder nahezu farblose Materialien werden bevorzugt; gelbgefärbte Photoinitiatoren können jedoch auch verwendet werden. Der Photoinitiator ist in einer Menge von 0.5 bis 20 Gew.-%, und vorzugsweise von 2.5 bis 8 Gew.-%, der Zusammensetzung vorhanden.
Das anorganische Transfermittel wird benötigt, um einen guten Transfer der Elektro-Tinte von der elektrostatischen Offset-Druckdecke auf die gehärtete Grundschicht sicherzustellen. Die anorganische Transferschicht (iv) ist vorzugsweise ein Siliciumdioxid oder ein modifiziertes Siliciumdioxid. Geeignete Siliciumdioxide sind Aerosil 200 (erhältlich von Degussa) und Cab-o-sil TS610 (erhältlich von Cabot), oder eine Mischung davon. Es ist besonders bevorzugt, handelsübliche Materialien zu verwenden, in denen das Siliciumdioxid oder modifizierte Siliciumdioxid in einem ethylenisch ungesättigten Monomer-Bestandteil vom Typ (i) dispergiert ist, wie zum Beispiel Highlink OG (erhältlich von Clariant). Es wurde gefunden, dass diese Transfermittel, insbesondere Siliciumdioxide, die endgültig gehärtete Grundschicht besonders gut geeignet zur Aufnahme der elektrostatischen Offset-Tinte machen. Sie haben auch den Vorteil, dass sie den Zusammensetzungen eine gewünschte "Struktur" verleihen, das heißt Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Fließen unter der Schwerkraft ohne übermäßige Viskosität bei hoher Scherung. Das anorganische Transfermittel (iv) ist in einer Menge von 0.5 bis 50 Gew.-%, und vorzugsweise von 4 bis 35 Gew.-%, der Zusammensetzung vorhanden.
Der Adhäsionspromotor (v) ist vorhanden, um die Adhäsion der elektrostatischen Offset- Tinte auf die gehärtete Grundschicht zu fördern. Geeignete Materialien sind polare organische Stickstoffverbindungen mit einem Molekulargewicht von vorzugsweise größer als 200, die zwei oder mehr Stickstoffatome enthalten, wie zum Beispiel Diamine, vertrieben von Huntsman Incorporated unter dem Namen Jeffamine D230 (ein Diamin); und Jeffamine T403 (ein Triamin); oder Polyamide, wie zum Beispiel Solsperse 32000 (erhältlich von Zeneca), beschrieben als ein polymeres Säuresalz/polymeres Amid; oder eine Mischung davon. Es ist auf diesem Gebiet bekannt, dass Amine verwendet werden können, um als Synergisten für Photoinitiatoren zu wirken; in dieser Erfindung werden die Amine jedoch zugegeben, um die Adhäsion der polaren elektrostatischen Offset-Tinte auf die Grundschicht zu fördern. Der Adhäsionspromotor ist in einer Menge von 5 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise von 11 bis 19 Gew.-%, der Zusammensetzung vorhanden.
Gegebenenfalls können auch die folgenden Additive vorhanden sein: Passive Harze (d. h. Harze, die durch Ultraviolett-Licht nicht gehärtet werden), um die Viskosität der Zusammensetzung zu stabilisieren und um die physikalischen Eigenschaften der gehärteten Grundschicht zu verbessern; Farbstoffe oder Pigmente, insbesondere weiße Pigmente, um einen opaquen Hintergrund für den elektrostatischen Offset-Druck auszubilden; Stabilisatoren, um die Verschlechterung der Zusammensetzung durch Hitze oder bei der Lagerung zu vermeiden; Fließmittel; Biozide; Entschäumer; und oberflächenaktive Mittel.
Die Komponenten der Grundschicht sind vorzugsweise so ausgewählt, dass sie miteinander kompatibel sind und bei der Lagerung eine stabile Mischung mit den gewünschten rheologischen und anderen Eigenschaften ergeben. Insbesondere können die Zusammensetzungen formuliert werden, um ein rheologisches Profil zu ergeben, das geeignet ist für die Applikation mittels Siebdruck. Für diesen Zweck liegt ihre Gelfestigkeit, gemessen als Viskosität bei 25ºC mit einem Brookfield RVDT Digitalviskosimeter bei 5 UpM unter Verwendung einer Nr. 6-Spindel, vorzugsweise zwischen 18 und 1500 Poise (1 Poise = 10&supmin;¹ Pa·s), und insbesondere zwischen 100 und 600 Poise, und ihre Viskosität unter hoher Scherung, gemessen am Rotothinner (vertrieben von Sheen Instruments) liegt vorzugsweise zwischen 3 und 65 Poise, und insbesondere zwischen 20 und 50 Poise. Alternativ können die Zusammensetzungen gelagert und in zwei Teilen geliefert werden: Der Adhäsionspromotor ist dann ein Teil, und der Rest der Zusammensetzung bildet den anderen Teil.
Das Substrat kann Polycarbonat sein, das für die Herstellung von Compact-Discs oder anderen Kunststoffmaterialien, wie zum Beispiel Polyvinylchlorid, Folien oder Papiere verwendet wird. Bevorzugte Substrate sind Kunststoffartikel, wie zum Beispiel Aufkleber und Überzugsfilme, und insbesondere unbeschichtete und schleuderbeschichtete Polycarbonat- Compact-Discs, oder DVDs.
Das Substrat kann unter Verwendung einer Siebschablone oder mittels irgendeiner anderen geeigneten Druckmethode bedruckt werden, und dann durch Einwirken von Ultraviolett-Licht oder kalt-härtende Systeme gehärtet werden. Typische Einwirkungen liegen vor bei einer Geschwindigkeit von 27-50 Metern/Minute an einem Svecia UV-Trockner mit zwei Mitteldruckquecksilberlampen, die bei 80 Watt/Zentimeter arbeiten, oder bei bis zu 56 Einwirkungen pro Minute mit zwei Lampen bei 100% Leistung an einem Kammann K15- Drucker. Nach dem Härten ist das Substrat, das die Grundschicht trägt, besonders geeignet zur Aufnahme von elektrostatischer Offset-Tinte.
Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele beschrieben (alle Teile sind Gewichtsteile).

Beispiel 1

Es wurden die folgenden Komponenten in einem Torrance-Rührer, der mit einem Wasserkühlmantel versehen war, gemischt:
Hexandiacrylat 76.8 Teile
Jeffamine D-230 12.5 Teile
1-Hydroxycyclohexylphenylketon 2.5 Teile
Aerosil 200 3.1 Teile
Aerosil R972 3.1 Teile
Die ersten zwei Komponenten wurden bei 50ºC gemischt und ergaben eine homogene Lösung, die für die späteren Zugaben gekühlt wurde. Schließlich wurde nach der Zugabe des Aerosil 200 die Geschwindigkeit des Rührers erhöht und die Mischung auf 50ºC erwärmengelassen, bis unter Verwendung eines Hegman-Messgeräts keine Knoten mehr bestimmt wurden.
Die Zusammensetzung hatte eine Rotothinner-Viskosität von 25 Poise bei 25ºC und eine Brookteld-Viskosität von 45 Poise bei 25ºC.
Die Zusammensetzung wurde auf einer Kammann K15H Druckmaschine bei 56 Impressionen pro Minute durch eine Siebschablone, die aus einem Sieb mit 150 Fäden pro Zentimeter hergestellt wurde, auf eine Polycarbonat-Compact-Disc gedruckt, und mit zwei UV-Lampen mit 100% Energie gehärtet. Die resultierende Compact-Disc war ein hervorragendes Substrat für eine elektrostatische Offset-Tinte, die durch einen Indigo-Printer appliziert wurde.
Die Qualität des durch den Indigo-Printer auf die beschichtete Scheibe aufgedruckten Bildes war besser als eine, die durch ein Siebdruckverfahren appliziert wurde, und war mit einem lithographischen Druck vergleichbar.

Beispiel 2

Die folgenden Komponenten wurden unter Verwendung eines Grieves-Rührers gemischt.
Highlink OG 103.53 80.0 Teile
Jeffamine T403 12.2 Teile
1-Hydroxycyclohexylphenylketon 3.7 Teile
Aerosil 200 3.3 Teile
Die Zusammensetzung hat eine Rotothinner-Vskosität von 21 Poise bei 25ºC und eine Brookfield-Viskosität von 510 Poise bei 25ºC.
Die Zusammensetzung wurde auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt.

Beispiel 3

Es wurde die folgende Zusammensetzung hergestellt:
Jeffamine D-230 10.0 Teile
Hexandioldiacrylat 73.0 Teile
Florstab UV-1 Stabilisator von 1.0 Teile
Kromachern Ltd.
1-Hydroxycyclohexylphenylketon 4.5 Teile
Adhäsionsharz LTH von Huels AG 5.5 Teile
Aerosil 200 3.0 Teile
Aerosil R972 3.0 Teile
Die Zusammensetzung hatte eine Rotothinner-Viskosität von 3 Poise bei 25ºC und eine Brookfield-Viskosität von 180 Poise bei 25ºC.
Die Zusammensetzung wurde durch Mischen der Komponenten in der Ordnung, die an einem Torrance-Rührer, der mit einem Kühlwassermantel versehen war, vorgegeben war, hergestellt. Schließlich wurde die Mischung mit einer Buhler-Dreiwalzenmühle gemahlen, bis mit einem Hegman-Gerät keine Knoten mehr sichtbar waren.
Diese Zusammensetzung kann als Zwei-Teil-Packung bereitgestellt werden, wobei das Jeffamine D-230 in der einen Packung ist, und die anderen Komponenten in der anderen Packung sind. Das Jeffamine sollte mit den anderen Komponenten vor der Verwendung kombiniert werden.

Beispiel 4

Es wurde die folgende Zusammensetzung hergestellt:
Highlink OG 103-53 75.3 Teile
Jeffamine Diamine D-230 9.3 Teile
1-Hydroxycyclohexylphenylketon 3.7 Teile
Ebecryl 870 (Acrylatharz von UCB) 6.0 Teile
Aerosil 200 3.0 Teile
Hexandioldiacrylat 2.7 Teile
Die Zusammensetzung (vor Zugabe des Diamins) besaß eine Rotothinner-Viskosiät von 32 Poise bei 25ºC und eine Brookfield-Viskosität von 560 Poise bei 25ºC.
Die Komponenten wurden in einer durch einen Torrance-Rührer, der mit einem Kühlwassermantel versehen war, vorgegebenen Ordnung gemischt. Nach der letzten Zugabe wurde die Geschwindigkeit des Rührers erhöht, und die Mischung auf 50ºC erwärmengelassen, bis mit einem Hegman-Gerät keine Knoten mehr sichtbar waren.
Es wurde die folgende Zusammensetzung hergestellt:
Highlink OG 103-53 61.8 Teile
Diamine D-230 10.0 Teile
1-Hydroxycyclohexylphenylketon 3.0 Teile
Lucerin TPO 2.0 Teile
Aerosil 200 0.7 Teile
Finntitan RDDI Pigment 22.0 Teile
Die Zusammensetzung wurde wie in Beispiel 1 hergestellt. Die Zusammensetzung hatte eine Rotothinner-Viskosität von 22 poise bei 25ºC und eine Brookfield-Viskosität von 18 Poise bei 25ºC.

Claims

1. Strahlungshärtbare Zusammensetzung zur Verwendung als Grundiermittel für den elektrostatischen Offset-Druck, umfassend:

(i) 10-80 Gew.-% eines ethylenisch ungesättigten Monomeren, Oligomeren oder Polymeren, das photopolymerisiert werden kann,

(ii) 0,5-20 Gew.-% eines Photoinitiators, welcher die Polymerisation des ethylenisch ungesättigten Monomeren (i) initiieren kann, wenn er mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird und

(iii) gegebenenfalls ein Pigment dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung weiterhin enthält:

(iv) 0,5-50 Gew.-% eines anorganischen Übertragungsmittels und

(v) 5-25 Gew.-% einer adhäsionsfördernden polaren organischen Stickstoffverbindung, die zwei oder mehr Stickstoffatome enthält und ein Molekulargewicht über 200 aufweist.

2. Strahlungshärtbare Zusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Monomer, Oligomer oder Polymer ein Ester von Acryl- oder Methacrylsäure, oder ein N-Vinylamid oder ein Gemisch davon ist.

3. Strahlungshärtbare Zusammensetzung nach Anspruch 2, worin der Ester Phenoxyethylacrylat, Hexandioldiacrylat, Tri(propylenglykol)diacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Polyethylenglykoldiacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Trimethylolpropantriacrylat, Tetrahydrofurfurylacrylat, Laurylacrylat, Octylacrylat, Decylacrylat, ein Polyurethan-, Polyester-, Polyether-, Melamin- oder ein Epoxyharzacrylat, ein ethoxyliertes oder propoxyliertes Derivat von einem der vorher erwähnten Acrylate oder Methacrylate oder ein Gemisch davon ist.

4. Strahlungshärtbare Zusammensetzung nach Anspruch 2, worin das N-Vinylamid N-Vinylcaprolactam oder N-Vinylformamid ist.

5. Strahlungshärtbare Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Monomer, Oligomer oder Polymer in einer Menge von 40 bis 60 Gew.-% der Zusammensetzung vorliegt.

6. Strahlungshärtbare Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Photoinitiator Benzophenon, 1- Hydroxycyclohexylphenylketon, 2-Benzyl-2-dimethylamino-(4- morpholinophenyl)butan-1-on, Benzildimethylketal, Isopropylthoxanthon, Bis(2,6-dimethylbenzoyl)-2,4,4- trimethylpentylphosphinoxid oder ein Gemisch davon ist.

7. Strahlungshärtbare Zusammensetzung nach Anspruch 6, worin der Photoinitiator farblos oder im wesentlichen farblos ist.

8. Strahlungshärtbare Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Photoinitiator in einer Menge von 2,5 bis 8 Gew.-% der Zusammensetzung vorliegt.

9. Strahlungshärtbare Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das anorganische Übertragungsmittel Siliciumdioxid oder modifiziertes Siliciumdioxid ist.

10. Strahlungshärtbare Zusammensetzung nach Anspruch 9, worin das Siliciumdioxid oder modifizierte Siliciumdioxid in dem ethylenisch ungesättigten Monomeren dispergiert ist.

11. Strahlungshärtbare Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das anorganische Übertragungsmittel in einer Menge von 4-35 Gew.-% der Zusammensetzung vorliegt.

12. Strahlungshärtbare Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Adhäsionsförderer ein Diamin oder ein Triamin oder ein Gemisch davon ist.

13. Strahlungshärtbare Zusammensetzung nach Anspruch 12, worin der Adhäsionsförderer in einer Menge von 11-19 Gew.-% der Zusammensetzung vorliegt.

14. Verfahren zum Bedrucken eines Substrats, wobei das Verfahren die Stufe des Aufbringens einer Grundbeschichtung auf das Substrat vor dem Drucken umfasst, wobei die Grundbeschichtung die strahlungshärtbare Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1-13 umfasst.

15. Verfahren nach Anspruch 14, worin das Substrat Polycarbonat oder ein anderer Kunststoff ist.

16. Verwendung der strahlungshärtbaren Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1-13 als Grundbeschichtung für das Drucken.