DE60102924T2

DE60102924T2 - Tinten für tintenstrahl zum druck auf cd-r trägern

Info

Publication number: DE60102924T2
Application number: DE60102924T
Authority: DE
Inventors: Frank William CORNELIUS; Reiner Zimmer
Original assignee: Sericol Ltd
Current assignee: Sericol Ltd
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2021-06-08
Also published as: DE60102924D1; WO2001096121A1; EP1294570A1; ATE264757T1; US7056960B2; EP1294570B1; AU2001266268A1; JP2004503610A; TW574331B; US20040027439A1

Description

Die Erfindung betrifft Beschichtungen, die durch ultraviolette Bestrahlung härtbar sind, die auf Polymersubstrate gedruckt werden können, wobei eine thermische "drop-on-demand"-Tintenstrahl-aufnehmende Schicht zur Verfügung gestellt wird.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft für beschreibbare bzw. bespielbare Kompaktdiscs (bekannt als "CD-R's) oder beschreibbare bzw. bespielbare Digital-Versatile-Discs (bekannt als 'DVD-R's'), wobei ein Überzug erhalten wird, der gegenüber Tintenstrahlfarben, die zur Markierung oder Codierung von Daten nach der Aufzeichnung verwendet werden, aufnahmefähig ist. Beschreibbare bzw. bespielbare Kompaktdiscs können aus Polycarbonat-, Acryl- oder Polyesterpolymeren geformt werden, aber Polycarbonat ist im Allgemeinen die bevorzugte Wahl.
Polycarbonat ist ein thermoplastisches Harz, das im Handel unter verschiedenen Bezeichnungen erhältlich ist, wie beispielsweise "Lexan" (eine Handelsbezeichnung für General Electric Company) und es wird als Polymer zur Bildung von Kompaktdiscs verwendet. Bei der Herstellung von Kompaktdiscs wird die Disc zuerst geformt und dann zuerst mit einer lichtempfindlichen Schicht und dann mit einer feinen Schicht aus Aluminium unter Bildung einer Reflektionsschicht beschichtet. Bei beschreib- bzw. bespielbaren Kompaktdiscs wird der Überzug mit einer Schicht aus klarem UV-härtbaren Lack unter Verwendung eines Spinbeschichtungsverfahrens (Spinbeschichtungslack) geschützt, der die Druckoberfläche wird. Bei einigen Konstruktionen beschreib- bzw. bespielbarer Digital-Versatile-Discs werden zwei Discs zusammen laminiert und die Druckoberfläche ist das Polymere selbst.
Im Falle von CD-R's muss die Disc, nachdem die Disc zur Aufzeichnung von Daten verwendet wurde, von dem Benutzer markiert werden um die aufgezeichneten Daten zu identifizieren. Die Markierung der Disc kann beispielsweise unter manueller Verwendung einer geeigneten Schreibeinrichtung, wie beispielsweise einer Filzspitze, oder zunehmend unter Verwendung eines Tintenstrahldruckers erfolgen. Durch Spinbeschichtung aufgebrachte Lacke sind im Allgemeinen für Markierungstinten, die für diesen Zweck verwendet werden, nicht empfänglich, da sie so ausgebildet sind, dass die Disc vor Schäden geschützt ist, anstatt dass sie für Tinte aufnahmefähig ist. Es ist daher eine weitere Beschichtung erforderlich um einen geeigneten Anker für die Markierungstinte zu ergeben. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beschichtung, insbesondere eine Tinte, die für diesen Zweck entwickelt wurde.
Damit die Beschichtung geeignet ist, muss die Beschichtung an der CD ohne Rissbildung oder Abschälen haften. Die Beschichtung muss ein Benetzen der Oberfläche durch die Tintenstrahltinte ermöglichen, während annehmbare Werte für die Druckdefinition beibehalten werden. Die Tintenstrahltinte muss von dem Überzug absorbiert werden.
Tinten für die Erzeugung thermischer "drop-on-demand"-Tintenstrahl-aufnahmefähiger Flächen auf Polycarbonatsubstraten sind bekannt. Im Allgemeinen muss die Tinte eine mit Wasser verträgliche Komponente enthalten, damit die thermische Tintenstrahltinte, die üblicherweise einen hohen Gehalt an Wasser besitzt, absorbiert wird.
Eine Art von Tinte, die zur Erzeugung thermischer "drop-on-demand"-Tintenstrahl-aufnehmenden Schichten verwendet wird, die auf diesem Gebiet gut bekannt ist, verwendet eine Lösung aus einem Harz und einem Lösungsmittel, die gedruckt und dann durch Verdampfen des Lösungsmittels getrocknet wird. Bei der Verwendung dieser Tinten besteht die Gefahr der Freisetzung von flüchtigem Lösungsmittel in die Umgebung, ein gefährliches Verfahren, das verhindert oder kontrolliert werden muss.
Bei einem zweiten Typ wird ein permanentes wasserlösliches harzförmiges Bindemittel, das aus Wasser und einer Lösungsmittellösung gegossen wird, verwendet. Aus Umgebungsgründen sind Tinten, die nicht mit flüchtigen Lösungsmitteln formuliert sind, bevorzugt. Solche Tinten sind bekannt und werden durch ultraviolette Bestrahlung gehärtet oder getrocknet. Sie enthalten ethylenisch ungesättigte Monomere und einen Photopolymerisationsinitiator.
In der JP 2000-34435 wird eine ultraviolett härtbare Tinte, die für die Verwendung als Aufnahmebeschichtung für CD-R's geeignet ist, beschrieben, wobei die Verwendung eines wasserlöslichen flüssigen Monomeren, eines hydrophoben Polymeren, welches in dem Monomeren löslich ist, und eines anorganischen Füllstoffs beschrieben wird. Im Allgemeinen werden in dieser Erfindung flüssige wasserlösliche Monomere beschrieben, die unangenehme toxikologische Eigenschaften besitzen, die für die Verwendung bei Siebdruckverfahren, welches das übliche Anwendungsverfahren ist, unerwünscht sind.
In der WO 99/21724 wird ein Tintenstrahldruckmedium für die Anwendung auf ein Substrat beschrieben, wobei ein erster innerer Überzug auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht wird, gefolgt von einem zweiten äußeren Überzug auf dem inneren Überzug. Der innere Überzug beruht auf einem vorgebildeten hydrophilen Polymeren und der äußere Überzug beruht auf einem Polymeren, welches in situ durch Bestrahlung eines Zwischengemisches, welches ungesättigte Monomere enthält, produziert wird.
Erfindungsgemäß wird eine Überzugszusammensetzung für die Herstellung einer Tintenstrahldruck-aufnehmenden Oberfläche auf vorbeschichteten oder nicht-beschichteten Polymersubstraten beschrieben, wobei die Überzugszusammensetzung umfasst:

(a) ein festes, wasserlösliches Salz einer Acrylamidoalkansulfonsäure,
(b) ein oder mehrere ethylenisch ungesättige(s) Monomere(s) mit Ausnahme des festen, wasserlöslichen Salzes einer Acrylamidoalkansulfonsäure oder Oligomere, die durch Ultraviolettstrahlung photopolymerisiert werden können,
(c) ein oder mehrere funktionelle(s) Extender-Pigment(e) und
(d) ein oder mehrere Photoinitiator(en).

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eine Tinten aufnehmenden Oberfläche auf einem Substrat, wobei das Verfahren die Stufen umfasst:
Beschichtung des Substrats mit der oben definierten Beschichtungszusammensetzung und
Härtung der Beschichtung mit UV-Strahlung.
Bei dem erfindungsgemäßen Beschichten werden feste wasserlösliche Monomere verwendet, die keine signifikanten toxikologischen Eigenschaften besitzen und die eine niedrige Gefahr darstellen.
Der erfindungsgemäße Überzug bzw. die erfindungsgemäße Beschichtung ist bevorzugt eine Druckfarbe, aber er kann auch ein auftragbarer Lack sein.
Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, Materialien zu verwenden, die für die Arbeiter eine niedrigere Gefahr darstellen und die einen geringen Einfluss auf die Umgebung besitzen. Es ist weiterhin wünschenswert, dass der Überzug gut haftet und unter dem Einfluss von ultravioletter Strahlung, ohne dass eine Zwischenerwärmungsstufe erforderlich ist, härtet.
Das bevorzugte wasserlösliche Monomere ist ein festes wasserlösliches Salz einer Acrylamidoalkansulfonsäure mit einem Molekulargewicht von weniger als 600, bevorzugter zwischen 224 und 237, wobei Natrium-2-acrylamido-2-methylpropansulfonat am meisten bevorzugt ist. Der Überzug umfasst mindestens ein Monomeres dieser Klasse.
Zusätzlich können wasserlösliche oder dispergierbare Monomere oder Oligomere mit Funktionalitäten von 1 bis 3, bevorzugt 2, zur Einstellung der Adhäsion, der Härte, der Wasserempfindlichkeit und der Filmintegrität verwendet werden. Die kombinierte Konzentration, ausgedrückt durch das Gewicht der Monomeren oder Oligomeren liegt bevorzugt zwischen 10 und 90%, bevorzugter zwischen 30 und 80% und am meisten bevorzugt um 50%.
Die erfindungsgemäßen Photoinitiatoren sind gut bekannt und sie können irgendeine Auswahl von freien Radikale-erzeugenden Spezies sein, die bekannt sind und die eine annehmbare Härtung ergeben, beispielsweise der Darocure-Bereich von Ciba Specialty Chemicals. Die kombinierte Konzentration, ausgedrückt durch das Gewicht dieser Initiatoren, liegt zwischen 1 und 10%, bevorzugt zwischen 3 und 7% und am meisten bevorzugt um 5%.
Das funktionelle Extenderpigment wird so gewählt, dass die Oberflächenbenetzung maximiert wird, indem eine hohe Oberflächenspannung erzeugt wird. Die Teilchengröße kann optimiert werden um die Tintenstrahltinte vor dem Abrieb zu schützen. Diese Pigmente können in Kombination zur Einstellung verschiedener geeigneter Eigenschaften gleichzeitig verwendet werden. Die kombinierte Gewichtskonzentration der Pigmente liegt zwischen 5 und 25%, bevorzugt zwischen 10 und 20% und am meisten bevorzugt um 17%. Farblose bzw. weiße Überzüge können durch Einarbeitung von Titandioxid in Gewichtsmengen zwischen 5 und 30%, bevorzugt zwischen 15 und 25% und am meisten bevorzugt um 25% hergestellt werden. Solche Pigmente sind gut bekannt und im Handel erhältlich, beispielsweise unter dem Warenzeichen TiPure von E.I. DuPont.
Die Tintenstrahldruckdefinition kann durch Zugabe von einem modifizierten Alkylpolylsiloxan-Copolymeren in Mengen zwischen 0,1 und 1,0%, bevorzugt zwischen 0,3 und 0,7% und am meisten bevorzugt um 0,5% kontrolliert werden. Diese Klasse von Additiven ist gut bekannt und im Handel erhältlich, wie beispielsweise die BYK 300-Reihen von Byk-Chemie.
Andere Bestandteile von Typen, von denen bekannt ist, dass sie auf diesem Gebiet bei der Rezeptur UV-härtbarer Überzüge verwendet werden, können gegebenenfalls vorhanden sein. Zur Einstellung der Filmhärte, Flexibilität und den Adhäsionseigenschaften kann ein Gemisch aus passiven (nicht-reaktiven) Harzen, ausgewählt aus beispielsweise Polymethacrylaten, Polybutylacrylaten, Polymethylmethacrylaten, Polybutylmethacrylaten und Copolymeren davon, Polyvinylalkoholen, Polyvinylpyrrolidonen, Polyvinylacetaten oder reaktiven Oligomeren, wie Urethanacrylate, Epoxyacrylate und Polyesteracrylate, verwendet werden. Die Oberflächeneigenschaften können unter Verwendung von oberflächenaktiven Mitteln, Entschäumungsmitteln, Gleit- und Fließhilfsmitteln und Mattierungsmitteln eingestellt werden. Es können weiterhin Stabilisatoren gegenüber Wärme und Licht, Biozide und Identifizierungstracer verwendet werden.
Die Tinten können nach irgendeinem auf diesem Gebiet bekannten Verfahren, beispielsweise unter Rühren und Mahlen der Pigmente und Extenderpigmente, hergestellt werden.
Die Tintenstrahlaufnahmeüberzüge sind für die Anwendung bei thermoplastischen Substraten, hergestellt insbesondere aus Polycarbonaten, geeignet und solche Substrate sind mit UV-spinbeschichteten Lacken beschichtet. Das Aufbringen der Tintenstrahl-aufnehmenden Schicht kann beispielsweise durch Sieb-Stencil-Drucken, Spinbeschichtung, Walzenbeschichtung, Offsetdrucken und flexographisches Drucken erfolgen. Das bevorzugte Auftragungsverfahren ist das Sieb-Stencil-Drucken. Zum Auftragen auf das Substrat ist es nicht erforderlich, den Überzug zu erhitzen. Der Überzug wird durch Belichtung mit ultraviolettem Licht, bevorzugt mit Wellenlängen zwischen 250 und 450 Nanometern, gehärtet. Die Bestrahlung kann erfolgen, indem der Druck unter einer Quecksilberdampflampe durchgeleitet wird. Nach der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht zeigt der Überzug eine gute Adhäsion an dem Substrat. Zusätzliche UV-Belichtung oder verlängerte Lagerung wird die Tintenstrahlaufnahmefähigkeit des Überzugs nicht beeinflussen. Der beschichtete Gegenstand kann mit einem geeigneten Tintenstrahldrucker, einem wie Primera Signature II oder einem Seiko Precision CD-Drucker 2000, beschichtet werden.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiel 1
Die folgenden Bestandteile werden in der angegebenen Reihenfolge in einer Cowles-CM-100-Dispergiervorrichtung gemischt.

2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäurenatriumsalz als 50%ige Lösung in Wasser 63,9

Polyethylenglykoldiacrylat 400 6,39

2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanon 3,19

modifiziertes Silikon (bsp. BYK 321) 0,96

Magnesiumcarbonatpigment 25,56
Das Produkt ist eine milchig aussehende Tinte. Diese Tinte wird unter Verwendung von 390 Fäden pro Inch (tpi) twill mesh auf eine spinbeschichtete CD-Disc gedruckt und mit 50 fpm unter einem 200 Watt UV-Trockner durchgeführt. Die beschichtete Disc wird dann mit dem Primera Signature II-Tintenstrahldrucker bedruckt und zeigt eine gute Adhäsion und eine gute Druckdefinition.
Beispiel 2

Die folgenden Bestandteile werden in der angegebenen Reihenfolge in einer CM-100-Dispergiervorrichtung vermischt.

2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäurenatriumsalz als 50%ige Lösung in Wasser	63,9
Tripropylenglykoldiacrylat	6,39
2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanon	3,19
modifiziertes Silikon (BYK 320)	0,96
Magnesiumcarbonatpigment	25,56

Das Produkt ist eine milchig aussehende Tinte. Diese wird unter Verwendung eines 390 tpi twill mesh auf eine spinbeschichtete CD-Disc gedruckt und mit 50 fpm unter einem 200 Watt-UV-Trockner durchgeführt. Die beschichtete Disc wird dann mit einem Seiko Precision CD-Drucker 2000 bedruckt und zeigt eine gute Adhäsion und Druckdefinition.
Beispiel 3

Die folgenden Bestandteile werden in der angegebenen Reihenfolge in einer Cowles-CM-100-Dispergiervorrichtung vermischt:

2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäurenatriumsalz als 50%ige Lösung in Wasser	57,51
Polyethylenglykoldiacrylat	6,39
Actilan SPO61 (Urethanacrylat)	6,39
2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanon	3,19
modifiziertes Silikon (BYK 321)	0,96
Magnesiumcarbonatpigment	25,56

Das Produkt ist eine milchig aussehende Tinte. Diese wird unter Verwendung eines 390 tpi twill mesh auf eine spinbeschichtete CD-Disc gedruckt und mit 50 fpm unter einem 200 Watt-UV-Trockner durchgeführt. Die beschichtete Disc wird dann mit einem Seiko Precision CD-Drucker 2000 bedruckt und zeigt eine gute Adhäsion und Druckdefinition.
Beispiel 4

Die folgenden Bestandteile werden in der angegebenen Reihenfolge vermischt.

2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäurenatriumsalz als 50%ige Lösung in Wasser	57,51
Polyvinylacetatemulsion	12,78
2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanon	3,19
modifiziertes Silikon	0,96
Magnesiumcarbonatpigment	25,56

Das Produkt ist eine milchig aussehende Tinte. Diese wird unter Verwendung von 390 Fäden pro Inch (tpi) twill mesh auf eine spinbeschichtete CD-Disc gedruckt und mit 50 fpm unter einem 200 Watt-UV-Trockner durchgeführt. Die beschichtete Disc wird dann mit einem Epson Tintenstrahldrucker bedruckt und sie zeigt gute Adhäsion und Druckdefinition.
Beispiel 5

Die folgenden Bestandteile werden zusammen vermischt, wobei die Komponente A erhalten wird:

Actilan SPO 41 (Urethanacrylat)	14
Tripropylenglykoldiacrylat	8
Hochethoxyliertes Trimethylpropantriacrylat	12
Darocure 1173	0,5
Irgacure 369	0,5
Poloral 8022 (Polyesterharz)	5
Ditrimethylpropantriacrylat	3
Entschäumungsmittel (bsp. BYK 035)	1
Genorad 16 (Stabilisator)	0,5
Supreme Qualitätston (ECC)	0,6
Alcoprint PTF (Verdickungsmittel)	0,5
Destilliertes Wasser	44
Aqua Polyfluo 411 (Mittel gegen Abrieb)	4
	100

Die Komponente A wird dann mit den folgenden Bestandteilen in den Verhältnissen wie im Folgenden angegeben vermischt:

2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäurenatriumsalz als 50%ige Lösung in Wasser	45
30%ige Lösung Ghosenol GL-05 (Polyvinylalkohol) in destilliertem Wasser	27
Komponente A	18
Silika-Mattierungsmittel	10
	100

Diese Zusammensetzung wird unter Verwendung eines 390 tpi twill mesh auf eine spinbeschichtete CD-Disc gedruckt und mit 50 fpm unter einem 200 Watt-UV-Trockner durchge führt. Die beschichtete Disc wird dann mit einem Seiko Precision CD-Drucker 2000 bedruckt und sie zeigt eine gute Adhäsion und eine gute Druckdefinition.

Claims

Beschichtungszusammensetzung zur Herstellung einer einen Tintenstrahldruck aufnahmefähigen Oberfläche auf vorbeschichteten oder unbeschichteten Polymersubstraten, wobei die Beschichtungszusammensetzung Folgendes umfasst: (a) ein festes, wasserlösliches Salz einer Acrylamidoalkansulfonsäure, (b) ein oder mehrere ethylenisch ungesättigte(s) Monomer(e) mit Ausnahme des festen, wasserlöslichen Salzes einer Acrylamido-alkansulfonsäure oder Oligomere, die durch Ultraviolettstrahlung photopolymerisiert werden können, (c) ein oder mehrere funktionelle(s) Extender-Pigment(e) und (d) ein oder mehrere Photoinitiator(en).
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1, worin die Beschichtung eine Tinte ist.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, worin das feste, wasserlösliche Salz einer Acrylamidoalkansulfonsäure ein Molekulargewicht von weniger als 600, bevorzugt zwischen 224 und 237 aufweist.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 3, worin das feste, wasserlösliche Salz einer Acrylamidoalkansulfonsäure Natrium-2-acrylamido-2-methylpropansulfonat darstellt.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Monomere oder Oligomere Funktionalitäten von 1 bis 3, bevorzugt 2 aufweisen.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Monomere oder Oligomere in einer Menge zwischen 10 und 90 %, bevorzugter zwischen 30 und 80 % und am bevorzugtesten ca. 50 % bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungszusammensetzung vorliegen.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin der Initiator in einer Menge zwischen 1 und 10 %, bevorzugt zwischen 3 und 7 % und am bevorzugtesten ca. 5 % bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungszusammensetzung vorliegt.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin das Pigment in einer Menge zwischen 5 und 25 %, bevorzugt zwischen 10 und 20 % und am bevorzugtesten ca. 17 % bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungszusammensetzung vorliegt.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Beschichtungszusammensetzung weiter ein modifiziertes Silicon einschließt.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 9, worin das modifizierte Silicon ein Alkylpolysiloxan-Copolymer darstellt.
Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 9 oder 10, worin das modifizierte Silicon in einer Menge zwischen 0,1 und 1,0 %, bevorzugt zwischen 0,3 und 0,7 % und am bevorzugtesten ca. 0,5 % bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung vorliegt.
Beschichtungszusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Beschichtungszusammensetzung weiter ein nicht reaktives Polymer oder Harz einschließt.
Verfahren zur Herstellung einer Tinte aufnehmenden Oberfläche auf einem Substrat, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Beschichten des Substrats mit der Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und Härten der Beschichtungszusammensetzung mit UV-Strahlung.
Verfahren nach Anspruch 13, worin das Substrat Polycarbonat ist.
Verfahren nach Anspruch 13, worin das Substrat unbeschichtet ist.