CH635363A5 - Schwarzpigmentierte, uv-haertende druckfarbe. - Google Patents

Schwarzpigmentierte, uv-haertende druckfarbe. Download PDF

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CH635363A5
CH635363A5 CH909778A CH909778A CH635363A5 CH 635363 A5 CH635363 A5 CH 635363A5 CH 909778 A CH909778 A CH 909778A CH 909778 A CH909778 A CH 909778A CH 635363 A5 CH635363 A5 CH 635363A5
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Lothar Dr Dipl Chem Rothbuehr
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Description

Gegenstand der Erfindung ist eine schwarzpigmentierte UV-härtende Druckfarbe, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie zur Schwarzpimentierung einen Russ mit folgenden physikalisch-chemischen Kenndaten BET-Oberfläche 20-50 m2/g
Teilchengrösse 30-80 nm
DBP-Adsorption 30-100 ml/100 g flüchtige Bestandteile 3-10 Gew.-%
pH-Wert 3-6
enthält.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die erfin-dungsgemässe Druckfarbe zur Schwarzpimentierung einen Russ enthalten, welche mittels Nachoxidation von grobteiligen Furnace-Russen mit einer BET-Oberfläche von 20 bis 50 m2/g, einem Teilchendurchmesser von 30 bis 80 nm und einer DBP-Adsorption von 30 bis 100 ml/100 g erhältlich ist.
Die Nachoxidation kann derart erfolgen, dass man NO2 und Luft bei Temperaturen zwischen 80 und 200 °C über oder durch den zu oxidierenden Russ leitet, wobei man nach erfolgter Reaktion überschüssiges NO2 durch Luft verdrängt.
Die erfindungsgemässe UV-härtende Druckfarbe kann den Russ in Mengen von 5 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise von 10 bis 16 Gew.-%, bezogen auf die Druckfarbe enthalten.
Die folgenden analytischen Russprüfmethoden werden zur Ermittlung der physikalisch-chemischen Kenndaten der Russe benutzt.
Oberflächengrössenbestim-mung durch
Stickstoffadsorption nach Brunnauer, Emmet und Teller -DIN 66 131
Elektronenmikroskopische Aufnahmen und Auswertungen des arithmetischen Mittels ASTMD 2414/70 DIN 53 522 jedoch lg Einwaage pH-Wert DIN 53 200
Die erfindungsgemässe Druckfarbe weist die folgenden Vorteile auf:
Sie härtet selbst bei 6monatiger Lagerung nicht aus. Sie trocknet extrem schnell und ergibt somit wischfeste Drucke.
Die erfindungsgemässe schwarzpimentierte UV-härtende Druckfarbe wird anhand der folgenden Beispiele näher beschrieben und erläutert:
Beispiel 1
In ein UV-härtendes Druckfarbenbindemittel auf Acrylat-basis werden die nachstehend aufgeführten Russe eingearbeitet:
BET-
Elektro-
DBP
flüchtige pH-
Oberflä-
nenmikr.
Absorp
Bestand
Wert
chen-
Teilchen tion teile
grösse durchmes
5
ser
m2/g nm ml/100 g %
Handelsrusse (für Vergleichsversuche)
«Printex» V
110
25
120
6
4
to «Printex» 400
95
23
45
2
10
«Printex» A
■ 46
41
120
2
9
«Printex» G
31
51
95
2
9
«Printex» 200
45
56
45
2
9
Flammruss 101
20
95
115
2
7
15 Spezialschwarz 4 180
25
110
14
3
Spezialschwarz 15100
23
45
5
5
Versuchsrusse gemäss Erfindung
Russ 1002
19
85
112
3
3
20 Russ 1003
30
50
95
5
5
Russ 1005
45
40
45
3
3
25
Die Einarbeitung erfolgt auf einer Dreiwalze, die Russkonzentration beträgt 16 Gew.-%.
Die Druckfarben werden auf einer Handandruckmaschine angedruckt und in drei Passagen mit einem Impulsstrahltrockner bei einer Arbeitsgeschwindigkeit von 2 m/s ausgehärtet. Unmittelbar nach der Strahlungseinwirkung wurde jeweils ein Abschmiertest durchgeführt, und die abgeschmierten Farb-30 filme wurden visuell beurteilt. Hohe Werte zeigen ein starkes Abschmieren und damit eine schlechte Aushärtung an, niedrige Zahlen eine gute Aushärtung. Ausserdem wurde mit einem Baldwin-Densitometer die optische Dichte der Andrucke bestimmt.
35
BET-Oberflächengrösse
Elektronenmikroskopischer T eilchendurchmesser
DBP-Absorption Flüchtige Bestandteile
Abschmiernoten nach optische
*r\
1
2
3 Passagen
Dichte
Bekannte Druckfarben mit:
«Printex» V
4
2,4
1
1,98
«Printex» 400
3,5
2
1
1,75
45 «Printex» A «Printex» G
3
1,5
1
1,85
3
2
1
1,70
«Printex» 200
3
2
1
1,73
Flammruss 101
4
1
1
1,70
Spezialschwarz 4
4
3
1
1,95
50 Spezialschwarz 15
5
3
2
1,85
55
Erfindungsgemässe Druckfarben mit:
Russ 1002 2 1 1
Russ 1003 2,5 1,5 1
Russ 1005 2 1 1
1,68 1,66 1,75
Die Ausführungsformen der erfindungsgemässen, schwarzpigmentierten Druckfarbe trocknen bei UV-Bestrahlung eindeutig schneller als diejenigen mit Handelsrussen. Die optische 60 Dichte reicht für den angestrebten Erfolg aus.
Beispiel 2
Die im Beispiel 1 beschriebenen Druckfarben werden in festverschlossene Lagerbehälter abgefüllt und in einem Klima-65 räum bei 23 °C gelagert. Nach sechs Monaten werden die Lagerbehälter geöffnet, und es wird versucht, die Viskosität nach DIN 53 22 (Entwurf Juli 1976) zu messen. Dabei werden folgende Ergebnisse erhalten:
635 363
4
Bekannte Druckfarben mit: Viskosität Fliessgrenze
(P) (dyn/cm2)
Abschmieren, schlechte Aushärtung an, niedrige Zahlen das Gegenteil:
«Printex» V
ausgehärtet fest
«Printex» 400
ausgehärtet fest
«Printex» A
ausgehärtet fest
«Printex» G
ausgehärtet fest
«Printex» 200
ausgehärtet fest
Flammruss 101
ausgehärtet fest
Spezialschwarz 4
ausgehärtet fest
Spezialschwarz 15
573
1000
Nach sechs Monaten sind alle Farben mit den eingesetzten Handelsrussen ausgehärtet. Die einzige Ausnahme macht das Produkt Spezialschwarz 15.
Erfindungsgemässe
Viskosität
Fliessgrenze
Druckfarben mit:
(P)
(dyn/cm2)
Russ 1002
571
400
Russ 1003
680
500
Russ 1005
510
200
10
15
20
25
Da von einer Druckfarbe verlangt werden muss, dass sie mindestens ein halbes Jahr ohne Eigenschaftsverschlechterung aufbewahrt werden kann, fallen alle Handelsrusse, mit Ausnahme von Spezialschwarz 15, aus. Daneben zeigen nur die erfindungsgemässen Druckfarben mit den grobteiligeren Russen 1002,1003 und 1005 eine Viskosität, die ein Verdrucken gestattet.
Beispiel 3
Die vier nach 6monatiger Lagerung gemäss Beispiel 2 erhaltenen Druckfarben mit den Russen Spezialschwarz 15 Russ 1002 Russ 1003 Russ 1005
werden mit einem Probedruckgerät auf weisser Hart-PVC-Folie mit einer Farbgebung von ca. 2,5 g/m2 verdruckt. Anschliessend wird die Aushärtung mit einer energiearmen Quarzlampe von 40 W/cm bei 3 s Einwirkzeit durchgeführt. Direkt nach der Strahlungseinwirkung wurde ein Abschmiertest durchgeführt und die abgeschmierten Farbfilme visuell beurteilt. Hohe Zahlen zeigen einen ungünstigen Wert, viel
Spezial
Russ
Russ
Russ schwarz 15
1002
1003
1005
Abschmiernote nach Drucken 4
2,5
2
2
und Aushärten
optische Dichte der Andrucke 1,55
1,52
1,74
1,64
Die beiden Russe 1003 und 1005 zeigen die besten Verdruckbarkeit und das schnellste Aushärten, sichtbar gemacht durch einen geringen Abschmiertestwert. Die optische Dichte reicht für den angestrebten Erfolg aus.
Beispiel 4
Die vier nach ömonatiger Lagerung gemäss Beispiel 2 erhaltenen Druckfarben werden in der in Beispiel 3 angegebenen Weise auf Kunstdruckpapier verdruckt und einem Abschmiertest unterworfen. Die Bestrahlungsdauer ist in diesem Falle 1 s.
■Spezial-
Russ
Russ
Russ schwarz 15
1002
1003
1005
Abschmiernote nach Drucken 4
2,5
2,2
und Aushärten
optische Dichte der Andrucke 1,85
1,68
1,66
1,75
30
35
40
45
Auch bei diesen Versuchen zeigen die beiden Russe 1003 und 1005 die beste Aushärtung.
Die in den Ausführungsformen der erfindungsgemässen UV-härtenden Druckfarbe der Beispiele 1 bis 4 verwendeten Russe weisen die folgenden physikalisch-chemischen Kenndaten auf:
BET-Ober
Elektronenmikros
DBP
flüchtige pH-
fläche kopischer
Adsorp- Bestand-
Wert
m2/g
Teilchendurchmes-
tion teile
ser
Russ 1002
19
85
112
3
3
Russ 1003
30
50
95
5
5
Russ 1005
45
40
45
3
3
G

Claims (5)

  1. 635 363
    PATENTANSPRÜCHE
    1. Schwarzpigmentierte, (JV-trocknende Druckfarbe, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Schwarzpigmentierung einen Russ mit folgenden physikalisch-chemischen Kenndaten enthält:
    BET-Oberfläche 20-50 m2/g
    Teilchendurchmesser 30-80 nm
    DBP-Adsorption 30-100 ml/100 g flüchtige Bestandteile 3-10 Gew.-%
    pH-Wert 3-6
  2. 2. Druckfarbe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Russ ein durch Nachoxidation von grobteiligem Fur-naceruss mit einer BET-Oberfläche von 20-50 m2/g, einem Teilchendurchmesser von 30-80 nm und einer DBP-Adsorption von 30-100 ml/100 g erhältlicher Russ ist.
  3. 3. Druckfarbe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mengenanteil des Russes 5-20 Gew.-%, vorzugsweise 10-16 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Druckfarbe, beträgt.
    UV-härtende Druckfarben sind schon seit einiger Zeit aus der Patentliteratur bekannt (vgl. DE-AS 23 58 948). Erst in neuerer Zeit wurden jedoch UV-Druckfarben entwickelt, die eine gewisse Praxisreife besitzen. Allen bisher bekannt gewordenen UV-Druckfarbensystemen haften jedoch immer noch eine Reihe verschiedener, zum Teil schwerwiegender Mängel an, so dass sie sich bisher auf dem Markt nicht durchsetzen konnten.
    UV-Druckfarben besitzen gegenüber konventionellen Druckfarben einige potentielle Vorteile; sie können völlig lösungsmittelfrei aufgebaut werden; sie sind z.B. im Rollendruck wesentlich umweltfreundlicher als konventionelle Heat-Set-Druckfarben, bei denen zum Teil erhebliche Mengen unverbrannter oder teilverbrannter Mineralöle in die Atmosphäre emittiert werden; im Bogendruck, besonders bei der Herstellung qualitativ hochwertiger Mehrfarbendrucke oder beim Druck auf wenig oder nicht saugfähige Bedruckstoffe, wie spezialbeschichtete Papiere, Metall- oder Kunststoff-Folien ist die Verarbeitungsgeschwindigkeit wegen der geringen Trocknungsgeschwindigkeiten oxidativ trocknender Systeme oft so gering, dass vom Druck bis zur Weiterverarbeitung, wie Schneiden, Falzen usw., bis zu 10 Stunden und mehr vergehen, wodurch die Produktivität gering ist, die Leistungsfähigkeit der teuren Druckmaschinen nicht ausgelastet werden kann und hohe Lagerkosten entstehen. Mit der UV-härtenden Druckfarbe kann dagegen eine sofortige Trocknung nach Verlassen der Druckbogen aus dem Druckwerk auf jedem beliebigen Bedruckstoff erreicht werden, ohne dass Abliegen im Stapel auftritt oder bestäubt werden muss.
    UV-Druckfarben besitzen gegenüber konventionellen Druckfarben auch noch einige drucktechnische Vorteile in Bezug auf die Qualität der Drucke. Es lassen sich z.B. höhere Scheuerfestigkeit der fertigen Drucke erzielen. Durch die Möglichkeit, beim Mehrfarbendruck nach jedem einzelnen Farbauftrag rasch trocknen oder antrocknen zu können, wird die quali-tätsmindernde Druckerscheinung «Doublieren» völlig verhindert. Die schwierige und oft langwierige genaue Abstimmung der Farbfolge mit Viskositäts- und Tackabstufungen des Nass-in-Nass-Drucks, besonders im Buchdruck wird durch Trocknung jeder einzelnen Farbe vor dem nächsten Farbauftrag, wesentlich vereinfacht und problemlos gemacht.
    Um alle diese potentionellen Vorteile von UV-Druckfarben gegenüber herkömmlichen Druckfaren auch wirklich zu erreichen, muss eine UV-Druckfarbe folgenden vier Hauptanforderungen genügen:
    1. Härtungsgeschwindigkeit
    Es ist eine äusserst hohe Härtungsaktivität unter UV-Licht notwendig bei einer möglichst geringen Zahl von Hochlei-stungs-UV-Lampen, z.B. eine Hg-Hochdrucklampe mit einer 5 spez. Leistung von 80 Watt pro cm Bogenlänge und pro Farbauftrag. Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens hängt stark von den aufzuwendenden Investitionskosten der UV-Trocknungs-anlage und deren Energie- und Unterhaltskosten beim Trocknen ab. Beim Offset-Rollendruck sind die Investitionskosten io einer UV-Trocknungsanlage gegenüber herkömmlichen Heat-Set-Hitzetrocknungsanlagen erheblich geringer. Die laufenden Betriebskosten können jedoch bei UV-Härtung deutlich höher liegen, wenn aufgrund zu geringer Härtungsaktivität der UV-Farben eine zu hohe Lampenleistung installiert werden muss. 15 Im Bogendruck kommen Investitionskosten und Betriebskosten, im Falle des Papierdrucks, neu hinzu. Diese Kosten müssen mit der Kostenersparnis durch höhere Produktivität beim Druck mit UV-Farben konkurrieren.
    20 2. Verdruckbarkeit
    Die drucktechnischen Eigenschaften der UV-Druckfarben hinsichtlich Viskosität, Tack, Viskositäts- und Tackverhalten " bei Temperaturveränderungen und Druckgeschwindigkeitsänderungen, insbesondere die Verdruckbarkeit bei sehr hohen 25 Druckgeschwindigkeiten, im Offsetdruck zusätzlich Verhalten gegen Wasser, müssen dem Stand der Technik konventioneller Druckfarben entsprechen. Um eine sehr schnelle UV-Härtung zu erreichen, müssen UV-Druckfarben völlig anders aufgebaut sein als konventionelle Druckfarben. Um mit völlig anders auf-30 gebauten Druckfarbenbindemitteln die hier beschriebenen Forderungen zu erfüllen, d.h. UV-Druckfarben ebenso problemlos bei hohen Druckgeschwindigkeiten verdrucken zu können wie gute herkömmliche Druckfarben, genügt es nicht, ein Bindemittel aus schnell polymerisierenden, in der Patentliteratur 35 unter «vernetzenden Monomere» oder «photopolymerisier-bare Monomere» häufig genannten Substanzen zusammenzusetzen. Auswahl und Kombination der einzelnen Komponenten des Bindemittels für UV-Druckfarben müssen nicht nur hinsichtlich hoher Härtungsgeschwindigkeit, sondern ganz beson-40 ders auch hinsichtlich optimaler Verdruckbarkeit sehr sorgfältig erfolgen.
  4. 3. Toxizität, Hautreizung, Aggressivität gegenüber Druckmaschinen* und Druckvorlagematerialien
    45 Um eine sehr schnelle UV-Härtung zu ermöglichen, müssen beim Aufbau der photopolymerisierbaren Verbindungen Verbindunsteile eingebaut werden, welche mehr oder weniger toxisch sowie haut- und schleimhautreizend sind, ferner lösend oder quellend auf Walzenbezüge in der Druckmaschine sowie so auf Beschichtungen von Druckplatten wirken können. Die am Bindemittelaufbau beteiligten Komponenten müssen daher in ihrer chemischen Struktur und in ihren physikalischen Eigenschaften so beschaffen sein, dass die negativen Wirkungen der schnell polymerisierenden Verbindungsteile möglichst gering 55 gehalten bzw. eliminiert werden.
  5. 4. Lagerstabilität
    Die Druckfarben sollten eine möglichst hohe Lagerstabilität von mindestens 3 bis 6 Monaten aufweisen. Die Lagerstabili-60 tät unter Ausschluss von Licht hängt im wesentlichen von der Stabilität der verwendeten Monomere und der thermischen Stabilität des verwendeten Photoinitiators ab.
    Die Stabilität der Monomere lässt sich, falls keine zu grosse Empfindlichkeit vorliegt, durch Zusatz üblicher Polymerisa-65 tionsinhibitoren relativ einfach regeln. Eine grosse Anzahl der dem Fachmann allgemein bekannten, besonders wirksamen Photoinitiatoren liefert jedoch auch im Dunkeln polymerisa-tionsauslösende Radikale, die auch durch grössere Mengen an
    3
    635 363
    Inhibitoren ohne Behinderung der Photopolymerisation nicht mehr abgefangen werden können. Der zu verwendende Photoinitiator muss daher besonders für sehr schnelle Trocknung auch hinsichtlich Lagerstabilität sorgfältig ausgewählt werden.
    Obwohl es bekannt und üblich ist, Druckfarben mit Russen der unterschiedlichsten Provenienz schwarz zu pigmentieren, versagen nun die bekannten Russtypen bei Anwendung in UV-härtenden Druckfarben. Die Druckfarben mit bekannten Russtypen neigen bei Lagerung zum Eindicken und härten bei der UV-Bestrahlung zu langsam aus.
CH909778A 1977-08-29 1978-08-29 Schwarzpigmentierte, uv-haertende druckfarbe. CH635363A5 (de)

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