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Die Erfindung betrifft eine Siebdruckfarbe und ein mit einer derartigen Siebdruckfarbe bedrucktes Substrat.
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Siebdruckfarben sind seit langem bekannt und dienen beispielsweise zum Bedrucken von Glas, Porzellan und Keramik. Keramische, thermoplastische Siebdruckfarben basieren auf Siliziumdioxid und Bariumdioxid mit Farbpigmenten. Als Druckmedium dient thermoplastisches Wachs, das nach dem Auftragen eingebrannt wird. Keramische, thermoplastische Siebdruckfarben sind nur in einer beschränkten Farbauswahl verfügbar. Die Farbauswahl wird zusätzlich dadurch begrenzt, dass zunehmend schärfere Schwermetallgrenzwerte gelten. Diese Siebdruckfarben weisen ein reduziertes Glanzniveau auf. Nachteilig ist, dass die Einbrenntemperatur etwa 500°C bis 600°C betragen muss. Der Energieaufwand ist hoch.
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Bei lösemittelbasierten Siebdruckfarben handelt es sich um reaktive Ein- oder Mehrkomponenten-Systeme auf organischer Basis. Bindemittel sind in organischen Lösungsmitteln gelöst. Die Verwendung von organischen Lösemitteln ist nachteilig, da diese physiologisch bedenklich, brennbar und ökologisch nachhaltig sind.
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UV-härtende Siebdruckfarben haben eine organische Basis. Die Härtung der Farbe erfolgt durch UV-Strahlung. Für eine verbesserte Beständigkeit der Bedruckung ist eine thermische Nachhärtung nötig. Im Vergleich zu wässrigen Farben weisen die UV-härtenden Siebdruckfarben eine reduzierte Spülmaschinenbeständigkeit auf.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Siebdruckfarbe mit verbesserten Eigenschaften zur Verfügung zu stellen, so dass die Siebdruckfarbe insbesondere umweltfreundlich und beständig ist und insbesondere eine verbesserte Spülmaschinenbeständigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe ist durch eine Siebdruckfarbe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Der Kern der Erfindung besteht darin, dass eine Zusammensetzung einer Siebdruckfarbe ein Bindemittel und Cosolventien aufweist. Das Bindemittel bildet ein polymeres Trägermaterial und dient als applizierter Lackfilm auf dem zu bedruckendem Gegenstand. Es wurde erkannt, dass die Siebdruckfarbe die Farbauswahl nicht begrenzt. Die Siebdruckfarbe kann nahezu mit beliebigen Farbpigmenten versetzt werden, um eine gewünschte Färbung herzustellen. Die einstellbaren Farben sind brillant und weisen insbesondere gegenüber keramischen, thermoplastischen Siebdruckfarben ein verbessertes Glanzniveau auf. Eine hohe Einbrenntemperatur ist nicht erforderlich. Der Energie- und Kostenaufwand für die Siebdruckfarbe ist reduziert. Die Siebdruckfarbe kann dünnschichtig auf einem Substrat aufgedruckt werden. Eine Mindestschichtdicke kann gering sein und insbesondere kleiner als 10 μm, insbesondere kleiner als 5 μm, insbesondere kleiner als 3 μm und insbesondere kleiner als 1 μm sein. Der Materialverbrauch für die Siebdruckfarbe ist reduziert. Die Siebdruckfarbe ist ökologisch und ökonomisch vorteilhaft. Aufgrund der geringen Schichtdicke weist ein mit der Siebdruckfarbe bedrucktes Substrat eine vorteilhafte Haptik auf. Die aufgedruckte Siebdruckfarbe ist auf dem Substrat im Wesentlichen nicht spürbar. Die Siebdruckfarbe weist auf dem Substrat eine hohe Beständigkeit und vorteilhaften Glanz auf. Die Siebdruckfarbe an sich ist hochtransparent, also farblos.
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Bei der Siebdruckfarbe gemäß Anspruch 2 oder 3 kann das Bindemittel vorteilhaft hergestellt werden. Das Bindemittel umfasst insbesondere eine Acrylatdispersion und ein aliphatisches Polyisocyanat. Das Bindemittel weist insgesamt einen Volumenanteil zwischen 50 % und 95 %, insbesondere zwischen 60 % und 90 % und insbesondere zwischen 65 % und 85 % der Zusammensetzung auf. Bevorzugt werden verkappte aliphatische Polyisocyanate verwendet, die eine einkomponentige Arbeitsweise ermöglichen. Verkappte Polyisocyanate im Sinne der Erfindung sind thermisch instabile Verbindungen von Polyisocyanaten mit Alkoholen, beispielsweise Urethanen, und/oder Aminen, beispielsweise Harnstoffen. Diese Verbindungen sind unterhalb einer Deblockierungstemperatur, die typischerweise zwischen 100°C und 180°C liegt, stabil. Unterhalb der Deblockierungstemperatur sind die verkappten Polyisocyanate, die auch als blockierte Polyisocyanate bezeichnet werden, träge, also kaum reaktiv. Bei Überschreiten der Deblockierungstemperatur zersetzen sich die Verbindungen. Die Polyisocyanate werden freigesetzt.
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Eine Siebdruckfarbe gemäß Anspruch 4 weist verbesserte Verarbeitungseigenschaften auf. Durch die Verwendung chemisch hochsiedender Glykole als Cosolventien ist eine verbesserte Verfilmung der Acrylatdispersionen möglich. Die Mindestfilmbildungstemperatur ist reduziert. Die physikalische Trocknungsgeschwindigkeit kann gezielt eingestellt und insbesondere erhöht werden. Die Gefahr eines Antrocknens der Siebdruckfarbe im Sieb ist reduziert und insbesondere verhindert. Hochsiedende Glykole sind beispielsweise Propylenglykol oder Dipropylenglykol. Die Siedetemperatur der hochsiedenden Glykole beträgt mindestens 180°C.
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Mit einem Haftvermittler gemäß Anspruch 5 wird die Haftung der Siebdruckfarbe auf dem Gegenstand verbessert. Insbesondere wird eine chemische Haftung des organischen Lackfilms, also des Bindemittels, auf dem typischerweise anorganischen Untergrund, verbessert.
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Silan als Haftvermittler gemäß Anspruch 6 weist besonders gute Hafteigenschaften auf. Silan weist organische Gruppen auf, die es ermöglichen, an dem, insbesondere organischem, Bindemittel anzudocken. Silan weist zudem Si-O-Gruppen auf, die eine Haftung am Gegenstand verbessern, der insbesondere aus anorganischem Material besteht. Insbesondere ist es nicht erforderlich, den Gegenstand oder ein Substrat aus anorganischem Material, insbesondere Glas, zu aktivieren, beispielsweise mittels eines Pyrosil-Verfahrens. Die Verarbeitung der Siebdruckfarbe ist unkompliziert und vereinfacht. Insbesondere ist eine Verarbeitung, also ein Bedrucken eines Substrats mit der Siebdruckfarbe, ohne Vorbehandlung des Substrats möglich.
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Ein Benetzungsadditiv gemäß Anspruch 7 ermöglicht die Reduzierung der Oberflächenspannung der Zusammensetzung der Siebdruckfarbe. Die Zusammensetzung ist im Wesentlichen ein wässriges Medium. Durch die Reduzierung der Oberflächenspannung ist eine ausreichende und insbesondere verbesserte Benetzung der zu bedruckenden Glasoberfläche mit der Siebdruckfarbe gewährleistet. Das Benetzungsadditiv ermöglicht eine Verbesserung des Fließverhaltens der Siebdruckfarbe, also eine Verbesserung der Rheologie.
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Ein polymeres Polysiloxan als Benetzungsadditiv gemäß Anspruch 8 ermöglicht eine besonders vorteilhafte Oberflächenbenetzung. Bevorzugt werden Polyether-modifizierte Polydimethylsiloxane verwendet.
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Ein Entschäumer gemäß Anspruch 9 reduziert die Schäumneigung der Zusammensetzung als wässriges Medium. Dadurch ist die Verarbeitbarkeit der Siebdruckfarbe verbessert. Ein Schäumen der Siebdruckfarbe kann beispielsweise durch die Bewegungen eines Rakels beim Siebdrucken verursacht werden.
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Schaumzerstörende Polysiloxane gemäß Anspruch 10 ermöglichen ein effizientes Entschäumen. Bevorzugt werden modifizierte Polysiloxan-Copolymere verwendet.
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Wasser in der Siebdruckfarbe gemäß Anspruch 11 gewährleistet eine unkomplizierte Verarbeitbarkeit. Die Siebdruckfarbe ist eine wässrige Lösung. Insbesondere kann durch die gezielte Zugabe von Wasser die Verarbeitungsviskosität der Siebdruckfarbe unmittelbar und gezielt eingestellt werden.
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Die Siebdruckfarbe als Lack gemäß Anspruch 12 ermöglicht eine unkomplizierte Verarbeitbarkeit.
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Eine lösungsmittelreduzierte und/oder schwermetallfreie Siebdruckfarbe gemäß Ansprüchen 13 oder 14 ist ökologisch und umwelttechnisch unbedenklich.
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Ein mit der Siebdruckfarbe zumindest bereichsweise bedrucktes Substrat gemäß Anspruch 15 weist im Wesentlichen die Vorteile auf, die die Siebdruckfarbe selbst hat, worauf hiermit verwiesen wird. Das Substrat weist insbesondere anorganisches Material auf und ist insbesondere Glas. Das Substrat kann im Wesentlichen flächig eben wie Fensterglas oder dreidimensional geformt wie Trinkgläser, Vasen, Flakons jeglicher Form ausgeführt sein. Das Substrat kann insbesondere unbehandelt, insbesondere ohne eine vorherige Aktivierung der Glasoberfläche, unmittelbar mit der Siebdruckfarbe bedruckt werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, zusätzliche Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist eine Zusammensetzung für eine Siebdruckfarbe folgende Bestandteile auf:
| – Acrylatdispersion | 30–60 Vol.-% |
| – Aliphatische Polyisocyanate | 20–50 Vol.-% |
| – Cosolventien | 5–15 Vol.-% |
| – Haftvermittler | 0,1–2 Vol.-% |
| – Benetzungsadditive | 0,1–2 Vol.-% |
| – Entschäumer | 0,1–2 Vol.-% |
| – Wasser | 5–20 Vol.-% |
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Es wurde erkannt, dass durch die Verwendung des Haftvermittlers eine besonders effektive und beständige Haftung des organischen Bindemittels, das die Acrylatdispersion und die aliphatischen Polyisocyanate umfasst, möglich ist. Die Siebdruckfarbe weist verbesserte Haftungseigenschaften auf und ist insbesondere spülmaschinenbeständig, wasserbeständig und laugenbeständig. Die Siebdruckfarbe weist eine hohe Abriebfestigkeit auf und ist kratzfest.
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Insbesondere wurde erkannt, dass ein Mischungsverhältnis zwischen dem Wasserlack und dem übrigen Bestandteilen der Zusammensetzung die Verarbeitung der Siebdruckfarbe einerseits und die Eigenschaften der auf einen Gegenstand gedruckten Siebdruckfarbe verbessert sind.
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Die Siebdruckfarbe kann vorteilhaft für Trinkgläser eingesetzt werden, da sie lösungsmittelreduziert ist. Insbesondere wird kein Lösungsmittel separat der Siebdruckfarbe beigegeben. Es ist denkbar, dass geringe Lösungsmittelanteile in der Siebdruckfarbe als Bestandteile des Bindemittels vorliegen. Der Volumenanteil von Lösungsmittel in der Siebdruckfarbe ist kleiner als 10%, insbesondere kleiner als 7%, insbesondere kleiner als 5%, insbesondere kleiner als 3% und insbesondere kleiner als 1%. Separate Maßnahmen zum Explosionsschutz sind bei der Verarbeitung der Siebdruckfarbe entbehrlich. Die Siebdruckfarbe ist geruchsneutral. Eine Geruchsbelastung aufgrund erhöhten Lösungsmittelanteils ist nicht gegeben. Flachglas in Form von Fensterglas und/oder Glastüren können mit der Siebdruckfarbe bedruckt und insbesondere außerhäusig eingesetzt werden. Die Siebdruckfarbe weist eine besonders hohe Witterungsbeständigkeit auf.
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Die Siebdruckfarbe harmoniert haptisch mit dem Glas. Aufgrund der verbesserten Haftungseigenschaften ist die Siebdruckfarbe besonders für die Veredelung von Hohl- und Flachglas im Siebdruckverfahren geeignet. Aufgrund der verbesserten Farbbrillanz ist die Siebdruckfarbe vielseitig einsetzbar. Insbesondere wurde erkannt, dass sich die Herstellung der Siebdruckfarbe nicht wesentlich von der Herstellung eines an sich bekannten Wasserlackes unterscheidet. Die Herstellung der Siebdruckfarbe ist unkompliziert und unaufwendig. Zudem ist die Verarbeitung der Siebdruckfarbe unkompliziert. Insbesondere ist ein erhöhter Energieaufwand für Einbrennverfahren nicht erforderlich.
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Durch Zugabe von Polyurethanverdickern und/oder pyrogenen Kieselsäuren kann die Standfestigkeit der Siebdruckfarbe verbessert werden.