NL2009350C2 - Samenstelling voor drukinkt en werkwijze voor het bedrukken van objecten. - Google Patents

Description

Samenstelling voor drukinkt en werkwijze voor het bedrukken van objecten

De uitvinding heeft betrekking op een 5 samenstelling voor drukinkt. Meer in het bijzonder heeft de samenstelling betrekking op - een lithografische - drukinkt, bijvoorbeeld een zogeheten "heatset" inkt, geschikt voor het drukken van kranten, folders, magazines alsook verpakkingsmateriaal.

10 Conventionele samenstellingen voor drukinkt maken gebruik van een hoeveelheid minerale olie. Bijkomend kan dergelijke minerale olie migreren in voedsel via een recyclingproces dat gebruikt wordt ten behoeve van bijvoorbeeld verpakkingen in de levensmiddelenindustrie. Dit 15 betekent significante beperkingen aan het hergebruik van papier en/of karton bedrukt met dergelijke drukinkt. Bij het headset proces resulteert het vervangen van minerale olie door een hoeveelheid plantaardige/natuurlijke olie, bijvoorbeeld op basis van soja, in een negatief effect op 20 met name de droging, waardoor de druksnelheid op bestaande installaties op significante wijze achteruitgaat tot bijvoorbeeld wel een factor drie. Dit is uit efficiëntie overwegingen dan ook erg kostbaar.

De onderhavige uitvinding heeft tot doel een 25 samenstelling voor een drukinkt te verschaffen die bovengenoemde problemen opheft of ten minste vermindert.

Dit doel wordt bereikt met de samenstelling voor drukinkt volgens de vinding, de samenstelling omvattende: - een hoeveelheid organische pigmenten, 30 vulstoffen, rosin gemodifieerd hars en/of koolwaterstofhars en/of alkydhars; en - een hoeveelheid ether.

2

Door het toevoegen van een ether en het verwijderen van in hoofdzaak de gehele hoeveelheid minerale oliën uit de samenstelling voor de drukinkt is verrassenderwijs gebleken dat een gedrukt product, 5 bijvoorbeeld een krant, folder, magazine of verpakkingsmateriaal, van goede kwaliteit kan worden verkregen. Het is gebleken dat hierbij een goed droogresultaat wordt verkregen waardoor de capaciteit van het drukproces niet noemenswaardig wijzigt ten opzichte van 10 de conventionele samenstelling.

Door een samenstelling voor drukinkt te voorzien van een hoeveelheid ether in combinatie met andere componenten wordt in een momenteel geprefereerde voorkeursuitvoeringsvorm volgens de vinding een 15 samenstelling verkregen omvattende: - 10-25% organisch kleurpigment Y12, Y13, Y174, R53-1, R57-1, PB15-1, PB15-3 of roet (zwart), en/of andere pigmenten, - 5-20% vulstof van China clay, calciumcarbonaat, 20 talk en/of andere voor de vakman bekende vulstoffen, - 10-30% gum rosin gemodificeerde hars, voorbeelden van rosin gemodificeerde harsen kunnen phenolharsen zijn. Voordeligerwijs worden 25 de phenolen geselecteerd uit de groep nonylphenol, dinonylphenol, p-tert-butylphenol, - 2-10% koolwaterstofhars met bij voorkeur een minimaal smeltpunt van 120 °C, - 0-20%, bij voorkeur 0-10%, alkydhars, bij 30 voorkeur op basis vegetale olie, zoals soja olie en lijnzaadolie, - 0-10% water, 3 - 0,5-10%, in het bijzonder 0-5%, additieven ter verbetering van het lithografische gedrag van de inkt en ter verbetering van de mechanische eigenschappen van de inktfilm, en optioneel 5 metaaldrogers ter bevordering van de oxidatie droging, en - 10-40% ether, bij voorkeur een alkyl ether van het type CxHy-0-CxHy, met bij voorkeur x>3 en y>7.

10 In de context van de huidige uitvinding betekent de term "hars" een hars die een plantaardig oorsprong heeft of die een kunststof is zoals, een polyuretaanhars of een epoxyhars.

In de context van de huidige uitvinding kan de 15 term "rosin hars" ook als colofonium of pijnhars worden genoemd. Een rosin gemodificeerde hars is een rosin hars waarbij de rosin die chemisch wordt gemodificeerd anders dan door een esterificatie, een hydrogenatie of een dimerizatie. De chemische modificatie kan bijvoorbeeld een Diels-Alder 20 reactie zijn, tussen diterpeencarbonzuur (zoals pimaarzuur of abietinezuur) en een anhydride omvattende ten minste één koolstof-koolstof dubbel binding (zoals maleïnezuuranhydride) of een carbonzuur omvattende ten minste één koolstof-koolstof dubbel binding (zoals 25 fumaarzuur of maleïnezuur). De genoemde gemodificeerde rosin verkregen door de reactie van de diterpeencarbonzuur met de anhydride of de carbonzuur omvat een vrije -COOH functie die kan dan nog met een alcohol reageren, zoals een polyol (glycerol of pentraerytritol), een primaire alcohol 30 reageren, een lange hydroxyalkyl (een alcohol met meer dan zes carboonatoom), een phenol.

De rosin gemodificeerde phenolhars kan ook het product van de esterificatie van een polyol (zoal glycerol of 4 pentraerytritol) met een polycondensaat van rosin, een phenol (of bisphenol A) en formaldehyde zijn.

De harsen waarbij de rosin wordt gemodificeerd met een phenol zijn rosin gemodificeerd phenolharsen.

5 In de context van de huidige uitvinding betekent het term "phenolhars" een hars die phenol (C6H6OH) of een phenolisch groep (C6H60-) omvat. "Phenol" is een hydroxybenzeen, dat wil zeggen een organische verbinding bestaande uit een benzeenring waarvan één waterstofatoom is 10 gesubstitueerd door een hydroxylgroep (-OH). Phenol is in de context van de huidige uitvinding te begrijpen als de algemene naam van de phenolen: een groep aromatische verbindingen die één of meerdere OH-groepen op de benzeenring gesubstitueerd heeft staan, zoals één OH-groep, 15 twee OH-groepen, drie OH-groepen, vier OH-groepen. Voorbeeld van dergelijke verbindingen zijn cresol (een met een methylgroep gesubstitueerde phenol) en xylenol (een met twee methylgroepen gesubstitueerde phenol).

De phenolharsen van de samenstelling volgens de 20 huidige uitvinding omvat phenolen die gesubstitueerd of ongesubstitueerd kunnen zijn. De substitutie(s) op een phenol kan één of meerdere alkyl-groepen zijn, zoals methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, i-butyl, t-butyl, n-pentyl, i-pentyl, neopentyl, n-hexyl, n-heptyl, n-octyl, n-25 nonyl, n-decyl, n-undecyl, n-dodecyl. De substitutie kan zijn op de ortho (o-), meta (m-) of para (p-) positie van de phenol. De alkyl-groepen kunnen zelf ook gesubstitueerd zijn door een alkyl zoals hierboven genoemd, of een groep gekozen uit hydroxyl (-OH), thiol (-SH), ketone (C=0), carboxy (-30 C00-), aldehyde (-CHO).

In de context van de huidige uivinding is de uitdrukking "één of meerdere alkyl-groepen" te begrijpen als 5 één, twee, drie, vier. De phenol kan dus alkylphenol, dialkylphenol, trialkylphenol, tetraalkylphenol betreffen.

In de context van de huidige uitvinding is het koolwaterstofhars een hars gemaakt uit organische 5 verbindingen. Voordeligerwijs omvat het koolwaterstofhars in de samenstelling volgens de uitvinding ten minste dertig koolstofatomen, meer voordeligerwijs ten minste vijftig koolstofatomen, meest voordeligerwijs ten minste zestig koolstofatomen.

10 In de context van de huidige uitvinding is het alkydhars een polyester. Alkydharsen worden verkregen door de polycondensatiereactie van polyalcoholen (bijvoorbeeld pentaerytritol, trimethylolpropaan of propeenglycol) en meerbasische organische zuren, zoals een alkyl, een alkenyl 15 of een aryl, waarbij elke genoemde groep ten minste twee -COOH groepen omvat. Voorbeelden zijn ftaalzuur, oxaalzuur, malonzuur, maleïnezuur, fumaarzuur, barnsteenzuur, glutaarzuur, adipinezuur, pimelinezuur, kurkzuur, azelaïnezuur, sebacinezuur, brassylzuur, of een vetzuur die 20 meer dan één -COOH groep omvat, of de overeenkomstige anhydride, zoals ftaalzuuranhydride.

In de context van de uitvinding is het alkydhars bij voorkeur een alkydhars op basis van een vegetale olie. Een vegetale olie, ook gedesigneerd als plantaardige olie kan 25 bijvoorbeeld soja olie en/of lijnzaadolie zijn.

Verrassenderwijs is gebleken dat het gebruik van de ether, en eventuele additieven, in de samenstelling volgens de vinding de eigenschappen van de minerale olie overneemt met soortgelijke effecten. De genoemde ether is 30 voordeligerwijs een dialkylether, een alkylalkenylether, een alkylarylether, een alkylcycloalkylether, een alkylcycloalkenylether, een dialkenylether, een alkenylcycloalkylether, een alkenylarylether, een cyclische 6 ether, een diarylether, een kroonether. Meer voordeligerwijs is de ether in de samenstelling volgens de uitvinding gekozen uit de groep die bestaat uit alkylarylether, alkylcycloalkylether, dialkylether, diarylether, cyclische 5 ether en een kroonether.

In de context van de huidige uitvinding is een alkylarylether een ether die de formule alkyl-O-aryl heeft. Een alkylcycloalkylether is een ether met de formule: alkyl-O-cycloalkyl. De term "alkyl" is te begrijpen als lineair 10 alkyl die gesubsitueerd of ongesubstitueerd is. De substitutie kan bijvoorbeeld een methyl-, ethyl-, propyl-groep zijn, of een hydroxy (-OH) groep zijn. Dialkylethers zijn organische verbindingen die lineair zijn en hebben de algemeen formule: alkyl-O-alkyl, waarbij beide alkylgroepen 15 de CnH2n+i formule hebben. De alkylgroepen kunnen hetzelfde of verschillend zijn. Een diarylether is een ether met de aryl-O-aryl formule, zoals diphenylether. Een cyclische ether is een heterocyclische alkane waarbij het heteroatoom een -0-is. Kroonethers zijn verbindingen met een aantal ether-20 verbindingen in een kringvormig molecuul. In het bijzonder is gebleken dat de samenstelling volgens de uitvinding bijzonder geschikt is voor toepassing als mineraalolievrije lithografische "heatset" drukinkt.

Hierdoor is het echter mogelijk de bedrukte papieren en 25 kartonnages te hergebruiken voor allerlei toepassingen inclusief kartonnen verpakkingen voor de levensmiddelenindustrie. Machinesnelheden tijdens het drukken van ten minste 10 m/sec zijn haalbaar gebleken bij een temperatuur van ten hoogste 135 °C.

30 In de context van de huidige uitvinding heeft de aryl ten minste drie koolstofatomen. De aryl kan ook ten minste zes koolstofatomen of tien koolstofatomen hebben.

7

In de context van de huidige uitvinding is een alkenyl een groep die ten minste één dubbele C-C verbinding (C=C) en ten minste drie koolstofatomen omvat, voordeligerwijs ten minste vier koolstofatomen, meer 5 voordeligerwijs ten minste zes koolstofatomen.

Cyclische ethers zijn in de context van de huidige uitvinding ethers die een ring met een heteroatoom (de etherfunctie -0-) vormen. Een goedwerkend voorbeeld in de samenstelling volgens de uitvinding is tetrahydrofuraan 10 (THF, met formule C4H80) .

Kroonethers, ook polyethers genoemd, zijn cyclische chemische verbindingen die bestaan uit een ring met verschillende ethergroepen. De meest voorkomende kroonethers zijn oligomeren van ethyleenoxide, waarbij de 15 herhalende eenheid een ethyleenoxy is, namelijk-CH2CH20-. Belangrijke leden van deze serie zijn tetrameer (n = 4) , penta (n = 5) en de hexameer (n = 6). Kroonethers binden bepaalde kationen in sterke mate, om complexen te vormen. Voorbeelden zijn 18-kroon-6 (achttien atomen in de ring en 20 zes zuurstofatomen), 15-kroon-5, en 12-kroon-4.

Een samenstelling voor drukinkt volgens de vinding kan ook als alternatief en/of aanvullend gebruik maken van enige andere componenten, zoals andere phenolharsen.

In een voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens 25 de onderhavige uitvinding omvat de ether di-n-octyl-ether.

Door toevoeging van een lineair dialkylether, zoals di-n-hexyl-ether, di-n-hepyl-ether, di-n-octyl-ether, di-n-nonyl-ether, di-n-decyl-ether, di-n-dodecyl-ether, di-n-tetradecyl-ether, di-n-icosyl-ether aan de samenstelling 30 volgens de vinding is gebleken dat in hoofdzaak het geheel van minerale olie in de samenstelling voor drukinkt kan worden afgezien. Overigens behoort het gebruik van één of meer ethers als alternatief en/of aanvulling, zoals 8 dimethylether (CH3-O-CH3) en/of diëthylether (CH3CH2-O-CH2CH3) ook tot de mogelijkheden volgens de vinding. Hierbij is gebleken dat een ether van het type CxHy-0-CxHy met bij voorkeur x>3 en y>7, zoals di-n-octyl-ether met x=8 en y=17, 5 in een gewenste werking van de samenstelling volgens de vinding voor drukinkt resulteert. Het gebruik van zwaardere alkylethers behoort nadrukkelijk ook tot de mogelijkheden.

De ether in de context van de uitvinding kan ook twee lineare alkylgroepen omvatten die gesubstitueerd zijn, 10 bijvoorbeeld met een methyl-, ethyl- of propyl-, of phenyl-groep. Voordeligerwijs kan in de lineaire dialkyl-ether de dialkyl ten minste drie koolstofatomen omvatten, meer voordeligerwijs ten minste vier koolstofatomen, nog meer voordeligerwijs ten minste zes koolstofatomen, meest 15 voordeligerwijs ten minste acht koolstofatomen. De twee alkyl-groepen kunnen verschillend zijn van elkaar of kunnen hetzelfde zijn.

Voorbeelden van ethers die goede resultaten geven in de samenstelling volgens de uitvinding kunnen zijn: di-n-20 hexylether, di-n-heptylether, di-n-octylether, di-n-nonylether, di-n-decylether, di-n-dodecylether, di-n-tetradecylether, di-n-icosyl-ether-methyl. In het bijzonder di-n-octylether geeft bijzonder goede resultaten.

Volgens de huidige uitvinding geeft een arylether 25 ook goede resultaten in de samenstelling, zoals alkylarylether of dialkylether. Voorbeelden kunnen zijn een arylether die is gekozen uit de groep die bestaat uit methylphenylether, ethylphenylether, en diphenylether.

In een voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens 30 de onderhavige uitvinding omvat de samenstelling een hoeveelheid ether in het bereik van 10-40 gewicht %, bij voorkeur in het bereik van 15-30 gewicht%, en met de meeste voorkeur zo'n 25 gewicht%.

9

Het is gebleken dat toevoeging van een hoeveelheid ether de gewenste effecten van minerale oliën uit conventionele samenstellingen voor drukinkt realiseert. Hoewel de exacte hoeveelheid mede afhangt van de specifieke 5 samenstelling in combinatie met de specifieke verwerkingscondities zoals temperatuur en snelheid is gebleken dat met name een percentage van zo'n 15-30 gewicht% voordelige resultaten bewerkstelligt.

In een momenteel geprefereerde 10 voorkeursuitvoeringsvorm wordt aan de samenstelling één of meerdere kleuren toegevoegd om daarmee de drukinkt ook van kleur te voorzien. Het is gebleken dat dit geen nadelig effect heeft op de kwaliteit van het gedrukte werk.

In een voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens 15 de onderhavige uitvinding omvat de samenstelling een hoeveelheid vegetale olie in het bereik van 2-25 gewicht %, en bij voorkeur zo'n 5 gewicht%.

De vegetale olie is bijvoorkeur een soja olie en/of lijnzaadolie. Ook andere oliën behoren tot de 20 mogelijkheden. Het is gebleken dat in de meeste toepassingen als hoeveelheid alkylether het bereik van 10-30 gewicht% gehanteerd kan worden. Verder is gebleken dat door het gebruik van een vegetale olie met name goede resultaten worden bereikt in zogeheten "coldset" en "sheetfed" 25 toepassingen. Voor laatstgenoemde toepassing wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van de optionele metaaldrogers, waarbij de hoeveelheid additieven bij voorkeur ligt in het bereik 3-7 gewicht%, en de hoeveelheid alkydhars bij voorkeur ligt in het bereik van 10-20 gewicht %.

Het behoort ook tot de mogelijkheden de samenstelling in soortgelijke vorm toe te passen op bijvoorbeeld olie gebaseerde vernissen.Voor de vernis wordt 30 10 bij voorkeur gebruik gemaakt van de genoemde "heatset" en/of "sheetfed" samenstellingen, waarbij afgezien wordt van de pigmenten.

De vinding heeft tevens betrekking op een drukinkt 5 en/of een gedrukt object voorzien van een opdruk met de samenstelling voor drukinkt zoals bovenstaand beschreven.

Een dergelijke drukinkt en/of object biedt dezelfde effecten en voordelen als beschreven voor de samenstelling. Een dergelijk object betreft bijvoorbeeld een 10 papier, folder, krant, magazine of verpakking.

De uitvinding heeft verder betrekking op het gebruik van bovengenoemde samenstelling en/of een werkwijze voor het bedrukken van bijvoorbeeld papier en/of karton, omvattende het voorzien van een samenstelling voor drukinkt 15 zoals bovenstaand beschreven.

Voor een dergelijke werkwijze en het gebruik van de samenstelling voor de drukinkt gelden gelijke effecten en voordelen als die beschreven en/of getoond voor de samenstelling. Volgens de werkwijze wordt eerst een 20 samenstelling gerealiseerd waarbij bij voorkeur geheel van minerale olie kan worden afgezien. Tevens kan de hoeveelheid plantaardige of natuurlijke olie, bijvoorbeeld op basis van soja, bij voorkeur beperkt blijven, of kan zelfs ook daar van worden afgezien door het gebruik van de ether, in een 25 momenteel geprefereerde voorkeursuitvoeringsvorm in het bijzonder di-n-octyl-ether. Zoals voorgaand vermeld, kan de werkwijze volgens de vinding ook worden toegepast om daarmee het gebruik van tolueen in het drukproces terug te dringen of zelfs geheel geen tolueen te gebruiken.

30 Verdere voordelen, kenmerken en details van de uitvinding worden toegelicht aan de hand van één of meer voorkeursuitvoeringsvormen van de samenstelling.

11

Nadrukkelijk wordt opgemerkt dat ook andere samenstellingen volgens de vinding mogelijk zijn.

De gegeven gewichtpercentages geven een ordegrootte weer en de gewichtspercentages kunnen variëren met enkele % rond de 5 hierna gegeven gewicht %.

Een eerste samenstelling maakt gebruik van di-n-octyl-ether als alternatief voor het gebruik van minerale olie. De samenstelling van een mogelijke uitvoeringsvorm daarvan wordt navolgend weergegeven.

10

Samenstelling 1

Een eerste samenstelling volgens de vinding, welke in het bijzonder geschikt is voor zogeheten "heatset" inkt, omvat - 15% organisch kleurpigment Y12 (geel), 15 - 7,5% vulstof van calciumcarbonaat, - 25% gum rosin gemodificeerde phenolhars, met als gebruikte phenol in het bijzonder nonylphenol, - 5% koolwaterstofhars met een minimaal smeltpunt van 120 °C, 20 - 5% alkydhars op basis vegetale olie, in het bijzonder soja olie, - 5% water, - 2,5% additieven ter verbetering van het lithografische gedrag van de inkt en ter 25 verbetering van de mechanische eigenschappen van de inktfilm, en - 35% di-n-octyl ether.

Bovenstaande samenstelling is geschikt voor het verwerken op de gewenste condities. Het is gebleken dat 30 bovengenoemde samenstelling een goede samenwerking opleverde tussen de platen, het water en het papier.

Alternatieve samenstelling 2 12

In een alternatieve samenstelling, welke in het bijzonder geschikt is voor zogeheten "coldset" toepassing, omvat: - 15% organisch kleurpigment Y12, 5 - 15% vulstof van calciumcarbonaat, - 15% gum rosin gemodificeerde phenolhars, met als gebruikte phenol in het bijzonder nonylphenol, - 5% koolwaterstofhars met een minimaal smeltpunt van 120 °C, 10 - 5% alkydhars op basis vegetale olie, in het bijzonder lijnzaadolie olie, - 5% water, - 2% additieven ter verbetering van het lithografische gedrag van de inkt en ter 15 verbetering van de mechanische eigenschappen van de inktfilm, - 18% di-n-octyl ether, en - 20% vegetale olie, in het bijzonder lijnzaadolie.

20

Alternatieve samenstelling 3

In een alternatieve samenstelling, welke in het bijzonder geschikt is voor zogeheten "sheetfed" toepassing, omvat: 25 - 20% organisch kleurpigment Y12, - 5% vulstof van calciumcarbonaat, - 15% gum rosin gemodificeerde phenolhars, met als gebruikte phenol in het bijzonder nonylphenol, - 5% koolwaterstofhars met een minimaal smeltpunt 30 van 120 °C, - 15% alkydhars op basis vegetale olie, in het bijzonder soja olie, - 5% water, 13 - 7% additieven ter verbetering van het lithografische gedrag van de inkt en ter verbetering van de mechanische eigenschappen van de inktfilm, en metaaldrogers ter bevordering 5 van de oxidatie droging, - 13% di-n-octyl ether, en - 15% vegetale olie, in het bijzonder sojaolie.

De onderhavige uitvinding is geenszins beperkt tot de bovenbeschreven voorkeursuitvoeringsvormen daarvan. De 10 gevraagde rechten worden bepaald door de navolgende conclusies, binnen de strekking waarvan velerlei modificaties denkbaar zijn.

Claims (11)

1. Samenstelling voor drukinkt, omvattende: 5. een hoeveelheid organische pigmenten, vulstoffen, rosin gemodifieerd hars en/of koolwaterstofhars en/of alkydhars; en - een hoeveelheid ether.

2. Samenstelling voor drukinkt volgens conclusie 1, waarin de ether is gekozen uit de groep die bestaat uit alkylarylether, alkylcycloalkylether, dialkylether, diarylether, cyclische ether en een kroonether.

3. Samenstelling voor drukinkt volgens conclusie 1, waarin ether een dialkyl ether van het type CxHy-0-CxHy is met x>3 en y>7.

4. Samenstelling volgens conclusie 3, waarbij de ether is 20 geselecteerd uit de groep die bestaat uit di-hexylether, di- n-heptylether, di-n-octylether, en di-n-decylether.

5. Samenstelling volgens conclusie 1 of 2, waarbij de ether een arylether is gekozen uit de groep die bestaat uit 25 methylphenylether, ethylphenylether, en diphenylether.

6. Samenstelling voor drukinkt volgens conclusie 1, 2 of 3, waarin de samenstelling een hoeveelheid ether omvat in het bereik van 10-40 gewicht%, bij voorkeur in het bereik 30 van 15-30 gewicht%, en met de meeste voorkeur zo'n 25 gewicht%.

7. Samenstelling volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarin de samenstelling een hoeveelheid vegetaleolie omvat in het bereik van 2-25 gewicht%, en bij voorkeur zo'n 5 gewicht%. 5

8. Drukinkt omvattende een samenstelling voor drukinkt volgens één of meer van de voorgaande conclusies.

9. Gedrukt object voorzien van een opdruk op basis van een 10 samenstelling voor drukinkt volgens één of meer van de conclusies 1-7.

10. Gebruik van de drukinkt volgens de samenstelling volgens een of meer van de conclusies 1-7.

11. Werkwijze voor het bedrukken van objecten, omvattende het voorzien van een samenstelling voor drukinkt volgens één of meer van de conclusies 1-7.