ES2348188T3 - Tinta para imprimir sustratos con superficie no absorbente. - Google Patents

Abstract

Tinta para imprimir sustratos con superficie no absorbente por medio de la tecnología de impresión de chorro de tinta, que contiene una sustancia soporte líquida formada por agua y al menos un agente higrostático miscible con agua, colorantes insolubles en agua, agentes aglutinantes poliméricos así como otros aditivos, un adyuvante para la reticulación del aglutinante y un agente regulador del pH, caracterizada porque el agente higrostático miscible con agua presenta un índice de evaporación de 100 a 3000, el aglutinante polimérico contiene al menos una dispersión en agua de poliuretanopoliéster alifático y está presente en la sustancia soporte líquida en una dispersión acuosa, el adyuvante para la reticulación del aglutinante es una solución acuosa de hexametoximetilmelamina, la tinta presenta un valor del pH superior a 8 y el agente regulador del pH es una solución de amoniaco.

Description

Campo técnico de la invención

La presente invención se refiere a una tinta de acuerdo con la definición de la reivindicación 1. Dentro del marco de la invención se incluye también un juego de tintas.

Estado actual de la técnica

Las tintas para imprimir sobre superficies no absorbentes por medio de la tecnología de la impresión de chorro de tinta son conocidas en principio. En el procedimiento de impresión directa se usan tres tipos distintos de tinta sobre superficies no absorbentes: tintas a base de disolventes, tintas de curado UV y tintas al agua o a base de agua, cuyo secado durante la impresión requiere, sin embargo, impresoras equipadas con placas calefactoras o calefacción por infrarrojos. Se conocen además procedimientos de impresión indirecta tales como la impresión por sublimación o la impresión por transferencia térmica, en las que en un primer paso se transfiere la tinta a un papel de transferencia por medio de la tecnología de impresión de chorro de tinta.

Las tintas especiales a base de disolventes, las denominadas tintas Solvent, tintas ECO-Solvent o tintas Light-Solvent, tienen un olor intenso y desagradable, son perjudiciales para la salud y se inflaman con facilidad. Al usar las tintas de este tipo hay que equipar las impresoras con dispositivos de aspiración con objeto de proteger el medio ambiente y al personal de servicio. La adherencia del colorante sobre la base que hay que imprimir se consigue atacando el sustrato. Si la tinta no ataca la superficie del sustrato que hay que imprimir, la adherencia del colorante es insuficiente para un uso industrial exigente. Los sustratos resistentes a los disolventes no pueden imprimirse con estas tintas.

Las tintas que se endurecen con UV se usan en equipos grandes y costosos. La adherencia del colorante de las tintas de este tipo no siempre satisface las exigencias de la industria.

Del documento EP-B-0 936 080 se conoce un procedimiento para decorar esquís, tablas de snowboard, tablas de skate, tablas de surf y objetos similares con una superficie de tipo decorativo, en el que una lámina de plástico impresa termoplásticamente se une a la superficie del objeto que hay que decorar. Para mejorar la adherencia de la tinta o tinta de imprenta, antes de imprimir se dota al sustrato plano de una capa de unión, por ej. una tinta serigráfica sin pigmentos. A continuación, por ejemplo en el procedimiento de impresión de chorro de tinta, se imprime un motivo de color sobre la capa de unión. Sobre el motivo de color se aplica después, por lo general por el procedimiento de serigrafía, una pintura cubriente como fondo, por ej. blanco opaco. Para mejorar la adherencia sobre el motivo, la pintura cubriente puede contener aglutinantes.

El uso de tintas a base de agua para imprimir por medio de la tecnología de impresión de chorro de tinta sustratos desprovistos de recubrimiento se conoce del documento DE-A 103 47

034. Para mantener dentro de unos límites aceptables el tiempo de secado relativamente largo de las tintas, el uso de la tinta está previsto en un sistema de impresión de chorro de tinta con al menos un dispositivo calefactor en forma de una placa calefactora y/o una calefacción de infrarrojos. Para ello, la placa calefactora va dispuesta directamente por debajo, por delante y/o por detrás del cabezal impresor de tal manera que la placa calefactora se extiende por todo el trazado que recorre el cabezal impresor. De manera alternativa o adicional, hay previsto como dispositivo calefactor un radiador de infrarrojos dispuesto por encima de la superficie que hay que imprimir. Una desventaja esencial de este sistema de impresión radica en que sólo resulta adecuado para imprimir sobre sustratos térmicamente estables.

Para el secado de imágenes impresas generadas con tintas Solvent y ECO-Solvent se conocen impresoras con dispositivos calefactores configurados esencialmente en forma de placa. El sustrato que hay que imprimir se desliza por encima de los dispositivos calefactores, con lo cual se calienta. Después del proceso de impresión sigue en un lugar y en un tiempo distintos una zona de calentamiento adicional que seca por completo la tinta impresa. En un núcleo de impresión montado de este modo resulta desventajoso que sólo pueden usarse tintas con sustancia soporte líquida poco o medianamente volátiles.

El documento US-A-4 340 893 da a conocer una impresora de chorro de tinta con un dispositivo de secado de tinta y con dos hendiduras de ventilación dispuestas a ambos lados del cabezal impresor para aplicar al sustrato que hay que imprimir, inmediatamente después de la impresión, una corriente de aire dado el caso calentado.

Una tinta del tipo mencionado al principio se conoce del documento EP-A-1 522 561.

Exposición de la invención

La invención tiene como objetivo crear una tinta a base de agua del tipo mencionado al comienzo para la impresión directa sobre sustratos térmicamente sensibles y no absorbentes. Después de la impresión, la tinta debe secarse con rapidez y ha de presentar una adherencia muy buena, resistencia al agua y una resistencia a los álcalis suficientemente buena de tal manera que la imagen impresa resista un procesamiento industrial y que permita en especial la aplicación sin problemas de sustancias alcalinas, así como la adhesión y unión a presión con estas sustancias.

Otro objetivo de la invención es el desarrollo de un sistema de impresión sencillo y económico que, junto con la tinta de acuerdo con la invención, haga posible generar imágenes impresas de alta calidad y que funcione con una buena fidelidad de escritura.

Otro objetivo más de la invención es el desarrollo de una tinta con la que pueda imprimirse de manera sencilla y económica y con una buena adherencia de la tinta sobre el sustrato, un sustrato liso, por ej, una lámina de plástico termoplástica, adecuado para decorar con una superficie decorativa esquís, tablas de snowboard, tablas de skate, tablas de surf y objetos similares.

Una tinta con las características de la reivindicación 1 resuelve conforme a la invención esta tarea.

El fundamento esencial de la tinta conforme a la invención radica en el menor índice de evaporación de los agentes higrostáticos en comparación con las tintas a base de agua convencionales, lo cual hace posible aplicar un procedimiento de secado más suave en la impresión.

La combinación de la tinta conforme a la invención con el procedimiento de secado en sí conocido de insuflar directamente durante la impresión una corriente de aire al sustrato que hay que imprimir, permite una impresión rentable de sustratos térmicamente sensibles.

Los perfeccionamientos ventajosos de la tinta conforme a la invención son el objeto de las reivindicaciones dependientes.

El aglutinante polimérico de la sustancia soporte líquida está presente en forma de una dispersión acuosa y contiene al menos una dispersión acuosa de poliésteruretano alifático.

El adyuvante para la reticulación del aglutinante es una solución acuosa de hexametoximetilmelamina. La tinta presenta un valor de pH superior a 8 y el agente regulador del pH es una solución de amoniaco.

El uso de una dispersión de poliésteruretano como aglutinante con hexametoximetilmelamina como agente de reticulación da, junto con la solución de amoniaco seleccionada como agente regulador del pH, una tinta con una fidelidad de escritura muy buena en la impresora, buena adherencia y suficiente estabilidad frente a los álcalis al imprimir o pegar con sustancias alcalinas como por ej. blanco opaco.

Un juego de tintas que comprenda como mínimo dos tintas puede completarse de manera adicional con una tinta incolora. La tinta incolora contiene una sustancia soporte formada por agua y al menos un agente higroscópico que puede mezclarse con agua y que tiene un índice de evaporación superior a 1000, y de modo opcional como aditivos adicionales un agente humectante y un agente regulador del pH. La tinta presenta preferentemente una tensión superficial inferior a 30 mN/m y un valor del pH superior a 9,5. Después de cada proceso de impresión, mediante una escobilla se limpia el cabezal impresor con la tinta incolora. El elevado índice de evaporación del agente higroscópico impide que la tinta se seque sobre el cabezal impresor entre dos procesos de impresión.

Un juego de tintas preferido comprende tintas de los colores cian, magenta, amarillo y negro y/o cian claro, magenta claro, rojo y azul.

Un procedimiento particularmente adecuado para la impresión directa de un sustrato con superficie no absorbente se caracteriza porque la tinta conforme a la invención se aplica sobre la superficie del sustrato por medio de una tecnología de impresión por chorro de tinta, que consta de al menos un cabezal impresor que sigue el recorrido de impresión, y mediante circulación de aire se acelera la evaporación de la sustancia soporte líquida de la tinta durante el proceso de impresión, estando dispuesto para ello de manera conveniente al menos un ventilador a lo largo del recorrido de impresión. Con el ventilador se genera una corriente de aire calentado a una temperatura de 30 a 60 ºC y dirigida hacia la superficie del sustrato. De manera preferente la corriente de aire se calienta exclusivamente durante la impresión.

El uso combinado de la tinta y del procedimiento conforme a la presente invención conduce, entre otras cosas, a una procedimiento simplificado para la fabricación de una lámina de plástico termoplástica impresa con una buena adherencia de la tinta para decorar esquís, tablas de snowboard, tablas de skate, tablas de surf y objetos similares con una superficie decorada.

Descripción de la invención con ejemplos de realización

La calidad de la impresión vendrá determinada de forma decisiva por los siguientes factores:

1.

La estructura del cabezal impresor (resolución y tamaño de las gotas)

2.

Tinta (propiedades físicas, composición, tipo del agente colorante y del aglutinante)

3.

Sustrato (naturaleza de la superficie, energía superficial, material)

4.

Software (controlador [driver] de la impresora)

5.

Condiciones medioambientales en la impresión (ventilador con aire caliente durante la impresión)

La impresión directa de superficies no absorbentes se ha simplificado en los últimos años.

-

se aumentó la resolución de impresión

-

el tamaño de las gotas se redujo a unos pocos picolitros

-

generación de tamaños de gota variables

Las tintas a base de agua usadas en la tecnología de chorro de tinta son por regla general tintas con una viscosidad de 1-20 mPas. Además de agua como componente esencial contienen por lo general una mezcla de distintos disolventes orgánicos para controlar el tiempo de secado y la penetración de la tinta en sustratos porosos. El uso de disolventes difícilmente volátiles impide el secado de la tinta en los inyectores.

Los colorantes, que por lo general corresponden al 2-6 % en peso de la tinta, son colorantes solubles o pigmentos insolubles con un tamaño de partícula inferior a 1 µm. La resistencia a la luz de las imágenes impresas con tintas pigmentadas es superior a la de las imágenes impresas con tintas de colorantes. Por consiguiente, la tinta conforme a la invención contiene con preferencia dispersiones de pigmentos resistentes a la luz. Puesto que los inyectores de la cabeza impresora presentan una abertura de inyección de aproximadamente 1020 µm, es muy importante que las dispersiones o las propiedades físicas de las tintas se mantengan estables durante todo el proceso de impresión. Con los procedimientos convencionales de preparación de las dispersiones de pigmentos, estos se muelen y después se estabilizan con polímeros y agentes tensioactivos como agentes de dispersión.

Las preparaciones de pigmentos tienen por regla general tensiones superficiales demasiado bajas y una viscosidad excesiva, lo cual tiene como consecuencia limitaciones en cuanto a la formulación. Un nuevo tipo de estabilización de los pigmentos se consigue mediante una modificación de la superficie de las partículas de pigmento en la que se unen químicamente a ella grupos sulfónicos o carboxílicos. Estos preparados de pigmentos se denominan también preparados autodispersantes.

Las partículas de pigmento se unen a la superficie del sustrato mediante la adición de aglutinantes poliméricos. Al elegir el aglutinante apropiado, que por lo general corresponde a un 3-6 % de la tinta, además de la función hay que tener en cuenta también su influencia sobre las propiedades de la tinta.

La tinta contiene otros aditivos tales como reguladores del pH y conservantes, que son necesarios en particular para mantener la estabilidad al almacenamiento de la tinta.

Otro aditivo importante es un agente tensioactivo, o una mezcla de agentes tensioactivos, que es responsable de la humectación del sustrato que hay que imprimir, es decir, de extender la tinta sobre la superficie no absorbente así como de la penetración de la tinta en la superficie porosa.

La velocidad de propagación del frente del líquido sobre superficies no absorbentes depende fundamentalmente de la viscosidad del líquido. Mediante la humectación del material de impresión se influye sobre la nitidez de los cantos de las líneas, la homogeneidad de las superficies enteras, la fluencia entre sí de las tintas y la adherencia de la tinta.

Que un líquido humedezca o no un cuerpo sólido depende tanto del líquido como del material del cuerpo sólido. La ecuación de YOUNG describe la capacidad de humectación de los cuerpos sólidos, la dependencia entre el ángulo de humectación (el ángulo de contacto) y las energías superficiales de las tres superficies participantes (energía superficial del sustrato que hay que imprimir, energía en la interfase entre sustrato y tinta, energía superficial de la tinta). Tal como exigen los métodos de impresión conocidos hasta la fecha, el sustrato de la superficie no absorbente debe estar libre de impurezas y de cargas electrostáticas y poseer una energía superficial lo más alta posible.

Con la ayuda de software se puede ajustar la cantidad de tinta óptima que hay que imprimir en una etapa de trabajo. Lo que se busca con ello es una compromiso entre calidad de impresión y velocidad de impresión.

Puesto que la velocidad de propagación de la tinta sobre la superficie no absorbente depende también de la viscosidad de la tinta, además de las energías superficiales de los cuerpos sólidos y de la tinta, se ajustan las condiciones medioambientales de tal manera que la tinta se evapore en el menor tiempo posible y con ello aumente con rapidez su viscosidad con el objeto de impedir que las gotas se peguen entre sí. Aparte del índice de evaporación de los vehículos líquidos usados, la velocidad de evaporación depende de la temperatura ambiente, de la circulación del aire y del espesor de capa (tamaño de la gota). En relación con la tinta conforme a la invención, se usa de manera preferente un procedimiento de impresión en el que la evaporación se acelera sobre todo por medio de la circulación del aire y menos por la temperatura ambiente. Con este procedimiento se hace posible el secado de la tinta incluso para sustratos térmicamente sensibles.

La evaporación del vehículo por medio de la circulación del aire es ventajosa al usar un aglutinante polimérico, ya que al aumentar la temperatura la sustancia portadora tiende a formar una película y de este modo puede dar lugar a una retención del disolvente, lo cual conduce a un empeoramiento del curado y a una adherencia insuficiente. Sólo después de evaporarse por completo vehículo líquido, la tinta puede curar sobre el sustrato y dar una buena adherencia y resistencia a los álcalis.

En el caso de la tinta conforme a la invención, hay dos razones por las que se presta una

1. Usando disolventes muy poco volátiles se impide el secado de la tinta en los inyectores,

lo cual influye de modo positivo en la escritura y en la fidelidad de escritura de la 5 impresora.

2. Usando disolventes que se evaporan fácilmente se favorece el secado.

El índice de evaporación indica cuantas veces es más lenta la evaporación de un líquido en comparación con el éter dietílico (índice de evaporación 1). La dificultad para encontrar un

10 compromiso radica en que muchos de los disolventes que se usan de modo habitual en las tintas no son compatibles con las dispersiones de pigmentos y, por consiguiente, perjudican la estabilidad al almacenamiento de las tintas. Un ejemplo de ello son los alcoholes inferiores, en especial los que tienen 1-4 átomos de carbono.

Las posibles ventajas de la tinta conforme a la invención se desprenden de la siguiente 15 descripción a modo de ejemplo de formulaciones de tinta conforme a la invención y del cotejo con ejemplos comparativos.

Intervalos de las composiciones de tintas

% en peso

Componente Producto típico Observaciones

20-90

Agua Desmineralizada

0,05-0,5

Conservante Compuestos de tiazol y de isotiazol

10-30

Agente higrostático Glicoles, glicerina, urea y/o derivados de urea

0,1-10

Agente regulador del pH Aminas básicas, tampones

0,01-5

Agentes tensioactivos Agentes tensioactivos de flúor, agentes tensioactivos de silicona, poliglicoléter de alcohol graso

0,5-5

Adyuvante para la reticulación Combinado con el aglutinante

1-6 sólido)

Colorante Dispersiones de los pigmentos Para amarillo C.I.P.Y.13, 74, 150, 155 Para magenta C.I.P.R. 122, 184 P:V. 19 Para ciano C.I.P. Dispersión acuosa con el 10-25 % de porción sólida

Blue 15: 3, 15:4 Para negro C.I. P. Black 7

0,5-20

Aglutinante Poliacrilatos, poliesteruretano Como dispersión

0-2

Otros aditivos EDTA

Al preparar la tinta, las materias primas se mezclan y agitan en el orden indicado anteriormente. A continuación se filtra la tinta y de inmediato queda lista para usar. Durante la impresión de la superficie no absorbente se seca la tinta con ayuda de uno o

5 varios ventiladores, de tal manera que los sustratos impresos pueden apilarse después. Para el curado completo del aglutinante se lleva a cabo un tratamiento térmico posterior que dependerá del compuesto usado.

Ejemplo 1

10

% en peso

Componente Producto Índice de evaporación

Agua

80

0,1

Conservante Preventol

20

Agente higrostático 1 Etilenglicol 2625

5

Agente higrostático 2 Butildiglicol > 1200

0,6

Agente regulador del pH Solución de amoniaco al 2,5 %

0,15

Agente tensioactivo 1 Surfynol 440

0,1

Agente tensioactivo 2 Surfynol 104

50

Colorante Dispersión de pigmentos de distintos productos

15

Aglutinante Dispersión acuosa de poliésteruretano

Ejemplo 2

% en peso

Componente Producto Índice de evaporación

Agua

80

0,1

Conservante Preventol

15

Agente higrostático 1 Etilenglicol 2625

5

Agente higrostático 2 Éter monometílico de dipropilenglicol 400

0,6

Agente regulador del pH Solución de amoniaco al 2,5 %

0,15

Agente tensioactivo 1 Surfynol 440

0,1

Agente tensioactivo 2 Surfynol 104

1

Adyuvante Solución acuosa de hexametoximetilmelamina

50

Colorante Dispersión de pigmentos

15

Aglutinante Dispersión acuosa de poliésteruretano

Las tintas de los ejemplos 1 y 2 dan una buena calidad de imagen, una fidelidad de

escritura muy buena en la impresora, una buena adherencia y una estabilidad a los álcalis

suficiente para imprimir o pegar con sustancias alcalinas tales como por ej. blanco opaco.

Ejemplo comparativo 1

% en peso

Componente Producto Índice de evaporación

Agua

80

0,1

Conservante Preventol

10

Agente higrostático 1 Etilenglicol 2625

10

Agente higrostático 2 Dietilenglicol > 10000

5

Agente higrostático 3 Éter monometílico de dipropilenglicol 400

0,6

Agente regulador del pH Solución de amoniaco al 2,5 %

0,15

Agente tensioactivo 1 Surfynol 440

0,1

Agente tensioactivo 2 Surfynol 104

1

Adyuvante Solución acuosa de hexametoximetilmelamina

50

Colorante Dispersión de pigmentos

15

Aglutinante Dispersión acuosa de poliésteruretano

La tinta del ejemplo comparativo 1 se seca con demasiada lentitud durante la impresión.

10 Las distintas gotas de tinta confluyen y dan lugar a una calidad de imagen insuficiente en lo que respecta a la resolución de la nitidez de los bordes. La adherencia de la tinta es relativamente buena y la resistencia a los álcalis se considera satisfactoria.

Ejemplo comparativo 2

15

% en peso

Componente Producto Índice de evaporación

Agua

80

0,1

Conservante Preventol

7

Agente higrostático 1 Etilenglicol 2625

15

Agente higrostático 2 Dietilenglicol > 10000

0,6

Agente regulador del pH Solución de amoniaco al 2,5 %

0,15

Agente tensioactivo 1 Surfynol 440

0,1

Agente tensioactivo 2 Surfynol 104

1

Adyuvante Solución acuosa de hexametoximetilmelamina

50

Colorante Dispersión de pigmentos

15

Aglutinante Dispersión acuosa de poliésteruretano

La tinta del ejemplo comparativo 2 da una mala calidad de imagen y una adherencia insuficiente.

Ejemplo comparativo 3

% en peso

Componente Producto Índice de evaporación

Agua

80

0,1

Conservante Preventol

20

Agente higrostático 1 Etilenglicol 2625

5

Agente higrostático 2 Butildiglicol > 1200

0,6

Agente regulador del pH Trietanolamina

0,15

Agente tensioactivo 1 Surfynol 440

0,1

Agente tensioactivo 2 Surfynol 104

50

Colorante Dispersión de pigmentos

10

Aglutinante Dispersión acuosa de acrilato de estireno

La tinta del ejemplo comparativo 3 da una calidad de imagen perfecta, aunque la resistencia a los álcalis de la imagen impresa y la adherencia después de imprimir con blanco 10 opaco son insuficientes.

Claims (5)

1.

Tinta para imprimir sustratos con superficie no absorbente por medio de la tecnología de impresión de chorro de tinta, que contiene una sustancia soporte líquida formada por agua y al menos un agente higrostático miscible con agua, colorantes insolubles en agua, agentes aglutinantes poliméricos así como otros aditivos, un adyuvante para la reticulación del aglutinante y un agente regulador del pH, caracterizada porque el agente higrostático miscible con agua presenta un índice de evaporación de 100 a 3000, el aglutinante polimérico contiene al menos una dispersión en agua de poliuretanopoliéster alifático y está presente en la sustancia soporte líquida en una dispersión acuosa, el adyuvante para la reticulación del aglutinante es una solución acuosa de hexametoximetilmelamina, la tinta presenta un valor del pH superior a 8 y el agente regulador del pH es una solución de amoniaco.

2.

Juego de tintas que comprende al menos dos tintas de acuerdo con la reivindicación 1 y opcionalmente de manera adicional una tinta incolora que contiene una sustancia soporte líquida formada por agua y al menos un agente higrostático miscible con agua con un índice de evaporación superior a 10000, así como de manera opcional como aditivos adicionales un agente humectante y un agente regulador del pH.

3.

Juego de tintas de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la tinta incolora presenta una tensión superficial inferior a 30 nM/m.

4.

Juego de tintas de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la tinta incolora presenta un valor de pH superior a 9,5.

5.

Juego de tintas de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por tintas de los colores cian, magenta, amarillo y negro y/o cian claro, magenta claro, rojo y azul.