WO2018115065A1 - Wasserbasierte tinte für den tintenstrahldruck - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine wasserbasierte Tinte für den Tintenstrahldruck, die mindestens ein Pigment, mindestens ein vernetzbares polymeres Bindemittel, mindestens einen Vernetzer und mindestens ein organisches Lösungsmittel und Wasser umfasst. Dabei ist als vernetzbares polymeres Bindemittel mindestens ein Polymer ausgewählt aus der Gruppe Acrylnitril-Butadien- Kautschuk (NBR), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Kautschuk (ABS), Methacrylat-Butadien-Styrol (MBS) oder Methyl-Methacrylat-Butadien-Styrol (MBS) vorgesehen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem polymeren Bindemittel um ein selbstvernetzendes polymeres Bindemittel. Die erfindungsgemäße Tinte kann vorzugsweise zusätzlich einen Inhibitor aufweisen, der die Vernetzung des polymeren Bindemittels verhindert oder verlangsamt, bis die Tinte auf das für den Tintenstrahldruck vorgesehene Substrat aufgebracht ist.

Description

Wasserbasierte Tinte für den Tintenstrahldruck

Die Erfindung betrifft eine wasserbasierte Tinte für den Tintenstrahldruck, deren Verwendung sowie ein Verfahren zum Beschichten oder Bedrucken von Oberflächen im Tintenstrahldruck- Verfahren. Bekanntlich handelt es sich bei dem Tintenstrahldruck (englisch: Inkjet printing) um ein Verfahren, bei dem auf ein Substrat, beispielsweise Papier oder Textilien, kleine Tröpfchen flüssiger Tinte aufgebracht werden. Dabei kann ein kontinuierlicher Tintenstrahl zum Aufbringen auf das Substrat erzeugt werden (Continuous Inkjet, CIJ), oder es werden einzelne Tropfen nur bei Bedarf (diskontinuierlich) erzeugt und dann auf das Substrat übertragen (Drop-On-Demand, DOD).

Bei dem weit verbreitetem DOD-Inkjet-Verfahren gibt es zum einen Drucksysteme, bei denen die Tropfen thermisch, d. h. mit Hilfe eines Heizelements, erzeugt und durch die entstandene Dampfblase ausgetragen werden. Zum anderen existieren Drucksysteme, bei denen durch Anlegen einer elektrischen Spannung ein Piezoelement ausgedehnt und dann durch den so erzeugten Überdruck der Farbtropfen ausgetragen wird.

Für die genannten unterschiedlichen Tintenstrahldruck-Verfahren existieren verschiedene sogenannte Inkjet-Tinten, die beispielsweise auf Basis organischer Lösungsmittel, als wasserbasierte Tinten oder als durch Strahlung aushärtbare Tinten hergestellt sind. Dabei trocknen und härten die zuletzt genannten strahlungshärtbaren Tinten durch Polymerisation eines Bindemittels mit UV-Licht und geeigneten Fotoinitiatoren. Tinten auf Basis organischer Lösungsmittel und wasserbasierte Tinten trocknen durch Verdampfen der organischen Lösungsmittel und/oder durch Verdampfen des Wassers, wobei ggf. zusätzlich eine Vernetzung von in der Tinte vorhandenen polymeren Bestandteilen, insbesondere polymeren Bindemitteln, stattfinden kann. Grundsätzlich ist die Verwendung wasserbasierter Tinten für den Tintenstrahldruck bevorzugt. Bei solchen Tinten ist es einerseits möglich, den Einsatz kennzeichnungspflichtiger Inhaltsstoffe, wie Fotoinitiatoren, entweder zu reduzieren oder ganz zu vermeiden. Andererseits wird beim Einsatz solcher Tinten die Freisetzung organischer Lösungsmittel beim Trocknen der Tinte signifikant reduziert. Allerdings gibt es derzeit immer noch viele herausfordernde Anwendungen beim Tintenstrahldruck auf saugenden und nicht saugenden Substraten, bei denen mit den bekannten Tinten, insbesondere wasserbasierten Tinten, noch keine befriedigenden Eigenschaften der resultierenden Beschichtungen oder Drucke bereitgestellt werden können. Eine kritische Eigenschaft solcher Beschichtungen oder Drucke ist dabei die sogenannte Nassabriebbeständigkeit, mit deren Hilfe die Beständigkeit/Festigkeit der entsprechenden Beschichtung gegen ein wiederholtes (feuchtes oder nasses) Reinigen beurteilt wird. Schlechte Nassabriebbeständigkeiten können bei unterschiedlichen saugenden und nicht saugenden Oberflächen auftreten, insbesondere bei Oberflächen von Substraten aus Papier, textilen Materialien oder Kunststoffen. So ist es beispielsweise beim Beschichten oder Bedrucken von Textilien oder Tapeten Voraussetzung, dass diese eine vergleichsweise hohe Nassabriebbeständigkeit bei wiederholten Reinigungs- und Waschvorgängen aufweisen.

Die WO-A1 -2014/078771 beschreibt eine Dispersion, die auch als Tinte bereitgestellt werden kann. Diese Dispersion umfasst neben einem Pigment und einem Lösungsmittelsystem, ein Polymer mit einer Carboxylgruppe, ein Vernetzungsmittel zur Vernetzung an der Carboxylgruppe und ein tertiäres Amin als Inhibitor für die Vernetzungsreaktion. Die Offenbarung dieser Veröffentlichung ist auf Dispersionen beschränkt, bei denen die Vernetzungsreaktion mit Hilfe von tertiären Aminen unterbunden wird. Im Beispielteil der Beschreibung der WO-A1 -2014/078771 kommen Acrylat-Bindemittel als Polymere mit einer Carboxylgruppe zum Einsatz.

Die WO-A1 -201 1/022001 offenbart eine Tinte für den Tintenstrahldruck mit einem Lösungsmittelsystem, einem Pigment, vernetzbaren Bindemittelteilchen und einem Vernetzer für diese Teilchen. Die Vernetzung kann durch Wärme oder Lösungsmittelverlust ausgelöst werden, wobei im Gegensatz zu der Dispersion der WO-A1 -2014/078771 kein (chemischer) Inhibitor vorgesehen ist.

Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik stellt sich die Erfindung dementsprechend insbesondere die Aufgabe, eine wasserbasierte Tinte für den Tintenstrahldruck bereitzustellen, mit deren Hilfe auf den Oberflächen unterschiedlicher saugender oder nicht saugender Substrate, insbesondere aus Papier, textilen Materialien oder Kunststoffen beständige Beschichtungen oder Drucke erzeugt werden können. Vorzugsweise soll dabei die Nassabriebbeständigkeit bzw. Nassabriebfestigkeit dieser Beschichtungen oder Drucke gegenüber den bei bekannten Tinten erreichbaren Beständigkeiten/Festigkeiten verbessert sein. Die so bereitgestellte Tinte soll dabei insbesondere für die Beschichtung oder das Bedrucken von Textilien und/oder Tapeten geeignet sein. Diese Aufgabe wird gelöst durch die wasserbasierte Tinte mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Bevorzugte Zusammensetzungen dieser Tinte sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Weiter umfasst die Erfindung die Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 sowie das Verfahren nach Anspruch 15 mit seinen bevorzugten Ausführungen gemäß der von Anspruch 15 abhängigen Ansprüche. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme ausdrücklich zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.

Die erfindungsgemäße wasserbasierte Tinte für den Tintenstrahldruck umfasst mindestens ein Pigment, mindestens ein vernetzbares polymeres Bindemittel, mindestens einen Vernetzer und mindestens ein organisches Lösungsmittel und Wasser. Dabei ist als vernetzbares polymeres Bindemittel mindestens ein Polymer ausgewählt aus der Gruppe Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Kautschuk (ABS), Methacrylat-Butadien-Styrol (MBS) oder Methyl-Methacrylat-Butadien-Styrol (MBS) vorgesehen.

Unter dem Begriff„Tinte" soll erfindungsgemäß jede Lösung oder Dispersion von Farbmitteln in Lösungsmitteln verstanden werden. Bei der erfindungsgemäßen Tinte handelt es sich vorzugsweise um eine Dispersion entsprechender Pigmente in einem wasserbasierten Lösungsmittelsystem. In diesem Zusammenhang soll der Begriff „wasserbasiert" bedeuten, dass in dem entsprechenden Lösungsmittelsystem der erfindungsgemäßen Tinte aus Wasser und organischen Lösungsmitteln das Wasser einen (vorzugsweise deutlich) größeren Anteil besitzt als die organischen Lösungsmittel. In Anbetracht der Tatsache, dass es sich bei den erfindungsgemäßen Tinten vorzugsweise um Dispersionen in einem wasserbasiertem Lösungsmittelsystem handelt, kann die beanspruchte wasserbasierte Tinte für den Tintenstrahldruck auch als wasserbasierte Dispersion mit Farbmittel für den Tintenstrahldruck bezeichnet werden.

Gemäß der Erfindung sind„Pigmente" alle farbgebenden Substanzen, die - im Gegensatz zu Farbstoffen - in der Regel im verwendeten Lösungsmittelsystem unlöslich oder weitgehend unlöslich sind.

Unter dem Begriff „Bindemittel" sollen erfindungsgemäß alle (häufig auch Harz genannten) Bestandteile der Tinte verstanden werden, die einerseits die Pigmente und die übrigen Bestandteile der Tinte aneinander binden und andererseits die Haftung zum Substrat und dessen Oberfläche unterstützen. Wasserbasierte Tinten für den Tintenstrahldruck enthalten in der Regel lediglich vergleichsweise geringe Mengen an Bindemittel, beispielsweise weniger als 20 Gew.-%, insbesondere weniger als 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte. Die entsprechenden Bindemittel werden bei der Herstellung der Tinte in der Regel in Form von Dispersionen, insbesondere von Dispersionen in einem wässrigen Lösungsmittelsystem, bereitgestellt.

Nach der Erfindung sind die verwendeten (polymeren) Bindemittel vernetzbar, d. h. die im Bindemittel vorhandenen Moleküle sind mit Hilfe eines sogenannten Vernetzers oder Vernetzungsmittels mindestens teilweise zu einem zweidimensionalen, und vorzugsweise auch dreidimensionalen Netzwerk verknüpfbar. Die bei einer solchen Vernetzung verschiedener Bindemittel/Polymere ablaufenden Reaktionen sind dem Fachmann ohne weiteres bekannt. Dabei erfolgt die Vernetzung häufig bei höheren Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen oberhalb von 100°C. Bei den erfindungsgemäß eingesetzten Polymeren handelt es sich vorzugsweise um solche, bei denen die Vernetzung an im Molekül vorhandenen funktionellen Gruppen, insbesondere Carboxyl-Gruppen erfolgt.

So sind erfindungsgemäß beispielsweise Acrylnitril-Butadien-Kautschuke (NBR) als Carboxyl- Acrylnitril-Butadien-Copolymere der Hersteller Zeon Corporation (Nipol-Serie), der Emerald Materials (Serie Nychem) und der Firma Synthomer (Litex-Serie) verwendbar. Acrylnitril- Butadien-Styrol-Kautschuke (ABS) sind als carboxylierte Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere von Emerald Materials (Nychem-Serie) und Synthomer (Litex-Serie) verfügbar. Geeignete MBS- Kautschuke finden sich ebenfalls in der Litex-Serie von Synthomer, beispielsweise als carboxylierte Methacrylat-Butadien-Styrol-Copolymere. „Vernetzer" oder„Vernetzungsmittel" (englisch: cross-linker) ist eine Verbindung, die sich durch mindestens zwei reaktive Gruppen auszeichnet, welche dann (einzelne) Polymerstränge des Bindemittels miteinander zu einem Netzwerk verknüpfen. Erfindungsgemäß sind insbesondere solche Vernetzer geeignet, die eine Vernetzungsreaktion mit einer Carboxylgruppe der als Bindemittel verwendeten Polymere eingehen können. Hierbei kann es sich beispielsweise um Carbodiimide handeln, insbesondere um Polymere, die mindestens eine Carbodiimid-Gruppe enthalten. Ebenfalls hervorgehoben werden können als Vernetzer methylierte Melamin- Formaldehyd-Harze. Auch anorganische Verbindungen sind als Vernetzer einsetzbar, beispielsweise Zirkoniumsalze, wie Zirkoniumcarbonate.

Im Sinne der Erfindung sind „Lösungsmittel" Flüssigkeiten, in denen die übrigen Bestandteile der Tinte dispergiert und/oder gelöst werden können. In der Regel finden dabei keine chemischen Reaktionen zwischen den dispergierten/gelösten Stoffen und den Lösungsmitteln statt. Wie bereits erwähnt ist bei der erfindungsgemäßen wasserbasierten Tinte der Hauptbestandteil des verwendeten Lösungsmittelsystems Wasser. Bei der Herstellung dieser wasserbasierten Tinten ist dieses Wasser bereits Bestandteil der zur Herstellung der Tinte verwendeten Dispersionen, beispielsweise Pigment-Dispersionen oder Bindemittel-Dispersionen, und/oder wird bei der Herstellung der Tinte, insbesondere als demineralisiertes Wasser, zugegeben.

Wie bereits erläutert sind die erfindungsgemäß ausgewählten polymeren Bindemittel vernetzbar, insbesondere an den im Polymer vorhandenen Carboxyl-Gruppen vernetzbar. Dementsprechend ist es nach der Erfindung bevorzugt, wenn die wasserbasierte Tinte Polymere mit einer vergleichsweise hohen Zahl an Carboxyl-Gruppen im Polymermolekül enthält. Zu diesem Zweck können die erfindungsgemäß eingesetzten Polymere (NBR, ABS, MBS) vorzugsweise zusätzlich carboxyliert sein. Auf diese Weise kann die Zahl der Carboxyl- Gruppen erhöht, und ggf. sogar gezielt eingestellt werden. Ein entsprechendes Polymer ist beispielsweise XN BR (carboxylierter Nitril-Butadien-Kautschuk), der herstellbar ist durch Addition einer Carbonsäure-Gruppe zu einem Nitril-Kautschuk. Bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt sind wasserbasierte Tinten, bei denen mindestens ein Acrylnitril-Butadien-Styrol-Kautschuk (ABS) als vernetzbares polymeres Bindemittel eingesetzt ist. Mit solchen Bindemitteln lassen sich insbesondere auf Textilien und Tapeten Beschichtungen/Drucke mit hohen Nassabriebfestigkeiten zur Verfügung stellen.

Erfindungsgemäß ist in der wasserbasierten Tinte ein Vernetzer/Vernetzungsmittel enthalten, mit dessen Hilfe eine Vernetzung des in der Tinte enthaltenen Bindemittels möglich ist. Dieser Vernetzer kann der Tinte bei deren Herstellung in geeigneter Weise, beispielsweise durch Zumischen zugesetzt werden.

In diesem Zusammenhang ist es jedoch nach der Erfindung bevorzugt, wenn es sich bei dem verwendeten polymeren Bindemittel um ein selbstvernetzendes Bindemittel handelt, d. h. um ein Bindemittel, das den Vernetzer bereits selbst enthält. Solche aus dem Stand der Technik bekannten Bindemittel werden im Englischen als „self-crosslinking" bezeichnet. Die Verwendung solcher selbstvernetzender Bindemittel ist bei der Erfindung zum einen deshalb von Vorteil, da auf diese Weise ein Vernetzer eingesetzt werden kann, der auf das Bindemittel gezielt abgestimmt ist. Zum anderen wird die Herstellung der Tinte selbst durch die Verwendung eines selbstvernetzenden Bindemittels, das üblicherweise als Dispersion vorliegt, vereinfacht. Die erfindungsgemäße Tinte kann so eingestellt sein, dass die durch den Vernetzer erfolgende Vernetzung des Bindemittels erst nach dem Aufbringen der Tinte mittels Tintenstrahldruck auf das Substrat initiiert wird. Dementsprechend kann die Vernetzung beispielsweise erst dann erfolgen, wenn nach dem Tintenstrahldruck das Lösungsmittelsystem mindestens teilweise durch Verdunstung/Verdampfung entfernt ist, oder nach dem Tintenstrahldruck eine Temperaturerhöhung über einen kritischen Temperaturwert erfolgt.

Alternativ ist es bei der Erfindung jedoch vorzugsweise vorgesehen, dass die Tinte zusätzlich einen sogenannten Inhibitor aufweist, der die Vernetzung des polymeren Bindemittels mit Hilfe des Vernetzers verhindert oder verlangsamt, bis die Tinte auf das für den Tintenstrahldruck vorgesehene Substrat aufgebracht ist. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass die Tinte durch die Anwesenheit des Inhibitors eine hohe Lagerstabilität aufweist, bis die Tinte tatsächlich eingesetzt und durch Tintenstrahldruck auf das Substrat aufgebracht wird. Auch eine Vernetzung der Tinte im Druckkopf selbst kann durch die Anwesenheit eines Inhibitors für die Vernetzung so lange sicher verhindert werden, bis sich die Tinte auf dem Substrat selbst befindet. Auf dem Substrat selbst kann der Inhibitor in der Tinte dann seine inhibierende Wirkung verlieren, beispielsweise dadurch, dass er einen vergleichsweise niedrigen Siedepunkt besitzt und dementsprechend verdunstet/verdampft. Der Inhibitor kann seine Wirkung auch auf andere Weise verlieren, beispielsweise durch Kontakt mit Luftsauerstoff oder durch Anwendung von Temperatur über einen entsprechenden Grenzwert. Bei den erfindungsgemäß einsetzbaren Inhibitoren kann es sich beispielsweise um Amine handeln.

Der Inhibitor kann der wasserbasierten Tinte bei deren Herstellung zugesetzt werden. Vorzugsweise ist es auch möglich, dass der Inhibitor bereits als Bestandteil des vernetzbaren polymeren Bindemittels vorgesehen ist.

Für die Verarbeitkeit der wasserbasierten Tinte im Tintenstrahldruck ist es von Vorteil, wenn die in der Tinte vorhandenen Feststoffe, insbesondere die Pigmente und Bindemittelteilchen mit einer vergleichsweise geringen Partikelgröße vorliegen. Dann kann die in der Regel als Dispersion vorliegende Tinte mit Vorteil aus dem Druckkopf des Tintenstrahldruckers ausgetragen werden. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn das polymere Bindemittel in der Tinte mit einer Partikelgröße von < 500nm, insbesondere mit einer Partikelgröße von < 200nm vorliegt.

Wie eingangs bereits erläutert ist das vernetzbare polymere Bindemittel in wasserbasierten Tinten in der Regel in Mengen von < 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, vorhanden. Höhere Bindemittelgehalte sind zwar grundsätzlich möglich, jedoch in der Regel nicht zweckmäßig.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Tinte ist das vernetzbare polymere Bindemittel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, in einer Menge zwischen 3 Gew.-% und 20 Gew.-%, insbesondere zwischen 3 Gew.-% und 10 Gew.-% vorgesehen. Innerhalb dieses Bereichs sind Mengen zwischen 3 Gew.-% und 6 Gew.-% weiter bevorzugt. Dabei können einzelne Polymere aus den ausgewählten Bindemittelgruppen, verschiedene Polymere aus einer der ausgewählten Bindemittelgruppen oder verschiedene Polymere aus verschiedenen ausgewählten Bindemittelgruppen als Bindemittel in der erfindungsgemäßen Tinte vorgesehen sein.

In Weiterbildung kann das in der wasserbasierten Tinte vorgesehene organische Lösungsmittel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, vorzugsweise in einer Menge zwischen 5 Gew.-% und 35 Gew.-%, insbesondere in einer Menge zwischen 15 Gew.-% und 25 Gew.-%, vorgesehen sein. Als organische Lösungsmittel können die unterschiedlichsten organischen Lösungsmittel zum Einsatz kommen. Beispiele hierfür sind aliphatische Alkohole, aromatische Alkohole, Diole, Glykolether, Polyglykolether, Pyrrolidone, Caprolactame, Formamide, Acetamide, Sulfoxide, langkettige Alkohole und andere.

Bevorzugt als organische Lösungsmittel sind Pyrrolidon-Lösungsmittel, wobei hier vorzugsweise 1 -(2-Hydroxyethyl)pyrrolidon, N-Methyl-2-pyrrolidon oder insbesondere 2- Pyrrolidon verwendet werden können. Die erwähnten Pyrrolidon-Lösungsmittel sind in der erfindungsgemäßen Tinte, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, vorzugsweise in einer Menge zwischen 2 Gew.-% und 20 Gew.-% vorgesehen. Dabei sind innerhalb des letztgenannten Bereichs Mengen zwischen 3 Gew.-% und 12 Gew.-% weiter bevorzugt. Weiter bevorzugte organische Lösungsmittel sind Glykolether, wobei vorzugsweise die Glykolether, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, in einer Menge zwischen 2 Gew.-. und 12 Gew.-% vorgesehen sind. Innerhalb des letztgenannten Bereichs sind Mengen zwischen 4 Gew.-% und 10 Gew.-% an Glykolether weiter bevorzugt.

Ebenfalls bevorzugt nach der Erfindung sind Tinten, bei denen als organisches Lösungsmittel mindestens ein wasserlösliches organisches Lösungsmittel vorgesehen ist, ausgewählt aus der Gruppe 3-Methyl-3-methoxybutanol (MMB), Methoxybutanol (MB) und Propylenglykolmonomethylether (MP). Die genannten wasserlöslichen organischen Lösungsmittel sind in der erfindungsgemäßen Tinte, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, vorzugsweise in einer Menge zwischen 1 Gew.-% und 15 Gew.-% vorgesehen. Innerhalb des letztgenannten Bereichs sind Mengen zwischen 3 Gew.-% und 10 Gew.-% dieser Lösungsmittel weiter bevorzugt.

Erfindungsgemäß können in der wasserbasierten Tinte alle gängigen Pigmente eingesetzt werden, wie sie im Tintenstrahldruck Verwendung finden. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Rußpartikel, zur Erzeugung von Schwarz. In üblicher Weise ist auch der Einsatz farbiger Pigmente möglich, wobei als farbige Pigmente solche auf Basis von Quinacridonen, Isoindolinen, Isoindolinonen, Phthalocyaninen und Benzimidazolonen Verwendung finden können.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind das Pigment oder die Pigmente in der Tinte in einer Menge zwischen 0,5 Gew.-% und 10 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge zwischen 1 Gew.-% und 8 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, vorgesehen. Innerhalb des zuletzt genannten Bereichs sind Pigmentmengen zwischen 2 Gew.- % und 4 Gew.-% weiter bevorzugt.

In Übereinstimmung mit der eingangs vorgenommenen Definition einer wasserbasierten Tinte für den Tintenstrahldruck enthält die erfindungsgemäße Tinte, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, Wasser, insbesondere demineralisiertes Wasser, in einer Menge von vorzugsweise zwischen 30 Gew.-% und 90 Gew.-%. Innerhalb dieses Bereichs sind Wassergehalte in der Tinte in einer Menge zwischen 50 Gew.-% und 80 Gew.-% weiter bevorzugt.

Zusätzlich kann die erfindungsgemäße Tinte weitere Additive enthalten, wie sie bei Tinten für den Tintenstrahldruck, insbesondere bei wasserbasierten Tinten für den Tintenstrahldruck, üblich sind. Hervorgehoben werden sollen in diesem Zusammenhang insbesondere nicht- ionische, kationische und/oder anionische oberflächenaktive Substanzen (Tenside) als solche zusätzlichen Bestandteile. Alle genannten oberflächenaktiven Substanzen, die dem Fachmann grundsätzlich bekannt sind, können beispielsweise in Mengen zwischen 0,01 Gew.-% bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, in der Tinte enthalten sein. Innerhalb dieses Bereichs sind Gehalte dieser Additive zwischen 0,5 Gew.-% und 3 Gew.-% als bevorzugt zu nennen. Weiter kann die erfindungsgemäße Tinte Additive zur Einstellung der Viskosität (sogenannte Verdicker), Additive zur Einstellung des pH-Werts, Konservierungsmittel, Biozide und andere Additive enthalten.

Weiter umfasst die Erfindung auch die Verwendung der vorgehend beschriebenen erfindungsgemäßen Tinte zum Beschichten oder Bedrucken von saugenden und nicht saugenden Oberflächen im Tintenstrahldruck-Verfahren. Insbesondere handelt es sich hierbei um das Beschichten oder Bedrucken von Oberflächen von Substraten aus Papier, textilen Materialien und/oder Kunststoffen, insbesondere zum Beschichten oder Bedrucken von Textilien und/oder Tapeten. Papiere sind flächige Werkstoffe, meist aus Fasern pflanzlicher Herkunft. Textile Materialien oder Textilien bestehen aus Naturfasern oder Kunstfasern, die durch unterschiedliche Arbeitsverfahren zu linienförmigen, flächenförmigen oder auch räumlichen Gebilden verarbeitet, beispielsweise gewebt oder gewirkt werden. Als Kunststoffe können die verschiedensten Polymere verwendet werden, beispielsweise auch in Form von Fasern, und daraus hergestellten Textilien.

Auf die entsprechenden Merkmale, die vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Tinte ausführlich beschrieben wurden, wird auch bezüglich bevorzugter Merkmale der zusätzlich beanspruchten Verwendung ausdrücklich verwiesen.

Schließlich umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zum Beschichten oder Bedrucken von Oberflächen im Tintenstrahldruck-Verfahren. Dieses Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eines Substrats mit der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Tinte beschichtet oder bedruckt wird. Dabei erfolgt mindestens teilweise eine Vernetzung des Bindemittels und damit der Farbschicht bzw. des Farbdrucks. Bei der zu beschichtenden oder zu bedruckenden Oberfläche handelt es sich insbesondere um die Oberfläche eines Substrats aus Papier, aus textilen Materialien oder aus Kunststoffen. Diese Oberflächen können chemisch oder physikalisch vorbehandelt sein. Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Beschichtung oder zum Bedrucken von Oberflächen einer Textilie und/oder einer Tapete vorgesehen.

Das beschriebene Verfahren ist erfindungsgemäß vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des entsprechenden Substrats ohne chemische Vorbehandlung, d. h. ohne Aufbringen eines Agens, das die Oberfläche chemisch verändert, beschichtet oder bedruckt wird. Insbesondere wird dementsprechend die Oberfläche des entsprechenden Substrats ohne Hilfe eines Haftvermittlers beschichtet oder bedruckt, der als sogenannter Primer die Oberfläche chemisch erst derart aufbereitet, dass ein dauerhaftes Beschichten oder Bedrucken ermöglicht wird.

Im Gegensatz dazu können andere übliche (in der Regel physikalische) Vorbehandlungen der zu beschichtenden oder zu bedruckenden Oberfläche durchaus zweckmäßig sein. So können auch beim erfindungsgemäßen Verfahren ohne weiteres übliche Vorbehandlungen, wie eine Reinigung der Oberfläche mit Lösungsmitteln, eine Corona-Behandlung, eine Plasma- Behandlung und/oder ein Beflammen der Oberfläche erfindungsgemäß durchgeführt werden.

Weiter ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich und bevorzugt, wenn die entsprechende Oberfläche des Substrats nach dem Beschichten oder Bedrucken im Tintenstrahldruck-Verfahren nicht mit einem (in der Regel transparenten) Überlack oder Decklack versehen wird. Aufgrund der guten Eigenschaften der erhaltenen Beschichtung oder des erhaltenen Drucks, insbesondere der guten Nassabriebfestigkeit, kann auf solche zusätzlichen Lack- oder Deckschichten verzichtet werden. Dementsprechend kann bei besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens also sowohl auf den vorherigen Einsatz eines Haftvermittlers (Primers) als auch auf das anschließende Aufbringen eines Überlacks/Decklacks verzichtet werden.

Wie die obigen Ausführungen insgesamt zeigen, ist die beschriebene Erfindung mit einer ganzen Reihe von Vorteilen verbunden. Wie bereits erläutert, stellt die Erfindung eine neue wasserbasierte Tinte speziell für den Tintenstrahldruck zur Verfügung. Grundsätzlich bekannte Materialien werden als Bestandteile in diese neue Tinte integriert, so dass insbesondere Oberflächen von Substraten aus Papier, textilen Materialien oder Kunststoffen beschichtet oder bedruckt werden können. Eine besonders bevorzugte Einsatzmöglichkeit für die erfindungsgemäße Tinte ist dementsprechend das Beschichten oder Bedrucken von Textilien und Tapeten aus den genannten Materialien im Tintenstrahldruck-Verfahren. Solche Materialien konnten bisher nicht zuverlässig im Tintenstrahldruck-Verfahren beschichtet werden, wobei insbesondere die geforderten Nassabriebfestigkeiten nicht erreicht wurden.

Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Tinte in der aus Umweltschutzgründen erwünschten Weise wasserbasiert, so dass beim Trocknen der Tinte vergleichsweise geringe Anteile an organischen Lösungsmitteln in die Umwelt gelangen. Aufgrund des wasserbasierten Lösungsmittelsystems kann auch auf den Einsatz vieler kennzeichnungspflichtiger Inhaltsstoffe verzichtet werden, wie sie beispielsweise in UV-härtenden Tinten zwangsweise enthalten sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen in den Beispielen und von Vergleichsbeispielen. Dabei können die einzelnen Merkmale der Erfindung jeweils für sich alleine oder in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die nachfolgend beschriebenen Bespiele dienen lediglich der weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne die Erfindung auf den Offenbarungsgehalt der Beispiele zu beschränken.

B E I S P I E L E Die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen offenbarten Tinten wurden durch Vermischen der einzelnen Komponenten hergestellt. Anschließend wurden diese Tinten mit Hilfe eines Flachbett-Tintenstrahldruckers (motionjet pro 420 der Firma DP Solutions, Renchen, Deutschland) auf die entsprechenden Substrate aufgebracht.

Bei den Substraten handelte es sich zum einen um ein textiles Substrat, in Form eines handelsüblichen Baumwoll-T-Shirts (Engelbert Strauss, Stonekit T-Shirt Nasic, Artikelnr. 88870). Auf dieses T-Shirt wurde ein entsprechender Farbdruck aufgebracht, und dann wurde dieses T-Shirt bei 150°C für 3 Minuten in einer handelsüblichen Textilheizpresse (Air-Swing 1000 von Fuchs GmbH) nachbehandelt. Dabei wird der Farbdruck getrocknet und mindestens teilweise vernetzt. Bei den entsprechenden Farbdrucken wurden die sogenannten Nassreibechtheiten nach DIN EN ISO 105-X12:2002-12 von einem zertifizierten Prüfinstitut bestimmt. Hierbei ist die Ziffer 1 als schlechtestmögliche und die Ziffer 5 als bestmögliche Echtheitszahl definiert. Zur Bewertung der erfindungsgemäßen Tinten wurde festgelegt, dass alle Werte ab einer Echtheitszahl von 2 - 3 der angestrebten Qualität entsprechen. Zum anderen wurde ein Vlies-Tapetenmuster mit den entsprechenden Tinten der Beispiele und Vergleichsbeispiele beschichtet. Auch diese Beschichtung erfolgte mit Hilfe des oben genannten Flachbett-Tintenstrahldruckers der Firma DP Solutions. Dabei erfolgte das Aufbringen der Tinten bei einer Plattentemperatur des Flachbettdruckers von 60°C auf einem Tapetenmuster„Wallpaper DV 662" der Firma Neschen AG, Deutschland. Auch hier fand eine anschließende Trocknung und (Teil-) Vernetzung der Farbschicht durch Wärmebehandlung statt, beispielsweise durch einen Infrarotstrahler. Die Prüfung der Tapetenmuster, einschließlich deren Nassabriebfestigkeit, erfolgte nach EN 12956:1999. Die angestrebte Qualität wurde als ausreichend erachtet, wenn der Test mit einer Kennzahl besser als 1 abgeschlossen wurde.

Beispiel 1 Zunächst wurden vier Formulierungen für erfindungsgemäße Tinten für „schwarz" und die Farben„cyan",„magenta" und„yellow" bereitgestellt, wie folgt

Die in den oben genannten vier Formulierungen genannten Bestandteile (% stehen für Gew.-%) werden im Folgenden erläutert: E-Wasser: demineralisiertes Wasser

Monoethanolamin (MEA): Additiv zur Einstellung des pH-Werts (basisch)

Litex N 7390: selbstvernetzendes Bindemittel: carboxyliertes Acrylnitril-Butadien- Copolymer (von der Firma Synthomer, Deutschland) - Dispersion mit 43,5% Feststoffgehalt

Butyldiglykol: organisches Lösungsmittel

2-Pyrrolidon: organisches Lösungsmittel

MMB (3-Methyl-3-methoxybutanol): wasserlösliches organisches Lösungsmittel

FT Projet APD 1000 (k, c, m, y): (Farb-)Pigmente schwarz, cyan, magenta, gelb (von der Firma Fujifilm) - Dispersionen mit 14% (k, c, m) bzw. 16% (y) Feststoffgehalt

Byk 348, Byk 333: oberflächenaktive Substanzen (von der Firma BYK-Chemie, Deutschland)

Mowilith LDM 7002: Verdicker/Bindemittel (von der Firma Celanese Emulsions GmbH, Sulzbach, Deutschland) Alle vier Formulierungen der erfindungsgemäßen Tinten nach Beispiel 1 wiesen bei der Prüfung auf Nassabrieb Werte von 3 bis 4 (Textilie; T-Shirt) bzw. 2 bis 3 (Tapete) auf. Die entsprechenden Beschichtungen/Drucke auf den genannten Substraten sind also in hohem Maße beständig, insbesondere nassabriebfest.

Beispiel 2 In den Rezepturen gemäß Beispiel 1 wurde das dort verwendete Bindemittel Litex N 7390 in allen vier Fällen mit gleichen Mengen durch das ebenfalls selbstvernetzende Bindemittel Litex N 5147 (ebenfalls von der Firma Synthomer, Deutschland) ersetzt. Bei Litex N 5147 handelt es sich um ein carboxyliertes Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer, das in Form einer Dispersion mit einem Feststoffgehalt von 45% bereitgestellt wird. Mit den gemäß Beispiel 2 bereitgestellten entsprechenden Tinten wurden die gleichen Versuche an T-Shirts und Tapetenmustern, wie eingangs erläutert, durchgeführt. Auch hier wiesen alle vier Formulierungen der erfindungsgemäßen Tinten nach Beispiel 2 bei der Prüfung auf Nassabrieb Werte oberhalb der geforderten Grenzwerte, nämlich den Wert 3 (Textilie; T- Shirt) und 2 bis 3 (Tapete) auf.

Vergleichsbeispiel 1

Bei den Formulierungen gemäß Beispiel 1 wurde in allen vier Fällen der Bindemittelanteil an Litex N 7390 (Dispersion mit 43,5% Feststoffgehalt) auf 2,5% reduziert. Bei den anschließend durchgeführten Versuchen an den textilen Mustern und Tapetenmustern wurden keine akzeptablen Werte für Nassabriebfestigkeiten erreicht.

Vergleichsbeispiel 2

In den vier Formulierungen nach Beispiel 1 wurde das dort verwendete Bindemittel Litex N 7390 mengenäquivalent in allen Fällen durch verschiedene selbstvernetzende (Rein-) Acrylatbindemittel ersetzt, nämlich - Vergleichsbeispiel 2a: Bindemittel Ecronova RA 127 (Ecronova Polymer GmbH,

Deutschland)

Vergleichsbeispiel 2b: Bindemittel Thyon SF1 (Ecronova Polymer GmbH, Deutschland)

Vergleichsbeispiel 2c: Thyon SF10 (Ecronova Polymer GmbH, Deutschland). Bei allen so erhaltenen Formulierungen für alle vier „Farben" wurden ungenügende Nassabriebfestigkeiten der entsprechenden Beschichtungen sowohl auf dem textilen Material als auch auf den Tapetenmustern erhalten.

Dementsprechend zeigen die Beispiele, auch unter Einbeziehung der Vergleichsbeispiele, dass die wasserbasierten Tinten, die die beanspruchten Merkmale gemäß Anspruch 1 und der bevorzugten Unteransprüche aufweisen, überraschenderweise auf den entsprechenden Substraten bei einem Aufbringen im Tintenstrahldruck-Verfahren zu dauerhaften Beschichtungen und Aufdrucken führen.

Claims

Patentansprüche

Wasserbasierte Tinte für den Tintenstrahldruck, mindestens umfassend mindestens ein Pigment, mindestens ein vernetzbares polymeres Bindemittel, mindestens einen Vernetzer, mindestens ein organisches Lösungsmittel und Wasser, wobei als vernetzbares polymeres Bindemittel mindestens ein Polymer ausgewählt aus der Gruppe Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Kautschuk (ABS), Methacrylat-Butadien-Styrol (MBS) oder Methyl-Methacrylat-Butadien-Styrol (MBS) vorgesehen ist.

Tinte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem vernetzbaren polymeren Bindemittel um Acrylnitril-Butadien-Styrol-Kautschuk (ABS) handelt.

Tinte nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem polymeren Bindemittel um ein selbstvernetzendes polymeres Bindemittel mit einem im Bindemittel bereits enthaltenen Vernetzer handelt.

Tinte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich einen Inhibitor aufweist, der die Vernetzung des polymeren Bindemittels verhindert oder verlangsamt, bis die Tinte auf das für den Tintenstrahldruck vorgesehene Substrat aufgebracht ist.

Tinte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Inhibitor als Bestandteil des vernetzbaren polymeren Bindemittels vorgesehen ist.

Tinte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Bindemittel in der Tinte mit einer Partikelgröße von < 500 nm, insbesondere < 200 nm, vorliegt.

Tinte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das polymere Bindemittel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, in einer Menge zwischen 3 und 20 Gew.-%, insbesondere in einer Menge zwischen 3 und 10 Gew.-%, vorgesehen ist, wobei Mengen an Bindemittel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, zwischen 3 und 6 Gew.-% weiter bevorzugt sind.

Tinte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Lösungsmittel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, in einer Menge zwischen 5 und 35 Gew.-%, insbesondere in einer Menge zwischen 15 und 25 Gew.-%, vorgesehen ist.

9. Tinte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als organisches Lösungsmittel mindestens ein Pyrrolidon-Lösungsmittel, insbesondere 2- Pyrrolidon, vorgesehen ist, wobei vorzugsweise das Pyrrolidon-Lösungsmittel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, in einer Menge zwischen 2 und 20 Gew.-%, insbesondere in einer Menge zwischen 3 und 12 Gew.-%, vorgesehen ist.

10. Tinte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als organisches Lösungsmittel mindestens ein Glykolether vorgesehen ist, wobei vorzugsweise der Glykolether, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, in einer Menge zwischen 2 und 12 Gew.-%, insbesondere in einer Menge zwischen 4 und 10 Gew.-%, vorgesehen ist.

1 1 . Tinte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als organisches Lösungsmittel mindestens ein wasserlösliches organisches Lösungsmittel vorgesehen ist, ausgewählt aus der Gruppe 3-Methyl-3-methoxybutanol (MMB), Methoxybutanol (MB) und Propylenglykolmonomethylether (MP), wobei vorzugsweise, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, die vorgenannten Lösungsmittel in einer Menge zwischen 1 und 15 Gew.-%, insbesondere in einer Menge zwischen 3 und 10 Gew.-%, vorgesehen sind.

12. Tinte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pigment, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, in einer Menge zwischen 0,5 und 10 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge zwischen 1 und 8 Gew.-%, insbesondere in einer Menge zwischen 2 und 4 Gew.-%, vorgesehen ist.

13. Tinte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte, in einer Menge zwischen 30 und 90 Gew.-%, insbesondere in einer Menge zwischen 50 und 80 Gew.-%, vorgesehen ist.

14. Verwendung der wasserbasierten Tinte nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zum Beschichten oder Bedrucken von saugenden und nicht saugenden Oberflächen im Tintenstrahldruck-Verfahren, insbesondere von Substraten aus Papier, textilen Materialien oder Kunststoffen, vorzugsweise zum Beschichten oder Bedrucken von Textilien und/oder Tapeten.

15. Verfahren zum Beschichten oder Bedrucken von Oberflächen im Tintenstrahldruck- Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eines Substrats mit der Tinte nach einem der Ansprüche 1 bis 13 beschichtet oder bedruckt wird, wobei es sich bei der Oberfläche insbesondere um die Oberfläche eines Substrats aus Papier, aus textilen Materialien oder Kunststoffen, vorzugsweise um die Oberfläche einer Textilie und/oder Tapete handelt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Substrats ohne chemische Vorbehandlung, insbesondere ohne Aufbringung eines Haftvermittlers, beschichtet oder bedruckt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Substrats ohne anschließendes Aufbringen eines Überlacks oder Decklacks beschichtet oder bedruckt wird.