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Die
Erfindung betrifft Beschichtungen, die durch ultraviolette Bestrahlung
härtbar
sind, die auf Polymersubstrate gedruckt werden können, wobei eine thermische "drop-on-demand"-Tintenstrahl-aufnehmende Schicht zur
Verfügung
gestellt wird.
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Die
Erfindung ist besonders vorteilhaft für beschreibbare bzw. bespielbare
Kompaktdiscs (bekannt als "CD-R's) oder beschreibbare
bzw. bespielbare Digital-Versatile-Discs (bekannt als 'DVD-R's'), wobei ein Überzug erhalten wird, der gegenüber Tintenstrahlfarben,
die zur Markierung oder Codierung von Daten nach der Aufzeichnung
verwendet werden, aufnahmefähig
ist. Beschreibbare bzw. bespielbare Kompaktdiscs können aus
Polycarbonat-, Acryl- oder
Polyesterpolymeren geformt werden, aber Polycarbonat ist im Allgemeinen
die bevorzugte Wahl.
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Polycarbonat
ist ein thermoplastisches Harz, das im Handel unter verschiedenen
Bezeichnungen erhältlich
ist, wie beispielsweise "Lexan" (eine Handelsbezeichnung
für General
Electric Company) und es wird als Polymer zur Bildung von Kompaktdiscs
verwendet. Bei der Herstellung von Kompaktdiscs wird die Disc zuerst
geformt und dann zuerst mit einer lichtempfindlichen Schicht und
dann mit einer feinen Schicht aus Aluminium unter Bildung einer
Reflektionsschicht beschichtet. Bei beschreib- bzw. bespielbaren
Kompaktdiscs wird der Überzug
mit einer Schicht aus klarem UV-härtbaren Lack unter Verwendung
eines Spinbeschichtungsverfahrens (Spinbeschichtungslack) geschützt, der
die Druckoberfläche
wird. Bei einigen Konstruktionen beschreib- bzw. bespielbarer Digital-Versatile-Discs
werden zwei Discs zusammen laminiert und die Druckoberfläche ist
das Polymere selbst.
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Im
Falle von CD-R's
muss die Disc, nachdem die Disc zur Aufzeichnung von Daten verwendet
wurde, von dem Benutzer markiert werden um die aufgezeichneten Daten
zu identifizieren. Die Markierung der Disc kann beispielsweise unter
manueller Verwendung einer geeigneten Schreibeinrichtung, wie beispielsweise
einer Filzspitze, oder zunehmend unter Verwendung eines Tintenstrahldruckers
erfolgen. Durch Spinbeschichtung aufgebrachte Lacke sind im Allgemeinen
für Markierungstinten,
die für
diesen Zweck verwendet werden, nicht empfänglich, da sie so ausgebildet
sind, dass die Disc vor Schäden
geschützt
ist, anstatt dass sie für
Tinte aufnahmefähig
ist. Es ist daher eine weitere Beschichtung erforderlich um einen
geeigneten Anker für
die Markierungstinte zu ergeben. Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Beschichtung, insbesondere eine Tinte, die für diesen
Zweck entwickelt wurde.
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Damit
die Beschichtung geeignet ist, muss die Beschichtung an der CD ohne
Rissbildung oder Abschälen
haften. Die Beschichtung muss ein Benetzen der Oberfläche durch
die Tintenstrahltinte ermöglichen, während annehmbare
Werte für
die Druckdefinition beibehalten werden. Die Tintenstrahltinte muss
von dem Überzug
absorbiert werden.
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Tinten
für die
Erzeugung thermischer "drop-on-demand"-Tintenstrahl-aufnahmefähiger Flächen auf Polycarbonatsubstraten
sind bekannt. Im Allgemeinen muss die Tinte eine mit Wasser verträgliche Komponente
enthalten, damit die thermische Tintenstrahltinte, die üblicherweise
einen hohen Gehalt an Wasser besitzt, absorbiert wird.
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Eine
Art von Tinte, die zur Erzeugung thermischer "drop-on-demand"-Tintenstrahl-aufnehmenden Schichten verwendet wird,
die auf diesem Gebiet gut bekannt ist, verwendet eine Lösung aus
einem Harz und einem Lösungsmittel,
die gedruckt und dann durch Verdampfen des Lösungsmittels getrocknet wird.
Bei der Verwendung dieser Tinten besteht die Gefahr der Freisetzung
von flüchtigem
Lösungsmittel
in die Umgebung, ein gefährliches
Verfahren, das verhindert oder kontrolliert werden muss.
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Bei
einem zweiten Typ wird ein permanentes wasserlösliches harzförmiges Bindemittel,
das aus Wasser und einer Lösungsmittellösung gegossen
wird, verwendet. Aus Umgebungsgründen
sind Tinten, die nicht mit flüchtigen
Lösungsmitteln
formuliert sind, bevorzugt. Solche Tinten sind bekannt und werden
durch ultraviolette Bestrahlung gehärtet oder getrocknet. Sie enthalten
ethylenisch ungesättigte
Monomere und einen Photopolymerisationsinitiator.
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In
der JP 2000-34435 wird eine ultraviolett härtbare Tinte, die für die Verwendung
als Aufnahmebeschichtung für
CD-R's geeignet
ist, beschrieben, wobei die Verwendung eines wasserlöslichen
flüssigen
Monomeren, eines hydrophoben Polymeren, welches in dem Monomeren
löslich
ist, und eines anorganischen Füllstoffs
beschrieben wird. Im Allgemeinen werden in dieser Erfindung flüssige wasserlösliche Monomere
beschrieben, die unangenehme toxikologische Eigenschaften besitzen,
die für
die Verwendung bei Siebdruckverfahren, welches das übliche Anwendungsverfahren
ist, unerwünscht
sind.
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In
der WO 99/21724 wird ein Tintenstrahldruckmedium für die Anwendung
auf ein Substrat beschrieben, wobei ein erster innerer Überzug auf
die Oberfläche
des Substrats aufgebracht wird, gefolgt von einem zweiten äußeren Überzug auf
dem inneren Überzug.
Der innere Überzug
beruht auf einem vorgebildeten hydrophilen Polymeren und der äußere Überzug beruht
auf einem Polymeren, welches in situ durch Bestrahlung eines Zwischengemisches,
welches ungesättigte
Monomere enthält,
produziert wird.
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Erfindungsgemäß wird eine Überzugszusammensetzung
für die
Herstellung einer Tintenstrahldruck-aufnehmenden Oberfläche auf
vorbeschichteten oder nicht-beschichteten Polymersubstraten beschrieben,
wobei die Überzugszusammensetzung
umfasst:
- (a) ein festes, wasserlösliches
Salz einer Acrylamidoalkansulfonsäure,
- (b) ein oder mehrere ethylenisch ungesättige(s) Monomere(s) mit Ausnahme
des festen, wasserlöslichen Salzes
einer Acrylamidoalkansulfonsäure
oder Oligomere, die durch Ultraviolettstrahlung photopolymerisiert
werden können,
- (c) ein oder mehrere funktionelle(s) Extender-Pigment(e) und
- (d) ein oder mehrere Photoinitiator(en).
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Gegenstand
der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eine Tinten
aufnehmenden Oberfläche
auf einem Substrat, wobei das Verfahren die Stufen umfasst:
Beschichtung
des Substrats mit der oben definierten Beschichtungszusammensetzung
und
Härtung
der Beschichtung mit UV-Strahlung.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Beschichten
werden feste wasserlösliche
Monomere verwendet, die keine signifikanten toxikologischen Eigenschaften
besitzen und die eine niedrige Gefahr darstellen.
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Der
erfindungsgemäße Überzug bzw.
die erfindungsgemäße Beschichtung
ist bevorzugt eine Druckfarbe, aber er kann auch ein auftragbarer
Lack sein.
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Bei
der Durchführung
der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, Materialien zu
verwenden, die für
die Arbeiter eine niedrigere Gefahr darstellen und die einen geringen
Einfluss auf die Umgebung besitzen. Es ist weiterhin wünschenswert,
dass der Überzug
gut haftet und unter dem Einfluss von ultravioletter Strahlung,
ohne dass eine Zwischenerwärmungsstufe
erforderlich ist, härtet.
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Das
bevorzugte wasserlösliche
Monomere ist ein festes wasserlösliches
Salz einer Acrylamidoalkansulfonsäure mit einem Molekulargewicht
von weniger als 600, bevorzugter zwischen 224 und 237, wobei Natrium-2-acrylamido-2-methylpropansulfonat
am meisten bevorzugt ist. Der Überzug
umfasst mindestens ein Monomeres dieser Klasse.
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Zusätzlich können wasserlösliche oder
dispergierbare Monomere oder Oligomere mit Funktionalitäten von
1 bis 3, bevorzugt 2, zur Einstellung der Adhäsion, der Härte, der Wasserempfindlichkeit
und der Filmintegrität
verwendet werden. Die kombinierte Konzentration, ausgedrückt durch
das Gewicht der Monomeren oder Oligomeren liegt bevorzugt zwischen
10 und 90%, bevorzugter zwischen 30 und 80% und am meisten bevorzugt
um 50%.
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Die
erfindungsgemäßen Photoinitiatoren
sind gut bekannt und sie können
irgendeine Auswahl von freien Radikale-erzeugenden Spezies sein,
die bekannt sind und die eine annehmbare Härtung ergeben, beispielsweise
der Darocure-Bereich von Ciba Specialty Chemicals. Die kombinierte
Konzentration, ausgedrückt durch
das Gewicht dieser Initiatoren, liegt zwischen 1 und 10%, bevorzugt
zwischen 3 und 7% und am meisten bevorzugt um 5%.
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Das
funktionelle Extenderpigment wird so gewählt, dass die Oberflächenbenetzung
maximiert wird, indem eine hohe Oberflächenspannung erzeugt wird.
Die Teilchengröße kann
optimiert werden um die Tintenstrahltinte vor dem Abrieb zu schützen. Diese
Pigmente können
in Kombination zur Einstellung verschiedener geeigneter Eigenschaften
gleichzeitig verwendet werden. Die kombinierte Gewichtskonzentration
der Pigmente liegt zwischen 5 und 25%, bevorzugt zwischen 10 und
20% und am meisten bevorzugt um 17%. Farblose bzw. weiße Überzüge können durch
Einarbeitung von Titandioxid in Gewichtsmengen zwischen 5 und 30%, bevorzugt
zwischen 15 und 25% und am meisten bevorzugt um 25% hergestellt
werden. Solche Pigmente sind gut bekannt und im Handel erhältlich,
beispielsweise unter dem Warenzeichen TiPure von E.I. DuPont.
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Die
Tintenstrahldruckdefinition kann durch Zugabe von einem modifizierten
Alkylpolylsiloxan-Copolymeren in Mengen zwischen 0,1 und 1,0%, bevorzugt
zwischen 0,3 und 0,7% und am meisten bevorzugt um 0,5% kontrolliert
werden. Diese Klasse von Additiven ist gut bekannt und im Handel
erhältlich,
wie beispielsweise die BYK 300-Reihen von Byk-Chemie.
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Andere
Bestandteile von Typen, von denen bekannt ist, dass sie auf diesem
Gebiet bei der Rezeptur UV-härtbarer Überzüge verwendet
werden, können
gegebenenfalls vorhanden sein. Zur Einstellung der Filmhärte, Flexibilität und den
Adhäsionseigenschaften
kann ein Gemisch aus passiven (nicht-reaktiven) Harzen, ausgewählt aus
beispielsweise Polymethacrylaten, Polybutylacrylaten, Polymethylmethacrylaten,
Polybutylmethacrylaten und Copolymeren davon, Polyvinylalkoholen,
Polyvinylpyrrolidonen, Polyvinylacetaten oder reaktiven Oligomeren,
wie Urethanacrylate, Epoxyacrylate und Polyesteracrylate, verwendet
werden. Die Oberflächeneigenschaften
können
unter Verwendung von oberflächenaktiven
Mitteln, Entschäumungsmitteln, Gleit-
und Fließhilfsmitteln
und Mattierungsmitteln eingestellt werden. Es können weiterhin Stabilisatoren
gegenüber
Wärme und
Licht, Biozide und Identifizierungstracer verwendet werden.
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Die
Tinten können
nach irgendeinem auf diesem Gebiet bekannten Verfahren, beispielsweise
unter Rühren
und Mahlen der Pigmente und Extenderpigmente, hergestellt werden.
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Die
Tintenstrahlaufnahmeüberzüge sind
für die
Anwendung bei thermoplastischen Substraten, hergestellt insbesondere
aus Polycarbonaten, geeignet und solche Substrate sind mit UV-spinbeschichteten
Lacken beschichtet. Das Aufbringen der Tintenstrahl-aufnehmenden
Schicht kann beispielsweise durch Sieb-Stencil-Drucken, Spinbeschichtung,
Walzenbeschichtung, Offsetdrucken und flexographisches Drucken erfolgen. Das
bevorzugte Auftragungsverfahren ist das Sieb-Stencil-Drucken. Zum
Auftragen auf das Substrat ist es nicht erforderlich, den Überzug zu
erhitzen. Der Überzug
wird durch Belichtung mit ultraviolettem Licht, bevorzugt mit Wellenlängen zwischen
250 und 450 Nanometern, gehärtet.
Die Bestrahlung kann erfolgen, indem der Druck unter einer Quecksilberdampflampe
durchgeleitet wird. Nach der Bestrahlung mit ultraviolettem Licht zeigt
der Überzug
eine gute Adhäsion
an dem Substrat. Zusätzliche
UV-Belichtung oder verlängerte
Lagerung wird die Tintenstrahlaufnahmefähigkeit des Überzugs
nicht beeinflussen. Der beschichtete Gegenstand kann mit einem geeigneten
Tintenstrahldrucker, einem wie Primera Signature II oder einem Seiko
Precision CD-Drucker 2000, beschichtet werden.
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Die
folgenden Beispiele erläutern
die Erfindung.
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Beispiel 1
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Die
folgenden Bestandteile werden in der angegebenen Reihenfolge in
einer Cowles-CM-100-Dispergiervorrichtung
gemischt.
2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäurenatriumsalz
als 50%ige Lösung
in Wasser | 63,9 |
Polyethylenglykoldiacrylat
400 | 6,39 |
2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanon | 3,19 |
modifiziertes
Silikon (bsp. BYK 321) | 0,96 |
Magnesiumcarbonatpigment | 25,56 |
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Das
Produkt ist eine milchig aussehende Tinte. Diese Tinte wird unter
Verwendung von 390 Fäden
pro Inch (tpi) twill mesh auf eine spinbeschichtete CD-Disc gedruckt
und mit 50 fpm unter einem 200 Watt UV-Trockner durchgeführt. Die
beschichtete Disc wird dann mit dem Primera Signature II-Tintenstrahldrucker bedruckt
und zeigt eine gute Adhäsion
und eine gute Druckdefinition.
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Beispiel 2
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Die
folgenden Bestandteile werden in der angegebenen Reihenfolge in
einer CM-100-Dispergiervorrichtung
vermischt.
2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäurenatriumsalz
als 50%ige Lösung
in Wasser | 63,9 |
Tripropylenglykoldiacrylat | 6,39 |
2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanon | 3,19 |
modifiziertes
Silikon (BYK 320) | 0,96 |
Magnesiumcarbonatpigment | 25,56 |
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Das
Produkt ist eine milchig aussehende Tinte. Diese wird unter Verwendung
eines 390 tpi twill mesh auf eine spinbeschichtete CD-Disc gedruckt
und mit 50 fpm unter einem 200 Watt-UV-Trockner durchgeführt. Die
beschichtete Disc wird dann mit einem Seiko Precision CD-Drucker
2000 bedruckt und zeigt eine gute Adhäsion und Druckdefinition.
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Beispiel 3
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Die
folgenden Bestandteile werden in der angegebenen Reihenfolge in
einer Cowles-CM-100-Dispergiervorrichtung
vermischt:
2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäurenatriumsalz
als 50%ige Lösung
in Wasser | 57,51 |
Polyethylenglykoldiacrylat | 6,39 |
Actilan
SPO61 (Urethanacrylat) | 6,39 |
2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanon | 3,19 |
modifiziertes
Silikon (BYK 321) | 0,96 |
Magnesiumcarbonatpigment | 25,56 |
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Das
Produkt ist eine milchig aussehende Tinte. Diese wird unter Verwendung
eines 390 tpi twill mesh auf eine spinbeschichtete CD-Disc gedruckt
und mit 50 fpm unter einem 200 Watt-UV-Trockner durchgeführt. Die
beschichtete Disc wird dann mit einem Seiko Precision CD-Drucker
2000 bedruckt und zeigt eine gute Adhäsion und Druckdefinition.
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Beispiel 4
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Die
folgenden Bestandteile werden in der angegebenen Reihenfolge vermischt.
2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäurenatriumsalz
als 50%ige Lösung
in Wasser | 57,51 |
Polyvinylacetatemulsion | 12,78 |
2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanon | 3,19 |
modifiziertes
Silikon | 0,96 |
Magnesiumcarbonatpigment | 25,56 |
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Das
Produkt ist eine milchig aussehende Tinte. Diese wird unter Verwendung
von 390 Fäden
pro Inch (tpi) twill mesh auf eine spinbeschichtete CD-Disc gedruckt
und mit 50 fpm unter einem 200 Watt-UV-Trockner durchgeführt. Die
beschichtete Disc wird dann mit einem Epson Tintenstrahldrucker
bedruckt und sie zeigt gute Adhäsion
und Druckdefinition.
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Beispiel 5
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Die
folgenden Bestandteile werden zusammen vermischt, wobei die Komponente
A erhalten wird:
Actilan
SPO 41 (Urethanacrylat) | 14 |
Tripropylenglykoldiacrylat | 8 |
Hochethoxyliertes
Trimethylpropantriacrylat | 12 |
Darocure
1173 | 0,5 |
Irgacure
369 | 0,5 |
Poloral
8022 (Polyesterharz) | 5 |
Ditrimethylpropantriacrylat | 3 |
Entschäumungsmittel
(bsp. BYK 035) | 1 |
Genorad
16 (Stabilisator) | 0,5 |
Supreme
Qualitätston
(ECC) | 0,6 |
Alcoprint
PTF (Verdickungsmittel) | 0,5 |
Destilliertes
Wasser | 44 |
Aqua
Polyfluo 411 (Mittel gegen Abrieb) | 4 |
| 100 |
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Die
Komponente A wird dann mit den folgenden Bestandteilen in den Verhältnissen
wie im Folgenden angegeben vermischt:
2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäurenatriumsalz
als 50%ige Lösung
in Wasser | 45 |
30%ige
Lösung
Ghosenol GL-05 (Polyvinylalkohol) in destilliertem Wasser | 27 |
Komponente
A | 18 |
Silika-Mattierungsmittel | 10 |
| 100 |
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Diese
Zusammensetzung wird unter Verwendung eines 390 tpi twill mesh auf
eine spinbeschichtete CD-Disc gedruckt und mit 50 fpm unter einem
200 Watt-UV-Trockner durchge führt.
Die beschichtete Disc wird dann mit einem Seiko Precision CD-Drucker
2000 bedruckt und sie zeigt eine gute Adhäsion und eine gute Druckdefinition.