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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Druckfarbe, die Mikrokapseln enthält, die
Konsistenz einer Paste aufweist und für die Verwendung bei der Herstellung
von Geschäftsformularen
durch Aufbringen von dem Farbenbehälter eines Druckturms für den trockenen
Offsetdruck geeignet ist.
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Bei
druckempfindlichen Aufzeichnungspapieren, die auch als kohlenstofffreie
Kopierpapiere bzw. Durchschreibepapiere (carbonless copy paper)
bezeichnet werden, wird eine Schicht von unter Druck zerbrechlichen
Mirokapseln, die eine Lösung
eines farblosen Farbstoffzwischenprodukts (den Farbausbilder) enthalten,
auf die Rückseite
des vorderen Bogens in einem Satz von Formularen beschichtet. Die
rückseitige
Beschichtung wird als CB-Beschichtung bezeichnet und der Bogen,
der die CB-Beschichtung aufweist, wird als CB-Bogen bezeichnet.
Um ein Bild auszubilden, wird die CB-Beschichtung mit einem Papier
zusammengeführt,
das auf seiner Vorderseite mit einem geeigneten Farbentwickler beschichtet
ist. Diese Beschichtung wird als CF-Beschichtung bezeichnet und
der Bogen wird als CF-Bogen
bezeichnet. Marierungen werden erzeugt, indem die Kapseln in der
CB-Beschichtung mittels Druck aufgebrochen werden, um zu bewirken,
dass der Farbausbilder von den Kapseln freigegeben wird und mit
dem Entwickler reagiert, wodurch der Farbausbilder in seine farbige
Form umgesetzt wird und die Markierung ausgebildet wird.
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Die
Mead Corporation ist der Vorreiter der Entwicklung von Mikrokapseln
enthaltenden Zusammensetzungen gewesen, die für eine Aufdruckaufbringung
bei der Herstellung von Geschäftsformularen
geeignet sind. Diese Zusammensetzungen sind durch ihre Fähigkeit
gekennzeichnet, sich unter einem minimalen Austrocknen rasch abzuscheiden,
so dass sie auf die Formulare mit Geschwindigkeiten aufgebracht
werden, die normalerweise bei einer Formularpresse auftreten. Eine
der Zusammensetzungen, die von der Mead Corporation vertrieben wird,
ist eine Heißschmelzzusammensetzung,
in der die Mikrokapseln in einer Beschichtungszusammensetzung enthalten
sind, die ein Wachsbindemittel enthält. Andere Druckfarbenzusammensetzungen
sind ebenfalls entwickelt worden, wobei es sich um auf Wasser basierenden
Zusammensetzungen handelt, die jedoch minimale Mengen Wasser enthalten,
so dass diese den Anforderungen an die Trocknungsgeschwindigkeit
für die
Aufbringung auf einer Formulardruckvorrichtung genügen. Eine
solche Zusammensetzung wird in der US-PS 4,889,877 (Seitz) beschrieben,
die eine Aufschlämmung
von Mikrokapseln verwendet, die hergestellt wird, indem der Farbausbilder
in situ in einem Druckfarbenbindemittel eingekapselt wird. Eine weitere
Zusammensetzung, die in der internationalen Patentanmeldung WO 95/02643
beschrieben wird, wird hergestellt, indem die Mikrokapseln sprühgetrocknet
werden und die sprühgetrockneten
Kapseln einem Druckfarbenbindemittel zugefügt werden. Die bisher entwickelten
Zusammensetzungen sind für
eine Anwendung von dem Dämpfungssystembehälter (damping
system tray) entwickelt worden und sind daher nicht für eine Anwendung
von dem Farbbehälter
eines Druckturms für
den trockenen Offsetdruck geeignet, da diese nicht viskos genug
sind. Die Druckfarbenzusammensetzungen, die von dem Farbbehälter aufgebracht
werden, müssen
die Konsistenz einer Paste aufweisen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine
Manifestation der Erfindung ist eine CB-Druckfarbenpaste, die ein
Druckfarbenbindemittel umfasst, das weniger als ungefähr 15 Gewichtsprozent Öl enthält, sowie
eine wässrige
Mikrokapselaufschlämmung,
die eine Feststoffmenge von wenigstens 45% enthält (d.h. die Aufschlämmung enthält weniger
als 55% Wasser), wobei das Druckfarbenbindemittel und die wässrige Aufschlämmung von
Mikrokapseln unter einer starken Schubdehnung vermischt werden,
um eine Emulsion von Wasser in Öl
auszubilden. Die CB-Druckfarbe weist eine Viskosität von größer als
50,000 cps und vorzugsweise von größer als 100,000 cps auf. Die
Erfindung stellt ferner ein Verfahren bereit zum Herstellen einer
CB-Druckfarbenpaste, wobei das Verfahren das Herstellen einer wässrigen
Lösung
von Mikrokapseln umfasst, die eine Feststoffmenge von wenigstens
45% enthält,
sowie das Emulgieren der wässrigen
Lösung
von Mikrokapseln in ein Druckfarbenbindemittel, das weniger als
15% Öl
enthält,
unter einer starken Schubdehnung, um eine homogene Emulsion von
Wasser in Öl auszubilden.
In einer Ausführungsform
wird die Mikrokapselaufschlämmung
unter Verwendung eines nichtwässrigen
Verdünnungsmittels
beschrieben, wie dies detaillierter in der US-PS 4,889,877 beschrieben
wird. Eine immer noch weitere Manifestation der Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Herstellen kohlenstofffreier Formulare, wobei
die vorstehend beschriebene Druckfarbe auf eine Formularbahn aufgebracht
wird und insbesondere von einem Offsetfarbenturm aufgebracht wird.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnung
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Die
Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Offsetdruckturms 10 mit
der Feuchtkastenschale 12, in der ein Feuchtkastenzylinder 14 Wasser über die
Walzenstraße 16 einem
Druckplattenzylinder 18 zuführt. Farbe wird von dem Farbbehälter bzw.
der Farbkas tenschale 20 dem Plattenzylinder 18 über den
Farbkastenzylinder 22 und die Walzenstraße 24 zugeführt. Papier
von dem Stapel 30 wird bedruckt, wenn es zwischen dem Drucktuchzylinder 28 und
dem Gegendruckzylinder 32 durchgeführt wird. Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen
sind dadurch gekennzeichnet, dass diese derart ausgestaltet sind,
dass die Viskosität der
Zusammensetzungen groß genug
ist, dass diese die pastenartige Konsistenz aufweisen, die für ein Aufbringen
von der Farbkastenschale 20 erforderlich ist.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
Paste ist derart ausgestaltet, dass diese einem Farbbehälter bzw,
einer Farbkastenschale in einem herkömmlichen Offsetdruckturm zuführt werden
kann und auf eine Papierbahn bzw. einen Papierstapel auf einer herkömmlichen
Formularpresse aufgebracht werden kann. Zu diesem Zweck weist die
Farbe eine Viskosität
von wenigstens 70,000 cps, bevorzugt von wenigstens 90,000 cps und
weiter bevorzugt von wenigstens 100,000 cps auf.
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In
der Patentliteratur findet man verschiedene Verfahren zum Herstellen
einer wässrigen
Aufschlämmung
von Mikrokapseln einschließlich
Koazervierung, in situ Polymerisation, Grenzflächenpolymerisation eines oder
mehrerer Monomere in einem Öl,
sowie verschiedene Schmelz-, Dispersions- und Kühlverfahren. Zusammensetzungen,
die in den verschiedenen Mikroeinkapselungstechniken für die Verwendung
als wandausbildende Zusammensetzungen geeignet sind, umfassen: Hydroxypropylcellulose,
Methylcellulose, Carboxymethylcellulose, Gelatine, Melaminformaldehyd,
polyfunktionale Isocyanate sowie Zwischenproduktpolymere davon,
polyfunktionale Säurechloride,
Polyamine, Polyole, Epoxide sowie Gemische daraus. Bei dem bevorzugten
Mikroeinkapselungsverfahren handelt es sich um eine Grenzflächenpolymerisation,
wobei ein Reaktant, vorzugsweise ein Vernetzungsmittel, wie beispielsweise
ein Polyisocyanat, in einer öligen
Lösung
gelöst wird,
die als die interne Phase der Mikrokapseln dient. Somit wird für eine CB-Farbe
die Öllösung ein öliges Lösungsmittel
sowie ein Farbstoffzwischenprodukt bzw. Farbstoffzwischenprodukte
enthalten, der geeignet ist bzw. die geeignet sind, mit einem Farbentwickler
zu reagieren, um eine Farbe auszubilden. Das Vernetzungsmittel wird
in dieser Öllösung aufgelöst. Die Öllösung mit
dem darin aufgelösten
Reaktanden wird sodann in eine wässrige
Lösung
dispergiert, um eine Emulsion auszubilden. Ein Koreaktant, wie beispielsweise
ein Polyamin oder ein Polyol, wird entweder vor oder nach dem Emulgieren
hinzugefügt.
Auf jeden Fall reagieren, wie dies bekannt ist, der Reaktant und
der Koreaktant in der Emulsion im Wege eines Grenzflächenpolymerisations-
oder eines Grenzflächenvernetzungsmechanismus,
um eine feste, dicke Kapselwand um Tröpfchen der öligen Lösung auszubilden und Mikrokapseln
herzustellen. Durch Grenzflächenpolymerisation
hergestellte Mikrokapseln mit Wänden,
die aus einem Polyharnstoffpolymer hergestellt sind, werden bevorzugt,
da diese dazu geeignet sind, die starken Schubdehnungsbedingungen
auszuhalten, die nötig
sind, um die Mikrokapseln in das Druckfarbenbindemittel zu emulgieren
und die Emulsion von Wasser in Öl
auszubilden, die die Druckfarbe kennzeichnet. Eine bevorzugte Polyharnstoffwand
wird erzeugt, indem aliphatische Polyisocyanate, wie beispielsweise
1,6-Hexamethylendiisocyanat, mit multifunktionalen Aminen, wie beispielsweise
Diethylentriamin (DETA) oder Guanidin, zur Reaktion gebracht werden.
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Um
die erwünschte
Viskosität
der Druckfarbe zu erreichen, wird die wässrige Aufschlämmung von
Mikrokapseln konzentriert oder unter Bedingungen hergestellt, die
eine Konzentration der Aufschlämmung
von Feststoffen von insgesamt wenigstens 45 und üblicherweise zwischen 50 und
60% zur Folge haben. Falls erforderlich, können Filtrierungs- und Dekantierungstechniken
verwendet werden, um die erwünschte
Konzentration zu erhalten. Gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird ein nicht flüchtiges
Verdünnungsmittel
als ein gemeinsames Lösungsmittel
mit Wasser als die kontinuierliche Phase zur Einkapselung verwendet,
wie dies im Detail in der US-PS 4,889,877 (Seitz) beschrieben ist.
Das nichtflüchtige
Verdünnungsmittel sollte
wasserlöslich
sein (d.h. eine Löslichkeit
in Wasser von mehr als 33%), mit der öligen Lösung nicht vermischbar sein,
nicht mit den Kapselwandmaterialien des Reaktanden und des Koreaktanden
regieren sowie eine geringe Viskosität aufweisen (d.h. weniger als
ungefähr
50 cps). Vorzugsweise ist das nichtflüchtige Verdünnungsmittel nicht hygroskopisch,
kein Weichmacher für
die Kapselwand, weist einen Dampfdruck von weniger als ungefähr 0,1 mm
Hg auf und ist beim Trocknen im Wesentlichen nicht klebrig. Bei
den bevorzugten nichtflüchtigen
Verdünnungsmitteln
handelt es sich um nicht reduzierende Zucker, wie beispielsweise
Methylglucosid, andere Materialien wie beispielsweise Dimethylharnstoff,
Dimethylhydantoinformaldehydharz sowie Sorbitol-, Erythritol- und
Polyoxyehtylenpolyole wie beispielsweise Carbowax 4000 können jedoch
verwendet werden. Die wässrige
Lösung
weist vorzugsweise 24–40%
Wasser und 12–25%
(weiter bevorzugt 13–20%) nichtflüchtiges
Verdünnungsmittel
auf.
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Die
chromogenen Farbzwischenprodukte, die bei der praktischen Verwirklichung
der Erfindung am geeignetsten sind, sind Farbzwischenprodukte des
elektronenspendenden Typs. Die bevorzugte Gruppe elektronenspendender
Farbzwischenprodukte umfasst die Lactonphtalide, wie beispielsweise
Kristallviolettlacton, sowie 3,3-bis(1'-Ethyl-2-Methylindol-3''-yl)phtalide,
die Lactonfluorane, wie beispielsweise Dibenzylamino-6-Diethylaminofluoran
und 6-diethylamino-1,3-Dimethylfluorane, die Lactonxanthene, die
Leucoauramine, die 2-(Omega substituierte Vinylene)-3,3-Disubstituierte-e-H-Indole
sowie 1,3,3-Trialkylindolinospiran. Gemische dieser Farbzwischenprodukte
können
verwendet werden, falls dies erwünscht
wird. Gemäß dem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren
werden mikroeingekapselte Öllö sungen von
Farbzwischenprodukten verwendet. Die Farbzwischenprodukte sind in
solchen Öllösungen vorzugsweise
in einer Menge von ungefähr
0,5% bis ungefähr
20% basierend auf dem Gewicht der Öllösung vorhanden, wobei ein Bereich
von ungefähr
2% bis ungefähr
7% am meisten bevorzugt wird. Lösungsmittel
für die
Farbzwischenprodukte sind bekannt und umfassen chlorierte Paraffine,
alkylisierte Byphenyle und andere. Während eine Druckfarbe, die
CB-Mikrokapseln enthält,
wie vorstehend beschrieben, die bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform
darstellt, können
die Öl
enthaltenden Mikrokapseln gemäß der vorliegenden
Erfindung andere Substanzen als Farbstoffzwischenprodukte enthalten.
Beispielsweise können
Duftstoffe, Insektizide, Flüssigkristalle
und andere häufig eingekapselte
Subtanzen ebenfalls verwendet werden.
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Herkömmliche
Druckfarben verwenden üblicherweise
ein Bindemittel, um das Pigment zu dispergieren und zu tragen. Dieses
Druckfarbenbindemittel erleichtert die Übertragung des Pigments auf
das Substrat. Das Bindemittel ist dabei wichtig, die endgültigen Eigenschaften
des Farbenfilms, wie beispielsweise den Glanz und das Abscheiden,
zu bestimmen. Üblicherweise
sind derartige Bindemittel aus Lösungsmitteln, pflanzlichen Ölen oder
Harzen hergestellt worden und können
andere Komponenten, wie beispielsweise zusätzliche Lösungsmittel, rheologische Modifizierungsmittel,
Trockenmittel und Antioxidiermittel enthalten.
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Pastendruckfarben
verwenden üblicherweise
ein Bindemittel, das auf Mineralöldestillaten
als hauptsächliches
Lösungsmittel
basiert. Pflanzliche Öle,
wie Leinsamenöl,
Sojaöl,
Rapsöl
oder Tungöl,
sind ebenfalls als Lösungsmittel
in Druckfarben als Ersatz der Mineralöldestillate verwendet worden.
Das Lösungsmittel
in dem Bindemittel dient in Verbindung mit irgendwelchen zusätzlichen
Lösungsmitteln
dazu, die anderen Komponenten des Bindemittels in Lösung zu
halten, und dient ferner als ein Klebrigkeitsreduzierungsmittel.
Gemäß der Erfindung
wird die Menge dieser Öle
bei nicht mehr als 15% basierend auf dem Gewicht des Bindemittels gehalten.
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Das
Druckfarbenbindemittel enthält
außerdem üblicherweise
ein Harz. Das Harz dient als filmausbildendes Mittel und trägt ferner
zu den fertigen Farbeigenschaften bei, wie beispielsweise den Klebrigkeits-, Filmintegritäts- und
Bindungseigenschaften. Herkömmliche
Druckharze umfassen die, die aus Kolophonium und insbesondere aus
Kolophoniumestern sowie aus modifiziertem Kolophonium, synthetischem
Kolophonium, modifizierten Kohlenwasserstoffharzen und zyklisiertem
Gummi gewonnen werden.
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Das
Bindemittel kann ferner rheologische Modifizierungsmittel, wie beispielsweise
Geliermittel, umfassen, um dabei behilflich zu sein, die Beschlageigenschaften
(misting properties) zu erniedrigen, und zu einer schneller abbindenden
Farbe beizutragen. Die Geliermittel sind üblicherweise organisch-metallische
Verbindungen von Aluminium oder Polyamidharzen.
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Das
Bindemittel kann außerdem
Antioxidationsmittel und Trockner enthalten. Antioxidationsmittel
verzögern
eine automatische Oxidation, um eine voreilige Abisolierung sowohl
des Bindemittels als auch der Druckfarbe zu verhindern. Beispiele
für derartige
Antioxidationsmittel sind butylisiertes Hydroxytoluen (BHT) oder
Hydrochinon. Trockner werden hinzugefügt, um bei der Oxidationstrocknung
des Farbfilms behilflich zu sein. Beispiele für Trockner umfassen metallische
Salze von Acylaten sowie metallische Salze von Octanoaten.
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Ein
Beispiel eines gemäß der vorliegenden
Erfindung nützlichen
Druckfarbenbindemittels ist in der nachstehenden Tabelle bereitgestellt:
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Das
Verfahren zum Dispergieren der Mikrokapseln in dem Farbenbindemittel
ist wichtig, da es ebenso notwendig ist, ein Verfahren zu verwenden,
das die Aufschlämmung
von Mikrokapseln und das viskose Farbenbindemittel unter einer starken
Schubdehnung bzw. Scherung vermischt, um eine Emulsion von Wasser
in Öl herzustellen.
Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird eine eine starke Schubdehnung bzw.
Scherung bereitstellende Mischvorrichtung, wie beispielsweise eine
Cowles-Mischvorrichtung, verwendet. Andere eine starke Scherung
bereitstellende Mischvorrichtungen können ebenso verwendet werden, um
die Emulsion von Wasser in Öl
herzustellen.
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Bei
der bevorzugten Anwendung des Verfahrens und der Produkte der Erfindung
wird eine Vielzahl von kohlenstofffreien Formularen erzeugt. In
diesem Verfahren wird eine kontinuierliche Bahn mit einem Muster
auf wenigstens einer Seite markiert. Die Druckfarbe wird auf wenigstens
einen Abschnitt wenigstens einer Seite der kontinuierlichen Bahn
aufgebracht. Eine Vielzahl von kohlenstofffreien Formularen wird
sodann mittels unterschiedlicher Kollationierungs- und Abschließungsschritte
hergestellt.
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Die
chromogene Beschichtungszusammensetzung kann auf ein Substrat aufgebracht
werden, wie beispielsweise auf Papier oder eine Plastikfolie, mittels
irgendeinem der herkömmlichen
Papierbeschichtungsverfahren, wie diese vorstehend beschrieben worden
sind, beispielsweise Walzen-, Klingenbeschichtung, oder mittels
irgendeinem der herkömmlichen
Druckverfahren, wie beispielsweise Gravur- oder Flexodrucken. Die rheologischen
Eigenschaften und insbesondere die Viskosität der Beschichtungszusammensetzung
können für jeden
Anwendungstyp verändert
werden. Die Zusammensetzungen sind insbesondere für eine Anwendung mittels
Offsetdruck geeignet. Während
die tatsächliche
Menge der auf das Substrat aufgebrachten Farbe in Abhängigkeit
des bestimmten, erwünschten
Endprodukts variieren kann, ist herausgefunden worden, dass zum
Zwecke des Beschichtens von Papiersubstraten ein CB-Beschichtungsgewicht
von ungefähr
2 Gramm bis ungefähr
12 Gramm pro Quadratmeter des Substrats günstig ist. Der bevorzugte Bereich
des CB-Beschichtungsaufbringungsgewichts liegt zwischen ungefähr 3 Gramm
und ungefähr
7 Gramm pro Quadratmeter des Substrats, während der meist bevorzugte
Bereich zwischen ungefähr
4 Gramm und ungefähr
6 Gramm pro Quadtratmeter des Substrats liegt.
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Die
Farbenzusammensetzung kann erzeugt werden, indem bis 70% und typischerweise
40 bis 70% basierend auf dem Gewicht der wässrigen Mikrokapselaufschlämmung mit
wenigstens 3% und typischerweise ungefähr 30 bis 60% basierend auf
dem Gewicht des Farbenbindemittels emulgiert werden. Die Zusammensetzung
der Farbe sollte, wie vorstehend bemerkt, eine Viskosität von wenigstens
90,000 cps aufweisen. Im Allgemeinen sind Zusammensetzungen bevorzugt,
die auf 60% Kapselaufschlämmung
und 40% des Farbenbindemittels basieren. Zusammensetzungen, die
40% oder weniger der Kapselaufschlämmung enthalten, können Markierungen
erzeugen, die zwar nützlich,
jedoch ein wenig blass sind. Zusammensetzungen, die 70% oder mehr
der Aufschlämmung
enthalten, sammeln sich unerwünschterweise
in dem Farbenwalzwerk an. Um ein schnelles Abscheiden mit einer
minimalen Trocknungszeit zu erreichen, sollte die Farbe nicht mehr
als ungefähr
40% Wasser basierend auf dem Gewicht enthalten. Die Zusammensetzung
umfasst vorzugsweise ungefähr
20 bis 30% Mikrokapseln (Trockengewicht).
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Aufgrund
der detaillierten Beschreibung der Erfindung sowie der Bezugnahmen
auf bestimmten Ausführungsformen
von dieser wird der Fachmann erkennen, dass zahlreiche Modifizierungen
und Variationen möglich
sind, ohne den Geist und den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen,
wie dieser in den anhängenden
Ansprüchen
definiert ist.
