METODO PARA LA IMPRESION DE UN MATERIAL FLUIDO UTILIZANDO UNA TECNICA DE IMPRESION POR CHORROS EN CONTINUO Y COMPOSICION CURABLE PARA SU UTILIZACION EN DICHO METODO.
Composición curable que tiene una viscosidad de baja cizalladura a 22ºC en el intervalo de 50-1500 mPas,
composición curable que comprende
(a) un componente A en una cantidad en el intervalo del 1-15% en peso, componente A que tiene una constante dieléctrica mayor que 15 (a 0ºC) y se selecciona del grupo que comprende acetamida, acetona, acetonitrilo, alcohol amílico, tricloruro de antimonio, 1-butanol, anhídrido citracónico, ácido cianoacético, oxido de deuterio, DMSO, etanol, cianuro de etileno, ácido fórmico, formamida, furfuraldehído, glicerina, glicerol, glicol, hidracina, ácido cianhídrico, cianuro de hidrógeno, HFI, peróxido de hidrógeno, ácido fluorhídrico, hadrocina, yodo, lactonitrilo, nitrato de plomo, anhídrido maleico, anhídrido malónico, malonitrilo, MEK, metanol, metil pirrolidonas, metiltiocianato, nitrobenzaldoxima, N,N-dimetilformamida (DMF), nitrometano, nitrosodimetilamina, p-nitro-anilina, granos de plástico, ácido sulfúrico, 1-propanol, jarabe, cloruro de talio, dióxido de titanio, óxido de titanio, ácido trimetilsulfanílico, agua, y mezclas de los mismos,
(b) una sal lipofílica disuelta iónicamente en una cantidad en el intervalo del 1-15% en peso, en la que dicha sal lipofílica se selecciona del grupo formado por sales de litio, sales de tetraalquil amonio, alquil sulfonatos, derivados de alquil sulfonatos, sulfatos de alquilo, derivados de sulfatos de alquilo, alquil bencil sulfonatos, derivados de alquil bencil sulfonatos, alquil bencil sulfatos, derivados de alquil bencil sulfatos, sales de tetrabencil amonio, derivados de sales de tetrabencil amonio, sales de trialquil monobencil amonio, derivados de sales de trialquil monobencil amonio, sales de dibencil dialquil amonio, derivados de sales de dialquil dibencil amonio, sales de monoalquil tribencil amonio, derivados de sales de monoalquil tribencil amonio, sales de ácido cólico, derivados de sales de ácido cólico, derivados de sales de ácido cólico, derivados de sales de derivados de ácido cólico, digitoninas, derivados de digitoninas, docusatos, derivados de docusatos, sarcosina, derivados de sarcosina, sales de benzalconio, derivados de sales de benzalconio, sales de tonzonio, derivados de sales de tonzonio, sales de ácidos grasos y derivados de sales de ácidos grasos,
(c) opcionalmente, uno o más aditivos de recubrimiento en una cantidad de, como máximo, 10% en peso, y
(d) la parte restante un componente líquido B, que comprende un monómero curable y/o un oligómero curable, componente líquido B que tiene una viscosidad de baja cizalladura (a 22ºC) en el intervalo de 50-1500 mPas, en el que dicho monómero curable se selecciona del grupo que comprende metacrilatos, acrilatos, epoxis, oxetanos, combinaciones de epoxi/ácido, combinaciones de epoxi/amina, derivados vinílicos, maleimidas y derivados de alilo y mezclas de los mismos, y en el que dicho oligómero curable se selecciona del grupo formado por uretanos acrilados, epoxis, epóxidos, acrilatos de epoxi, oxetanos, fenoles, carbonatos, éteres, poliésteres y acrílicos, con cualquier grado de funcionalidad,
en la que los componentes líquidos A y B son compatibles entre sí, y todas las cantidades son en base a la composición total
Tipo: Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: W06000148NL.
Solicitante: NEDERLANDSE ORGANISATIE VOOR TOEGEPAST-NATUURWETENSCHAPPELIJK ONDERZOEK TNO.
Nacionalidad solicitante: Países Bajos.
Dirección: SCHOEMAKERSTRAAT 97,2628 VK DELFT.
Inventor/es: HOUBEN,RENE JOS, MICHELS,JASPER,JOOST.
Fecha de Publicación: .
Fecha Concesión Europea: 21 de Octubre de 2009.
Clasificación Internacional de Patentes:
- C09D11/10B
Clasificación PCT:
- C09D11/00 QUIMICA; METALURGIA. › C09 COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES; ADHESIVOS; COMPOSICIONES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR; APLICACIONES DE LOS MATERIALES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR. › C09D COMPOSICIONES DE REVESTIMIENTO, p. ej. PINTURAS, BARNICES, LACAS; EMPLASTES; PRODUCTOS QUIMICOS PARA LEVANTAR LA PINTURA O LA TINTA; TINTAS; CORRECTORES LIQUIDOS; COLORANTES PARA MADERA; PRODUCTOS SOLIDOS O PASTOSOS PARA ILUMINACION O IMPRESION; EMPLEO DE MATERIALES PARA ESTE EFECTO (cosméticos A61K; procedimientos para aplicar líquidos u otros materiales fluidos a las superficies, en general B05D; coloración de madera B27K 5/02; vidriados o esmaltes vitreos C03C; resinas naturales, pulimento francés, aceites secantes, secantes, trementina, per se , C09F; composiciones de productos para pulir distintos del pulimento francés, cera para esquíes C09G; adhesivos o empleo de materiales como adhesivos C09J; materiales para sellar o guarnecer juntas o cubiertas C09K 3/10; materiales para detener las fugas C09K 3/12; procedimientos para la preparación electrolítica o electroforética de revestimientos C25D). › Tintas.
Fragmento de la descripción:
Método para la impresión de un material fluido utilizando una técnica de impresión por chorros en continuo y composición curable para su utilización en dicho método.
La presente invención se refiere a una composición curable, un método para la impresión de un material fluido utilizando una técnica de impresión por chorros continua y un artículo curado que comprende dicha composición curable.
La tecnología de curado por radiación ha sido utilizada en la industria de las artes gráficas durante más de 20 años. Un factor clave en la adopción de esta tecnología por razones medioambientales y de seguridad es la reducción de los compuestos orgánicos volátiles, resultado de la eliminación de disolventes. La tecnología de UV se ha limitado a métodos específicos de impresión por chorros de tinta, métodos que requieren bien elevadas temperaturas de impresión o bien muy baja viscosidad a la temperatura ambiente. Estos métodos se pueden utilizar para conformar artículos, tales como un producto RP, producto RM o producto LMT. Las tintas de UV utilizadas en los mismos emplean un disolvente portador. Estos disolventes se utilizan para controlar la viscosidad de la tinta y para promover la adhesión a un sustrato. Además, se ha observado que habitualmente las composiciones curables deben contener el mínimo disolvente posible, a efectos de obtener las propiedades físicas y químicas favorables de la composición curada. Además, las composiciones curables preferentemente no deben contener nada de sal o una cantidad mínima de la misma, ya que se considera que la sal es perjudicial para las propiedades físicas y químicas favorables de la composición curada.
Las impresoras por chorros de tinta pueden dividirse en sistemas "gota a demanda" ("Drop-on-demand", DOD) y sistemas por chorros de tinta en continuo ("Continous Inkjet", CIJ). En los sistemas DOD, cada gota se genera a demanda tan pronto como la tobera se coloca encima del sustrato. Por otra parte, en los sistemas de CIJ se genera un flujo de gotas de tinta a presión elevada y constante. Las gotas de tinta están cargadas y pueden desviarse selectivamente a fin de obtener una distribución de gotas deseada a lo largo del sustrato. Posteriormente, las gotas desviadas pueden ser recicladas. Para estar cargadas, la tinta debe ser conductiva eléctricamente.
Como se ha indicado anteriormente, cuando se utiliza en una impresora de chorros de tinta de "gota a demanda" (DOD) o de chorros de tinta en continuo (CIJ), una composición (curable por UV) debe tener una viscosidad suficientemente baja. Para la mayoría de las composiciones de tinta, la viscosidad aplicada es aproximadamente 100 mPas a temperatura ambiente, a pesar de que más típicamente la viscosidad de aplicación a la temperatura de impresión es inferior a 70 mPas en el caso de la tecnología CIJ e inferior a 20 mPas en el caso de la tecnología DOD. Se entenderá que la viscosidad de una composición puede estar influenciada por la temperatura de impresión por chorros de tinta.
Las composiciones de formación de película más convencionales para otras aplicaciones, tales como recubrimientos, tienen, sin embargo, una viscosidad significativamente mayor, que las hace inadecuadas para procesos de impresión por chorros de tinta.
La inhibición de oxígeno es otro factor que afecta el rendimiento de los materiales curables por UV. Se requieren velocidades rápidas de curado para asegurar la buena calidad de impresión y la eficiencia de la producción. Como resultado, son necesarios materiales altamente funcionales. Sin embargo, estos materiales no deben mostrar contracción de película elevada, lo que afectaría negativamente a la tinta y a la adhesión de la tinta. Por lo tanto, estos materiales se aplican preferentemente a la temperatura de curado o cerca de la misma. En este sentido, la tecnología DOD es menos favorable, dado que esta tecnología necesita utilizar temperaturas de impresión desfavorablemente elevadas. Alternativamente, la tecnología DOD necesita utilizar formulaciones de muy baja viscosidad a la temperatura ambiente conduciendo a redes muy densas, dando como resultado materiales frágiles y, por lo tanto, son inadecuadas para el modelado 3D.
En las tintas UV convencionales normalmente se utiliza un epoxi, un uretano o un acrilato de poliéster modificado como el esqueleto de la composición de tinta. Sin embargo, la química específica de epoxi, se ve afectada por los elevados pesos moleculares y viscosidades, contracción de película elevada y capacidad limitada de pigmentación. Por lo tanto, las composiciones basadas en epoxi no son adecuadas para aplicaciones por chorros de tinta, dado que para estas aplicaciones tienen que contener grandes cantidades de disolventes. Además, para la polimerización típica de apertura de anillo catiónica (epóxidos y oxetanos), la contracción puede ser muy baja, mucho menor que para los acrilatos y, por lo tanto, puede ser muy interesante para 3D, RP y RM. Las desventajas de estos sistemas son, sin embargo, que la polimerización en estos últimos casos es relativamente lenta y está inhibida por aceptores de protones (tales como el agua).
La utilización de uretanos y acrilatos de poliéster convencionales comporta mejores propiedades físicas globales, pero sus viscosidades siguen siendo muy elevadas, lo que los hace no especialmente adecuados para aplicaciones por chorros de tinta.
Además, se observa que los monómeros y oligómeros reactivos convencionales que suelen utilizarse en sistemas de UV no son solubles en agua, a la vez que los fotoiniciadores tradicionales tienen poca compatibilidad con agua, dado que no se dispersan bien en agua debido, por ejemplo, a su naturaleza polar.
En un artículo de J. Klang y J. Balcerski de Sartomer, PA, USA (2004), se describen composiciones curables por UV, que contienen un monómero, un oligómero, fotoiniciadores, pigmentos y aditivos. Estas composiciones están preferentemente libres de disolvente para reducir o minimizar la cantidad de los compuestos orgánicos volátiles que se liberan al curar el artículo obtenido. Además, estas composiciones tienen una baja viscosidad para permitir su aplicación en sistemas por chorros de tinta. Las composiciones libres de disolvente pueden utilizarse en casos particulares para sistemas de DOD, aunque se requieren temperaturas de aplicación aún relativamente elevadas para disminuir la viscosidad de la composición.
Se observa, sin embargo, que estas composiciones libres de disolvente no pueden utilizarse en impresión por chorros de tinta en continuo, dado que estas composiciones no son suficientemente conductivas o no conductivas en absoluto.
Una desventaja adicional es que estas composiciones, cuando se utilizan en sistemas por chorros de tinta de gota a demanda, deben calentarse, aproximadamente, a 80ºC a efectos de dar a estas composiciones la viscosidad necesaria. Sin embargo, una temperatura elevada es en general perjudicial para estas composiciones, debido no sólo a la estabilidad, sino que también a estas temperaturas la homogeneidad de estas composiciones se deteriora.
Además, el procesamiento de composiciones a mayor temperatura provoca que las composiciones se compriman térmicamente cuando se depositan, lo que es desfavorable y, por lo tanto, no deseable. Además, a efectos de calentar la composición se consume mucha energía, lo que es una desventaja adicional.
La patente de EE.UU. No. 4.990.360 da a conocer composiciones eléctricamente conductivas que contienen copolímeros de organosiloxano/oxialquileno con funcionalidades acrilato y una sal de litio solubilizada. Sin embargo, la utilización de estas composiciones se limita a la formación de geles después del curado. Por lo tanto, no es posible formar artículos sólidos con estas composiciones. Además, las composiciones mencionadas en este documento están en base disolvente, lo que no es deseable, por ejemplo, desde un punto de vista medioambiental. Otra desventaja es que estas composiciones tienen sólo un intervalo limitado de viscosidades. Además, los materiales descritos en esta patente son poliméricos y tendrían viscosidades que serían demasiado elevadas para la impresión por chorros de tinta libre de disolvente.
El objetivo de la presente invención es dar a conocer una composición curable para su utilización en un método de impresión por chorros de tinta en continuo, que tiene una mayor conductividad y una viscosidad relativamente elevada, cuya composición comprende sólo una cantidad limitada de disolvente y, preferentemente, una cantidad mínima o nada de disolvente en absoluto.
Reivindicaciones:
1. Composición curable que tiene una viscosidad de baja cizalladura a 22ºC en el intervalo de 50-1500 mPas, composición curable que comprende
- (a) un componente A en una cantidad en el intervalo del 1-15% en peso, componente A que tiene una constante dieléctrica mayor que 15 (a 0ºC) y se selecciona del grupo que comprende acetamida, acetona, acetonitrilo, alcohol amílico, tricloruro de antimonio, 1-butanol, anhídrido citracónico, ácido cianoacético, oxido de deuterio, DMSO, etanol, cianuro de etileno, ácido fórmico, formamida, furfuraldehído, glicerina, glicerol, glicol, hidracina, ácido cianhídrico, cianuro de hidrógeno, HFI, peróxido de hidrógeno, ácido fluorhídrico, hadrocina, yodo, lactonitrilo, nitrato de plomo, anhídrido maleico, anhídrido malónico, malonitrilo, MEK, metanol, metil pirrolidonas, metiltiocianato, nitrobenzaldoxima, N,N-dimetilformamida (DMF), nitrometano, nitrosodimetilamina, p-nitro-anilina, granos de plástico, ácido sulfúrico, 1-propanol, jarabe, cloruro de talio, dióxido de titanio, óxido de titanio, ácido trimetilsulfanílico, agua, y mezclas de los mismos,
- (b) una sal lipofílica disuelta iónicamente en una cantidad en el intervalo del 1-15% en peso, en la que dicha sal lipofílica se selecciona del grupo formado por sales de litio, sales de tetraalquil amonio, alquil sulfonatos, derivados de alquil sulfonatos, sulfatos de alquilo, derivados de sulfatos de alquilo, alquil bencil sulfonatos, derivados de alquil bencil sulfonatos, alquil bencil sulfatos, derivados de alquil bencil sulfatos, sales de tetrabencil amonio, derivados de sales de tetrabencil amonio, sales de trialquil monobencil amonio, derivados de sales de trialquil monobencil amonio, sales de dibencil dialquil amonio, derivados de sales de dialquil dibencil amonio, sales de monoalquil tribencil amonio, derivados de sales de monoalquil tribencil amonio, sales de ácido cólico, derivados de sales de ácido cólico, derivados de sales de ácido cólico, derivados de sales de derivados de ácido cólico, digitoninas, derivados de digitoninas, docusatos, derivados de docusatos, sarcosina, derivados de sarcosina, sales de benzalconio, derivados de sales de benzalconio, sales de tonzonio, derivados de sales de tonzonio, sales de ácidos grasos y derivados de sales de ácidos grasos,
- (c) opcionalmente, uno o más aditivos de recubrimiento en una cantidad de, como máximo, 10% en peso, y
- (d) la parte restante un componente líquido B, que comprende un monómero curable y/o un oligómero curable, componente líquido B que tiene una viscosidad de baja cizalladura (a 22ºC) en el intervalo de 50-1500 mPas, en el que dicho monómero curable se selecciona del grupo que comprende metacrilatos, acrilatos, epoxis, oxetanos, combinaciones de epoxi/ácido, combinaciones de epoxi/amina, derivados vinílicos, maleimidas y derivados de alilo y mezclas de los mismos, y en el que dicho oligómero curable se selecciona del grupo formado por uretanos acrilados, epoxis, epóxidos, acrilatos de epoxi, oxetanos, fenoles, carbonatos, éteres, poliésteres y acrílicos, con cualquier grado de funcionalidad,
en la que los componentes líquidos A y B son compatibles entre sí, y todas las cantidades son en base a la composición total.
2. Composición curable, según la reivindicación 1, en la que el componente líquido B tiene una viscosidad de baja cizalladura (a 22ºC) en el intervalo de 50-1000 mPas, preferentemente en el intervalo de 50-500 mPas.
3. Composición curable, según la reivindicación 1 ó 2, en la que la composición curable tiene una viscosidad de baja cizalladura (a 22ºC) en el intervalo de 50-500 mPas.
4. Composición curable, según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en la que el monómero curable se selecciona del grupo que comprende BisGMA, HEMA, TEGDMA, acrilatos en base etilén glicol, DPGDA, TPGDA, TIEGDA, PONPGDA, TCDDMDA, acrilatos de oligo(éter), acrilatos de poli(éter), acrilatos de uretano, acrilatos de epoxi, amino-acrilatos, acrilatos de poliéster y mezclas de los mismos.
5. Composición curable, según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en la que la sal de litio se selecciona del grupo formado por LiClO4, LiCF3SO3 (LiTf), LiI, LiBr, LiPF6, LiBF4 y mezclas de las mismas.
6. Composición curable, según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en la que la composición curable comprende además un compatibilizante.
7. Composición curable, según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en la que la constante dieléctrica del componente A está en el intervalo de 15-89,7 (a 0ºC).
8. Composición curable, según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en la que el componente A se selecciona del grupo formado por agua, metanol, etanol, DMSO, 1-propanol, 1-butanol, formamida, acetona, MEK, acetonitrilo, N,N-dimetilformamida (DMF), metil pirrolidonas, ácido fórmico y mezclas de los mismos.
9. Composición curable, según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en la que la composición curable comprende además un activador, en una cantidad de hasta el 10% en peso, en base a la composición total.
10. Método para la impresión de un material fluido utilizando una técnica de impresión por chorros en continuo, en la que el material se hace pasar a presión desde un depósito a través de un canal, como mínimo, hasta una apertura de salida del canal, después de lo cual el material se hace pasar a través de la apertura de salida, en el que la presión en, como mínimo, una parte del canal aguas arriba de la apertura de salida está en el intervalo de 16-600 bar [=151015 - 600105 Pa], y en el que el material fluido comprende una composición curable según cualquiera de las reivindicaciones 1-9.
11. Método, según la reivindicación 10, en el que el componente líquido B en el material fluido está presente en una cantidad del 30 al 90% en peso.
12. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 10 ú 11, para preparar un artículo 2D o 3D, en el que el artículo se prepara mediante el depósito de gotas de material líquido sobre un sustrato, en el que se permite que las gotas se curen cuando se depositan sobre el sustrato.
13. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 10-12, en el que se utiliza un aparato que comprende un depósito de almacenamiento de material de líquido, un canal conectado con el depósito, que se dota de, como mínimo, un apertura de salida desde la cual, en funcionamiento, fluye un chorro del material fluido que se disgrega en gotas y un mecanismo de regulación de presión para la variación de la presión del material fluido aguas arriba de la apertura de salida, con el fin de obtener el chorro que se disgrega en gotas, estando dotado el aparato además con medios de generación de presión para hacer pasar el material fluido a una presión predeterminada a través del canal en la dirección de la apertura de salida, en el que los medios de generación de presión se colocan para aplicar la presión predeterminada el material fluido en el canal hidráulica y/o neumáticamente.
14. Artículo que comprende una composición curable, según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que el artículo se cura.
15. Artículo, según la reivindicación 14, en la que el artículo comprende un producto RP, un producto RM, un producto LMT, un recubrimiento, un medio iónico polimérico, una etiqueta, una batería o un código.
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