Sistemas híbridos curables por energía basados en agua con propiedades mejoradas.

Composición acuosa curable por energía que comprende:

(a) agua;

(b) un oligómero insaturado etilénicamente; y

(c) una resina que no contiene grupos funcionales curables, en la que la resina contiene grupos funcionales ácidos y/o básicos neutralizados.

Sistemas híbridos curables por energía basados en agua con propiedades mejoradas.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una tinta de impresión o substancias de revestimiento curables por energía basadas en agua con mejoras en las propiedades de funcionamiento que contienen resinas funcionales no curables por energía.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las composiciones de tinta y revestimiento curables por energía están generalmente compuestas por mezclas de derivados acrilados tales como acrilados oligoméricos y acrilados monoméricos. En la mayoría de los casos, los materiales monoméricos se emplean en la composición para controlar la viscosidad del revestimiento o formulación de tinta dependiendo del método concreto de aplicación. Sin embargo, estos monómeros a menudo no reaccionan completamente durante la polimerización por curado por energía. Los monómeros que no han reaccionado permanecen como componentes residuales en la tinta de Impresión seca o película revestida y están sujetos a migración por absorción así como por contacto. Esta migración de componentes residuales puede conducir a una gran cantidad de problemas tales como "olor" y "sabor extraño" en aplicaciones delicadas de envasado tales como el envasado de alimentos. De modo alternativo, se utilizan disolventes para reducir o manipular la viscosidad de la formulación para las aplicaciones apropiadas. Sin embargo, el uso de disolventes frecuentemente suele estar asociado a emisiones, toxicidad y/o niveles de olor Inaceptables para las aplicaciones del producto más delicadas.

Las características Indeseables de los disolventes y los monómeros residuales en revestimientos y tintas especializados han estimulado el fomento de composiciones curables por energía basadas en agua, curados de base acuosa y el desarrollo de procesos de curado por energía en presencia de agua. Aunque generalmente es un mal disolvente de compuestos orgánicos y presenta una tensión superficial demasiado elevada para humedecer muchos substratos de polímero, no obstante en este caso el agua puede ser el disolvente ideal para el suministro de tinta y revestimientos, capaz de reducir la viscosidad y volatilizarse sin aumentar las emisiones, la toxicidad o el olor. El reto es formular compatibilidad con agua en un amplio rango de composiciones sin producir sensibilidad al agua y baja resistencia al frotamiento después del curado.

Un ejemplo de una composición curable por energía se puede encontrar en el documento EP 287.19. Esta referencia describe una composición en la que el oligómero es un ácido carboxílico que contenga un producto de reacción de un copolímero estireno-anhídrico maleico y un hidrox¡(met)acrilato. La composición contiene además un diluyente reactivo etilénicamente-insaturado, un fotoiniciador y, opcionalmente, un tiol. La exposición de la composición a una fuente actínica, p. ej. una fuente de luz ultravioleta, da como resultado un material que puede desarrollarse en fase acuosa, útil para la fabricación de planchas para la impresión y fotoresistentes. Tal composición sería menos útil como revestimiento protector o como aglutinante en una tinta, específicamente debido a de la sensibilidad diseñada frente al desarrollo en fase acuosa que conduciría a una baja resistencia al frotamiento en contacto con agua.

Otro ejemplo de una composición curable por energía que puede desarrollarse en fase acuosa se puede encontrar en el documento EP 287.2. Esta referencia describe un material oligomérico como el producto de reacción de un derivado mono(met)acrilado de un caprolactonadiol y un copolímero estireno-anhídrido maleico. La composición contiene además un diluyente reactivo y un fotoiniciador. La exposición de la composición a una fuente de radiación actínica da como resultado un producto curado sólido útil para la fabricación de planchas para la impresión y fotoresistentes en los que las composiciones expuestas se desarrollan usando un revelador acuoso alcalino. De nuevo, tal composición sería menos útil como revestimiento protector o aglutinante de tinta a causa de su sensibilidad al agua. En ninguno de los casos anteriores se describe exactamente el suministro de la composición por solución acuosa.

La patente US n° 5.665.84 describe un prepolímero reticulable hidrosoluble que tiene en su cadena de copolímero, como unidades estructurales monoméricas, un vinil-lactama; un alcohol vinílico; opcionalmente un carboxilato de vinilo de número alcano más bajo; un reticulante vinílico; y opcionalmente un fotoiniciador vinílico. Esta referencia también describe un proceso para fabricar prepolímeros, así como redes poliméricas reticuladas insolubles en agua, particularmente útiles para fabricar hidrogeles y artículos moldeados que absorben el agua tales como lentes de contacto. Debido a que estas redes poliméricas insolubles en agua reticuladas se hinchan con el agua, serían inadecuadas como revestimientos protectores curados y vehículos de tinta donde exhibirían una baja resistencia a la abrasión mecánica en presencia de humedad.

La patente US n° 4.745.138 describe una clase de ásteres parciales de anhídrido de bajo peso molecular que contienen copolímeros capaces de proporcionar composiciones líquidas curables por energía no acuosas para la producción de revestimientos curables por radiación sin la necesidad de emplear un disolvente orgánico inerte. Estas composiciones emplean monómeros que contienen grupos terminales insaturados etilénicamente y

copolímeros de anhídrido maleico que se caracterizan por tener funcionalidades de anhídrido libre y se consideran particularmente adecuadas para mejorar la adhesión y las capacidades dispersivas de las resinas aglutinantes. Los ésteres parciales se producen por la esterificación de una fracción de los grupos anhídridos por ruptura del anillo con un compuesto acrílico hidroxialquilo o una mezcla del mismo con un alcohol alquilo monohohídrico. En virtud de la introducción de substituyeles hidrofóbicos (en particular, los ésteres de alcoholes alquilos monodrídricos) y la ausencia de grupos de ácido carboxílico, estas composiciones se curan en películas que son más resistentes al agua y a los disolventes que aquellas hechas de conformidad con las referencias anteriores. Sin embargo, en esta patente no se trata de las soluciones acuosas de estos polímeros producidas por la hidrólisis de los anhídridos residuales en un compuesto cáustico diluido, del uso de estas soluciones para estabilizar soluciones o dispersiones coloidales de otros materiales, menos polares, o de composiciones de revestimiento o de tinta preparadas con estas soluciones.

Un procedimiento paralelo utiliza soluciones de oligómeros hidrofílicos acrilados solos o junto con los polímeros antes mencionados. Los oligómeros acrilados (y las soluciones de resinas de polímero hechas con oligómeros) tienen una viscosidad que generalmente es demasiado elevada para ser utilizados directamente para fabricar revestimientos y tintas de impresión. La utilización de agua como diluyente para disminuir la viscosidad de las mezclas oligoméricas acriladas curables por energía se ha descrito en la patente US n° 6.11.78, en la cual las mezclas son utilizadas en aplicaciones de revestimiento de maderas y suelos. Las formulaciones enseñadas en esta patente son dispersiones o emulsiones y requieren la evaporación previa del agua seguida por la exposición a una temperatura por encima de la temperatura mínima de formación de película (MFFT) antes de la exposición a la fuente actínica. Sin formación de película previa al curado, el polímero reticulado curado por energía tiene una coherencia muy débil, carece de adherencia a substrato y no proporciona la resistencia al frotamiento requerida. Además, el paso o los pasos adicionales de secado retrasan la velocidad de la prensa y aumentan el potencial de que se causen defectos en la superficie (p. ej., un menor brillo).

Los poliésteres funcionales acrílicos que contienen estructuras salinas se describen en M. Philips, J.M. Loutz, S. Peeters, L. Lindekens, Polymers Paint Colour J., 183, #4322, p.38 (1993). Éstos se combinan con monómeros hidrofílicos (p. ej., diacrilatos de polietilenglicol) y agua para fabricar revestimientos protectores curables por radiación. Las combinaciones se describen como soluciones homogéneas que se pueden revestir y curar por radiación ultravioleta con fotoiniciadores solubles en agua para dar lugar a revestimientos superficiales resistentes al lavado. Véase también J. M. Loutz, S. Peeters, L. Lindekens, J. Coated Fabrics, 22, p.298

(1993). En realidad, todas estas formulaciones son muy limitadas en la cantidad de agua que se puede incorporar y están comprendidas... [Seguir leyendo]

1. Composición acuosa curable por energía que comprende:

(a) agua;

(b) un oligómero insaturado etilénicamente; y

(c) una resina que no contiene grupos funcionales curables, en la que la resina contiene grupos funcionales ácidos y/o básicos neutralizados.

2. Composición de la reivindicación 1, en la que el oligómero es parcialmente soluble en agua.

3. Composición de la reivindicación 1, en la que el oligómero es una mezcla de un oligómero parcialmente soluble en agua y de un oligómero insoluble en agua.

4. Composición de la reivindicación 2, la que el oligómero parcialmente soluble en agua se selecciona del grupo constituido por un oligómero acrilado, un oligómero metacrilato y combinaciones de los mismos.

5. Composición de la reivindicación 4, la que el oligómero acrllato y el oligómero metacrilato contienen respectivamente más de un grupo funcional acrllato y más de un grupo funcional metacrilato.

6. Composición de la reivindicaicón 4, la que el oligómero acrllato se selecciona del grupo constituido por acrilato epoxídico, acrilato de poliéter, acrilato de polléster, acrllato de polluretano, acrilatos de poliol, acrilatos de melanina, acrilato de trimetanolpropano etoxilado, metacrilato de trimetanolpropano etoxilado, acrilato de pentaeritritol etoxilado, acrilato de dipentaeritritol etoxilado, acrllato de neopentaglicol etoxilado, acrilatos de propilenglicol etoxilados y diacrilato de polietilenglicol; y el oligómero metacrilato se selecciona del grupo constituido por: metacrilato epoxídico, metacrilato de poliéter, metacrilato de poliéster, metacrilato de pliuretano, metacrilatos de poliol, metacrilato de melanina, metacrilato de di(trimetanolpropano) etoxilado, metacrilato de pentaeritritol etoxilado, metacrilato de dipentaeritritol etoxilado, metacrilato de neopentaglicol etoxilado, metacrilato de propilenglicol etoxilado y dimetracrilato de polietilenglicol.

7. Composición de la reivindicación 6, en la que los oligómeros de acrilato y metacrilato son acrilato epoxídico y metacrilato epoxídico, respectivamente.

8. Las composiciones de la reivindicación 3, en las que el oligómero insoluble en agua se selecciona del grupo constituido por acrilato epoxídico, acrilato de poliéter, acrilato de poliéster, acrilato de poliuretano, acrilatos de poliol, acrilatos de polietilenglicol; acrilatos de alcanodiol, acrilatos de trimetilol propano, acrilatos de propoxiglicerol, acrilatos de pentaeritritol, acrilatos de neopentaglicol; y el oligómero metacrilato se selecciona del grupo constituido por: metacrilato epoxídico, metacrilato de poliéter, metacrilato de poléster, metacrilato de poliuretano, metacrilatos de poliol, metacrilatos de polietilenglicol; metacrilatos de alacanodiol, metacrilatos de trimetilol propano, metacrilatos de propoxiglicerol, metacrilatos de pentaeritritol, metacrilatos de neopentaglicol.

9. Composición de la reivindicación 1, en la que la resina contiene grupos funcionales de ácido carboxílico neutralizados con un neutralizante o una mezcla de neutralizantes.

1. Composición de la reivindicación 1, en la que la resina se selecciona de un grupo de copolímeros poliéster, poliuretano, poliacrílico, polivinilo, poliurea, poliamida, poliol, ácido carboxílico, poliestireno/anhídrico maleico, o copolímeros de los mismos.

11. Composición de la reivindicación 1, en la que la resina es un copolímero funcional poliuretano-urea no curable por energía.

12. Composición de la reivindicación 9, en la que el neutralizante es seleccionado entre amoniaco, aminas, hidróxidos de metales alcalinos o una mezcla de los mismos.

13. Composición de la reivindicación 1, en la que los grupos funcionales contenidos en la resina son grupos básicos amina neutralizados con un ácido.

14. Composición de la reivindicación 1 que comprende además un fotoiniciador de radicales libres.

15. Composición de la reivindicación 1, en la que la cantidad de agua es superior al 15 % en peso.

16. Composición de la reivindicación 1, en la que la cantidad de resina que contiene grupos funcionales ácidos o básicos neutralizados es menor que el 6 % en peso del peso total de la composición.

17. Composición de la reivindicación 16, en la que la cantidad de agua es superior al 15 ) en peso del peso total de la composición.

18. Composición de la reivindicación 1 que comprende además un colorante.

19. Composición de la reivindicación 1 que comprende además un fotoiniciador.

2. Composición de la reivindicación 1 que comprende además un adyuvante.

REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCIÓN

La presente lista de referencias citadas por el solicitante se presenta únicamente para la comodidad del lector. No forma parte del documento de patente europea. Aunque la recopilación de las referencias se ha realizado muy cuidadosamente, no se pueden descartar errores u omisiones y la Oficina Europea de Patentes declina toda responsabilidad en este sentido.

Documentos de patente citados en la descripción

EP 28719 A

EP 2872 A

US 566584 A

US 4745138 A

US 61178 A

US 494658 A

US 494659 A

US 524698 A

US 524894 A

US 562894 A

WO 9919369 A

WO 37464 A1

US 23154871 A1

Documentos que no corresponden a patentes citados en la descripción

M. PHILIPS ; J.M. LOUTZ ; S. PEETERS ; L. LINDEKENS. Polymers Paint ColourJ., 1993, vol. 183 (4322), 38

J. M. LOUTZ ; S. PEETERS ; L. LINDEKENS. J. Coated Fabrics, 1993, vol. 22, 298

B.M. MONROE ; G.C. WEED. Photoinitiators for Free-Radical-lnitiated Photoimaging Systems. Chem. Reí/., 1993, vol. 93, 435-448