Tinta para superficies cerámicas.

Una composición de tinta para imprimir sobre un sustrato cerámico,

para ser fundida al sustrato tras cocer, comprendiendo la composición de tinta

- una dispersión acuosa de nanopartículas de sílice; y

- al menos un aditivo hidrosoluble inorgánico seleccionado r de ácido bórico, perborato de sodio, tetraborato de sodio decahidratado, octaborato de disodio tetrahidratado, fosfato de aluminio y silicato de sodio; en el que la tinta tiene una viscosidad inferior a 20cps a una temperatura de chorro de 30ºC a 60ºC medida por un viscómetro Brookfield modelo DV-II+ y se vuelve una parte integral del sustrato al ser expuesta a temperatura superiores a 500ºC.

Tinta para superficies cerámicas.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a una tinta para impresión sobre superficies cerámicas, en especial vidrio, después de la impresión, la superficie se somete a calcinación (cocción) a temperaturas superiores a 600 °C.

Antecedentes de la invención

Los materiales cerámicos son sustratos duros, frágiles, resistentes al calor y a la corrosión dando forma y luego calentando un mineral no metálico como una arcilla a una temperatura elevada. Esmaltes, porcelana y ladrillos son ejemplos de materiales que se producen moldeando o dando forma a minerales y cociéndolos a altas temperaturas.

Los productos de vidrio se producen típicamente fundiendo silicatos con óxido bórico, óxido de aluminio o pentóxido de fósforo a temperaturas elevadas. Tienen propiedades mecánicas y ópticas muy variables y solidifican del estado fundido sin cristalización en una forma transparente o translúcida. Como los objetos de vidrio en general son duros y frágiles, su falta de estructura cristalina los sitúan en la clase de sólidos amorfos. Los objetos de vidrio que pueden requerir gráficos impresos incluyen ventanas, espejos, utensilios de cocina, botellas, recipientes, etc.

Desde un punto de vista de la impresión, hay a disposición varios procedimientos para decorar vidrio y cerámicas con imágenes de alta calidad. Los procesos de impresión usados para imprimir vidrio y cerámica cuentan con una variedad de sistemas de tinta. Contrariamente a las tintas de sublimación, la mayoría de las tintas pertenecen a una de dos familias: orgánicas e inorgánicas.

Las tintas orgánicas se usan típicamente en serigrafía, impresión de chorro de tinta y tampografía y consisten en pigmentos orgánicos y resinas junto con otras químicas que se curan con el paso del tiempo y dependen la temperatura o cualquier otra forma de energía para crear una unión con el sustrato. Las tintas orgánicas más efectivas se producen como sistemas de dos componentes o de dos partes. Estas tintas contienen en general resinas capaces de polimerización que se mezclan con catalizadores para iniciar la polimerización. El calentamiento de los productos hasta una temperatura de aproximadamente 200 °C después de imprimirlos puede acelerar el proceso de curado y mejorar la adhesión. Además, esta exposición al calor mejorará típicamente la resistencia mecánica y química de la impresión. Después de imprimir, las películas de tinta orgánica requerirán al menos 48 horas para polimerizarse, a menos que se aplique calor.

Las tintas inorgánicas emplean pigmentos a base de minerales y materiales que, una vez impresos, deben ser calentados y fundidos a temperaturas elevadas para combinarse con la superficie del sustrato y forman una unión permanente.

Los colores cerámicos, tal como se denominan las tintas inorgánicas cerámicas, son una mezcla de pigmentos (óxidos y sales de metal) y partículas vidrio finamente molidas, llamadas frita. Estos materiales se funden en el sustrato calcinándolos ("cociéndolos") a temperaturas de entre 600-1450 °C. Las temperaturas de cocción variarán según la estructura del color, la naturaleza del sustrato y otros criterios de aplicación, pero en todos los casos, las temperaturas deben ser controladas cuidadosamente para lograr colores específicos después de la cocción.

Se usan estas temperaturas de cocción altas porque los componentes de colores cerámicos necesitan fundirse, de modo que se pueden fundir en la superficie cerámica sobre la que se imprimen. Mientras que estas tintas se denominan típicamente "inorgánicas", también pueden contener pequeñas cantidades de material orgánico. Los componentes orgánicos son los materiales en los que el pigmento y la frita se suspenden para crear una tinta de impresión. Estos materiales orgánicos, que son oleosos por naturaleza, se diseñan para arder rápidamente durante la cocción, sin afectar la calidad de impresión y el color final.

Las tintas inorgánicas vienen en diversas formas. Ellas incluyen formulaciones en color para procesos de serigrafía y tampografía, variedades termoplásticas y tintas de transferencia total. Tanto el sistema de serigrafía como la transferencia total se conocen como tintas de "colores fríos", lo cual significa que no necesitan ser calentadas para ser imprimibles, mientras que las tintas termoplásticas deben calentarse antes de que puedan aplicarse al sustrato.

Los sistemas de tintas termoplásticas son cerosos a temperatura ambiente y deben calentarse para imprimir. Para la tampografía, el tintero, la placa y ocasionalmente la almohadilla se mantienen a una temperatura de aproximadamente (60 °C). Cuando la almohadilla que lleva la tinta entra en contacto con el objeto frío por imprimir, la tinta se enfría y se pega al objeto.

Cuando se serigrafía con tintas termoplásticas, la malla se fabrica de acero inoxidable y se hace pasar una corriente eléctrica. Esto calienta la malla y funde la tinta, que luego fluye a través de la malla y se solidifica cuando entra en contacto con la cerámica o el vidrio fríos. El control del flujo de corriente es crítico porque demasiada cantidad sobrecalentará el color y quemará la malla.

Mientras que la impresión sobre superficies cerámicas con tintas orgánicas se pueden obtener por serigrafia mecánica, tampografía o impresión digital, las tintas cerámicas comerciales son difíciles de usar en impresión de chorro de tinta, porque tienen típicamente una viscosidad mayor a la requerida para la impresión de chorro de tinta (aproximadamente 20-40 cps) y la frita de vidrio contenida en ellas, que está en el rango de tamaño del micrómetro, tiende a sedimentarse y también obstruye los inyectores en la placa perforada de la que se expulsa la tinta durante la Impresión de chorro de tinta.

Sería muy deseable usar impresión de chorro de tinta sobre las superficies cerámicas con pigmentos cerámicos, en vez de los procedimientos corrientemente usados de serigrafia mecánica o tampografía. La conversión a impresión digital puede tener las siguientes ventajas: reducción de costos implicados en el almacenamiento de serigrafia o dispositivos de transferencia debido a almacenamiento digital de los patrones deseados en lugar de almacenamiento físico; reducción de costos para impresión de bajo valor que pueden ser prohibitivos en la impresión serigráfica; mayor facilidad y versatilidad de cambio de un diseño a otro, capacidad de utilización de impresión de borde a borde.

Hasta ahora fallaron los intentos en la impresión de colores cerámicos con el proceso de chorro de tinta y, así, de hacer disponible el proceso de chorro de tinta para decorar los artículos de cerámica tales como vidrio, esmalte y porcelana, debido a la pronunciada tendencia de los polvos de color específicamente pesados y gruesos a formar sedimentos. La gravedad especifica de los colores de esmaltado y vidriado va de 3,5 a 6,0 kg/1 y la fineza media del grano de esos productos va de 3 a 5 pm. Esos productos se sedimentan de suspensiones acuosas o alcohólicas que tienen la viscosidad del procesamiento de chorro de tinta convencional en el lapso que va desde unos pocos segundos hasta el 50% en algunos casos. Estas suspensiones llevarían rápidamente a bloquear los inyectores de impresión y toda la impresora de chorro de tinta. Las pastas de color liquidas que tienen una viscosidad sustancialmente mayor, por ejemplo, 5000 mPa-s, como las que se usan en la serigrafia para decorar vidrio, no serán apropiadas para imprimir con chorro de tinta porque la viscosidad es mucho mayor para las impresoras de chorro de tinta presentes en la actualidad.

La patente US N.° 6.357.868, incorporada en la presente memoria por referencia, revela un procedimiento para decorar cerámicas por tecnología de chorro de tinta, usando pigmentos inorgánicos y frita de vidrio presentes en un medio termoplástico que tiene un punto de fusión de al menos 30 °C (como cera). El medio, que es sólido en condiciones de almacenamiento, elimina la sedimentación de los pigmentos inorgánicos. La tinta se funde justo antes de ser usada por un cabezal de Impresora de chorro de tinta calentable.

De acuerdo con dicha patente, la sedimentación se elimina usando un medio termoplástico que se solidifica de inmediato.

La patente EP 1.223.201, incorporada en la presente memoria por referencia, revela una tinta para imprimir sobre sustratos termorresistentes que comprenden pigmento, agentes vitreos fusibles con partículas inferiores a 10 p y un portador. El portador de acuerdo con esta patente también es termoplástico con un alto punto de fusión para cambio de fase de la tinta. Tal tinta, que es sólida a temperatura ambiente,... [Seguir leyendo]

1.- Una composición de tinta para imprimir sobre un sustrato cerámico, para ser fundida al sustrato tras cocer, comprendiendo la composición de tinta

una dispersión acuosa de nanoparticulas de sílice; y

al menos un aditivo hidrosoluble inorgánico seleccionado r de ácido bórico, perborato de sodio, tetraborato de sodio decahidratado, octaborato de disodio tetrahidratado, fosfato de aluminio y silicato de sodio; en el que la tinta tiene una viscosidad inferior a 20cps a una temperatura de chorro de 30°C a 60°C medida por un viscómetro Brookfield modelo DV-II+ y se vuelve una parte integral del sustrato al ser expuesta a temperatura superiores a 500°C.

2.- La composición de tinta de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende

Partículas de pigmento inorgánico termorresistente que tiene una dimensión media inferior a 1,2 micrómetros.

3.- La composición de tinta de acuerdo con la reivindicación 2, en la que las partículas de pigmento inorgánico termoresistente comprenden óxidos metálicos.

4.- La composición de tinta de acuerdo con la reivindicación 2 o 3, en la que las partículas de pigmento inorgánico tienen un tamaño inferior a 0,9 micrómetros.

5.- La composición de tinta de acuerdo con la reivindicación 4, en la que el tamaño de las partículas del pigmento inorgánico es inferior a 0,7 micrómetros.

6.- La composición de tinta de acuerdo con la reivindicación 5, en la que el tamaño de las partículas del pigmento inorgánico es inferior a 0,55 micrómetros.

7.- La composición de tinta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, en la que los pigmentos inorgánicos incluyen óxido de cromo, óxido de cobre, dióxido de titanio, óxidos de cromita de cobre;, óxido de hierro (III), rutilo amarillo de níquel, antimonio y titanio, espinel azul de cobalto y aluminio, titanato de cobalto, titanato- antlmonlato de cromo, cromita de cobalto, silicato de cobalto, cromita de estaño, zirconato-silicato de hierro, cromita de manganeso, fosfato de cobalto.

8.- La composición de tinta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en la que las nanoparticulas de sílice tienen un tamaño inferior a 60 nm.

9.- La composición de tinta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-8 que comprende, además, al menos uno de entre un dispersante y un agente humectante.

10.- La composición de tinta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 que comprende, además, al menos un agente curable con UV.

11.- La composición de tinta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 que comprende un polímero orgánico

12.- La composición de tinta de acuerdo con la reivindicación 11, en la que dicho polímero Incluye al menos uno de entre un pollacrilato y un polivinilpirrolidona (PVP).

13.- Un procedimiento de producción de un diseño slnterizado sobre un sustrato de cerámica, comprendiendo el procedimiento:

a) Impresión por chorro de tinta de una tinta con una viscosidad Inferior a 20cps a una temperatura de chorro de 30°C a 60°C medida por un viscómetro Brookfield modelo DV-II+ sobre dicho sustrato cerámico para formar un diseño,

en el que la tinta comprende

una dispersión acuosa de nanoparticulas de sílice, y

al menos un aditivo hidrosoluble inorgánico seleccionado de ácido bórico, perborato de sodio, tetraborato de sodio decahidratado, octaborato de disodio tetrahidratado, fosfato de aluminio y silicato de sodio;

b) calentar dicho diseño a una temperatura superior a 500°C de forma que el diseño se vuelva parte integral del sustrato al fundirse sobre el mismo.