Claude Nootens – LUERCHEM LLC
Il copolimero alcol stirene allilico (Fig. 1) è un poliolo resinoso a basso peso molecolare noto come acceleratore di prestazione per applicazioni di rivestimenti, inchiostri e adesivi1. Nelle applicazioni degli inchiostri, il copolimero alcol stirene allilico (SAA-Styrene allyl alcohol) o alcuni dei suoi derivati, può essere usato per formulare inchiostri di prestazione superiore utilizzati per la scrittura (penna sfera) o per applicazioni di stampa, come i processi di stampa flessografica, a getto d’inchiostro, litografia, rotocalco o xerografia (toner).
Grazie alle sue caratteristiche chimiche, fisiche e reologiche, SAA può essere utilizzato come legante o come additivo in diverse tipologie di formulazioni di inchiostri non-acquosi, ad alto punto di fusione o in polvere. Inoltre, i derivati SAA come la resina SAA a base di colofonia carbossilata e il monomero SAA metacrilato vengono preparati in modo da incorporare la struttura SAA rispettivamente nelle formulazioni degli inchiostri a base acquosa e radcure.
Diverse proprietà degli inchiostri sono state migliorate in modo significativo dall’incorporazione della struttura SAA (o derivato) nella formulazione dell’inchiostro.
I vantaggi principali di SAA sono il miglioramento di proprietà quali:
– la brillantezza, l’adesione su carta, metallo e plastica (polipropilene, polistirene, ecc);
– resistenza alle macchie;
– resistenza all’acqua e agli agenti chimici;
– resistenza all’abrasione (strisce);
– riduzione della viscosità (per alto solidi);
– durezza;
– bagnabilità del pigmento (superiore accettazione e sviluppo del colore).
COPOLIMERO DELL’ALCOL STIRENE ALLILICO NEGLI INCHIOSTRI UTILIZZATI PER SCRIVERE
Gli inchiostri utilizzati per scrivere non acquosi resistenti all’acqua per penne a sfera possono essere preparati con il copolimero dell’alcol stirene allilico idrosolubile come legante e un colorante non solubile in acqua che può essere formato in-situ (Brevetto U.S. 3,597,244).
Questi inchiostri non acquosi hanno la viscosità richiesta e le caratteristiche reologiche per questa applicazione e rimangono stabili in condizioni di stoccaggio. Gli inchiostri per scrivere possono essere realizzati preparando una polvere intermedia ottenuta miscelando a temperatura elevata una miscela di resine con coloranti e additivi.
L’intermedio a base di polvere risultante può essere poi disciolto nel solvente dall’utilizzatore dell’inchiostro. La miscela di resine è composta dal copolimero dell’alcol stirene allilico in combinazione con una resina alchidica (Brevetto U.S. WO 91/17222; Brevetto UK GB 2244280; Brevetto Euro 0 571 672; Brevetto 0 806 461) oppure in combinazione con una resina alchidica e una resina chetonica, anche denominata resina chetone-aldeide, resina chetonica o polichetone (Brevetto US WO 97/40110).
Inoltre, anche gli inchiostri fluorescenti non acquosi per penne a sfera possono essere formulati con il copolimero dell’alcol stirene allilico come legante (Brevetto U.S. WO 02/16514; Brevetto U.S. 6,517,619; Brevetto Euro 1 311 633).
IL COPOLIMERO DELL’ALCOL STIRENE ALLILICO NEGLI INCHIOSTRI DA STAMPA
Nel caso degli inchiostri da stampa, gli inchiostri non acquosi sono stati formulati usando una resina alchidica a base di SAA come legante, preparata con l’acido grasso della noce di cocco (Brevetto Euro 0 112 995).
Gli inchiostri fluorescenti sono stati preparati con una combinazione di copolimero dell’alcol stirene allilico e una resina alchidica di soia lungolio (Brevetto U.S. 3,412,104).
È interessante osservare che quando il copolimero dell’alcol stirene allilico viene utilizzato come legante negli inchiostri da stampa non acquosi su superfici di polistirene curve, esso fornisce materiale stampato dotato di un’eccellente adesione, eccellente brillantezza, buona resistenza allo sfregamento e un’eccellente resistenza all’umidità e ai detergenti (Brevetto U.S 3,397,074).
Una soluzione non acquosa del copolimero dell’alcol stirene allilico può essere utilizzata per formulare inchiostri da stampa che vengono sviluppati per cedere coesivamente in caso di un attacco di delaminazione, utile quindi per l’identificazione di documenti (Brevetto U.S. 7,143,950 (2006); Brevetto U.S. 7,819,327). In questo caso, la tenacità adesiva è superiore rispetto a quella coesiva dell’inchiostro.
INCHIOSTRI PER STAMPA FLESSOGRAFICA
Gli inchiostri per stampa flessografica o rotocalco a base acquosa possono essere formulati con una resina a base SAA neutralizzata con ammina come legante (Brevetto U.S. 3,929,701).
La resina è un copolimero dell’alcol stirene allilico esterificato con una resina di colofonia o preferibilmente una colofonia rinforzata (addotto maleico o fumarico) e un olio rinforzato essiccante o semi-essiccante.
Questi inchiostri formano poca schiuma e presentano una viscosità ridotta permettendo così di portare una quantità superiore di pigmento o riempitivo. Inoltre, essi offrono una buona resistenza ai lubrificanti e al detergente, oltre alle proprietà di rilascio di solvente, di resistenza allo sfregamento su bagnato e di brillantezza.
Il copolimero dell’alcol stirene allilico esterificato con colofonia rinforzata che reagisce prima con i polioli (preferibilmente una miscela di dietilen glicole/glicerolo) può essere utilizzato come resina macinata per pigmenti di inchiostri per inchiostri per stampa rotocalco e flessografica (Brevetto U.S. 5,166,245). Questa resina neutralizzata con ammina, solubile in alcali fornisce pigmenti in dispersione stabili e a bassa viscosità, su una ampia gamma di valori pH mantenendo eccellenti proprietà fisiche negli inchiostri finiti e la massima tenacità colorante.
STAMPA A GETTO D’INCHIOSTRO
Per le applicazioni a getto d’inchiostro con l’utilizzo di un inchiostro a base acquosa (contenente solvente solubile in acqua), può essere utilizzata una soluzione non acquosa di copolimero di alcol stirene allilico in una cartuccia separata come sistema di fissaggio monocomponente per sovraverniciare una pagina di stampa e migliorarne la prestazione con la resistenza alla formazione di macchie, alle sbavature, all’acqua e alla luce. (Brevetto Euro 1 223 046; Brevetto U.S. 7,446,134).
La presenza del copolimero dell’alcol stirene allilico in un inchiostro a getto in base alla combinazione di polivinil cloruro, polivinil acetato e estere di colofonia idrogenata migliora la resistenza all’abrasione dell’inchiostro applicato su polipropilene e sul polietilene ad alta densità (Brevetto U.S. WO 2022/125767; Brevetto U.S. 2024/0043707).
La combinazione del copolimero dell’alcol stirene allilico con le resine fenoliche terpeniche fornisce una formulazione di inchiostro a getto termico non acquoso che può essere applicato per un lungo periodo a basse temperature (5° C) o ad alte temperature (40° C) in un range di umidità ampio, con una qualità di stampa e adesione superiori (Brevetto U.S. WO 2020/223533).
La resistenza alle macchie di un inchiostro a getto a base acquosa contenente solvente e formulato con una dispersione poliuretanica viene ottimizzata con l’aggiunta del copolimero dell’alcol stirene allilico (disciolto in (dipropilen-glicole) metiletere) (Brevetto U.S. 7,176,248). L’inchiostro trasparente ad alto punto di fusione per applicazioni di inchiostro a getto può essere preparato con il copolimero dell’alcol stirene allilico, estere di colofonia glicerol-modificata, acido stearico e un glicol estere dell’ acido grasso come agenti trasparenti (Brevetto U.S. 5,185,035; Brevetto U.S. WO 91/18065).
La combinazione del copolimero dell’alcol stirene allilico con gli alchil-benzene sulfonammidi, permette la formulazione di inchiostri ad alto punto di fusione ed alta tenacità meccanica e resistenza all’abrasione da cui derivano immagini di alta qualità (Brevetto U.S. 4,820,346; Brevetto Euro 0 475 707).
INCHIOSTRI RADCURE
La sintesi della SAA acrilata e il suo uso nelle applicazioni di rivestimento a reticolazione EB o UV è stata riportata tempo fa.
Recentemente diversi brevetti ancora attivi ne descrivono l’utilizzo negli inchiostri reticolati a UV (Brevetto U.S. WO 2005/021666; Brevetto U.S. 2006/0183868; Brevetto Euro 1 660 599; Brevetto U.S 7,423,092). La presenza del copolimero dell’alcol stirene allilico negli inchiostri reticolabili a UV, come gli inchiostri litografici a UV apporta grandi migliorie al bilanciamento inchiostro-acqua (stabilità dell’emulsione inchiostro-acqua sui cilindri) così come alla bagnabilità del pigmento (scorrimento nel condotto dell’inchiostro). Inoltre, in base al monomero alcossilato-metacrilato, la composizione dell’inchiostro può presentare una velocità di reticolazione molto elevata.
Il copolimero dell’alcol stirene allilico disciolto nel trimetilol-propano triacrilato etossilato può essere utilizzato come additivo simile a gel negli inchiostri litografici (Brevetto U.S. WO 2008/094863). Questo gel migliora la viscosità, la capacità emulsionante, il trasferimento di stampa e la nebulizzazione dell’inchiostro.
È interessante osservare che la sostituzione dell’etere isobutil benzoino con l’etere benzoino SAA nel sistema del fotoiniziatore consente alla composizione dell’inchiostro reticolabile a UV di migliorare notevolmente in termini di velocità di reticolazione, brillantezza, tenacità, resistenza all’abrasione e allo sfregamento (Brevetto U.S. 4,201,842; Brevetto U.S. 4,334,970).
CONCLUSIONI
Il copolimero dell’alcol stirene allilico (SAA) e molti dei suoi derivati può essere utilizzato nella produzione dell’inchiostro offrendo una vasta serie di proprietà vantaggiose. Di conseguenza, essi agiscono da resine che ottimizzano la prestazione, consentendo ai formulatori di inchiostri di adeguare e migliorare le caratteristiche delle loro formulazioni.
