DE10235941A1

DE10235941A1 - Verfahren zum Bedrucken von metallischen Oberflächen

Info

Publication number: DE10235941A1
Application number: DE2002135941
Authority: DE
Inventors: Lothar HÖLS; Rüdiger Bohsem
Original assignee: Aluminium Feron GmbH and Co KG
Current assignee: Aluminium Feron GmbH and Co KG
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2004-02-19
Also published as: EP1388427A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bedrucken von metallischen Oberflächen unter Anwendung des Thermodiffusionsverfahrens beschrieben. Das Verfahren arbeitet mit einem in bezug auf die Farbstoffe des zu übertragenden Drucks durchlässigen Klebers, wobei der eigentliche Thermodiffusionsprozeß drucklos durchgeführt wird. Auf diese Weise läßt sich das "Handling" des Verfahrens vereinfachen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedrucken von metallischen Oberflächen unter Anwendung des Thermodiffusionsverfahrens.

Es ist bekannt, Materialoberflächen nach dem sogenannten Thermodiffusionsverfahren oder Sublimationsverfahren zu bedrucken. Hierbei finden sogenannte Transfermaterialien Verwendung, die mit dem auf die Materialoberflächen zu übertragenden Druck versehen sind. Die Farbstoffe (Pigmente etc.) des Drucks auf dem Transfermaterial besitzen die Eigenschaft, unter Wärmeeinwirkung in den gasförmigen Zustand überzugehen und in bestimmte Materialien einzudringen, um dort über Absorptionsprozesse und/oder Lösungsvorgänge fest gebunden zu werden. Voraussetzung für die Thermodiffusion von Farbstoffen sind geeignete Akzeptorschichten. Diese Akzeptorschichten befinden sich auf den zu bedruckenden Materialien.

Ein solches Thermodiffusionsverfahren findet beispielsweise beim Bedrucken von textilen Materialien Anwendung. Hierbei wird als Tranfermaterial eine bedruckte Trägerbahn in einem Walzensystem so unter Druck mit einer Textilbahn zusammengeführt, daß über einen engen Kontakt bei etwa 200 °C unter einer Verweilzeit von ca. 30 sec das Druckmotiv auf die Textilbahn transferiert wird und in die Textilfasern eindiffundiert. Bei diesem Prozeß wird das auf der Trägerbahn, beispielsweise einer Papierbahn, gedruckte Motiv in guter Druckqualität auf die Textilbahn übertragen.

Ein weiteres Verfahren ist aus der AT 404 899 B bekannt. Bei diesem Verfahren wird gleichzeitig mit der Farbstoffübertragung über ein Druckwalzensystem die Kristallstruktur eines Trägermateriales so verändert, daß die Diffusion und Absorption der Farbstoffe ermöglicht wird.

Diskontinuierliche Verfahren bieten sich dort an, wo Produktionsprozesse weitgehendst diskontinuierlich ablaufen. So wird beispielsweise in der Schichtstoffplattenindustrie überwiegend diskontinierlich gearbeitet. Verschiedene harzgetränkte Bögen werden zu einem Schichtstoff unter Druck und Temperatur zusammengefügt. Wählt man die Kunstharze der obersten Schicht so aus, daß sie den Anforderungen der Thermodiffusion von Farbstoffen genügen, können beliebige Kombinationen von Verbundmaterialien nach diesem Verfahren oberflächlich mit den verschiedensten Druckmotiven versehen werden (AT 404 240 B). Dabei werden die Einzellagen maschinell oder per Hand zusammengefügt und lagenweise miteinander verpreßt.

Ferner ist aus der WO 9530552 ein Verfahren bekannt, bei dem metallische Materialien über das Thermodiffusionsverfahren bedruckt werden. Als derartige metallische Materialien, die als dekorative Oberflächen von Möbeln etc. verwendet werden sollen, finden Bögen oder Platten aus Aluminium, Kupfer, Edelstahl, Nickel etc. Verwendung. Diese Bögen oder Platten werden mit entsprechenden Akzeptorschichten auf der Oberfläche versehen. Durch Druck und Temperatur werden dann Thermodiffusionsübergänge von Farbstoffen von Trägermaterialien in die Akzeptorschichten ini tiiert.

Bei den vorstehend beschriebenen bekannten Verfahren wird zur Durchführung des Thermodiffusionsverfahrens immer sowohl mit Druckeinwirkung als auch mit Wärmeeinwirkung gearbeitet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bedrucken von metallischen Oberflächen unter Anwendung des Thermodiffusionsverfahrens zu schaffen, das sich durch eine besonders hohe Druckqualität und ein besonders gutes "Handling" auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den folgenden Schritten gelöst:

a. Vorsehen eines mit einem über das Thermodiffusionsverfahren transferierbaren Durck versehenen Transfermateriales;
b. Vorsehen eines zu bedruckenden, mit einer für das Thermodiffusionsverfahren geeigneten Akzeptorschicht versehenen metallischen Materiales;
c. Aufbringen eines in bezug auf die Farbstoffe des Drucks durchlässigen Klebers auf die Akzeptorschicht des metallischen Materiales und/oder das Transfermaterial;
d. Verkleben beider Materialien, so daß das Transfermaterial mit der Akzeptorschicht in Anlage tritt, zur Erstellung eines Laminates;
e. druckloses Erhitzen des Laminates zur Initiierung und Durchführung des Thermodiffusionsverfahrens; und
f. Entfernen des Transfermateriales vom Laminat.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Verfahren zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik dadurch aus, daß das Initiieren und Durchführen des Thermodiffusionsprozesses auf drucklose Weise erfolgt. Das Transfermaterial und das mit der Akzeptorschicht versehene metallische Material werden miteinander verklebt, so daß das Transfermaterial mit der Akzeptorschicht in Anlage tritt. Dabei findet ein Kleber Verwendung, der in bezug auf die Farbstoffe des Drucks des Transfermateriales durchlässig ist, so daß der Ablauf des Thermodiffusionsverfahrens durch den aufgebrachten Kleber nicht behindert wird. Nach dem Verkleben beider Materialien zu einem Laminat wird das Laminat zur Initiierung und Durchführung des Thermodiffusionsprozesses drucklos erhitzt. Durch die Erhitzung gehen die Farbstoffe des auf dem Transfermaterial vorhandenen Drucks in den gasförmigen Zustand über, dringen in die Akzeptorschicht des metallischen Materiales ein und werden dort über Absorptionsprozesse und/oder Lösungsvorgänge fest gebunden. Danach wird das Transfermaterial vom Laminat entfernt, das nunmehr eine mit dem Druck des Transfermateriales versehene Oberfläche besitzt.

Wie erwähnt, arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren während des eigentlichen Thermodiffusionsprozesses ohne Druck. Der durch die Verklebung erreichte enge Kontakt beider Materialoberflächen genügt, um den Transferprozeß korrekt ablaufen zu lassen. Auf diese Weise wird das "Handling" des Verfahrens wesentlich erleichtert, da spezielle Einrichtungen zur Druckaufbringung (Pressen etc.) entfallen können. Wie Versuche gezeigt haben, wurde mit dem erfindungsgemäßen Verfahren darüber hinaus eine ausgezeichnete Druckqualität erzielt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt. Dabei findet zweckmäßigerweise als Transfermaterial eine Transfermaterialbahn und als metallisches Material eine Metallbahn Verwendung. Vorzugsweise werden dabei die Transfermaterialbahn und die Metallbahn je von einer Rolle abgewickelt, mindestens eine der Bahnen wird mit dem Kleber versehen, und die Bahnen werden mit Hilfe von Anpreßrollen zu dem Laminat verklebt.

Zur Initiierung und Durchführung des Thermodiffusionsverfahrens wird das durch Verkleben erhaltene Laminat vorzugsweise auf 150-250 °C erhitzt. Die Art des Erhitzens ist nicht kritisch, beispielsweise kann sie durch IR-Bestrahlung oder mit Hilfe von Heißluft erfolgen. Die Zeitdauer des Erhitzens ist in Abhängigkeit von den Verfahrensparametern empirisch zu ermitteln.

Als Transfermaterial findet vorzugsweise ein Transferpapier oder eine Transferfolie Verwendung. Derartige Papiere oder Folien sind bekannt und für das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls nicht kritisch. So können handelsübliche Folien oder Papiere verwendet werden, die mit dem gewünschten Druckmotiv versehen sind.

Auch die Akzeptorschicht auf dem metallischen Material ist nicht kritisch, und es können bekannte Akzeptorschichten für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden. So kann beispielsweise eine Akzeptorschicht auf Basis von Epoxidharzen und/oder Polyesterharzen verwendet werden.

Der wesentliche Gedanke, der dem erfindungsgemäße Verfahren zugrundeliegt, besteht darin, den eigentlichen Transferprozeß (Thermodiffusionsprozeß) nicht mit Hilfe von Druck und Wärme durchzuführen, sondern ausschließlich durch Wärmeeinwirkung. Um hierbei einen innigen Kontakt der Materia lien sicherzustellen, der einen korrekten Ablauf des Thermodiffusionsverfahrens ermöglicht, werden die Materialien vor dem eigentlichen Thermodiffusionsprozeß miteinander vereinigt, was mit Hilfe eines Klebers geschieht. Dieser Kleber wird auf mindestens ein Material, vorzugsweise das metallische Material, aufgebracht, wonach beide Materialien zusammengeführt und verklebt werden, beispielsweise mit Hilfe von Anpreßrollen, so daß ein Laminat entsteht. Wenn ein lösungsmittelhaltiger Kleber aufgebracht wird, so wird das Lösungsmittel beim Verkleben verdampft.

Es versteht sich, daß beim eigentlichen Verkleben unter Druck- und/oder Wärmeeinwirkung gearbeitet werden kann, um beispielsweise das Lösungsmittel des Klebers zu verdampfen. Wesentlich ist jedoch, daß beim eigentlichen (nachfolgenden) Thermodiffusionsprozeß ausschließlich unter Wärmeeinwirkung gearbeitet wird. Dieser Prozeß wird erst nach dem Verkleben durch das Erhitzen auf die Initiierungstemperatur für den Thermodiffusionsprozeß (beispielsweise 150-250 °C) auf den Weg gebracht.

Damit die Farbstoffe des Drucks vom Transfermaterial in die Akzeptorschicht des metallischen Materiales eindiffundieren können, müssen sie die zwischen den Materialien vorhandene Kleberschicht durchdringen. Erfindungsgemäß wird daher ein Kleber verwendet, der in Bezug auf diese Farbstoffe durchlässig ist. Als erfindungsgemäß geeignet haben sich dabei Kleber auf Basis eines Materiales aus der aus Polyvinylalkohol (PVA), Alginaten, Dextrinen und/oder Gummiarabicum bestehenden Gruppe erwiesen. Aus derartigen Klebern hergestellte Schichten stellen im wesentlichen keine Behinderung für die zu transferierenden Farbstoffe dar.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine Reihe von Vorteilen. Versuche haben gezeigt, daß nach diesem indirekten Verfahren bedruckte metallische Oberflächen verschiedene Vorteile im Vergleich zu einer Direktverpressung mit Hilfe einer Etagenpresse bieten. Vergleicht man nach dem Direktverfahren erstellte, über das Thermodiffusionsprinzip bedruckte Metalloberflächen mit den nach dem erfindungsgemäßen indirekten Verfahren bedruckte Oberflächen unter der Voraussetzung, daß dieselben, in der Schichtstoffindustrie gängigen Akzeptorschichten Verwendung finden, so weisen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erstellten Schichtstoffe mit metallischer Oberfläche einen wesentlich besseren Punktestand des Druckes auf. Daraus resultiert eine höhere Randschärfe feiner Kanten und Linien und somit ein qualitativ besseres Druckbild. Sind die Druckträgermaterialien im Tiefdruck bedruckt, so sind die Punkte weiterhin unter der Lupe erkennbar.

Es versteht sich, daß die erfindungsgemäß bedruckten metallischen Materialien (Metallbahnen) über weitere Verfahrensschritte zu entsprechenden Laminaten (Schichtstoffen) für den jeweiligen Anwendungszweck hergestellt werden können.

Weitere Vorteile bietet das "Handling" des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Eindringen von Transferpapieren in den bei Schichtwerkstoffen üblichen Aufbau mehrerer harzgetränkter Lagen ist maschinell nur bei hohen Papiergewichten der zum Einsatz kommenden Transferpapiere – wenn aufgrund der geringen Steifigkeit hochgrammiger, nicht harzgetränkter Papiere überhaupt – möglich. Das Einbringen in die Stapel per Hand verlangt bei schwierigen Druckmotiven eine genaue Kantenausrichtung und höchste Konzentration des Personals. Mit dem erfindungsgemäßen, kontinuierlich ablaufenden Verfahren hingegen, das auf modernen Beschichtungsanlagen mit modernen Kantensteuerungssystemen ablaufen kann, wird eine gleichbleibende Druckausrichtung sichergestellt. Weiterhin ist die Gefahr des Verrutschens der Transferbögen in den zur Pressung vorgesehenen Stapeln entweder durch mechanische Einflüsse oder durch thermisch bedingte Horizontalbewegungen in den Pressen gebannt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bedruckte metallische Materialien finden in vielen Bereichen, beispielsweise in der Möbelindustrie, im Automobilbereich, im Messebau, Verwendung. Die zunehmende Forderung nach kratzfesten Oberflächen, hergestellt durch nanodisperse Verfahren oder das Sol-Gel-Verfahren in Kombination mit Kunstharzen, die nach dem Prinzipien der radikalischen Härtungsverfahren funktionieren, wird durch das erfindungsgemäße Thermodiffusionsverfahren optimal ergänzt. Derartige bedruckte Oberflächen können in einem weiteren Beschichtungsprozeß kostengünstig von Rolle auf Rolle mit entsprechenden Lacksystemen überlackiert werden, so daß metallische, bedruckte und mit hoher Oberflächengüte versehene dekorative Materialien erzeugt werden können.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen erläutert:
Beispiel 1
Ein vollverseifter Polyvinylalkohol mit der Esterzahl 20+-5 mg KOH/g und einem Restacetylgehalt von 1,5+-4 Gew.% wird unter Erwärmen l0%ig in Wasser gelöst. Zu 20 g dieser Lösung werden 2,5 g Polyethylenglykol 400 und 4,5 g Dispersion 1128 (Handelsprodukt der Farma Paramelt) eingeführt.
Der so entstandene Kleber wird mit einem Trockenauftragsgewicht von ca. 4 g/m² anschließend nach üblichen Verfahren auf eine mit einer für das Thermodiffusionsverfahren geeigneten Akzeptorschicht versehenen Aluminiumfolie aufge bracht, und mittels Druck wird ein handelsübliches, mit einem ein- oder mehrfarbigen Motiv bedrucktes Thermotransferpapier aufkaschiert. Der entstandene Kaschierverbund wird mit Temperaturen von ca. 70 °C so lange behandelt, bis das Lösungsmittel des Kaschierklebers verdunstet ist. Anschließend wird der Verbund ca. 60 sec einer Temperatur von 200 °C ausgesetzt und das Transferpapier abgezogen. Das Druckmotiv wurde auf die lackierte Metalloberfläche übertragen.
Beispiel 2
Ein vollverseifter Polyvinylalkohol mit der Esterzahl 20+-5 mg KOH/g und einem Restacetylgehalt von 1,5+-4 Gew.% wird unter Erwärmen 10%ig in Wasser gelöst. Zu 20 g dieser Lösung werden 2,0 g eines nichtkristallierenden, ca. 70%igen Sorbitsirups und 1,5 Dispersion 1128 (Handelsprodukt der Firma Paramelt) eingeführt.
Auf einer Beschichtungsanlage wird mittels Walzen so viel Kaschierkleber naß auf eine Metallbahn, die mit einer für das Thermodiffusionsverfahren geeigneten Akzeptorschicht versehen ist, aufgetragen, daß nach der Verdunstung des Lösungsmittels ein Auftragsgewicht von ca. 4 g/m² resultiert. Ein handelsübliches, bedrucktes Transferpapier wird gegen die nicht getrocknete Kleberschicht mittels Walzen kaschiert. Der Kaschierverbund läuft in eine Trocknerstation und wird zuerst mit ca. 80 °C so lange getrocknet, bis ein inniger Verbund zwischen Papier und Metallbahn entsteht. In weiteren Trocknersektionen wird die Temperatur auf bis zu 230 °C gesteigert, bis eine zufriedenstellende Transferierung des auf dem Transferpapier vorhandenen Motives stattgefunden hat. Anschließend werden die beiden Lagen des Verbundes separiert.

Claims

Verfahren zum Bedrucken von metallischen Oberflächen unter Anwendung des Thermodiffusionsvefahrens mit den folgenden Schritten: a. Vorsehen eines mit einem über das Thermodiffusionsverfahren transferierbaren Druck versehenen Transfermateriales; b. Vorsehen eines zu bedruckenden, mit einer für das Thermodiffusionsverfahren geeigneten Akzeptorschicht versehenen metallischen Materiales; c. Aufbringen eines in bezug auf die Farbstoffe des Drucks durchlässigen Klebers auf die Akzeptorschicht des metallischen Materiales und/oder das Transfermaterial; d. Verkleben beider Materialien, so daß das Transfermaterial mit der Akzeptorschicht in Anlage tritt, zur Erstellung eines Laminates; e. druckloses Erhitzen des Laminates zur Initiierung und Durchführung des Thermodiffusionsverfahrens; und f. Entfernen des Transfermateriales vom Laminat.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es kontinuierlich durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Transfermaterial eine Transfermaterialbahn und als metallisches Material eine Metallbahn verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Transfermaterialbahn und die Metallbahn je von einer Rolle abgewickelt werden, mindestens eine der Bahnen mit dem Kleber versehen wird und die Bahnen mit Hilfe von Anpreßrollen zu dem Laminat verklebt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Laminat durch IR-Bestrahlung oder Heißluft erhitzt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Transfermaterial ein Transferpapier oder eine Transferfolie verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein metallisches Material mit einer Akzeptorschicht auf Basis von Epoxidharzen und/oder Polyesterharzen verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein lösungsmittelhaltiger Kleber aufgebracht und das Lösungsmittel beim Verkleben verdampft wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß ein Kleber auf Basis eines Materiales aus der aus Polyvinylalkohol (PVA), Alginaten, Dextrinen und/oder Gummiarabicum bestehenden Gruppe aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Laminat zur Initiierung und Durchführung des Thermodiffusionsverfahrens auf 150-250 °C erhitzt wird.