DE19941673A1 - Verfahren zum Bedrucken von nicht-porösen Oberflächen - Google Patents
Verfahren zum Bedrucken von nicht-porösen OberflächenInfo
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Abstract
Beschrieben wird ein Verfahren zum Bedrucken von nicht-porösen Oberflächen eines Substrats mit einer ein Lösungsmittel enthaltenden InkJet-Tinte. Dieses ist dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einem Lack beschichtete nicht-poröse Oberfläche mit einer InkJet-Tinte, die eine den Lack anlösende Komponente enthält, bedruckt wird. Hierbei läßt sich eine hohe Auflösung und eine sehr gute Wisch- und Kratzfestigkeit erzielen. Es ist ein vorteilhafter Dreifarbendruck möglich.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedrucken von nicht-porösen Oberflächen
eines Substrats mit einer InkJet-Tinte.
Bisher wurden InkJet-Tinten direkt auf Materialien bzw. Substrate mit nicht-poröser
Oberfläche gedruckt. Dabei können die InkJet-Tinten Komponenten enthalten, die die
Haftung auf diesen Oberflächen bewirken bzw. verbessern. Dennoch ist diese Haftung
weiterhin nicht zufriedenstellend. Zudem führt ein sogenanntes Breitfließen bei zu hohen
Trocknungszeiten zu geringer Auflösung. InkJet-Tinten mit kurzen Trocknungszeiten
führen zum Verstopfen der Druckkopfdüsen. Farbige oder schwarze Oberflächen nicht-
poröser Substrate können nicht nach dem herkömmlichen Dreifarbendruck bedruckt
werden, da Weiß auf dem Untergrund als Mischfarbe fehlt. Es gibt derzeit keine
befriedigende Lösung für eine weiße InkJet-Tinte. Um diese Probleme zu beheben, liegt
derzeit noch kein brauchbarer technischer Vorschlag vor.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs bezeichnete Verfahren so
weiterzubilden, daß nicht-poröse Oberflächen beliebiger Substrate, insbesondere aus
Kunststoffen, Metall, Glas und Keramik und dergleichen, mit einer InkJet-Tinte bedruckt
werden können, wobei kurze Trocknungszeiten, gute Haftung und Wasserfestigkeit der
Tinte erreicht werden. Darüber hinaus soll eine hohe Auflösung angestrebt werden. Das
nachteilige Ausfließen der Tinte auf der nicht-porösen Oberfläche des Substrats soll
weitgehend ausgeschlossen werden.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß eine mit einem Lack
beschichtete nicht-poröse Oberfläche mit einer InkJet-Tinte, die einen den Lack
anlösende Komponente enthält, bedruckt wird.
Das Wesen der Erfindung besteht demzufolge darin, die nicht-poröse Oberfläche des
Substrats mit einer Lackschicht zu versehen. Dabei spielt die Art des Lacks keine
entscheidende Rolle. Vielmehr ist allein zu beachten, daß zwischen dem jeweilig
gewählten Lack und der zum Bedrucken herangezogenen InkJet-Tinte insofern eine
Abstimmung erfolgt, als in der InkJet-Tinte eine den Lack auf der nicht-porösen
Oberfläche des Substrats anlösende bzw. quellende Komponente enthalten ist. Dies ist im
allgemeinen das Lösungsmittel der InkJet-Tinte als solche. Darüber hinaus ist es auch
denkbar, daß in der InkJet-Tinte eine zusätzliche Komponente enthalten ist, die das
Anlösen bzw. Quellen der Lackbeschichtung verursacht. Dabei kann es sich
beispielsweise um Alkohole, Glykolether, Ester, Ketone oder chlorierte
Kohlenwasserstoffe handeln.
Im Einzelfall ist es erforderlich, dem Lack Pigmente und/oder Farbstoffe zuzufügen, um
die wünschenswerte Einfärbung zu erhalten. In diesem Fall wird auch von Lackfarben
gesprochen (vgl. DIN 55 945, Dezember 1988). Grundsätzlich sind Lacke flüssige oder
pulverförmige feste Substanzen, die in dünner Schicht auf Gegenstände appliziert werden
oder die durch chemische Reaktion und/oder physikalische Veränderung einen auf den
Objekten haftenden festen Film bilden, der dekorative und/oder schützende Funktion hat.
Die Hauptkomponenten des Lacks sind Bindemittel, Lösungsmittel, Pigmente, Füllstoffe
und Lackhilfsmittel. Bei nicht deckendem Klarlack, dessen Farbe von der des
Bindemittels abhängt, entfällt das Pigment, beim festen pulverförmigen Lack das
Lösungsmittel. Nach DIN 55 945 (Dezember 1988) sind Lacke Beschichtungsstoffe auf
der Basis organischer Bindemittel. Je nach der Art der organischen Bindemittel können
Lacke organische Lösungsmittel und/oder Wasser enthalten oder auch frei davon sein. Im
Sinne der Erfindung sollen unter Lacken auch "Farblacke" fallen, die durch sogenannte
Verlackung entstehen. Hierbei spielt die Lackhärtung eine Rolle. Das Aushärten von in
flüssigem Zustand aufgetragenen Lacken zu stabilen Oberflächenschichten wird als
Lackhärtung bezeichnet. Die Lackhärtung kann entweder durch Lufttrocknung
(physikalische Trocknung), oxidative Vernetzung (Luftfeuchtigkeitshärtung) oder - wie
bei der Härtung von Kunststoff - durch Polymerisation (ungesättigte Polyester/Poly
styrole), Polyaddition (Polyisocyanat/Polyhydroxi-Verbindungen oder Polyepoxid/Poly
amin) oder durch Polykondensation (Alkyd bzw. Acrylatharze mit Aminharzen) erfolgen.
Als Bindemittel in Lacken werden überwiegend veredelte Naturprodukte z. B. aus
Kolophonium und Ölen oder Cellulosenitrat (Nitro-Lacke) und vollsynthetisch aufgebaute
Harze (Kunstharze) verwendet. Die klassischen natürlichen Harze, wie Cupale, Bernstein
und Schellack sind heute nur noch von geringer lacktechnischer Bedeutung. An
Kunstharzen werden insbesondere verwendet Phenolharze, Aminharze (z. B. Benzoguan
amin-, Harnstoff-, Melamin-Harze), Alkydharze, Polyvinylacetat, Epoxidharze, Poly
urethanharze, Polyesterharze, mit Kolophonium modifizierte Phenolharze, Chlor
kautschuk, chloriertes Polypropylen, Cyclokautschuk, Ketonharze, Acrylatharze.
Lösungsmittel- bzw. Verdünnungsmittel in erfindungsgemäß aufzutragenden Harzen sind
Flüssigkeiten, in denen man das Bindemittel auflöst, um Lacke in eine besser
applizierbare Form zu bringen. Beim Trocknen des Lackanstrichs verdunsten diese
Lösungsmittel fast vollständig, wobei der Lack als vernetzter oder auch nicht-vernetzter
Film glänzend, matt oder auch seidenmatt zurückbleibt. Als Lösungsmittel kommen
insbesondere Etheralkohole, Aromaten, chlorierte Kohlenwasserstoffe, Ester, Hydro
aromaten, Ketone, Terpenkohlenwasserstoffe, Wasser u. a. in Frage. Im allgemeinen
werden mehrere dieser Lösungsmittel kombiniert.
Wie bereits zum Ausdruck gebracht, können die Lacke pigmentiert sein, d. h. mit den
üblichen Lösungsmitteln, unlöslichen organischen oder anorganischen Pigmenten versetzt
werden, z. B. Titandioxid, Eisenoxidrot, Eisenoxidschwarz, Chromoxidgrün, Molybdat-,
Cadmium-Pigmente, Ruße, Azo-, Phthalocyanin-, Triarylmethan-Pigmente usw. (vgl.
Römpp Chemie-Lexikon, 9. Aufl., Bd. 3, 1990, S. 2424/2425).
Im Rahmen dieser Erfindung sind insbesondere Acrylharz-Lacke (vgl. Römpp Chemie-
Lexikon, 9. Aufl., Bd. 1, 1989, S. 41) auf der Basis von Acrylharzen bevorzugt. Sie
werden als Lösungen in organischen Lösungsmitteln, als wäßrige Dispersionen oder als
Pulverlacke vielseitig eingesetzt. Ein hierfür besonders geeignetes und bevorzugtes
Lösungsmittel ist ein Glycolether. Die nachfolgende Beschreibung der Erfindung geht
aus von dem Einsatz eines Lacks in Form eines Acrylharz-Lacks bzw. eines Acryllacks.
Die dort getroffenen Feststellungen gelten, wie für den Fachmann ohne weiteres
ersichtlich, entsprechend auch für die anderen oben bezeichneten Lacksysteme, sofern
der erfindungsgemäße Gedanke der Abstimmung von Lack mit der anlösenden bzw.
quellenden Komponente der InkJet-Tinte bedacht ist. Soll eine farbige oder schwarze
nicht-poröse Oberfläche eines Substrats zum Zwecke der Kennzeichnung, der Dekoration
oder dergleichen bedruckt werden, dann ist es von besonderem Vorteil, einen Acryllack
heranzuziehen. Dieser wird als Lösung in einem organischen Lösungsmittel, als wäßrige
Dispersion oder als Pulverlack aufgetragen und dann getrocknet bzw. nach Aufschmelzen
wieder abkühlen gelassen. Der Auftrag erfolgt insbesondere durch Besprühen oder
Bestreichen, bis die zu bedruckende nicht-poröse Oberfläche vollständig bedeckt ist. Es
erfolgt dann in jedem Falle ein Trocknen, was einerseits das Entfernen des
Lösungsmittels bzw. Dispersionsmittels, bzw. das Trocknen bei hoher Temperatur nach
Aufschmelzen des Pulverlacks mit anschließendem Abkühlen bewirkt.
Die Stärke der jeweils aufgetragenen Lackschicht ist für die Zwecke der vorliegenden
Erfindung nicht wesentlich. Im allgemeinen dürfte die Lackschicht auf der nicht-porösen
Oberfläche eine Stärke von etwa 1 bis etwa 500 µm, insbesondere etwa 5 bis 100 µm
aufweisen.
Für die Zwecke der Erfindung hat sich eine InkJet-Tinte als besonders geeignet erwiesen,
die sich insbesondere bei Einsatz eines Acryllacks anlöst bzw. quillt, wodurch eine gute
Fixierung des Farbmittels auf der Substratoberfläche bewirkt und ein Fließen der InkJet-
Tinte verhindert wird. Die Lackschicht entzieht der Tinte einen Teil des Lösungsmittels
und verringert so die Trocknungszeit. Dabei ist die erzielte Auflösung deutlich höher als
beim Bedrucken der freien Substratoberfläche. Die Art des Substrats spielt keine
wesentliche Rolle. Letztlich ist es allein entscheidend, daß der Lack eine ausreichende
Haftung auf dem Substrat hat, was im allgemeinen der Fall ist. Insbesondere handelt es
sich um Substrate aus Glas, Metall, Keramik, Kunststoffe oder dergleichen. Unter den
Kunststoffen werden Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Acrylnitril-Butadien-
Styrol-Copolymerisat (ABS) und Polypropylen (PB) bevorzugt. Von besonderem Vorteil
erweist sich der erfindungsgemäße Gedanke dann, wenn eine mit einem Lack
beschichtete, nicht-poröse Oberfläche eines Substrats nach dem herkömmlichen
Dreifarbendruck bedruckt wird. Beim Dreifarbendruck mittels InkJet-Technologie
werden sehr kleine Tintentröpfchen der Grundfarben Gelb, Cyan und Magenta
nebeneinander auf dem Substrat platziert, so dass zusammen mit dem weißen Untergrund
der Eindruck einer Mischfarbe entsteht. Man spricht hier von subtraktiver
Farbmischung. Qualitativ hochwertige Ausdrucke sind nur möglich, wenn ein
Ineinanderfließen der Tintentropfen, insbesondere an benachbarten Farbflächen,
verhindert wird. Je kleiner die Tropfen und der Abstand zwischen ihnen, desto höher ist
die Auflösung des Drucks. Das erfindungsgemäße Verfahren schafft den erforderlichen
weißen Untergrund und verhindert die Vermischung benachbarter Tintentropfen.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind wie folgt festzuhalten: Hohe Auflösung
nach dem Druck, sehr gute Wisch- und Kratzfestigkeit, insbesondere durch das
Aufbringen von weißem Lack auf farbige oder schwarze Substraten zur Ausbildung
bunter Aufdrucke nach dem herkömmlichen Dreifarbendruck. Diese Vorteile überwiegen
weitgehend den Nachteil, daß bei der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung ein
zusätzlicher Produktionsschritt, nämlich durch den Auftrag des Lacks auf die nicht-
poröse Oberfläche des Substrats, erforderlich ist.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Beispiels noch näher erläutert werden.
Ein schwarzes Substrat aus Polystyrol wurde mit einem weißen Acryllack, der
Titandioxid als Weißpigment, n-Butanol und Aceton als Lösungsmittel enthielt (Dupli
Color Auto Acryl Spray Classic, 0-75), eingesprüht und bei Raumtemperatur getrocknet,
so dass sich eine geschlossene Lackschicht ausbildete. Nach dem Trocknen erfolgte ein
Bedrucken mit einer schwarzen InkJet-Tinte mittels eines Codent-Druckers mit einem
200 dpi MIT-Druckkopf (Piezotechnologie, 128 Düsen). Für der Herstellung der
verwendeten InkJet-Tinte wurde zunächst ein konzentrierter Ansatz, bezogen auf das
Pigment, auf einer Rührwerkskugelmühle gemahlen (dispergiert) und anschließend auf
folgende Zusammensetzung (in Masse-%) verdünnt:
5% Black Pearls 880 (von der Firma Cabot Corporation),
2% Mowital B-20H (Polyvinylbutyral, von der Firma Clariant),
31% Dowanol PnP (Propylenglykol-monopropylether, von der Firma Dow Chemical),
59% Dowanol PnB (Propylenglykol-monobutylether, von der Firma Dow Chemical),
3% Beckopox-EM460 (von der Firma Vianova Resins).
5% Black Pearls 880 (von der Firma Cabot Corporation),
2% Mowital B-20H (Polyvinylbutyral, von der Firma Clariant),
31% Dowanol PnP (Propylenglykol-monopropylether, von der Firma Dow Chemical),
59% Dowanol PnB (Propylenglykol-monobutylether, von der Firma Dow Chemical),
3% Beckopox-EM460 (von der Firma Vianova Resins).
Die Abb. 1 zeigt eine mikroskopische Aufnahme des bedruckten Lacksubstrats.
Man erkennt, daß die Tropfen nicht vollständig ineinanderfließen, sondern jeder einzelne
Tropfen noch erkennbar ist. Die weißen Flächen in der Mitte der Tintentropfen entstehen
beim Trocknungsprozeß. Ihr Entstehen kann durch eine leichte Erhöhung der
Trocknungszeit verhindert werden.
Beispiel 1 wurde mit der gleichen InkJet-Tinte wiederholt, jedoch ein unbeschichtetes
ABS (Acrylonitrilbutadienstyrol)-Substrat bedruckt. Obwohl sich ein derartiges Substrat
noch relativ gut eignet, da auch seine Oberfläche leicht von den in der InkJet-Tinte
enthaltenen Glycolethern angelöst wird, verlaufen die Tropfen viel stärker miteinander.
Ein Mehrfarbendruck, bei dem benachbarte Tropfen nicht miteinander verfließen dürfen,
ist auf diese Weise nicht möglich.
Claims (10)
1. Verfahren zum Bedrucken von nicht-porösen Oberflächen eines Substrats mit
einer ein Lösungsmittel enthaltenden InkJet-Tinte, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit
einem Lack beschichtete nicht-poröse Oberfläche mit einer InkJet-Tinte, die eine den
Lack anlösende Komponente enthält, bedruckt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lack ein Acryllack
gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit einem
weißen Acryllack beschichtete farbige oder schwarze nicht-poröse Oberfläche bedruckt
wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Lack, insbesondere Acryllack, als Lösung in einem organischen
Lösungsmittel, als wäßrige Dispersion oder als Pulverlack aufgetragen ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht-poröse
Oberfläche mit einem Lack, insbesondere Acryllack, besprüht oder bestrichen wird, bis
die zu bedruckende nicht-poröse Oberfläche vollständig bedeckt ist und danach
getrocknet wird.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß in der InkJet-Tinte als Lösungsmittel ein Glycolether enthalten ist.
7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Substrat aus Glas, Metall, Keramik oder Kunststoff besteht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff in Form
von Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polypropylen und Acrylnitril-Butadien-Styrol-
Copolymerisat vorliegt.
9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lackschicht auf der nicht-porösen Oberfläche eine Stärke von
etwa I bis etwa 500 µm aufweist.
10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die mit einem Lack beschichtete, nicht-poröse Oberfläche nach dem
herkömmlichen Dreifarbendruck bedruckt wird.
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