DE69400110T2

DE69400110T2 - Verfahren zur Herstellung von Farbtonkarten

Info

Publication number: DE69400110T2
Application number: DE69400110T
Authority: DE
Inventors: Matthias Antonie Johannes Nl-3971 An Driebergen Akkerman; Gerhardus Johannis Nl-3984 Nh Odijk Mulder
Original assignee: Fina Research SA
Current assignee: TotalEnergies Onetech Belgium SA
Priority date: 1993-11-22
Filing date: 1994-11-22
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2014-11-23
Also published as: NO310278B1; JPH08503166A; ES2085183T3; AU667648B2; CA2142024C; FI953454A0; NZ275767A; NO952560L; AU8101394A; CN1116840A; FI953454L; WO1995014577A1; CA2142024A1; US5728427A; EP0680832B1; FI108919B; DE69400110D1; EP0680832A1; NO952560D0; JP2983293B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Farbkarten. Spezieller betrifft sie ein Verfahren zur Herstellung von Farbkarten mit Lacken auf Wasserbasis.
Farbkarten sind im Farbhandel wohlbekannt. Sie bestehen im allgemeinen aus Blättern aus Pappe oder aus Papier, auf die Proben der verschiedenen Anstrichfarben aufgebracht sind (oft in Form von kleinen Rechtecken, die nach einem geometrischen Muster angeordnet sind).
Das einfachste aber zeitaufwendigste Verfahren besteht darin, jede Farbe auf ein großes Stück Pappe oder Papier aufzubringen, das dann in kleine Stücke geschnitten wird, von denen eines auf jeder Farbkarte angebracht wird.
Es ist lange Zeit bevorzugt worden, immer wenn möglich ein Verfahren zum gleichzeitigen Aufbringen von mehreren Farben anzuwenden, von denen gegenwartig drei eingesetzt werden:
a. Sprayen, wobei übliche Spray-Verfahren (z.B. luftlos) verwendet werden: durch Verwendung von mehreren Sprühpistolen, die jeweils mit einer verschiedenen Farbe gefüllt sind, kann man bei einem Durchgang verschiedene Farben aufbringen;
b. Druck: durch Verwenden einer Druckplatte können.viele Farben gleichzeitig auf ein Blatt aufgetragen werden;
c. Aufbringung mit einer Rolle: verschiedene Farben werden Seite an Seite in einem kontinuierlichen Verfahren auf einer Papierrolle aufgebracht.
Es wird hauptsächlich eine Farbart zur Herstellung von Farbkarten verwendet, nämlich Nitrocellulose-Farbe (selbst für Farbkarten, die andere Arten von Farben betreffen). Die als Bindemittel verwendete Nitrocellulose wird in flüchtigen Lösungsmittelh gelöst, um eine schnelle Trocknung des Farbfilms unter einem (erhitzten) Luftstrom zu gewährleisten. Z.B. kann die Aufbringung mit einer Rolle mit einer Papiergeschwindigkeit von bis zu etwa 35 m/min eingesetzt werdenw ohne daß Probleme bezüglich der Troaknungsgeschwindigkeit auftreten.
Weltweite Bedenken bezüglich der Umgebung haben nun zu dem Wunsch geführt, die Emission von flüchtigen organischen Verbindungen zu verringern. Es besteht daher ein Bedarf auf dem Fachgebiet an Farbkartenlacken, die die Emission von weniger oder keinen flüchtigen organischen Verbindungen bewirken., und die Anmelder haben nun eine Emulsionsfarbe auf Wasserbasis entwickelt, die für diese Anwendung geeignet ist. Die Trocknung der Wasserbasis ist jedoch zu langsam (in dem vorstehenden Beispiel maximal etwa 6 m/min), selbst wenn Warumlufttrocknung eingesetzt wird.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Farbkarten mit Lacken auf Wasserbasis mit einer gesteigerten Produktionsgeschwindigkeit bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Steigern der Trocknungsgeschwindigkeit von mit Lacken auf Wasserbasis hergestellten Farbkarten bereitzustellen.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein.Verfahren zum einheitlichen Trocknen von Bereichen mit verschiedenen Farben auf mit Lacken auf Wasserbasis hergestellten Farbkarten bereitzustellen.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Verwendung von Lackzusammensetzungen auf Wasserbasis zur Herstellung von Farbkarten vorzusehen, wobei Papp- oder Papiersubstrate verwendet werden.
In der US-2 321 938-A wird ein Beschichtungsverfahren offenbart, worin ein faserförmiges Produkt, das auf einer Seite (oder aüf beiden Seiten) beschichtet ist, in einen Trockner geführt wird, der eine Reihe von Infrarötlampen aufweist, die gegenüber der beschichteten Oberfläche angeordnet sind (oder zwei Reihen, die jeweils oberhalb und unterhalb des Prgduktes angeordnet sind).
In der FR-883 712-A wird ein Druckverfahren offenbart, wobei Infrarotstrahlen und ein Luftgebläse so verwendet werden, daß sie beide auf die bedruckte Seite des Substrats einwirken. In der Einleitung wird als Stand der Technik ein Verfahren zum Trocknen einer bedruckten transparenten Oberfläche durch Erhitzen ihrer Rückseite mit Infrarotstrahlen gewürdigt.
Verbesserungen der Bedruckbarkeit als Ergebnis einer verringerten Bindemittelwanderung und damit verbundener Flekkenbildung sind von E.W. Stephansen (Tappi Journal, 69(2)42-44, Februar 1986) offenbart worden. Es sind Tests durchgeführt worden, bei denen bedrucktes Papier unter Verwendung von IR-Einheiten getrocknet wird, wobei von der beschichteten Seite her erhitzt wird, oder die Rückseite des Blattes mit einem Reflektor auf der beschichteten Seite erhitzt wird. Die während dieser Tests erprobte schwerste Beschichtung betrug 15 g/m².
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Farbkarten mit Lacken offenbart, das die Schritte umfaßt:
- Bereitstellen eines Papp- oder Papiersubstrates;
- gleichzeitiges Aufbringen von mindestens zwei verschiedenen Lackfarben auf eine Seite des Substrats; und
- Trocknen des Lacks;
dadurch gekennzeichnet, daß
(i) der Lack eine Emulsionsfarbe auf Wasserbasis, ist;
(ii) der Lack in Schichten von mindestens 75 g/m² aufgebracht wird; und
(iii) der Trocknungsschritt im wesentlichen unter Verwendung von die nicht beschichtete Seite des Substrates bestrahlenden Infrarottrocknern durchgeführt wird.
Das in dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verwendende Papp- oder Papiersubstrat ist auf dem Fachgebiet bekannt und braucht hier nicht beschrieben zu werden; es ist normalerweise weiß. Glanzpapier, wie es in der Graphikindustrie verwendet wird, wird bevorzugt. Als, Beispiele von Substraten, die verwendet werden können, können Bristolkarton., Chromoluxpapier, Invercoat-Papier, mit Maschinen beschichtetes Papier und Schreibpapier genannt werden. Die Dicke des Papieres sollte ausreichen, um zu verhindern, daß jegliche Hintergrundfarbe durch das Papier durchscheint und so die Farben und/oder den weißen Hintergrund verfälscht; es ist gefunden worden, daß Dicken von 170 bis 300 g/m² geeignet sind, obwohl Dicken bis zu 400 g/m² akzeptabel sind.
Der Lack sollte in Schichten von mindestens 75 g/m² (Dicke der nassen Schicht), vorzugsweise etwa 100 g/m² aufgebracht werden, um die für Farbkarten erforderliche ausreichende Deckfähigkeit aufzuweisen. Die maximale Schichtdicke hängt von dem Aufbringungsverfahren ab; sie beträgt üblicherweise maximal 175 g/m², vorzugsweise maximal 150 g/m².
Die gleichzeitige Aufbringung, von verschiedenen Lackfarben auf dem Substrat kann durch irgendein Verfahren einschließlich derjenigen Verfahren durchgeführt werden, die gegenwärtig auf dem Fachgebiet verwendet werden und die vorstehend beschrieben wurden. "Gleichzeitig", so wie der Begriff hierin verwendet wird, bedeutet, daß ein Farbfleck aufgebracht wird, während ein anderer noch nicht trocken ist, obwohl sie tatsächlich nacheinander aufgebracht werden können.
Lacke, wie hierin verwendet, sind Farben, die hauptsächlich durch Lösungsmittelverdampfung trocknen. Als Lack wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren ,ein Lack auf Wasserbasis (d.h. eine Emulsion auf Wasserbasis) verwendet. Die bevorzugten Emulsionsfarben basieren im wesentlichen auf einem oder mehreren Acryl-Bindemitteln (vorzugsweise anionisch mödifizierten Acrylharz-Verbindungen), die gegebenenfalls mit Styrol copolymerisiert wurden und/oder im Gemisch mit Styrol-Acryl-Bindemitteln (vorzugsweise anionisch modifizierten Styrol-Acrylen) vorliegen. Während Farbkarten zur breiten Verteilung an private Nutzer (d.h. in dem "do-it- yourself"-Segment des Marktes) in der Tat mit nahezu jedem herkömmlichen Lack auf Wasserbasis. hergestellt werden können, müssen Farbkarten zur Verwendung durch berufsmäßige Nutzer Farbflecken aufweisen, die ausreichende mechanische Eigenschaften, insbesondere bezüglich der Härte und der Abnützungsbetändigkeit aufweisen. Die Wähl von Mgnomeren in Abhängigkeit von den Eigenschaften, zu denen sie in dem Endfilm beitragen, ist auf dem Fachgebiet wohlbekannt und braucht hier nicht beschrieben zu werden (für Acrylharz- Verbindungen und Styrol vgl. z.B. Kapitel 17 in "Surface Coatings", Band I, OCCA, 2. Ausgabe, Chapman & Hall, London, 1983, oder Seiten 19 - 20 in "Surface Coatings-2", A. D. Wilson et al., Herausgeber, Elsevier, 1988). Die Herstellung von Emulsionen auf Wasserbasis ist auf dem Fachgebiet ebenfalls wohlbekannt und braucht hier ebenfalls nicht beschrieben zu werden (zur allgemeinen Erläuterung siehe z.B. Kapitel 1 in "Surface Coatings-2", op. cit.). Obwohl Emulsionsfarben auf Wasserbasis als solche bekannt sind, ist ihre Verwendung zur Herstellung von Farbkarten unter Verwendung von Papier- oder Papp-Substraten bisher noch nicht beschrieben worden. Es bestand in der Tat auf dem Fachgebiet ein Vorurteil gegen diese Verwendung, da die Fachleute dachten, daß Papier oder Pappe wegen der Wasserbasis knittern würde.
Infrarottrockner sind als solche bekannt. Das Kernelement besteht im allgemeinen aus einer oder mehreren Quarzlampen, die einen Wolfram-Glühfaden in einem mit einem inerten Gas. gefüllten Quarzkolben umfassen; der Glühfaden wird mit elektrischem Strom beheizt, und etwa 90 % der elektrischen Energie werden als infrarote Strahlung (IR) ausgestrahlt. Reflektoren werden vorzugsweise verwendet, um die IR-Strahlung auf das zu trocknende Produkt zu konzentrieren. IR- Trocknung ist schon in der Automobilindustrie für Karosserien verwendet worden. Sie ist auch schon in der Druckindustrie verwendet worden. In beiden Fällen liegen die IR- Trockner jedoch gegenüber der beschichteten Seite des Substrats, d.h. sie erhitzen die Farbe bzw. die Druckfarbe.
Die Anmelder haben jedoch beobachtet, daß IR-Trockner nicht gemäß dem Stand der Technik zur Trocknung von Farbkarten verwendet werden können, da jede Farbe gegenüber der IR- Strahlung ein unterschiedliches Absorptionsverhalten aufweist. Wenn die IR-Trocknungsbedingungen für dunkle Farben optimiert werden, die IR-Strahlung am stärksten absorbieren, ist das Trocknen yon hellen Farben so vollständig unzureichend.
Die Anmelder haben nun jedoch,unerwarteterweise gefunden, daß dadurch eine einheitliche Trocknung aller Farben mit erhöhter Geschwindigkeit erreicht werden konnte, daß die nicht beschichtete Seite des Substrats von nassen Farbkarten, die mit Lacken auf Wasserbasis hergestellt worden sind, bestrahlt wird.
Bei den bevorzugten IR-Trocknern werden IR-A-Lampen verwendet, d.h. diejenigen mit einer Spitzenintensität zwischen etwa760 und 1400 nm. Die Lämpen werden vorzugsweise näher an dem Substrat plaziert als gegenwärtig in der Druckindustrie durchgeführt (z.B. etwa 10 bis 15 cm anstelle von etwa 25 cm), da weißes Papier weniger Hitze, von. IR-Strahlen absorbiert als Druckfarbe.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Trocknung von hellen und dunklen Farben etwa gleich, und es können hohe Trocknungsgeschwindigkeiten mit Emulsionsfarben auf Wasserbasis erreicht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann kontinüierlich od, er satzweise durchgeführt werden. Es kann mit Luftstromtrocknung kombiniert werden, die gleichzeitig oder zeitlich versetzt mit der IR-Trocknung stattfindet.
Die Erfindung wird nun durch die folgenden Beispiele erläutert.

Beispiel 1

Weiße Farbe wurde hergestellt, die die folgende Zusammensetzung aufwies (ausgedrückt in Gew.-Teilen, pbw):
Titandioxid 21,3
Füllmittel und Extender 0,3
Acrylharz (= 51,8 pbw einer 49-%igen Emulsion in Wasser) 25,4
Styrol-Acrylharz (= 12,9 pbw einer 45-%igen Emulsion in Wasser) 5,8
Additive 2,
Glycole 4,2
Wasser 41,0
Es wurde schwarze Farbe hergestellt, die die folgende Zusammensetzung aufwies (ausgedrückt in Gew.-Teilen):
Ruß 5,9
Füllmittel und Extender 0,2
Acrylharz (=60,4 pbw einer 49%igen Emulsion in Wasser) 29,6
Styrol-Acrylharz (= 15,1 pbw einer 45%igen Emulsion in Wasser) 6,8
Additive 3,1
Glycole 4,8
Wasser 49,6
Eine Seite eines Blattes aus weißem Glanzpapier (Chromolux, 250 g/m²) wurde an einer Stelle mit der weißen Färbe und an einer anderen Stelle mit der schwarzen Farbe, in beiden Fällen mit einer Schicht von etwa 0,1 mm Feuchtdicke unter Verwendung einer BA30 Appliziereinrichtung beschichtet.
Ein Infrarot-A-,Trockner (IMR-020-6-Modul von PHILIPS Lighting, mit einer Spitzenintensität bei etwa 1100 nm) wurde 12 cm von dem Blatt entfernt gegenüber von dessen nicht beschichteter Seite und in gleicher Entfernung von der schwarzen und der weißen Stelle entfernt plaziert.
Zunächst wurde die IR-Heizung 10 s, lang mit hoher Energie (20 A, 150 V) und dann 50 s lang bei mittlerer Energie (15,7 A, 100 V) durchgeführt.
Temperaturmessungen zeigten, daß die Temperatur nach 10 s auf etwas mehr als 90 ºC stieg (Weiß = 92 ºC, Schwarz = 94 ºC), dann auf etwas weniger als 90 ºC fiel (Weiß = 88 ºC, Schwarz = 86 ºC), bevor sie wiederum auf mehr als 120 ºC stieg (Weiß = 124 ºC, Schwarz = 126 ºC). Da die erreichten Temperaturen unter praktischen Gesichtspunkten als identisch angesehen werden können, zeigt dieses Beispiel, daß eine einheitliche Trocknung der Farbkarten erreicht werden kann.

Vergleichsbeispiele A und B

Das Experiment von Beispiel 1 wurde mit den folgenden Änderungen wiederholt:
- die mit einer BA45 Appliziereinrichtung erhaltene Feuchtdicke betrug etwa 0,16 mm;
- Abstand vom Trockner zum Blatt: 25 cm;
- durch den IR-Trockner wurde die beschichtete Seite erhitzt.
Im Vergleichsbeispiel A wurde.der IR-Trockner bei 200 V und 23,5 A betrieben. Nach 25 s kochte die schwarze Farbe bereits übermäßig; nach 90 s begann die weiße Farbe zu kochen. Dieses Beispiel zeigt den erheblichen Unterschied der Energieaufnahme von heller und dunkler Farbe.
Im Vergleichsbeispiel B wurde der IR-Trockner 4 min lang bei 100 V und, 15,7 A betrieben. Während die schwarze Farbe schon hart war, war die weiße Farbe immer noch weich. Dieses Beispiel erläutert die Unmöglichkeit, durch IR-Bestrahlung der beschichteten Seite von Farbkarten befriedigende Ergebnisse zu erzielen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Farbkarten mit Lacken, das die Schritte umfaßt:

- Bereitstellen eines Papp- oder Papiersubstrates;

- gleichzeitiges Aufbringen von mindestens zwei verschiedenen Farben eines Lacks auf eine Seite des Substrats; und

- Trocknen des Lacks;

dadurch gekennzeichnet, daß

(i) der Lack eine Emulsionsfarbe auf wasserbasis ist;

(ii) der Lack in Schichten von mindestens 75 g/m² aufgebracht wird; und

(iii) der Trocknungsschritt im wesentlichen unter Verwendung von die nicht beschichtete Seite des Substrates bestrahlenden Infrarottrocknern durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Emulsionsfarbe im wesentlichen auf Acryl-Bindemitteln basiert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Acryl-Bindemittel mit Styrol oder im Gemisch mit Styrol-Acryl-Bindemitteln copolymerisiert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei glänzendes Papier als Substrat verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Infrarot-Trockner eine Spitzenintensität zwischen 760 und 1400 nm aufweisen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das kontinuierlich betrieben wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das mit einer Luftstromtrocknung kombiniert wird.