BE1023869B1 - Inrichting en werkwijze voor een elektrisch geleidende rol - Google Patents

Abstract

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een drukrol geschikt voor ESA rotogravure, waarbij de drukrol voorzien is van een stijve en in hoofdzaak cilindrische rolkern die aan zijn mantel voorzien is van een elastisch en elektrisch geleidend drukoppervlak; waarbij genoemd drukoppervlak een basis-polymeermatrix en een amorfe koolstof en/of grafiet omvat waarbij genoemd drukoppervlak koolstofnanobuizen (CNT) omvat. In een tweede en derde aspect heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een overeenkomstige drukrol of rolhuls. In een vierde aspect van de uitvinding betreft het gebruik van een drukrol. Een vijfde aspect van de uitvinding betreft een werkwijze voor het samenstellen van een mix voor het vervaardigen van een drukrol. Een zesde aspect van de uitvinding betreft het gebruik van koolstofnanobuizen in een roloppervlak behorende tot een drukrol geschikt voor ESA rotogravure.

Description

INRICHTING EN WERKWIJZE VOOR EEN ELEKTRISCH GELEIDENDE ROL TECHNISCH DOMEIN

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op rollen voor elektrostatisch (ESA) geassisteerde rotogravure druktechniek.

ACHTERGROND

Rollen worden gebruikt in veeleisende industriële omgevingen waar ze onderhevig zijn aan langdurig gebruik en hoge lasten en spanningen. Een bijzonder toepassingsgebied voor rollen is elektrostatisch geassisteerde (ESA) rotogravure druktechniek. Hierbij wordt een drukrol (Engels: impression roller) ingezet als onderdeel van een machine voor rotogravure. Deze drukrol is voorzien van een elastische buisvormige rolmantel. Deze rolmantel wordt door ten minste één druk-element of steun-element gedragen op een centrale drager of steun. Hierbij oefenen de genoemde centrale drager of de genoemde steun een drukkracht uit volgens het drukvlak. De overeenkomstige druktechniek wordt ook wel diepdruk genoemd.

Het principe van genoemde drukrol is algemeen bekend, en wordt bijvoorbeeld gebruikt voor het printen op grote oplages met behulp van een rotogravure-pers die een dergelijke drukrol omvat. Het substraat wordt hierbij bedrukt door het te laten passeren over een gravurecilinder, terwijl het aangedrukt wordt door de genoemde drukrol. Als gevolg hiervan kan de inkt of de andere kleurstof aanwezig in de gravureholtes van de gravurecilinder getransfereerd worden naar het substraat.

Een bekend probleem bij rotogravure printtechniek is dat als gevolg van de krachten van adhesie en/of capillaire krachten, de inkt of kleurstof niet altijd volledig van de gravureholtes naar het substraat getransfereerd wordt, wat leidt tot slechte afdrukkwaliteit, met ontbrekende zones (Engels: missing dots) in het afgedrukte resultaat tot gevolg. Om dit ongewenste effect te elimineren, is het, bijvoorbeeld uit DE 20 58 315, bekend om het oppervlak van de drukrol elektrostatisch te laden. Men spreekt in dit verband van Electrostatic Assist (ESA). De elektrostatische lading aanwezig op het oppervlak van de drukrol maakt mogelijk dat de capillaire krachten overwonnen worden en de inkt/kleurstof volledig getransfereerd wordt naar het substraat. Dit levert in het bijzonder betere drukresultaten in geval van een substraat met een inhomogeen en/of ruw oppervlak, zoals papier met grove vezels.

Bij het aanwenden van een drukrol voor ESA rotogravure is het van groot belang dat het elektrisch geleidingsprofiel over het roloppervlak homogeen, constant, controleerbaar en voorspelbaar is. Evenzo wordt verwacht dat het daaraan gekoppelde elektrische weerstandsprofiel homogeen en voorspelbaar is. Enkel zo kan de overdracht van elektrische lading correct en betrouwbaar worden uitgevoerd, met gelijkwaardige kwaliteit over de volledige breedte van de rol.

Spanningsvariaties over het roloppervlak heen geven aanleiding tot verschillen in aantrekkingskracht van de individuele inktpartikels. In het bijzonder bij het afdrukken van grote oppervlaktes met een egaal kleur worden deze verschillen zichtbaar in het gedrukte resultaat, en kunnen spanningsvariaties dus aanleiding geven tot zichtbare kleur- en/of intensiteitsverschillen op het gedrukte substraat.

In US 4,364,313 wordt een concept openbaar gemaakt van een drukrol met een lichaam dat een geïsoleerde cilindrische kern en een laag van halfgeleidend materiaal rond de geïsoleerde kern omvat. Een set van geleidende elementen zijn aangebracht rond de buitenkant van de geïsoleerde kern en in contact met het halfgeleidende materiaal. Elk geleidend element heeft een elektrische weerstand van ten minste twee orden van grootte kleiner dan de laag halfgeleidend materiaal. Door het maken van verschillende verbindingen kan men de elektrische weerstandwaarde van de drukrol aanpassen. Het nadeel van het concept zoals openbaar gemaakt in US 4,364,313 is dat het leidt tot een vrij complexe samenstelling voor de rol, wat de vervaardiging van de rol compliceert. Bovendien is het weerstand profiel nog gedeeltelijk inhomogeen, en blijft de weerstandswaarde ingesteld onder een initiële spanningswaarde niet constant, zodat de weerstandswaarde zoals gemeten bij een operationele spanning verschillend van genoemde initiële spanning aanzienlijk kan afwijken van de initieel gemeten weerstandswaarde. WO 2016/066233 beschrijft een elektrostatische drukinrichting die onder meer een fotogeleidend element en een tussenliggend overdrachtselement omvat. Het fotogeleidend element heeft een aangepast oppervlak waarop een latent elektrostatisch beeld kan gevormd kan worden. Het tussenliggend overdrachtselement heeft een lossingslaag bestaande uit onder andere een basis-polymeer-matrix en koolstofnanobuizen. De werking van de elektrostatische drukinrichting bestaat erin om het oppervlak van het fotogeleidend element, voorzien van een latent elektrostatisch beeld, in contact te brengen met een elektrostatische inktsamenstelling. Dit leidt tot een toner-beeld (of inktbeeld) bovenop het latent elektrostatisch beeld. Dit toner-beeld wordt dan getransfereerd naar een portie het tussenliggend overdrachtselement, en vervolgens van daar naar een substraat. Het concept beschreven in WO 2016/066233 heeft het nadeel dat het niet kan aangewend worden in ESA rotogravure. In het genoemde concept wordt de elektrostatische lading immers gebruikt als een kanaal voor het doorgeven van de beeldinformatie, in de vorm van een latent elektrostatisch beeld. Hierdoor is het concept niet compatibel met het principe van ESA rotogravure, omdat het assisteren van het overbrengen van het beeld met behulp van elektrostatische lading de eigenlijke beeldinformatie zou vervormen of zelfs geheel uitwissen. Dit probleem van vervormen/uitwissen stelt zich niet bij ESA rotogravure, omdat de beeldinformatie niet overgebracht wordt door elektrostatische lading maar in tegendeel met behulp van gravureholtes. Bovendien vervullen de koolstofnanobuizen aanwezig in de genoemde lossingslaag een geheel andere functie dan de koolstofnanobuizen aanwezig in uitvoeringsvormen van de huidige uitvinding. Meer bepaald is het nut van de koolstofnanobuizen in WO 2016/066233 beperkt tot het verbeteren van de microscopische oppervlakteruwheid van de lossingslaag, zodat deze beter toelaat om tijdelijk inkt/kleurstof vast te houden. De impact van de aanwezigheid van koolstofnanobuizen op elektrische geleidbaarheid, een belangrijk begrip in de onderhavige uitvinding, blijft volledig buiten beschouwing in WO 2016/066233 omdat deze irrelevant is voor het geschetste concept.

Er is nood aan een betere inrichting en een betere werkwijze voor ESA rotogravure met behulp van een drukrol. Tevens is er nood aan een meer eenvoudige en meer betrouwbare manier van vervaardigen van een drukrol voor ESA rotogravure. De onderhavige uitvinding omvat een verbeterde rol, een verbeterd roloppervlak en een verbeterde werkwijze voor het vervaardigen van een drukrol die een oplossing bieden voor minstens één van voornoemde nadelen bij bekende drukrollen.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

Deze uitvinding biedt een verbeterde inrichting voor een drukrol voor elektrostatisch geassisteerde (ESA) rotogravure druktechniek. Hierbij is de voorgestelde drukrol beter inzetbaar als onderdeel van een machine voor rotogravure. Deze drukrol is voorzien van een elastische buisvormige rolmantel met een roloppervlak. Deze rolmantel wordt door ten minste één druk-element of steunelement gedragen op een centrale drager of steun. Hierbij oefenen de genoemde centrale drager of de genoemde steun een drukkracht uit volgens het drukvlak. Het substraat wordt bedrukt door het te laten passeren over een gravurecilinder, terwijl het aangedrukt wordt door de genoemde drukrol. Als gevolg hiervan kan de inkt of de andere kleurstof aanwezig in de gravureholtes van de gravurecilinder getransfereerd worden naar het substraat. Om zeker te zijn dat de in de gravureholtes aanwezige inkt of kleurstof zo volledig mogelijk getransfereerd wordt naar het substraat, wordt het oppervlak van de drukrol elektrostatisch geladen. Om deze lading en overdracht van lading zo gecontroleerd mogelijk te laten verlopen, is het belangrijk om de weerstandswaarde goed onder controle te hebben bij de productie van de rol. Bovendien leidt zowel het continue karakter van rotogravure als het feit dat er met hoge controlespanningen gewerkt wordt, typisch 100 V, 500 V of 1000 V, tot grote mechanische en thermische belasting van de drukrol en het roloppervlak.

In een eerste aspect betreft de uitvinding een drukrol geschikt voor ESA rotogravure, waarbij de drukrol voorzien is van een stijve en in hoofdzaak cilindrische rolkern die aan zijn mantel voorzien is van een elastisch en elektrisch geleidend drukoppervlak; waarbij genoemd drukoppervlak een basis-polymeer-matrix en een amorfe koolstof en/of grafiet omvat waarbij genoemd drukoppervlak koolstofnanobuizen (CNT) omvat.

Een eerste voordeel van het huidige concept en het gebruik van koolstofnanobuizen is de betere voorspelbaarheid en controleerbaarheid van de elektrische geleidbaarheid tijdens de productie. Door de combinatie van een basis-polymeer-matrix, in een voorkeursuitvoering een polyurethaan gecombineerd met amorfe koolstof in poedervorm, en een zekere hoeveelheid koolstofnanobuizen, in een voorkeursuitvoering meerwandige koolstofnanobuizen, wordt een nanocomposiet bekomen die uitermate geschikt is voor de toepassing in ESA rotogravure. In tegenstellig tot de oplossingen bekend uit de stand der techniek biedt de drukrol en gerelateerde werkwijze een nauwkeurig controleerbare geleidbaarheid. De precieze roloppervlakteweerstand kan ingesteld worden door de concentratie nanokoolstofbuizen te variëren, waarbij toenemende concentraties corresponderen met toenemende geleidbaarheid. Deze instelbaarheid is belangrijk, aangezien verschillende producenten van rotogravure-pers-systemen verschillende controlespanningen hanteren. Ook de uiteindelijk bekomen geleidbaarheid is beter voorspelbaar. Volgens een uitvoeringsvorm is de variatie in roloppervlakteweerstand Ro kleiner dan 10% voor een controlespanning over het bereik 50 volt tot 2000 volt, en bij voorkeur kleiner dan 5% over het bereik 100 volt tot 1000 volt. In tegenstellig tot de oplossingen bekend uit de stand der techniek treedt er dus weinig variatie op in de weerstandswaarde in functie van de controlespanning. Ook de homogeniteit van de oppervlakteweerstand is groter. Daarnaast is de roloppervlakteweerstand ook in hoofdzaak constant als functie van de temperatuur, althans binnen het normale werkgebied. De sterk gecontroleerde elektrische geleidingseigenschappen laten ook toe om bij een lagere controlespanning te werken dan de gebruikelijke waarden 100, 500 V of 1000 V, bij voorkeur lager dan 95 volt. Hierbij is op te merken dat de genoemde controlespanningen aangewend worden bij de controle, terwijl de werkspanningen hoger liggen.

Een tweede voordeel van het huidige concept en het gebruik van koolstofnanobuizen is de verbeterde mechanische en gerelateerde eigenschappen, wat belangrijk is voor praktisch gebruik. Dankzij de grotere homogeniteit in het roloppervlak behoudt de rol haar functionaliteit onder slijpen en polijsten. Dit heeft voordelen bij het maken van de drukrol, maar heeft ook voordelen tijdens het gebruik. Dit betekent dat het eventuele afschaven van porties van het oppervlak de goede werking van de ESA rotogravure niet verstoort. Het slijpen en polijsten is nodig om een gelijk en glad oppervlak te bekomen waarbij de rol dezelfde omtrek heeft over de volledige lengte van de rol. Dankzij de voordelige eigenschappen van de nanocomposiet heeft de drukrol in een voorkeursuitvoering ook het kenmerk dat deze elastisch terugveert na deformatie, en is deze bestand is tegen conventionele water- en solvent-gebaseerde drukinkt voor ESA rotogravure.

Een derde voordeel van het huidige concept en het gebruik van koolstofnanobuizen is de verbeterde thermische eigenschappen. Dankzij de grotere en meer voorspelbare thermische geleidbaarheid van de gebruikte nanocomposiet heeft een portie van de drukrol in de nabijheid van het drukoppervlak in een voorkeursuitvoering een DIN 52612 thermische conductiviteit van minstens 0.4W/(m-K), bij voorkeur minstens 1 W/(m-K). Dit betekent dat de rol interne warmte gemakkelijker kan afvoeren, en dus ook minder snel zal overhitten bij intensief gebruik. Dit is voordelig, in het bijzonder omdat dit kan voorkomen dat een installatie tijdelijk moet stopgezet worden om oververhitting te voorkomen. Dit biedt verder ook een grotere vrijheid bij het instellen van procesparameters. Het opwarmen van de rol heeft een negatieve invloed op het indrogen van de inkt in de drukrol en dient daarom zo veel mogelijk voorkomen te worden.

In een tweede aspect biedt de onderhavige uitvinding een werkwijze voor het vervaardigen van een drukrol voor ESA rotogravure zoals in dit document beschreven, waarbij genoemde werkwijze volgende opeenvolgende stappen omvat: (a) het mengen van een batch polyol met een batch carbonpoeder, een batch isocyanaat, een batch koolstofnanobuizen (CNT), bij voorkeur meerwandige koolstofnanobuizen (MWCNT), voor het bekomen van een mix; (b) het verstrekken van een gietopstelling omvattende een stijve in hoofdzaak cilindrische rolkern of een stijve in hoofdzaak cilindrische rolhulsmatrijs, een in hoofdzaak cilindrische mal en een in hoofdzaak buisvormige flexibele toevoerdarm omvattende een gietmond, waarbij genoemde mal verticaal gepositioneerd staat, waarbij genoemde mal bovenaan een uitsparing omvat en onderaan een bodem omvat, waarbij genoemde rolkern of rolhulsmatrijs verticaal gepositioneerd is in genoemde mal en dit in hoofdzaak concentrisch ten opzichte van genoemde mal, waarbij genoemde toevoerdarm langs genoemde uitsparing naar beneden hangt en waarbij genoemde gietmond zich in de nabijheid van genoemde bodem bevindt; (c) het uitgieten van genoemde mix in genoemde mal langs genoemde uitsparing, en dit in hoofdzaak aan constant debiet, gecombineerd met het geleidelijk ophalen van genoemde toevoerdarm zodanig dat genoemde gietmond in de nabijheid van een bovenoppervlak van genoemde mix blijft, voor het bekomen van een pre-product; (d) het laten uitharden van genoemd pre-product; (e) het verwijderen van genoemd pre-product uit genoemde mal langs genoemde uitsparing, en het vervangen van genoemde rolhulsmatrijs indien aanwezig door een roldoorn; (f) het slijpen en polijsten van het oppervlak van genoemd pre-product, voor het bekomen van een drukrol voor ESA rotogravure.

In een derde aspect biedt de onderhavige uitvinding een werkwijze voor het vervaardigen van een rolhuls voor ESA rotogravure zoals beschreven in dit document, waarbij genoemde werkwijze volgende opeenvolgende stappen omvat: (i) het mengen van een batch polyol met een batch carbonpoeder, een batch isocyanaat, een batch koolstofnanobuizen (CNT), bij voorkeur meerwandige koolstofnanobuizen (MWCNT), voor het bekomen van een mix; (ii) het verstrekken van een gietopstelling omvattende een stijve in hoofdzaak cilindrische rolhulsmatrijs, een in hoofdzaak cilindrische mal en een in hoofdzaak buisvormige flexibele toevoerdarm omvattende een gietmond, waarbij genoemde mal verticaal gepositioneerd staat, waarbij genoemde mal bovenaan een uitsparing omvat en onderaan een bodem omvat, waarbij genoemde rolhulsmatrijs verticaal gepositioneerd is in genoemde mal en dit in hoofdzaak concentrisch ten opzichte van genoemde mal, waarbij genoemde toevoerdarm langs genoemde uitsparing naar beneden hangt en waarbij genoemde gietmond zich in de nabijheid van genoemde bodem bevindt; (iii) het uitgieten van genoemde mix in genoemde mal langs genoemde uitsparing, en dit in hoofdzaak aan constant debiet, gecombineerd met het geleidelijk ophalen van genoemde toevoerdarm zodanig dat genoemde gietmond in de nabijheid van een bovenoppervlak van genoemde mix blijft, voor het bekomen van een pre-product; (iv) het laten uitharden van genoemd pre-product; (v) het verwijderen van genoemd pre-product uit genoemde mal langs genoemde uitsparing, en het verwijderen van genoemde rolhulsmatrijs; (vi) het slijpen en polijsten van het oppervlak van genoemd pre-product, voor het bekomen van een rolhuls voor ESA rotogravure.

Een voordeel van de huidige uitvinding bij zowel het derde als vierde aspect is dat het uitgieten van de genoemde mix heel geleidelijk gebeurt, en dit in de nabijheid van het bovenoppervlak van de mix. Op die manier wordt het ontstaan van luchtbelletjes in de massa van de mix vermeden. Dit is cruciaal, aangezien de pot-life van de mix beperkt is, en deze typisch nog uithardt voor eventueel gecreëerde luchtbelletjes naar het oppervlak kunnen stijgen onder invloed van archimedeskracht. De aanwezigheid van luchtbelletjes in het eindproduct is nadelig voor de elektrische, mechanische en thermische eigenschappen van de bekomen drukrol of rolhuls, en moet dus zo veel als mogelijk voorkomen worden.

In een vierde aspect biedt de onderhavige uitvinding een gebruik van een drukrol zoals beschreven in dit document, waarbij de drukrol tegen een substraat wordt aangedrukt terwijl genoemd substraat passeert langs een geleidende gravurecilinder overeenkomstig het principe van rotogravure, waarbij genoemde drukrol elektrostatisch geladen wordt overeenkomstig het principe van elektrostatisch geassisteerde (ESA) rotogravure.

In een vijfde aspect biedt de onderhavige uitvinding een werkwijze voor het samenstellen van een mix voor het vervaardigen van een drukrol zoals beschreven in dit document, waarbij genoemde werkwijze volgende opeenvolgende stappen omvat: (A) het mengen van een batch polyol met een batch carbonpoeder, voor het bekomen van een pre-mix; (B) het mengen van genoemde pre-mix met een batch isocyanaat en een batch koolstofnanobuizen (CNT), bij voorkeur meerwandige koolstofnanobuizen (MWCNT), voor het bekomen van een mix.

Het voordeel van een dergelijke volgorde is het controleren van de volledige menging van alle componenten, terwijl de maximale pot-life van de afzonderlijk bekomen pre-mixen nooit overschreden wordt. In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm gebeurt het mengen onder gecontroleerde druk en gecontroleerde temperatuur, bij voorkeur in vaten met mixers met voldoend hoge omwentelingssnelheden, teneinde zo snel mogelijk uit de pre-mix de definitieve mix te bekomen.

In een zesde aspect biedt de onderhavige uitvinding een gebruik van koolstofnanobuizen (CNT) in een roloppervlak behorende tot een drukrol geschikt voor ESA rotogravure.

Verdere details van de voorkeursvormen worden uitgewerkt in de volgconclusies. GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING "Een", "de" en "het" refereren in dit document naar zowel het enkelvoud als het meervoud tenzij de context duidelijk anders veronderstelt. Bijvoorbeeld, "een rol" betekent een of meer dan een rol.

De termen "omvatten", "omvattende", "bestaan uit", "bestaande uit", "voorzien van", "bevatten", "bevattende", "behelzen", "behelzende", "inhouden", "inhoudende" zijn synoniemen en zijn inclusieve of open termen die de aanwezigheid van wat volgt aanduiden, en die de aanwezigheid niet uitsluiten of beletten van andere componenten, kenmerken, elementen, leden, stappen, gekend uit of beschreven in de stand der techniek.

In de onderhavige uitvinding wordt met de term "rol" tevens "wals" bedoeld, en zijn de termen "drukrol", "impression roller" (Engels), "drukcilinder" en "drukwals" inwisselbaar. "De term "ESA" is een afkorting voor Electrostatic Assist (Engels), "CNT" is een afkorting voor koolstofnanobuis (carbon nanotube), "MWCNT" is een afkorting voor meerwandige koolstofnanobuis (multi-walled carbon nanotube). In de context van dit document zijn de termen "elektrische roloppervlakteweerstand" en "roloppervlakteweerstand" inwisselbaar.

Het citeren van numerieke intervallen door de eindpunten omvat alle gehele getallen, breuken en/of reële getallen tussen de eindpunten, deze eindpunten inbegrepen.

Tenzij anders gedefinieerd hebben alle termen die gebruikt worden in de beschrijving van de uitvinding, ook technische en wetenschappelijke termen, de betekenis zoals ze algemeen begrepen worden door de vakman in het technisch veld van de uitvinding.

Een typische opbouw van een rol vertrekt van een holle of volle metalen rolkern. Op de mantel van deze rolkern wordt al dan niet een roloppervlak aangebracht, en dit supplementair ten opzichte van het roloppervlak van de rolkern, dat verder buiten beschouwing blijft. Enerzijds kan dit roloppervlak bestaan uit een aangroei op de rolkern, bv. door depositie van polymeren op de oppervlakte van de rol. Anderzijds kan dit roloppervlak als vooraf geproduceerde rolhuls aangebracht zijn op de rolkern, bv. door aan de mantel van de rolkern een hoge luchtdruk te voorzien via luchtgaten en een onder invloed van deze luchtdruk geëxpandeerde rolhuls over de rolkern te schuiven.

Bij de keuze van het roloppervlak wordt er geopteerd voor een materiaal en oppervlakteafwerking die geschikt zijn voor de gegeven toepassing. In een voorkeursuitvoering van de huidige uitvinding omvat de drukrol een apart geproduceerde rolhuls. In een alternatieve uitvoeringsvorm omvat de drukrol een vast verbonden rolkern, en is het drukoppervlak een aangroei op deze rolkern. Verder omvat het roloppervlak amorfe koolstof (zoals koolfstofpoeder) en/of grafiet, omwille van diverse voordelen. Vooreerst verbetert deze toevoeging de elektrische geleidbaarheid. Ten tweede maakt dit het slijpen van het pre-product voor het bekomen van een afgewerkte rol gemakkelijker. Ten derde leidt deze toevoeging tot een meer kwaliteitsvolle rol, met een gladder en regelmatiger roloppervlak.

In een uitvoeringsvorm van de huidige uitvinding is de drukrol voorzien van een stijve cilindrische holle of volle rolkern, aan minstens een van zijn uiteinden voorzien van lager-as-tappen, omgeven door een roloppervlak, in een min of meer gelijke dikte radiaal op het buitenoppervlak van de rolkern, waarbij de verhouding van de diameter van de rolkern ten opzichte van de lengte van de rolkern gelegen is bij voorkeur tussen 0.02 en 0.50, meer bij voorkeur tussen 0.04 en 0.2, meest bij voorkeur tussen 0.05 en 0.15. Onder de genoemde verhouding van de diameter van de rolkern ten opzichte van de lengte van de rolkern, wordt een zelfdragende rolkern aan één uiteinde mogelijk.

In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm beschikt een drukoppervlak volgens de huidige uitvinding over een gecontroleerde hardheid tussen 60 Shore A en 100 Shore A, met meer voorkeur tussen 70 Shore A en 90 Shore A, met verdere voorkeur tussen 80 Shore A en 90 Shore A.

In een voorkeursuitvoering beschikt een drukoppervlak volgens de huidige uitvinding over voordelige viscoelastische eigenschappen. Dit stemt overeen met een lage tangens-delta-waarde, een grootheid gedefinieerd als de ratio van de elasticiteitsmodulus en de verliesmodulus van het materiaal. Deze grootheid is een maat voor de energieabsorptie tijdens trillende beweging, meer bepaald de mate waarin het materiaal kinetische energie omzet in Joule-warmte.

In een voorkeursuitvoering van de huidige uitvinding zijn de drukrol en het drukoppervlak bestand tegen conventionele water- en solvent-gebaseerde drukinkt voor ESA rotogravure. Dit omvat alle traditionele inkten waarbij pigment gedispergeerd is in een waterige of solvent-gebaseerde oplossing. Dit heeft als voordeel dat de rol klaar is voor gebruik in combinatie met inkten van verschillende fabrikanten, zonder dat de formule van de inkt nagegaan dient te worden. Dat is niet alleen handig maar is in sommige gevallen ook aangewezen, bijvoorbeeld omdat de formulering van inkten niet publiek bekend is.

Voor elk van de genoemde toepassingen is het rol- of wieloppervlak bij langdurig gebruik onderhevig aan abrasie, corrosie, adhesieve slijtage, oppervlakte vermoeiing, erosie, fretting, chemische aantasting, elektrische hoogspanning, temperatuurverschillen en andere slijtage-gerelateerde factoren. - Indien het roloppervlak een apart geproduceerde rolhuls is, kan deze gemakkelijk van de rolkern geschoven worden en vervangen worden door een nieuwe rolhuls. Daarbij dient dus niet de gehele rol hersteld of vervangen te worden, maar enkel de rolhuls. - Indien het roloppervlak een aangroei op de rolkern is, dan dient deze van de rolkern afgehaald te worden, hetzij mechanisch of chemisch, waarna de rolkern al dan niet gezandstraald wordt, waarna een nieuw roloppervlak op de rolkern kan aangebracht worden. Ook in dit geval dient dus niet de gehele rol hersteld of vervangen te worden, maar enkel het roloppervlak. In een voorkeursuitvoering wordt tussen de rolkern en het nieuwe roloppervlak een hechtingsprimer aangebracht.

Zoals vermeld in de samenvatting, hanteren verschillende producenten van het rotogravure-pers-systeem die een drukrol omvat verschillende controlespanningen. Typische waarden voor de controlespanning zijn 100 V, 500 V en 1000 V. In een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvoering is de drukrol evenwel geschikt voor het hele bereik van controlespanningen tussen 100 en 1000 V, en bij voorkeur zelfs breder. Toch leidt dit verschil in controlespanning typisch tot een andere voorkeursinstelling voor de elektrische roloppervlakteweerstand, wat de nood aan een controleerbaar instellen van de weerstand tijdens productie nog groter maakt, teneinde voor diverse controlespanningen rollen te kunnen produceren op gelijkaardige wijze.

De roloppervlakteweerstand wordt uitgedrukt in ohm. Deze wordt gemeten met behulp van een weerstandsmeter aangepast voor het meten van de oppervlakteweerstand van rollen. In een voorkeursuitvoering vertoont de genoemde rol bij een meting met een controlespanning van 100 V een roloppervlakteweerstand Ro tussen 0.1 mega-ohm en 10 mega-ohm, bij voorkeur tussen 0.5 mega-ohm en 5 mega-ohm. Voor een controlespanning van 100 V zijn deze numerieke waarden te interpreteren als gemeten met een ELTEX tera-ohm-meter type 6206 en een ELTEX meetboog (Engels: measuring bow) type 6220, of gelijkwaardig. Voor andere controlespanningen dient overeenkomstige apparatuur overeenkomstig ingesteld te worden. Typisch worden de contactpunten van de meetboog voor gebruik bevochtigd met water. De meting moet uitgevoerd worden aan de temperatuur zoals gespecifieerd door een certificaat dat de genoemde drukrol begeleidt. De meting moet typisch gemaakt worden op drie plaatsen van het roloppervlak behorende tot de rolmantel, met name in de nabijheid van elk van beide uiteinden, en in het midden.

Het drukoppervlak van de drukrol bestaat uit een polymeer-matrix nanocomposiet, omvattende een polymeer-matrix, waarin diverse componenten opgelost zijn, waaronder nanopartikels. De aanwezigheid van koolstofnanobuisjes (Engels: carbon nanotubes - CNT), en in het bijzonder meerwandige koolstofnanobuisjes (Engels: multiwalled carbon nanotubes - MWCNT) heeft een belangrijke invloed op de geleidbaarheid maar zorgt ook voor een verbetering van de mechanische en thermische eigenschappen van het drukoppervlak van de drukrol. Een relevant document in dit verband is de publicatie van Singh et al. (Singh, BP; Singh, Deepankar; Mathur, R. B.; Dhami, T. L. (2008); "Influence of Surface Modified MWCNTs on the Mechanical, Electrical and Thermal Properties of Polyimide Nanocomposites"; Nanoscale Research Letters 3 (11): 444-453). Dit document presenteert de analyse en eigenschappen van twee polyimide-gebaseerde polymeer-matrix nanocomposieten voor MWCNT, benoemd als acid-MWCNT en amide-MWCNT. De toevoeging van MWCNT brengt een gerapporteerde verbetering in thermische stabiliteit, een verbetering in treksterkte van 50%, alsook een verbetering van de elasticiteitsmodulus (modulus van Young) met 35%, en een ongezien hoge conductiviteit voor polyimide composieten, met name 0.938 S/cm (5 wt% acid-MWCNTs) en 1,032 S/cm (5 wt% amide-MWCNTs). Net als bij vele andere nanocomposieten levert de toevoeging van CNT ook een verbetering in de thermische conductiviteit. Een gekende toepassing voor de materialen bestudeerd door Singh et al. is hoge-temperatuur elektromagnetisch afschermen (high-temperature EMI shielding), omwille van de combinatie van elektrische geleidbaarheid en thermische stabiliteit. Het gebruik van een dergelijke nanocomposiet is evenwel nooit voorgesteld voor drukrollen, ondanks het feit dat alle genoemde eigenschappen bijzonder gewenst zijn voor een drukrol zoals openbaar gemaakt in de onderhavige uitvinding. Overeenkomstig is de samenstelling van de voorgestelde nanocomposieten niet geschikt voor drukoppervlakken, onder meer omdat deze geen amorfe (i.e. niet-kristallijne) koolstof (zoals koolstofpoeder of carbonpoeder) en/of grafiet omvatten. Een ander relevant document is van Athanasopoulos et al. (N. Athanasopoulos, A. Baltopoulos, M. Matzakou, A. Vavouliotis, V. Kostopoulos (2012); "Electrical conductivity of polyurethane/MWCNT nanocomposite foams"; Polymer Composites 33(8):1302-1312). Dit document presenteert een analyse van nanocomposiet-schuimen samengesteld uit PUR en MWCNT, in variabele verhouding, alsook de invloed van de verhouding op de elektrische geleidbaarheid. Ook in dit document komen de bijzondere voordelen van het gebruik van MWCNT in een polymeer-matrix uitgebreid aan bod, maar wordt de toepassing voor drukrollen of gelijkaardige toepassingen niet overwogen. Overeenkomstig is de samenstelling van de voorgestelde nanocomposieten ook in dit document niet geschikt voor drukoppervlakken, onder meer omdat deze geen amorfe koolstof en/of grafiet omvatten.

In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm beschikt een drukrol volgens de huidige uitvinding over superieure UV-resistentie. Dit is onder meer te danken aan de verhoogde elektromagnetische en thermische geleidbaarheid van de drukrol, allebei geleidingsaspecten die de eventuele schade door UV-licht helpen terug te dringen.

In een voorkeursuitvoering beschikt de rol over voordelige thermische eigenschappen. Dankzij de uitstekende thermische conductiviteit groter dan 1 W/(m-K) is er minder warmte-opbouw in de genoemde drukrol tijdens het gebruik. Deze waarde is beduidend groter dan bv. de thermische conductiviteit van polyurethaan in schuimvorm, die ca. 0.2 W/(m-K) bedraagt. Dit is mede te begrijpen door de superieure thermische geleidbaarheid van MWCNT in pure vorm, die tot 3000 W/(m-K) kan bedragen (P. Kim, L. Shi, A. Majumdar, and P. L. McEuen (2001); "Thermal Transport Measurements of Individual Multiwalled Nanotubes"; Phys. Rev. Lett. 87, 215502.)

Claims (17)

1. CONCLUSIES

   1. Een drukrol geschikt voor ESA rotogravure, waarbij de drukrol voorzien is van een stijve en in hoofdzaak cilindrische rolkern die aan zijn mantel voorzien is van een elastisch en elektrisch geleidend drukoppervlak; waarbij genoemd drukoppervlak een basis-polymeer-matrix en een amorfe koolstof en/of grafiet omvat waarbij genoemd drukoppervlak koolstofnanobuizen (CNT) omvat.
2. 2. Een drukrol geschikt voor ESA rotogravure volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de genoemde koolstofnanobuizen meerwandige koolstofnanobuizen (MWCNT) omvatten.
3. 3. Een drukrol geschikt voor ESA rotogravure volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de drukrol aangepast is om tegen een substraat aan te drukken terwijl genoemd substraat passeert langs een geleidende gravurecilinder overeenkomstig het principe van rotogravure, waarbij de genoemde drukrol aangepast is om elektrostatisch geladen te worden overeenkomstig het principe van elektrostatisch geassisteerde (ESA) rotogravure.
4. 4. Een drukrol volgens elk van voorgaande conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de genoemde basis-polymeer-matrix een polyurethaan omvat.
5. 5. Een drukrol volgens elk van voorgaande conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de genoemde rol een roloppervlakteweerstand Ro vertoont tussen 0.1 mega-ohm en 10 mega-ohm, bij voorkeur tussen 0.5 mega-ohm en 5 mega-ohm.
6. 6. Een drukrol volgens elk van voorgaande conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de genoemde rol een variatie in roloppervlakteweerstand Ro vertoont kleiner dan 10% voor een controlespanning over het bereik 50 volt tot 2000 volt, bij voorkeur kleiner dan 5% over het bereik 100 volt tot 1000 volt.
7. 7. Een drukrol volgens elk van voorgaande conclusies 1-6, met het kenmerk, dat genoemde drukrol aangepast is om haar functionaliteit te behouden onder afschaven, slijpen en polijsten.
8. 8. Een drukrol volgens elk van voorgaande conclusies 1-7, met het kenmerk, dat genoemde drukrol elastisch terugveert na deformatie.
9. 9. Een drukrol volgens elk van voorgaande conclusies 1-8, met het kenmerk, dat genoemde drukrol bestand is tegen conventionele water- en solvent-gebaseerde drukinkt voor ESA rotogravure.
10. 10. Een drukrol volgens elk van voorgaande conclusies 1-9, met het kenmerk, dat genoemde drukrol gebruikt kan worden aan lagere controlespanning dan 100 volt, bij voorkeur lager dan 95 volt.
11. 11. Een drukrol volgens elk van voorgaande conclusies 1-10, met het kenmerk, dat een portie van de drukrol in de nabijheid van het drukoppervlak een DIN 52612 thermische conductiviteit heeft van minstens 0.4 W/(m-K), bij voorkeur minstens 1 W/(m-K).
12. 12. Een drukrol volgens elk van voorgaande conclusies 1-11, met het kenmerk, dat genoemd drukoppervlak een hardheid vertoont tussen 60 Shore A en 100 Shore A, met meer voorkeur tussen 70 Shore A en 90 Shore A, met verdere voorkeur tussen 80 Shore A en 90 Shore A.
13. 13. Een werkwijze voor het vervaardigen van een drukrol voor ESA rotogravure volgens elk van voorgaande conclusies 1-12, waarbij genoemde werkwijze volgende opeenvolgende stappen omvat: (a) het mengen van een batch polyol met een batch carbonpoeder, een batch isocyanaat, een batch koolstofnanobuizen (CNT), bij voorkeur meerwandige koolstofnanobuizen (MWCNT), voor het bekomen van een mix; (b) het verstrekken van een gietopstelling omvattende een stijve in hoofdzaak cilindrische rolkern of een stijve in hoofdzaak cilindrische rolhulsmatrijs, een in hoofdzaak cilindrische mal en een in hoofdzaak buisvormige flexibele toevoerdarm omvattende een gietmond, waarbij genoemde mal verticaal gepositioneerd staat, waarbij genoemde mal bovenaan een uitsparing omvat en onderaan een bodem omvat, waarbij genoemde rolkern of rolhulsmatrijs verticaal gepositioneerd is in genoemde mal en dit in hoofdzaak concentrisch ten opzichte van genoemde mal, waarbij genoemde toevoerdarm langs genoemde uitsparing naar beneden hangt en waarbij genoemde gietmond zich in de nabijheid van genoemde bodem bevindt; (c) het uitgieten van genoemde mix in genoemde mal langs genoemde uitsparing, en dit in hoofdzaak aan constant debiet, gecombineerd met het geleidelijk ophalen van genoemde toevoerdarm zodanig dat genoemde gietmond in de nabijheid van een bovenoppervlak van genoemde mix blijft, voor het bekomen van een pre-product; (d) het laten uitharden van genoemd pre-product; (e) het verwijderen van genoemd pre-product uit genoemde mal langs genoemde uitsparing, en het vervangen van genoemde rolhulsmatrijs indien aanwezig dooreen roldoorn; (f) het slijpen en polijsten van het oppervlak van genoemd pre-product, voor het bekomen van een drukrol voor ESA rotogravure.
14. 14. Een werkwijze voor het vervaardigen van een rolhuls voor ESA rotogravure volgens elk van voorgaande conclusies 1-13, waarbij genoemde werkwijze volgende opeenvolgende stappen omvat: (i) het mengen van een batch polyol met een batch carbonpoeder, een batch isocyanaat, een batch koolstofnanobuizen (CNT), bij voorkeur meerwandige koolstofnanobuizen (MWCNT), voor het bekomen van een mix; (ii) het verstrekken van een gietopstelling omvattende een stijve in hoofdzaak cilindrische rolhulsmatrijs, een in hoofdzaak cilindrische mal en een in hoofdzaak buisvormige flexibele toevoerdarm omvattende een gietmond, waarbij genoemde mal verticaal gepositioneerd staat, waarbij genoemde mal bovenaan een uitsparing omvat en onderaan een bodem omvat, waarbij genoemde rolhulsmatrijs verticaal gepositioneerd is in genoemde mal en dit in hoofdzaak concentrisch ten opzichte van genoemde mal, waarbij genoemde toevoerdarm langs genoemde uitsparing naar beneden hangt en waarbij genoemde gietmond zich in de nabijheid van genoemde bodem bevindt; (iii) het uitgieten van genoemde mix in genoemde mal langs genoemde uitsparing, en dit in hoofdzaak aan constant debiet, gecombineerd met het geleidelijk ophalen van genoemde toevoerdarm zodanig dat genoemde gietmond in de nabijheid van een bovenoppervlak van genoemde mix blijft, voor het bekomen van een pre-product; (iv) het laten uitharden van genoemd pre-product; (v) het verwijderen van genoemd pre-product uit genoemde mal langs genoemde uitsparing, en het verwijderen van genoemde rolhulsmatrijs; (vi) het slijpen en polijsten van het oppervlak van genoemd pre-product, voor het bekomen van een rolhuls voor ESA rotogravure.
15. 15. Gebruik van een drukrol volgens elk van voorgaande conclusies 1-14, waarbij de drukrol tegen een substraat wordt aangedrukt terwijl genoemd substraat passeert langs een geleidende gravurecilinder overeenkomstig het principe van rotogravure, waarbij genoemde drukrol elektrostatisch geladen wordt overeenkomstig het principe van elektrostatisch geassisteerde (ESA) rotogravure.
16. 16. Een werkwijze voor het samenstellen van een mix voor het vervaardigen van een drukrol volgens elk van voorgaande conclusies 1-15, waarbij genoemde werkwijze volgende opeenvolgende stappen omvat: (A) het mengen van een batch polyol met een batch carbonpoeder, voor het bekomen van een pre-mix; (B) het mengen van genoemde pre-mix met een batch isocyanaat en een batch koolstofnanobuizen (CNT), bij voorkeur meerwandige koolstofnanobuizen (MWCNT), voor het bekomen van een mix.
17. 17. Gebruik van koolstofnanobuizen (CNT) in een roloppervlak behorende tot een drukrol geschikt voor ESA rotogravure.