CN107921674A - 利用辐射可固化材料通过复制模体表面预涂覆基材 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用辐射可固化材料通过复制模体表面预涂覆基材的方法，所述方法用于工业印刷系统并且可以有利地生产准备用于印刷或整理的基材。本发明还涉及实现所述方法所需的机器，特别是能够同时涂覆基材的两个相对表面的机器。

Description

利用辐射可固化材料通过复制模体表面预涂覆基材
本发明涉及利用辐射可固化材料通过复制模体表面来预涂覆基材的方法，所述方法用于工业印刷系统。
图形行业采用不同类型的基材，从天然基材例如毛皮和皮革，到工业基材例如纸、塑料和各种聚合物。
通常，从基材的观点来看，图形工业过程涉及预处理、印刷、后处理和整理的步骤。
预处理包括制备基材以使其适当地接收剩余的步骤和材料所需的工艺。对于给定的应用，良好的基材通常不能单独接收构成最终产品所需的其它材料，因此必须执行预处理步骤，其几乎总是促进锚定印刷组分和后处理所需的表面改性。
印刷是施加油墨、漆和清漆的过程，其在基材上使艺术、颜色和各种特征具体化，使其适合于其特定用途。因此，如果基材用作食品包装，它将接收为该应用设计的材料，即油墨和清漆，并且该材料通常不同于当相同的基材要用于例如作为广告海报使用时的材料。
后处理是对印刷基材赋予特定特征的阶段，例如(i)视觉效果，(ii)摩擦或触感，以及(iii)基材与环境的相互作用的调节。第一组包括哑光、光泽和三维效果；第二组包括两个相同基材之间的摩擦控制(例如在包装要堆叠的情况下)，或甚至包装和包装产品之间的摩擦控制；第三组包括防止不期望的印刷组分向包装中食品迁移的涂层，或者是在暴露于天气条件下的产品中加强印刷品质量的涂层。
整理是对经印刷和后处理的基材的最终构造，并且可以是从几何结构的组装(如许多盒子和装置)到包、袋和许多不同形状和应用的袋子。
大致来说，预处理和后处理是指基材的表面涂覆工序，前者旨在促进其他制造步骤，后者则赋予特定特性。该涂覆可以以多种方式进行，并且可以涉及使用多于一层的材料。作为另选，这些涂层还可以需要通过紫外光(UV)辐射或电子束(EB)固化。
广泛使用的后处理方法被称为“浇铸和固化(cast and cure)”，其中通过模体在压力下将涂料施加到基材上，从而将模体的表面印刷到所述基材上。根据技术上的要求，该程序从允许复制粗糙度以赋予特定的光学效果，到允许获得非常光滑的表面。
Kelly等的文献US20100136356“Paper coating compositions,coated papers,and methods”强调：基材上的最终印刷的质量直接取决于所采用的工艺和涂料的组成，特别是当涉及到纸张时尤其如此，因此迫切需要对这种类型的基材进行预处理，从而校正其天然的表面缺陷(鉴于其纤维来源)。此外，在印刷之后，仍然可以要求对已经印刷的材料进行后处理，以给出例如诸如全息视觉效果和Yokochi的US7674527“Coated Paper”中所述的对各种滥用的保护等特定特征，US7674527描述了用于脂肪保护的纸基材。
要考虑的、特别是在涉及与食物接触或与用户皮肤直接接触的特别应用中要考虑的另一个因素是使用辐射可固化涂料的便利性，除了通过使用较不有害的物质获得这些最终结果之外，仍可立即提供所需的特性，因为固化是瞬时的。
在许多情况下，需要处理基材的两个相对的表面，这可以通过离线工艺来完成，即，首先对一个表面进行处理，然后将待处理的部件倒转并将基材返回到相同的机器，这会直接影响生产率，特别是在涂料需要等待时间，然后再用预处理的基材继续生产步骤的情况下尤其如此。Quinn的文献US2321939“Process for coating porous materials”描述了通过采用特定机器的替代方案，该机器能够输送悬挂基材以允许处理相对的表面。
迄今为止描述的方法有一些共同的有害特性：
1.它们需要施加大量的材料；
2.它们不允许有效处理相对的表面；
3.它们不排除需要后处理获得特定属性；
4.高能耗才能使涂料干燥和固化；
5.在等待直至材料达到用于后续生产步骤的理想条件时，过度使用存储空间来存储材料。
本发明旨在通过利用辐射可固化材料的表面复制涂覆基材的方法来解决上述和其他挑战，在该方法中通过压力成型将少量所选择的材料作为预涂层施加在基材上，并且还允许在两个相对表面上同时施加，如下面的描述和实施例所示。
本发明的目的是用辐射可固化体系代替水性或溶剂型体系来进行表面处理，例如纸张或特殊膜。当与表面复制的概念相结合时，该体系的巨大优点是可以使用显著更少量的涂料向纸张、卡片或膜的表面转印模体中存在的特征。
除了完全避免使用压缩基材并导致其压实(影响机械性能)的压延机之外，除特殊结果，施加量通常可以小于5g/m2。
压实变得可选，因为不再需要获得所需的表面结果。
上述模体可以具有圆柱、膜或片状，并且可以由聚合物材料、金属或其组合物制成。
此外，与通常产生趋于光泽或哑光的表面的传统技术不同，该技术可以复制任何类型的表面特征，例如纹理、全息图等。
事实上，这种方法的一部分已经用于图形后处理，因为通过印刷的全息薄膜的复制是广泛的技术，商业上称其为“浇铸和固化”，如上所述。
本发明的创新方案是将该技术转移至膜的预处理，而不再作为后处理。
对于纸张行业的优势在于，该方法的效率与可通过UV或EB固化系统提供的高生产率相联合，可以产生特性比现有技术更多样化、品质更优异且成本与现有技术相比大大降低的产品。
如今，纸张处理技术几乎完全通过水性涂料进行，并且其构思为施加、用于水蒸发的热干燥、之后在延压机或超级延压机中延压，从而使表面紧致光滑。
结果，水蒸发具有非常高的能量消耗，并且表面(即使相对封闭)与塑料膜相比仍然呈现高孔隙率。
对于高光泽和高品质纸张，市场上存在的一种技术是使用水性涂料，该水性涂料施加到纸上，并且这些水性涂料“胶合”到大型加热圆筒的表面，并且以非常低的速度引起与该圆筒接触的涂层的干燥，也可以复制其镜像表面。
该方法的缺点是最终产品的生产率非常低且生产成本高，此外要使纸处于非常高的水分含量(其随后下滴)下，导致纸的膨胀和收缩，这可能导致生产中的大量损失，这是因为纸随着湿度的变化而机械地工作。
由于其生产力非常低，该方法保留用于艺术纸，用于印刷书画或艺术书籍。除了这些问题之外，涂料制剂依赖于维持该体系的渗透性并且通常更昂贵的商业树脂，例如基于乳酪蛋白的树脂。
所提到的两种方法取决于获得最终结果的表观施加量，其对于令人满意的结果而言总是高于30g/m2的干施加。这意味着在20至60g/m2的湿施加和10至30克水/平方米的蒸发。
根据要使用的基材种类，可以调节可固化涂料的特性，以更好地适应基材。
例如：在通常具有孔隙率和毛细作用的纤维素基材的预处理的情况下，最富含较高分子量低聚物的制剂更为合适，因为它们防止反应性材料被基材吸收，丧失表面覆盖的有效性，并因此丧失模体表面的复制能力。
对于孔隙率低的基材，可以使用较低的粘度，这可以简化施加过程。
实际上，任何低聚物或单体都可用于产生辐射可固化材料，只要其与所选择的基材相容即可。
对于如上所述的纤维素基材的预处理，由于市场的高容量和价格竞争性，较低成本获得产品的更理想。
也是对于这一部分，决定因素是最终产品的可持续性和可回收性。
满足上述所有要求，本发明人使用丙烯酸化环氧化大豆油，其组成含有超过60％的可再生来源的材料，并被证明能够接受水基、溶剂基和油性油墨基印刷，也是市场上可获得的较低成本的低聚物之一。
丙烯酸化环氧化大豆油的另一个显著特征是其25℃下约为2000cps的中等粘度，这几乎消除了根据所选应用过程的单体稀释。
在这种情况下，最引人注目的施加机制之一是“滚压(kissroll)”系统或存在于无溶剂型层压机中的系统，其可以对进料缸进行温度调节。
仅出于比较的目的，用20％TRPGDA(三丙二醇二丙烯酸酯)稀释的常规丙烯酸化环氧树脂在25℃下具有约20,000cps，这肯定仍然需要用诸如TRPGDA或TMPTA(三羟甲基丙烷三丙烯酸酯)等单体稀释以获得适用粘度。
特别是在纤维素基材上的施加中，使用单体可能导致纤维素纤维吸收的不期望的影响，这可能导致(特别是在紫外光固化中)在工序结束时存在未固化的单体。
鉴于电子束固化更具穿透性和有效性，虽然在基材的纤维和孔隙中存在不希望的反应性组分的吸收，但更大的可能性是它们完全聚合，从而降低将来迁移到包装物中的风险。
在任何情况下，仅使用吸收、渗透和未来迁移的可能性低的要素，除了在表面充分封闭方面更有效之外，对于最终产品的使用安全性肯定会降低风险。
另一关注的产品类别是丙烯酸化聚酯，因为它们具有宽范围的粘度和分子量，很多都处于在无溶剂体系中应用的理想范围内。
为了满足成本、性能和生产率的所有要求，下面列出了具有令人满意的纤维素基材预处理性能的配方：
不具有光引发剂的上述同类配方适合通过电子束固化：
对于非多孔基材的预处理，可以采用较低粘度的制剂，尽管它们不是强制性的。与上面列出相同的配方可用于此目的，但是，取决于待预处理的基材，可能需要添加更具反应性(aggressive)的单体来促进粘合。
在可以用于此目的的单体中，比较突出的有以下单体：
除了上面列出的以外，以下是单体的更多实例：
低聚物的其他实例：
-环氧基丙烯酸酯，优选其粘度小于20,000cps。
-聚酯丙烯酸酯-优选其粘度小于20,000cps。
-聚氨酯丙烯酸酯-优选其粘度小于20,000cps。
-丙烯酸类丙烯酸酯-优选其粘度小于20,000cps。
-聚丁烯丙烯酸酯-优选其粘度小于20,000cps。
该工序的主要的光引发剂是：
添加剂的实例：
主要添加剂有：
流平剂、颜料和染料、润湿剂、二氧化硅和矿物填料。
为了更好地说明所提出的方法和涂料制剂的用途，举例说明了适于实施本发明的预处理机型。
发明内容
附图示出了用于执行本发明的合适的机器。
机型1示出了利用透明圆柱形模体施加UV可固化涂料的方法。
机型2显示了利用圆柱形模体施加电子束(EB)可固化的涂料的方法。
机型3显示了利用膜作为模体施加UV可固化涂料的方法。
机型4示出了利用膜作为模体施加电子束(EB)可固化的涂料的方法。
机型5示出了施加UV可固化涂料的方法，其中模体是连续带。
机型6显示了施加电子束(EB)可固化的涂料的方法，其中模体是连续带。
机型7显示了在基材的两个相对面上同时施加可通过电子束(EB)固化的涂料的方法，其中模体是连续带。
附图说明
以下命名法适用于所有附图：
A-UV固化单元
B-EB固化单元
C1,C2–可能施加涂料的点
D–基材
E1-透明圆柱形模体
E2-圆柱形模体
E3–膜状模体
E4–连续带状模体
在图1中，卷曲膜状基材D通过至少一个用于施加辐射可固化的涂料的位置C1或C2，并抵压在对UV射线透明的圆柱形模体E1上。该透明模体是中空的，并在其中包含UV固化单元A，其将发射必要的辐射束以固化涂料，涂料然后附着在基材上。
在图2中，卷曲膜状基材D通过至少一个用于施加辐射可固化的涂料的位置C1或C2，并抵压在圆柱形模体E2上，从而使所述辐射可固化涂料位于圆柱形模体E2和基材D之间。因此，来自单元B的电子束穿过基材并使相对表面上的涂料固化。
能量电子束具有比紫外线更高的穿透能力，因此，可以有利地利用这种物理特性，因为大气中的氧气的存在导致涂料中的不希望的化学反应，这会影响处理的质量，甚至可能使其施加不可行，因此需要在惰性气氛中固化这些化合物。当照射到基材D的背面时，只有可忽略量的空气会进入模体E2和基材D之间，这无需复杂的惰性化设备。
在图3中，卷曲膜状基材D通过至少一个用于施加辐射可固化的涂料的位置C1或C2，并抵压在展开的膜状模体上，该膜状模体在与基材D分离后卷绕在卷E3之间。在与基材D密切接触时，涂料接收来自单元A的UV辐射。
图4描述了卷曲膜状基材D，其通过至少一个用于施加辐射可固化的涂料的位置C1或C2，并抵压在展开的膜状模体上，该膜状模体在与基材D分离后卷绕在卷E3之间。在与基材D密切接触时，涂料从膜形式的模体E3的相反侧接收来自单元B的电子束(EB)。
图5描述了卷曲膜状基材D，其通过用于施加辐射可固化的涂料的位置C1或C2，并抵压在连续带状模体E4上。在与基材D密切接触时，涂料接收来自单元A的UV辐射。
图6描述了卷曲膜状基材D，其通过至少一个用于施加辐射可固化的涂料的位置C1或C2，并抵压在连续带状模体E4上。在与基材D密切接触时，涂料从连续带状模体E4的相反侧接收来自单元B的电子束(EB)。
图7描述了卷曲膜状基材D，其通过至少两个用于施加辐射可固化的涂料的位置C1和C2，并抵压在连续带状模体E4上。在与基材D密切接触时，涂料从连续带状模体E4的相反侧接收来自单元B的电子束(EB)，其中，所述电子束能够穿过连续带状模体E4、涂料、基材D并使施加在相反侧的涂层固化。
这些描述仅仅是说明性的，并不意图以任何方式限制本领域技术人员可能提出的可能性。
实施例1
利用通过复制以辐射可固化材料光滑化的模体表面的基材的预涂覆，从而获得比市场上传统涂覆纸(couchépaper)品质更高的印刷表面。
在此具体情况中，在机型3，施加位置C1将用于通过紫外灯固化的制剂A1或通过电子束固化的制剂B1以4g/m2的比例用于单透白色牛皮纸(monolucent white kraft paper)上。然后用水性和溶剂基油墨进行柔版印刷。印刷品质结果与通常用涂覆纸进行的印刷品质结果的比较表明，性能高于传统涂覆纸通常获得的性能，类似于Brasilcote公司以上面提到的castcote技术中制造的双绉纸(couchécote)的结果，但是其成本、时间和生产率收益却如上所述。
实施例2
利用通过复制以辐射可固化材料光滑化的模体表面的基材的预涂覆，获得具有优异品质且孔隙率降低的印刷表面，其作为施加硅树脂的基底，以用作自粘纸的衬里，大大降低了硅树脂的消耗。在此具体情况中，在机型3中，在施加位置C1将用于通过紫外灯固化的制剂A2或通过电子束固化的制剂B2以6g/m2的比例用于单透白色牛皮纸60g/m2上。
该材料稍后送入以施加硅树脂，在此可记录在保持相同的自粘性剥离性能的情况下减少施加约35％的硅树脂。
实施例3
利用通过复制以辐射可固化材料的光滑化模体表面的基材的预涂覆，可同时将所复制表面的涂料、涂料或金属化转印到基材。
在此具体情况中，在机型3中，在施加位置C1将用于通过紫外灯固化的制剂A1或通过电子束固化的制剂B1以4g/m2的比例用于单透白色牛皮纸上。基本目标是将以小于1g/m2的重量施加到45微米BOPP膜上的低粘聚乙烯醇缩丁醛涂料上制成的金属化转印，通过真空金属化在相应涂层上进行的金属化通过置换转印到基材的表面。如此处理过的基材表现出具有与金属化膜相同特性的金属化表面，但是没有消耗BOPP膜并具有完全可回收性。

Claims (16)

1.一种利用辐射可固化材料通过复制模体表面来预涂覆基材的方法，其特征在于，将模体的表面特征转印至基材，其中，在所述模体表面和所述基材表面彼此完美接触时，在所述表面的界面处的辐射可固化涂料的存在下，所述模体表面的特征转印至所述基材的表面，所述辐射优选为紫外光或电子束，所述方法由以下阶段构成：
a)将由可通过紫外光或电子束辐射固化的清漆、漆或油墨构成的至少一个可固化涂层施加到至少一个模体上或直接施加到接收基材上；
b)使至少一个模体与所述基材的表面之间完美接触，所述基材优选支撑在圆柱形表面上，从而使各模体与所述基材的表面之间形成完美的相互作用；
c)在各模体与基材完美接触时，暴露于辐射源以使所述可固化涂料聚合；
d)在聚合之后，使各模体和所述基材分离，从而使固化的涂层完美附着到所述基材的表面上。
2.如权利要求1所述的利用辐射可固化材料通过复制模体表面来预涂覆基材的方法，其特征在于，所述模体是圆柱、膜或连续带的形式。
3.如权利要求1所述的利用辐射可固化材料通过复制模体表面来预涂覆基材的方法，其特征在于，所述片状模体由金属或金属合金构成。
4.如权利要求1所述的利用辐射可固化材料通过复制模体表面来预涂覆基材的方法，其特征在于，所述膜状或连续带状模体由聚合物材料构成，优选由聚酯、聚烯烃化合物、聚碳酸酯、硅树脂、丙烯酸类化合物或其组合物构成。
5.如权利要求1所述的利用辐射可固化材料通过复制模体表面来预涂覆基材的方法，其特征在于，所述膜状或连续带状模体由延性金属的膜构成，所述延性金属诸如铝、钛、铜、锌及其合金。
6.如权利要求1所述的利用辐射可固化材料通过复制模体表面来预涂覆基材的方法，其特征在于，所述圆柱状模体由金属、聚合材料或玻璃或石英构成，所述金属优选为钢及其合金、镍、铜、铬或其组合物和其它金属，所述聚合材料优选为丙烯酸类、聚碳酸酯、聚酯或其组合物。
7.如权利要求1所述的利用辐射可固化材料通过复制模体表面来预涂覆基材的方法，其特征在于，所用的辐射为紫外光或电子束类型。
8.如权利要求7所述的利用辐射可固化材料通过复制模体表面来预涂覆基材的方法，其特征在于，形成对所述固化辐射透明的所述模体，从而使所述辐射束透射过所述模体以到达所述可固化涂料并促进其聚合。
9.如权利要求7所述的利用辐射可固化材料通过复制模体表面来预涂覆基材的方法，其特征在于，所述辐射足以穿过所述基材并使在与暴露于所述辐射束的表面相反的表面上附着的涂料固化。
10.如权利要求7所述的利用辐射可固化材料通过复制模体表面来预涂覆基材的方法，其特征在于，所述辐射足以穿过模体、可固化涂层、所述基材和沉积在所述基材的相反表面上的另一涂层，并同时使所述两个可固化涂层固化。
11.如权利要求1所述的利用辐射可固化材料通过复制模体表面来预涂覆基材的方法，其特征在于，使用膜或板状基材。
12.如权利要求11所述的利用辐射可固化材料通过复制模体表面来预涂覆基材的方法，其特征在于，所述基材由纸、聚合物膜、卡片和纤维素化合物及其组合组成。
13.如权利要求1所述的利用辐射可固化材料通过复制模体表面来预涂覆基材的方法，其特征在于，所述纤维素表面的孔隙率使得其硅化所需的硅树脂量能够减少35％。
14.一种用于利用辐射可固化材料通过复制模体表面来预涂覆基材的方法的机器，其特征在于，其使得沉积在基材的相对表面上的辐射可固化涂料能够同时固化。
15.如权利要求13所述的用于利用辐射可固化材料通过复制模体表面来预涂覆基材的方法的机器，其特征在于，所述辐射是电子束。
16.如权利要求13所述的利用辐射可固化材料通过复制模体表面来预涂覆基材的方法的机器，其特征在于，所述模体与所述基材之间的密切接触使得用于涂层固化的惰性气氛的使用不必要。
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