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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine lumineszierende Beschichtungszusammensetzung
zur Aufbringung auf einen Träger, ein Verfahren zu ihrer Herstellung
sowie einen Träger, welcher mit mindestens einer lumineszierenden
Beschichtungszusammensetzung beschichtet ist.
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Das
Leuchten von Körpern kann durch verschiedene Formen der
Anregung hervorgerufen werden. Als Beispiele können chemische
Reaktionen, elektrische Felder, radioaktive Strahlen, Hitze, Reibung
oder UV-Licht genannt werden. Bei der Anregung durch Licht spricht
man von Lumineszenz.
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Bei
der Lumineszenz kann physikalisch zwischen "Fluoreszenz" und "Phosphoreszenz"
unterschieden werden. Bei der Fluoreszenz ist der elektronisch angeregte
Zustand kurzlebig, bei der Phosphoreszenz entsteht ein länger
lebender elektronisch angeregter Zustand. In der Folge ebbt Fluoreszenzlicht bei
Ausschalten der Anregungsenergie unmittelbar ab, während
die Phosphoreszenzstrahlung länger sichtbar ist. Wenn die
Lebensdauer bei der Phosphoreszenz im Sekundenbereich liegt, ist
dieses Phänomen sogar mit bloßem Auge wahrnehmbar;
man beobachtet ein "Nachleuchten". Ein weiterer Unterschied zwischen
Fluoreszenz und Phosphoreszenz besteht darin, dass die Lücke
(engl.: gap) zwischen anregender Energie und Energie der Fluoreszenzstrahlung
geringer ist als diejenige zwischen anregender Energie und Phosphoreszenzstrahlung.
Das hat zur Folge, dass für die Anregung von Phosphoreszenzlicht
UV-Strahlung kürzerer Wellenlänge benötigt
wird als bei Fluoreszenzlicht.
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Der
Stand der Technik enthält eine große Vielfalt
der Anwendung von Lumineszenzfarbstoffen, welche in Beschichtungen
eingearbeitet sind. Diese kommen beispielsweise als Beschichtung
auf Briefpapier, in Druckfarben, in Aufdrucken, in Stempeln oder
Codierstreifen vor. Diese Beschichtungen werden aber nicht im Sinne
von Sicherheitskennzeichnungen eingesetzt, da sie relativ unspezifisch
sind. Ein wesentlicher Nachteil der Nachleuchtfarben liegt in ihrer
leichten Quellbarkeit in Gegenwart von Wasser und ihrer Löslichkeit
gegenüber Reinigungsmitteln.
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So
beschreibt beispielsweise die
DE 196 00 340 C1 ein Verfahren zur Herstellung
von langnachleuchtenden Hinweisschildern, Aufklebern, Markierungen
und dergleichen, welche einen Träger und eine auf diesem
aufgebrachte und mit ihm verbundene phosphoreszierende Schicht umfassen.
Dabei wird mittels Siebdruck wenigstens eine Schicht aus wenigstens
einer lang nachleuchtenden, phosphoreszierenden Farbe auf einen
Träger aufgetragen, getrocknet und mit wenigstens einem
Klarlack abgedeckt. Das in der
DE 196 00 340 C1 beschriebene Verfahren eignet
sich besonders für die Herstellung beispielsweise von lang
nachleuchtenden Hinweisschildern sowie Gegenständen, die
in einer trockenen Umgebung eingesetzt werden. Bei Auftreten von Feuchtigkeit
und beispielsweise auch bei Waschvorgängen kann es jedoch
vorkommen, dass Flüssigkeit unter den Klarlack gelangt
und diese Flüssigkeit das oben erwähnte Quellen
der Nachleuchtfarbe bewirkt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist insbesondere die Bereitstellung einer
lumineszierenden Beschichtung, welche in einem Schritt als wasserfeste
und reinigungsmittelresistente Beschichtung auf eine feste Oberfläche,
insbesondere Keramik oder Glas, aufgebracht werden kann. Diese Beschichtung dient
insbesondere der Erzeugung eines optischen Effekts, der beispielsweise
für Werbezwecke ausgenutzt werden kann, und als lang nachleuchtender, phosphoreszierender
Schriftzug, Werbeaufschrift oder dergleichen in ansprechender Weise
auf beispielsweise einem keramischen Trinkgefäß oder
einem Glas vorliegt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die
vorliegende Erfindung auch auf anderen Gegenständen, insbesondere
solchen Gegenständen, die mit Wasser in Berührung
kommen, angewandt werden kann. Als Beispiele können Geschirr
oder Spielzeug genannt werden.
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Die
Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche 1, 12 und 22 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein
wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass die lumineszierende
Beschichtungszusammensetzung zur Aufbringung auf einen Träger mindestens
eine lumineszenzfähige Farbsubstanz und mindestens ein
Bindemittel aufweist, wobei die Farbsubstanz und das Bindemittel
als wasserfeste Mischung vorliegen und auf den Träger aufbringbar sind.
Das Aufbringen einer weiteren Lackschicht entfällt vorzugsweise.
Während daher im Stand der Technik das oben erwähnte
Problem auftritt, das Feuchtigkeit unter die Klarlackabdeckung gelangen kann,
wird dieses Problem durch das erfindungsgemäße
Vorsehen einer Mischung vermindert bzw. verhindert. Damit wird verfahrensseitig
zunächst eine Mischung aus der Farbsubstanz und dem Bindemittel hergestellt
und diese Mischung anschließend auf dem Träger
aufgebracht.
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Vorzugsweise
ist dabei die mindestens eine lumineszenzfähige Farbsubstanz
in einer Siebdruckfarbe enthalten, wobei die lumineszenzfähige
Farbsubstanz vorzugsweise mindestens eine phosphoreszenzfähige
Verbindung umfasst.
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Die
gesamte Leuchtdauer und die Nachleuchtintensität der in
der Siebdruckfarbe enthaltenden phosphoreszenzfähigen Verbindung
hängt zum einen von der verwendeten Pigmentqualität
ab, aber auch von der Masse der Leuchtkristalle, welche sich in
erster Linie über den Farbauftrag ergibt. Zur Charakterisierung
der Nachleuchteigenschaften werden nachleuchtende Pigmente auf Helligkeit
und Abklingverhalten nach der DIN 67510 lichttechnisch
vermessen. Ein besonderer Effekt kann dabei auch durch die Kombination
von Nachleuchtfarbe mit einer breiten Palette von (vorzugsweise
nicht nachleuchtenden) Buntfarben, beispielsweise grün,
blau, rot, gelb oder Magenta, erzielt werden. Auf diese Weise lassen
sich auch Bilder erzeugen, die aus mehreren unterschiedlichen Farbanteilen
bzw. unterschiedlich farblichen Bereichen aufgebaut sind.
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Bevorzugt
enthält das mindestes eine Bindemittel der lumineszierenden
Beschichtung mindestens eine Komponente, die ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus Lack, Härter, Verdünner,
Thixotropiepaste und/oder Kombinationen daraus. Besonders bevorzugt
wird ein Bindemittel verwendet, welches wenigstens zwei (insbesondere
Lack und Härter), bevorzugt wenigstens drei (unter Zusatz
von Verdünner oder Thixotropiepaste) und besonders bevor zugt
alle Komponenten enthält. Als Standardlack wird vorzugsweise
ein Transparentlack bzw. Glanzlack verwendet. Die Lösungsmittelzusammensetzung
des Verdünners ist so gewählt, dass lange Viskositätsstabilität
im fortlaufenden Druckprozess ebenso gegeben ist, wie die schnelle
Lösungsmittelabgabe während des Trocknens. Zur
schnelleren Verbindung von Härter und Farbe während
der Trocknung kann mit Wärme gearbeitet werden. Sämtliche
Verbindungen sind vorzugsweise frei von Schwermetallen und von Radioaktivität.
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Der
Lack in der Gesamtmasse der Beschichtungszusammensetzung ist vorzugsweise
in einer Menge von 5–40 Ma.-%, bevorzugt 10–30
Ma.-%, besonders bevorzugt 15–25 Ma.-%, insbesondere 20 Ma.-%
enthalten. Die angegebene Menge im Bereich von 5–40 Ma.-%
eignet sich prinzipiell für die Herstellung der erfindungsgemäßen
Beschichtungszusammensetzung. Es hat sich jedoch gezeigt, dass in
den angegebenen Bereichen zwischen 15 und 25 Ma.-% einerseits eine
besonders augenfällige Farbkombination erreicht wird und
andererseits gleichwohl die Herstellungskosten vergleichsweise gering
gehalten werden können.
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In
der Gesamtmasse ist mindestens ein Härter vorzugsweise
in einer Menge von 1–10 Ma.-%, bevorzugt 2–7 Ma.-%,
besonders bevorzugt 4–6 Ma.-%, insbesondere 5 Ma.-% enthalten.
Bei diesem Härter handelt es sich insbesondere um ein ein
Epoxidharz enthaltendes Material. Dieser Härter dient zum
Homogenisieren der gesamten Mischung und auch dazu, um eine dauerhafte
Verbindung zwischen der Farbsubstanz und dem Bindemittel herzustellen.
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In
der Gesamtmasse ist mindestens ein Verdünner vorzugsweise
in einer Menge von 0–5 Ma.-%, bevorzugt 1–3 Ma.-%,
insbesondere 2 Ma.-% enthalten. Die Druckintensität kann,
besonders bei feinen Motiven, durch die jeweilige Menge an Verdünner verändert
werden.
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In
der Gesamtmasse ist mindestens eine Thixotropiepaste vorzugsweise
in einer Menge von 0–12 Ma.-%, bevorzugt 2–10
Ma.-%, besonders bevorzugt 3–8 Ma.-%, insbesondere 5 Ma.-%
enthalten. Die Beschichtungszusammensetzung wird beim Drucken durch
mechanische Einwirkung wie Rühren, Schütteln oder
Umspachteln von einer festen oder pastösen Konsistenz in
eine fließende Konsistenz überführt,
soll aber nach dem Drucken möglichst schnell wieder zähflüssig
werden, während des Druckens jedoch sehr dünnflüssig
sein. Insbesondere das Verhältnis zwischen dem Verdünner
und der Thixotropiepaste richtet sich nach der Feinheit des später
aufzutragenden Bildes. Während man bei Bildern mit einer
ho hen Auflösung und beispielsweise dünnen Linien
einen hohen Anteil an Verdünner wählt bzw. einen
entsprechend geringen Anteil an Thixotropiepaste, wobei die Thixotropiepaste
hier auch wegfallen kann, wird man insbesondere bei wenig oder grob
aufgelösten Bildern eine geringe Menge Verdünner
bzw. keinen Verdünner verwenden und dafür einen
entsprechend höheren Anteil an Thixotropiepaste.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass anstelle der Thixotropiepaste auch
ein Thixotropiepulver oder ein anders geartetes Thixotropiemedium
verwendet werden kann. Die oben angegebenen Anteile der Zusammensetzung
wurden in aufwendigen Studien und umfangreichen Feldversuchen ermittelt.
Dabei stellt sich die hier angegebene Kombination als besonders geeignet
heraus, um einerseits gewünschte lang anhaltende Leuchteffekte
und ausreichende Widerstandsfähigkeit gegenüber
mechanischen Beeinträchtigungen mit einer hinreichenden
Wasserfestigkeit zu verbinden. Unter Wasserfestigkeit wird dabei verstanden,
dass jedenfalls die erfindungsgemäße Beschichtungssubstanz
auch in einem auf einen Träger aufgebrachten Zustand nicht
durch Spritzwasser beeinträchtigt werden kann. Vorzugsweise
ist die erfindungsgemäße Beschichtungssubstanz
auch gegenüber üblichen Haushaltsreinigungsmitteln
resistent und besonders bevorzugt auch spülmaschinenfest
und jedenfalls bei Handwäsche resistent. Bevorzugt wird
die erfindungsgemäße Beschichtung auch nicht durch
erwärmte Flüssigkeiten wie Heißgetränke,
Tees oder Glühwein angegriffen.
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Als
besonders geeignet für die oben erwähnte Beschichtungszusammensetzung
mit den ebenfalls oben erwähnten Komponenten und deren
Anteile eignen sich Träger aus Keramik oder Glas, wobei die
erwähnte Beschichtungssubstanz insbesondere auf Keramikträgern
besonders vorteilhaft bzw. haltbar und widerstandsfähig
aufgebracht werden kann. Dabei waren insbesondere auch physikalische
Eigenschaften von Keramik oder Glas, wie beispielsweise bestimmte
Porositäten zu berücksichtigen.
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Vorzugsweise
ist das Bindemittel zumindest teilweise transparent. Unter teilweise
transparent wird verstanden, dass zumindest bestimmte Anteile eines
auf das Bindemittel auftreffenden Lichts von diesem transportiert
werden und jedenfalls keine vollständige Absorption auftritt.
Vorzugsweise ist das Bindemittel größten Teils
transparent, d. h. es weist eine Transmission von mehr als 70%,
bevorzugt von mehr als 80% und besonders bevorzugt von mehr als 90%
auf.
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Neben
dem Bindemittel und der lumineszenzfähigen Farbsubstanz
kann die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung
weiterhin Additive, Verarbeitungshilfsmittel oder Zusatzstoffe aller
Art enthalten. Dabei sollten die Additive, Verarbeitungshilfsmittel
oder Zusatzstoffe die Wasserfestigkeit der Beschichtung sowie deren
Haftfähigkeit auf einer Oberfläche nicht beeinträchtigen
und die Lumineszenzfarbpigmente nicht angreifen. Denkbar sind hier
insbesondere weitere Farbpigmente, Alterungsschutzmittel oder ein
selektives UV-Alterungsschutzadditiv.
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Die
mindestens eine lumineszenzfähige Farbsubstanz ist in der
Gesamtmasse der Beschichtungszusammensetzung vorzugsweise in einer
Menge von 60–95 Ma.-%, bevorzugt 70–85 Ma.-%,
besonders bevorzugt 75–85 Ma.-%, insbesondere 80 Ma.-%
enthalten. Wie erwähnt, hängt die Intensität der
Phosphoreszenz von der Qualität der phosphoreszierenden,
anorganischen, kristallinen Pigmente und der Masse der Kristalle
ab, welche sich über die Anteile und über den
Farbauftrag ergibt. Bevorzugt ist die Nachleuchtqualität
der verwendeten lumineszenzfähigen Farbsubstanz bis zur
oberen technischen Grenze pigmentiert, d. h. sie verfügt über
eine Nachleuchtdauer von mehreren Stunden und erfüllt die
Vorgaben der DIN 67510-4 für Produkte
für lang nachleuchtende Sicherheitsleitsysteme, Markierungen
und Kennzeichnungen. Ein weiterer Faktor für die Nachleuchtedauer
ist neben der Bestrahlungsdauer die Helligkeit und Art der Lichtquelle,
mit der die phosphoreszenzfähige Nachleuchtfarbe aufgeladen
wird. Geeignet sind alle UV-, Tages- und Kunstlichtquellen mit ausreichender
Intensität. Je höher die Lichtenergie und die
Dauer der Bestrahlung sind, desto stärker und länger
ist der Nachleuchteffekt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform wird die erfindungsgemäße
lumineszierende Beschichtungszusammensetzung auf Träger
aus Keramik, Glas, Kunststoff, Metall, Papier und/oder Karton oder Kombinationen
hieraus auf deren jeweilige Oberfläche aufgebracht.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist gleichermaßen ein Verfahren
zur Herstellung einer lumineszierenden Beschichtungszusammensetzung zur
Aufbringung auf einen Träger, wobei mindestens eine lumineszenzfähige
Farbsubstanz und mindestes ein Bindemittel zu einer wasserfesten
Mischung vermischt werden und anschließend bevorzugt mittels
Siebdrucktechnik, bevorzugt in einem Schritt, auf den Träger
aufgebracht werden. Vorzugsweise wird die mindestens eine lumineszenzfähige
Farbsubstanz und insbesondere eine phosphoreszenzfähige Farbsubstanz
als eine in einer Siebdruckfarbe enthaltende phosphoreszenz fähige
Verbindung mit dem mindestens einen Bindemittel vermischt. Damit
ist besonders bevorzugt die phosphoreszensfähige Verbindung
bereits in der Siebdruckfarbe enthalten. Vorzugsweise erfolgt das
Verfahren zur Herstellung der Beschichtungszusammensetzung dadurch,
dass zunächst die mindestens eine lumineszenzfähige
Farbsubstanz mit dem mindestens einen Lack vermischt wird, und daneben
die mindestens eine Thixotropiepaste mit dem mindestens einem Verdünner
vermischt wird. Anschließend werden diese beiden so erhaltenen
Mischungen unter Zugabe des mindestens einen Härters miteinander
vermischt und dem Siebdruck zugeführt.
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Bei
dem Siebdrucksystem handelt es sich um ein physikalisch schnell
trocknendes und durch chemische Vernetzung optimale Beständigkeiten ausbildendes
System. Die thixotropeingestelite Siebdruckpaste kann über
Polyestergewebe und lösemittelfeste Schablonen verdruckt
werden. Die Druckfarbe wird im Allgemeinen durch ein 23–68-fädiges PET-Gewebe
verarbeitet. Dabei kann die Druckintensität, insbesondere
bei feinen zu druckenden Motiven durch den Verdünneranteil
verändert werden. Die so hergestellte Druckpaste kann nun
im Direktdruckverfahren, d. h. direkt über ein Polyester-
oder Stahlgewebe, auf den zu bedruckenden Trägerkörper
gedruckt werden, sodass ein mehrschrittiges Verfahren zur Erzielung
einer wasserfesten Beschichtung vorzugsweise entfällt.
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Denkbar
ist aber auch, das Druckmotiv zunächst auf spezielles Papier
zu drucken und anschließend als Transferbild auf den zu
bedruckenden Trägerkörper zu übertragen.
Hierdurch kann die gewünschte Schichtdicke der lumineszierenden
Beschichtung gezielt beeinflusst werden. In diesem Fall handelt
es sich damit bei dem Trägerkörper um Papier und
bevorzugt um Spezialpapier auf dem die Beschichtungssubstanz zunächst
aufgetragen wird. Dieser Trägerkörper wird anschließend
auf denjenigen Körper, auf dem sich die Beschichtung schließlich
befinden soll, beispielsweise einer Keramiktasse, aufgebracht.
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Bevorzugt
wird die lumineszierende Beschichtung nach dem Auftragen mittels
Siebdruck auf den Träger während zunächst
24 Stunden bei Raumtemperatur und anschließend bei 120°C–180°C
und einer Verweilzeit von ca. 30 Minuten in neutraler Atmosphäre
ausgehärtet. Alternativ erfolgt die Aushärtung
bei Raumtemperatur innerhalb von etwa 72 Stunden.
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Ein
weiterer wesentlicher Punkt der Erfindung betrifft ein Trinkgefäß,
insbesondere eine Tasse, einen Krug oder ein Trinkglas aus insbesondere Keramik
und/oder Glas, welches mit der mindestens einen lumineszierenden
Beschichtungszusammensetzung beschichtet ist.
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Dabei
wird die lumineszierende Beschichtungszusammensetzung vorzugsweise
als lang nachleuchtender, phosphoreszierender Schriftzug, Werbeaufschrift
oder dergleichen auf das Trinkgefäß wasserfest
und reinigungsmittelresistent aufgebracht.
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Die
erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung
wird insbesondere dazu verwendet, auf der Oberfläche von
Gegenständen eine lumineszenzfähige Beschichtung
zu erzeugen. Mit der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung kann
eine Vielzahl von Oberflächen beschichtet werden, beispielsweise
Kunststoffe, Papier, Pappe, Karton oder dergleichen.
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Ein
weiterer besonderer optischer Effekt tritt in Verbindung mit zusätzlichen
Farbstoffpigmenten in Form neuer Siebdruckfarben auf. Werden diese
mit den lumineszierenden Pigmenten in den Lack eingearbeitet, können
in Verbindung mit geeigneten Lichtquellen ästhetisch ansprechende
Leuchteffekte für Werbung oder Produktdesign erzielt werden.
Bevorzugt werden dabei phosphoreszierende Substanzen mit Siebdruckfarben
unterschiedlicher Farbgattung gemischt und durch diese Mischung
der phosphoreszenzfähigen Substanz mit (nicht phosphoreszierenden)
Farbstoffpigmenten werden besondere farbliche Eindrücke
erreicht. Sämtliche Farbstoffpigmente sowie die phosphoreszenzfähige
Substanz sind bevorzugt schwermetallfrei.
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Die
unterschiedlichen Mischungsverhältnisse der jeweiligen
Komponenten der Beschichtungszusammensetzung orientieren sich im
Wesentlichen an der Haftbarkeit sowie der Wasser- und Reinigungsmittelresistenz
des beschichteten Trägers. Im Vordergrund steht dabei auch
eine gewisse Spülmaschinenfestigkeit der erfindungsgemäß beschichteten
Tassen, Gläser und dergleichen.
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Damit
erweist sich die erfindungsgemäße lumineszierende
Beschichtungszusammensetzung, das Verfahren zu ihrer Herstellung
sowie der beschichtete Gegenstand als vorteilhafter Beitrag zu Werbung
und Produktdesign, insbesondere der Keramik- und Glasindustrie.
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Sämtliche
in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber
dem Stand der Technik neu sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19600340
C1 [0005, 0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - DIN 67510 [0010]
- - DIN 67510-4 [0020]