DE102012022133A1 - Improved processes for printing UV-curable films using inkjet printing - Google Patents

Improved processes for printing UV-curable films using inkjet printing Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Bedruckung von UV-härtenden Folien wobei auf eine UV-härtenden Folie zunächst eine kratzfeste Beschichtung aufgebracht und die Folie anschließend angeliert wird. Im folgenden Schritt werden mittels Inkjet-Druckverfahren UV-härtenden Tinten auf die Folie aufgebracht. Zur Aushärtung der Tintenschicht wird die Folie dann langwelliger UV-Strahlung im Bereich von 380 bis 410 nm ausgesetzt. Die bedruckte Folie wird anschließend zu einem Bauteil geformt und das Bauteil durch Bestrahlung mit kurzwelliger UV-Strahlung im Bereich von 200 bis 380 nm vollständig ausgehärtet.The invention relates to methods for printing UV-curing films, a scratch-resistant coating first being applied to a UV-curing film and the film then being gelled. In the following step, UV-curing inks are applied to the film using an inkjet printing process. The film is then exposed to long-wave UV radiation in the range from 380 to 410 nm to harden the ink layer. The printed film is then formed into a component and the component is completely cured by irradiation with short-wave UV radiation in the range from 200 to 380 nm.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Bedruckung von UV-härtenden Folien mit Hilfe von UV-härtenden Tinten im Inkjet-Druckverfahren. Die Erfindung betrifft insbesondere verbesserte Verfahren, die für den Einsatz in der Fließfertigung oder Fließproduktion von Bauteilen aus UV-härtender Folie geeignet sind.The invention relates to methods for printing UV-curable films using UV-curable inks in the inkjet printing process. More particularly, the invention relates to improved processes suitable for use in flow production or flow production of UV-cured film components.

Bekannt sind Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus UV-härtenden Folien. Hierbei werden die Folien vor ihrer Verarbeitung kratzfest beschichtet. So werden zum Beispiel in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess die Folien zunächst mit einer Beschichtung oder Lackierung versehen, die dem fertigen Bauteil eine kratzfeste Oberfläche verleiht. Im Folgenden wird diese Beschichtung als kratzfeste Beschichtung bezeichnet. Nach dem Auftragen der kratzfesten Beschichtung wird die beschichtete Folie so gehärtet, dass die Oberfläche nicht mehr ”nass” ist, aber die Folie noch verarbeitbar bzw. verformbar ist. Im nächsten Schritt wird die Folie in Form gebracht und zum Bauteil endgehärtet.Methods are known for the production of components from UV-curing films. Here, the films are coated scratch-resistant before processing. For example, in a roll-to-roll process, the films are first provided with a coating or finish that gives the finished component a scratch-resistant surface. In the following, this coating is referred to as a scratch-resistant coating. After application of the scratch-resistant coating, the coated film is cured so that the surface is no longer "wet", but the film is still processable or deformable. In the next step, the film is brought into shape and finally cured to the component.

Die Bedruckung der Oberflächen dieser Bauteile mittels Inkjet-Druckverfahren mit den üblichen UV-härtenden Inkjet-Tinten kann in diesen Verfahren nicht inline, das heißt nicht direkt in der Fertigungslinie der Bauteile, eingesetzt werden. Aufgrund von Reaktionen der UV-härtenden Folie mit dem für die Tintenhärtung verwendeten UV-Licht kommt es zu unerwünschten Härtungsprozessen in der noch nicht endgültig ausgehärteten Folie. Außerdem müssen die Tinten während der Bedruckung soweit gehärtet werden, dass es nicht zu Blockerscheinungen kommt. Der Begriff Blockerscheinung oder Abklatsch bezeichnet bei einem Rolle-zu-Rolle-Prozess den Übergang von der bedruckten Fläche auf die Unterseite des Materials beim Aufwickeln. Damit verbunden ist ein Ankleben oder Blocken und häufig auch der Übergang migrationfähiger Komponenten.The printing of the surfaces of these components by means of inkjet printing process with the usual UV-curable inkjet inks can not be used inline in this process, that is not directly in the production line of the components. Due to reactions of the UV-curable film with the UV light used for ink curing, undesirable curing processes occur in the not yet finally cured film. In addition, the inks must be cured during printing to the extent that it does not cause blockages. The term block appearance or imprint, in a roll-to-roll process, refers to the transition from the printed surface to the bottom surface of the material during winding. Associated with this is sticking or blocking and frequently also the migration of components capable of migration.

Bisher werden die vollständig gehärteten Bauteile in einem zusätzlich Verfahrensschritt auf der Rückseite bedruckt, um die kratzfeste Beschichtung nicht zu beeinträchtigen. Die Anbringung des Dekors oder Aufdrucks auf der Bauteilunterseite oder der Bauteilinnenseite hat jedoch deutliche Nachteile. So wird die Farbwirkung des Musters durch das Material des Bauteils abgeschwächt oder verändert. Weiterhin ist die Bedruckung der Unterseite oder der Innenseite eines räumlich geformten Bauteils schwierig.So far, the fully cured components are printed in an additional process step on the back so as not to affect the scratch-resistant coating. However, the attachment of the decor or imprint on the underside of the component or the inside of the component has significant disadvantages. Thus, the color effect of the pattern is weakened or changed by the material of the component. Furthermore, the printing of the underside or the inside of a spatially shaped component is difficult.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, verbesserte Verfahren und Mittel zur Verfügung zu stellen, die insbesondere für den inline-Einsatz in Fließproduktionsprozessen von Bauteilen aus UV-härtenden Folien geeignet sind.It is therefore an object of the present invention to provide improved processes and compositions which are particularly suitable for use in-line in flow production processes of components made of UV-curing films.

Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch die Tinten gemäß Anspruch 3 und deren Verwendung gemäß Anspruch 6 zur Beschichtung von Bauteilen aus UV-härtenden Folien. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche und die Beschreibung.The object is achieved by the method according to claim 1 and by the inks according to claim 3 and their use according to claim 6 for coating components of UV-curing films. Preferred embodiments of the invention disclose the subclaims and the description.

Das erfindungemäße Verfahren umfasst folgende Schritte

  • – Bereitstellen einer UV-härtenden Folie,
  • – Aufbringen der kratzfesten Beschichtung auf die Folie,
  • – Angelieren der Folie zur Fixierung der kratzfesten Beschichtung z. B. durch UV-Strahlung,
  • – Aufbringen der UV-härtenden Tinten auf die Folie mittels Inkjet-Druckverfahren,
  • – Bestrahlen der Folie mit langwelliger UV-Strahlung im Bereich von 380 bis 410 nm zur Aushärtung der Tintenschicht,
  • – Formen der Folie zu einem Bauteil,
  • – Bestrahlung des Bauteils mit kurzwelliger UV-Strahlung im Bereich von 200 bis 380 nm zum vollständigen Aushärten des Bauteils.
The method according to the invention comprises the following steps
  • Providing a UV-curable film,
  • Applying the scratch-resistant coating to the film,
  • - Angelizing the film to fix the scratch-resistant coating z. B. by UV radiation,
  • Application of the UV-curable inks to the film by means of inkjet printing processes,
  • Irradiating the film with long-wave UV radiation in the range of 380 to 410 nm to cure the ink layer,
  • Forming the film into a component,
  • - Irradiation of the component with short-wave UV radiation in the range of 200 to 380 nm for complete curing of the component.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz von Tinten, die im Unterschied zu den eingesetzten Folien bei langwelliger UV-Strahlung aushärten, können Folie und Tinten in einem separaten Härtungsfenster gehärtet werden. Unter dem Begriff Härtungsfenster wird im Folgenden die Auswahl der Wellenlänge, der Intensität und der Dosis der eingesetzten UV-Strahlung verstanden. So wird eine UV-Härtung der Inkjet-Tinten zur Tintenschicht ohne Vorhärtung der darunter befindlichen Folie ermöglicht.By the use according to the invention of inks, which in contrast to the films used harden with long-wave UV radiation, film and inks can be cured in a separate curing window. The term hardening window is understood below to mean the selection of the wavelength, the intensity and the dose of the UV radiation used. Thus, UV curing of the inkjet inks to the ink layer without precuring of the underlying film is possible.

Die Tinten werden mittels UV-Strahlung im Bereich von 380 bis 410 nm, bevorzugt von 390 nm bis 400 nm, besonders bevorzugt bei etwa 395 nm, ausgehärtet. Strahlung dieser Wellenlänge kann beispielsweise mit Hilfe von entsprechenden Leuchtdioden erzeugt werden. Die Folien werden mittels kurzwelliger UV-Strahlung ausgehärtet. Dieser Bereich beginnt ab 380 nm und erstreckt sich zu kürzeren Wellenlängen bis zu 200 nm. Bevorzugt wird UV-Strahlung im Bereich von 380 bis 220 nm, besonders bevorzugt im Bereich von 380 bis 250 nm eingesetzt. Für die Erzeugung der UV-Strahlung in diesem Bereich kann beispielsweise ein handelsüblicher Quecksilberstrahler eingesetzt werden.The inks are cured by means of UV radiation in the range from 380 to 410 nm, preferably from 390 nm to 400 nm, particularly preferably at about 395 nm. Radiation of this wavelength can be generated for example with the aid of corresponding LEDs. The films are cured by means of short-wave UV radiation. This range begins at 380 nm and extends to shorter wavelengths up to 200 nm. Preference is given to UV radiation in the range of 380 to 220 nm, particularly preferably in the range of 380 to 250 nm used. For the generation of UV radiation in this area, for example, a commercial mercury radiator can be used.

Die angelierte Folie wird erfindungsgemäß mit UV-härtenden Tinten mit Hilfe des Inkjet-Druckverfahren bedruckt, wobei die Bedruckung im Multi-Pass- oder Single-Pass-Verfahren erfolgt. Im Single-Pass-Verfahren können Druckgeschwindigkeiten von 0,5 bis 100 m/s eingesetzt werden.The gelled film is printed according to the invention with UV-curable inks using the inkjet printing process, wherein the printing is done in the multi-pass or single-pass method. In single-pass printing speeds of 0.5 to 100 m / s can be used.

Für den Einsatz in den erfindungsgemäßen Verfahren geeignet sind Folien aus Polyvinylchlorid PVC, Polycarbonat PC, Polyvinylacetat PVA, Polyethylen PE, Polystyrol PS, Polypropylen PP und Polyethylenterephthalat PET. Besonders bevorzugt sind Folien aus Polyvinylchlorid PVC, Polypropylen PP und Polyethylen PE.Suitable for use in the process according to the invention are films of polyvinyl chloride PVC, polycarbonate PC, polyvinyl acetate PVA, polyethylene PE, polystyrene PS, polypropylene PP and polyethylene terephthalate PET. Particularly preferred are films of polyvinyl chloride PVC, polypropylene PP and polyethylene PE.

Die erfindungsgemäßen Inkjet-Tinten weisen neben Reaktiv-Verdünnern und Präpolymeren und/oder Oligomeren zusätzlich entsprechend geeignete Fotoinitiatoren auf. Bevorzugt ist der Einsatz von Fotoinitiatoren mit einer Empfindlichkeit, d. h. einem Absorptionsmaximum oder zumindest einer hohen Absorption, im Bereich von 380 nm bis 410 nm, bevorzugt von 390 nm bis 400 nm, besonders bevorzugt von etwa 395 nm. Geeignete Fotoinitiatoren sind beispielsweise Alkylaminoacetophenone wie 2-Benzyl-2-dimethylamino-1-(4-morpholinophenyl)-butanon-1 (Irgacure 369, Handelsname der Firma BASF) oder 2-Dimethylamino-2-(4-methylbenzyl)-1-(4-morpholin-4-phenyl)-1-butan-1-on (Irgacure 379, Handelsname der Firma BASF), Phospinoxide wie Bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphinoxid (Irgacure 819, Handelsname der Firma BASF) oder 2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenylphosphinoxid (Lucirin TPO, Handelsname der Firma BASF), Thioxanthone wie Isopropylthioxanthon (Speedcure ITX, Handelsname der Firma Lambson) oder 2-Chlorothioxanthon (Speedcure CTX, Handelsname der Firma Lambson), und polymere Thioxanthone wie Speedcure 7010 (Handelsname der Firma Lambson). Erfindungsgemäß bevorzugt sind Bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphinoxid (Irgacure 819, Handelsname der Firma BASF), 2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenylphosphinoxid (Lucirin TPO, Handelsname der Firma BASF) und Isopropylthioxanthon (Speedcure ITX, Handelsname der Firma Lambson). Die erfindungsgemäßen Tinten weisen Fotoinitiatoren in Mengen bis zu 20 Gew.-%, bevorzugt bis zu 15 Gew.-%, besonders bevorzugt bis zu 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Tinte auf.In addition to reactive thinners and prepolymers and / or oligomers, the inkjet inks according to the invention additionally have correspondingly suitable photoinitiators. Preference is given to the use of photoinitiators having a sensitivity, i. H. an absorption maximum or at least a high absorption, in the range from 380 nm to 410 nm, preferably from 390 nm to 400 nm, more preferably from about 395 nm. Suitable photoinitiators are, for example, alkylaminoacetophenones such as 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4 -morpholinophenyl) -butanone-1 (Irgacure 369, trade name of BASF) or 2-dimethylamino-2- (4-methylbenzyl) -1- (4-morpholine-4-phenyl) -1-butan-1-one (Irgacure 379, trade name of BASF), phosphine oxides such as bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) -phenylphosphine oxide (Irgacure 819, trade name of BASF) or 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide (Lucirin TPO, trade name of BASF), thioxanthones such as isopropylthioxanthone (Speedcure ITX, trade name of Lambson) or 2-chlorothioxanthone (Speedcure CTX, trade name of Lambson), and polymeric thioxanthones such as Speedcure 7010 (trade name of Lambson). Preference according to the invention is given to bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) -phenylphosphine oxide (Irgacure 819, trade name of BASF), 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide (Lucirin TPO, trade name of BASF) and isopropylthioxanthone (Speedcure ITX, trade name of the company Lambson). The inks of the invention comprise photoinitiators in amounts of up to 20% by weight, preferably up to 15% by weight, particularly preferably up to 10% by weight, based on the total mass of the ink.

Erfindungsgemäß bevorzugt enthalten die Tinten 5 bis 50% Präpolymere und/oder Oligomere. Geeignete Oligomere sind beispielsweise aliphatische und aromatische Urethanacrylate, Polyetheracrylate und Epoxyacrylate, wobei die Acrylate mono- oder polyfunktionell sein können z. B. di-, tri- bis zu hexa- und deca-funktionell. Erfindungsgemäß bevorzugte Oligomere sind aliphatische und aromatische Urethanacrylate. Weiterhin enthalten die Tinten 20 bis 80% mono-, di- und/oder trifunktionellen Reaktivverdünner bezogen auf Masse der Tinte. Unter dem Begriff Reaktivverdünner werden im Folgenden Verdünnungs- und Lösemittel verstanden, die bei der Filmbildung bzw. Aushärtung durch chemische Reaktion Bestandteil des Bindemittels werden. Geeignete Reaktivverdünner sind beispielsweise Dipropylenglykoldiacrylat, Tripropylenglykoldiacrylat, Tetrahydrofurfurylacrylat, Isobornylacrylat, Isodecylacrylat, Ethylenethylacrylat und Hexandioldiarcylat.According to the invention, the inks preferably contain 5 to 50% prepolymers and / or oligomers. Examples of suitable oligomers are aliphatic and aromatic urethane acrylates, polyether acrylates and epoxy acrylates, it being possible for the acrylates to be monofunctional or polyfunctional, eg. Di-, tri- to hexa- and deca-functional. Oligomers preferred according to the invention are aliphatic and aromatic urethane acrylates. Furthermore, the inks contain from 20 to 80% of mono-, di- and / or trifunctional reactive diluents based on the mass of the ink. The term reactive diluents are understood in the following to mean diluents and solvents which become part of the binder during film formation or curing by chemical reaction. Suitable reactive diluents are, for example, dipropylene glycol diacrylate, tripropylene glycol diacrylate, tetrahydrofurfuryl acrylate, isobornyl acrylate, isodecyl acrylate, ethylene ethyl acrylate and hexanediol diacrylate.

Erfindungsgemäß besonders bevorzugt sind Dipropylenglykoldiacrylat und 1, 6-Hexandioöldiarcylat.Particularly preferred according to the invention are dipropylene glycol diacrylate and 1,6-hexanediol diacrylate.

In einer weiteren Ausführungsform können die eingesetzten Tinten zusätzlich 0 bis 15% ein oder mehrere Pigmente enthalten. Geeignete Pigmente sind beispielsweise Pigment Yellow 213, PY 151, PY 93, PY 83, Pigment Red 122, PR 168, PR 254, PR 179, Pigment Red 166, Pigment Red 48:2, Pigment Violet 19, Pigment Blue 15:1, Pigment Blue 15:3, Pigment Blue 15:4, Pigment Green 7, Pigment Green 36, Pigment Black 7 oder Pigment White 6.In a further embodiment, the inks used may additionally contain 0 to 15% of one or more pigments. Examples of suitable pigments are Pigment Yellow 213, PY 151, PY 93, PY 83, Pigment Red 122, PR 168, PR 254, PR 179, Pigment Red 166, Pigment Red 48: 2, Pigment Violet 19, Pigment Blue 15: 1, Pigment Blue 15: 3, Pigment Blue 15: 4, Pigment Green 7, Pigment Green 36, Pigment Black 7 or Pigment White 6.

Darüber hinaus können den Tinten zur Einstellung ihrer Eigenschaften weitere Additive zugesetzt werden wie beispielsweise Dispergieradditive, Entschäumer und W-Absorber. Die erfindungsgemäßen Tinten können bis zu 5 Gew.-% Additive bezogen auf das Gesamtgewicht der Formulierung enthalten.In addition, other additives can be added to the inks to adjust their properties, such as dispersing additives, defoamers and UV absorbers. The inks of the invention may contain up to 5% by weight of additive based on the total weight of the formulation.

Die gestellte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Tinten zur Bedruckung von Bauteilen aus UV-härtender Folien. Bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Tinten zur inline-Bedruckung mittels Inkjet-Druckverfahren in der Fließproduktion von Bauteilen aus UV-härtenden Folien eingesetzt. Beispiel: Zusammensetzung einer erfindungsgemäßen Tinte Bestandteil Menge in %-Gew. Dispergierhilfsmittel 0,8 Pigment Violet 19 2,2 Tetrahydrofurfurylacrylat 14,0 Isobornylacrylat 20,0 2(2-Ethoxyethoxy)ethylacrylat 20,0 Dipropylenglycoldiacrylat 25,0 Tricyclodecandimethanoldiacrylat 3,0 aliphatisches Urethandiacrylat 3,0 Trimethylolpropanformalacrylat 3,0 Irgacure 819 7,0 Irgacure 369 2,0 The stated object is further achieved by the use of the inks according to the invention for printing components of UV-curing films. The inks according to the invention are preferably used for inline printing by means of inkjet printing processes in the flow production of components of UV-curing films. Example: Composition of an ink according to the invention component Quantity in% -Gew. dispersing aid 0.8 Pigment Violet 19 2.2 tetrahydrofurfuryl 14.0 isobornyl 20.0 2 (2-ethoxyethoxy) ethyl acrylate 20.0 dipropylene 25.0 tricyclodecane 3.0 aliphatic urethane diacrylate 3.0 Trimethylolpropanformalacrylat 3.0 Irgacure 819 7.0 Irgacure 369 2.0

Claims (8)

Verfahren zur Bedruckung von UV-härtenden Folien mittels Inkjet-Tinten umfassend – Bereitstellen einer UV-härtenden Folie, – Aufbringen einer kratzfesten Beschichtung auf der Folie, – Angelieren der Folie, – Aufbringen von UV-härtenden Tinten auf die Folie mittels Inkjet-Druckverfahren, – Bestrahlen der Folie mit langwelliger UV-Strahlung im Bereich von 380 bis 410 nm zur Aushärtung der Tintenschicht, – Formen der Folie zu einem Bauteil, – Bestrahlung des Bauteils mit kurzwelliger UV-Strahlung im Bereich von 200 bis 380 nm zum vollständigen Aushärten des Bauteils.Process for printing UV-curable films by means of inkjet inks comprising Providing a UV-curable film, Applying a scratch-resistant coating to the film, - fishing the foil, Application of UV-curable inks to the film by means of inkjet printing processes, Irradiating the film with long-wave UV radiation in the range of 380 to 410 nm to cure the ink layer, Forming the film into a component, - Irradiation of the component with short-wave UV radiation in the range of 200 to 380 nm for complete curing of the component. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Folien eingesetzt werden, welche aus Kunststoffen hergestellt sind ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Polyvinylchlorid, Polycarbonat, Polyvinylacetat, Polyethylen, Polystyrol, Polypropylen und Polyethylenterephthalat.A method according to claim 1, characterized in that films are used which are made of plastics selected from the group consisting of polyvinyl chloride, polycarbonate, polyvinyl acetate, polyethylene, polystyrene, polypropylene and polyethylene terephthalate. UV-härtende Tinte umfassend Reaktivverdünner und Oligomere und/oder Präpolymere, dadurch gekennzeichnet, dass die Tinten Fotoinitiatoren mit Empfindlichkeiten im Bereich von im Wellenlängenbereich von 380 nm bis 410 nm aufweisen.UV-curable ink comprising reactive diluents and oligomers and / or prepolymers, characterized in that the inks have photoinitiators with sensitivities in the range of in the wavelength range from 380 nm to 410 nm. UV-härtende Tinte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fotoinitiatoren gewählt sind aus der Gruppe enthaltend Alkylaminoacetophenone, Phospinoxide, Thioxanthone und polymere Thioxanthone.UV-curable ink according to claim 3, characterized in that the photoinitiators are selected from the group comprising alkylaminoacetophenones, phosphine oxides, thioxanthones and polymeric thioxanthones. UV-härtende Tinte nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fotoinitiatoren in Mengen von bis zu 20 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse der Tinte enthalten.UV-curable ink according to claim 3 or 4, characterized in that the photoinitiators in amounts of up to 20 wt .-% based on the total mass of the ink. Verwendung der UV-härtenden Tinten gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5 zur Bedruckung von UV-härtenden Folien.Use of the UV-curable inks according to one of Claims 3 to 5 for printing UV-curable films. Verwendung nach Anspruch 6 im Inkjet-Druckverfahren.Use according to claim 6 in the inkjet printing process. Verwendung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tinten zur inline-Bedruckung in der Fließproduktion von Bauteilen aus UV-härtenden Folien eingesetzt werden.Use according to claim 6 or 7, characterized in that the inks are used for in-line printing in the flow production of components made of UV-curable films.
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