DE102015104321A1

DE102015104321A1 - Verfahren, Applikationsvorrichtung und Druckvorrichtung zum Applizieren einer Folie

Info

Publication number: DE102015104321A1
Application number: DE102015104321.1A
Authority: DE
Inventors: Ulrike Plaia; Konstantin Kosalla
Original assignee: Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Current assignee: Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Priority date: 2015-03-23
Filing date: 2015-03-23
Publication date: 2016-09-29
Also published as: AR106566A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Applizieren einer Übertragungslage einer Folie auf ein Substrat, mit den Schritten: a) Aufbringen einer radikalisch härtbaren Klebstoffs auf zumindest einen Teilbereich der Übertragungslage mittels eines Tintenstrahldruckkopfs; b) Vorhärten des Klebstoffs durch UV-Bestrahlung; c) Aufbringen des zumindest einen mit Klebstoff versehenen Teilbereichs der Übertragungslage auf das Substrat; d) Aushärten des Klebstoffs durch UV-Bestrahlung; e) Abziehen einer Trägerlage der Folie von dem zumindest einen Teilbereich der Übertragungslage. Die Erfindung betrifft ferner eine Applikationsvorrichtung sowie Druckvorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Applikationsvorrichtung zum Applizieren einer Übertragungslage einer Folie auf ein Substrat sowie eine Druckvorrichtung mit einer solchen Applikationsvorrichtung.
Die Beschichtung von Folien oder Substraten mit digitalen Druckverfahren für eine Folienapplikation dient der Erzeugung von zusätzlichen dekorativen Effekten. Dabei wird üblicherweise mittels Tintenstrahldruck direkt auf das Substrat oder die Folie ein kationisch härtender Klebstoff aufgebracht. Durch eine kationisch arbeitende Trocknereinheit wird der Klebstoff verfestigt. Die zu applizierenden Schichten der Folie haften, vermittelt durch den Klebstoff, auf dem Substrat und werden anschließend von einer Trägerlage der Folie abgelöst.
Bei Tintenstrahldruck des Klebstoffs direkt auf das Substrat mit anschließender Folienapplikation kann durch Verlaufen und Aufsaugen des Klebstoffs in das Substrat keine annehmbare Qualität erzeugt werden. Eine Folienapplikation unter Druck mit einer Presswalze verstärkt diesen Sachverhalt negativ. Durch den Druck und das Verlaufen des Klebstoffs werden zerklüftete Folienkanten auf dem Substrat erzeugt. Die Foliendeckung ist zudem oft löchrig. Der Glanz der Folienoberfläche nach der Applikation auf das Substrat ist stark von der Oberflächenbeschaffenheit des Substrats abhängig. Auf nicht-saugenden Substraten wie PE, PP oder PET wird der Klebstoff schnell durch die Presswalze in die Breite verdrängt. Insgesamt kann so meist keine hochauflösende, kantenscharfe Folienapplikation sichergestellt werden
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, eine Applikationsvorrichtung und eine Druckvorrichtung bereitzustellen, mittels welchen eine hochwertige Folienapplikation ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Applikationsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 35 und durch eine Druckvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 51 gelöst.
Ein solches Verfahren zum Applizieren einer Übertragungslage einer Folie auf ein Substrat umfasst die Schritte:

a) Aufbringen einer radikalisch härtbaren Klebstoffs auf zumindest einen Teilbereich der Übertragungslage mittels eines Tintenstrahldruckkopfs;
b) Vorhärten des Klebstoffs durch UV-Bestrahlung;
c) Aufbringen des zumindest einen mit Klebstoff versehenen Teilbereichs der Übertragungslage auf das Substrat;
d) Aushärten des Klebstoffs durch UV-Bestrahlung;
e) Abziehen einer Trägerlage der Folie von dem zumindest einen Teilbereich der Übertragungslage.

Zur Durchführung eines solchen Verfahrens eignet sich eine Applikationsvorrichtung zum Applizieren einer Übertragungslage einer Folie auf ein Substrat, welche die folgenden Komponenten umfasst.

– eine Vorratsrolle zum Bereitstellen der Folie;
– einen in Förderrichtung der Folie stromabwärts von der Vorratsrolle angeordneten Tintenstrahldruckkopf zum Aufbringen einer radikalisch härtbaren Klebstoffs auf zumindest einen Teilbereich der Übertragungslage;
– eine in Förderrichtung der Folie stromabwärts von dem Tintenstrahldruckkopf angeordnete erste UV-Lichtquelle zum Vorhärten des Klebstoffs durch UV-Bestrahlung;
– eine in Förderrichtung der Folie stromabwärts von der ersten UV-Lichtquelle angeordnete Walzenanordnung zum Aufbringen des zumindest einen mit Klebstoff versehenen Teilbereichs der Übertragungslage auf das Substrat;
– eine in Förderrichtung der Folie stromabwärts von der Walzenanordnung angeordnete zweite UV-Lichtquelle zum Aushärten des Klebstoffs durch UV-Bestrahlung;
– eine in Förderrichtung der Folie stromabwärts von der zweiten UV-Lichtquelle angeordnete Abzieheinheit zum Abziehen einer Trägerlage der Folie von dem zumindest einen Teilbereich der Übertragungslage.

Eine derartige Applikationsvorrichtung kann in eine Druckvorrichtung mit einem Tintenstrahldruckkopf integriert werden, welcher in zwei orthogonalen Richtungen relativ zu einem zu bedruckenden Substrat beweglich angeordnet ist, wobei die Applikationsvorrichtung ebenfalls in zwei orthogonalen Richtungen relativ zu dem zu bedruckenden Substrat beweglich angeordnet ist.
Durch den Auftrag des Klebstoffs auf die Übertragungslage der Folie wird die Qualität der Folienapplikation verbessert. Insbesondere können hierdurch Probleme vermieden werden, die üblicherweise beim direkten Klebstoffauftrag auf das Substrat entstehen. So kann die Übertragungslage beispielsweise durch eine geeignete Grundierung für den Klebstoffauftrag optimiert werden, so dass ein genauerer und randschärferer Auftrag als beim Klebstoffauftrag auf insbesondere poröse Substrate erzielt wird. Die Grundierung kann dabei als haftvermittelnder Untergrund mit genau einstellbaren Oberflächeneigenschaften für den aufgetragenen Klebstoff dienen. Dies erweitert auch das Spektrum der Substrate, auf die eine Folienapplikation möglich ist.
Die Vorhärtung des radikalisch härtbaren Klebstoffs verbessert die Auftragsqualität weiter. Insbesondere wird hierdurch die Viskosität des Klebstoffs erhöht, bevor die Übertragungslage in der Walzenanordnung auf das Substrat gepresst wird. Dies vermeidet ein Verlaufen oder zu starkes Verquetschen der aufgebrachten Klebstoffpixel bei der Übertragung, so dass eine besonders randscharfe Applikation der Übertragungslage auf das Substrat und eine besonders hohe Oberflächenqualität der übertragenen Schichten erzielt wird. Dabei ist ein geringfügiges Verquetschen der Klebstoffpixel durchaus wünschenswert, um direkt benachbarte Klebstoffpixel einander anzunähern und zu vereinigen. Dies kann vorteilhaft sein, um beispielsweise bei geschlossenen Flächen und/oder an Motivrändern eine Pixeligkeit der Darstellung zu vermeiden, d.h. zu vermeiden, dass einzelne Pixel störend optisch in Erscheinung treten. Das Verquetschen darf dabei nur so weit erfolgen, dass die gewünschte Auflösung nicht zu stark verringert wird.
Gegenüber kationisch härtenden Klebstoffen bietet die Verwendung von radikalisch härtbaren Klebstoffen zudem den Vorteil einer besonders schnellen Aushärtung, was die Vorhärtung des Klebstoffs vor der Folienapplikation erst ermöglicht. Ferner bilden sich bei der radikalischen Aushärtung im Gegensatz zu kationischen Systemen keine Säuren, so dass keine Einschränkungen des verwendbaren Substrats bezüglich der Säureverträglichkeit vorliegen.
Bevorzugt wird zum Aufbringen des Klebstoffs ein Tintenstrahldruckkopf mit einer Auflösung von 300 bis 1200 Auftragsdüsen pro Zoll (npi, nozzles per inch) verwendet. Hierdurch wird ein hochauflösender Auftrag des Klebstoffs ermöglicht, so dass auch feine Folienstrukturen randscharf übertragen werden können. In der Regel entspricht die Auflösung des Druckkopfes dabei der erzielten Auflösung der Klebstofftropfen auf der Übertragungslage in dpi (dots per inch, Punkte pro Zoll).
Es ist ferner bevorzugt, wenn zum Aufbringen des Klebstoffs ein Tintenstrahldruckkopf mit einem Düsendurchmesser von 15 µm bis 25 µm mit einer Toleranz von nicht mehr als ±5 µm und/oder einem Düsenabstand von 50 µm bis 150 µm mit einer Toleranz von nicht mehr als ±5 µm verwendet wird.
Durch den geringen Düsenabstand – insbesondere quer zur Druckrichtung – wird sichergestellt, dass die übertragenen Klebstofftropfen auf der Übertragungslage hinreichend nahe beieinander liegen bzw. ggf. auch überlappen, so dass über die gesamte bedruckte Fläche eine gute Haftung erzielt wird.
Es ist ferner bevorzugt, wenn der Klebstoff mit einem Flächengewicht von 0,5 g/m² bis 20 g/m² und/oder einer Schichtdicke von 0,5 µm bis 20 µm, bevorzugt von 1 µm bis 15 µm auf den zumindest einen Teilbereich aufgebracht wird. Innerhalb dieses Bereichs, der eine gute Haftung garantiert, kann die Auftragsmenge bzw. Schichtdicke des Klebstoffs in Abhängigkeit von dem verwendeten Substrat, insbesondere von dessen Saugfähigkeit, variiert werden, um das Applikationsergebnis weiter zu optimieren.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn durch den Tintenstrahldruckkopf Klebstofftropfen mit einer Frequenz von 6 kHz bis 110 kHz bereitgestellt werden. Bei üblichen Fördergeschwindigkeiten der zu bedruckenden Folie von 10 m/min. bis 30 m/min. kann so in Förderrichtung die gewünschte Auflösung von 360 dpi bis 1200 dpi erzielt werden.
Bevorzugt werden durch den Tintenstrahldruckkopf Klebstofftropfen mit einem Volumen von 2 pl bis 50 pl mit einer Toleranz von nicht mehr als ±6% bereitgestellt. Damit wird bei den beschriebenen Auftragsauflösungen und Auftragsgeschwindigkeiten die notwendige Klebstoffmenge gleichmäßig auf die Übertragungslage aufgebracht.
Dabei ist es bevorzugt, wenn durch den Tintenstrahldruckkopf Klebstofftropfen mit einer Fluggeschwindigkeit von 5 m/s bis 10 m/s mit einer Toleranz von nicht mehr als ±15% bereitgestellt werden. Hierdurch wird die Ablenkung der Klebstofftropfen insbesondere durch Zugluft während des Transfers vom Druckkopf zur Übertragungslage minimiert, so dass die Klebstofftropfen in der gewünschten definierten Anordnung auf der Übertragungslage landen.
Weiter ist es zweckmäßig, wenn der Klebstoff mit einer Auftragstemperatur von 40°C bis 45°C und/oder einer Viskosität von 5 mPas bis 20 mPas, bevorzugt von 7 mPas bis 15 mPas auf die Übertragungslage aufgetragen wird. Die Temperaturkontrolle des Druckkopfes stellt dabei sicher, dass der Klebstoff die gewünschte Viskosität besitzt. Von der Viskosität hängt wiederum die Pixelgröße und Pixelform des auf die Übertragungslage aufgebrachten Klebstoffs ab, wobei bei den angegebenen Werten eine optimale Verdruckbarkeit des Klebstoffs gewährleistet ist.
Sobald der Klebstoff den Druckkopf verlässt und in Kontakt mit Umgebungsluft bzw. der Übertragungslage kommt, kommt es dabei zu einer Abkühlung, durch die die Viskosität des Klebstoffs erhöht wird. Dies wirkt einem Verlaufen oder Spreiten der übertragenen Klebstofftropfen entgegen.
Es ist weiter vorteilhaft, wenn ein Abstand zwischen Tintenstrahldruckkopf und Substrat beim Aufbringen des Klebstoffs 1 mm nicht überschreitet.
Auch hierdurch wird die Beeinflussung des Klebstoffs durch Zugluft reduziert.
Vorzugsweise beträgt dabei eine Relativgeschwindigkeit zwischen Tintenstrahldruckkopf und Übertragungslage beim Aufbringen des Klebstoffs 10 m/min bis 30 m/min.
Bei diesen Geschwindigkeiten wird insbesondere in Kombination mit den oben angegebenen Parametern die gewünschte Auflösung des auf die Übertragungslage gedruckten Klebstoffs erzielt.

Bevorzugt wird hierbei ein Klebstoff der folgenden Zusammensetzung verwendet (Prozentangaben bedeuten Volumen-Prozent):

2-Phenoxyethylacrylat	10% bis 60%, bevorzugt 25% bis 50%;
4-(1-Oxo-2-propenyl)-Morpholin	5% bis 40%, bevorzugt 10% bis 25%;
Exo-1,7,7-trimethylbicyclo[2.2.1]-
hept-2-ylacrylat	10% bis 40 %, bevorzugt 20% bis 25%;
2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenyl-
phosphinoxid	5% bis 35%, bevorzugt 10% bis 25%;
Dipropylenglykoldiacrylat	1% bis 20%, bevorzugt 3% bis 10%;
Urethanacrylat oligomer	1% bis 20%, bevorzugt 1% bis 10%.

Eine solche Formulierung garantiert die erwünschten Eigenschaften, insbesondere die rasche Aushärtung und eine Viskosität, welche eine gute Verdruckbarkeit bei gleichzeitig stabilem und scharfem Auftrag ermöglicht.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn ein Klebstoff mit einer Dichte von 1 g/ml bis 1,5 g/ml, bevorzugt von 1,0 g/ml bis 1,1 g/ml verwendet wird.
Bevorzugt erfolgt das Vorhärten des Klebstoffs 0,02 s bis 0,025 s nach dem Aufbringen des Klebstoffs. Hierdurch wird der Klebstoff sehr schnell nach dem Druck durch die Vorhärtung auf der Übertragungslage fixiert, so dass ein Verlaufen oder Spreiten der Klebstofftropfen weitgehend vermieden wird und die hohe Druckauflösung möglichst gut erhalten bleibt.
Es ist dabei zweckmäßig, wenn das Vorhärten des Klebstoffs mit UV-Licht erfolgt, dessen Energie zu mindestens 90% im Wellenlängenbereich zwischen 380 nm und 420 nm abgestrahlt wird. Bei diesen Wellenlängen wird insbesondere bei den oben geschilderten Klebstoffformulierungen die radikalische Aushärtung zuverlässig in Gang gesetzt.
Es ist weiter vorteilhaft, wenn das Vorhärten des Klebstoffs mit einer Brutto-Bestrahlungsstärke von 2 W/cm² bis 5 W/cm² und/oder einer Netto-Bestrahlungsstärke von 0,7 W/cm² bis 2 W/cm² und/oder einem Energieeintrag in den Klebstoff von 8 mJ/cm² bis 112 mJ/cm² erfolgt. Hierdurch wird erreicht, dass der Klebstoff die gewünschte Viskositätserhöhung durchmacht, dabei allerdings nicht vollständig ausgehärtet wird, so dass beim Applizieren der Übertragungslage auf das Substrat die notwendige Haftwirkung des Klebstoffs erhalten bleibt.
Bevorzugt erfolgt dabei das Vorhärten des Klebstoffs mit einer Belichtungszeit von 0,02 s bis 0,056 s. Bei den erwähnten Transportgeschwindigkeiten des Substrats und den angegebenen Bestrahlungsstärken wird so der notwendige Energieeintrag für die Vorhärtung sichergestellt.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn sich beim Vorhärten des Klebstoffs dessen Viskosität auf 50 mPas bis 200 mPas erhöht. Durch eine solche Viskositätserhöhung wird garantiert, dass die Klebstofftropfen beim Applizieren der Übertragungslage auf das Substrat nicht verquetscht werden, so dass die Übertragungslage im Wesentlichen mit der beim Drucken des Klebstoffs erzielten Auflösung auf das Substrat übertragen werden kann.
Das Aufbringen des zumindest einen mit Klebstoff versehenen Teilbereichs der Übertragungslage auf das Substrat erfolgt dabei bevorzugt zwischen einer Presswalze und einer Gegendruckwalze.
Hierdurch wird eine über die ganze Breite des Substrats konstante Linienpressung und damit eine gleichmäßige und hochqualitative Applikation der Übertragungslage erreicht.
Es ist dabei zweckmäßig, wenn das Aufbringen des zumindest einen mit Klebstoff versehenen Teilbereichs der Übertragungslage auf das Substrat mit einem Anpressdruck von 10 N bis 80 N erfolgt. Innerhalb dieses Bereichs kann der Anpressdruck variiert werden, um das Verfahren an die Substratbeschaffenheit anzupassen und Beschädigungen oder Verformungen des Substrats zu verhindern.
Vorteilhafterweise erfolgt das Aufbringen des zumindest einen mit Klebstoff versehenen Teilbereichs der Übertragungslage auf das Substrat 0,2 s bis 1,7 s nach dem Vorhärten des Klebstoffs. In diesem Zeitraum kann die Vorhärtereaktion voranschreiten, ohne dass eine übermäßige Härtung des Klebstoffs erfolgt, welche die Haftung beeinträchtigen könnte.
Es ist weiter bevorzugt, wenn das Substrat vor dem Aufbringen des zumindest einen mit Klebstoff versehenen Teilbereichs der Übertragungslage vorbehandelt wird, insbesondere durch eine Koronabehandlung, eine Plasmabehandlung, durch Beflammen oder durch eine Beschichtung mit einer Lackschicht, insbesondere einer Farblackschicht und/oder einer Primerschicht. Hierdurch kann auch bei für sich genommen schlecht haftfähigen Substraten die Klebstoffhaftung verbessert werden, so dass auch bei solchen Substraten eine zuverlässige und randscharfe Applikation der Übertragungslage möglich wird.
Das Aushärten des Klebstoffs 0,2 s bis 1,7 s erfolgt dabei bevorzugt nach dem Aufbringen der Übertragungslage auf das Substrat. Bei den üblichen Transportgeschwindigkeiten von Substrat und Folie wird so ein hinreichender räumlicher Abstand zwischen der Walzenanordnung und der Aushärtestation sichergestellt.
Es ist dabei zweckmäßig, wenn das Aushärten des Klebstoffs mit UV-Licht erfolgt, dessen Energie zu mindestens 90% im Wellenlängenbereich zwischen 380 nm und 420 nm abgestrahlt wird. Bei diesen Wellenlängen wird insbesondere bei den oben geschilderten Klebstoffformulierungen die radikalische Aushärtung zuverlässig in Gang gesetzt.
Ferner ist es bevorzugt, wenn das Aushärten des Klebstoffs mit einer Brutto-Bestrahlungsstärke von 12 W/cm² bis 20 W/cm² und/oder einer Netto-Bestrahlungsstärke von 4,8 W/cm² bis 8 W/cm² und/oder einem Energieeintrag in den Klebstoff von 200 mJ/cm² bis 900 mJ/cm², bevorzugt von 200 mJ/cm² bis 400 mJ/cm²erfolgt. Bei einem derartigen Energieeintrag wird eine zuverlässige Durchhärtung des Klebstoffs erreicht, so dass nach dem Aushärteschritt die Trägerlage der Folie abgezogen werden kann, ohne dass die applizierte Übertragungslage beschädigt wird.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Aushärten des Klebstoffs mit einer Belichtungszeit von 0,04 s bis 0,112 s erfolgt. Bei den angegebenen Brutto-Bestrahlungsstärken und den üblichen Transportgeschwindigkeiten wird so der notwendige Nettoenergieeintrag für die Durchhärtung des Klebstoffs sichergestellt.
Es ist ferner bevorzugt, wenn das Ablösen der Trägerlage 0,2 s bis 1,7 s nach dem Aushärten des Klebstoffs erfolgt. Bei den üblichen Transportgeschwindigkeiten von Substrat und Folie wird so ein hinreichender räumlicher Abstand zwischen der Aushärtestation und der Ablösestation sichergestellt.
Bevorzugt wird eine Folie verwendet, die eine Trägerlage aus Polyester, Polyolefin, Polyvinyl, Polyimid, ABS, PET, PC, PP, PE, PVC oder PS mit einer Schichtdicke von 5 µm bis 50 µm, bevorzugt von 7 µm bis 23 µm aufweist. Die Trägerlage schützt und stabilisiert die Übertragungslage während der Herstellung, Lagerung und Verarbeitung der Folie. Soll beim Vor- oder Durchhärten des Klebstoffs von Seite der Trägerlage aus mit UV-Licht belichtet werden, so ist die Materialauswahl nach der entsprechenden Transparenz der Trägerlage im Belichtungswellenlängenbereich zu richten.
Es ist weiter zweckmäßig, wenn eine Folie verwendet wird, deren Übertragungslage eine Ablöseschicht aus Acrylat-Copolymer, insbesondere aus einem wässrigen Polyurethan-Copolymer, und bevorzugt frei von Wachs und/oder frei von Silikon, mit einer Schichtdicke von 0,01 µm bis 2 µm, bevorzugt von 0,1 µm bis 0,5 µm aufweist, welche auf einer Oberfläche der Trägerlage angeordnet ist. Die Ablöseschicht ermöglicht ein einfaches und beschädigungsfreies Ablösen der Trägerlage von der Übertragungslage nach deren Applikation auf das Substrat.
Weiter ist es bevorzugt, wenn eine Folie verwendet wird, deren Übertragungslage eine Lackschicht aus Nitrocellulose, Polyacrylat und Polyurethan-Copolymer mit einer Schichtdicke von 0,1 µm bis 5 µm, bevorzugt von 1 µm bis 2 µm aufweist, welche auf einer der Trägerlage abgewandten Oberfläche der Ablöseschicht angeordnet ist. Die Lackschicht kann dabei transparent, transluzent oder transparent eingefärbt, transluzent eingefärbt oder opak eingefärbt sein.
Ferner wird bevorzugt eine Folie verwendet, deren Übertragungslage eine Metallschicht aus Aluminium und/oder Chrom und/oder Silber und/oder Gold und/oder Kupfer mit einer Schichtdicke von 10 nm bis 200 nm, bevorzugt von 10 nm bis 50 nm aufweist, welche auf einer der Trägerlage abgewandten Oberfläche der Lackschicht angeordnet ist.
Alternativ oder zusätzlich zu der Metallschicht kann auch eine Schicht aus einem HRI-Material (HRI = High Refractive Index) vorgesehen sein. HRI-Materialien sind beispielsweise Metalloxide wie ZnS, TiO_x oder auch Lacke mit entsprechenden Nanopartikeln.
Sowohl die Lackschicht als auch die Metallschicht erzeugen den gewünschten dekorativen Effekt der Übertragungslage nach deren Übertragung auf das Substrat. Durch die Kombination von verschiedenen Lackfarben und Metallen können dabei besonders ansprechende Designs verwirklicht werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Folie verwendet wird, deren Übertragungslage eine Grundierungsschicht aus Polyacrylaten und/oder Vinylacetatcopolymeren mit einer Schichtdicke von 0,1 µm bis 1,5 µm, bevorzugt von 0,5 µm bis 0,8 µm aufweist, welche eine der Trägerlage abgewandte Oberfläche der Übertragungslage ausbildet. Die Grundierungsschicht kann dabei in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften bezüglich des verwendeten Klebstoffs optimiert werden, so dass weitestgehend unabhängig vom Substrat eine optimale Haftung zwischen Substrat und Übertragungslage gewährleistet ist. Ferner garantiert eine derart optimierte Grundierungsschicht, dass der aufgetragene Klebstoff in der gewünschten Auflösung weitgehend ohne Verlaufen, Spreiten oder Verquetschen auf der Übertragungslage verbleibt.
Dabei ist es insbesondere zweckmäßig, wenn die Grundierungsschicht mikroporös ist und insbesondere eine Oberflächenrauigkeit im Bereich von 100 nm bis 180 nm, insbesondere im Bereich von 120 nm bis 160 nm aufweist. Der Klebstoff kann in eine solche Schicht partiell eindringen und wird dadurch besonders gut in hoher Auflösung fixiert.
Besonders günstig hat sich erwiesen, dass eine Grundierungsschicht mit einer Pigmentierungszahl von 1,5 cm³/g bis 120 cm³/g zum Einsatz kommt, insbesondere der Bereich von 10 cm³/g bis 20 cm³/g.

Nachfolgend ist die Zusammensetzung einer Grundierungsschicht zur Berechnung angegeben (Angaben in Gramm):

4900	organisches Lösungsmittel Äthylalkohol
150	organisches Lösemittel Toluol
2400	organisches Lösemittel Aceton
600	organisches Lösemittel Benzin 80/110
150	Wasser
120	Bindemittel I: Ethyl Methacrylat Polymer
250	Bindemittel II: Vinylacetathomopolymer
500	Bindemittel III: Vinylacetat Vinyllaurat Copolymer, FK = 50 +/– 1 %
400	Bindemittel IV: Iso-Butylmethacrylat
20	Pigment multifunktionales Siliziumoxid, mittlere Teilchengröße 3 µm
5	Füllstoff mikronisiertes Amidwachs, Teilchengröße 3 µm bis 8 µm

Dabei gilt für die Pigmentierungszahl für diese Klebeschicht:
Mit:

mp: = 20 g multifunktionales Siliziumoxid
f: = ÖZ/d = 300 / 0,4 g/cm³ = 750 cm³/g für multifunktionales Siliziumoxid
m_BM: = 120 g Bindemittel I + 250 g Bindemittel II + (0,5 × 500 g) Bindemittel III + 400 g Bindemittel IV = 1020 g
m_A: = 0 g

Auf diese Weise lassen sich ausgehend von einer für gut befundenen Zusammensetzung der Grundierungsschicht schnell und unkompliziert dazu abweichende weitere mögliche Pigmentierungen errechnen.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Grundierungsschicht eine Oberflächenspannung von 38 mN/m bis 46 mN/m, bevorzugt von 41 mN/m bis 43 mN/m aufweist. Solche Oberflächenspannungen erlauben es, dass Klebstofftropfen, insbesondere von Klebstoffsystemen wie oben beschrieben, mit definierter Geometrie auf der Oberfläche haften ohne zu verlaufen.
Bevorzugt wird ferner vor und/oder nach dem Applizieren der Übertragungslage eine Druckschicht mittels eines weiteren Tintenstrahldruckkopfes auf das Substrat und/oder die Übertragungslage aufgebracht. Hierdurch können zusätzliche Designs bereitgestellt werden, die die Übertragungslage überlappen bzw. von dieser überlappt werden.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die erste UV-Lichtquelle eine LED-Lichtquelle ist. Mit LED-Lichtquellen kann nahezu monochromatisches Licht bereitgestellt werden, so dass sichergestellt ist, dass im zum Härten des Klebstoffs notwendigen Wellenlängenbereich die geforderte Strahlungsintensität zur Verfügung steht. Dies kann mit konventionellen Quecksilber-Mitteldruckdampflampen in der Regel nicht erreicht werden.
Weiter ist es bevorzugt, wenn die erste UV-Lichtquelle in Förderrichtung der Folie eine Fensterbreite von 10 mm bis 30 mm aufweist. Hierdurch wird eine flächige Bestrahlung des aufgetragenen Klebstoffs ermöglicht.
Zweckmäßigerweise ist die erste UV-Lichtquelle in Förderrichtung der Folie 1 cm bis 4 cm stromabwärts des Tintenstrahldruckkopfes angeordnet. Bei den üblichen Transportgeschwindigkeiten der Folie kann so die oben erwähnte Zeit zwischen Klebstoffauftrag und Vorhärtung eingehalten werden.
Es ist weiter vorteilhaft, wenn die Walzenanordnung eine Presswalze und ein mechanisches Gegenlager, insbesondere eine Gegendruckwalze oder auch ein flaches oder leicht konkav gewölbtes Gegenlager umfasst.
Insbesondere weist die Presswalze und/oder die Gegendruckwalze dabei einen Durchmesser von 1 cm bis 3 cm auf.
Weiter ist es bevorzugt, wenn die Presswalze aus einem Kunststoff oder Gummi mit einer Härte von 70 Shore-A bis 90 Shore-A ausgebildet ist.
Die Gegendruckwalze oder das Gegenlager ist vorzugsweise aus einem Material ausgebildet, das einen Härtegrad im Bereich von 60° Shore A bis 95° Shore A, vorzugsweise im Bereich von 80° Shore A bis 95° Shore A und/oder einen Härtegrad im Bereich von 450 HV 10 (HV = Vickershärte) bis 520 HV 10, vorzugsweise im Bereich von 465 HV 10 bis 500 HV 10 aufweist. Beispielsweise ist dieses Material Kunststoff oder Silikon oder aber ein Metall wie Aluminium oder Stahl.
Die Materialparameter und die spezifische Geometrie der Walzenanordnung können dabei im Rahmen der angegebenen Bereiche in Abhängigkeit von den Eigenschaften des zu verarbeitenden Substrats und der zu verarbeitenden Folie angepasst werden, um einerseits eine optimale Haftung zwischen Übertragungslage und Substrat zu gewährleisten und andererseits ein Verquetschen des Klebstoffs und/oder eine Beschädigung der Übertragungslage oder des Substrats zu vermeiden.
Bevorzugt ist dabei die Walzenanordnung in einem Abstand von 10 cm bis 30 cm von der ersten UV-Lichtquelle angeordnet ist.
Bei den üblichen Transportgeschwindigkeiten von Folie und Substrat wird so die bereits oben erläuterte Vortrocknungszeit zwischen Belichtung des Klebstoffs und Applikation der Folie sichergestellt.
Ferner ist es bevorzugt, wenn die zweite UV-Lichtquelle eine LED-Lichtquelle ist. Mit LED-Lichtquellen kann nahezu monochromatisches Licht bereitgestellt werden, so dass sichergestellt ist, dass im zum Härten des Klebstoffs notwendigen Wellenlängenbereich die geforderte Strahlungsintensität zur Verfügung steht. Dies kann mit konventionellen Quecksilber-Mitteldruckdampflampen in der Regel nicht oder nur unter deutlich größerer Energieaufwendung erreicht werden.
Vorteilhafterweise weist dabei die zweite UV-Lichtquelle in Förderrichtung der Folie eine Fensterbreite von 20 mm bis 40 mm auf. Hierdurch wird eine flächige Bestrahlung des Klebstoffs sichergestellt.
Bevorzugt ist die zweite UV-Lichtquelle in Förderrichtung der Folie 10 cm bis 30 cm stromabwärts der Walzenanordnung angeordnet. Auf diese Weise wird ein hinreichender räumlicher Abstand zwischen der Walzenanordnung und der Aushärtestation sichergestellt.
Es ist ferner zweckmäßig, wenn die Abzieheinheit eine Walze mit einem Durchmesser von 0,5 cm bis 2 cm aufweist, über welche die Trägerlage abziehbar ist.
Bevorzugt ist die Abzieheinheit in Förderrichtung der Folie 10 cm bis 30 cm stromabwärts der zweiten UV-Lichtquelle angeordnet.
Bei den üblichen Transportgeschwindigkeiten von Folie und Substrat wird so die bereits oben erläuterte Trocknungszeit zwischen Applikation der Folie und Ablösung der Trägerlage sichergestellt, so dass die Trägerlage beschädigungsfrei gelöst werden kann.
Weiter ist es bevorzugt, wenn die Druckvorrichtung eine Auflagefläche zum Fixieren eines bogenförmigen Substrats aufweist. In dieser Ausführungsform handelt es sich bei der Druckvorrichtung also um einen großformatigen Flachbettdrucker. Alternativ kann die Auflagefläche auf für ein bandförmiges Substrat ausgebildet sein, um als Druckvorrichtung eine mittels Rolle-zu-Rolle arbeitende Druckmaschine vorzusehen.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Tintenstrahldruckkopf und/oder die Applikationsvorrichtung an einem jeweiligen Schlitten angeordnet sind, welcher in zwei orthogonalen Richtungen relativ zu dem zu bedruckenden Substrat beweglich ist. Auf diese Weise können alle Stellen des bogenförmigen Substrats von Tintenstrahldruckkopf und der Applikationsvorrichtung erreicht werden, ohne dass das Substrat selbst bewegt werden muss.
Alternativ hierzu kann die Druckvorrichtung eine Fördervorrichtung zum relativen Bewegen eines bogenförmigen Substrats oder eines Endlossubstrats relativ zu dem Tintenstrahldruckkopf und der Applikationsvorrichtung aufweisen.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn der Tintenstrahldruckkopf und/oder die Applikationsvorrichtung an einem jeweiligen Schlitten angeordnet sind, welcher orthogonal zu einer Förderrichtung des zu bedruckenden Substrats beweglich ist. Diese Ausführungsform ermöglicht eine mechanisch einfachere Konstruktion der Führung von Tintenstrahldruckkopf und Applikationsvorrichtung, da ein Bewegungsfreiheitsgrad durch die Bewegung des Substrats bereitgestellt wird.
Es ist dabei zweckmäßig, wenn die Fördervorrichtung als ein zwei Walzen umlaufendes Stahlband ausgebildet ist. Ein solches Stahlband besitzt die notwendige Festigkeit um als Gegendruckplatte bei der Applikation der Folie wirken zu können.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 Eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Applikationsvorrichtung zum Applizieren einer Übertragungslage einer Folie auf ein Substrat;
2 Eine schematische Darstellung eines Flachbettdruckers nach dem Stand der Technik;
3 Eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Flachbettdruckers mit einer Applikationsvorrichtung nach 1;
4 Eine schematische Darstellung eines Großformatdruckers zur Verarbeitung von Endlossubstraten nach dem Stand der Technik;
5 Eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Großformatdruckers zur Verarbeitung von Endlossubstraten mit einer Applikationsvorrichtung nach 1;
6 Eine schematische Schnittdarstellung durch das Ausführungsbeispiel eines Großformatdruckers nach 5;
7 Eine schematische Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel einer Folie nach deren Applikation auf ein Substrat;
8 Eine schematische Darstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels einer Applikationsvorrichtung zum Applizieren einer Übertragungslage einer Folie auf ein Substrat;
Eine Applikationsvorrichtung 1 zum Applizieren einer Übertragungslage 21 einer Folie 2 auf ein Substrat 4 umfasst eine Vorratsrolle 11, auf der die Folie 2 bereitgestellt wird.
Über Führungsrollen 12 wird die Folie 2 einem Tintenstrahldruckkopf 13 zugeführt, mittels welchem Klebstofftropfen 3 auf die Übertragungslage 21 aufgebracht werden.
Die Klebstofftropfen 3 werden anschließend mittels einer ersten UV-Lichtquelle 14 vorgehärtet. Die Folie 2 wird dann über eine Umlenkrolle 15 einer Presswalze 16 zugeführt, mittels welcher die klebstoffbeschichtete Seite der Übertragungslage 21 auf ein Substrat 4 aufgepresst wird. Der Gegendruck kann dabei durch eine Gegendruckwalze oder auch durch eine flache, feste Unterlage bereitgestellt werden, was hier nicht explizit gezeigt ist
Nach der Applikation der Folie 2 auf das Substrat 4 werden Folie 2 und Substrat 4 einer zweiten UV-Lichtquelle 17 zugeführt, durch die der Klebstoff fertig ausgehärtet wird.
Über eine weitere Walze 18 und/oder über eine, hier nicht näher gezeigte Ablösekante wird schließlich eine Trägerlage 22 der Folie 2 abgezogen und auf einer Rolle 19 aufgewickelt. Wo das Substrat 4 mit den Klebstofftropfen 3 versehen wurde, verbleibt die Übertragungslage 21 auf dem Substrat 4. Die vorgenannte Ablösekante kann so ausgeführt sein, dass ein balkenförmiger Hohlkörper ausgebildet ist, an dem eine Zuführung für ein Druckgas angeordnet ist, und dass mindestens eine Längskante des Ablöseelements als eine perforierten Ablösekante mit Ausströmöffnungen für das Druckgas zur Ausbildung eines Gaspolsters zwischen der Trägerlage und der Ablösekante ausgebildet ist. Der Ablösewinkel ist dabei abhängig von dem Durchmesser der Walze 18 oder im Falle der Ablösekante von der Ausrichtung der Ablösekante.
Mittels der Applikationsvorrichtung 1 wird also ein Klebstoff 3 per Tintenstrahldruck auf eine Grundierungsschicht der Folie 2 übertragen und vorgehärtet, welche dann unter Druck mit der Presswalze 16 auf das Substrat 4 angedrückt wird. Die Folie 2 mit dem Klebstoff 3 liegt nun auf dem Substrat an.
Im nächsten Schritt wird durch starkes UV-Licht der Klebstoff 3 zwischen Folie 2 und Substrat 4 durchgehärtet. Der Klebstoff 3 erhärtet unter UV-Licht. Nach dem Härten kann die Trägerlage 22 vom Substrat 4 abgezogen werden. Somit wurde die Übertragungslage 21 auf das Substrat appliziert.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Applikationsvorrichtung 1 ist in 8 gezeigt. Hier wird der Gegendruck für die Presswalze 16 nicht durch eine flache Unterlage, sondern durch eine Gegendruckwalze 16’ bereitgestellt.
Die Folie 2 wird dabei zunächst an dem Tintenstrahldruckkopf 13 vorbeigeführt und wie beschrieben mit Klebstoff 3 beschichtet. Nach dem Umlenken der Folienbahn über eine Umlenkrolle 15 erfolgt die Vorhärtung des Klebstoffs 3 durch die erste UV-Lichtquelle 14.
Die Folie 2 mit dem vorgehärteten Klebstoff wird nun zwischen die Presswalze 16 und die Gegendruckwalze 16’ geführt, wo sie mit dem Substrat zusammengeführt und auf die beschriebene Weise auf dieses appliziert wird.
Anschließend erfolgt analog zu 1 die Aushärtung durch die zweite UV-Lichtquelle 17 und das Ablösen der Trägerlage über die Walze 18. Das beschichtete Substrat 4 wird über eine weitere Umlenkrolle 15 abgeführt und kann direkt weiterverarbeitet oder auf einer nicht gezeigten Rolle gelagert werden.
Die Folie besteht bevorzugt aus zumindest fünf Schichten: Trägerlage 22, Ablöseschicht 23, Lackschicht 24, Metallschicht 25 und Grundierung 26 (Haftschicht).
Eine schematische Querschnittsdarstellung der Folie 2 nach ihrer Applikation auf das Substrat 4, jedoch vor dem Ablösen der Trägerlage ist in 7 gezeigt.
Die Trägerlage 22 besteht bevorzugt aus Polyester, Polyolefin, Polyvinyl, Polyimid, ABS, PET, PC, PP, PE, PVC oder PS mit einer Schichtdicke von 5 µm bis 50 µm, bevorzugt von 7 µm bis 23 µm. Die Trägerlage 22 schützt und stabilisiert die Übertragungslage 21 während der Herstellung, Lagerung und Verarbeitung der Folie. Soll beim Vor- oder Durchhärten des Klebstoffs von Seite der Trägerlage 22 aus mit UV-Licht belichtet werden, so ist die Materialauswahl nach der entsprechenden Transparenz der Trägerlage im Belichtungswellenlängenbereich zu richten.
Die Ablöseschicht 23 ist vorzugsweise aus Acrylat-Copolymer, insbesondere aus einem wässrigen Polyurethan-Copolymer, und bevorzugt frei von Wachs und/oder frei von Silikon, mit einer Schichtdicke von 0,01 µm bis 2 µm, bevorzugt von 0,1 µm bis 0,5 µm ausgebildet, und auf einer Oberfläche der Trägerlage 22 angeordnet.
Die Ablöseschicht 23 ermöglicht ein einfaches und beschädigungsfreies Ablösen der Trägerlage 22 von der Übertragungslage 21 nach deren Applikation auf das Substrat.
Die Lackschicht 24 besteht bevorzugt aus Nitrocellulose, Polyacrylat und Polyurethan-Copolymer mit einer Schichtdicke von 0,1 µm bis 5 µm, bevorzugt von 1 µm bis 2 µm, und ist auf einer der Trägerlage 22 abgewandten Oberfläche der Ablöseschicht 23 angeordnet.
Vorzugsweise ist die Metallschicht 25 aus Aluminium und/oder Chrom und/oder Silber und/oder Gold und/oder Kupfer mit einer Schichtdicke von 10 nm bis 200 nm, bevorzugt von 10 nm bis 50 nm ausgebildet, und auf einer der Trägerlage 22 abgewandten Oberfläche der Lackschicht 24 angeordnet.
Sowohl die Lackschicht 24 als auch die Metallschicht 25 erzeugen den gewünschten dekorativen Effekt der Übertragungslage 21 nach deren Übertragung auf das Substrat 4. Durch die Kombination von verschiedenen Lackfarben und Metallen können dabei besonders ansprechende Designs verwirklicht werden.
Die Grundierungsschicht 26 ist vorzugsweise aus Polyacrylaten und/oder Vinylacetatcopolymeren mit einer Schichtdicke von 0,1 µm bis 1,5 µm, bevorzugt von 0,5 µm bis 0,8 µm ausgebildet, und bildet eine der Trägerlage 22 abgewandte Oberfläche der Übertragungslage 21 aus.
Durch Tintenstrahldruck auf die Grundierungsschicht 26 der Folie 2 wird ein Verlaufen des Klebstoffs weitgehend verringert. Die Grundierungsschicht 26 der Folie 2 ist im Vergleich zu Substratoberflächen geringfügig mikroporös oder rau, was für schärfere und definierte Klebstoffpixel auf der Folie und später auf dem Substrat sorgt.
Die Oberflächeneigenschaften der Folie 2, insbesondere ihre Mikroporösität oder ihre Oberflächenrauigkeit oder auch die Oberflächenenergie können durch die geeignete Wahl der Grundierungsschicht 26 bzw. deren Zusammensetzung und/oder Applikationsart definiert eingestellt werden. Dies ist auf dem Substrat 4 nicht ohne weiteres möglich, da das Substrat 4 und damit dessen jeweils spezifischen Eigenschaften in der Praxis vorgegeben ist und nicht weiter modifiziert werden kann.
Um die Applikationsqualität, den Glanz der applizierten Übertragungslage 21 der Folie 2 und die Haftung weiter zu erhöhen, wird nach dem Druck des Klebstoffs 3 auf die Grundierungsschicht und vor dem Andrücken der Folie 2 auf das Substrat 4 durch die Presswalze 16 eine Teilhärtung des Klebstoffs 3 durchgeführt.
Die resultierende Viskositätsänderung des Klebstoffs 3 auf der Grundierungsschicht bietet neben den eben genannten Vorteilen auch eine Vergrößerung des verwendbaren Substratspektrums. Durch die Viskositätsänderung bildet sich eine „zähe“ Klebstoffschicht auf der Grundierungsschicht, auf der nach der Applikation und Durchhärtung die metallisierte Lackschicht der Übertragungslage 21 wie ein Spiegel haftet. Dies bietet vor allem auf rauen Naturpapieren als Substrat 4 eine Verbesserung der Folienapplikation. Auch bei allen anderen Substraten 4 werden die Qualität und die Haltbarkeit der Folienapplikation erhöht.
Der Tintenstrahldruckkopf 13 ist bevorzugt als Piezo-Drop-on-Demand-Druckkopf ausgebildet. Der Druckkopf 13 muss für hochqualitative Ergebnisse über eine bestimmte physikalische Auflösung, Tropfengröße und Düsenabstand verfügen.
Die Düsen können dabei in einer oder mehreren Reihen angeordnet sein. Die physikalische Auflösung sollte 300 npi bis 1200 npi (Nozzles per Inch, Düsen pro Zoll) betragen. Ein geringer Düsenabstand quer zur Druckrichtung sorgt dafür, dass die gedruckten Pixel ebenfalls quer zur Druckrichtung nah beieinander liegen oder je nach Klebstoffmenge überlappen. In der Regel entsprechen die npi den dpi (dots per inch, Punkte pro Zoll) auf der bedruckten Folie.
Der Düsenabstand sollte bevorzugt 50 µm bis 150 µm betragen, bei einem bevorzugten Düsendurchmesser von 15 µm bis 25 µm mit jeweils einer Toleranz von ±5 µm, damit konstante Ergebnisse erzeugt werden.
Bei Einsatz der Graustufentechnik, können mehrere Graustufen auf demselben Pixel erzeugt werden. Die Graustufen werden in der Regel durch Abfeuern mehrerer gleichgroßer Tropfen auf einen gedruckten Pixel erzeugt. Analog zu den Graustufen beim Verdrucken von Druckfarben verhält sich die Klebstoffmenge auf der Folie 2.
Die Klebstoffmenge muss dabei je nach Saugfähigkeit der Grundierungsschicht variiert werden. Die Klebstoffmenge auf der Folie sollte bevorzugt 1,2 g/m² bis 12,6 g/m² betragen, um eine vollständige Folienapplikation auf jedem Substrat 4 zu gewährleisten. Die Schichtdicken des aufgetragenen Klebstoffs betragen dann 1,205 µm bis 12,655 µm.
Für eine optimale Benetzung der Grundierungsschicht der Folie 2 mit Klebstoff 3 sollte diese Schicht eine Oberflächenspannung von 38 mN/m bis 46 mN/m aufweisen, insbesondere der Bereich von 41 mN/m bis 43 mN/m sorgt für eine optimale Farbannahme.
Um eine hohe Auflösung in Druckrichtung zu gewährleisten, muss der Piezo-Aktuator des Tintenstrahldruckkopfes 13 die Klebstofftropfen 3 mit einer Frequenz von 6 kHz bis 110 kHz abfeuern, was für Bedruckstoffgeschwindigkeiten (also Fördergeschwindigkeiten von Folie 2 und Substrat 4) von 10 m/min bis 30 m/min eine Auflösung auf der Folie 2 von 360 dpi bis 1200 dpi erzeugt.
Der Druck innerhalb der Düsenkammer des Tintenstrahldruckkopfes beträgt zum Zeitpunkt der Tropfenabgabe bevorzugt 1 bar bis 1,5 bar und darf nicht überschritten werden, um den Piezo-Aktuator nicht zu beschädigen. In der restlichen Zeit herrscht an den Düsenöffnungen ein leichter Unterdruck von etwa –5 bis –25 mbar, um ein ungewolltes Austreten von Tinte zu verhindern.
Der Abstand der Düsenplatte des Tintenstrahldruckkopfs 13 zur Folie 2 darf 1 mm nicht überschreiten, um die Ablenkung der feinen Klebstofftropfen 3 durch Zugluft zu minimieren.
Das Tropfenvolumen sollte bevorzugt 2 pl bis 50 pl betragen, die Toleranz beträgt ±6 % des Tropfenvolumens. Damit werden bei einer gegebenen Auflösung die nötige und eine gleichmäßige Klebstoffmenge auf der Folie 2 erreicht.
Die Tropfengeschwindigkeit sollte im Flug bevorzugt 5 m/s bis 10 m/s ±15 % betragen, damit alle Klebstofftropfen 3 auf der Folie 2 sehr genau nebeneinander landen. Weicht die Tropfengeschwindigkeit der einzelnen Tropfen voneinander zu stark ab, wird dies durch ein unruhiges Druckbild sichtbar.
Die resultierende Pixelgröße ist von der Viskosität des Klebstoffs 3 abhängig. Für eine optimale Verdruckbarkeit des Klebstoffs 3, sollte dessen Viskosität vorzugsweise 5 mPas bis 20 mPas betragen, besonders bevorzugt 10 mPas bis 15 mPas.
Um eine gleichbleibende Viskosität des Klebstoffs 3 zu gewährleisten, muss der Tintenstrahldruckkopf 13 oder das Klebstoffversorgungssystem beheizt sein. Für die genannte Viskosität muss die Klebstofftemperatur im Betrieb 40 °C bis 45 °C betragen.
Durch den Tropfenflug und das Auftreffen auf die Folie 2 erhöht sich durch Abkühlen die Viskosität der Klebstofftropfen 3, vermutlich auf 20 mPas bis 50 mPas. Eine solche Erhöhung der Viskosität wirkt einem Verlaufen oder Spreiten des Klebstoffs 3 auf der Grundierungsschicht der Folie 2 entgegen.
Der bevorzugt eingesetzte Klebstoff 3 ist eine UV-härtende Tinte für den Einsatz in Piezo-Drop-on-Demand-Inkjetdruckköpfen, die insbesondere transparent oder transluzent oder auch transparent oder transluzent oder opake eingefärbt sein kann, beispielsweise grau oder schwarz eingefärbt ist. Durch einen Energieeintrag in Form von UV-Licht wird in einem solchen Klebstoff 3 (oder auch Lack, Adhäsiv) eine radikalische Kettenreaktion ausgelöst. Dabei verbinden sich Polymere und Monomere zu einem festen Netz aus Molekülen. Der Klebstoff 3 wird hart oder trocken. Durch UV-Licht in einem Wellenlängenbereich von 350 nm bis 400 nm ± 10 nm wird diese Kettenreaktion ausgelöst.
Der wesentliche Unterschied zwischen dem kationisch härtenden Klebstoff aus dem Stand der Technik im Vergleich zu solchen radikalisch-härtenden Systemen besteht darin, dass der kationische Mechanismus wesentlich langsamer abläuft, d. h. die Durchhärtung dauert länger. Für eine Folienapplikation wird jedoch ein schnell-härtendes System benötigt, da die Folie sonst nicht vollständig appliziert werden könnte.
Bei der UV-Bestrahlung kationischer Klebstoffe bildet sich zudem eine Säure, die für die Durchhärtung des Klebstoffs verantwortlich ist. Aufgrund dieses Mechanismus müssen Folien und Substrate bei der Verwendung kationisch härtender Klebstoffe zunächst auf Verträglichkeit für kationische Systeme überprüft werden, da alkalische oder basische Substanzen mancher Substratoberflächen die Durchhärtung des Klebstoffs 3 beeinflussen oder verhindern können. Zudem könnte die Säure auch nachteilig eine Metallschicht, insbesondere eine Aluminiumschicht in der Folie angreifen.

Bevorzugt wird ein transparenter Klebstoff der folgenden Zusammensetzung verwendet:

2-Phenoxyethylacrylat	10%–60%, bevorzugt 25%–50%;
4-(1-Oxo-2-propenyl)-Morpholin	5%–40%, bevorzugt 10%–25%;
Exo-1,7,7-trimethylbicyclo[2.2.1]-
hept-2-ylacrylat	10%–40 %, bevorzugt 20%–25%;
2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenyl-
phosphinoxid	5%–35%, bevorzugt 10%–25%;
Dipropylenglykoldiacrylat	1%–20%, bevorzugt 3%–10%;
Urethanacrylat oligomer	1%–20%, bevorzugt 1%–10%.

Das anschließende Teilhärten des Klebstoffs 3 mittels der ersten UV-Lichtquelle 14 (auch UV-Pinning genannt) findet räumlich und zeitlich nahezu direkt nach dem Druckvorgang auf die Folie statt. Nur so kann das definierte, scharfe Motiv auf der Grundierungsschicht fixiert werden. Die Fixierung wird durch eine Viskositätserhöhung des Klebstoffs, hervorgerufen durch eine teilweise Auslösung der radikalischen Kettenreaktion, erzeugt.
Räumlich findet die Teilhärtung bevorzugt 1 cm bis 4 cm nach dem Bedrucken in Maschinenrichtung durch die Folie hindurch statt, was einem zeitlichen Abstand in Maschinenrichtung von ca. 0,02 s bis 0,25 s entspricht.
Die erste UV-Lichtquelle 14 sollte bevorzugt eine Brutto-UV-Bestrahlungsstärke von 2 W/cm² bis 5 W/cm² leisten, um den nötigen und optimalen Energieeintrag in den Klebstoff zu bringen. 90 % des abgegebenen UV-Lichts sollte dabei vorzugsweise im Wellenlängenspektrum zwischen 380 nm und 420 nm liegen.
Diese Anforderung kann besonders gut von LED-UV-Systemen erfüllt werden, da diese Systeme nahezu monochromatisches UV-Licht abgeben und somit das abgegebene Wellenlängenspektrum deutlich enger ist als bei herkömmlichen Quecksilber-Mitteldruckdampflampen, bei denen das emittierte Spektrum einen größeren Wellenlängenbereich umfasst.
Ein Fenster der ersten UV-Lichtquelle 14, aus dem die Strahlung austritt, sollte in Maschinenrichtung vorzugsweise ca. 10 mm bis 30 mm groß sein, um eine flächige Bestrahlung des Klebstoffs 3 zu ermöglichen.
Je nach Bahn- und Foliengeschwindigkeit von 10 m/min bis 30 m/min (oder höher) und durch Absorption und Reflektion von 50% bis 60 % des UV-Lichts durch die Folie 2 wird die UV-Bestrahlungsstärke verringert. Zusätzlich verringert der Abstand der ersten UV-Lichtquelle 14 zu der Folienbahn die abgegebene Bestrahlungsleistung, beispielsweise bei 2 mm Bestrahlungsabstand um ca. 10%.
Beachtet man diese Faktoren, wird der Klebstoff 3 bei diesem Verfahren mit einer Netto-UV-Bestrahlungsstärke von ca. 0,7 W/cm² bis 2 W/cm² bestrahlt. Dies entspricht einem Netto-Energieeintrag (Dosis) bei einer bevorzugten Bestrahlungszeit zwischen 0,056 s (bei 10 m/min Bahngeschwindigkeit und einem 10 mm Bestrahlungsfenster) und 0,020 s (30 m/min; 10 mm) in den Klebstoff 3 von ca. 8 mJ/cm² bis 112 mJ/cm², was je nach benötigter Teilhärtung variiert werden kann. Diese Dosis kann zusätzlich über die Bahngeschwindigkeit angepasst werden, da sich dadurch die Bestrahlungszeit ändert.
Wie bereits beschrieben, hat sich die Viskosität der Klebstofftropfen 3 auf der Folie 2 bereits vor der Teilhärtung durch Abkühlen auf vermutlich 20 bis 50 mPas erhöht. Durch die Teilhärtung wird Viskositätsänderung weiter vorangetrieben. Nach der Teilhärtung weisen die Tropfen je nach Schichtdicke eine Viskosität von vermutlich 50 mPas bis 200 mPas auf was sie zuverlässig auf der Grundierungsschicht fixiert.
Das durch den Klebstoff 3 definierte Motiv auf der Folie 2 ist nun zwar fixiert, aber noch feucht und kann im nächsten Schritt auf das Substrat 4 gedrückt werden.
An dieser Stelle des Prozesses wird die Folie 2 mit dem noch feuchten Klebstoff 3 mit der oben erwähnten Viskosität auf das Substrat 4 angedrückt. Der Druck in Form einer Linienpressung wird durch eine Presswalze 16 auf die Folie 2 und das Substrat 4 erzeugt.
Die Presswalze 16 sollte aus einem festen Kunststoff oder Gummi mit glatter Oberfläche bestehen und bevorzugt eine Härte von 70–90 Shore-A aufweisen.
Der Gegendruck wird durch eine Gegendruckwalze, oder auch, wie in 1 gezeigt, durch eine feste, flache Unterlage bereitgestellt.
Die Gegendruckwalze oder Unterlage ist bevorzugt aus einem Material ausgebildet, das einen Härtegrad im Bereich von 60° Shore A bis 95° Shore A, vorzugsweise im Bereich von 80° Shore A bis 95° Shore A und/oder einen Härtegrad im Bereich von 450 HV 10 (HV = Vickershärte) bis 520 HV 10, vorzugsweise im Bereich von 465 HV 10 bis 500 HV 10 aufweist. Beispielsweise ist dieses Material Kunststoff oder Silikon oder aber ein Metall wie Aluminium oder Stahl.. Der Radius der Presswalze 16 und gegebenenfalls der Gegendruckwalze sollte 1 cm bis 3 cm betragen.
Räumlich erfolgt das Anpressen der Folie 2 an das Substrat 4 ca. 10 cm bis 30 cm nach der Teilhärtung in Maschinenrichtung, was einem zeitlichen Abstand von ca. 0,2 s bis 1,7 s entspricht.
Die durch die Presswalze 16 ausgeübte Linienpressung sollte bevorzugt mit einer Kraft zwischen 10 N bis 80 N erfolgen, was je nach Substratbeschaffenheit angepasst werden kann.
Die Folie 2 mit dem feuchten Klebstoff 3 kann auf verschiedene Substrate 4 appliziert werden. Bevorzugt wird die Folie 2 auf Papiersubstrate mit gestrichener und ungestrichener Oberfläche, Naturpapiere, Kunststoffe (PE, PP, PET, PS, PC, PVC), Acetatkaschierungen und Etikettenmaterialien appliziert.
Bei Kunststoffsubstraten muss eventuell eine Vorbehandlung erfolgen, um die Haftung des Klebstoffs 3 auf dem Substrat 4 zu verbessern (z.B. durch AC-Coronabhandlung, Plasmabehandlung, Beflammen oder Beschichten mit Lacken und/oder Primern). Je glatter die Substratoberfläche ist, desto besser ist dabei das Applikationsergebnis. Durch die Teilhärtung und die damit verbundene Viskositätsänderung des Klebstoffs 3 werden die Applikationsergebnisse auf rauen Substraten 4 im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren ohne Viskositätsänderung deutlich verbessert.
Nach dem Andrücken der Folie 2 auf das Substrat 4 verweilt die Folie 2 mit dem noch feuchten Klebstoff 3 auf dem Substrat 4, bis der Klebstoff 3 durchgehärtet wird und die Trägerlage 22 abgezogen wird.
Beim Durchhärten (Postcuring) des Klebstoffs 3 nach der Applikation der Folie 2 erfolgt die endgültige Fixierung des Klebstoffs 3 und damit der Folie 2 auf dem Substrat 4. Die Folie 2 liegt bei diesem Schritt sehr eng auf dem noch feuchten Klebstoff 3 auf dem Substrat 4 an und kann durch Durchhärten des Klebstoffs 3 eine feste und glatte Verbindung mit dem Substrat 4 eingehen.
Die Durchhärtung erfolgt unter der zweiten UV-Lichtquelle 17, die bevorzugt als starke LED-UV-Lampe ausgebildet ist, die eine hohe Bestrahlungsleistung liefert und für eine vollständige radikalische Kettenreaktion innerhalb des Klebstoffs 3 sorgt. Die Gründe für die Verwendung eines LED-UV-System und die Faktoren für die Bestrahlungsleistung wurden bereits anhand der Vorhärtung unter der ersten UV-Lichtquelle 14 beschrieben und sind auch für diesen Prozessschritt gültig.
Die Durchhärtung erfolgt räumlich ca. 10 cm bis 30 cm nach der Folienapplikation in Maschinenrichtung, was je nach Bahngeschwindigkeit einem zeitlichen Abstand von ca. 0,2 s bis 1,7 s nach der Applikation entspricht.
Der Abstand der zweiten UV-Lichtquelle 17 zu der Folien-Substratbahn beträgt 1 mm bis 2 mm, um eine optimale Durchhärtung zu erreichen, gleichzeitig aber physikalischen Kontakt der zweiten UV-Lichtquelle 17 zum Substrat zu vermeiden. Das Bestrahlungsfenster der zweiten UV-Lichtquelle 17 sollte in Maschinenrichtung 20 mm bis 40 mm groß sein.
Die Brutto-UV-Bestrahlungsstärke sollte bevorzugt zwischen 12 W/cm² bis 20 W/cm² liegen, damit der Klebstoff 3 bei Geschwindigkeiten 10 m/min bis 30 m/min (oder höher) und den anderen, bereits anhand der Vorhärtung diskutierten Faktoren vollständig durchgehärtet wird.
Beachtet man diese Faktoren, wird der Klebstoff 3 bei diesem Verfahren mit einer Netto-UV-Bestrahlungsstärke von vorzugsweise ca. 4,8 W/cm² bis 8,0 W/cm² bestrahlt. Dies entspricht einem Netto-Energieeintrag (Dosis) bei einer bevorzugten Bestrahlungszeit zwischen 0,112 s (bei 10 m/min Bahngeschwindigkeit und einem 20 mm Bestrahlungsfenster) und 0,040 s (30 m/min; 20 mm) in den Klebstoff 3 von ca. 537 mJ/cm² bis 896 mJ/cm², was je nach benötigter Durchhärtung variiert werden kann.
Zu beachten ist, dass diese Werte nur theoretisch möglich sind (bei 100 % Lampenleistung). Bei voller Leistung der zweiten UV-Lichtquelle 17, z.B. bei der 20 W/cm²-Version, und einer geringen Bahngeschwindigkeit, z.B. 10 m/min, erhitzt sich die Folien-Substratbahn so stark, dass sie Feuer fangen kann. Deshalb liegt der Netto-Energieeintrag vorzugsweise je nach Bahngeschwindigkeit zwischen 200 mJ/cm² und 400 mJ/cm².
Nach der Durchhärtung haftet die Folie 2 vollständig auf dem Klebstoff 3 und der Klebstoff 3 vollständig auf dem Substrat 4. Die Trägerlage 22 kann nun abgezogen werden.
Die Ablösung der Trägerlage 22 findet bevorzugt räumlich ca. 10 cm bis 30 cm nach der Durchhärtung in Maschinenrichtung statt, was einem zeitlichen Abstand von ca. 0,2–1,7 s entspricht, je nach Bahngeschwindigkeit. Die abzulösende Trägerlage 22 wird über eine Walze 18 mit einem Radius von 0,5 cm bis 2 cm geleitet und radial über die Walze 18 abgelöst. Je nach Beschaffenheit des Substrats sollte der Ablösewinkel variabel einstellbar sein. Das Substrat 4 ist nun in den Bereichen, in denen Klebstoff 3 aufgebracht wurde, veredelt, also mit der Übertragungslage 21 versehen.
Derart veredelte Substrate 4 können in einem weiteren Prozessschritt mit Digitaldruck und vermutlich auch mit herkömmlichen Druckverfahren (z.B. Offsetdruck, Flexodruck, Tiefdruck, Buchdruck, Siebdruck) überdruckt werden. Um eine passergenaue Produktion zu ermöglichen, kann ein Passerkreuz mit gedruckt oder appliziert werden. Das veredelte Substrat 4 ist sofort bereit für weitere Prozessschritte oder die Weiterverarbeitung. Der eingesetzte Klebstoff erreicht seine optimale Durchhärtung ca. 24h nach der Härtung durch die Postcuring-UV-Lampe 17.
Besonders zweckmäßig ist die Kombination mit einem Tintenstrahl- bzw. Digitaldruckverfahren. Dabei kann die Applikationsvorrichtung 1 direkt in einen Flachbett- oder Großformatdrucker integriert werden.
Ein Ausführungsbeispiel eines Flachbettdruckers 5 nach dem Stand der Technik ist in 2 gezeigt. Ein Tintenstrahldruckkopf 51 des Flachbettdruckers 5 ist auf einer Schiene 52 montiert und in Richtung des Pfeils 53 entlang dieser verfahrbar. Die Schiene 52 selbst ist orthogonal dazu in Richtung des Pfeils 54 beweglich, so dass der Tintenstrahldruckkopf 51 frei über eine Substratauflage 55 für bogenförmige Substrate 4 bewegt werden kann.
Wie 3 zeigt, kann eine Applikationsvorrichtung 1 problemlos in einen solchen Flachbettdrucker 5 integriert werden. Die Applikationsvorrichtung 1 ist dabei auf einer weiteren Schiene 56 angeordnet und auf dieser ebenfalls in Richtung des Pfeils 53 beweglich. Die Schiene 56 selbst ist orthogonal dazu wiederum in Richtung des Pfeils 54 beweglich.
Wie leicht zu erkennen ist, kann so ein auf der Substratauflage 55 angeordnetes bogenförmiges Substrat 4 sowohl vom Tintenstrahldruckkopf 51 als auch von der Applikationsvorrichtung 1 an beliebigen Stellen überstrichen werden. Damit ist es möglich, schwarzen oder farbigen Tintenstrahldruck mit der Folienapplikation zu kombinieren, wobei der Tintenstrahldruck sowohl direkt auf das Substrat 4 als auch auf die bereits applizierte Übertragungslage 21 erfolgen kann.
Alternativ hierzu kann eine Applikationsvorrichtung 1 auch in einen Großformatdrucker für bogenförmige oder Endlossubstrate integriert werden. Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Druckers 6 nach dem Stand der Technik ist in 4 dargestellt.
Auch hier ist ein Tintenstrahldruckkopf 61 auf einer Schiene 62 angeordnet und in Richtung des Pfeils 63 entlang dieser beweglich. Im Gegensatz zu einem Flachbettdrucker 5 ist die Schiene 62 hierbei ortsfest. Stattdessen wird das Substrat 4 durch geeignete Fördereinrichtungen relativ zum Tintenstrahldruckkopf 61 in Richtung des Pfeils 64 orthogonal zur Bewegungsrichtung des Tintenstrahldruckkopfs 61 bewegt.
Zur Integration einer Applikationsvorrichtung 1 wird diese, wie in 5 gezeigt, auf einer weiteren Schiene 65 angeordnet, die parallel zur Schiene 62 verläuft. Die Applikationsvorrichtung 1 ist somit ebenfalls in Richtung des Pfeils 63 parallel zum Tintenstrahldruckkopf 61 beweglich. Kombiniert mit der Substratbewegung orthogonal hierzu in Richtung des Pfeils 64 kann somit auch hier das gesamte Substrat 4 sowohl vom Tintenstrahldruckkopf 61 als auch von der Applikationsvorrichtung 1 überstrichen werden, so dass die bereits anhand des Flachbettdruckers 5 erläuterten Druck- und Applikationseffekte erzielbar sind. Die Schiene 65 kann alternativ auch nach dem Tintenstrahldruckkopf 61 integriert werden, wobei dann kein Überdrucken der applizierten Übertragungslage 21 mehr möglich ist.
6 zeigt im schematischen Querschnitt wie hierbei beispielsweise die Substratbewegung verwirklicht werden kann. Das Substrat 4 liegt auf einem umlaufenden Stahlband 66 auf, welches durch zwei Rollen 67 vor- und zurückbewegt werden kann. Das Stahlband 66 wirkt hierbei gleichzeitig als Gegendruckeinheit für die Applikation der Folie mit der Presswalze 16 der Applikationsvorrichtung 1.
Bezugszeichenliste

1: Applikationsvorrichtung
11: Vorratsrolle
12: Führungsrolle
13: Tintenstrahldruckkopf
14: erste UV-Lichtquelle
15: Umlenkrolle
16: Presswalze
16’: Gegendruckwalze
17: zweite UV-Lichtquelle
18: Rolle
19: Rolle
2: Folie
21: Übertragungslage
22: Trägerlage
23: Ablöseschicht
24: Lackschicht
25: Metallschicht
26: Grundierung
3: Klebstoff
4: Substrat
5: Flachbettdrucker
51: Tintenstrahldruckkopf
52: Schiene
53: Pfeil
54: Pfeil
55: Substratauflage
56: Schiene
6: Großformatdrucker
61: Tintenstrahldruckkopf
62: Schiene
63: Pfeil
64: Pfeil
65: Schiene
66: Stahlband
67: Rolle

Claims

Verfahren zum Applizieren einer Übertragungslage einer Folie auf ein Substrat, mit den Schritten: a) Aufbringen einer radikalisch härtbaren Klebstoffs auf zumindest einen Teilbereich der Übertragungslage mittels eines Tintenstrahldruckkopfs; b) Vorhärten des Klebstoffs durch UV-Bestrahlung; c) Aufbringen des zumindest einen mit Klebstoff versehenen Teilbereichs der Übertragungslage auf das Substrat; d) Aushärten des Klebstoffs durch UV-Bestrahlung; e) Abziehen einer Trägerlage der Folie von dem zumindest einen Teilbereich der Übertragungslage.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbringen des Klebstoffs ein Tintenstrahldruckkopf mit einer Auflösung von 300 bis 1200 Auftragsdüsen pro Zoll (npi, nozzles per inch) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbringen des Klebstoffs ein Tintenstrahldruckkopf mit einem Düsendurchmesser von 15 µm bis 25 µm mit einer Toleranz von nicht mehr als ±5 µm und/oder einem Düsenabstand von 50 µm bis 150 µm mit einer Toleranz von nicht mehr als ±5 µm verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff mit einem Flächengewicht von 0,5 g/m² bis 20 g/m² und/oder einer Schichtdicke von 0,5 µm bis 20 µm, bevorzugt von 1 µm bis 15 µm, auf den zumindest einen Teilbereich aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Tintenstrahldruckkopf Klebstofftropfen mit einer Frequenz von 6 kHz bis 110 kHz bereitgestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Tintenstrahldruckkopf Klebstofftropfen mit einem Volumen von 2 pl bis 50 pl mit einer Toleranz von nicht mehr als ± 6% bereitgestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Tintenstrahldruckkopf Klebstofftropfen mit einer Fluggeschwindigkeit von 5 m/s bis 10 m/s mit einer Toleranz von nicht mehr als ± 15% bereitgestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff mit einer Auftragstemperatur von 40°C bis 45°C und/oder einer Viskosität von 5 mPas bis 20 mPas, bevorzugt von 7 mPas bis 15 mPas auf die Übertragungslage aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen Tintenstrahldruckkopf und Substrat beim Aufbringen des Klebstoffs 1 mm nicht überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Relativgeschwindigkeit zwischen Tintenstrahldruckkopf und Übertragungslage beim Aufbringen des Klebstoffs 10 m/min bis 30 m/min beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klebstoff der folgenden Volumenzusammensetzung verwendet wird: 2-Phenoxyethylacrylat 10%–60%, bevorzugt 25%–50%; 4-(1-Oxo-2-propenyl)-morpholin 5%–40%, bevorzugt 10%–25%; Exo-1,7,7-trimethylbicyclo[2.2.1]- hept-2-ylacrylat 10%–40 %, bevorzugt 20%–25%; 2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenyl- phosphinoxid 5%–35%, bevorzugt 10%–25%; Dipropylenglykoldiacrylat 1%–20%, bevorzugt 3%–10%; Urethanacrylat oligomer 1%–20%, bevorzugt 1%–10%.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klebstoff mit einer Dichte von 1 g/ml bis 1,5 g/ml, bevorzugt von 1,0 g/ml bis 1,1 g/ml verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorhärten des Klebstoffs 0,02 s bis 0,025 s nach dem Aufbringen des Klebstoffs erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorhärten des Klebstoffs mit UV-Licht erfolgt, dessen Energie zu mindestens 90% im Wellenlängenbereich zwischen 380 nm und 420 nm abgestrahlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorhärten des Klebstoffs mit einer Brutto-Bestrahlungsstärke von 2 W/cm² bis 5 W/cm² und/oder einer Netto-Bestrahlungsstärke von 0,7 W/cm² bis 2 W/cm² und/oder einem Energieeintrag in den Klebstoff von 8 mJ/cm² bis 112 mJ/cm² erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorhärten des Klebstoffs mit einer Belichtungszeit von 0,02 s bis 0,056 s erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich beim Vorhärten des Klebstoffs dessen Viskosität auf 50 mPas bis 200 mPas erhöht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des zumindest einen mit Klebstoff versehenen Teilbereichs der Übertragungslage auf das Substrat zwischen einer Presswalze und einer Gegendruckwalze erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des zumindest einen mit Klebstoff versehenen Teilbereichs der Übertragungslage auf das Substrat mit einem Anpressdruck von 10 N bis 80 N erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen des zumindest einen mit Klebstoff versehenen Teilbereichs der Übertragungslage auf das Substrat 0,2 s bis 1,7 s nach dem Vorhärten des Klebstoffs erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat vor dem Aufbringen des zumindest einen mit Klebstoff versehenen Teilbereichs der Übertragungslage vorbehandelt wird, insbesondere durch eine Koronabehandlung, eine Plasmabehandlung oder durch Beflammen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten des Klebstoffs 0,2 s bis 1,7 s nach dem Aufbringen der Übertragungslage auf das Substrat erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten des Klebstoffs mit UV-Licht erfolgt, dessen Energie zu mindestens 90% im Wellenlängenbereich zwischen 380 nm und 420 nm abgestrahlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten des Klebstoffs mit einer Brutto-Bestrahlungsstärke von 12 W/cm² bis 20 W/cm² und/oder einer Netto-Bestrahlungsstärke von 4,8 W/cm² bis 8 W/cm² und/oder einem Energieeintrag in den Klebstoff von 200 mJ/cm² bis 900 mJ/cm², bevorzugt von 200 mJ/cm² bis 400 mJ/cm²erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten des Klebstoffs mit einer Belichtungszeit von 0,04 s bis 0,112 s erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablösen der Trägerlage 0,2 s bis 1,7 s nach dem Aushärten des Klebstoffs erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folie verwendet wird, die eine Trägerlage aus Polyester, Polyolefin, Polyvinyl, Polyimid, ABS, PET, PP, PE, PVC oder PS mit einer Schichtdicke von 5 µm bis 50 µm, bevorzugt von 7 µm bis 23 µm, aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folie verwendet wird, deren Übertragungslage eine Ablöseschicht aus Acrylat-Copolymer, insbesondere aus einem wässrigen Polyurethan-Copolymer, bevorzugt frei von Wachs und/oder Silikon, mit einer Schichtdicke von 0,01 µm bis 2 µm, bevorzugt von 0,1 µm bis 0,5 µm, aufweist, welche auf einer Oberfläche der Trägerlage angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folie verwendet wird, deren Übertragungslage eine Lackschicht aus Nitrocellulose, Polyacrylat und/oder Polyurethat-Copolymer mit einer Schichtdicke von 0,1 µm bis 5 µm, bevorzugt von 1 µm bis 2 µm, aufweist, welche auf einer der Trägerlage abgewandten Oberfläche der Ablöseschicht angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folie verwendet wird, deren Übertragungslage eine Metallschicht aus Aluminium und/oder Chrom und/oder Silber und/oder Gold und/oder Kupfer mit einer Schichtdicke von 10 nm bis 200 nm, bevorzugt von 10 nm bis 50 nm aufweist, welche auf einer der Trägerlage abgewandten Oberfläche der Lackschicht angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folie verwendet wird, deren Übertragungslage eine Grundierungsschicht aus Polyacrylaten und/oder Vinylacetocopolymeren mit einer Schichtdicke von 0,1 µm bis 1,5 µm, bevorzugt von 0,5 µm bis 0,8 µm, aufweist, welche eine der Trägerlage abgewandte Oberfläche der Übertragungslage ausbildet.
Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundierungsschicht mikroporös ist.
Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundierungsschicht eine Oberflächenspannung von 38 mN/m bis 46 mN/m, bevorzugt von 41 mN/m bis 43 mN/m aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass vor und/oder nach dem Applizieren der Übertragungslage eine Druckschicht mittels eines weiteren Tintenstrahldruckkopfes auf das Substrat und/oder die Übertragungslage aufgebracht wird.
Applikationsvorrichtung zum Applizieren einer Übertragungslage einer Folie auf ein Substrat, insbesondere mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 34, umfassend: – eine Vorratsrolle zum Bereitstellen der Folie; – einen in Förderrichtung der Folie stromabwärts von der Vorratsrolle angeordneten Tintenstrahldruckkopf zum Aufbringen einer radikalisch härtbaren Klebstoffs auf zumindest einen Teilbereich der Übertragungslage; – eine in Förderrichtung der Folie stromabwärts von dem Tintenstrahldruckkopf angeordnete erste UV-Lichtquelle zum Vorhärten des Klebstoffs durch UV-Bestrahlung; – eine in Förderrichtung der Folie stromabwärts von der ersten UV-Lichtquelle angeordnete Walzenanordnung zum Aufbringen des zumindest einen mit Klebstoff versehenen Teilbereichs der Übertragungslage auf das Substrat; – eine in Förderrichtung der Folie stromabwärts von der Walzenanordnung angeordnete zweite UV-Lichtquelle zum Aushärten des Klebstoffs durch UV-Bestrahlung; – eine in Förderrichtung der Folie stromabwärts von der zweiten UV-Lichtquelle angeordnete Abzieheinheit zum Abziehen einer Trägerlage der Folie von dem zumindest einen Teilbereich der Übertragungslage.
Applikationsvorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Tintenstrahldruckkopf eine Auflösung von 300 bis 1200 Auftragsdüsen pro Zoll (npi, nozzles per inch) aufweist.
Applikationsvorrichtung nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Tintenstrahldruckkopf einen Düsendurchmesser von 15 µm bis 25 µm mit einer Toleranz von nicht mehr als ±5 µm und/oder einen Düsenabstand von 50 µm bis 150 µm mit einer Toleranz von nicht mehr als ±5 µm aufweist.
Applikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die erste UV-Lichtquelle eine LED-Lichtquelle ist.
Applikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die erste UV-Lichtquelle in Förderrichtung der Folie eine Fensterbreite von 10 mm bis 30 mm aufweist.
Applikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die erste UV-Lichtquelle in Förderrichtung der Folie 1 cm bis 4 cm stromabwärts des Tintenstrahldruckkopfes angeordnet ist.
Applikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenanordnung eine Presswalze und ein mechanisches Gegenlager, insbesondere eine Gegendruckwalze, ein flaches oder ein konkaves Gegenlager, umfasst.
Applikationsvorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Presswalze und/oder die Gegendruckwalze einen Durchmesser von 1cm bis 3 cm aufweist.
Applikationsvorrichtung nach Anspruch 41 oder 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Presswalze aus einem Kunststoff oder Gummi mit einer Härte von 70 Shore-A bis 90 Shore-A ausgebildet ist.
Applikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 41 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenlager aus einem Material mit einer Härte von 60° Shore A bis 95° Shore A, bevorzugt von 80° Shore A bis 95° Shore A, und/oder einem Härtegrad von 450 HV 10 bis 520 HV 10, bevorzugt von 465 HV 10 bis 500 HV 10, ausgebildet ist.
Applikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 41 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenanordnung in einem Abstand von 10 cm bis 30 cm von der ersten UV-Lichtquelle angeordnet ist.
Applikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite UV-Lichtquelle eine LED-Lichtquelle ist.
Applikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite UV-Lichtquelle in Förderrichtung der Folie eine Fensterbreite von 20 mm bis 40 mm aufweist.
Applikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite UV-Lichtquelle in Förderrichtung der Folie 10 cm bis 30 cm stromabwärts der Walzenanordnung angeordnet ist.
Applikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzieheinheit eine Walze mit einem Durchmesser von 0,5 cm bis 2 cm aufweist, über welche die Trägerlage abziehbar ist.
Applikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzieheinheit in Förderrichtung der Folie 10 cm bis 30 cm stromabwärts der zweiten UV-Lichtquelle angeordnet ist.
Druckvorrichtung mit einem Tintenstrahldruckkopf, welcher in zwei orthogonalen Richtungen relativ zu einem zu bedruckenden Substrat beweglich angeordnet ist, sowie mit einer Applikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 50, welche in zwei orthogonalen Richtungen relativ zu dem zu bedruckenden Substrat beweglich angeordnet ist.
Druckvorrichtung nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckvorrichtung eine Auflagefläche zum Fixieren eines bogenförmigen Substrats aufweist.
Druckvorrichtung nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, dass der Tintenstrahldruckkopf und/oder die Applikationsvorrichtung an einem jeweiligen Schlitten angeordnet sind, welcher in zwei orthogonalen Richtungen relativ zu dem zu bedruckenden Substrat beweglich ist.
Druckvorrichtung nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckvorrichtung eine Fördervorrichtung zum relativen Bewegen eines bogenförmigen Substrats oder eines Endlossubstrats relativ zu dem Tintenstrahldruckkopf und der Applikationsvorrichtung aufweist.
Druckvorrichtung nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass der Tintenstrahldruckkopf und/oder die Applikationsvorrichtung an einem jeweiligen Schlitten angeordnet sind, welcher orthogonal zu einer Förderrichtung des zu bedruckenden Substrats beweglich ist.
Druckvorrichtung nach Anspruch 54 oder 55, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördervorrichtung als ein zwei Walzen umlaufendes Stahlband ausgebildet ist.