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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur UV-Härtung einer lichthärtbaren Substanz, insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kombinierten UVB/UVA(UW)-Härtung von Tropfen und dünnen Beschichtungen einer lichthärtbaren Substanz.
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Stand der Technik
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UV-härtbare Harzsysteme sind in vielen Anwendungen weit verbreitet. Sie sind eine Alternative zu anderweitig thermisch vernetzenden oder trocknenden Systemen.
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Bei der Härtung einer lichthärtbaren Substanz mittels UV-Strahlung werden über einen Photoinitiator Radikale gebildet, welche die Vernetzung der Monomere und Oligomere der Beschichtung zu Netzwerkpolymeren auslösen. Das Härten von Harzen mittels UV-Strahlung wird dabei als eine der effektivsten Möglichkeiten zur Umwandlung von Monomeren und Oligomeren in hochgradig vernetzte Polymere bei Raumtemperatur und bei geringem Energieaufwand angesehen. Entsprechende Systeme zur UV-Härtung finden daher zahlreiche Anwendungen als Farben, Drucktinten, Photolacken, Klebstoffen, (Nano)-Komposite oder Beschichtungen.
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Die Beschichtungen aus UV-härtbaren Harzsystemen können eine Oberfläche auch lediglich partiell bedecken und beispielsweise mittels Tintenstrahl-Druckverfahren oder sonstigen übertragenden Druckverfahren, wie dem Flexo-Druck, dem Offset-Druck oder dem Siebdruck, hergestellt werden. Es kann sich jedoch auch um großflächige Beschichtungen mit geringer Schichtdicke (z.B. Coatings) handeln. Diese Beschichtungen sollen unter anderem eine gute Haftung auf der darunterliegenden Oberfläche (auch als Substrat, Substratoberfläche oder Kontaktfläche bezeichnet), eine hohe Festigkeit des Schichtvolumens und eine nicht klebrige, verschleißfeste und glatte Oberfläche aufweisen. Diese Schichteigenschaften können insbesondere durch einen hohen Vernetzungsgrad und einen geringen Restgehalt an Monomeren und Oligomeren erreicht werden.
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Das für die UV-Härtung verwendete Spektrum der elektromagnetischen Strahlung umfasst den Wellenlängenbereich zwischen 100 nm und 400 nm, wobei entsprechend der Norm ISO-21348 dieses elektromagnetische Spektrum der UV-Strahlung in unterschiedliche Bänder eingeteilt werden kann: UVC (200-280 nm), UVB (280-315 nm) und UVA (315-400 nm). Der an das UVA-Band zu längeren Wellenlängen hin unmittelbar angrenzende Teilbereich des sichtbaren Spektralbereichs wird hier abweichend ebenfalls noch dem UV-Spektralbereich zugeordnet und als UVV-Band (400-445 nm) bezeichnet.
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UV-härtende Beschichtungen werden bisher typischerweise entweder mittels UV-Licht emittierenden Metalldampflampen/Niederdruckstrahlern oder mit LED-Lampen im UVA/UVV-Bereich ausgehärtet. Die Zentralwellenlängen (auch als Peak-Wellenlänge oder Hauptwellenlänge bezeichnet) der LEDs liegen dazu üblicherweise zwischen 365 nm und 410 nm.
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Unter der Zentralwellenlänge einer LED versteht man im Allgemeinen die innerhalb der Emissionsbandbreite der von einer LED emittierten Strahlung liegende Designwellenwellenlänge der LED. Hierbei muss es sich nicht zwangsweise um einen Mittel- oder Medianwert des jeweiligen Emissionsspektrums handeln, vielmehr kann bei der Festlegung der Zentralwellenlänge auch ein Mittelwert aus der produktionsbedingten Schwankungsbreite einer Serienfertigung gleichartiger LEDs hergezogen werden. Die Zentralwellenlänge ist dann insbesondere ein durch den Hersteller einer LED zu bestimmendes Merkmal. Im Übrigen ist jedoch anzunehmen, dass die Zentralwellenlänge im Wesentlichen dem Intensitätsmaximum innerhalb der vorgesehenen Emissionsbandbreite einer LED entspricht. Das Spektrum einer LED ist zumeist asymmetrisch um die Zentralwellenlänge herum verteilt. Eine typische Emissionsbandbreite (FWHM) einer kommerziellen UV-LED liegt bei etwa 10 nm. Eine multispektrale UV-LED kann auch auf mehreren Zentralwellenlängen Strahlung emittieren.
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Im Bereich des industriellen Druckens setzen bisherige Technologien zum Härten der dabei verwendeten lichthärtbaren Tinten überwiegend UV-LEDs ein, welche im UVA-Band, beispielsweise bei Zentralwellenlängen von 365 nm, 385 nm, 395 nm oder 405 nm emittieren. Die verwendeten UVA-LEDs weisen hierbei die höchste Quantenausbeute unter den UV-LEDs auf, wobei einige sogar die Effizienz von blauen LEDs erreichen. Mit UVA-LEDs lassen sich zudem sehr hohe optische Leistungen pro LED erzielen. Allerdings sind Wellenlängen aus anderen Bereichen des UV-Spektrums teilweise deutlich besser zur Härtung geeignet, insbesondere im Hinblick auf unterschiedliche Materialdicken, Tintenarten und Tintenbestandteile.
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Bei der neusten Generation von UV-LED Tintenstrahldruckern werden daher unterschiedliche Wellenlängen aus dem UVA-Band miteinander kombiniert, um eine höhere Effektivität der Härtung zu erreichen. Eine Vorrichtung und eine entsprechende Methode zur verbesserten UV-Härtung von lichthärtbaren Tinten, Beschichtungen, oder Klebstoffen durch Bestrahlung bei unterschiedlichen Wellenlängen im UVA-Band wird beispielsweise in
US 2006/0121208 A1 offenbart.
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Unabhängig von solchen Optimierungen innerhalb des UVA-Bandes, stellt eine unvollständige Härtung der Tintenoberfläche jedoch auch weiterhin ein ungelöstes Problem dar. Sauerstoff aus der Umgebungsluft wirkt während der Bestrahlung, insbesondere bei der Bildung der Radikale, als Radikalfänger. Die Polymerisation wird dadurch unterbrochen bzw. der gewünschte Polymerisationsprozess und die Ausbildung von vernetzten Strukturen innerhalb der Tinte unterbleibt. Dies führt zu einem geringeren Grad der Vernetzung und hohen Restgehalten an Monomeren und Oligomeren. Da der Sauerstoffeintrag an der Oberfläche besonders hoch ist und der Sauerstoff sehr schnell in das Innere der Tinte diffundiert, sobald ein entsprechender Tropfen die Düse des Druckkopfs verlassen hat und sich nach dem Auftreffen auf eine zu bedruckende Fläche auf dieser verteilt, ist ein geringerer Vernetzungsgrad an der Oberfläche die Folge. Durch die unvollständige Härtung an der Oberfläche bleibt diese klebrig und weist eine verminderte chemische und mechanische Stabilität auf. Die limitierte Oberflächenhärtung führt weiterhin zu einer geringeren Abriebfestigkeit der Substanz.
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Um eine gute Aushärtung der Oberfläche zu erzielen, gibt es verschiedene Ansatzpunkte. Zum einen kann die Aushärtung unter Schutzgasatmosphäre, z.B. unter Stickstoff, durchgeführt werden. Nachteilig an diesem Verfahren sind die hohen Kosten und der Platzbedarf der erforderlichen Geräte. Eine andere Möglichkeit besteht in einer Modifikation der Zusammensetzung der Tinte. Besonders effektiv war bisher der Einsatz von N-Vinylcaprolactam (NVC) zur Verbesserung der Oberflächenhärtung. Allerdings wurde vor kurzem die Gefahrenklassifizierung von NVC durch REACh geändert, denn Langzeitversuche durch Rohstofflieferanten haben gezeigt, dass eine längere Exposition durch Inhalation von NVC ernsthafte gesundheitliche Schäden verursachen kann. Daher suchen viele UV-Tinten- und Druckerhersteller nach alternativen Mitteln, um die Oberflächenhärtung zu erleichtern.
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Für eine gute Oberflächenhärtung eignet sich besonders UVC-Strahlung, da diese Strahlung vor allem an der Oberfläche des zu härtenden Materials absorbiert wird. Die dadurch erzeugte hohe Radikaldichte an der Oberfläche führt zu einem sehr hohen Umsetzungsgrad. Dadurch wird eine bessere Oberflächenhärtung erreicht und die chemische und mechanische Stabilität der Beschichtung kann deutlich gesteigert werden.
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Die bisher verwendeten Quecksilberdampflampen bzw. Niederdruckstrahler emittieren eine Mischung verschiedener Wellenlängen, die auch Strahlung im UVC-Bereich, überwiegend bei Wellenlängen um 254 nm, enthalten und somit zu einer guten Oberflächenhärtung führen. Diese Strahlungsquellen haben jedoch die für sie typischen, bekannten und für eine Prozessführung sehr nachteiligen Eigenschaften wie beispielweise die erzeugte Wärmestrahlung, die Ozonbildung, ein verzögertes Einschaltverhalten und eine niedrige Lebensdauer.
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LED-Strahler bei Zentralwellenlängen zwischen 365 nm und 410 nm haben dagegen keinen Anteil der Strahlung im UVB- und UVC-Band. Damit ist aber auch das Risiko, dass die Oberfläche nach der Härtung klebrig ist oder dass die gehärte Oberfläche nicht die erforderliche Härte und Abriebfestigkeit aufweist, stark ausgeprägt.
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Deshalb wird im Stand der Technik vorgeschlagen, vor der Volumenhärtung eine Bestrahlung mit UVC-Strahlung vorzunehmen, welche durch Ausbildung einer gehärteten oberflächlichen Sperrschicht einen Sauerstoffeintrag in die noch nicht gehärteten tieferen Schichtbereiche verhindern soll.
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WO 2016/144839 A1 offenbart ein System und Verfahren zum Drucken und Härten von auf einem Substrat aufgetragener Tinte, wobei die verwendete Tinte mit einer ersten Lichtquelle, welche UVC-Strahlung bei einer oder mehreren Wellenlängen im UVC-Band emittiert, und mit einer zweiten Lichtquelle, welche bei einer oder mehrere Wellenlängen UVA-, UVB-, oder UVV-Strahlung oder einer Kombination daraus emittiert, bestrahlt wird. Bei dieser Methode wird zunächst über die UVC-Strahlung die Oberfläche der Tinte gehärtet und anschließend eine Volumenhärtung des gesamten Materials mit UV-Strahlung größerer Wellenlängen durchgeführt. Neuere Untersuchungen hierzu bestätigen, dass durch eine kombinierte Bestrahlung mit UVC-Strahlung hoher Intensität und einer anschließenden UVA-Bestrahlung bei geringerer Intensität sowohl die Oberflächenhärtung verbessert als auch die Klebefreiheit der Oberfläche sichergestellt werden kann.
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Aufgrund des unterschiedlichen Ausdehnungs- bzw. Schrumpfungsverhalten bei der Oberflächenhärtung einer lichthärtenden Substanz durch Bestrahlung mit energiereicher UVC-Strahlung und daraufhin folgender Volumenhärtung mit UVA-Strahlung können sich unebene Oberflächenstrukturen bilden (wie etwa die Textur einer Orangenhaut).
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Ein weiterer Nachteil der energiereicher UVC-Strahlung liegt in einer schädigenden Wirkung auf die zu härtende Substanz selbst und auf die durch die Strahlung beeinflusste Umgebung. Daher unterliegt deren Anwendung besonderen Regelungen zum Strahlenschutz und zur Zulässigkeit bestimmter Leistungswerte in entsprechenden Gerätschaften. Insbesondere gilt intensive UVC-Strahlung für den menschlichen Körper als hochgradig mutagen bzw. kanzerogen. Zusätzlich kann es auch in der zu härtenden Substanz selbst zu Strahlenschäden in der Polymer-Matrix kommen. Hochenergetische UVC-Strahlung trägt zudem signifikant zu einer beschleunigten photochemischen Degradation der bestrahlten Materialien und zu einer Destabilisierung der chemischen Bindungen bei. Als Alternative sollte daher anstatt UVC-Strahlung die ungefährlichere UVB-Strahlung zur Oberflächenhärtung verwendet werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Härten einer lichthärtbaren Substanz anzugeben, welches die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik überwindet. Insbesondere sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kombinierten UVB/UVA(UW)-Härtung von Tropfen und dünnen Beschichtungen einer lichthärtbaren Substanz angegeben werden, bei dem die Ausbildung einer klebefreien und glatten Oberfläche ermöglicht wird. Insbesondere soll das Ergebnis der Härtung bei einer kombinierten UV-Bestrahlung verbessert werden.
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Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 sowie des Patentanspruchs 8 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Härten einer lichthärtbaren Substanz umfasst das Bestrahlen der lichthärtbaren Substanz mit einer ersten Strahlung sowie das Bestrahlen der lichthärtbaren Substanz mit einer zweiten Strahlung, wobei die erste Strahlung eine Zentralwellenlänge im Bereich zwischen 315 nm und 445 nm besitzt und die zweite Strahlung eine Zentralwellenlänge im Bereich zwischen 280 nm und 315 nm besitzt.
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Dadurch können sowohl die vollständige Tiefenhärtung als auch die vollständige Härtung an der Oberfläche einer lichthärtbaren Substanz, insbesondere einer lichthärtbaren Tinte, gewährleistet werden. Die Aushärtung der Oberfläche der lichthärtbaren Substanz wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber (kombinierter) UVA/UW-Härtung deutlich verbessert. Diese Technologie ist zum Härten von dünnen Schichten mit einer Dicke von bis zu 400 µm, insbesondere Schichten mit einer Dicke von bis zu 150 µm, sowie von allgemeinen Druckaufträgen besonderes geeignet.
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Die erste Strahlung weist mindestens eine Zentralwellenlänge im UVA(UVV)-Band, d.h. aus dem UVA- oder dem UVV-Band auf. Vorzugsweise weist die erste Strahlung keine signifikanten Strahlungsanteile bei Wellenlängen unterhalb von 315 nm auf. Die zweite Strahlung weist mindestens eine Zentralwellenlänge im UVB-Band auf. Vorzugsweise weist die zweite Strahlung keine signifikanten Strahlungsanteile bei Wellenlängen unterhalb von 280 nm auf. Als signifikant wird ein Strahlungsanteil betrachtet, wenn dessen Anteil an der gesamten optischen Strahlungsleistung oberhalb von 1% liegt.
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Für die erste Strahlung sind Zentralwellenlängen zwischen 375 nm und 410 nm besonders bevorzugt. Bevorzugter sind für die erste Strahlung Zentralwellenlängen zwischen 390 nm und 400 nm.
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Für die zweite Strahlung sind Zentralwellenlängen zwischen 290 nm und 315 nm besonders bevorzugt. Bevorzugter sind für die zweite Strahlung Zentralwellenlängen zwischen 300 nm und 310 nm.
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Vorzugsweise ist eine Differenz einer Zentralwellenlänge der ersten Strahlung und einer Zentralwellenlänge der zweiten Strahlung zwischen 50 nm und 150 nm, bevorzugter zwischen 70 nm und 130 nm, noch bevorzugter zwischen 90 nm und 100 nm.
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Vorzugsweise wird die lichthärtbare Substanz zuerst mit der ersten Strahlung und danach mit der zweiten Strahlung bestrahlt.
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Die Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine zum Härten einer lichthärtbaren Substanz verwendete erfindungsgemäße Kombination unterschiedlicher Strahlungen einen Härtungsprozess ermöglicht, bei dem vorzugsweise zuerst eine Volumenhärtung und anschließend eine Härtung an der Oberfläche der lichthärtbaren Substanz erfolgt. Der wichtigste Vorteil dabei ist, dass mit einer solchen erfindungsgemäßen Strahlungskombination erstmals eine glatte, klebefreie Oberfläche erreicht werden kann. Weiterhin kann dadurch im ungehärteten Material ein höherer Gehalt an Monomeren oder Oligomeren mit geringerer molarer Masse eingestellt werden. Die daraus resultierende geringere Viskosität des nicht gehärteten Materials ist für die Verarbeitung besonders vorteilhaft. Auf den Einsatz hochenergetischer UVC-Strahlung mit ihrer schädigenden Wirkung kann verzichtet werden.
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Vorzugsweise umfasst die lichthärtbare Substanz eine Tinte. Als Tinte wird dabei eine Flüssigkeitslösung bezeichnet, welche dazu geeignet ist, auf ein Substrat aufgebracht zu werden und dort eine dauerhafte und formstabile farbliche oder ungefärbte Struktur auszubilden.
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Vorzugsweise wird die lichthärtbare Substanz als Schicht bzw. Schichtbereich mit einer Dicke von weniger als 400 µm auf einem Substrat ausgebildet. Ein Auftrag erfolgt vorzugsweise mittels eines punktuellen Druck- oder eines flächigen Schichtauftragverfahrens. Weiterhin kann ein Auftrag bevorzugt auch mittels eines Kurvenschreibverfahrens (z.B. in einem Plotter) erfolgen.
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Vorzugsweise ist die Intensität der ersten Strahlung größer als die Intensität der zweiten Strahlung. Die Intensität ist dabei auf die gesamte Strahlungsleistung der jeweiligen Strahlung bezogen.
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Vorzugsweise erfolgt vor dem Bestrahlen der lichthärtbaren Substanz eine Erwärmung der lichthärtbaren Substanz. Durch eine Erwärmung wird die Reaktionsgeschwindigkeit der Aushärtung der lichthärtbaren Substanz erhöht. Der Polymerisationsprozess kann dadurch verbessert werden. Deswegen kann eine inkrementelle Temperaturerhöhung beim Erwärmen der lichthärtbaren Substanz vorteilhaft sein. Besonderes bevorzugt erfolgt eine Erwärmung auf mindestens 25°C, bevorzugter auf mindestens 30°C, noch bevorzugter auf mindestens 35°C. Vorzugsweise ist ein erfindungsgemäßes Verfahren für einen Einsatz im Flexo-Druck, Offset- Druck und/oder Siebdruck bestimmt.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Härten einer lichthärtbaren Substanz umfassend eine erste Lichtquelle, ausgebildet, die lichthärtbare Substanz mit einer ersten Strahlung zu bestrahlen; und eine zweite Lichtquelle, ausgebildet, die lichthärtbare Substanz mit einer zweiten Strahlung zu bestrahlen; wobei die erste Strahlung der ersten Lichtquelle eine Zentralwellenlänge im Bereich zwischen 315 nm und 445 nm besitzt, und die zweite Strahlung der zweiten Lichtquelle eine Zentralwellenlänge im Bereich zwischen 280 nm und 315 nm besitzt.
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Vorzugsweise ist die erste Lichtquelle als Leuchtdiode ausgebildet. Vorzugsweise ist die zweite Lichtquelle als Leuchtdiode ausgebildet. Insbesondere kann es sich bei entsprechenden Leuchtdioden um UVB-LEDs, UVA-LEDs und/oder UW-LEDs handeln. Unter dem allgemeinen Begriff LED werden auch entsprechende Laserdioden mit erfasst.
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Vorzugsweise ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dazu ausgebildet, die lichthärtbare Substanz zuerst mit der ersten Strahlung der ersten Lichtquelle und danach mit der zweiten Strahlung der zweiten Lichtquelle zu bestrahlen.
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Vorzugsweise ist die Intensität der ersten Strahlung der ersten Lichtquelle größer als die Intensität der zweiten Strahlung der zweiten Lichtquelle. Die Intensität ist dabei auf die gesamte Strahlungsleistung der jeweiligen Strahlung bezogen.
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Vorzugsweise ist eine Differenz der Zentralwellenlänge der ersten Strahlung der ersten Lichtquelle und der Zentralwellenlänge der zweiten Strahlung der zweiten Lichtquelle zwischen 50 nm und 150 nm, bevorzugter zwischen 70 nm und 130 nm, noch bevorzugter zwischen 90 nm und 100 nm.
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Gemäß einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese mindestens einen Druckkopf mit einer Strahleinheit zum Drucken einer lichthärtbaren Substanz auf ein Substrat, wobei der Druckkopf dazu ausgebildet ist, eine beim Betrieb der Lichtquellen entstehende Abwärme der Strahleinheit zuzuführen. Bei einer Strahleinheit kann es sich um einen Düsenbereich des Druckkopfes handeln. Insbesondere kann es sich um den Düsenbereich eines Druckkopfes eines Tintenstrahldruckers handeln. Eine Wärmezuführung kann insbesondere über eine entsprechende Brücke zur Wärmeleitung (Wärmebrücke) oder durch Halterung mindestens einer Lichtquelle im Druckkopf derart, dass über die Halterung eine Wärmeübertragung zur Strahleinheit bzw. zum Düsenbereich ermöglicht wird, erfolgen.
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Durch eine Erwärmung der Strahleinheit kommt es zu einer Erwärmung einer durch die Strahleinheit hindurchtretenden lichthärtbaren Substanz. Dadurch können zum einen die Strahleigenschaften der lichthärtbaren Substanz beim Druckprozess verbessert werden, zum anderen lässt sich darüber auch der Polymerisationsprozess der Substanz beschleunigen. Dabei kann auch eine inkrementelle Temperaturerhöhung in beim Erwärmen der lichthärtbaren Substanz vorteilhaft sein. Besonderes bevorzugt erfolgt eine Erwärmung auf mindestens 25°C, bevorzugter auf mindestens 30°C, noch bevorzugter auf mindestens 35°C.
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Vorzugsweise umfasst die lichthärtbare Substanz eine Tinte. Insbesondere ist eine lichthärtbare Substanz, welche eine Tinte umfasst, geeignet zur Verwendung in einem Tintenstrahldrucker.
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Sowohl für das Verfahren als auch für die Vorrichtung ist die Viskosität der lichthärtbaren Substanz vor der Härtung von besonderem Interesse. Eine geringere Viskosität ist für die Verarbeitung und die Haftung auf einer Oberfläche (Substratoberfläche) besonders bevorzugt. Insbesondere ist bekannt, dass durch einen höheren Gehalt an Monomeren oder Oligomeren geringerer molarer Masse eine geringere Viskosität der ungehärteten lichthärtbaren Substanz eingestellt werden kann. Bevorzugt sind dabei dynamische Viskositäten von 5 bis 50 Pa·s, bevorzugter von 5 bis 30 Pa·s, bevorzugter von 5 bis 20 Pa·s, und noch bevorzugter von 5 bis 10 Pa·s bevorzugt. Die Angaben zur Viskosität sind dabei bezogen auf Normalbedingungen (auch STP genannt, vom englischen Begriff „Standard Temperature and Pressure“). Eine Bestimmung der dynamischen Viskosität erfolgt vorzugsweise mittels eines Fallkörperviskosimeters.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich auch lichthärtbaren Substanz mit derart geringen Viskositäten (im ungehärteten Zustand) verarbeiten und härten, so dass auch hierbei die Ausbildung einer harten, klebefreien und glatten Oberfläche ermöglicht wird. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu ausgebildet, eine lichthärtbare Substanz mit einem der oben gennannten Viskositätswerte zu härten.
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Vorzugsweise ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung für einen Einsatz im Flexo-Druck, Offset- Druck und/oder Siebdruck bestimmt.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnung erläutert. Es zeigen:
- 1 die Polymerisationseffizienz der Härtung zweier lichthärtbarer Substanzen bei einem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zu einem konventionellen Verfahren,
- 2a, 2b das Abriebverhalten der gehärteten lichthärtbaren Substanzen entsprechend den Ausführungen zur 1, und
- 3 einen schematischen Vergleich der Oberflächenstruktur nach einer Härtung einer lichthärtbaren Substanz in einem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zu einem konventionellen Verfahren.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1 zeigt die Polymerisationseffizienz der Härtung zweier lichthärtbarer Substanzen bei einem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zu einem konventionellen Verfahren. Die beiden lichthärtbaren Substanzen umfassen eine Tinte (LH-100). Insbesondere handelt es sich um eine klare (Messung A) und eine weiße Tinte (Messung B) dieses Typs. Ein Schichtauftrag erfolgte durch Aufschleudern auf ein Substrat (sog. Spin-Coating), wobei eine Schichtdicke von etwa 10 µm erreicht wurde. Zur Bestrahlung der Proben wurden eine UVA-LED mit einer Zentralwellenlänge von 390 nm und einer Intensität von 690 mW/cm2 und eine UVB-LED mit einer Zentralwellenlänge von 300 nm und einer Intensität von 85 mW/cm2 eingesetzt.
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Die klare Tinte wurde bei dem konventionellen Verfahren zunächst für 0,48 s mit einer ersten Strahlung einer Zentralwellenlänge von 390 nm und danach für 0,48 s mit einer zweiten Strahlung einer Zentralwellenlänge von 300 nm bestrahlt (weiße Balken). Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wurde die klare Tinte zunächst mit einer ersten Strahlung einer Zentralwellenlänge von 300 nm und danach mit einer zweiten Strahlung einer Zentralwellenlänge von 390 nm bestrahlt (schwarze Balken). Die Belichtungszeiten waren identisch zum konventionellen Verfahren. Der gemessene Umsatzgrad konnte über diesen Zeitraum mit dem erfindungsgemäßen Verfahren deutlich gesteigert werden (um etwa 20%).
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Die weiße Tinte wurde bei dem konventionellen Härteverfahren zunächst für 1,2 s mit einer ersten Strahlung einer Zentralwellenlänge von 390 nm und danach für 1,2 s mit einer zweiten Strahlung einer Zentralwellenlänge von 300 nm bestrahlt (weiße Balken). Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wurde die weiße Tinte zunächst mit einer ersten Strahlung einer Zentralwellenlänge von 300 nm und danach mit einer zweiten Strahlung einer Zentralwellenlänge von 390 nm bestrahlt (schwarze Balken). Die Belichtungszeiten waren identisch zum konventionellen Verfahren. Der gemessene Umsatzgrad konnte über diesen Zeitraum mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gesteigert werden (um etwa 2%).
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Die 2a und 2b zeigen das Abriebverhalten der gehärteten lichthärtbaren Substanzen, d.h. der klaren (2a) und der weißen (2b) Tinte nach einer Härtung, entsprechend den Ausführungen zur 1. Die Messung des Abriebverhaltens erfolgte in Übereinstimmung mit der Norm ISO-7784-2 mit einem 5153 Taber Abraser von Taber Industries. Die Proben wurden dabei mit einer um 500 g belasteten Schleifscheibe (CS-10 Schleifscheibe) bearbeitet und nach jeweils 50 Rotationen (Abriebzyklen) der Schleifscheibe wurde der Masseverlust der Probe gemessen. Der gemessene Masseverlust ist ein Maß für die Oberflächen- bzw. Volumenhärte der Probe. Die weißen Balken entsprechen dem konventionellen Verfahren. Die schwarzen Balken entsprechen dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Den gezeigten Kurven kann entnommen werden, dass mit einem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber einem konventionellen Verfahren ein deutlich reduzierter Materialabtrag der gehärteten lichthärtbaren Substanzen zu beobachten ist. Mit einem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Abriebverhalten deutlich verbessert werden.
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3 zeigt einen schematischen Vergleich der Oberflächenstruktur nach einer Härtung einer lichthärtbaren Substanz in einem erfindungsgemäßen Verfahren (a) im Vergleich zu einem konventionellen Verfahren (b). Insbesondere zeigt die Darstellung jeweils drei nebeneinander auf einem Substrat 10 aufgebrachte Tropfen 20 einer lichthärtbaren Substanz. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren (a) erscheint die Oberfläche der gehärteten lichthärtbaren Substanz glatt und einheitlich (lentikulär), während bei einem konventionellen Verfahren (b) die Oberfläche der gehärteten lichthärtbaren Substanz rau und uneinheitlich erscheint.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2006/0121208 A1 [0009]
- WO 2016/144839 A1 [0016]
