DE102020115845A1 - Method and device for the surface matting of radiation-curing polymer layers, which differ in areas - Google Patents

Method and device for the surface matting of radiation-curing polymer layers, which differ in areas Download PDF

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Stefan Feil
Faress Ramadan
Michael Stengle
Peter Schmitt
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IST Metz GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur bereichsweise unterschiedlichen Oberflächenmattierung von strahlungshärtenden Polymerschichten (2a), welche im Nasszustand auf ein Substrat (2) aufgebracht werden, mit einer ersten elektromagnetischen Strahlungsquelle (200), die zum bereichsweisen Bestrahlen der Polymerschicht (2a) in einem ersten Schritt ausgebildet ist, wodurch eine erste Polymerisationsreaktion in den bestrahlten Bereichen der Polymerschicht (2a) auslösbar ist, und einer zweiten elektromagnetischen Strahlungsquelle (3), die zum vollflächigen Bestrahlen der Polymerschicht (2a) in einem zweiten Schritt ausgebildet ist, wobei eine unterschiedliche Mikrostrukturierung der Oberfläche der Polymerschicht (2a) in den im ersten Schritt bestrahlten Bereichen und den im ersten Schritt unbestrahlten Bereichen erfolgt.The invention relates to a method and a device for the surface matting of radiation-curing polymer layers (2a), which are applied in the wet state to a substrate (2), with a first electromagnetic radiation source (200) which is used for area-wise irradiation of the polymer layer (2a) in a first step is formed, whereby a first polymerization reaction can be triggered in the irradiated areas of the polymer layer (2a), and a second electromagnetic radiation source (3), which is designed for the full-area irradiation of the polymer layer (2a) in a second step, with a different Microstructuring of the surface of the polymer layer (2a) takes place in the areas irradiated in the first step and in the areas not irradiated in the first step.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche 1 bzw. 9.The invention relates to a method and a device according to the preamble of independent claims 1 and 9, respectively.

Es ist bei unterschiedlichen Anwendungen beispielsweise im Verpackungsbereich oder bei Laminaten für Bodenbeläge oder in der Möbelindustrie bekannt, die Oberflächen von Folien, Papieren, Kartonagen, wie sie im Verpackungsbereich üblich sind, oder von Schichtstoffen mit einer mattierten Beschichtung zu versehen, um beispielsweise die Reflexion von Umgebungslicht zu vermindern oder um über eine Mattierung veränderte haptische Eigenschaften zu erzielen. Hierzu wird ein strahlungshärtendes Polymer, beispielsweise eine Druckfarbe oder ein Lack auf die zu mattierende Oberfläche aufgebracht und in nachfolgenden Verarbeitungsschritten bestrahlt, wodurch sich bei geeigneter Wahl der Prozessparameter eine gewünschte Mattierung ergibt.It is known in various applications, for example in the packaging sector or in laminates for floor coverings or in the furniture industry, to provide the surfaces of foils, papers, cardboard boxes, as are customary in the packaging sector, or of laminates with a matt coating, for example to prevent the reflection of To reduce ambient light or to achieve changed haptic properties via matting. For this purpose, a radiation-curing polymer, for example a printing ink or a lacquer, is applied to the surface to be matted and irradiated in subsequent processing steps, which results in a desired matting with a suitable choice of the process parameters.

Die hierzu verwendeten Lacke bestehen hierbei üblicherweise aus Acrylaten, Epoxiden, Vinylethern, Styrenen oder anderen strahlenhärtenden Komponenten oder daraus abgeleiteten Hybridsystemen. Neben den vernetzbaren Monomeren und Oligomeren können auch weitere Zusatzstoffe wie Farbpigmente, Farbstoffe, Verlaufsmittel, Entschäumer und Stabilisierungsmittel enthalten sein, um die für spezifische Anwendungen erforderlichen Eigenschaften zu erzielen. Grundsätzlich ist es zwar möglich, solche Lackzusammensetzungen direkt mittels kurzwelliger UV Strahlung zu vernetzen; in der Regel werden aber zusätzlich Photoinitiatoren in einem geringen prozentualen Anteil von ca. 0,1% bis 5% hinzugefügt, um die gesamte Reaktivität der Lacke zu erhöhen und damit die Produktionsgeschwindigkeit in der Anwendung zu steigern und um darüber hinaus die vollständige Durchhärtung insbesondere dickerer Lackschichten zu gewährleisten.The lacquers used for this purpose usually consist of acrylates, epoxides, vinyl ethers, styrenes or other radiation-curing components or hybrid systems derived therefrom. In addition to the crosslinkable monomers and oligomers, further additives such as color pigments, dyes, leveling agents, defoamers and stabilizers can be included in order to achieve the properties required for specific applications. In principle, it is possible to crosslink such coating compositions directly by means of short-wave UV radiation; As a rule, however, photoinitiators are also added in a small percentage of approx. 0.1% to 5% in order to increase the overall reactivity of the lacquers and thus to increase the production speed in the application and, moreover, to ensure complete curing, in particular thicker ones Ensure paint layers.

Das Aufbringen des Lacks erfolgt dabei üblicherweise mit einem der bekannten Verfahren wie Tauchen, Sprühen, Schleudern, oder mit einem Druckverfahren wie Offsetdruck, Tiefdruck, Flexodruck, Siebdruck oder Ink-Jet-Druck oder ähnlichem, mit welchem der Lack ganzflächig oder auch nur in vorgegebenen Bereichen auf das Substrat aufgebracht wird.The lacquer is usually applied using one of the known processes such as dipping, spraying, spinning, or using a printing process such as offset printing, gravure printing, flexographic printing, screen printing or ink-jet printing or the like, with which the lacquer is applied over the entire surface or even only in predetermined Areas is applied to the substrate.

Nachteilig an den bekannten Verfahren ist dabei, dass zwar durch die Wahl der Prozessparameter unterschiedliche Mattierung erzeugt werden können, diese allerdings nur vollflächig über die gesamte Oberfläche des Lacks. Eine lokal unterschiedliche Mattierung ist hierdurch nicht möglich.The disadvantage of the known methods is that, although different matting can be produced through the choice of the process parameters, this only applies over the entire surface of the lacquer. This means that locally different matting is not possible.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik aufgetretenen Nachteile zu beheben und ein Verfahren und eine Vorrichtung derart zu schaffen, dass auf einer ganzflächig oder teilflächig beschichteten Oberfläche eines Substrats bzw. Objekts gezielt Mattierungseffekte erzeugt werden können. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, eine solche lokal unterschiedliche Mattierung mit hoher Auflösung zu erzeugen.Proceeding from this, the invention is based on the object of eliminating the disadvantages that have arisen in the prior art and of creating a method and a device such that matting effects can be generated in a targeted manner on a surface of a substrate or object that is coated over the entire area or part of the area. It is a further object of the invention to produce such locally different matting with high resolution.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 bzw. 9 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen.To solve this problem, the combination of features specified in claims 1 and 9 is proposed.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, variabel ausgestalteten Mattierungsunterschiede durch zwei aufeinanderfolgende Bestrahlungsschritte zu erzeugen. Dementsprechend wird in verfahrensmäßiger Hinsicht vorgeschlagen, dass eine strahlungshärtende Polymerschicht im Nasszustand auf ein Substrat aufgebracht wird, die Polymerschicht in einem ersten Schritt bereichsweise mit einer ersten elektromagnetischen Strahlung bestrahlt wird, wodurch eine erste Polymerisationsreaktion in den bestrahlten Bereichen der Polymerschicht ausgelöst wird, und sodann die Polymerschicht in einem zweiten Schritt mit einer zweiten elektromagnetischen Strahlung vollflächig bestrahlt wird, wodurch eine unterschiedliche Mikrofaltung der Oberfläche der Polymerschicht in den im ersten Schritt bestrahlten Bereichen und den im ersten Schritt unbestrahlten Bereichen erfolgt.The invention is based on the idea of producing variably configured matting differences by two successive irradiation steps. Accordingly, in terms of the method, it is proposed that a radiation-curing polymer layer is applied to a substrate in the wet state, the polymer layer is irradiated in a first step in areas with a first electromagnetic radiation, whereby a first polymerization reaction is triggered in the irradiated areas of the polymer layer, and then the Polymer layer is irradiated over the entire surface in a second step with a second electromagnetic radiation, whereby a different micro-folding of the surface of the polymer layer takes place in the areas irradiated in the first step and in the areas not irradiated in the first step.

Ein weiterer Erfindungsaspekt betrifft ein Erzeugnis umfassend eine strahlungshärtende Polymerschicht mit ortsaufgelöster Oberflächenmattierung, erhalten durch das vorstehend beschriebene Verfahren.Another aspect of the invention relates to a product comprising a radiation-curing polymer layer with spatially resolved surface matting, obtained by the method described above.

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung umfasst eine erste elektromagnetische Strahlungsquelle, die zum bereichsweisen Bestrahlen der Polymerschicht in einem ersten Schritt ausgebildet ist, wodurch eine erste Polymerisationsreaktion in den bestrahlten Bereichen der Polymerschicht auslösbar ist, und eine zweite elektromagnetische Strahlungsquelle, die zum vollflächigen Bestrahlen der Polymerschicht in einem nachfolgenden zweiten Schritt ausgebildet ist, wobei eine unterschiedliche Mikrostrukturierung der Oberfläche der Polymerschicht in den im ersten Schritt bestrahlten Bereichen und den im ersten Schritt unbestrahlten Bereichen erfolgt. Damit werden die vorteilhaften Wirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens in analoger Weise erreicht.A device suitable for carrying out the method according to the invention comprises a first electromagnetic radiation source, which is designed for area-wise irradiation of the polymer layer in a first step, whereby a first polymerization reaction can be triggered in the irradiated areas of the polymer layer, and a second electromagnetic radiation source, which is used for full-area irradiation of the polymer layer is formed in a subsequent second step, with a different microstructuring of the surface of the polymer layer in the areas irradiated in the first step and in the areas not irradiated in the first step. The advantageous effects of the method according to the invention are thus achieved in an analogous manner.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Advantageous refinements and developments of the invention emerge from the dependent claims.

Es ist dabei erfindungsgemäß vorgesehen, dass der aufgebrachte Photolack in einem ersten Prozessschritt punkt-, zeilen-, linien- oder bereichsweise mit einer ersten elektromagnetischen Strahlung bestrahlt wird, wodurch eine Polymerisation ganz oder teilweise ausgelöst wird und dessen Photoreaktivität vermindert oder unterdrückt wird.It is provided according to the invention that the applied photoresist in a first Process step is irradiated point, line, line or area with a first electromagnetic radiation, whereby a polymerization is completely or partially triggered and its photoreactivity is reduced or suppressed.

Es ist dabei erfindungsgemäß vorgesehen, dass der aufgebrachte Photolack in einem zweiten Prozessschritt großflächig mit einer zweiten elektromagnetischen Strahlung bestrahlt wird, wodurch eine unterschiedliche Mikrostrukturierung in den Bereichen hoher Photoreaktivität und verminderter Photoreaktivität ausgelöst wird.It is provided according to the invention that the applied photoresist is irradiated over a large area with a second electromagnetic radiation in a second process step, which triggers different microstructuring in the areas of high photoreactivity and reduced photoreactivity.

Es ist dabei erfindungsgemäß vorgesehen, dass der aufgebrachte Photolack in einem dritten Prozessschritt großflächig mit einer dritten elektromagnetischen Strahlung bestrahlt wird, wodurch eine Fixierung der Mattierung und eine Durchhärtung des Photolacks bewirkt wird.It is provided according to the invention that the applied photoresist is irradiated over a large area with a third electromagnetic radiation in a third process step, thereby fixing the matting and curing the photoresist.

Es ist dabei erfindungsgemäß vorgesehen, dass die erste elektromagnetische Strahlung mittels LED oder Laser erzeugt wird und eine erste Strahlungsquelle bildet.It is provided according to the invention that the first electromagnetic radiation is generated by means of an LED or laser and forms a first radiation source.

Es kann dabei erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die erste Strahlungsquelle aus einer Mehrzahl von Strahlungselementen besteht.It can be provided according to the invention that the first radiation source consists of a plurality of radiation elements.

Es ist dabei erfindungsgemäß vorgesehen, dass die erste Strahlungsquelle in ihrer Strahlungsleistung modulierbar ist.It is provided according to the invention that the radiation power of the first radiation source can be modulated.

Es ist dabei erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Strahlungselemente der ersten Strahlungsquelle voneinander unabhängig in ihrer Strahlungsleistung modulierbar sind.It is provided according to the invention that the radiation power of the radiation elements of the first radiation source can be modulated independently of one another.

Es ist dabei erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Strahlungselemente der ersten Strahlungsquelle voneinander unabhängig ein- und ausschaltbar sind.It is provided according to the invention that the radiation elements of the first radiation source can be switched on and off independently of one another.

Es kann dabei erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Strahlungselemente der ersten Strahlungsquelle in einer Linie oder Fläche angeordnet sind.It can be provided according to the invention that the radiation elements of the first radiation source are arranged in a line or area.

Es kann dabei erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Emissionsflächen der Strahlungselemente der ersten Strahlungsquelle mittels optischer Elemente in die Prozessebene abgebildet werden.It can be provided according to the invention that the emission surfaces of the radiation elements of the first radiation source are imaged in the process level by means of optical elements.

Es kann dabei erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die aus den Strahlungselementen der ersten Strahlungsquelle jeweils austretende Strahlung mittels optischer Elemente jeweils in ein parallel verlaufendes Strahlungsbündel gewandelt wird.It can be provided according to the invention that the radiation emerging from the radiation elements of the first radiation source is converted into a parallel beam of radiation by means of optical elements.

Es kann dabei erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Ausgangsstrahlung der Strahlungselemente der ersten Strahlungsquelle jeweils in eine optische Faser eingekoppelt wird und die Faserenden zu einer linienhaften oder flächenhaften Anordnung zusammengefasst sind.It can be provided according to the invention that the output radiation of the radiation elements of the first radiation source is each coupled into an optical fiber and the fiber ends are combined to form a linear or planar arrangement.

Es kann dabei erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Faserenden der linienhaften oder flächenhaften Anordnung mittels optischer Elemente in die Prozessebene abgebildet werden.It can be provided according to the invention that the fiber ends of the linear or planar arrangement are mapped into the process level by means of optical elements.

Es kann dabei erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die aus den Faserenden der linienhaften oder flächenhaften Anordnung jeweils austretende optische Strahlung mittels optischer Elemente jeweils in ein parallel verlaufendes Strahlungsbündel gewandelt wird.It can be provided according to the invention that the optical radiation emerging from the fiber ends of the linear or planar arrangement is converted into a parallel bundle of radiation by means of optical elements.

Es kann dabei erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die jeweilige Leistungsdichte der in die Substratebene abgebildeten Faserenden in der Substratebene im Bereich von 10W/cm2 - 5000W/cm2 vorzugsweise im Bereich von 20W/cm2 - 1000W/cm2, besonders bevorzugt im Bereich von 30W/cm2 - 500W/cm2 liegt.It can be provided according to the invention that the respective power density of the fiber ends mapped into the substrate plane in the substrate plane is in the range of 10W / cm 2 - 5000W / cm 2, preferably in the range of 20W / cm 2 - 1000W / cm 2 , particularly preferably in the range from 30W / cm 2 - 500W / cm 2 .

Es ist dabei erfindungsgemäß vorgesehen, dass jedes Faserende in der linienhaften oder flächenhaften Anordnung jeweils einem Strahlungselement der ersten Strahlungsquelle eindeutig zugeordnet ist, wodurch eine eindeutige Adressierbarkeit der jeweiligen Faserenden ermöglicht wird.It is provided according to the invention that each fiber end in the linear or planar arrangement is uniquely assigned to a radiation element of the first radiation source, which enables the respective fiber ends to be clearly addressed.

Es kann dabei erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die über eine individuelle Ansteuerung der Strahlungselemente der ersten Strahlungsquelle in eine Lackschicht eingebrachte optische Leistung in Abhängigkeit eines vorgegebenen Textes, einer Ziffernfolge, eines Bildes oder Logos und/oder als sich kontinuierlich veränderbare Information beispielsweise als laufenden Nummerierung, veränderlicher Text oder veränderlicher Strichcode o. ä. einstellbar und/oder regelbar ist.It can be provided according to the invention that the optical power introduced into a lacquer layer via an individual control of the radiation elements of the first radiation source is dependent on a predetermined text, a sequence of digits, an image or logo and / or as continuously changing information, for example as sequential numbering, changeable text or changeable barcode or the like is adjustable and / or controllable.

Es kann dabei erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Mattierungsbild in Abhängigkeit eines in konventioneller Weise zuvor auf das Substrat aufgebrachten Druckbilds aus einer übergeordneten Steuerung abgerufen und in den Photolack eingebracht wird.It can be provided according to the invention that the matting image is retrieved from a higher-level control and introduced into the photoresist as a function of a print image previously applied to the substrate in a conventional manner.

Es kann dabei erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die punkt-, zeilen- oder flächenhafte Ausgabe des Mattierungsbildes synchronisiert zur Substratgeschwindigkeit in den Photolack eingebracht wird, wodurch eine verzerrungsfreie Darstellung des Mattierungsbildes erzielt wird.It can be provided according to the invention that the point, line or area output of the matting image is introduced into the photoresist synchronized with the substrate speed, whereby a distortion-free display of the matting image is achieved.

Es kann dabei erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die optische Leistung der Strahlungselemente der ersten Strahlungsquell synchronisiert zur Substratgeschwindigkeit angepasst wird, wodurch eine gewünscht gleichbleibende Mattierung des Mattierungsbilds erzielt wird.It can be provided according to the invention that the optical power of the radiation elements of the first radiation source is adapted in a synchronized manner to the substrate speed, as a result of which a desired, constant matting of the matting image is achieved.

Es kann dabei erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die erzeugte Mikrofaltung eine Vorzugsrichtung und / oder gerichtete Struktur aufweist, wodurch je nach Betrachtungsrichtung und Blickwinkel eine unterschiedliche Mattierung erscheint.It can be provided according to the invention that the micro-fold produced has a preferred direction and / or directed structure, whereby a different matting appears depending on the viewing direction and viewing angle.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein Blockschaltbild einer ersten Strahlungsquelle für die Oberflächenmattierung von strahlungshärtenden Polymerschichten;
  • 2 ein Blockschaltbild einer die erste Strahlungsquelle umfassenden Vorrichtung für die Mattierung von Einzelsubstraten wie Papierbögen oder Folienbögen;
  • 3 eine Ausführungsform einer Vorrichtung für die Mattierung von Endlosmaterial.
The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown schematically in the drawing. Show it:
  • 1 a block diagram of a first radiation source for the surface matting of radiation-curing polymer layers;
  • 2 a block diagram of a device comprising the first radiation source for matting individual substrates such as sheets of paper or sheets of film;
  • 3 an embodiment of a device for matting continuous material.

Die in 1 gezeigte Bestrahlungseinrichtung umfasst ein Lasersystem 200 als erste Strahlungsquelle und eine Steuereinrichtung 201 zur Kommunikation mit einer externen Steuereinrichtung 300. Das Lasersystem 200 enthält eine Lasereinheit 202, die aus den Strahlungselementen 210a..n, deren elektrischen Ansteuerungen 202b und einem für die Datenkommunikation erforderlichen Interface 202a besteht. Die genannten Elemente können dabei zweckmäßigerweise in einem gemeinsamen Gehäuse 204 zusammengefasst sein. Eine gegebenenfalls erforderliche Kühlung der Strahlungselemente 210a..n ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt und kann beispielsweise mittels Kühlkörpern o.ä. und einer Luft- und/oder Wasserkühlung realisiert werden.In the 1 The irradiation device shown comprises a laser system 200 as a first radiation source and a control device 201 for communication with an external control device 300 . The laser system 200 contains a laser unit 202 coming from the radiating elements 210a..n , their electrical controls 202b and an interface required for data communication 202a consists. The elements mentioned can expediently be in a common housing 204 be summarized. Any necessary cooling of the radiation elements 210a..n is not shown for reasons of clarity and can be implemented, for example, by means of heat sinks or the like and air and / or water cooling.

Die Strahlungselemente 210a..n selbst können dabei als UV-LEDs oder UV-Laser ausgebildet sein, wobei bei der Verwendung von UV-Lasern insbesondere Halbleiterlaser Verwendung finden können. Die aus den jeweiligen Strahlungsquellen 210a..n austretende Strahlung wird dabei in jeweils einzeln zugeordnete optische Lichtleiter 211a..n, insbesondere Lichtleitfasern eingekoppelt. Die Faserenden 205b der Lichtleitfasern sind in einem gesonderten Bestrahlungselement bzw. Bestrahlungskopf 205 in linien- oder flächenhafter Anordnung zusammengefasst. Dabei kann die Halterung der Faserenden in einer Halterung 205a erfolgen. Die Länge der Lichtleitfasern ist frei wählbar und kann beispielsweise im Bereich von 0,1m bis 100m oder länger liegen, je nach Erfordernis.The radiating elements 210a..n themselves can be designed as UV LEDs or UV lasers, with the use of UV lasers in particular semiconductor lasers being able to be used. Those from the respective radiation sources 210a..n Exiting radiation is in each case individually assigned optical light guides 211a..n , in particular optical fibers coupled. The fiber ends 205b the optical fibers are in a separate irradiation element or irradiation head 205 combined in a linear or planar arrangement. The fiber ends can be held in a holder 205a respectively. The length of the optical fibers can be freely selected and can, for example, be in the range from 0.1 m to 100 m or longer, depending on requirements.

Die Lichtleiter 211a..n können als starre Lichtleiter oder als flexible Lichtleiter ausgeführt sein und beispielsweise aus Kunststoff, Glas oder Quarz bestehen oder als Flüssigkeitslichtleiter ausgeführt sein. Die jeweiligen Lichtleiter selbst können dabei Kerndurchmesser im Bereich von 1µm bis 1mm aufweisen. Zweckmäßigerweise wird hierbei ein Kerndurchmesser im Bereich von 50µm bis 400µm gewählt, um durch die Wahl eines größeren Kerndurchmessers einerseits die erforderliche Positioniergenauigkeit bei der Einkopplung der Strahlung in die Fasern zu vereinfachen und um andererseits durch die Wahl eines kleineren Kerndurchmessers eine gewünschte punktweise Auflösung in der Prozessebene zu erhöhen.The light guides 211a..n can be designed as a rigid light guide or as a flexible light guide and consist, for example, of plastic, glass or quartz or be designed as a liquid light guide. The respective light guides themselves can have core diameters in the range from 1 μm to 1 mm. A core diameter in the range of 50 µm to 400 µm is expediently selected in order to simplify the required positioning accuracy when coupling the radiation into the fibers by choosing a larger core diameter and to achieve the desired point-by-point resolution in the process level by selecting a smaller core diameter to increase.

Es kann vorteilhaft sein, dass der Bestrahlungskopf 205 mit optischen Elementen 205c bestückt ist, um die an den auskoppelseitigen Faserenden 205b der Lichtleitfasern 211a...n die austretende Strahlung auf das Substrat 2 zu fokussieren.It can be advantageous that the irradiation head 205 with optical elements 205c is fitted to the fiber ends on the coupling-out side 205b of the optical fibers 211a ... n the radiation emitted onto the substrate 2 to focus.

Zur Erzeugung von positionsgenauen und verzerrungsfreien Mattierungsbildern A auf einem mit einem Photolack 2a beschichteten Substrat 2 sind weiterhin Sensoren 206 und 207 vorgesehen, die in Abhängigkeit der gewünschten Position des Mattierungsbildes über den Sensor 206 ein Startsignal an die Steuereinrichtung 201 senden, beziehungsweise über den Geschwindigkeitssensor 207 die aktuelle Geschwindigkeit eines bewegten Substrats an die Steuereinrichtung 201 liefern, wodurch die punkt- oder zeilenweise Ausgabe des Mattierungsbildes mit der Substratgeschwindigkeit über die Steuereinrichtung synchronisiert wird. Darüber hinaus kann es zweckmäßig sein, über die Substratgeschwindigkeit die jeweilige Ausgangsleistung der Strahlungsquellen anzupassen. Alternativ können diese Signale beispielsweise von einer nicht gezeigten übergeordneten Maschinensteuerung an die Steuereinrichtung 201 geliefert werden, wobei hierdurch die Sensoren 206, 207 entfallen können.For generating positionally accurate and distortion-free matting images A on one with a photoresist 2a coated substrate 2 are still sensors 206 and 207 provided, which depends on the desired position of the matting image over the sensor 206 a start signal to the control device 201 send, or via the speed sensor 207 the current speed of a moving substrate to the control device 201 deliver, whereby the point or line output of the matting image is synchronized with the substrate speed via the control device. In addition, it can be expedient to adapt the respective output power of the radiation sources via the substrate speed. Alternatively, these signals can be sent to the control device, for example, from a higher-level machine control (not shown) 201 are delivered, thereby the sensors 206 , 207 can be omitted.

Die Übertragung der für ein gewünschtes Mattierungsbild erforderlichen Daten kann beispielsweise in einem Speicherbereich der Steuereinrichtung 201 abgelegt sein oder über die externe Steuereinrichtung 300 an die Steuereinrichtung 201 geliefert werden, wodurch sich der Vorteil ergibt, dass über die externe Steuereinrichtung 300 in einfacher Weise eine zentrale Steuerung unterschiedlicher Mattierungsbilder beispielsweise in Abhängigkeit von den zuvor gedruckten Druckbildern ermöglicht wird. Hierdurch lassen sich beispielsweise laufende Nummerierungen, variable Daten, personalisierte Daten etc. in Form unterschiedlicher Mattierungsbilder realisieren.The data required for a desired matting image can be transmitted, for example, in a memory area of the control device 201 be stored or via the external control device 300 to the control device 201 be delivered, which has the advantage that via the external control device 300 a central control of different matting images, for example as a function of the previously printed print images, is made possible in a simple manner. In this way, for example, consecutive numbering, variable data, personalized data, etc. can be implemented in the form of different matting images.

In der Anlage gemäß 2 werden die mit einem Photolack 2a versehenen Substrate 2 mittels einer Transporteinrichtung 1 unter dem Bestrahlungselement bzw. der ersten Strahlungsquelle 200 und den nachfolgenden Härtungseinrichtungen in Form der zweiten Strahlungsquelle 3 und der dritten Strahlungsquelle 4 entlang der Transportrichtung 100 bewegt. Das Aufbringen des Lacks 2a im Nasszustand erfolgt dabei in einem vorgeschalteten Arbeitsschritt mittels eines der bekannten Verfahren wie Tauchen, Sprühen, Schleudern, Drucken, wobei der Lack vollflächig oder in Teilbereichen auf das Substrat aufgebracht sein kann. Die Beschichtungseinrichtung ist dabei in 2 nicht dargestellt.In the annex according to 2 are those with a photoresist 2a provided substrates 2 by means of a transport device 1 under the irradiation element or the first radiation source 200 and the subsequent curing devices in the form of the second radiation source 3 and the third radiation source 4th along the direction of transport 100 emotional. Applying the paint 2a in the wet state, this takes place in an upstream work step by means of one of the known processes such as dipping, spraying, spinning, printing, it being possible for the lacquer to be applied over the entire surface or in partial areas to the substrate. The coating device is in 2 not shown.

In einer weiteren Ausführung gemäß 3 wird ein mit einem Photolack 2a versehenes bahnförmiges Substrat 2 mittels Transportwalzen 9, 10, 11, 12 unter dem Bestrahlungselement 200 und den nachfolgenden Härtungseinrichtungen 3 und 4 entlang der Transportrichtung 100 bewegt. Das Aufbringen des Lacks 2a erfolgt dabei ebenfalls in einem vorgeschalteten Arbeitsschritt, wie vorstehend erläutert.In a further embodiment according to 3 becomes one with a photoresist 2a provided web-shaped substrate 2 by means of transport rollers 9 , 10 , 11th , 12th under the radiation element 200 and the subsequent hardening devices 3 and 4th along the direction of transport 100 emotional. Applying the paint 2a also takes place in an upstream work step, as explained above.

Die vorstehend erläuterten Vorrichtungen bzw. Anlagen können zur Erzeugung unterschiedlicher Oberflächenmattierungen von strahlungshärtenden Polymeren 2a wie Druckfarben oder Lacken eingesetzt werden, indem das Polymer 2a auf ein Substrat 2 flüssig bzw. nass aufgebracht wird und die Polymerschicht in einem ersten Prozessschritt bereichsweise bzw. mit einem gewünschten Muster ortsaufgelöst mit elektromagnetischer Strahlung im Bereich von 250nm bis 500nm bestrahlt wird, wodurch eine Vorgelierung des Polymers initiiert wird. Hierdurch wird die Reaktionsfähigkeit der Beschichtung beeinflusst wird. An den so belichteten Bereichen ist es möglich, eine sich von der Umgebung unterscheidende Mattierung zu erzeugen oder diese Bereiche sogar glänzend auszugestalten, wodurch sich ein hoher visueller Kontrast zu den umgebenden Bereichen ergeben kann.The devices or systems explained above can be used to produce different surface mattings of radiation-curing polymers 2a such as printing inks or paints are used by the polymer 2a on a substrate 2 is applied in liquid or wet form and in a first process step the polymer layer is irradiated in areas or with a desired pattern in a spatially resolved manner with electromagnetic radiation in the range from 250 nm to 500 nm, whereby a pre-gelation of the polymer is initiated. This influences the reactivity of the coating. In the areas exposed in this way, it is possible to produce a matt finish that differs from the surrounding area or even to make these areas shiny, which can result in a high visual contrast to the surrounding areas.

Zur Erzeugung dieser in den Teilbereichen unterschiedlichen Mattierung können beispielsweise nur lokal wirkende UV-Strahlungsquellen wie beispielsweise UV-LEDs oder UV-Laser oder UV-Lampen verwendet werden, wobei letztere sinnvollerweise in Kombination mit einer Belichtungsmaske eingesetzt werden, welche eine zu übertragende Information beinhalten.For example, only locally acting UV radiation sources such as UV LEDs or UV lasers or UV lamps can be used to generate this matting, which differs in the subregions, the latter being sensibly used in combination with an exposure mask which contain information to be transmitted.

Insbesondere die Verwendung von UV-LEDs oder UV-Laser ermöglichen jedoch die Erzeugung von variabel ausgestalteten Mattierungsunterschieden, da UV-LEDs oder UV-Laser elektronisch schnell geschaltet werden können und mit geeigneten Mitteln ebenfalls schnell über eine Oberfläche geführt werden können. Hierzu können beispielsweise eine Anzahl von UV-LEDs oder UV-Laser so zueinander angeordnet sein, dass deren jeweilige Strahlungsaustritte zusammen eine aus einzelnen Punkten bestehende Linie oder eine Fläche bilden. Durch das gezielte ein- und Ausschalten jeder einzelnen Strahlungsquelle ist es so möglich, ähnlich dem im Ink-Jet-Druck bekannten Drop-on-Demand Verfahren zeilen- oder flächenweise variable Daten in die genannte Lackschicht einzubringen. Eine solche Zeile bildet dabei beispielsweise die X-Ausdehnung des Druckbilds, wobei die Y-Ausdehnung des Druckbildes dann durch eine Bewegung des Substrats oder der Lichtquelle senkrecht zur X-Richtung dynamisch realisiert wird. Es ist dabei insbesondere bei einer sich verändernden Substratgeschwindigkeit vorgesehen, dass die zeilenweise Ausgabe mit der Relativgeschwindigkeit zwischen Lichtquelle und Substrat synchronisiert ist, um so eine verzerrungsfreie Darstellung des Druckbildes zu gewährleisten.In particular, however, the use of UV LEDs or UV lasers enables the creation of variably configured matting differences, since UV LEDs or UV lasers can be quickly switched electronically and can also be quickly guided over a surface using suitable means. For this purpose, for example, a number of UV LEDs or UV lasers can be arranged with respect to one another in such a way that their respective radiation exits together form a line or an area consisting of individual points. By switching each individual radiation source on and off in a targeted manner, it is possible, similar to the drop-on-demand process known in ink-jet printing, to introduce variable data line by line or area into the said lacquer layer. Such a line forms, for example, the X dimension of the printed image, the Y dimension of the printed image then being dynamically implemented by moving the substrate or the light source perpendicular to the X direction. In particular, when the substrate speed changes, the line-by-line output is synchronized with the relative speed between the light source and the substrate in order to ensure a distortion-free display of the print image.

Da die jeweiligen UV-Lichtquellen dabei individuell angesteuert werden können, und zwar sowohl in ihrer Adressierung (ein/aus) als auch in ihrer jeweiligen Leistung variiert werden können, ist es möglich in einem Druckbild unterschiedliche Grade der Mattierung zu realisieren, was weitere Gestaltungsmöglichkeiten schafft.Since the respective UV light sources can be controlled individually, both in their addressing (on / off) and in their respective performance, it is possible to achieve different degrees of matting in a printed image, which creates further design options .

Es ist auch möglich, nur mit einer einzigen fokussierten oder abbildenden UV Lichtquelle variable Daten in den Lack einzubringen, indem das UV-Licht beispielsweise mittels eines Spiegelscanners über die Lackoberfläche geführt wird. Solche Verfahren sind aus der Laserkennzeichnung bekannt. Auch hierbei ist es möglich über eine gezielte Adressierung und eine bildpunktweise Leistungsvariation unterschiedliche Mattierungsgrade zu erzeugen.It is also possible to introduce variable data into the lacquer with just a single focused or imaging UV light source by guiding the UV light over the lacquer surface, for example by means of a mirror scanner. Such methods are known from laser marking. Here, too, it is possible to generate different degrees of matting by means of targeted addressing and a performance variation on a pixel-by-pixel basis.

Sodann wird die so mit einem Mattierungsbild versehene Polymerschicht 2a in einem zweiten Prozessschritt mit einer zweiten elektromagnetischen Strahlung im Bereich von 100nm bis 320nm vollflächig bestrahlt, wodurch in den im ersten Prozessschritt bestrahlten Bereichen eine zu den im ersten Prozessschritt unbestrahlten Bereichen unterschiedliche Mikrofaltung bzw. Mikrostrukturierung in der Polymeroberfläche erzeugt wird. Dadurch wird das zunächst noch weitgehend unsichtbare Mattierungsbild sichtbar, da nur die zuvor unbestrahlten Bereiche der Lackschicht stark mattiert werden und die bestrahlten Bereiche beispielsweise nun weniger matt oder gar glänzend erscheinen.The polymer layer thus provided with a matting image is then applied 2a In a second process step, the entire surface is irradiated with a second electromagnetic radiation in the range from 100nm to 320nm, as a result of which a micro-fold or microstructuring is generated in the polymer surface in the areas irradiated in the first process step, which is different from the areas not irradiated in the first process step. As a result, the initially still largely invisible matting image becomes visible, since only the previously unirradiated areas of the lacquer layer are strongly matted and the irradiated areas, for example, now appear less matt or even shiny.

Die Mattierung erfolgt dabei, indem zur Bildung einer oberflächigen Mikrofaltung die Lackschicht mit UV-Strahlung im Wellenlängenbereich von 100nm bis 320nm bestrahlt wird. Sodann kann in einem nachfolgenden dritten Prozessschritt zur Fixierung der Mikrofaltung und zur Durchhärtung der Lackschicht eine dritte elektromagnetische Strahlung, zweckmäßig UV-Strahlung im Wellenlängenbereich von 200nm bis 500nm, eingesetzt werden.The matting takes place by irradiating the lacquer layer with UV radiation in the wavelength range from 100 nm to 320 nm to form a surface micro-fold. A third electromagnetic radiation, expediently UV radiation in the wavelength range from 200 nm to 500 nm, can then be used in a subsequent third process step to fix the micro-fold and to harden the lacquer layer.

Aufgrund der im eingebrachten Mattierungsbild bereits ganz oder teilweise erfolgten Polymerisation kann sich die Mikrofaltung in diesen Bereichen nur gering oder gar nicht ausbilden, was zu den gewünschten unterschiedlichen Mattierungsgraden führt.Due to the polymerization that has already taken place in whole or in part in the matting image, the micro-folds can only develop to a small extent or not at all in these areas, which leads to the desired different degrees of matting.

Die Bildung der Mikrofaltung, der Grad ihrer Ausprägung und der zeitliche Verlauf zur Ausbildung eines gewünschten Mattierungsgrades und damit der Grad der resultierenden Mattierung hängen dabei von weiteren verschiedenen Parametern ab, wie beispielsweise der Art der verwendeten Strahlung sowie deren Intensität und Dosis. Hierfür kann UV-Strahlung im Bereich von 100nm bis 320nm verwendet werden, wie sie von unterschiedlichen Excimerstrahlern oder Quecksilberstrahlern, vorzugsweise monochromatisch oder gering polychromatisch ausgesendet wird.The formation of the micro-fold, the degree of its expression and the time course for the formation of a desired degree of matting and thus the degree of the resulting matting depend on other different parameters, such as the type of radiation used and its intensity and dose. For this purpose, UV radiation in the range from 100 nm to 320 nm can be used, as it is emitted by different excimer lamps or mercury lamps, preferably monochromatically or slightly polychromatically.

Claims (21)

Verfahren zur bereichsweise unterschiedlichen Oberflächenmattierung von strahlungshärtenden Polymerschichten insbesondere aus Druckfarben oder Lacken bei welchem - eine strahlungshärtende Polymerschicht (2a) im Nasszustand auf ein Substrat (2) aufgebracht wird, - die Polymerschicht (2a) in einem ersten Schritt bereichsweise mit einer ersten elektromagnetischen Strahlung bestrahlt wird, wodurch eine erste Polymerisationsreaktion in den bestrahlten Bereichen der Polymerschicht (2a) ausgelöst wird, - sodann die Polymerschicht (2a) in einem zweiten Schritt mit einer zweiten elektromagnetischen Strahlung vollflächig bestrahlt wird, wodurch eine unterschiedliche Mikrofaltung der Oberfläche der Polymerschicht (2a) in den im ersten Schritt bestrahlten Bereichen und den im ersten Schritt unbestrahlten Bereichen erfolgt.Method for the surface matting of radiation-curing polymer layers, in particular from printing inks or lacquers, which differ in areas - A radiation-curing polymer layer (2a) is applied in the wet state to a substrate (2), - the polymer layer (2a) is irradiated in a first step in areas with a first electromagnetic radiation, whereby a first polymerization reaction is triggered in the irradiated areas of the polymer layer (2a), - Then, in a second step, the polymer layer (2a) is completely irradiated with a second electromagnetic radiation, which results in a different micro-folding of the surface of the polymer layer (2a) in the areas irradiated in the first step and in the areas not irradiated in the first step. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschicht (2a) in einem dritten Schritt mit einer dritten elektromagnetischen Strahlung bestrahlt wird, wodurch eine Fixierung der Oberflächenmattierung und eine Volumenpolymerisation der Polymerschicht (2a) erfolgt.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the polymer layer (2a) is irradiated in a third step with a third electromagnetic radiation, whereby a fixation of the surface matting and a volume polymerization of the polymer layer (2a) takes place. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenmattierung unter Erzeugung eines Musters (A) oder bildlicher oder veränderlicher Informationen, insbesondere Texte oder Zahlen oder Barcodes, gesteuert erfolgt.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the surface matting is carried out in a controlled manner while generating a pattern (A) or pictorial or variable information, in particular texts or numbers or barcodes. Verfahren einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mikrofaltung der Oberflächenmattierung durch eine Relativbewegung zwischen einer Strahlungsquelle und dem Substrat (2) in eine Vorzugsrichtung gerichtet erfolgt.Procedure one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the surface matting is micro-folded by a relative movement between a radiation source and the substrate (2) directed in a preferred direction. Verfahren einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektromagnetische Strahlung im Bereich von 200nm bis 500nm liegt.Procedure one of the Claims 1 until 4th , characterized in that the first electromagnetic radiation is in the range from 200 nm to 500 nm. Verfahren einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektromagnetische Strahlung im Bereich von 100nm bis 320nm liegt.Procedure one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the second electromagnetic radiation is in the range from 100 nm to 320 nm. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte elektromagnetische Strahlung im Bereich von 200nm bis 500nm liegt.Method according to one of the Claims 1 until 6th , characterized in that the third electromagnetic radiation is in the range from 200 nm to 500 nm. Erzeugnis umfassend eine strahlungshärtende Polymerschicht (2a) mit ortsaufgelöster Oberflächenmattierung, erhalten durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Product comprising a radiation-curing polymer layer (2a) with spatially resolved surface matting, obtained by a method according to one of the preceding claims. Vorrichtung zur bereichsweise unterschiedlichen Oberflächenmattierung von strahlungshärtenden Polymerschichten, welche im Nasszustand auf ein Substrat (2) aufgebracht werden, mit einer ersten elektromagnetischen Strahlungsquelle (200), die zum bereichsweisen Bestrahlen der Polymerschicht (2a) in einem ersten Schritt ausgebildet ist, wodurch eine erste Polymerisationsreaktion in den bestrahlten Bereichen der Polymerschicht (2a) auslösbar ist, und einer zweiten elektromagnetischen Strahlungsquelle (3), die zum vollflächigen Bestrahlen der Polymerschicht (2a) in einem zweiten Schritt ausgebildet ist, wobei eine unterschiedliche Mikrostrukturierung der Oberfläche der Polymerschicht (2a) in den im ersten Schritt bestrahlten Bereichen und den im ersten Schritt unbestrahlten Bereichen erfolgt.Device for the surface matting of radiation-curing polymer layers, which are different in areas and which are applied to a substrate (2) in the wet state, with a first electromagnetic radiation source (200) which is designed to irradiate the polymer layer (2a) in areas in a first step, whereby a first polymerization reaction can be triggered in the irradiated areas of the polymer layer (2a), and a second electromagnetic radiation source (3) which is designed for the full-area irradiation of the polymer layer (2a) in a second step, with a different microstructuring of the surface of the polymer layer (2a) in the In the first step irradiated areas and the areas not irradiated in the first step takes place. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine dritte elektromagnetische Strahlungsquelle (4), die zum vollflächigen Bestrahlen der Polymerschicht (2a) in einem dritten Schritt ausgebildet ist, wobei eine Fixierung der Oberflächenmattierung und eine Volumenpolymerisation der Polymerschicht (2a) erfolgt.Device according to Claim 9 , characterized by a third electromagnetic radiation source (4) which is designed to irradiate the entire surface of the polymer layer (2a) in a third step, the surface matting being fixed and the polymer layer (2a) being polymerized in volume. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektromagnetische Strahlungsquelle (200) im Bereich von 200nm bis 500nm arbeitet.Device according to Claim 9 or 10 , characterized in that the first electromagnetic radiation source (200) operates in the range from 200 nm to 500 nm. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektromagnetische Strahlungsquelle (200) aus einem oder mehreren, vorzugsweise als LED oder Laser ausgebildeten Strahlungselementen (210a,n) besteht.Device according to one of the Claims 9 until 11th , characterized in that the first electromagnetic radiation source (200) consists of one or more radiation elements (210a, n), preferably designed as LEDs or lasers. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungselemente (210a,n) voneinander unabhängig betreibbar sind.Device according to one of the Claims 9 until 12th , characterized in that the Radiation elements (210a, n) can be operated independently of one another. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungselemente (210a,n) voneinander unabhängig in ihrer Leistung regelbar sind.Device according to one of the Claims 9 until 13th , characterized in that the power of the radiation elements (210a, n) can be regulated independently of one another. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, gekennzeichnet durch Lichtleitelemente (211a,n), insbesondere Lichtleitfasern, die zum gesonderten Übertragen der jeweiligen Strahlung der Strahlungselemente (210a,n) ausgebildet sind.Device according to one of the Claims 9 until 14th , characterized by light guide elements (211a, n), in particular light guide fibers, which are designed for the separate transmission of the respective radiation of the radiation elements (210a, n). Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelseiten der Lichtleitelemente (211a,n) zu einer linienhaften oder flächenhaften Anordnung zusammengefasst sind.Device according to Claim 15 , characterized in that the coupling-out sides of the light guide elements (211a, n) are combined to form a linear or planar arrangement. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelseiten der Lichtleitelemente (211a,n) über optische Elemente (205c) in einer Prozessebene ggf. unter Vergrößerung oder Verkleinerung abgebildet sind.Device according to Claim 15 or 16 , characterized in that the decoupling sides of the light guide elements (211a, n) are mapped via optical elements (205c) in a process level, possibly with enlargement or reduction. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung der zweiten elektromagnetischen Strahlungsquelle (3) im Bereich von 100nm bis 320nm liegt.Device according to one of the Claims 9 until 17th , characterized in that the electromagnetic radiation of the second electromagnetic radiation source (3) is in the range from 100 nm to 320 nm. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite elektromagnetische Strahlungsquelle (3) ein Excimerstrahler oder ein Quecksilberstrahler ist.Device according to one of the Claims 9 until 18th , characterized in that the second electromagnetic radiation source (3) is an excimer radiator or a mercury radiator. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung der dritten elektromagnetischen Strahlungsquelle (4) im Bereich von 200nm bis 500nm liegt.Device according to one of the Claims 9 until 19th , characterized in that the electromagnetic radiation of the third electromagnetic radiation source (4) is in the range from 200 nm to 500 nm. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte elektromagnetische Strahlungsquelle (4) eine Quecksilberlampe oder eine LED-Lampe ist.Device according to one of the Claims 9 until 20th , characterized in that the third electromagnetic radiation source (4) is a mercury lamp or an LED lamp.
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