DE2016438A1 - Warmeubertragungselement und Ver fahren zu seiner Anwendung - Google Patents

Description

DENFISOF MANUFACTORIES COMPANY

300 Howard Street

Eramingbam, Massachusetts/V.St.A.

Unser Zeichen: B 640

Wärmeübertragungselement und.Verfahren zu seiner Anwendung

Zusatz zu Patent ...............

(amtliches Aktenzeichen der Anmeldung P 16 71 535.6-45)

In der Hauptanmeldung ist ein Wärmeiibertra gungs element,, enthaltend eine Unterlage mit einer- Übertragungsschicht darauf, beschrieben, die aus einem oxidierten Wachs besteht, das als Reaktionsprodukt bei der Oxidation eines Kohlenwasserstoff wachses erhalten wurde» wobei die Schicht einen Schmelzpunkt zwischen etwa 50 und 110 G , eine Verseifungszahl zwischen etwa 25 und 150 und eine auf einem Penetrometer bestimmte Härte unterhalb etwa 15, gemessen mit 100 g während 5 Sekunden bei 25° C besitzt und die Erfindung des Hauptpatents wird darin gesehen, dass das ¥aehs aus einem oxidierten, partiell veresterten und partiell verseiften Montanwachs besteht, welches bei

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mindestens etwa 11 q oberhalb seines Erstarrungspunkts eine Schmelzviskosität von mindestens etwa 150 Centipoisen besitzt.

Die vorliegende Erfindung bedeutet, wie nachstehend näher ausgeführt wird, eine Verbesserung gegenüber diesen neuen Wärmeübertragungselementen und zwar insofern, als dem oxidierten Wachs Harze zugesetzt sind, die als Verdünnungsmittel wirken und dem Wärmeübertragungselement verbesserte Druckfähigkeit und dem übertra-™ genen Etikett einen besseren Glanz verleihen; das oxidierte, partiell veresterte und partiell verseifte Montanwachs muss jedoch mindestens 30 Gew.# der Übertragungsschicht ausmachen.

Die erfindungsgemässen Wärmeübertragungselemente dienen der Beschriftung und Etikettierung, insbesondere der Etikettierung von klaren Kunststoffen.

Das Verfahren zur Anwendung der erfindungsgemässen Wärmeübertragungselemente nach vorhergehendem Aufdruck eines übertragbaren Farbmusters unter Übertragung dieses aufgedruckten Musters auf eine aufnehmende Oberfläche durch Berührung derselben mit dem Muster unter Anwendung von Wärme und Druck zum Schmelzen der Wachsschicht kennzeichnet sich dadurch, dass man anschliessend das übertragene Muster glättet und klärt, indem man das an der Oberfläche haftende Wachs mittels eines heißen Gasstrahls schmilzt, ohne dass der Gegenstand merklich erhitzt wird und dass man dann das Wachs in einem klaren Zustand erstarren lässt.

Durch Wärme übertragbare Etiketten auf der Basis von verschiedenen Wachsen sind im Handel verbreitet und in den USA-Patentschriften 2 862 832 , 2 984 413 und 2 990 311 beschrieben, auf welche hier Bezug genommen wird. Eine Vorrichtung zur Aufbringung der Etiketten ist

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ebenfalls bekannt und z.B. in den USA-Patentschriften 2 981 432 und 3 064 714 beschrieben, auf.die hier ebenfalls Bezug genommen wird.

Die USA-Pa tent's ehr if t 2 862 832 beschreibt ein Wärmeübertragungselement, enthaltend eine Unterlage und einen sich ablösenden Überzug darauf, der ein als Reaktionsprodukt der Oxidation harter, hochschmelzender, aliphatischer Kohlenwasserstoffwachse erhaltenes oxidiertes Wachs enthält. Diese oxidierten Wachse besitzen Schmelzpunkte zwischen etwa 50 und 110° G, Verseifungszahlen zwischen etwa 25 und 100, Säurezahlen zwischen etwa 5 und 40 und einer auf dem Penetrometer bestimmten Härte (ASTM-D5-52) unter etwa 15, gemessen mit 100 g während 5 Sekunden bei 25° G. Die USA-Patentschrift 2 984 413 besitzt einen ähnlichen Inhalt, unterscheidet sich jedoch von dem der USA-Patentschrift 2 862 832 durch die Verwendung eines nicht-oxidierten Wachses in dem übertragbaren Überzug. Die USA-PatentschriT⁴- 2 990 311 bedeutet eine Verbesserung gegenüber den vorstehend besprochenen Patentschriften und schafft ein Übertragungselement, bestehend aus einer Unterlage und einem übertragbaren Überzug, der ein gleichförmiges Gemisch aus einem kristallinen Wachs und einem synthetischen, thermoplastischer filmbildenden Harz enthält, wobei jeder Bestandteil in der Zusammensetzung mindestens 15$ des Gesamtgewichts ausmacht.

Etiketten mit einem sich ablösenden Überzug gemäss den vorstehend genannten Patentschriften ergaben bei der Etikettierung einiger Gegenstände, insbesondere bei der Etikettierung von Verpackungsbehältern, wie Haschen oder dergl., aus klarem oder undurchsichtigem Kunststoff oder aus Kunstoffen, wie Polyvinylchlorid oder Polystyrol, mit verhältnismässig niedrigen Erweichungstemperaturen, gewisse Nachteile. Während der Übertragung wird nämlich

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die Wachsschicht geschmolzen und ein Teil des Wachses wird zusammen mit dem Muster oder der Beschriftung auf die aufnehmende Oberfläche übertragen, wo es erstarrt. Das übertragene Wachs erstarrt in der Regel als trüber Film, was dann nicht auffällt oder stört, wenn die aufnehmende Oberfläche undurchsichtig ist; die Klarheit und die Gefälligkeit des Musters oder der Beschriftung wird jedoch dann stark beeinträchtigt, wenn die aufnehmende Oberfläche aus einem klaren Kunststoff besteht. Der trübe, das Bild umgebende Wachsfilm kann dann besonders auffallen.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung von Wärmeübertragungselementen der vorstehend beschriebenen allgemeinen Art, welche geglättet und geklärt werden können, so dass das Aussehen des übertragenen Bildes nicht beeinträchtigt wird und die auf Kunststofflächen mit niedrigen Erweichungstemperaturen aufgebracht werden können; die Erfindung betrifft auch die Anwendungsmethode dieser Wärmeübertragungselemente.

Gemäss der Erfindung kann man nun klare Bilder auf aufnehmenden Oberflächen erhalten, wenn man als Wachs in dem ablösbaren Wachsüberzug ein modifiziertes Montanwachs

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verwendet, das auf die nachsthend näher beschriebene V/eise oxidiert, verestert und partiell verseift wurde. Nach der Übertragung wird das zusammen mit dem Muster oder der Beschriftung übergehende Wachs mittels eines heißen Gasstrahls oder auf beliebige andere geeignete Weise , wobei das Wachs auf oder oberhalb seines Schmelzpunktes unter möglichst geringer Erhitzung der darunter befindlichen Oberfläche erhitzt wird, erneut, geschmolzen, und anschliessend unter Erstarrung des Wachses in einen klaren, glatten Zustand abgekühlt. Eine Kühlung unter Umgebungsbedingungen iat in der Regel ausreichend, obwohl

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zur schnelleren und manchmal "besseren Klärung eine erzwungene Kühlung angewendet werden kann; das ist "besonders dann empfehlenswert, wenn die Gegenstände sofort gehandhabt werden sollen, z.B. "bei der Verpackung.

Die erfindungsgemäss verwendeten, modifizierten Montanwachse "besitzen ähnliche Eigenschaften wie die in der USA-Patentschrift 2 862 832 beschriebenen, jedoch mit der Ausnahme, dass sie etwas höhere Verseifungszahlen aufweisen können. So besitzen sie Schmelzpunkte zwischen etwa 50 und 110 C, Verseifungszahlen zwischen etwa 25 und 150, Säurezahlen zwischen etwa 5 und 40 und eine auf dem Penetrometer gemessene Härte (ASTM-D5-52) unterhalb etwa 15, bestimmt mit 100 g während 5 Sekunden bei 25° C. Sie sollen in dünnen flüssigen Schichten klar sein und besitzen verhältnismässig hohe Schmelzviskositäten.

Zusätze, z.B. Füllstoffe, Wachsstreckmittel und Harze, insbesondere synthetische Harze, können dem Wachs ohne störende Nebenwirkungen zugesetzt werden, wie dies die folgenden Beispiele erläutern und diese Zusätze verbessern verschiedene Eigenschaften, z.B. Glanz, Druckfähigkeit und dergl.. Die Erfindung wird anhand der Zeichnung besser verständlich. In der Zeichnung zeigen:

Pig. 1 eine Schnittansicht durch ein Wärmeübertragungselement gemäss der Erfindung,

Fig. 2 ein Flußdiagramm für die Herstellung des 'erfindungogemäss verwendeten modifizierten Montanwachses und

3 eine 3chernatische Darstellung einer Vorrichtung zur Einwirkung eines heißen Gas-

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Strahls auf das übertragene Bild zwecks dessen Klärung.

Die Zeichnung zeigt eine Unterlage 10 aus Papier oder dergleichen, die mit einer übertragbaren Schicht 11 überzogen ist, welche mindestens 30 Gew.^c/< > eines oxidierten Montanwachses enthält und auf die freiliegende Oberfläche dieser Schicht ist ein Muster 12 aufgedruckt.

Die hier beschriebenen oxidierten Montanwachse werden, wie in Fig. 2 dargestellt, hergestellt und sind in verschiedenen Sorten ve-a—cäj? {!American Hoechst Corporation; ,T^meiyi, erhältlich. So können zum Beispiel die ftg^-^³⁰^^{513 0?}> ^x 55, 0 und Spezial <»'-.■ / verwendet werden. Solche erfindungsgemäss geeigneten Wachse besitzen hohe Schmelzviskositäten verglichen mit anderen, gängigeren Wachsen, welche v.'enige Grad über ihrem Erstarrungspunkt sehr niedrige Schmelzviskositäten aufweisen; diese Eigenschaft wird zur Erzielung der erfindungsgercäss bezweckten Glätte und Klarheit als wichtig erachtet. So sollen die Wachse bei einer Temperatur, die etwa 25° ? ( etwa 8 C) oberhalb ihres Erstarrungspunkts liegt, eine Schmelzviskosität von mindestens etwa 150 Centipoiscn besitzen. Diese Wachse sind auch, wenn sie zu einer flüssigen, etwa 6,4 mm oder dünneren Schicht geschmolzen werden, im wesentlichen klar. Diese Wachse sind Montanwachse, welche auf die in Fig. 2 erläuterte Weise oxidiert, verestert und partiell verseift wurden. Obwohl sie nicht durchweg in der Literatur als oxidierte V/achse bezeichnet wcro.en, wurden die vorstehend beschriebenen Wachse doch einer Oxidation unterwor/en und besitzen die vorstehend a ng β, ^reL e η on E igen s c ha f t on.

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Die vorstehenden Wachse sind offenbar einzigartig, was die Erzielung einer Klarheit in Übertragungsetiketten mit annehmbaren Mitteln anbelangt. Man nimmt an, dass ihre verwickelte Zusammensetzung und ihre verhältnismässig hohe Schmelzviskosität ihre Fähigkeit, bei der Abkühlung zu kristallisieren, wesentlich herabsetzen, so dass diese, im geschmolzenen Zustand nahezu klaren Wachse verhältnismässig rasch unter Bildung eines klaren, im wesentlichen amorphen Feststoffs abgekühlt werden können.

Die erfindungsgemäss verwendeten Wachse können auf die Unterlage auf beliebige übliche Weise aufgebracht werden, z.B. in Form von Emulsionen, als heiße Schmelzen oder in Form von Lösungen. Das überzogene Papier wird dann mit einem Küster mittels einer üblichen Druckeinrichtung bedruckt, z.B. in einer Druckerpresse, durch Rotationstiefdruck oder dergleichen unter Verwendung üblicher Druckfarben, gegebenenfalls in mehreren Farben, einschliesslich aus Metallpulvern hergestellten Druckfarben. Der hier verwendete Ausdruck "Muster" umfasst Druck und Malerei oder eine Kombination, von beiden. ■

Die hier beschriebenen oxidierten, modifizierten Montanwachse sind bei ihrer alleinigen Verwendung verhältnismässig viskos, spröde und/oder kostspielig, weshalb man sie erf indungsgemäss ±a Mischung mit verschiedenen Zusätzen, wie anderen V/ach sen, Füllstoffen und Harzen verwendet, wie sie z.B. in der genannten USA-Patentschrift 2 990 311 beschrieben sind, was die Kosten herabsetzt, die Überzugseigenschaften, den Glanz, die Druckfähigkeit und dergl. in dem fertigen übertragbaren Überzug verbessert.

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Geeignete Zusammensetzungen sind in der nachstehenden Tabelle 1 angegeben, in welcher Teile Gewichtsteile sine,

	Tabelle 1	20	20	4	5	6	7	8	9	10
Beispiel	1 2 3			80		74	58		38
Hoechst OP^	80 80 80			75			42		30
Hoechst X55^ '				25	8	18	22	32	42
Paraffin	20
Mikrokristallines ■						6
Wachs				12	12	10	7
Cardis One- '			14
Castorwachs			4
Ca rna uba -V/a ch s	20
Bienenwachs				12	12	13	12
Pentalyn H^ ^					6	7	9
Elvax 410^ '

^ 'Hoechst OP ist ein hartes, oxidiertes Montanwachs, das auf die in Fig. 2 dargestellte V/eise modifiziert ist und einen Tropfpunkt (ASTI-I 566-49) von 100 bis 104⁰C l-aia-bis 221° f4> einen Gerinnungspunkt (ASTM D 938-49) von 74 bis 79,5° G 6, eine Säurezahl von 10 bis 15 und eine Verseifungszahl von 100 bis 115 hat.

(²)rloechst X55 ist ein ähnlich modifiziertes Montanwachs mit einem Tropfpunkt von 97 bis 103° C feOfr-%JH-), einem Gerinnungspunkt von 75 bis 80⁰C G■-, einer Säurezahl von 10 bis 15 und einer Verseifuntszahl von 90 bis 100.

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^{v y}Cardis One ist ein ait Polyaetbylen modifiziertes mikrokristallines Wachs der Warwick Wax Division der Western Petrochemical Corporation. '

'Pentalyn H ist der Pentaerythritolester von hydriertem Kolophonium und ist erhältlich von der Hercules Chemical Company.

410 ist ein Copolymerisat aus !ethylen und Vinylacetat und von der Ξ.Ι. du Pont Company erhältlich.

Das in den vorstehenden Beispielen verwendete mikrokristalline Wachs -war Warco 66° C (Beispiel 2) «-thrr· Warwick Wax-Abt. der Western Petrochemical Corporation) oder Uitraflex White (Beispiel 8) &er(.Petrolite Corporation), das Castorwachs war ein i£oa-4-&£((^aker Chemical Comp.)> n-e-g hydriertes Rizinusoel und das Paraffinwachs jwa* Suneco 5512 Wax d-er(sun Oil Company; mit einem Schmelzpunkt von etwa 71° C

Das Papier wird dann auf der gewachsten Seite mit einer glänzenden, in organischen lösungsmitteln gelösten Tiefdruckfarbe bedruckt. Fach dem Trocknen der Farbe wird das Muster durch Walzendruck von einer erhitzten Oberfläche mit einer Temperatur zwischen etwa 121 und 316° C (-SSQ-nnü Oe^-p), z.B. 177°C auf die aufnehmende Oberfläche übertragen. Das Übertragungselement kann gegebenenfalls auch vorerhitzt werden, liach der "übertragung wird die Papierunterlage 10 sofort noch heiß entfernt, wobei das Muster fest an der Oberfläche haften bleibt.

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Bei der Übertragung wird das nut der Farbe übersehende geschmolzene V/achs leicht uneben und trübe, was cas Ausseben des übertragenen Bilds beeinträchtigt.

Es wurde nun gefunden, dass zur Verbesserung des Aussehens des übertragenen Bilds und zur Klärung des Wachses das übertragene Bild einschliesslich des dasit übergegangenen, erstarrten Wachses heissen Gasstrahlen ausgesetzt werden kann und zwar entweder einer direkten Gasflamme oder heißen Luftstrahlen mit einer Temperatur von 150 bis etwa 205 C J&QQ—t>±9— ■400—£-)· oder höher, während einer Zeit, die gerade zum Schmelzen des Wachses ausreicht. Auf diese Weise wird nur die Oberfläche des Bildes oder Musters, einschliesslich des Wachses, erhitzt und die Abkühlung erfolgt verhiitnismässig rasch durch bloße Berührung mit der umgebenden Atmosphäre; als Ergebnis erhält man einen klaren Film, Gegebenenfalls kann jedoch auch die Kühlung beschleunigt werden. Eine solche beschleunigte Abkühlung ist dann von Vorteil, wenn die etikettierten Gegenstände sofort gehanchabt werden sollen, z.B. verpackt oder dergleichen.

Eine zum erneuten Schmelzen der Wachsschicht geeignete Vorrichtung ist in Fig. 5 dargestellt. Sine klare Kunststofflasche 20 oder dergleichen mit einem darauf übertragenen Etikett 22 wird auf ein Förderband 24 gestellt und an einem ersten Paar Erhitzungsatationen 25 und 28 vorbeigeführt. Die Erhitzungsstationen 26 und 2'ö werden mit Gas unter Erzeugung einer Flamme 30 gespeist, die direkt auf den Gegenstand 20 und das Etikett 22 nuftrifft, wenn diese an der Station auf dem Förderband 24 vorbeibewegt werden.

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Das Förderband 24 wandert mit einer solchen Geschwindigkeit-, dass die Flasche 20 an den Erbitzungsstationen 26 und 28 lange genug vorbeigeführt wird, dass die auf dem Etikett 22 und darum herum klebende Y/achsschicht schmilzt, während dem Körper des Behälters 20 ein Minimum an Wärme zugeführt wird.

Nachdem der Gegenstand 20 die ErbitzungsStationen und 28 passiert hat, gelangt er zu dem Drehtisch und an die Führung 34, welche zusammen die Flasche um in der Regel etwa 90 drehen, was ausreicht, um die infolge der Krümmung der Flasche 20 nicht erhitzten Teile des Etiketts nach außen zu drehen. Dann läuft der Behälter 20 an einem zweiten Paar Erhitzungsstationen 36 und 38 vorbei, die in gleicher Weise beide Seiten des Etiketts so lange erhitzen, bis das Wachs ohne wesentliche Erhitzung der Flasche geschmolzen ist. Mehrere Erhitzungsstationen, wie sie in Fig. 3 mit 26, 28, 36 und 38 bezeichnet sind, sind zur vollständigen Erhitzung und Klärung von um runde Gegenstände verlaufenden Etiketten geeignet. Zur Erhitzung von weniger gekrümmten Gegenständen oder zur Erhitzung einer kleineren Fläche ist nur eine kleinere Anzahl von Erhitzungsstationen nötig.

Obwohl in Fig. 3 die erhitzenden Gasstrahlen als direkt auf das Etikett 22 auftretende Gasflamme dargestellt sind, hat es sich doch auch als ausreichend erwiesen, Luft über elektrische Heizelemente oder durch eine Flamme zu leiten, so dass sie auf etwa 150 bis 205° C 4QQ^=F-) erhitzt wird und

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dann die heiße Luft zum Schmelzen des V/achses ohne wesentliche Erhitzung des Behälters 20 auf das Etikett zu leiten.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   L. Wärmeübertragungselement für die Beschriftung und Etikettierung von Kunststoffgegenständen,nach Patent

   (amtl.Aktenzeichen der Anm. P 16 71 533.6), enthaltend eine Unterlage mit einer Übertragungsschicht darauf, wobei die Übertragungsschicht ein als Reaktionsprodukt der Oxidation eines Kohlenwasserstoffwachses erhaltenes oxidiertes Wachs enthält und einen Schmelzpunkt zwischen etwa 50 und 110 -C, eine Säurezahl zwischen etwa 5 und 40, eine Verseifungszahl zwischen etwa 25 und 150 und eine auf dem Penetrometer bestimmte Härte unter etwa 15, gemessen mit 100 g während 5 Sekunden bei 25 C besitzt und das oxidierte Wachs aus einem· oxidierten, partiell veresterten und partiell verseiften Montanwachs besteht, welches bei mindestens etwa 11° G oberhalb seines Erstarrungspunkts eine Schmelzviskosität von mindestens etwa 150 Centipoisen besitzt und der Überzug ein aufgedrucktes Muster trägt, dadurch gekennzeichnet, dass das oxidierte Wachs mindestens 30 Gew.-^ der Übertragungsschicht ausmacht.

   2.V-ärmeübertragungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oxidierte Wachs den überwiegenden Anteil der Übertragungsschicht ausmacht.

   3.Wärmeübertragungaelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oxidierte Wachs in Form einer weniger als etwa 6,4 mm dicken, geschmolzenen Flüssigkeitsschicht nahezu klar ist.

   4.7/ürmeübertragungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsschicht noch mindestens ein synthetisches Harz enthält.

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   , Verfahren zur Etikettierung der Oberfläche eines Gegenstands unter Verwendung eines Wäraeübertragungselementα gemäss Anspruch 1 unter Übertragung des aufgedruckten Musters durch Berührung der Aufnahmeflache mit dem Muster unter Anwendung von Wärme und Druck zum Schmelzen der Wachsschicht, dadurch gekennzeichnet, dasa man anschliessend das Bild glättet und klärt, indem aan das auf die Aufnahmefläche übertragene, daran haftende Wachs mittels eines heissen Gasstrahls erneut schmilzt, ohne dass der Gegenstand merklich erhitzt wird und dass man dann das Wachs in einem klaren Zustand erstarren lässt.

   Ö.Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als heißer Gasstrahl eine auf das übertragene Wachs auftreffende Flamme verwendet wird.

   7.Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
   wird

   dass als Gasstrahl etwa 150 G heisse luft verwendet

   ™ 8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als aufnehmender Gegenstand ein klarer Kunststoff verwendet wird.

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