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Trans ferdruckTrer fahren
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transfer-Drucken auf Gegenstände,
die aus Kunststoff bestehen oder eine Oberflächenbeschichtung, beispielsweise einen
Lack, aus Kunststoff tragen. Beim Transferdruck, der hauptsächlich aus der Textilindustrie
bekannt ist, wird von einem flächigen Farbträger bei erhöhter Temperatur auf die
zu bedruckende Oberfläche durch Sublimation ein Farbstoff übertragen. Während der
Farbübertragung wird der Farbträger an die Oberfläche des zu bedruckenden Gegenstandes
angedrückt.
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Stand der Technik Der Transferdruck auf lackierte Oberflächen von
festen Gegenständen, z.5. Blechbändern, ist in DE-A 29 14 704 beschrieben. Der Transferdruck
erfolgt beim Durchlauf des lackierten Bleches und eines Transferdruckpapiers über
einen Kalander. Gemäß DE-A 26 42 350 wird der Transferdruck mit der Beschichtung
eines festen Gegenstandes zusammengefaßt, indem man eine thermoplastische Kunststoff-Folie
auf die Oberfläche des festen Gegenstandes aufkaschiert und gleichzeitig von einem
Farbträger Farbstoffe in die aufgebrachte Kunststoffschicht transferiert.
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Für das Aufkaschieren können verschiedene gebräuchliche Verfahren
angewendet werden, wie Hochfrequenz- oder Ultraschallkaschierung oder Heißluftschweßen.
Da das Kaschieren und Farbtransferieren im thermoplastischen Zustand der Kunststoffschicnt
erfolgen, bleibt der ursprüngliche Glanz der Kunststoffoberfläche bei diesem Verfahren
nicht erhalten.
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Aufgabe und Lösung Beim Transfer-Drucken auf Gegenstände aus Kunststoff
oder solche mit einer Kunststoff-Oberflächenschicht bzw. Lackschicht soll der Oberflächenglanz
im wesentlichen erhalten bleiben. Ein hierzu geeignetes Verfahren soll unter technischen
Bedingungen leicht durchführbar sein. Es wurde gefunden, daß die gestellte Aufgabe
dadurch gelöst werden kann, daß der flächige Farbträger während des Farbstofftransfers
mittels überatmosphärischem Gasdruck an die zu bedruckende Oberfläche angedrückt
wird, wobei die Oberfläche auf einer Temperatur unterhalb des thermoplastischen
Bereichs gehalten wird. Während beim mechanischen Andrücken des Farbträgers an die
zu bedruckende Oberfläche bei der zum Transfer-Druck geeigneten Temperatur unvermeidlich
Zonen auftreten, in denen der Druck zwischen dem Farbträger und der Oberfläche so
hoch wird, daß der Oberflächenglanz bleibend beeinträchtigt wird, wird durch das
Verfahren der Erfindung eine wesentlich gleichmäßigere Druckeinwirkung erzielt,
wodurch der Oberflächenglanz erhalten bleibt.
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Gewerbliche Verwertbarkeit Durch das Verfahren der Erfindung lassen
sich alle Substrate bedrucken, deren Oberfläche eine ausreichende Affinität zu den
beim Transfer-Druck verwendeten sublimierbaren Farbstoffen haben. Mit besonderem
Vorteil wird das Verfahren der Erfindung zum Bedrucken von Gegenständen mit glänzender
Oberfläche oder mit einer aus anderen Grunde druckempfindlichen Oberfläche angewendet.
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Die zu bedruckenden Gegenstände bestehen wenigstens an der Oberfläche
aus einem Kunststoff, der eine zusammenhängende, allenfalls poröse Schicht oder
Matrix bildet, eine ausreichende M ¢nicht den beim Transferdruck verwendeten Farbstoffen
hat und bei den anzuwendenden Temperaturen gegebenenfalls bis zum thermoelastischen,
jedoch nicht bis zum thermoplastischen Zustand erweieht. Besonders vorteilhaft sind
solche Kunststoffe, die dank eines sehr hohen Molekulargewichtes oder starker Verzweigung
oder Vernetzung keinen thermoplasti schen Zustandsbereich haben, sondern höchstens
thermoelastisch erweichen.
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Durchgehend aus Kunststoff bestehende Gegenstände mit einer geschlossenen
Kunststoffoberfläche sind bevorzugt, insbesondere ebene Tafeln, Bahnen oder Folien.
Die Tafeln oder Bahnen können z.B. eine Dicke von 1 bis 12, vorzug weise 2 - 8 mm
haben Man kann auch gekriin:tate, gewölbte oder in anderer Weise dreidimensional
geformte Gegenstände erfindungsgemäß bedrucken, z.B. Rohre, Kuppeln, Sanitärteile,
Leuchtwerbezeichen, Spritzgußteile usw. Weiterhin lassen sich Schaumstoffe von ausreichender
Temperaturbeständigkeit, z.B. Polymethacrylimidschaumstoff, nach dem Verfahren der
Erfindung bedrucken.
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Eine weitere Klasse von bedruckbaren Gegenstände sind solche, die
eine Oberflächenschicht aus Kunststoff, z.B.
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eine auflaminierte Folie oder eine Lackschicht, auf einem Grundkörper
aus einem anderen Werkstoff, wie etwa Metall (Blech), Keramik, Glas, Asbestzementplatten,
Leder, Holz,
Holzspan- oder Hartfaserplatten, Papier oder Pappe,
enthalten. Die zu bedruckende Kunststoffschicht soll eine Dicke von wenigstens 10
um, vorzugsweise 50 um bis 1 mm haben.
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Ein für das Verfahren der Erfindung besonders geeigneter Kunststoff
ist Acrylglas. Darunter werden Homopolymerisate des Methylmethacrylats und Mischpolymerisate
aus einem überwiegenden Anteil dieses Monomeren, vorzugsweise mindestens 70 %, und
zum übrigen Teil aus anderen, damit mischpolymerisierbaren Monomeren, sowie auch
Acrylnitril-Methylmethacrylat-Gopolymerisate verstanden. Das Acrylglas kann in Plattenform
polymerisiert sein; dieses sogenannte "gegossene Acrylglas besitzt infolge eines
Molekularge wichts über 1 Million keinen thermoplastischen Zustandsbereich. Das
Acrylglas kann jedoch auch aus einer thermoplastisch aufschmelzbaren Formmasse extrudiert
sein. In diesem Falle kann der Transferdruckvorgang unmittelbar an die Herstellung
der Kunststoffbahn durch Extrusion angeschlossen werden. Andere geeignete Kunststoffe
sind Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol und schlagzähe Butadien-Styrol-Kunststoffe,
Polyoxymethylen, Polycarbonat-, Glasfaser-Polyester- und Aminoplast-Kunststoffe.
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Deckend weiß eingefärbte Kunststoffe werden in der Regel bevorzugt,
jedoch sind auch klar durchsichtige, durchscheinende oder anders eingefärbte Kunststoffe
bzw. Kunststoffschichten geeignet.
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Die flächigen Farbträger, die üblicherweise im Textildruck oder bei
anderen Transferdruckverfahren eingesetzt werden, sind auch für das Verfahren der
Erfindung geeignet. Sie können einfarbig oder in beliebigen Mustern oder Motiven
ein- oder mehrfarbig bedruckt sein. Sie werden in der Regel im Tiefruck-, Offsetdruck-
oder Siebdruckverfahren auf Papier hergestellt, jedoch finden als Trägermaterial
auch Kunststoff-oder Metallfolien Verwendung. Für den Druck werden spezielle sublimationsfähige
Farbstoffs verwendet, die eine ausreichende Affinität zu dem zu bedruckenden Kunststoff
haben.
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Wenn nur ein Teil der Oberfläche des Gegenstands zu bedrucken ist,
kann der Farbträger kleiner als die Oberfläche des Gegenstandes sein. Bei nicht
ebenen Cegenständen kann es zweckmäßig sein, Farbträger aus einzelnen Teilen zu
verwenden, die sich besser als ein zusammenhängendes Stück an die Oberfläche anlegen
lassen. Die einzelnen Teile können gleichzeitig oder nacheinander zum Transferdruck
verwendet werden. Zum Bedrucken von kugelig gevölbten Flächen sind Farbträger aus
elastischen Kunststoffolien manchmal von Vorteil.
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Der Farbträger sollte zweckmäßig so ausgewählt werden, daß er unter
den Druckbedingungen nicht zu Falten- oder Blasenbildung neigt. Es ist vorteilhaft,
Farbträger aus Papier unterhalb der Sublimations-Temperatur vorzutrocknen. Um eine
Beeinträchtigung des Glanzes der zu bedruckenden Oberfläche zu vermeiden, wird auf
den Farbträger mit Vorteil ein flüssiges oder feinteiliges Trennmittel, wie
Talkum,
aufgepudert. Es hat sich weniger gut bewährt, die Kunststoffoberfläche einzupudern.
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Es empfiehlt sich, den Farbträger elastisch in geringem Abstand -
etwa von 1 bis 2 mm - über der zu bedruckenden Oberfläche aufzuspannen und ihn jeweils
nur in der Zone, auf die gerade das Druckgas einwirkt, mit der Oberfläche in Berührung
zu bringen.
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Das Druckgas besteht in der Riegel aus Luft. Nur in seltenen Ausnahmefällen
wird man Inertgase, wie Stickstoff oder Kohlendioxid, anwenden. Das Druckgas wirkt
mit einem geringen überatmosphärischen Druck mittelbar oder unmittelbar auf die
Rückseite des Farbträgers ein und darf nicht um diesen herum auf die Vorderseite
des Farbträgers, die an dem zu bedruckenden Gegenstand anliegt, übergreifen. Man
kann ein Druckgaspolster anwenden, wobei das Druckgas in ein Kissen aus einer weichen
Folie oder einem Textil gewebe , das nicht steifer als der Farbträger selbst ist,
eingeschlossen sein kann. Vorteilhafter ist die unmittelbare Einwirkung des Druckgaspolsters
auf den Farbträger, wobei eine das Gaspolster einschlieRende Glocke am Rand des
Farbträgers aufliegen oder einen engen Luftspalt bilden kann. Das durch diesen Spalt
entweichende Druckgas muß laufend ersetzt werden um. den erforderlichen Gasdruck
aufrechtzuerhalten.
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Der Gasdruck kann in der Größenordnung von 3 bis 200 mm Wassersäule
(WS), vorzugsweise 5 - 50 mm WS liegen. Höhere Drucke sind bei ebenen Substraten
und flexiblen Farbträgern nicht erforderlich und können zu störenden Abdrücken oder
Glanz schäden führen.
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Vorzugsweise wird der Gasdruck durch ein strömendes Gas erzeugt. Man
kann z.B. Druckluft aus einer Vielzahl von Einzeldüsen aus geringem Abstand von
beispielsweise 5 bis 50 mm auf die Rückseite des Farbträgers strömen lassen.
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Die Düsen können z.B. aus Bohrungen in einer Lochplatte in gegenseitigen
Abständen von 10 bis 50 mm oder aus entsprechend distanzierten Schlitzen bestehen.
Mit besonderem Vorteil läßt man das strömende Druckgas jeweils nur in einer begrenzten
Zone auf einen Teil der Rückseite des Farbträgers einwirken und verschiebt diese
Zone solange über die Rückseite des Farbträgers bis die gesamte Fläche abgedruckt
ist. An jeder Stelle muß die Verweilzeit zur erforderlichen Farbübertragung ausreichen.
Zweckmäßig läßt man Druckluft aus einer Schlitzdüse austreten, deren Breite die
zu bedruckende Fläche überspannt und die allmählich über das Substrat hinwegbewegt
wird. Ebenso kann das Substrat unter der feststehenden Schlitzdüse durchbewegt werden.
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Die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit des strömenden Gases richtet
sich nach dem Abstand der Düse von dem Farbträger, von dessen Flexibilität, von
dem Staudruck, der sich in Abhängigkeit von der Möglichkeit der Gasabströmung ausbildet
und nach weiteren Gegebenheiten des Einzelfalles.
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Die Strömungsgeschwindigkeit muß jedenfalls ausreichen, um den Farbträger
für eine ausreichend lange Zeit in dichter Berührung mit der Substratoberfläche
zu halten. Wenn der Farbträger flach liegt und beim Auf blasen des Gases eben liegen
bleibt, genügt eine geringere Strömungsgeschwindigkeit, als wenn der Farbträger
zur Wellen-, Falten- oder Blasenbildung neigt. Die Strömungsgeschwindigkeit darf
jedoch
nicht so gesteigert werden, daß durch den Andruck des Farbträgers Abdrücke oder
Glanzschäden auf dem Substrat verursacht werden. Gute Ergebnisse werden mit Strömungsgeschwindigkeiten
von 5 bis 20 m/sec erzielt. Die Relativgeschwindigkeit zwischen Düse und Substrat
kann im Bereich von 0,1 bis 2,0 m/min liegen.
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Die Transferdruck-Temperatur Die meisten Transferdruckfarben sublimieren
zwischen 100 und 3000C, insbesondere zwischen 150 und 2500C. Während der Einwirkung
des Druckgases muß der Farbträger die Sublimationstemperatur des Farbstoffes erreichen
und diese Temperatur solange beibehalten, bis der gewünschte Farbstofftransfer erfolgt
ist. Der Transfer vollzieht sich um so besser, je höher die Temperatur der zu bedruckenden
Oberfläche liegt, jedoch soll sie niedriger als die Temperatur des Farbträgers,
vorzugsweise unter der Sublimationstemperatur des Farbstofles bleiben. Es wird im
allgemeinen angestrebt, daß der Farbstoff etwa 20 bis 100 um tief in die zu bedruckende
Oberfläche eindiffundiert.
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Da der Farbträger erst unmittelbar vor Beginn des Farbstofftransfers
auf die Sublimationstemperatur erwärmt werden soll und der Sublimationsvorgang selbst
Wärme verbraucht, muß dem Farbträger während des Farbstofftransfers die zur Aufrechterhaltung
der Sublimationstemperatur erforderliche Wärme von der Rückseite her zugeführt werden.
Man kann z.B. in einer Glocke, die ein Druckgaspolster einschließt, Wärmestrahler
anordnen, deren 3trah-
lung auf die Rückseite des Farbträgers gerichtet
ist. Wenn mit einem strömenden Druckgas gearbeitet wird, kann dieses selbst erhitzt
werden und als Wärmeträger wirken. 'Æårmestrahler können zusätzlich verwendet werden.
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Der Farbstofftransfer kann in einer Kontaktzeit zwischen der zu bedruckenden
Oberfläche und dem Farbträger von 2 sec bis 5 min stattfinden. Vorzugsweise dauert
die Kontaktzeit 5 bis 15 sec. Kontaktzeiten im Sekundenbereich setzen nicht nur
eine hohe Temperatur des Farbträgers, sondern auch eine Vorwärmung der zu bedruckenden
Oberfläche auf eine möglichst hohe Temperatur voraus. Bei dünnwandigen Gegenständen,
wie z.B. Platten oder Folien aus Kunststoffen, kunststoffbeschichteten Blechen oder
Laninaten, genügt es meistens, den Gegenstand einige Zeit vor dem Transferdruck
auf eine erhitzte Unterlage aufzulegen.
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Dickere oder schlecht wärmeleitende Gegenstände werden in einem Wärme
schrank oder mittels Wärmestrahlern vorgewärmt.
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Beim Bedrucken von gegossenem Acrylglas hat es sich bewährt, das Acrylglas
auf 170 - 1800C vorzuwärmen und Heißluft mit einer Temperatur von 250 bis 3500C
auf die Rückseite des Farbträgers aufzublasen. Unter diesen Bedingungen läßt sich
ein satter Farbübertrag ohne Beeinträchtigung des Oberflächenglanzes in 5 bis 15
sec erreichen. Für duroplastische Kunststoffe oder wärmevernetzte Überzugsschichten
kommen ähnliche Bedingungen in Betracht.
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Wenn thermoplastische Kunststoffe mit Farbstoffen bedruckt werden,
deren Sublimationstemperatur im plastischen Erweichungsbereich des Kunststoffes
liegt, bedarf die Tem-
peraturführung sorgfältiger Beherrschung.
Der Kunststoff darf nur auf eine Temperatur vorgewärmt werden, die höchstens im
thermoelastischen, aber jedenfalls deutlich unter dem thermoplastischen Temperaturbereich
liegt. Während der Kontaktzeit mit dem Farbträger ist eine weitere Erhitzung der
Kunststoffoberfläche unvermeidbar; diese muß jedoch in solchen Grenzen gehalten
werden, daß die Oberfläche des Kunststoffs nicht in den thermoplastischen Zustand
gerät.
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Die Erhaltung des Oberflächenglanzes ist ein verläßliches Anzeichen
dafür, ob die Grenze zum thermoplastischen Bereich jedenfalls nicht bis zu einer
solchen Tiefe überschritten worden ist, daß irreversible Verformungen der Oberfläche
eintreten konnten. Die Vorwärmtemperatur, die Intensität der Wärmeeinwirkung beim
Farbstofftransfer und die Dauer der Kontaktzeit werden so aufeinander abgestimmt,
daß satte Farbübertragung erreicht wird, bohne daß der Farbträger an der Kunststoffoberfläche
zu kleben beginnt, was als Anzeichen des thermoplastischen Zustandes angesehen werden
kann.
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Auch die Höhe des Gasdruckes bzw. die StrömurEsgesehwindigkeit des
Gases haben Einfluß auf den Wärmeübergang auf die Kxnststoffoberfläche. Wenn Oberflächenschäden
durch Ankleben des Farbträgers auf der Kunststoffoberflache auftreten, kann demnach
durch eine niedrigere Vorwärmtemperatur oder durch eine Verminderung des Druckes,
der Strömungsgeschwindigkeit, der Temperatur oder der Einwirkungsdauer des Druckgases
oder durch Drosselung der Zufuhr von Strahlungswärme, Abhilfe geschaffen werden.
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Extrudiertes Acrylglas, das oberhalb 1500C im thermoplastischen Zustand
vorliegt, läßt sich erfindungsgemeu3 bedrucken, wenn es auf 120 - 1350C vorgewärmt
wird und der Farbträger mittels eines Heißluftstrahls mit einer Temperatur von 150
-2000C und einer Strömungsgeschwindigkeit von 5 - 20 m/sec während einer Kcntaktzeit
von 5 bis 10 sec angedrückt wird.' Vorgetrocknete Kunststofftafeln aus Polycarbonatkunststoff
können auf 180 - 2000C vorgewärmt werden und lassen eine Heißlufttemperatur bis
3500C zu.
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Arbeitsweise Bei der praktischen Anwendung des Verfahrens ist dafür
Sorge zu tragen, daß der Farbtransfer sofort beginnen kann, sobald das Druckgas
einwirkt. Entweder muß die zu bedruckende Oberfläche schon vor der Einwirkung des
Druckgases ausreichend vorgewärmt sein oder auf dem Farbträger muß sofort eine geeignete
Wärmequelle einwirken Vorzugsweise werden beide Voraussetzungen gleichzeitig erfüllt.
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Der zu bedruckende Gegenstand kann in einem Umluftschrank vorgewärmt
werden und wird, sofern er dabei thermoelastisch erweicht, auf eine geeignete, vorzugsweise
auf die gleiche Temperatur vorgewärmte Unterlage aufgelegt. Man kann auch den Gegenstand
auf der Unterlage liegend, beispielsweise mittels Wärmestrählern, erhitzen. Nun
wird der Farbträger kalt aufgelegt und das Druckgas einwirken gelassen. Der Farbträger
kann zur leichten Handhabung in einen Rahmen eingespannt werden. Nach dem Farbtransfer
wird der Farbträger abgenommen und der bedruckte Gegenstand gegebenenfalls solange
auf der Unterlage belassen, bis er unter die Erweichungstemperatur abgekühlt ist.
Zum kontinuierlichen
Bedrucken einer extrudierten, auf einem endlos
umlaufenden Stahlband aufgelegten Kunststoff bahn wird auf diese an der Stelle,
wo sie vom thermoplastischen Zustand auf die zum Transferdruck geeignete Temperatur
abgekühlt ist, ein bandförmiger, von einer Vorratsrolle abgenommener Farbträger
aufgelegt und mit einer quer zur Fließrichtung angeordneten Schlitzdüse mittels
eines Heißluftstrahls angedrückt.
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Gegebenenfalls läuft die Bahn nacheinander unter mehreren Schlitzdüsen
hindurch. Danach wird die Farbträgerbahn abgenommen und die bedruckte Kunststoffbahn
in einer Kühlzone abgekühlt.