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Verfahren zur Herstellung mehrfarbiger dekorativer
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Beschichtungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
mehrfarbiger dekorativer Beschichtungen auf Substraten.
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Beispiele für derartige Substrate sind Hohlkörpers insbesondere Dosen,
die in größtem Umfang zur Aufnahme von Flüssigkeiten und festen Stoffen venvendet
werden, wie Nahrungsmittel, Getränke, sonstige Flüssigkeiten wie Ö1 und dergleichen.
Gemäß der Erfindung können aber auch Tafelbieche beschichtet werden, aus denen,
falls gewünscht, Hohlkövper, insbesondere Dosen in üblicher Weise hergestellt werden
können.
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Nach dem Stand der Technik erfolgt die Herstellung mehrfarbiger dekorativer
Beschichtungen auf Substraten derart, daß die Substrate nacheinander bildmäßig mit
verschiedenfarbigen Beschichtungen beschichtet werden, z.B. mit verschiedellfarbigen
Druckfarben bedruckt werden. Beispielsweise kann man die Substrate, wie Dosen, zunächst
mit einem Weiß lack ganzflächig lackieren und anschließend mit einer anderen Farbe
bildmäßig bedrucken, wobei z.B. ein rotes Druckbild auf weißen Untergrund erhalten
wird. Dabei sind die mit dem bildmäßigen Druckbild bedruckten- Teile doppelt beschichtet.
Hierfür wird also die doppelte Menge Beschichtung benötigt, obwohl die Beschichtung
mit nur einer Schicht ausreichend wäre.
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Es ist auch bekannt, das Substrat bildmäßig nacheinander mit verschiedenen
Druckfarben zu bedrucken, wobei wie
bei einem üblichen Mehrfarbendruck
auf Papier auf Passagenauigkeit geachtet werden muß. Dies ist technisch aufwendig,
und selbst bei sorgfältigster Ausführung ist es möglich, daß an den Stoßstellen
zwischen den verschiedenen bildmäßigen Aufdrucken entweder die Auf drucke überlappen
oder daß freie Stellen auftreten, die zu Korrosion des Substrates führen, Um dies
zu verhindern, werden derartige mehrfarbige bedruckte Substrate mit einem weiteren
Klarlack ganzflächig überzogen.
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Das bildmäßige Aufdrucken von weißen Farben führt nur zu einem verhältnismäßig
matten Aufdruck, weil nach dem Offsetdruckverfahren nicht genügende Mengen weißer
Farbe auf das Substrat übertragen werden können, um ein sattes Weiß zu erzielen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Herstellung
mehrfarbiger dekorativer Beschichtungen auf Substraten zu finden, bei dem die obigen
Nachteile vermieden werden, und bei dem mindestens zwei verschiedcn farbige Beschichtungen
auf das Substrat aufgebracht werden, die Stoß an Stoß vorliegen, wobei ein einfaches
Verfahren angewandt wird.
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Es wurde gefunden, daß diese Aufgabenstellung in überraschend einfacher
Weise gelöst werden kann, wenn man bildmäßig mit im wesentlichen elektrisch nicht
leitenden Druckfarben bedruckt und anschlIeßend nach dem sogenannten Elektrotauchverfahren
das bedruckte Substrat beschichtet.
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Gegenstand der Erfindung ist demgemäß ein Verfahren zur Herstellung
mehrfarbiger dekorativer Beschichtungen auf Substraten, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß 5 bis 95% der äußeren Oberfläche eines eine elektrisch leiten-
de
Oberfläche aufweisenden Substrates bildmäßig mit mindestens einer Druckfarbe im
Offsetdruck.bedruckt und getrocknet wird unter Erzeugung von einem nach dem Trocknen
im Elektrotauchbad beständigen Auf druck mit einem spezifischen Schichtwiderstand
von mehr als 1070ohm zum cm im gesamten Bereich des Druckbildes, und das bedi-uckte
Substrat mit einem Elektrotauchlack andersfarbig oder transparent beschichtet wird.
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Unter Substraten, die eine elektrisch leitende Oberfläche aufweisen,
werden auch vollständig elektrisch leitende Substrate, insbesondere Metallsubstrate
verstanden, wie dies auf dem Gebiet der EC-Beschichtung bekannt ist.
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Der Ausdruck "im wesentlichen elektrisch nicht leitend" besagt, daß
die mit der Druckfarbe beschichteten Substrate an den rnit der Druckfarbe beschichteten
Stellen eine so geringe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, daß im EC-Bad an diesen
Stelle im szesentlichen keine Abscheidung an der EC-Beschichtungsmasse erfolgt bzw.
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die Beschichtungsmasse nach Verlassen desEC-Bades von den bedruckten
Bereichen in üblicher Weise abgespült werden kann.
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Von besonderer technischer Bedeutung sind als Substrate Hohlkörper,
die weder Boden noch Deckel aufweisen, insbesondere mit einem Boden versehene Metalldosen,
wie tiefgezogene, geschweißte oder gelötete Metalldosen.
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Diese können gemäß dem Verfahren der Erfindung vor dem Füllen und
Verschließen mehrfarbig beschichtet werden.
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Es können aber auch Blechtafeln gemäß der Erfindung beschichtet werden,
aus denen, falls gew;inscht, Hohlkörper der oben beschriebenen Art hergestellt werden
können.
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Das Bedrucken mit einer üblichen im wesentlichen elektrisch nicht
leitenden Druckfarbe erfolgt in an sich bekannter Weise. Mit derartigen Druckfarben
werden gemäß dem Verfahren der Erfindung bedruckte Flächen erzielt, die einen spezifischen
Schichtwiderstand von mehr als 1070hm zum cm , vorzugsweise mehr als 108, und besonders
bevorzugt mehr als 101° Ohm cm im gesamten Bereich dcs Druckbildes aufweisen. Derartige
Druckfarben sind an sich bekannt. Es ist lediglich darauf zu achten, daß sie nicht
Bestandteile, insbesondere nicht Pigmente enthalten, die eine wesentliche elektrische
Leitfähigkeit verursachen würden.
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Das Bedrucken mit derartigen Druckfarben erfolgt in an sich bekannter
Weise , z.B. nach dem Naß-Offset-, Trocken-Offset-, oder Siebdruckverfahren.
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Ein wesentliches Merkmal des Verfahrens der Erfindung besteht darin,
daß die Druckfarbe einen im wesentlichen elektrisch nicht leitenden Aufdruck ergibt.
Nur dann ist es möglich, daß bei der Beschichtung in einem üblichen Elektrotauchbad
eine Beschichtung der mit Druckfarbe bedruckten Stellen vermieden wird. Es ist erstaunlich,
daß die Beschichtung praktisch vollständig nur an den nicht bedruckten Stellen erfolgt,
die bedruckten Stellen von der Beschichtung praktisch völlig frei bleiben und zwischen
den beiden Beschichtungen keine und schichteten Bereiche verbleiben. Es tritt eine
unerwartet scharfe Abgrenzung zwischen bedruckten Bereichen und im Elektrotauchbad
beschichteten Bereichen ein.
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Ein besonderer Vorteil des Verfahrens der Erfindung liegt darin, daß
mit der Druckfarbe einerseits und mit der Beschichtung im Elektrotauchbad andererseits
unterschiedliche Schichtdicken erzielt werden können.
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Geeignete Schichtdicken für die Beschichtung mit Druckfarben sind
i bis 6, varzugsweise 2 bis 4/um.
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Geeignete Schichtdicken für die Beschichtung im Elektrotauchbad (sogenannte
EC-Beschichtung) sind 3 bis 20/um, vorzugsweise bei pigmentierten Lacken 9 bis 11'um
und bei nicht-pigmentierten Lacken 4 bis 7 um Die EC-Beschichtung kann mit den üblichen
Beschichtungsmassen durchgeführt werden, und zwar ATL- sowie KTL-Bädern. (ATL bedeutet
anodische- und KTL kathodische Tauchlackierung)O Diese sind in großer Vielzahl bekannt.
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übliche Abscheidebedingungen sind etwa 50 bis 400 Volt, Raum- oder
geringfügig erhöhte Temperatur, z.B. etwa 20 bis 350C, wobei im allgemeinen gekühlt
wird und Abscheidezeiten von etwa 5 bis 120 s, vorzugsweise 10 bis 30 st zweckmäßig
sind.
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Die anionischen Harze wie maleinisierte oder acrylierte Butadienöle,
maleinisierte natürliche Öle, carboxylgruppenhaltige Epikoteester und Acrylatharze,
Acrylepoxidharze, unmodifizierte oder mit Fettsäuren modifizierte Polyester haben
eine Säurezahl von 30 bis 180, insbesondere zwischen 40 und 80, und werden mit Ammoniak,
Aminen oder Aminoalkoholen mindestens anteilweise neutralisiert. Bevorzugt werden
leicht flüchtige Amine, damit sie bei den gewünschten kurzen Einbrennzeiten von
30 Sek. bis 300 Sek. möglichst vollständig aus dem Film entfernt werden. Besonders
bevorzugt ist Ammoniak.
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Die Vernetzung erfolgt entweder oxidativ über ungesättigte. Doppelbindungen
oder durch thermische Reaktion mit entsprechenden Vernetzungsmitteln wie Phenolharze
oder
Amin-Formaldehydharze. Zur Herstellung von Weißlack beschichtungen werden fremd-
oder selbstvernetzende Acrylatharze bevorzugt. Zur Beschichtung mit Klarlacken werden
fremd- oder selbstvernetzende Acrylatharze acrylierte oder maleinisierte Epoxidester
oder Epoxyacrylate bevorzugt.
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Die kationischen Harze wie Butadienöl-aminoallcylimide, Mannichbasen
von Phenolharzen, Michael-Addi tionsprodukte von primären und/oder sekundären Aminen
und/oder Alkanolaminen an Harze mit ungesättigten Doppelbindungen oder Amino-Epoxidharze
haben eine Aminzahl von 30 bis 120 mg KOH/g Festharz, vorzugsweise von 50 bis 90,
und werden mit organischen Monocarbonsäuren wie Kohlensäure, Ameisensäure, Essigsäure,
Milchsäure usw. mindestens anteilweise neutralisiert. Als Vernetzungsmittel dienen
vorzugsweise blockierte Isocyanate oder Harze, die umesterungsfähige Estergruppen
enthalten.
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Die Bindemittel werden mit den Neutralisationsmitteln anneutralisiert
und gegebenenfalls in Gegenwart von Lösemitteln mit entionisiertem oder destilliertem
Wasser verdünnt. Als Lösemittel sind geeignet Alkohole, Ethylen-oder Propylenglykol-mono-
oder -diether, Diacetonalkohol oder auch geringe Anteile von nicht wasserverdünnbaren
Lösemitteln wie Benzinkohlenwasserstoff.
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Es wird ein möglichst niedriger Gehalt an Lösemitteln angestrebt,
zweckmäßig unter 15 Gew.% und vorzugsweise unter 5 Gew denn mit steigendem Lösemittelgehalt
verschlechtert sich der Umgriff.
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Der Badfestkörper liegt im allgemeinen zwischen 5 und 30 Gew, insbesondere
über 8 und unter 20 Gew.%. Mit steigendem Festkörper wird die Badleitfähigkeit erhöht
und
das Abscheideäquivalent (Ampere . sec/g) herabgesetzt, wodurch der Umgriff gesteigert
werden kann.
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Durch die hohe Konzentration an schichtbildenden Ionen geht dabei
der Schichtwiderstand durch ein Maximum.
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Dic Badternperatur liegt zwischen 20 und 350C. Mit fallender Temperatur
erhöht sich der Umgriff. Temperaturen unter 2000 sind unwirtschaftlich, weil die
bei der ET-Beschichtung entstehende Wärme durch viel Kühl-Wasser wieder abgeführt
werden muß. Temperaturen über 3500 erschweren die Badführung, weil zu viel Lösemittel
verdunstet und Hydrolyseerscheinungen am Bindemittelsystem Schwankungen in den elektrischen
Daten erzeugen.
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Das Überzugsmittel kann zusätzlich übliche lacktechnische Hilfsmittel
wie Katalysatoren, Verlaufmittel, Antischaummittel, Gleitmittel usw. enthalten.
Naturgemäß sind solche Zusatzstoffe auszuwahlen, die mit Wasser bei dem pH-Wert
des Bades keine störenden Reaktionen eingehen, keine störenden Fremdionen einschleppen
und beim längeren Stehen nicht in nichtaufrührbarer Form ausfallen.
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Die Bindemittel können pigmentiert oder unpigmentiert eingesetzt werden.
Als Pigmente und Füllstoffe können solche Materialien eingesetzt werden, die aufgrund
ihrer geringen Teilchengröße unter 10/um, besonders unter 5/um, in den Lack stabil
eindispergiert werden können und sich beim Stehen wieder aufrühren lassen.
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Sie düren keine störenden Fremdionen enthalten und dürfen mit Wasser
oder dem Neutralisationsmittel nicht chemisch reagieren.
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Dic Pigmente werden in einem konzentrierten Mahlgut angereiben und
danach mit weiterem Bindemittel auf ein
Pigment-Bindemittel-Verhältnis
von etwa 0.1 : 1 bs 0.7 : 1 eingestellt. Durch den Einbau von Pigmenten wird der
Umgriff gesteigert. Anstelle von Pigmenten können auch fein pulverisierte nichtionische
Harze wie pulverisierte Polykohlenwasserstoffharze, Epoxidharze und/ oder blockierte
Polyisocyanate eingesetzt werden, wobei die Zusatzmengen so ausgewählt werden, daß
sie das Maxima des Schichtwiderstandes nicht überschreiten. Bindemittels Pigmentgehalt,
Badfestkörper, Lösemittelgehalt, Auswahl des Neutralisationsmittels und der Neutralisationsgrad
werden so mit den Beschichtungsbedingungen wie Badtemperatur, Abscheidespannung
und Abscheidezeit abgestimmt, daß in dem Elektrotauchlackbad eine vollständige Ganzbescllichturlg
erfolgt, die nach dem Einbrennen im Inneren der Dose bei Schichtdicken von mindestens
3/um, bevorzugt mindestens 4/um porenfrei ist.
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Die Elektrotauchlackierung erfolgt in einem Tauchbad.
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Die einseitig geschlossenen Hohlkörper (z.B. Dosen) können mit Hilfe
einer magnetischen, elektromagnetischen oder mechanischen Halteeinrichtullgs womnter
atich die Haltung mit Vakuum verstanden wird, an der Hohlkörperöffnung geführt werden.
Die Lage der Dose gehl-leistet bei der Befüllung der Dose und bei der Elektrophorese,
daß entstehende Gase nach oben entweichen können. Durch die Transportgeschwindigkeit
und die drehbare Lagertllg wird in der Dose eine Strömung erzeugt, die bei der Elektrophorese
entstehende Wärme abführt. Der einfache Bau der Gehänge ermöglicht einen engen Abstand
der Dosen voneinander. Das Entleeren der Dose erfolgt wiederum durch eine Drehung,
wobei der Dosenboden nach oben geführt wird. Als Stromquelle dient Gleichstrom.
Der Hohlkörper wird über die Haltevorrichtung je nach Bindemittelart als Anode oder
als Kathode elektrisch angeschlossen. Die Gegenelektrode befindet sich außerhalb
des
Hohlkörpers im Elektrotauchbad. AuEgrund des Umgriffs des Lackes und der für die
jeweilige Dosenform notwendigen Abscheidespannung und Beschichtungszeit wird die
Dose vollständig innen und außen beschichtet und anschließend mit Ultrafiltrat und
Wasser abgespült.
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Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die restliche Außen- und die
Innenbeschichtung in einem einzigen Verfahrens schritt erfolgt und durch den geringen
mechanischen Aufwand am Gehänge viele Dosen gleichzeitig nebeneinander beschichtet
werden können.
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Die Beschichtung im Elektrotauchbad kann in den hierfür üblichen und
bekannten Anlagen erfolgen, z.B. auch gemäß dem Verfahren der DE-A-33 04 940. Darin
ist u.a.
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ein Verfahren zum Beschichten einseitig offener Hohlkörper wie mit
einem Boden versehener metallischer Dosen mit Lack oder dergleichen beschrieben,
gemäß dem jeder Hohlkörper in einem kontinuierlichen Arbeitsgang mit seiner Öffnung
schräg nach unten weisend in ein Elektrotauchbad eingetaucht, im Bad untergetaucht
derart bewegt wird, daß seine Öffnung nach oben weist, und anschließend mit seiner
Öffnung nach unten weisend aus dem Bad ausgehoben und dann mit einem endlosen Transportmittel
durch eine oder mehrere Trockenöfen geführt wird.
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Zur Unterstützung, insbesondere wenn große Durchlaufgeschwindigkeiten
gewünscht werden, kann zusätzlich eine Hilfselektrode in die Dose eingeführt werden.
Die Tauchelektrode hat eine nicht von der Dose bestimmte Form und liegt im Durchmesser
unter den halben Durchmesser der Dose. Sie wird bevorzugt so angeordnet, daß sie
gleichzeitig mit der Dosenhalterung in das Doseninnere eingeführt wird. Um in der
Dose eine Strömung zu erzielen, die die Lackqualität verbessert, kann die Hilfs-
elektrode
hohl ausgeführt werden. Durch diese Zuleitung wird filtrierter Lack in die Dose
gepumpt. Durch Einbau von Düsen in das Elektrophoresebecken, die auf den gewölbten
Dosenboden gerichtet sind, können zusätzlich durch gerichtete Lackströme Gasblasen
von der Boden wandung entfernt werden.
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Beim Ausfahren des Gehänges wird es zusarmnen mit der Dose erst mit
Ultrafiltrat und dann mit Wasser, dem gegebenenfalls zum Vermeiden von Bentzungsstörungen
ein Emulgator zugesetzt werden kann, abgespült. Danach erfolgt das Einbrennen des
Lackes bei Zeiten von 1 bis 300 Sekunden bei Temperaturen von 180 bis 2500C. Dabei
wird das Transportband mit Gelunge und Dose geschlossen durch den Ofen geführt.
In einer bevorzugten Aus£ührtmgsform kann der Dosenboden vorgetrocknet und mit einer
schützenden Hilfsschicht versehen werden. Danach kann die Obergabe auf ein durch
den Trpckenofcn ftihrendes Förderband erfolgen. Die Öffnung der Dose kann nach unten
oder bevorzugt nach oben gerichtet sein.
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Beim kontinuierlichen Beschichten im ET-Becken reichert sich bei einem
anionischen Bindemittel das Amin, bei einem kationischen die Carbonsäure an. Zum
Ausgleichen dieses Effektes werden die Nachfüllmaterialien entweder entsprechend
niedriger anneutralisiert oder die überschüssigen Neutralisationsmittel durch Elektrodialyse
entfernt. Das Spülwasser wird durch Ultrafiltration angereichert und wieder in das
Lackbecken zuriickgegebn, wodurch sich der Ausnutzungsgrad des Lackes steigert und
störende Fremdionen entfernt werden.
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Wie oben gesagt, wird das Substrat mit mindestens einer üblichen.Druckfarbe
bedruckt. Dies bedeutet auch, daß es nacheinander mit mehreren Druckfarben bedruckt
werden kann, wie dies im Stand der Technik üblich ist. Hierbei
müssen
natürlich die oben erwähnten Nachteile der Verfahren des Stands der Drucktechnik
in Kauf'genommen werden. Für die letzte Beschichtung gilt dies aber nicht, da diese
gemäß dem Verfahren der Erfindung in einem EC-Bad durchgeführt wird, und hierbei
die oben beschriebenen Vorteile erzielt werden.
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BEISPIEL 1 Eine tiefgezogene Metalldose wird gewaschen, getrocknet
und in einer Rundumdruckmaschine nach dem TrockenofEsetverfahren mit einer elektrisch
im wesentlichen nicht leitenden roten Druckfarbe üblicher Zusammensetzung mit einem
Dekor bildmäßig unter üblicher Druckvorspannung unter Herstellung einer porenfreien
gleichmäßigen Farbschicht bedruckt. Das Druckbild hat nach dem Trocknen einen spezifischen
Schichtwiderstand von etwa 2 1080hma cm. Die so bedruckte Dose wird in üblicher
Weise 70 Sekunden bei 1800C im Durchlaufofen getrocknet, sodann eingezogen, gebördelt
und in einem Tauchbad elektrophoretisch mit einem handelsüblichen anneutralisierten
weiß pigmentierten Lack beschichtet, der als Bindemittel ein carboxylgruppenhaltiges,
selbstvernetzendes Polyacrylatharz-Gemisch enthält. Der Gesamtfestkörpergehalt des
Bades beträgt 15 Gew.%, das Pigment-Bindemittelverhältnis 0.5 :1, der MEQ-Wert 49,
der pH-Wert 8.8. Der pH-Wert ist durch Ammoniak eingestellt. Die Badleitfähigkeit
beträgt l700/uScm Die Dose ist als Anode geschaltet. Abscheidespannung: 110 V. Abscheidezeit:
15 s.
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Nach dem Beschichten wird die Dose mit voll entsalztem Wasser gespült
und auf einem Drahtgitter mit der Öffnung ach oben stehend in einem Trockenofen
90 s bei 21000 getrocknet. Die Abscheidebedingungen, insbesondere Spannung und Zeit,
wurden so gewählt, daß unter Verwendung einer Hilfselektrode, die in die Dose hineinragte,
ein guter Umgriff erreicht wurde. Die Beschichtung mit
dem EC-Lack
erfolgte an der Außenseite der Dose auf den nicht bedruckten Metallflächen und auch
im Inneren der Dose. Die erzielte Schichtdicke an Weißlack beträgt etwa 10 bis 12/um.
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Es wird im EC-Bad eine saubere und von dem Druckbild abgegrenzte,
dieses jedoch nicht überlappende Beschichtung erzielt. Anstelle der im Beispiel
verçende ten tiefgezogenen einen Boden aufweisenden Dose können auch gelötete oder
geschweißte Dosen verwendet werden, wobei die Löt- oder Schweißnähte bzw. Stellen
im EC-Bad einwandfrei beschichtet werden0 Die bildmäßige Bedruckung mit Dekoren
kan ganzflächig, als Rasterdruck oder als Strichmuster erfolgen.
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BEISPIEL 2 Es wird wie in Beispiel 1 gearbeitet, jedoch ohne An wendung
einer Hilfselektrode, wobei als Substrat eine Blechtafel mit den Abmessungen 10
x 25 cm zunächst bedruckt und dann im EC-Bad beschichtet wird.
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BEISPIEL 3 Durchführung im wesentlichen wie in Beispiel 1 oder 2.
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Das Substrat wird mit vier Farben bedruckt in einer üblichen Vierfarbendruckmaschine.
Die EC-Beschichtung erfolgt auf die noch nicht bedruckten Bereiche mit einem Klarlack,
der als Bindemittel ein fremdvernetzendes Acrylat-Melamin-Harzsystem enthält. Abscheidebedingungen:
150 V, 15 s, 250C. Schichtdicke der EC-Beschichtung nach dem Einbrennen: 7 bis 8/um.