DE60017872T2

DE60017872T2 - Verfahren zum auftragen einer markierung auf ein trägermaterial

Info

Publication number: DE60017872T2
Application number: DE60017872T
Authority: DE
Inventors: A. Jan HOVIUS; H. Dirk TEEUW; Ytsen Wielstra; H. Jolanda WINKEL
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1999-11-09
Filing date: 2000-11-06
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2020-11-07
Also published as: CN1229186C; JP2003513825A; CN1336875A; US6627247B1; DE60017872D1; EP1147016B1; US7250218B2; US20040047996A1; EP1147016A1; WO2001034402A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Markierung auf einem Substrat, das mit einer in einem Sol-Gel-Prozess erhaltenen Beschichtung versehen ist.
Das Aufbringen von Markierungen oder Bildern auf dem oben genannten Substrat erfolgt häufig mittels Tampondruck. Der Vorteil von Tampondruck ist, dass Tinten in vielen Farben verwendet werden können. Tampondruck bietet eine große Freiheit hinsichtlich der Verwendung von Farben und ist zusätzlich ein verhältnismäßig preiswerter Prozess. Ein Nachteil ist, dass Tampondruck in Bezug auf die Form des Substrats und des Bildes ein unflexibler Prozess ist. Der Prozess kann auf Substraten mit ebener Form und auch noch mit leicht gekrümmter Form verwendet werden. Sobald jedoch das Substrat eine etwas komplizierte dreidimensionale Form hat, wird es schwierig, wenn nicht unmöglich, diesen Prozess einzusetzen. Ein anderes Verfahren, um Markierungen oder Beschriftungen aufzutragen, beinhaltet die Verwendung eines Lasers. Bei der Lasermarkierung kann der Laser in jeder gewünschten Weise gesteuert werden, sodass auch komplizierte Oberflächen mit Markierungen versehen werden können. Lasermarkierung ist in dieser Hinsicht ein flexibler Prozess. Bei der Lasermarkierung ist jedoch die Freiheit der Farbwahl sehr eingeschränkt. Wegen der begrenzten Anzahl von Pigmenten in dem Färbemittel können nur wenige Farben verwendet werden. Lasermarkierung wird meistens zum Aufbringen technischer Beschriftungen verwendet, wie z.B. die Typennummer eines Gerätes.
Aus EP-A 0 775 596 ist ein Prozess bekannt zum Aufbringen dauerhafter Bilder durch Aufdrucken einer pigmentierten wässrigen Tinte auf ein Substrat, das ein hydrophiles thermoplastisches Polymer mit vernetzenden Gruppen trägt, und dann Aufheizen des gedruckten Bildes, um das Pigment einzukapseln und das Polymer zu vernetzen.
Aus DE-A 198 12 072 ist ein Gegenstand mit zumindest einer Oberflächenschicht auf einem Substrat bekannt, wobei die Oberflächenschicht durch Auftragen einer flüssigen Zusammensetzung einer chemischen Substanz, wie z.B. ein Sol-Gel-Material, auf das Substrat erhalten wird. Die Zusammensetzung wird physikalisch getrocknet und che misch ausgehärtet, sodass eine dichte, aber raue Schicht erhalten wird, die mit dem Substrat vernetzt ist. Die Oberflächenschicht kann eine beschreibbare Markierungsschicht sein.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu verschaffen, mit dem eine Markierung auf einer Sol-Gel-Beschichtung eines Substrats aufgebracht wird, die ein hohes Maß an Freiheit bei der Farbwahl bietet, welches Verfahren in Hinsicht auf die Verwendung bei komplizierten Formen des Substrats und des Bildes flexibel ist, während die Markierung oder das erhaltene Bild eine hohe Verschleißfestigkeit aufweist.
Die Erfindung ist zur Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, dass, nach dem Aufbringen einer Schicht aus einer Sol-Gel-Lösung auf dem Substrat, eine mit dem Sol-Gel kompatible Tinte auf der genannten Schicht aufgebracht wird, welche Tinte nachfolgend in die Schicht eindringt, woraufhin schließlich die Schicht unter Bildung einer Beschichtung ausgehärtet wird.
Auf dem Substrat wird beispielsweise mittels Tauchbeschichtung oder Sprühbeschichtung eine Schicht aus einer Sol-Gel-Lösung aufgebracht. Dann wird eine Tinte auf der noch etwas feuchten Sol-Gel-Schicht aufgebracht, wobei die Tinte in die Sol-Gel-Schicht eindringen kann. Die Tinte bleibt somit nicht auf der Oberfläche der Sol-Gel-Schicht, sondern dringt in diese ein und wird nach einiger Zeit vollständig in der Sol-Gel-Schicht liegen. Der Moment, in dem die Tinte aufgebracht wird, hat Einfluss auf die Qualität der Markierung. Wenn die Tinte auf einer zu feuchten Sol-Gel-Schicht aufgebracht wird, wird die Tinte auslaufen und es wird ein verschwommenes Bild erhalten. Wenn die Tinte nach einer zu langen Wartezeit aufgebracht wird, dringt die Tinte jedoch ungenügend in die Sol-Gel-Schicht ein. Nach dem Aushärten zeigt sich dann, dass die Tinte leicht entfernt werden kann. Das Lösungsmittel der Sol-Gel-Lösung in der Schicht muss hinreichend entfernt worden sein, bevor die Tinte aufgebracht wird, sodass Auslaufen der Tinte möglichst vermieden wird. Aushärten der Sol-Gel-Schicht wandelt die Sol-Gel-Schicht in einem Polymerisationsprozess in ein Polymer um. Die Markierung hat ein hohes Maß an Verschleißfestigkeit, weil sich die Färbemittel oder Pigmente vollständig im Innern der Schicht befinden. Die Verschleißfestigkeit ist viel größer als beim Tampondruck. Das Verfahren ist praktisch für Tinten mit viel verschiedenen Farben geeignet und kann mit verschiedenen kontaktlosen Sprühtechniken ausgeführt werden, sodass auch 3D-Oberflächen in einfacher Weise mit Bildern versehen werden können. Sol-Gel-Lösungen, die zum Aufbringen einer Markierung oder eines Bildes in der oben beschriebenen Weise geeignet sind, sind aus WO 98/13434 und WO 98/22548 bekannt.
Die Sol-Gel-Schicht wird vorzugsweise getrocknet, bevor die Tinte aufgebracht wird. Die optimale Trocknungszeit hängt unter anderem von der Art des Sol-Gel und der Art des Bildes ab. Wenn das Bild große, gleichmäßige Oberflächen hat, wird eine längere Trocknungszeit erforderlich sein, als wenn das Bild dünne Linien oder Punkte enthält. Die Trocknungszeit kann kürzer sein, wenn das Trocknen bei höherer Temperatur als bei Raumtemperatur erfolgt oder bei forciertem Trocknen (mit einem Luftstrom).
Vorzugsweise wird die Tinte in einem Tintenstrahlprozess aufgebracht, beispielsweise mit einer Thermo-Tintenstrahltechnik, aber eine Piezo-Tintenstrahltechnik ist auch möglich. Auch ein normaler Sprühprozess könnte verwendet werden.
Tinten mit organischen Färbemitteln oder Pigmenten können verwendet werden. Der Vorteil von organischen Tinten ist, dass sie im Handel leicht erhältlich sind. Aber es können auch Tinten mit anorganischen Pigmenten (Pigmentdispersionen) verwendet werden. Die Wahl hängt von der Art des Sol-Gel und daher vom Verwendungszweck des Substrats ab. Wenn es für eine Verwendung bei hohen Temperaturen bestimmt ist, wird das hierfür geeignete Sol-Gel bei hoher Temperatur ausgehärtet und für die Dispersion werden anorganische Pigmente verwendet werden müssen. Organische Pigmente können vorzugsweise für niedrigere Temperaturen verwendet werden. Die Tinten oder Pigmentdispersionen können wasserbasiert und/oder alkoholbasiert sein, solange sie mit dem Sol-Gel kompatibel sind.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Werkzeug mit einem Wandabschnitt, der von zumindest einem Substrat gebildet ist, das mit einer in einem Sol-Gel-Prozess erhaltenen Beschichtung versehen ist, in der gemäß dem oben beschriebenen Verfahren eine Markierung verschafft worden ist Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen erläutert werden.
Ausführungsbeispiel 1
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird von einem Substrat aus Polyamid (IXEF von Solvay) ausgegangen, das Teil eines Hausgerätes oder eines Gerätes zur Körperpflege sein kann, wie z.B. ein elektrischer Rasierer, eine Zahnbürste usw. Auf dem Substrat wird eine Sol-Gel-Lösung auf Basis von TEOS (Tetraethylorthosilicat) und GLYMO (3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan) aufgebracht. Die Sol-Gel-Schicht hat eine Dicke von ungefähr 10 μm. Die verwendete Tinte ist eine normale im Handel erhältliche Tinte (beispielsweise von HP). Die Trocknungszeit bei Raumtemperatur beträgt ungefähr 20 Minuten. Aushärten erfolgt bei einer Temperatur von ungefähr 160°C. Das Bild auf dem Substrat wies eine hohe Verschleißfestigkeit auf und war beständig gegen Alkohol und MEK (Methylethylketon).
Ausführungsbeispiel 2
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird von einem Aluminiumsubstrat ausgegangen, wie es für die Sohlenplatte eines elektrischen Bügeleisen verwendet werden kann. Das Substrat sollte daher für eine Verwendung bei höheren Temperaturen (350°C) geeignet sein. Auf dem Aluminiumsubstrat wird eine Sol-Gel-Lösung auf Basis von TEOS (Tetraethylorthosilicat) und MTMS (Methyltrimethoxysilan) aufgebracht. Die verwendete Tinte ist eine wasserbasierte Fe₂O₃-Pigmentdispersion. Die Trocknungszeit bei Raumtemperatur beträgt ungefähr 20 Minuten. Die Tinte wird mit einer Tintenstrahltechnik aufgebracht. Aushärten erfolgt bei einer Temperatur von ungefähr 350°C. Das erhaltene Bild erfüllt die Anforderungen zur Verschleißfestigkeit vollständig. Die Pigmente in dem Bild behalten ihre Farbe, nachdem sie für längere Zeit hohen Temperaturen (350°C) ausgesetzt worden sind.

Claims

Verfahren zum Aufbringen einer Markierung auf einem Substrat, das mit einer in einem Sol-Gel-Prozess erhaltenen Beschichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen einer Schicht aus einer Sol-Gel-Lösung auf dem Substrat eine mit dem Sol-Gel kompatible Tinte auf der genannten Schicht aufgebracht wird, welche Tinte nachfolgend in die Schicht eindringt, woraufhin schließlich die Schicht unter Bildung einer Beschichtung ausgehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht zuvor getrocknet wird, bevor die Tinte aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tinte mit Hilfe eines Tintenstrahlprozesses aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Tinte eine wasser- und/oder alkoholbasierte Tinte ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass organische oder anorganische Färbemittel oder Pigmente verwendet werden, um einen Farbeffekt zu erhalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sol-Gel-Lösung eine Lösung auf Basis von Tetraethylorthosilicat (TEOS) und 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan (GLYMO) ist, die auf einem Polyamidsubstrat aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sol-Gel-Lösung eine Lösung auf Basis von Tetraethylorthosilicat (TEOS) und Methyltrimethoxysilan (MTMS) ist, die auf einem Aluminiumsubstrat aufgebracht wird.
Werkzeug mit einem Wandabschnitt, der von zumindest einem Substrat gebildet ist, das mit einer in einem Sol-Gel-Prozess erhaltenen Beschichtung versehen ist, in der mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche eine Markierung verschafft worden ist.