DE60222018T2

DE60222018T2 - Kontinuierliches verfahren zum indirekten bedrucken von einem polymerfilm welcher eine oberflächentextur hat

Info

Publication number: DE60222018T2
Application number: DE60222018T
Authority: DE
Inventors: Brandon T. Saint Paul BERG; Tony B. Saint Paul HOLLOBAUGH; David D. Saint Paul NGUYEN; Bruce H. Saint Paul KOEHLER; Bruce A. Saint Paul NERAD
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-11-04
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2022-11-05
Also published as: EP1455996B1; ATE370827T1; KR100903232B1; US6676869B2; US20030118783A1; JP2005514229A; AU2002350122A1; EP1455996A1; KR20040068288A; WO2003057445A1; DE60222018D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen den Druck. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein kontinuierliches Verfahren zum indirekten Bedrucken von Polymerfilmen, die eine Textur aufweisen, während der Bildung der Filme.
Allgemeiner Stand der Technik
Bildgrafiken sind im modernen Leben allgegenwärtig. Bilder, die zur Produktidentifizierung, zu Marketingzwecken usw. verwendet werden, werden auf zahlreichen Oberflächen angebracht.
Die Verwendung des Tintenstrahldrucks zum Anbringen solcher Bildgrafiken ist erwünscht. Tatsächlich hat die Verwendung von Thermo- und Piezotintenstrahlköpfen in den letzten Jahren mit der immer schnelleren Entwicklung kostengünstiger und effizienter Tintenstrahldrucker, Tintenabgabesysteme und dergleichen stark zugenommen.
Artikel mit replizierter Textur zum Beispiel werden für zahlreiche Zwecke verwendet. Einige Beispiele für solche Artikel, insbesondere mit mikroreplizierter Textur, sind Stielfaserbahnen und Haken- und Ösen-Verschlüsse usw. (siehe zum Beispiel U.S. Patent Nummer 4,959,265 (Wood et al.), 5,845,375 (Miller et al.), die für mehrere Zwecke verwendet werden können. Es kann wünschenswert sein, an diesen Artikeln Bildgrafiken anzubringen.
Gegenwärtig werden Bilder für gewöhnlich an der nicht texturierten Seite der Artikel angebracht. Das Problem beim Anbringen von Grafiken an der nicht texturierten Seite ist, dass das Material des Artikels nicht transparent sein könnte, so dass die Grafiken von der texturierten Seite des Artikels nicht sichtbar sind. Ein weiteres Problem beim Drucken auf der nicht texturierten Seite ist, dass die Tinte mit der nicht texturierten Seite oder mit einer anderen Beschichtung, die auf die nicht texturierte Seite aufgetragen wird, wie ein Klebstoff, nicht kompatibel sein könnte.
Bilder können auch auf die texturierte Seite aufgetragen werden. Die gegenwärtigen Verfahren, die zum Auftragen von Bildern auf die texturierte Seite bekannt sind, verwenden jedoch eine Laminierung oder einen Druck auf der Oberfläche eines vollständig gebildeten Artikels. Ein Problem bei der Verwendung der bekannten Verfahren ist der Mangel an Haltbarkeit oder Abriebbeständigkeit des Bildes. Das Bild kann leicht abgerieben werden, da das Bild auf die Oberseite der Vorsprünge gedruckt wird, die die Textur bereitstellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfinder haben erkannt, dass, wenn ein Bild im Wesentlichen auf die Fläche zwischen Vorsprüngen gedruckt werden könnte, die die texturierte Seite eines thermoplastischen Films bilden, dieses eine gute Abriebbeständigkeit hätte. Sie haben auch erkannt, dass der Druck auf der Fläche zwischen Vorsprüngen auf einer texturierten Seite eine gute Auflösung des Bildes ergäbe. Als Ergebnis erfanden die Erfinder ein kontinuierliches Verfahren zum indirekten Drucken eines Bildes auf eine oder mehrere texturierte Seiten eines thermoplastischen Films mit einer Textur an mindestens einer Seite, während der Bildung der Filme.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zum indirekten Bedrucken eines thermoplastischen Films mit Textur nach Anspruch 1. Das Verfahren umfasst: a) Bereitstellen einer erwärmten thermoplastischen Schmelze; b) Bereitstellen eines Werkzeugs mit einem formgebenden Abschnitt, der eine Textur mit einer Fläche und mehreren Hohlräumen in der Fläche umfasst, und das ein Material mit einer ausreichenden Oberflächenenergie aufweist, um Tinte freizugeben; c) Auftragen von Tinte auf die Textur; d) Trocknen oder Härten der Tinte; e) In-Kontakt-Bringen der thermoplastischen Schmelze mit dem formgebenden Abschnitt, auf dem Tinte aufgetragen ist; f) Bilden einer Textur in der thermoplastischen Schmelze, wobei die Textur mehrere Vorsprünge und eine Fläche zwischen den Vorsprüngen aufweist, die die Umkehr der Textur der formgebenden Fläche ist; g) Übertragen der Tinte von dem formgebenden Abschnitt auf die thermoplastische Schmelze; h) Abschrecken der thermoplastischen Schmelze zur Bildung eines thermoplastischen Films; und i) Entfernen des thermoplastischen Films von dem formgebenden Abschnitt.
Die Erfindung enthält auch einen Artikel mit: a) einem thermoplastischen Film mit einer Textur an mindestens einer Seite, wobei die Textur Vorsprünge und eine Fläche zwischen den Vorsprüngen aufweist; und b) Tinte, die an mindestens einem Abschnitt der texturierten Seite erscheint, wobei die Tinte sich auf weniger als 10% der Fläche der Vorsprünge befindet.
Ein Vorteil des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass das Bild, das anders als das Muster von Vorsprüngen ist, im Wesentlichen in der Fläche zwischen den Vorsprüngen auf der texturierten Seite erscheint. Daher haben die gedruckten Bilder eine gute Abriebbeständigkeit. Zusätzlich haben die gedruckten Bilder auch eine gute Auflösung.
In der vorliegenden Erfindung:
bezeichnet "Oberflächenenergie" eine Energie, die gleich der Oberflächenspannung der Flüssigkeit höchster Oberflächenspannung (real oder imaginär) ist, die einen Feststoff vollständig mit einem Kontaktwinkel von 0 Grad benetzt, die durch Messen der kritischen Oberflächenspannung von statischen Kontaktwinkeln reiner Flüssigkeiten unter Anwendung der Methoden von W.A. Zisman bestimmt werden kann, die in "Relation of Equilibrium Contact Angle to Liquid and Solid Constitution", ACS Advances in Chemistry #43, American Chemical Society, 1961, S. 1–51, beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 ist ein digitales Bild, das die Proben von Beispiel 1 (Unterseite des digitalen Bildes) und Vergleichsbeispiel 1 (Oberseite des digitalen Bildes) zeigt;
3a ist ein digitales Bild einer Draufsicht und Nahaufnahme der Probe von Vergleichsbeispiel 1;
3b ist ein digitales Bild einer Draufsicht und Nahaufnahme der Probe von Beispiel 1;
3c ist ein digitales Bild einer Winkelansicht und Nahaufnahme der Probe von Vergleichsbeispiel 1;
3d ist ein digitales Bild einer Winkelansicht und Nahaufnahme der Probe von Beispiel 1;
4a ist ein digitales Bild einer Draufsicht und Nahaufnahme der Probe von Beispiel 1 vor einem Abriebtest;
4b ist ein digitales Bild einer Draufsicht und Nahaufnahme der Probe von Vergleichsbeispiel 1 nach einem Abriebtest;
4c ist ein digitales Bild einer Draufsicht und Nahaufnahme der Probe von Beispiel 1 nach einem Abriebtest;
4d ist ein digitales Bild einer Draufsicht und Nahaufnahme der Probe von Vergleichsbeispiel 1 vor einem Abriebtest;
5a ist ein digitales Bild einer Draufsicht und Nahaufnahme der Probe von Vergleichsbeispiel 2 vor einem Abriebtest;
5b ist ein digitales Bild einer Draufsicht und Nahaufnahme der Probe von Beispiel 2 vor einem Abriebtest;
5c ist ein digitales Bild einer Draufsicht und Nahaufnahme der Probe von Vergleichsbeispiel 2 nach einem Abriebtest;
5d ist ein digitales Bild einer Draufsicht und Nahaufnahme der Probe von Beispiel 2 nach einem Abriebtest;
6 ist ein digitales Bild der Probe von Beispiel 3; und
7 ist ein digitales Bild der Probe von Beispiel 4.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
VERFAHREN
1 zeigt eine Ausführungsform des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine erwärmte thermoplastische Schmelze 10 wird kontinuierlich von einem Schmelzharz-Extrusionsmittel 12 extrudiert, das eine Düse (wie dargestellt) sein kann. Die erwärmte thermoplastische Schmelze wird dann gegen ein Werkzeug 14 mit einem formgebenden Abschnitt 16 komprimiert, der eine kontinuierliche Fläche und mehrere Hohlräume in der kontinuierlichen Fläche umfasst, die zur Bildung einer Textur auf der thermoplastischen Schmelze 10 geeignet sind, wobei der formgebende Abschnitt 16 die Umkehr der Textur ist, die auf dem erhaltenen Abschnitt (thermoplastischen Film 24) gebildet werden soll. Die Tinte wird durch einen Tintenstrahldruckerkopf 20 auf den formgebenden Abschnitt 16 aufgetragen, bevor dieser mit der thermoplastischen Schmelze 10 in Kontakt gelangt, wie in der Figur dargestellt ist. Sie wird auch getrocknet oder gehärtet, bevor die thermoplastische Schmelze 10 aufgetragen wird. Ein Trocknungs- oder Härtungsmittel ist in der Figur mit 22 dargestellt. Das Trocknungs- oder Härtungsmittel 22 ist jedoch optional. Zum Beispiel kann die Umgebungstemperatur warm genug sein, um die Tinte zu trocknen, ohne ein Trocknungsmittel zu benötigen. Der Druckkopf 20 befindet sich über dem Werkzeug 14 und trägt Tinte auf den formgebenden Abschnitt 16 des Werkzeugs 14 in einem gewünschten Muster auf. Die Tinte wird im Wesentlichen auf die kontinuierliche Fläche des formgebenden Abschnitts 16 aufgetragen. Etwas davon kann und wird wahrscheinlich auch in den Hohlräumen aufgetragen. Die Figur zeigt eine Möglichkeit als Beispiel, die thermoplastische Schmelze 10 mit dem formgebenden Abschnitt 16 eines Werkzeugs in Kontakt zu bringen. Dieses Verfahren verwendet eine Quetschwalze 18, um die thermoplastische Schmelze 10 mit dem formgebenden Abschnitt 16 in Kontakt zu bringen. Die Tinte, die auf den formgebenden Abschnitt 16 aufgetragen wird, wird auf die thermoplastische Schmelze 10 übertragen, während sie sich in Kontakt befinden. Da die Schmelze 10 im geschmolzenen Zustand ist, kann die Tinte im Wesentlichen in das thermoplastische Material eingearbeitet werden. Die thermoplastische Schmelze 10 mit der Tinte wird dann abgeschreckt, um einen thermoplastischen Film 24 mit einer Textur zu bilden, die mehrere Vorsprünge und eine Fläche zwischen den Vorsprüngen umfasst, die die Umkehr der Textur der formgebenden Fläche ist. Die Tinte erscheint im Wesentlichen auf der Fläche zwischen den Vorsprüngen auf dem thermoplastischen Film. Der thermoplastische Film 24 wird dann von dem formgebenden Abschnitt 16 entfernt.
Die thermoplastische Schmelze des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens weist mindestens ein schmelzverarbeitbares Polymer auf, das bei einer erhöhten Temperatur fließen kann und abkühlen kann, um bei einer Verwendungstemperatur eine Form zu halten. Ein "schmelzverarbeitbares Polymer" ist ein Polymer, das fließt, während es in einen geschmolzenen Zustand erwärmt ist, und beim Abkühlen fest wird. Schmelzverarbeitbare Polymere enthalten Materialien, die in einem polymeren Zustand geschmolzen sind oder bei erhöhten Temperaturen von Monomeren oder Oligomeren zu Polymeren polymerisiert werden.
Beispiele für schmelzverarbeitbare Polymere, die in dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren zur Bildung der thermoplastische Schmelze verwendet werden können, enthalten, ohne darauf beschränkt zu sein, Polyester, Polyamide, Polyolefine, Poly(vinylchlorid), Polypropylen, Copolymere von Ethylen mit Vinylacetat oder Vinylalkohol, Polykarbonat, Norboren-Copolymere, fluorinierte Thermokunststoffe, wie Copolymere und Terpolymere von Hexafluorpropylen, Poly(ethylenterephthalat) und Copolymere davon, Polyurethane, Polyimide, Acryle, plastifizierte Polyvinylalkohole, Mischungen aus Polyvinylpyrrolidon und Ethylen-Acrylsäure-Copolymer und gefüllte Versionen der obengenannten unter Verwendung von Füllmitteln, wie Silikaten, Aluminaten, Feldspat, Talk, Kalziumkarbonat, Titandioxid und dergleichen. Die thermoplastische Schmelze kann auch Stabilisatoren, wie Antioxidantien, UV-Absorptionsmittel usw. enthalten.
Die thermoplastische Schmelze kann durch ein Schmelzharz-Extrusionsmittel gebildet werden. Zum Beispiel wird eine Zufuhr von thermoplastischem Harz (oder einem schmelzverarbeitbaren Polymer) in einen Extruder geleitet, das Harz dann erwärmt und extrudiert, und dann das geschmolzene Harz durch einen Halsstutzen (der auch erwärmt sein kann) in eine Düse (die auch erwärmt sein kann) geleitet, die eine filmartige thermoplastische Schmelze bildet.
Nicht einschränkende Beispiele für eine Gerätschaft, die zur Extrusion zweckdienlich ist, enthalten Einzelschneckenextruder, wie 1 ¼ Inch KILLION^TM Extruder (erhältlich von Killion Extruders, Inc., Cedar Grove, NJ), der mit einer Zahnradpumpe, wie einer ZENITH^TM Zahnradpumpe zur Kontrolle der Durchflussrate ausgestattet ist, gleichläufige Doppelschneckenextruder, wie einen 25 mm BERSTORFF^TM Extruder (erhältlich von Berstorff Corporation, Charlotte, NC), und gegenläufige Doppelschneckenextruder, wie einen 30 mm LEISTRITZ^TM Extruder (erhältlich von American Leistritz Extruder Corporation, Somerville, NJ). Die Durchflussrate in dem Doppelschneckenextruder kann unter Verwendung von Weight-Loss-Feedern, wie K-TRON^TM Weight-Loss-Feeder (erhältlich von K-tron America, Pitman, NJ) kontrolliert werden, die dem Extruder Rohmaterial zuführen. Eine Filmdüse mit einstellbaren Schlitzen wird zur Bildung eines gleichförmigen Films aus dem Extruder verwendet.
Bedingungen zur Extrusion sind so gewählt, dass sie die allgemeinen Anforderungen zur Bildung texturierter Artikel erfüllen, die dem geschulten Fachmann bekannt sind.
Die Düse, die zur Bildung der thermoplastischen Schmelze verwendet wird, kann jede geeignete filmbildende Düse sein.
Die Düse befindet sich an einer derartigen Position, dass die thermoplastische Schmelze, die aus der Düse extrudiert wird, mit dem formgebenden Abschnitt des Werkzeugs in Kontakt gebracht werden kann, während sie sich in einem im Wesentlichen geschmolzenen Zustand befindet.
Das Werkzeug des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens hat einen formgebenden Abschnitt, der eine Textur aufweist, die zur Bildung einer Textur auf dem thermoplastischen Film geeignet ist, wobei die Textur auf dem formgebenden Abschnitt die Umkehr der Textur ist, die auf dem erhaltenen Artikel gebildet werden soll.
Es gibt alternative Ausführungsformen für das Werkzeug, das in dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird. Zum Beispiel weist ein bevorzugtes Werkzeug einen formgebenden Abschnitt auf einer angetriebenen, drehenden Walze oder einem Zylinder auf. Der formgebende Abschnitt mit der Textur befindet sich an dem äußeren Teil der Walze und kann durch Mustern der Walzenoberfläche oder Mustern einer Hülse, die dann über der Walzenoberfläche angeordnet wird, hergestellt werden. Die Schmelze wird dann mit dem formgebenden Abschnitt auf dem zylindrischen Werkzeug unter Verwendung einer Quetschwalze in Kontakt gebracht (wie in 1 dargestellt ist).
Als Alternative kann der formgebende Abschnitt eine unabhängige Oberfläche sein, die um einen Abschnitt der Walze vor und nach einem Quetschpunkt befördert wird.
Eine andere Alternative ist eine Konfiguration, die eine Textur an beiden Seiten (von den zwei Seiten) der thermoplastischen Schmelze ermöglicht. Diese Konfiguration wäre jener in 1 sehr ähnlich, mit der Ausnahme, dass die Quetschwalze ebenso wie der formgebende Abschnitt an dem zylindrischen Werkzeug texturiert wäre. Zusätzlich könnte ein Druck auf beiden texturierten Seiten ausgeführt werden, indem Tinte auch auf die Quetschwalze aufgetragen wird.
Der formgebende Abschnitt des Werkzeugs (oder sowohl des Werkzeugs wie auch der Quetschwalze, wenn ein doppelseitiger texturierter thermoplastischer Film erwünscht ist) muss aus einem Material hergestellt sein oder zumindest eine Beschichtung aus einem Material aufweisen, das/die dem formgebenden Abschnitt ermöglicht, Tinte aufzunehmen und zu übertragen. Das Material, das eine Aufnahme und Übertragung von Tinte ermöglicht, ist ein Material geringer Oberflächenenergie. Ein bevorzugter Wert der Oberflächenenergie der Tintenfreisetzungsbeschichtung oder des formgebenden Abschnitts selbst, ist bis zu etwa 40 dyn pro Zentimeter (dyn/cm) (0,04 Newton/Meter (N/m)). Der besonders bevorzugte Bereich ist von etwa 14 (0,014 N/m) bis etwa 32 dyn/cm (0,032 N/m). Wenn die Oberflächenenergie des Materials, das den formgebenden Abschnitt bildet, innerhalb eines erforderlichen Bereichs liegt, perlt die Tinte und benetzt die Oberfläche nicht. Das Perlen ermöglicht eine bessere Übertragung der Tinte zu der thermoplastischen Schmelze.
Das Material geringer Oberflächenenergie kann den formgebenden Abschnitt des Werkzeugs bilden oder kann eine äußere Schicht des formgebenden Abschnitts sein. Die Fläche geringer Oberflächenenergie hat eine Oberflächenenergie, die geringer als jene des Polymermaterials und der Tinte in Kontakt mit dem formgebenden Abschnitt ist, und ermöglicht eine leichte Entfernung des bebilderten Artikels (thermoplastischen Films) von dem formgebenden Abschnitt.
Das Material für den formgebenden Abschnitt kann zum Beispiel: Fluorchemikalien und Polymere davon, wie jene, die unter dem Markennamen TEFLON^TM (erhältlich von E.I. DuPont de Nemours, Wilmington, DE) verkauft werden; elastomere Materialien; Urethane; Silikone; und andere Polymere, wie Polypropylen und Polyethylen, enthalten.
Der Großteil des zylindrischen Werkzeugs, außer dem formgebenden Abschnitt, kann aus Metallen, wie Aluminium, rostfreiem Stahl und Kupfer zum Beispiel, bestehen.
Der formgebende Abschnitt des Werkzeugs des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens weist eine Textur auf, die zur Bildung einer Textur in dem erhaltenen thermoplastischen Film geeignet ist. Der formgebende Abschnitt weist eine Fläche und mehrere Hohlräume auf. Der Begriff "Fläche" enthält sowohl eine kontinuierliche Fläche wie auch mehrere diskontinuierliche Flächen (es sind mehr als eine Fläche vorhanden, wenn diese diskontinuierlich ist). Ein Beispiel für eine Fläche, die diskontinuierliche Flächen aufweist, ist, wenn das Werkzeug mehrere Hohlräume enthält, die Kanäle sind, die sich über die Breite des formgebenden Abschnitts erstrecken.
Die Textur des formgebenden Abschnitts ist die Umkehr der Textur, die in einem erhaltenen Artikel gebildet werden soll. Die Fläche des formgebenden Abschnitts kann Strukturen verschiedener Arten enthalten, die eine gewünschte Struktur in einem erhaltenen Artikel erzeugen. Zum Beispiel kann die Form der Öffnung der mehreren Hohlräume (oder der Querschnitt der Hohlräume) unabhängig kreisförmig, oval, dreieckig, polygonal usw. sein.
Ein Beispiel für einen formgebenden Abschnitt, der eine diskontinuierliche Fläche mit Hohlräumen hat, findet sich in U.S. Patent Nr. 6,190,594 (Gorman et al.).
Weitere Beispiel für einen möglichen formgebenden Abschnitt sind in den folgenden Patenten beschrieben: U.S. Patent Nr. 4,775,310 (Fischer), 5,077,870 (Melbye et al.), 5,792,411 (Morris et al.) und 6,287,665 (Hammer).
Vorzugsweise beträgt die Fläche etwa 50% bis etwa 99% der projizierten Fläche (der Fläche, die die Fläche des formgebenden Abschnitts hätte, wenn keine Hohlräume vorhanden sind) des formgebenden Abschnitts. Insbesondere beträgt die Fläche etwa 80% bis etwa 99% der projizierten Fläche des formgebenden Abschnitts.
Die Verwendung eines Tintenstrahldruckkopfs zum Auftragen der Tinte ist in der Erfindung bevorzugt. Es können jedoch andere Drucker oder Druckmittel verwendet werden. Ein Tintenstrahldrucker ist bevorzugt, da er zur Verwendung in einem kontinuierlichen Verfahren effizient ist.
Geeignete Tinten für die vorliegende Erfindung enthalten Tinten auf Wasserbasis, wie auch Tinten auf Lösemittelbasis. Zusätzlich können härtbare Tinten in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Wenn härtbare Tinten verwendet werden, wird eine Härtungsquelle, wie ein Ultraviolettlicht (UV-Licht) zum Härten der Tinte auf der formgebenden Fläche vor dem Kontakt mit der thermoplastischen Schmelze verwendet. Eine andere Tinte, die verwendet werden könnte, ist eine Schwarzlichttinte (sichtbar bei Verwendung von schwarzem Licht oder Licht im nicht sichtbaren Wellenlängenbereich). Tintenstrahltinten können vollständig oder teilweise auf Wasserbasis sein, wie jene, die in U.S. Patent Nr. 5,271,765 (Ma) offenbart sind.
Ein Tintenstrahldrucker trägt die Tinte durch Abscheidung von Tintentröpfchen auf. Die Tintentröpfchen können in einem Muster abgeschieden werden, das ein Bild, wie eine Figur, ein Wort oder Logo usw., bildet.
Mindestens eine Tinte wird auf mindestens einen Abschnitt des formgebenden Abschnitts des Werkzeugs aufgetragen. Die Tinte wird vorzugsweise in einem Bild aufgetragen, das ein Spiegelbild des Bildes ist, das auf der texturierten Seite des erhaltenen thermoplastischen Films erscheinen soll.
Tintenstrahldrucker enthalten im Allgemeinen den Drucker selbst, einen Computer und Software. Das Tintenstrahldruckersystem steuert die Größe, Anzahl und Anordnung der Tintentröpfchen, die Bildgrafiken bilden.
Nicht einschränkende, im Handel erhältliche Beispiele für Tintenstrahldrucker enthalten Thermotintenstrahldrucker, wie der Marke DESKJET^TM, der Marke PAINTJET^TM, der Marke DESKWRITER^TM, der Marke DESIGNET^TM und andere Drucker, die im Handel von Hewlett Packard Corporation, Palo Alto, CA erhältlich sind, und Breitformatdrucker der Marke NovaJet, die im Handel von Encad, Inc., San Diego, CA, erhältlich sind. Ebenso enthalten sie Piezotintenstrahldrucker, wie jene von Seiko-Epson, Raster Graphics und Xerox, Sprühstrahldrucker und kontinuierliche Tintenstrahldrucker. Jede dieser im Handel erhältlichen Drucktechniken gibt die Tinte in einem Sprühstrahl eines spezifischen Bildes ab. Ein anderes Beispiel für einen Drucker ist der BUD-JET IV 128 ULTRA-MARK^TM von Fas-Co Coders, Inc., Chandler, Arizona. Jeder der obengenannten Drucker kann an einem Computer zum Drucken computergenerierter Bilder angeschlossen werden.
Abhängig von dem Bild, das auf den erhaltenen Artikel gewünscht ist, können Kombinationen verschiedener Farben von Tinten auf dem Werkzeug aufgebracht werden.
Eine Reihe von Tintenstrahltinten kann verwendet werden und ist von vielen kommerziellen Quellen erhältlich. Es sollte offensichtlich sein, dass jede dieser Tinten eine andere Formulierung hat, selbst bei verschiedenen Farben innerhalb derselben Tintenfamilie. Nicht einschränkende Quellen von Tinten enthalten 3M Company (St. Paul, MN), Encad Corporation, Hewlett Packard Corporation, und dergleichen. Diese Tinten sind vorzugsweise so gestaltet, dass sie mit den zuvor beschriebenen Tintenstrahldruckern funktionieren.
Nachdem die Tinte auf den formgebenden Abschnitt (oder einen Teil davon) aufgetragen wurde, wird sie getrocknet und/oder gehärtet. Die Härtungsquelle hängt von der verwendeten Tinte ab. Tinten, die zum Beispiel durch Ultraviolettlicht gehärtet werden, werden Ultraviolettlicht ausgesetzt. Die Tinte wird im Wesentlichen getrocknet und/oder gehärtet, bevor sie mit der thermoplastischen Schmelze in Kontakt gebracht wird.
Der formgebende Abschnitt, auf dem sich die getrocknete und/oder gehärtete Tinte befindet, wird dann mit der thermoplastischen Schmelze in Kontakt gebracht. Die Tinte wird von dem formgebenden Abschnitt des Werkzeugs auf den Film übertragen. Der formgebende Abschnitt des Werkzeugs hat eine Textur, die die Umkehr dessen ist, was bei Kontakt der thermoplastischen Schmelze mit dem formgebenden Abschnitt in den thermoplastischen Film gedruckt wird.
Die Quetschwalze 18 in 1 ist eine Alternative in dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren zum Pressen des Films 10 gegen die formgebende Fläche 16 des Werkzeugs, die den Film formt oder ihm eine Struktur verleiht. Alternative Konfigurationen werden jedoch auch in der vorliegenden Anmeldung in Betracht gezogen.
Sobald die Tinte übertragen ist, wird die thermoplastische Schmelze abgeschreckt. Dies verfestigt die thermoplastische Schmelze zu einem thermoplastischen Film. Das Abschrecken kann zum Beispiel unter Verwendung eines fluidgekühlten Werkzeugs oder eines luftgekühlten Werkzeugs erfolgen.
Der nächste Schritt ist die Entfernung des formgebenden Abschnitts von dem thermoplastischen Film.
Der thermoplastische Film weist mehrere Vorsprünge und eine Fläche zwischen den Vorsprüngen auf. Das Aspektverhältnis (das Verhältnis der Höhe des Vorsprungs zu der Breite des Vorsprungs an dem breitesten Abschnitt des Querschnitts des Vorsprungs) der mehreren Vorsprünge ist vorzugsweise größer als etwa 1:1. Insbesondere ist es größer als etwa 2:1.
Artikel
Die Erfindung enthält auch einen Artikel mit: a) einem thermoplastischen Film mit einer Textur an mindestens einer Seite, wobei die Textur Vorsprünge und eine Fläche zwischen den Vorsprüngen aufweist; und b) Tinte, die an mindestens einem Abschnitt der texturierten Seite erscheint, wobei die Tinte sich auf weniger als 10% der Fläche der Vorsprünge befindet. Insbesondere befindet sich die Tinte auf weniger als 5% der Fläche der Vorsprünge, die von Flächen mit Tinte zwischen den Vorsprüngen umgeben sind.
BEISPIELE
Diese Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher veranschaulicht, die den Umfang der Erfindung nicht einschränken sollen. In den Beispielen sind alle Teile, Verhältnisse und Prozentsätze auf das Gewicht bezogen, wenn nicht anders angegeben. Die folgenden Testmethoden wurden zur Charakterisierung der Stielfaserbahnzusammensetzungen in den folgenden Beispielen verwendet:
Testmethoden Abriebtest
Ein Abriebtestgerät (Modell CS-39, erhältlich von Standard Scientific Supply Company, Bethlehem, Pennsylvania) wurde zur Bestimmung der Abriebbeständigkeit eines Bildes auf der texturierten Seite der Proben verwendet. Zwei kreisförmige Teilschnitte mit einem Durchmesser von etwa 114 mm (4,5 Inch) wurden von der Probe geschnitten. Die glatte Seite eines Teilschnitts wurde mit einem doppelt beschichteten, druckempfindlichen Klebeband an die Fläche der oberen Scheibe des Testgeräts geklebt, während die andere auf gleiche Weise an die untere Scheibe geklebt wurde. Die Scheiben wurden mit einem Gewicht von etwa 1,4 kg (3 1b) in Kontakt gebracht, und das Testgerät wurde 500 Zyklen lang betrieben. Von dem erhaltenen Bild wurden Fotos gemacht.
Tape Snap Test
Die Tintenadhäsion wurde unter Anwendung des Tape Snap Tests (ASTM #3359) ausgewertet. Der Tape Snap Test besteht aus einer Kerbung einer Tintenschicht mit der Ecke einer einschneidigen Rasierklinge, ohne die darunter liegende Druckfläche zu beschädigen, wobei Linien mit einem Abstand von etwa 1 cm in einem kreuzweise schraffierten Muster gebildet werden. Ein Stück Scoth^TM 610 Band (3M), das etwa 10 cm lang war, wurde auf die kreuzweise schraffierte Fläche unter Verwendung eines PA1 Applikators (3M) aufgebracht, wobei etwa 8 cm des Bandes an der Tinte klebten und ein Ende frei blieb. Das Band wurde bei etwa 180° so rasch wie möglich zurückgezogen. Ein ausgezeichnetes Ergebnis wurde erhalten, wenn keine Tinte durch das Band entfernt wurde; ein gutes Ergebnis war, wenn etwa 5% oder weniger entfernt wurden; ein schlechtes Ergebnis war, wenn etwa 5% bis 25% der Tinte entfernt wurden; ein Versagen war, wenn nahezu die gesamte Tinte entfernt wurde.
Bildqualitätstest
Die Qualität des Bildes wurde subjektiv durch Beobachtung bestimmt. Die Qualität wurde als "ausgezeichnet" angesehen, wenn das Aussehen des erhaltenen Bildes für das menschliche Auge annähernd dem Bild entsprach, das in den Druckkopf programmiert worden war. Für gewöhnlich bedeutete dies auch, dass das Bild lebendig aussah. Im Gegenteil dazu wurde eine Bildqualität als "schlecht" angesehen, wenn die Linien des Bildes signifikant breiter als jene des Bildes waren, das in den Druckkopf programmiert worden war. Für gewöhnlich führte dies zum Erscheinen eines verschwommenen Bildes.
Das folgende Verfahren wurde in den Beispielen verwendet:
Verfahrensbeschreibung
Zwei Walzen (ein Werkzeug und eine Quetschwalze) bildeten einen Quetschpunkt mit einem Quetschdruck von 345 kPa (50 psi). Die erste Walze (das Werkzeug) stellt einen formgebenden Abschnitt bereit, der auf 38°C erwärmt wurde und eines von zwei Hohlraummustern enthielt. Die zweite Walze (Quetschwalze) hat eine chromplattierte Fläche, die auch auf 38°C erwärmt war.
Zwei verschiedene formgebende Abschnitte (mit verschiedenen Hohlraummustern, und jeder mit einer kontinuierlichen Fläche zwischen Hohlräumen) wurden in dem Verfahren verwendet. Der formgebende Abschnitt A enthielt Hohlräume mit Durchmessern von etwa 380 Mikron (15 mil), Tiefen von mehr als etwa 2,5 mm (100 mil) und Abständen von etwa 940 Mikron (37 mil), wodurch ein Artikel mit einer Anordnung von Vorsprüngen mit einer Dichte der Vorsprünge von nominal etwa 62 Vorsprüngen/cm² (400 Vorsprüngen/Inch²) und einer projizierten Vorsprungsfläche von etwa 7% erhalten wurde. Der formgebende Abschnitt B enthielt Hohlräume mit Durchmessern von etwa 216 Mikron (8,5 mil), Tiefen von mehr als etwa 1,0 mm (30 mil) und Abständen von etwa 457 Mikron (18 mil), wodurch ein Artikel mit einer Anordnung von Vorsprüngen mit einer Dichte der Vorsprünge von nominal etwa 390 Vorsprüngen/cm² (3000 Vorsprüngen/Inch²) und einer projizierten Vorsprungsfläche von etwa 17% erhalten wurde.
Es wurden zwei Arten von Tinte verwendet, eine Tinte auf Lösemittelbasis oder eine mit Ultraviolettlicht (UV-Licht) härtbare Tinte. Die Tinte wurde als Bild mit einem Tintenstrahldruckkopf (Modell XJ128-200 mit 128 Tintenstrahldüsen, erhältlich von Xaar Americas, Schaumburg, Illinois) aufgetragen. Sie wurde auf die Fläche des formgebenden Abschnitts etwa 356 mm vor dem Quetschpunkt aufgetragen, so dass die Tinte entweder luftgetrocknet oder durch Bestrahlung mit UV-Strahlung gehärtet werden konnte. UV-härtbare Tinte wurde bei einer Liniengeschwindigkeit von 30,5 mm/sec (1,2 Inch/sec) durch Bestrahlung mit 370 mW/cm² UV-A Strahlung, 330 mW/cm² UV-B Strahlung, 29 mW/cm² UV-C Strahlung und 150 mW/cm² UV-V Strahlung von einer UV-Strahlungsquelle, Portable 2 UV Curing Unit, erhältlich von UV Process Supply Inc., Chicago, Illinois, gehärtet. Tinte wurde an etwa 36 Punkten pro cm (92,5 Punkten pro Inch) unter Verwendung einer Ausstoßfrequenz von 185 Hz abgegeben.
Ein schmelzverarbeitbares Polymer, eines der Polymere, die in Tabelle 1 angeführt sind, wurde geschmolzen und mit einem Einzelschneckenextruder (Modell KTS125 von Killion Extruders, Inc., Cedar Grove, NJ) auf gleiche Weise für jedes Polymer aufgetragen. Der Extruder hatte einen Durchmesser von etwa 63 mm (2,5 Inch), ein Längen:Durchmesser-Verhältnis (L/D) von 30/1, eine Schneckengeschwindigkeit von 10 U/min, und ein Temperaturanstiegsprofil bis zu etwa 216°C. Das Polymer wurde durch den Extruder geleitet und kontinuierlich bei einem Druck von mindestens etwa 0,69 MPa (100 psi) durch einen erwärmten Halsstutzen (für den Kunden angefertigt) und in eine 356 mm (14 Inch) breite Düse (EBR III Internal Deckled Extrusionsdüse, Modell JO9601501, erhältlich von Cloeren Company, Orange, Texas) geleitet. Die Düse war bei etwa 216°C eingestellt und der Düsenspalt war 0,76 mm (30 mil). Die thermoplastische Schmelze wurde von der Düse abgegeben und auf den formgebenden Abschnitt nahe dem Quetschpunkt getropft. Als die thermoplastische Schmelze zwischen dem Werkzeug und der Quetschwalze durchgeleitet wurde, wurde die thermoplastische Schmelze in die Hohlräume gepresst, um eine thermoplastische Schmelze mit einer Textur an der Seite der Schmelze zu bilden, die sich mit dem formgebenden Abschnitt in Kontakt befand. Als die thermoplastische Schmelze den Quetschpunkt verließ, wurde die thermoplastische Schmelze abgeschreckt, um einen texturierten thermoplastischen Film (mit einer texturieren Seite und einer nicht texturierten Seite) zu bilden, und der erhaltene thermoplastische Film wurde von dem formgebenden Abschnitt mit einer Geschwindigkeit von etwa 3,0 m/min (10 fpm) entfernt. Es wurde ein texturierter Film mit einem Bild auf der texturierten Seite gebildet. Die texturierte Seite wies mehrere Vorsprünge und eine Fläche zwischen den Vorsprüngen auf. Der Durchmesser und die Höhe der Vorsprünge, die mit dem formgebenden Abschnitt A hergestellt wurden, betrugen etwa 381 beziehungsweise 1016 Mikron (μm). Der Durchmesser und die Höhe der Vorsprünge, die mit dem formgebenden Abschnitt B hergestellt wurden, betrugen etwa 216 beziehungsweise 559 μm.
Verwendete Materialien

Eine Reihe von polymeren Materialien und Tinten wurden in der Herstellung der Proben der Beispiele verwendet. Diese Materialien sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Tabelle 1

Material	Beschreibung
REXENE^TM W101	Signifikant ataktisches Polpropylen, erhältlich von Huntsman Polypropylen Corp., Woodbury, New Jersey
KRATON^TM D1117	Ein Styrol-Isopren-Blockcopolymer, erhältlich von Shell Chemical Company, Houston, Texas
Polypropylen 3155	Isotaktisches Polypropylen, erhältlich von Exxon Chemical Co., Houston, Texas
ESTANE^TM 58238	Polyurethan, erhältlich von Noveon, Inc., Cleveland, Ohio
Tinte auf Lösemittelbasis	Tinte, erhältlich als SCOTCHCAL^TM 3795 Black von 3M Company, St. Paul, Minnesota
UV-härtbare Tinte	Tinte, erhältlich als XAARJET^TM XUV Black von Yaar Americas, Schaumburg, Illinois

Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1
Diese Beispiele zeigen die Wirkung des Auftragens eines Bildes auf einen Film vor oder während der Bildung, und das Anhaften des Bildes an dem thermoplastischen Film.
In Beispiel 1 war das Polymer REXENE^TM W101, die Tinte war auf Lösemittelbasis und der formgebende Abschnitt war der formgebende Abschnitt A, wodurch eine Vorsprungdichte von 62 Vorsprüngen/cm² (400 Vorsprüngen/Inch²) erhalten wurde. Die Probe wurde auf Bildqualität und Vorhandensein von Tinte auf den Vorsprüngen beobachtet und mit dem Abriebtest getestet. Zusätzlich wurde die Tinte auf die glatte Rückseite (nicht texurierte Seite) der Probe aufgetragen, um mit dem Tape Snap Test die Neigung dieser Tinte zu bestimmen, an dem thermoplastischen Film zu haften.
Vergleichsbeispiel 1 wurde wie Beispiel 1 mit demselben Bild hergestellt, mit der Ausnahme, dass Tinte direkt auf die texturierte Seite eines texturierten thermoplastischen Films aufgetragen wurde, nachdem der Film bereits gebildet war.
Die Bildqualität von Beispiel 1 war ausgezeichnet. 2 zeigt die texturierte Seite mit dem Bild von Beispiel 1 (unterer Abschnitt des digitalen Bildes) und Vergleichsbeispiel 1 (oberer Abschnitt des digitalen Bildes). Wie erkennbar ist, ist das Bild von Beispiel 1 ausgezeichnet (lebendig), aber von Vergleichsbeispiel 1 schlecht (verschwommen). Die 3a bis 3d sind vergrößerte Ansichten der texturierten Seite, wobei das Bild von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 entweder aus einer Perspektive von oben nach unten (3a und 3b) oder aus einer Winkelperspektive (3c und 3d) gesehen wird. Wie erkennbar ist, erscheint wenig Tinte auf den Vorsprüngen von Beispiel 1 (3b und 3d). Zusätzlich erscheinen einzelne Tintentröpfchen auf der Fläche zwischen Vorsprüngen. Im Gegensatz dazu sind die Oberseiten und ein Großteil der Seiten der Vorsprünge von Vergleichsbeispiel 1 (3a und 3c) mit Tinte überzogen und die Fläche zwischen Vorsprüngen zeigt keine einzelnen Tröpfchen, sondern vielmehr eine kontinuierliche Tintenbeschichtung. Das Erscheinen von Tröpfchen liefert ein besseres oder schärferes Bild.
Zusätzlich wurde die Haltbarkeit der Bilder von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 mit dem Abriebtest bewertet. Die 4a bis 4d zeigen die vergrößerten Ansichten der texturierten Seite mit dem Bild von Beispiel 1 (4a und 4b) und Vergleichsbeispiel 1 (4c und 4d) vor und nach Ausführung des Tests. Wie erkennbar ist, verbleibt mehr Tinte (nach dem Abriebtest) auf dem Bild von Beispiel 1 (4b) als bei dem Vergleichsbeispiel 1 (4d). Dieselbe Tinte, die auf der texturierten Seite aufgetragen wurde, wurde auf die glatte Polymerseite von Beispiel 1 aufgetragen und mit dem Tape Snap Test ausgewertet. Die Tintenadhäsion durch diesen Test war ein Versagen, da nahezu die gesamte Tinte entfernt wurde.
Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2
Diese Probe zeigt die Haltbarkeit des Bildes mit einem anderen Polymer.
Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2 wurden wie Beispiel 1 beziehungsweise Vergleichsbeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Polymer KRATON^TM D1117 war. Die Haltbarkeit der Bilder von Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2 wurden mit dem Abriebtest ausgewertet. Die 5a bis 5d zeigen die vergrößerten Ansichten der texturieren Seite mit einem Bild von Beispiel 2 (5b und 5d) und von Vergleichsbeispiel 2 (5a und 5c) vor und nach Ausführung des Tests. Wie erkennbar ist, verbleibt mehr Tinte auf der texturierten Fläche des Bildes in Beispiel 2 (5d) als in Vergleichsbeispiel 2 (5c). Ebenso waren Punkte von Tinte sowohl bei Beispiel 2 wie auch Vergleichsbeispiel 2 erkennbar.
Beispiel 3
Dieses Beispiel zeigt die Bildqualität der Erfindung mit einem anderen Polymer und einer anderen Tinte.
Beispiel 3 wurde wie Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Polymer Polypropylen 3115 war und die Tinte W-härtbar war. 6 zeigt die bebilderte Fläche von Beispiel 3. Wie erkennbar ist, ist die Bildqualität ausgezeichnet und mit jener vergleichbar, die in 2 für Beispiel 1 erkennbar ist.
Beispiel 4
Dieses Bespiel zeigt die Wirkung der Vorsprungsdichte auf eine bebilderte Fläche, die mit der Erfindung hergestellt wurde.
Beispiel 4 wurde wie Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Polymer ESTANE^TM 58238 war und die Vorsprünge mit dem formgebenden Abschnitt B hergestellt wurden, wodurch eine Vorsprungsdichte von 390 Vorsprüngen/cm² (3000 Vorsprünge/Inch²) erhalten wurden. 7 zeigt die bebilderte Fläche von Beispiel 4. Wie erkennbar ist, ist die Bildqualität ausgezeichnet und mit jener vergleichbar, die in 2 für Beispiel 1 erkennbar ist. In jedem Fall (verschiedene Vorsprungsdichten) wurde ein gutes Bild erhalten.

Claims

Verfahren zum indirekten Bedrucken eines thermoplastischen Films mit einer Gruppe von Vorsprüngen und einer Fläche zwischen den Vorsprüngen, wobei das Verfahren umfasst: a. Bereitstellen einer erwärmten thermoplastischen Schmelze; b. Bereitstellen eines Werkzeugs mit einem formgebenden Abschnitt mit einer Fläche und mehreren Hohlräumen in der Fläche, das ein Material mit einer ausreichenden Oberflächenenergie aufweist, um Tinte freizugeben; c. Auftragen von Tinte unter Verwendung eines Strahldrucks auf die Fläche des Werkzeugs; d. Trocken oder Härten der Tinte auf der Fläche des Werkzeugs; e. In-Kontakt-Bringen der thermoplastischen Schmelze mit dem formgebenden Abschnitt, auf dem Tinte aufgetragen ist; f. Bilden einer Gruppe von Vorsprüngen in der thermoplastischen Schmelze mit einem Aspektverhältnis, dem Verhältnis der Höhe des Vorsprungs zu der Breite des Vorsprungs an dem breitesten Abschnitt des Querschnitts des Vorsprungs, von mehr als 2:1 entsprechend den Hohlräumen in dem Werkzeug von Teil b, und einer Fläche zwischen den Vorsprüngen entsprechend der Fläche des Werkzeugs; g. Übertragen der Tinte von der Fläche des Werkzeugs auf die thermoplastische Schmelze in der Fläche zwischen den Vorsprüngen; h. Abschrecken der thermoplastischen Schmelze zur Bildung eines thermoplastischen Films; und i. Entfernen des thermoplastischen Films von dem formgebenden Abschnitt, wobei die Schritte c bis i in der genannten Reihenfolge ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erwärmte thermoplastische Schmelze durch ein Schmelzharz-Extrusionsmittel gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Material des formgebenden Abschnitts eine Oberflächenenergie von 0,014 [14] bis 0,032 Newton pro Meter [32 dyn pro Zentimeter] hat.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Tinte auf den formgebenden Abschnitt in einem Muster aufgetragen wird und die Tinte auf dem thermoplastischen Film dann in einem Bild mit dem Spiegelbild des Musters erscheint.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fläche 50% bis 99% der projizierten Fläche des formgebenden Abschnitts beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fläche 80% bis 99% der projizierten Fläche des formgebenden Abschnitts beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Hohlräume in der Fläche des Werkzeugs und die Vorsprünge auf dem thermoplastischen Film eine Querschnittsform haben, die ausgewählt ist aus kreisförmig, oval und polygonal.
Artikel, der durch das Verfahren nach Anspruch 1 erhältlich ist, mit: a. einem thermoplastischen Film, der mindestens an einer Seite eine Vielzahl an Vorsprüngen aufweist, wobei die Vorsprünge ein Aspektverhältnis, das Verhältnis der Höhe des Vorsprungs zu der Breite des Vorsprungs an dem breitesten Abschnitt des Querschnitts des Vorsprungs, von mehr als 2:1 und eine Querschnittsform haben, die ausgewählt ist aus kreisförmig, oval und polygonal, sowie eine Fläche zwischen den Vorsprüngen; und b. Tinte, die an mindestens einem Abschnitt der einen Seite erscheint, wobei die Tinte sich auf weniger als 10% der Oberfläche der Vorsprünge befindet.