DE69525845T2

DE69525845T2 - Bedruckbare flexible schicht

Info

Publication number: DE69525845T2
Application number: DE69525845T
Authority: DE
Inventors: Peter Gannon
Original assignee: University of Queensland UQ
Current assignee: University of Queensland UQ
Priority date: 1994-09-06
Filing date: 1995-09-06
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2015-09-07
Also published as: EP0781209B1; EP0781209A1; DE69525845D1; WO1996007551A1; US5840393A; JPH10505020A; EP0781209A4; AUPM787994A0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein bedrucktes flexibles Blatt und insbesondere ein Blatt, das Komponenten aufweist, die dem Blatt ausreichende papierartige Qualitäten, wie z. B. Flexibilität und Bedruckbarkeit, verleihen, wobei das Blatt jedoch nachfolgend erwärmt werden kann, um es mit einem Substrat, wie z. B. Glas oder Keramik, zu verschmelzen.
Für das Bedrucken oder anderweitige Aufbringen dekorativer und/oder funktionaler Designs auf ein Glas- oder Keramiksubstrat finden sich zahllose praktische Anwendungen. Die Anwendungen umfassen die Vorbereitung von gefärbtem Tafelglas, künstlichem Buntglas, Haushaltsgeschirr, gerahmten Glasbildern und Rauchglas. Der auf das Glas aufzubringende Druck kann rein dekorativ sein, kann jedoch auch funktionale Eigenschaften haben, wie z. B. Reflexionsvermögen und Lichtundurchlässigkeit.
Bekanntermaßen werden Drucke mittels Siebdruck oder sogar durch Handbemalung direkt auf starre Glasscheiben aufgebracht. Wenn keramische Pigmente verwendet werden, kann die bemalte oder bedruckte Glasscheibe zum Verschmelzen der Pigmente mit dem Glas einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Die oben beschriebenen Techniken haben viele Nachteile. Erstens ist Handbemalung zeitaufwendig, erfordert viel Geschick und bietet sich nicht für Massenproduktion an. Ferner ermöglicht die Handbemalung keine Reproduzieren identischer Muster. Der Siebdruck ermöglicht einen gewissen Grad an Reproduzierbarkeit, macht es jedoch erforderlich, dass die Glasscheibe beim Aufbringen des Drucks in einer horizontalen Position gehalten wird. Bei großen Blättern erfordert dies eine kostspielige Ausrüstung für die Herstellung. Ein weiterer Nachteil des direkten Aufbringens von Tinten auf Glas ist, dass eine Feinauflösung aus mehreren Gründen, einschließlich des Bestreichens der Glasfläche mit Tinte, nicht gegeben ist. Glas- und Keramiksubstrate nehmen keine Tinten in ihrer Struktur auf, so dass ein Aufbringen von Tinte nur einen Oberflächeneffekt hat, statt eine Absorption der Tinte in das Substrat selbst zu bewirken. Somit bietet sich diese Art des Bedruckens oder Bemalens nicht für qualitativ hochwertige dekorative oder funktionale Designs an. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die bemalte oder bedruckte Glasscheibe mehr oder weniger unverzüglich erhitzt werden muss, um die Tinte mit dem Blatt zu verschmelzen und nicht gelagert oder gestapelt werden kann, ohne dass eine Beschädigung oder ein Verschmieren des Drucks auftritt.
Eine weitere bekannte Vorgehensweise ist die Anwendung von Sputter-, Vakuumverdampfungs- sowie Tauch- und Sprühbeschichtungstechniken zum Beschichten von Glasscheiben mit reflektierenden oder färbenden Elementen. Jede dieser Technik macht eine komplizierte und kostspielige Ausrüstung und große Bodenflächen zur Aufnahme der Ausrüstung erforderlich und bietet sich nicht zum Aufbringen von Drucken auf nur bestimmte Bereiche des Glases an. Die oben beschriebenen Techniken dienen zum Aufbringen einer Schicht des gewünschten Produkts auf die Fläche des Glas- oder Keramiksubstrats. Der Grad des Eindringens der Beschichtung in das Substrat ist vernachlässigbar (z. B. ungefähr 0,01-0,005 um).
Einige der oben genannten Nachteile sind durch Verwendung einer bedruckten Kunststofffolie eliminiert worden. Die Folie kann durch Anwendung bekannter Drucktechniken neu bedruckt und auf das Glas- oder ein anderes Substrat aufgeklebt werden. Ein Nachteil beim Verwenden von Kunststofffolien ist, dass diese nicht erhitzt werden können, um die Tinte mit dem Glas- oder einem anderen Substrat zu verschmelzen. Stattdessen verbleibt die Tinte in der Folie. Da die Kunststofffolie relativ weich ist, ist sie anfällig für Verkratzen oder Mattwerden. Das Aufbringen der Folie erfordert Sorgfalt, damit die Bildung von Luftblasen vermieden wird. Viele Kunststofffolien sind nicht beständig gegen UV-Degradation, sind nicht wärmebeständig und haben keine optischen Eigenschaften, die sie für Fensterglas geeignet machen. Somit finden Kunststofffolien, die an Glasscheiben angebracht werden, nur begrenzten Einsatz.
Bekanntermaßen wird ein Kunststoffdruck oder -abziehbild auf eine Glas- oder Keramikfläche aufgebracht, die nachfolgend vor dem Erhitzen mit einer Glasur beschichtet wird. Die Glasur härtet aus und bildet eine kratzfeste Fläche über dem Kunststoffdruck. Obwohl damit einige der Nachteile eliminiert sind, die eine freiliegende Kunststofffolie hat, sind zusätzliche Schritte zum Herstellen einer Glasur erforderlich und kann der Kunststoffdruck während des Erhitzungsschritts vergilben, wellig werden oder verkohlen.
Eine weitere Technik, die zum Aufbringen von Designs auf Flächen angewandt wird, ist das Verwenden eines einbrennbaren Abziehbilds. Bei dieser Technik werden mehrlagige Abziehbilder verwendet, die im wesentlichen eine Trägerschicht und eine Glasschmelzmittelschicht über der Design-Schicht aufweisen. Solche Abziehbilder sind in GB 2245221, AU 61117/73 und JP-A-3-23983 beschrieben. Bei Verwendung wird das Abziehbild auf ein Substrat platziert und die Trägerschicht vor dem Erhitzen entfernt. Um das Ankleben des Abziehbilds auf dem Substrat zu vereinfachen, kann eine obere Klebeschicht hinzugefügt werden. Andere Schichten, die das Ablösen der Trägerschicht erleichtern, sind typischerweise ebenfalls vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein bedrucktes flexibles Blatt, das mit einer hohen Scharfabbildung bedruckt werden kann, gewünschte Papierqualitäten hinsichtlich der Flexibilität sowie der Lager- und Aufrollbarkeit haben kann, und, wenn es auf ein Substrat aufgebracht wird, erhitzt werden kann, um den Druck auf das Substrat aufzuschmelzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Blatt bereitzustellen, bei dem die oben genannten Nachteile eliminiert sind, oder dem Verbraucher eine sinnvolle oder handelsübliche Auswahl zu bieten.
Bei einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein bedrucktes flexibles Blatt gemäß Anspruch 1. Die Trägerphase kann sich bei Erwärmen des Blatts auf ungefähr die Temperatur, bei der die Partikel schmelzen, im wesentlichen verflüchtigen.
Das Blatt kann den doppelten Vorteil von "Papier"-Qualitäten hinsichtlich der Flexibilität, der Möglichkeit, in aufgerolltem Zustand transportiert und gelagert zu werden und der Bedruckbarkeit und von Glasqualitäten hinsichtlich der Aufschmelzbarkeit auf ein Substrat, wie z. B. eine Glasscheibe, bieten.
Durch die "Papier"-Qualitäten kann eine hohe Druckauflösung erreicht werden, wodurch komplizierte dekorative und/oder funktionale Designs aufgedruckt und anderweitig auf das Blatt aufgebracht werden können. Das Blatt besitzt Absorptions- oder Adsorptionsqualitäten, damit die Tinte in oder auf das Blatt absorbiert oder adsorbiert werden kann, so dass das bedruckte Blatt ohne sichtbares Verschmieren handhabbar ist. Auf diese Weise kann die Tinte in das Blatt eindringen, wodurch ermöglicht wird, dass die Tintenpartikel sicherer auf oder in dem Blatt positioniert werden.
Das Blatt kann entweder in unbedruckter oder bedruckter Form für künftige Verwendung gelagert und in Form und auf ein bestimmtes Maß geschnitten werden. Das Blatt kann auf ein Substrat, wie z. B. einen Glas- oder Keramikgegenstand, platziert und einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Durch die Wärmebehandlung können die Glaspartikel und einige der Tintenkomponenten auf das Substrat aufschmelzen. Die Trägerphase, die Flexibilität und Bedruckbarkeit verleiht, kann sich im wesentlichen verflüchtigen. Die Trägerphase hinterlässt während des Erwärmungsschritts vorzugsweise keinen sichtbaren unerwünschten Rückstand.
Vorzugsweise sind die schmelzbaren Partikel Glaspartikel, und diese können die Form pulverförmigen Glases haben. Glasurmasse kann eine geeignete Quelle für Glaspartikel sein. Die Glaspartikel können geschnittene Glasfasern sein oder enthalten. Die Partikelgröße und -form kann derart variieren, dass sie für den Prozess des Formens der Glasplatte und die Verwendung der Glasplatte geeignet sind. In Fällen, in denen die geschmolzenen Partikel zur Schaffung einer strukturellen Integrität, wie z. B. in dem nachfolgend beschriebenen geformten Artikel, erforderlich sein können, können geschnittene Fasern oder eine Kombination von Fasern und Fritte verwendet werden. Die schmelzbaren Partikel können Glasvormaterial-Mischungen aufweisen, die beim Erwärmen in ein Glas schmelzen. Diese Vormaterial-Mischungen (oder Glasgemengematerialien) können Calciumcarbonate, Aluminiumoxide und -sulfate sowie Siliziumoxide enthalten.
Die Trägerphase weist vorzugsweise eine oder mehrere Komponenten auf. Typischerweise handelt es sich bei den Komponenten um diejenigen, die bei der Papierherstellung verwendet werden. Diese Komponenten können Stärke, Zellulose und Silica enthalten. Ein Bindemittel kann vorgesehen sein, um dem Blatt Flexibilität und Reißfestigkeit zu verleihen. Zusätzliche Komponenten können zum Verbessern der Bedruckbarkeit, Flexibilität, Reißfestigkeit, Anti- Vergilbungseigenschaften u. ä. des Blatts vorgesehen sein.
Die Menge der einen oder mehreren Komponenten wird vorzugsweise auf einem Minimum gehalten, da es wünschenswert ist, dass jede Komponente nachfolgend während des Erwärmens des Blatts entfernt wird. Bei Komponenten, die leicht z. B. durch Verflüchtigen entfernbar sind, kann eine größere Mengen der Komponenten vorhanden sein. Im Gegensatz dazu ist es bei Komponenten, die nicht leicht zu entfernen sind oder während des Erwärmens einen Rückstand hinterlassen, wünschenswert, solche Komponenten auf einem Minimum zu halten oder die Komponenten insgesamt zu eliminieren. Die Auswahl und die Menge der Komponenten sind für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich, ohne dass unnötige Experimente durchgeführt werden müssen.
Das Blatt kann durch Hinzufügen von Glaspartikeln zu einem Faserbrei oder durch Hinzufügen der Glaspartikel zu einem bereits vorbereiteten Trägerpapier geformt werden. In letzterer Form können die Glaspartikel in einem Bindemittel, wie z. B. Polyvinylacetat, Zellulosekolloid u. ä., enthalten sein.
Das Blatt kann auf herkömmliche Weise bedruckt sein, wie z. B. durch Siebdruck oder andere Aufbringverfahren. Es kann eine gute Druckauflösung gegenüber dem direkten Drucken auf Glas beobachtet werden. Die Tinten können selbstverständlich auch von Hand auf das Blatt aufgebracht werden. Bei den Tintenkomponenten handelt es sich um diejenigen, die einer Wärmebehandlung unterzogen werden können, und diese können bekannte keramische Farben und Pigmente, wie z. B. Metalloxide aus Nickel-, Kobalt- und Kupferoxiden oder Mischungen daraus, sein. Diese können auf bekannte Weise in einem Bindemittel oder einem flüssigen Medium dispergiert sein, und vorzugsweise handelt es sich bei dem Bindemittel oder dem flüssigen Medium um ein solches, das sich bei Erwärmung verflüchtigt.
Alternativ kann die Tinte eines der einen oder mehreren Komponenten sein. Bei einem auf diese Weise vorbereiteten Blatt wird eine Farbe gleichmäßig über die gesamte Fläche, auf die sie aufgebracht ist, verteilt. Ein solches Blatt kann vor dem Aufbringen in Form geschnitten werden.
Das Blattmaterial kann durch Befolgen oder Adaptieren allgemeiner Papierherstelltechniken gefertigt werden. Somit können Glaspartikel einem Papierbrei hinzugefügt werden, wobei der Papierbrei nachfolgend auf ein poröses Sieb aufgebracht wird und den normalen Trocknungs- und Aufrollschritten unterzogen wird, um eine flexible Glasplatte herzustellen.
Alternativ können die Glaspartikel einem Gel hinzugefügt werden, das dann durch Anwenden geeigneter Techniken in ein Blattmaterial umgewandelt wird.
Das geformte Blatt kann dann bedruckt, auf ein Substrat aufgebracht und einer Wärmebehandlung unterzogen werden, um die Glaspartikel und die Tinten mit dem Substrat zu verschmelzen. Während des Erwärmungsvorgangs verflüchtigen sich die "Papier"-Komponenten, wie z. B. Stärke u. ä., und verbleiben nicht spürbar in dem geschmolzenen Produkt.
Das Blattmaterial kann zwar auf ein Substrat aufgebracht und nachfolgend erhitzt werden, es ist jedoch auch möglich, das Blattmaterial und typischerweise ein bedrucktes Blattmaterial abgesondert einem Wärmebehandlungsschritt zu unterziehen, um ein dünnes, aber starres Glasprodukt formen. Das Blattmaterial kann vor dem Erhitzen konfiguriert werden und wird in der gewünschten Konfiguration abbinden. Um dem geformten starren Glasprodukt eine größere Festigkeit zu verleihen, ist vorgesehen, dass die Menge an Glaspartikeln in dem Blattmaterial erhöht wird, wenn das Blattmaterial auf diese Weise verwendet werden soll. Alternativ kann eine Anzahl von Schichten verwendet werden. Sie können gemeinsam oder sequentiell erhitzt werden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Ein Beispiel für das Vorbereiten und Bedrucken eines Blattmaterials gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist nachstehend beschrieben:

BEISPIEL 1

Eine Bleiborsilikat-Glasmatrix wird auf herkömmliche Weise vorbereitet und in eine Fritte gemahlen. Die Fritte wird in einen Zellulosekolloidkomplex und/ oder ein Solgel gemischt. Die daraus resultierende Mischung wird derart verarbeitet, dass mittels einer Langsiebmaschine ein Blattmaterial gebildet wird. Die Maschine weist eine Einrichtung zum Fließenlassen der Zellulose und/oder des Solgels, wahlweise mit Füllmaterial, auf eine sich bewegende poröse Bahn auf. Polymerisation und Dehydrierung der die Glasfritte enthaltenden Breikomponenten erfolgen durch sukzessives druckloses Entwässern, Vakuum- Entwässern, Filzwalzenkontakt und Heizdampf-Kalandrieren.
Geeignete Zellulosefäserchen werden derart ausgewählt, dass sie während der Wärmebehandlung glasbildende Füllstoffe in einer gleichförmigen Matrix halten und entweder keinen Rückstand zurücklassen, oder es wird ein solcher Rückstand in das geschmolzene Produkt aufgenommen. Die Wärmebehandlungstemperaturen liegen im Bereich von 480ºC-1200ºC bei Atmosphärenregelung. Ein bevorzugter Prozess umfasst viele der Funktionen und Ausrüstungen, die zum thermischen Vorspannen von Glasplatten eingesetzt werden.
Ein bevorzugtes Substratmaterial, auf das das "Papier" aufgebracht wird, ist flaches Bauglas mit einem Wärmedehnungskoeffizienten von 7,9-8,0 · 10&supmin;&sup6;/cm/ºC. Ein bevorzugtes "Glaspapier"-Material weist ein Material mit Wärmedehnungscharakteristiken innerhalb von 4,0 · 10&supmin;&sup6;/cm/ºC des Substratmaterials auf. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des vorbereiteten "Glaspapiers" weist ein glasartiges und/oder Glas-/Keramikmaterial mit Wärmedehnungscharakteristiken innerhalb von 0,4 · 10&supmin;&sup6;/cm/ºC des Substratmaterials auf.
Ein alternatives bevorzugtes Substratmaterial ist ein Soda-/Kalkglas, wie es für Bauzwecke verwendet und generell mittels des "Floatglas"-Prozesses hergestellt wird.
Obwohl nicht theoretisch verbindlich, ist es offensichtlich, dass die Glaspartikel (einschließlich der Vormaterialkomponenten) mit den Zellulosebrei- oder Solgelkomponenten vernetz- oder polymerisierbar sind, um einen mindestens teilweise stabilen Komplex zu bilden, der teilweise dabei hilft, zu verhindern, dass sich die Glaspartikel aus dem Brei oder Gel absetzen.

Claims

1. Bedrucktes flexibles Blatt mit wärmeschmelzbaren Partikeln und einer Trägerphase für die Partikel,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Trägerphase dem Blatt Flexibilität und Bedruckbarkeit verleiht, das Blatt mit Tinte bedruckt ist, die in oder auf die Trägerphase absorbiert wird, und, wenn das Blatt einer Wärmebehandlung zum Schmelzen der schmelzbaren Partikel unterzogen wird, sich die Trägerphase im wesentlichen verflüchtigen kann.

2. Blatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerphase ein Zellulosematerial aufweist.

3. Blatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schmelzbaren Partikel aus der Gruppe bestehend aus Glaspartikeln, Glasvormaterialien oder einer Mischung daraus ausgewählt sind.

4. Blatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel in der Trägerphase dispergiert sind.

5. Prozess zum Herstellen eines Blatts nach Anspruch 1, wobei der Prozess das Mischen von Glaspartikeln mit Zellulosebrei, Formen des Breis zu einem Blatt und Bedrucken des Blatts mit einer oder mehreren Tinten umfasst.

6. Verfahren zum Modifizieren einer Fläche eines schmelzbaren Substrats, wobei das Verfahren das Aufbringen des Blatts nach Anspruch 1 auf die Fläche und das Erwärmen des Blatts derart, dass mindestens einige der Partikel mit der Fläche verschmelzen, umfasst.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Glassubstrat ist.

8. Substrat mit einer gemäß dem Verfahren nach Anspruch 6 modifizierten Fläche.

9. Prozess zum Herstellen eines geformten Artikels mit dem Schritt des Bringens des Blatts nach Anspruch 1 in eine Form und des Erwärmens des Blatts derart, dass die Partikel schmelzen.

10. Artikel, der gemäß dem Prozess nach Anspruch 9 geformt ist.